Ферментация на млечна киселина: технология и необходимо оборудване. Хетероферментативна млечна ферментация

Природата позволява на човек да се радва на тези ползи, които са в него. В същото време хората се опитват да умножат тези богатства, да създадат нещо ново и да научат нещо друго. Бактериите са най-малките същества на природата, които човек също се е научил да използва за собствените си цели.

Но не само вредата, свързана с патогенните процеси и болести, тези прокариотни организми носят в себе си. Те все още са източник на важен промишлен процес, който е бил използван от хората от древни времена - ферментация. В тази статия ще разгледаме какво представлява този процес и как се извършва млечна ферментация на веществата.

История на произхода и използването на ферментацията

Първото споменаване на факта, че процесът на ферментация е бил използван от хората за получаване на определени продукти, се появи дори 5000 г. пр. Хр. Тогава вавилонците използват този метод, за да получат продукти като:

• сирене;
• вино;
• кисело мляко и други млечни продукти.

По-късно подобна храна започва да се получава и в Египет, Китай, Судан, Мексико и други древни държави. Те започнали да пекат хляб за мая, ферментирали зеленчукови култури, имаше първи опити за запазване.

Процесът на ферментация на млечна киселина е бил използван от хората от хиляди години насам. Сиренето, кефирът, киселото мляко са важна част от храната по всяко време. Всички лечители и лечители знаят за ползите от тези продукти. Причините за възможната трансформация от този вид обаче отдавна остават неизвестни.

Фактът, че условията на ферментация изискват присъствието на микроорганизми, хората дори не могат да отгатнат. В средата на XVII век Ван Хелмон предлага да се въведе терминът "ферментация" за тези процеси на готвене, които са придружени от изпускането на газ. В края на краищата в превода тази дума означава "кипене". Но само през XIX век, почти двеста години по-късно, френският микробиолог, химикът и физикът Луис Пастьор разкрил на света съществуването на микроби, бактерии.

Оттогава стана известно, че различната ферментация изисква наличието на различни видове микроорганизми, невидими за окото. Тяхното проучване направи възможно във времето да се контролира ферментацията и да се насочи към дясната страна на човека.

Същността на процесите на ферментация

Ако говорим за това какво е процесът на ферментация, трябва да посочим неговата биохимична природа. В края на краищата, това е просто активността на бактериите, които извличат енергията си за цял живот, докато произвеждат различни странични продукти.

По принцип ферментацията може да бъде означена с една дума - окисление. Анаеробно разграждане на вещество под въздействието на определени бактерии, което води до образуването на редица продукти. Какво вещество стои в основата си, а също и какво ще доведе в резултат, се определя от вида на самия процес. Има няколко варианта на ферментация, така че има класификация за тези трансформации.

класификация

Има три основни вида ферментация.

1. алкохол. Състои се в окисляването на оригиналната въглехидратна молекула до етанол, въглероден диоксид, вода и АТР молекула (източник на енергия). Тези трансформации се извършват не само от бактерии, но и от гъби от различни родове и видове. По този начин от време на време се получават продукти като бира, вино, мая за печене, алкохол. Енергията, която се отделя по време на разграждането на въглехидратите, се изразходва за осигуряване на жизненоважните процеси на микроорганизма. Това е биологичната същност на процеса.
2. Ферментация на млечна киселина е окисляването на въглехидратите до млечна киселина с отделянето на редица странични продукти. Как се извършва и какви неща са, да разгледаме по-отблизо.
3. Олеинова киселина. Този вид ферментация е важен в естествен мащаб. Тя се извършва за сметка на жизнената дейност на мастни кисели бактерии, които живеят в анаеробни условия в дъното на блата, река кал, и така нататък. Поради своята работа в природата се обработва огромно количество органични компоненти. Продуктите са много вещества, основното от които маслена киселина. Също така се открояват: ацетон, изопропилов алкохол, въглероден диоксид, оцетна киселина, млечна киселина, етилов алкохол и други съединения.

   

Всеки от посочените видове е важен както в естествен, така и в промишлен мащаб. Видовете организми, извършващи такива трансформации, са добре проучени досега и много от тях са култивирани изкуствено, за да се получи голям добив от продукта.

Ферментация на млечна киселина: обща концепция

Този тип ферментация е познат от древни времена. Още преди нашата епоха жителите на Древен Египет и други страни успяха да направят сирене, да пият бира и вино, да пекат хляб, да ферментират зеленчуци и плодове.

Днес се използват специални ферменти за ферментирали млечни продукти и изкуствени култивирани щамове от необходимите микроорганизми. Процесът се модернизира и довежда до автоматизъм, осъществен с помощта на цялостно оборудване. Има много производители, които произвеждат директно ферментация на млечна киселина.

Същността на целия процес може да бъде посочена в няколко параграфа.

1. За основен продукт се разтваря въглехидратен източник - прост (фруктоза, глюкоза, пентози) или естер (захароза, нишесте, гликоген и т.н.).
2. Създават се анаеробни условия.
3. Продуктът буци щамове на млечнокисели бактерии от определен тип.
4. Предоставят се всички необходими външни фактори, които са оптимални за желания продукт: осветление, температура, наличност на някои допълнителни компоненти, налягане.
5. След като процесът на ферментация приключи, продуктът се обработва и всички странични връзки се изолират.

Разбира се, това е само общо описание на случващото се. Всъщност на всеки етап има много сложни биохимични реакции, защото процесът на млечна ферментация е резултат от жизнената дейност на живите същества.

Основата на процеса на млечна ферментация

От химическа гледна точка тези трансформации са поредица от последователни етапи.

1. Първо, първоначалният субстрат се променя, т.е. въглеродната верига на веществото (въглехидратите) се променя. Това води до появата на междинни съединения от съвсем различно естество, принадлежащи към различни класове. Например, ако първоначалният субстрат е глюкоза, той се пренарежда в глюконова киселина.
2. Окислително-редукционни реакции, придружени от отделянето на газове, образуването на странични продукти. Основната единица в целия процес е млечна киселина. Тя се произвежда и натрупва по време на ферментацията. Това обаче не е единствената връзка. Така че има образуване на молекули на оцетна киселина, етилов алкохол, въглероден диоксид, вода, а понякога и други придружаващи.
3. Енергийна мощност на процеса под формата на молекули на аденозин трифосфат (АТР). Една молекула глюкоза е две молекули АТР, ако изходния субстрат на по-сложна структура, като например целулоза, след това три молекули АТР. Тази енергия се използва от млечнокисели бактерии за по-нататъшен живот.

Естествено, ако се разберат подробно биохимичните трансформации, трябва да се посочат всички междинни молекули и комплекси. Такива, например, като:

• пирогроздена киселина;
• аденозин дифосфат;
• молекули на никотинамид дифосфат като носител на водород и други.

  

Този въпрос обаче заслужава специално внимание и трябва да бъде разгледан от гледна точка на биохимията, така че няма да се докосваме до това в тази статия. Ще разгледаме по-подробно каква е технологията на производство на млечнокисели продукти и какви видове ферментация съществуват.

Хомоферментационна ферментация

Хомеоферментационната ферментация на млечна киселина предполага използването на специални форми на патогени и се различава от хетероферментацията на получените продукти и тяхното количество. Налице е на гликолитичния път вътре в клетката на микроорганизма. Същността се състои, като цяло, от всякаква ферментация, при превръщането на въглехидратите в млечна киселина. Основното предимство на този процес е, че добивът на желания продукт е 90%. Само останалата част отива към страничните връзки.

Бактериите от ферментация от този тип са следните:

• Streptococcus lactis.
• Lactobacillus casei.
• Lactobacillus acidophilus и други.

Какви други вещества се образуват в резултат на хомоферментационна ферментация? Това са такива връзки, като:

• етилов алкохол;
• летливи киселини;
• Въглероден диоксид;
• фумарова и янтърна киселина.

В промишлеността обаче този метод за получаване на кисели млечни продукти практически не се използва. Той се запазва в природата като начален стадий на гликолиза, но също така се среща и в клетките на мускулите на бозайниците под голямо физическо натоварване.

Технологията за производство на правилните продукти за човешко хранене включва използването на такива първоначални въглехидрати като:

• глюкоза;
• захароза;
• фруктоза;
• маноза;
• нишесте и някои други.

  

И хомоферментационните бактерии не са в състояние да окисляват много от тези съединения, така че тяхното използване като ферменти по време на производството не е възможно.

Хетероферментативна млечна ферментация

Този метод е точно промишлено приложими поради които се осъществява производството на всички млечни продукти, консервирани зеленчуци се извършва, има заготовки силаж фураж.

Основната разлика от описаната по-горе е, че патогените на млечната ферментация се извършват с образуването на по-голям брой странични продукти. Само 50% захар се обработва от бактериите в млечна киселина, а останалата част се изразходва за образуването на такива молекули като:

• оцетна киселина;
• глицерол;
• въглероден диоксид;
• етилов алкохол и други.

Какво е по-добре и по-изгодно от образуването на 90% чиста млечна киселина с хомоензимен метод? Работата е, че когато основният продукт се произвежда твърде много, жизнената активност на много бактерии се потиска напълно. В допълнение, продуктите губят много от вкусовите качества, които печелят чрез странични връзки. Например, приятен аромат на консервирани зеленчуци се осигурява от оцетна киселина и изоамилов алкохол. Ако тези съединения не съществуват, резултатът от консервацията ще бъде напълно различен.

добив млечна киселина от 50% е достатъчно да потисне развитието и функционирането на всички външни гъбички и микроорганизми в системата. Тъй като дори 1-2% причиняват прекомерно подкисляване на околната среда, в която не могат да съществуват други организми, с изключение на млечнокисели бактерии. Целият процес се осъществява от пентозен фосфат.

Ферментационните условия за хетероензиматичния метод трябва да бъдат, както следва:

• добър и свеж квас, добавен в началния етап;
• оптимални външни условия, които се избират индивидуално за всеки продукт;
• висококачествено и добре функциониращо оборудване;
• всички необходими технически средства за процеса.

Сред външните условия температурата на процеса е от особено значение. Тя не трябва да бъде твърде висока, но студът драматично забавя целия процес на ферментация.

Днес има специализиран капацитет за ферментация, който автоматично създава всички необходими условия за правилната и удобна работа на микроорганизмите.

Необходимо оборудване

Както вече отбелязахме по-горе, сред най-важните качества трябва да се отбележи способността за ферментация. Ако говорим за домашна процедура, тогава трябва да обърнем внимание на чистотата на използваните ястия при консервиране, правене на кисело мляко и други продукти. Един от начините да се намали броят на чуждите популации от микроорганизми е да се стерилизират контейнерите, преди да се използват.

Кои ястия са подходящи за хетероферментативна ферментация? Той може да бъде стъклен или висококачествен пластмасов (полипропилен, полиетилен) контейнер, който може да бъде плътно затворен с капак.

В индустрията специални устройства се използват за обеззаразяване и почистване на контейнерите преди започване на процеса на ферментация.

Използвани бактерии в процеса

Ако говорим за културите на бактериите, които се използват за създаване на консервирани и ферментирали млечни продукти, можем да идентифицираме някои от най-често срещаните видове организми.

1. ацидофилни българската пръчка.
2. Видовете Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
3. Бифидобактерии.
4. Leykonostoki.
5. Квоти от млечна киселина.
6. Lactobacillus L. L. Casei.
7. Бактерии от рода Streptococcus и други.

   

Въз основа на комбинацията и чистите култури на определените организми се приготвят ферменти за кисели млечни продукти. Те са обществено достояние, могат да бъдат закупени от всеки. Най-важното е да се спазват условията на процеса на ферментация, за да се извлече полза от получения продукт.

Какви продукти се получават в резултат на тази ферментация?

Ако говорим за това какви ферментационни продукти могат да бъдат получени с помощта на лактобацили, тогава можем да назовем няколко основни категории.

1. Ферментирали млечни продукти в храните (ферментирали печени мляко, кисело мляко, Varentsov, кисело мляко, извара, сметана, масло, ацидофилни продукти и т.н.).
2. Фураж от типа "силажен" за селскостопански животни.
3. Млечна киселина, която се използва при производството на безалкохолни напитки, дресинг кожи и други.
4. Производство на хлебни изделия, производство на сирене.
5. Запазване на зеленчуци и плодове.

Всичко това доказва значението на бактериите на някои видове в живота на хората, техните промишлени дейности.