Milchsäuregärung: Technologie und notwendige Ausrüstung. Heterofermentative Milchsäuregärung

Die Natur erlaubt es dem Menschen, diese zu nutzendie Vorteile, die darin sind. Gleichzeitig versuchen die Menschen, diesen Reichtum zu vervielfachen, etwas Neues zu schaffen und das noch Unbekannte zu lernen. Bakterien sind die kleinsten Wesen der Natur, die der Mensch auch für seine eigenen Zwecke gelernt hat.

Aber nicht nur der mit Krankheitserregern verbundene SchadenProzesse und Krankheiten werden von diesen prokaryotischen Organismen übertragen. Sie sind auch die Quelle eines wichtigen industriellen Prozesses, der seit der Antike von Menschen genutzt wird - der Fermentation. In diesem Artikel werden wir untersuchen, was dieser Prozess ist und wie spezifisch die Milchsäuregärung von Substanzen durchgeführt wird.

Geschichte der Entstehung und Verwendung der Fermentation

Die erste Erwähnung des Fermentationsprozessesbereits 5000 v. Chr. von Menschen zum Zwecke der Gewinnung bestimmter Produkte verwendet. Zu diesem Zeitpunkt verwendeten die Babylonier diese Methode, um Produkte wie:

• Käse;
• Wein
• Sauermilch und andere Milchprodukte.

Später wurden ähnliche Lebensmittel in erhaltenÄgypten, China, Sudan, Mexiko und andere alte Staaten. Sie fingen an, Hefebrot zu backen, Gemüse zu fermentieren, und die ersten Versuche, Konserven zu machen, erschienen.

Der Milchsäurefermentationsprozess wurde von Menschen angewendetJahrtausende. Käse, Kefirs und Joghurt waren zu jeder Zeit ein wichtiger Bestandteil des Essens. Alle Ärzte und Heiler wussten um die Vorteile dieser Produkte. Die Gründe, warum diese Art der Transformation möglich ist, waren jedoch lange unbekannt.

Diese Fermentationsbedingungen erfordern das Vorhandensein vonMikroorganismen konnten sich die Menschen gar nicht vorstellen. Mitte des 17. Jahrhunderts schlug Van Helmont vor, den Begriff "Fermentation" für diejenigen Kochprozesse einzuführen, die mit der Freisetzung von Gas einhergehen. In der Übersetzung bedeutet dieses Wort in der Tat "Kochen". Doch erst im 19. Jahrhundert, also fast zweihundert Jahre später, entdeckte der französische Mikrobiologe, Chemiker und Physiker Louis Pasteur die Existenz von Mikroben und Bakterien auf der Welt.

Seitdem ist bekannt geworden, dass andersDie Fermentation erfordert das Vorhandensein verschiedener Arten von Mikroorganismen, die für das Auge unsichtbar sind. Ihre Studie ermöglichte es, die Fermentation im Laufe der Zeit zu kontrollieren und in die Richtung zu lenken, die eine Person benötigt.

Die Essenz von Fermentationsprozessen

Wenn wir darüber reden, was es istFermentationsprozess sollte auf seine biochemische Natur hingewiesen werden. Im Kern ist es einfach die Aktivität von Bakterien, die sich mit Lebensenergie versorgen und gleichzeitig verschiedene Nebenprodukte produzieren.

Im Allgemeinen kann die Fermentation mit einem Wort beschrieben werden:Oxidation. Anaerobe Zersetzung einer Substanz unter dem Einfluss bestimmter Bakterien, die zur Bildung einer Reihe von Produkten führt. Welche Substanz die Basis ist und was daraus resultiert, hängt von der Art des Prozesses selbst ab. Es gibt verschiedene Arten der Fermentation, daher gibt es eine Klassifizierung für diese Transformationen.

Klassifizierung

Insgesamt gibt es drei Hauptarten der Fermentation.

1. Alkohol... Es besteht in der Oxidation des ursprünglichen MolekülsKohlenhydrate zu Ethylalkohol, Kohlendioxid, Wasser und ATP (Energiequelle) -Molekül. Diese Transformationen werden nicht nur unter dem Einfluss von Bakterien, sondern auch von Pilzen verschiedener Gattungen und Arten durchgeführt. Auf diese Weise werden seit der Antike Produkte wie Bier, Wein, Backhefe und Alkohol erhalten. Die Energie, die bei der Zersetzung des Kohlenhydrats freigesetzt wird, wird zur Unterstützung der lebenswichtigen Prozesse des Mikroorganismus verwendet. Dies ist genau die biologische Essenz des Prozesses.
2. Milchsäuregärung besteht in der Oxidation von Kohlenhydraten zu Milchsäure unter Freisetzung einer Reihe von Nebenprodukten. Wie es durchgeführt wird und welche Arten es passiert, werden wir näher betrachten.
3. Buttersäure... Diese Art der Fermentation ist im natürlichen Maßstab wichtig.Es wird aufgrund der lebenswichtigen Aktivität von Buttersäurebakterien durchgeführt, die unter anaeroben Bedingungen am Boden von Sümpfen, Flussschlamm usw. leben. Dank ihrer Arbeit werden in der Natur viele organische Bestandteile verarbeitet. Die Produkte sind viele Substanzen, die wichtigste ist Buttersäure. Außerdem werden emittiert: Aceton, Isopropylalkohol, Kohlendioxid, Essigsäure, Milchsäure, Ethylalkohol und andere Verbindungen.
   

Jeder der angegebenen Typen hat einen wichtigenBedeutung sowohl im natürlichen als auch im industriellen Maßstab. Die Arten von Organismen, die solche Transformationen durchführen, sind bis heute gut untersucht und viele von ihnen werden künstlich gezüchtet, um eine hohe Ausbeute des Produkts zu erzielen.

Milchsäuregärung: ein allgemeines Konzept

Diese Art der Gärung ist seit der Antike bekannt. Schon vor unserer Zeitrechnung wussten die Bewohner des alten Ägypten und anderer Staaten, wie man Käse herstellt, Bier und Wein braut, Brot backt, Gemüse und Obst fermentiert.

Heute werden spezielle Starter verwendet fürfermentierten Milchprodukten werden Stämme der notwendigen Mikroorganismen künstlich gezüchtet. Der Prozess wurde modernisiert und mit Hilfe einer kompletten Ausrüstung zur Automatisierung gebracht. Es gibt viele Produktionsstätten, die Milchsäuregärung direkt herstellen.

Das Wesen des gesamten Prozesses lässt sich in mehreren Punkten zusammenfassen.

1. Für das Hauptprodukt wird das anfängliche Kohlenhydrat verwendet - einfach (Fruktose, Glukose, Pentose) oder komplex (Saccharose, Stärke, Glykogen und andere).
2. Anaerobe Bedingungen werden geschaffen.
3. Dem Produkt werden Milchsäurebakterien eines bestimmten Typs zugesetzt.
4. Alle notwendigen externen Faktoren werden bereitgestellt, die für das gewünschte Produkt optimal sind: Beleuchtung, Temperatur, Vorhandensein bestimmter zusätzlicher Komponenten, Druck.
5. Nach Beendigung des Fermentationsprozesses wird das Produkt verarbeitet und alle Nebenverbindungen werden isoliert.

Dies ist natürlich nur eine allgemeine Beschreibung dessen, was passiert.Tatsächlich finden in jeder Phase viele komplexe biochemische Reaktionen statt, da der Prozess der Milchsäuregärung das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität der Lebewesen ist.

Grundlagen des Milchsäuregärungsprozesses

Aus chemischer Sicht sind diese Umwandlungen eine Reihe aufeinanderfolgender Stufen.

1. Zunächst ändert sich das ursprüngliche Substrat,das heißt, die Kohlenstoffkette der Substanz (Kohlenhydrat) ändert sich. Dies führt zum Auftreten von Zwischenprodukten ganz anderer Art, die zu verschiedenen Klassen gehören. Wenn beispielsweise das Ausgangssubstrat Glucose ist, wird es in Gluconsäure umgewandelt.
2. Redoxreaktionen,begleitet von der Freisetzung von Gasen, der Bildung von Nebenprodukten. Die Grundeinheit des gesamten Prozesses ist Milchsäure. Sie ist es, die während der Gärung produziert und angesammelt wird. Dies ist jedoch nicht die einzige Verbindung. Es bilden sich also Moleküle von Essigsäure, Ethylalkohol, Kohlendioxid, Wasser und manchmal anderen Begleitstoffen.
3. Energieausbeute des Prozesses in Form von MolekülenAdenosintriphosphorsäure (ATP). Es gibt 2 ATP-Moleküle pro Glucosemolekül, aber wenn das ursprüngliche Substrat eine komplexere Struktur hat, zum Beispiel Cellulose, dann gibt es drei ATP-Moleküle. Diese Energie wird von Milchsäurebakterien für weiteres Leben genutzt.

Wenn man biochemische Transformationen im Detail versteht, sollten natürlich alle Zwischenmoleküle und Komplexe angegeben werden. So zum Beispiel:

• Brenztraubensäure;
• Adenosindiphosphat;
• Moleküle von Nicotinamindiphosphat als Träger von Wasserstoff und anderen.
  

Dieses Thema verdient jedoch ein separates.Aufmerksamkeit und sollte aus biochemischer Sicht betrachtet werden, daher werden wir in diesem Artikel nicht darauf eingehen. Betrachten wir genauer, was die Technologie zur Herstellung von Milchsäureprodukten ist und welche Fermentationsarten es gibt.

Homofermentative Gärung

Homofermentative Milchsäuregärungimpliziert die Verwendung von speziellen Formen von Krankheitserregern und unterscheidet sich von den heterofermentativen in den erhaltenen Produkten und in ihrer Menge. Es tritt entlang des glykolytischen Weges innerhalb der Zelle des Mikroorganismus auf. Die Essenz liegt, wie bei jeder Gärung im Allgemeinen, in der Umwandlung von Kohlenhydraten in Milchsäure. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Ausbeute des gewünschten Produkts 90 % beträgt. Und nur der Rest geht an Seitenanschlüsse.

Fermentationsbakterien dieses Typs sind von den folgenden Typen:

• Streptococcus lactis.
• Lactobacillus casei.
• Lactobacillus acidophilus und andere.

Welche weiteren Stoffe entstehen bei der homofermentativen Gärung? Das sind Verbindungen wie:

• Ethylalkohol;
• flüchtige Säuren;
• Kohlendioxid;
• Fumar- und Bernsteinsäure.

In der Industrie ist diese Methode der Gewinnung jedochfermentierte Milchprodukte werden praktisch nicht verwendet. Es ist in der Natur als Anfangsstadium der Glykolyse konserviert und kommt auch in Muskelzellen von Säugetieren bei starker körperlicher Anstrengung vor.

Die Technologie zur Herstellung der für die menschliche Ernährung notwendigen Produkte beinhaltet die Verwendung solcher Ausgangskohlenhydrate wie:

• Glukose;
• Saccharose;
• Fruktose;
• Mannose;
• Stärke und einige andere.
  

Und homoenzymatische Bakterien sind nicht in der Lage, viele dieser Verbindungen zu oxidieren, sodass ihre Verwendung als Starterkulturen in der Produktion nicht möglich ist.

Heteroenzymatische Milchsäuregärung

Diese Methode ist genau das, was industriell istanwendbar, wodurch die Herstellung aller fermentierten Milchprodukte erfolgt, Gemüse konserviert und Silagefutter für die Viehzucht zubereitet wird.

Der Hauptunterschied zu dem zuvor beschriebenen besteht darin, dassdass die Milchsäuregärung durch Krankheitserreger unter Bildung einer größeren Zahl von Nebenprodukten erfolgt. Nur 50 % des Zuckers werden von Bakterien zu Milchsäure verarbeitet, der Rest geht in die Bildung von Molekülen wie:

• Essigsäure;
• Glycerin;
• Kohlendioxid;
• Ethylalkohol und andere.

Warum ist es besser und profitabler als Bildung 90%reine Milchsäure im homofermentativen Verfahren? Die Sache ist die, wenn zu viel vom Hauptprodukt produziert wird, wird die lebenswichtige Aktivität vieler Bakterien vollständig gehemmt. Darüber hinaus verlieren die Produkte viele der geschmacklichen Eigenschaften, die sie durch Nebenverbindungen erwerben. Essigsäure und Isoamylalkohol sorgen beispielsweise für das angenehme Aroma von Gemüsekonserven. Wenn diese Verbindungen fehlen, wird das Ergebnis der Konservierung völlig anders ausfallen.

50% Milchsäureausbeute sind ausreichenddie Entwicklung und Vitalaktivität aller fremden Pilze und Mikroorganismen im System zu unterdrücken. Denn schon 1-2% verursachen eine zu starke Versauerung der Umwelt, in der außer Milchsäurebakterien keine anderen Organismen existieren können. Der gesamte Prozess wird entlang des Pentosephosphatweges durchgeführt.

Die Fermentationsbedingungen für die heteroenzymatische Methode sollten wie folgt sein:

• gute und frische Starterkultur im Anfangsstadium hinzugefügt;
• optimale äußere Bedingungen, die für jedes Produkt individuell ausgewählt werden;
• hochwertige und gut funktionierende Ausrüstung;
• alle für den Prozess notwendigen technischen Geräte.

Unter den äußeren Bedingungen ist die Prozesstemperatur von besonderer Bedeutung. Er sollte nicht zu hoch sein, aber die Kälte verlangsamt den gesamten Gärverlauf drastisch.

Heute gibt es einen spezialisierten Gärtank, der automatisch alle notwendigen Voraussetzungen für die korrekte und komfortable Arbeit der Mikroorganismen schafft.

Notwendige Ausrüstung

Wie bereits erwähnt, gehören zu den wichtigstenAttribute sollten Fermentationskapazität beachtet werden. Wenn wir über die Durchführung des Verfahrens zu Hause sprechen, sollten Sie auf die Sauberkeit des Geschirrs achten, das während der Konservierung, der Herstellung von Joghurt und anderen Produkten verwendet wird. Eine der Möglichkeiten, um eine Verringerung der Anzahl von Fremdpopulationen von Mikroorganismen zu erreichen, besteht darin, Behälter vor der Verwendung zu sterilisieren.

Welche Gerichte eignen sich für heteroenzymatischeenzymFermentation? Es kann sich um einen Behälter aus Glas oder hochwertigem Kunststoff (Polypropylen, Polyethylen) handeln, der mit einem Deckel fest verschlossen werden kann.

In der Industrie werden spezielle Geräte zur Desinfektion und Reinigung von Behältern vor Beginn des Fermentationsprozesses eingesetzt.

Im Prozess verwendete Bakterien

Wenn wir über Bakterienkulturen sprechen, die zur Herstellung von Milchkonserven und fermentierten Milchprodukten verwendet werden, können wir einige der häufigsten Arten von Organismen identifizieren.

1. Bulgarischer Acidophilus-Bazillus.
2. Lactobacillus der Art Sporolactobacillus inulinus.
3. Bifidobakterien.
4. Leikonostok.
5. Kokken aus Milchsäure.
6. Lactobacillus L. Casei.
7. Bakterien der Gattung Streptococcus und andere.
   

Basierend auf der angegebenen Kombination und den angegebenen ReinkulturenOrganismen, stellen Fermente für fermentierte Milchprodukte her. Sie sind gemeinfrei, jeder kann sie kaufen. Das Wichtigste ist, die Bedingungen des Fermentationsprozesses einzuhalten, um vom resultierenden Produkt zu profitieren.

Welche Produkte werden bei einer solchen Fermentation gewonnen?

Wenn wir darüber sprechen, welche Fermentationsprodukte mit Laktobazillen gewonnen werden können, können wir mehrere Hauptkategorien benennen.

1. Fermentierte Milchprodukte (fermentierte Backmilch, Joghurt, Varenets, Kefir, Hüttenkäse, Sauerrahm, Butter, azidophile Produkte und andere).
2. Silagefutter für Nutztiere.
3. Milchsäure, die bei der Herstellung von Erfrischungsgetränken, der Herstellung von Pelzfellen und mehr verwendet wird.
4. Bäckerei, Käseherstellung.
5. Einmachen von Gemüse und Obst.

All dies beweist die Bedeutung bestimmter Bakterienarten für das Leben der Menschen, ihre industriellen Aktivitäten.