La nature permet à l'homme d'utiliser cesles avantages qui y sont. En même temps, les gens essaient de multiplier ces richesses, de créer quelque chose de nouveau et d'apprendre l'inconnu. Les bactéries sont les plus petites créatures de la nature, que les humains ont également appris à utiliser à leurs propres fins.
Mais pas seulement les dommages associés aux pathogènesles processus et les maladies sont portés par ces organismes procaryotes. Ils sont également à l'origine d'un important processus industriel utilisé par les hommes depuis l'Antiquité: la fermentation. Dans cet article, nous examinerons ce qu'est ce processus et comment la fermentation lactique des substances est spécifiquement réalisée.
Histoire de l'origine et de l'utilisation de la fermentation
La première mention du processus de fermentationutilisé par les gens dans le but d'obtenir certains produits, est apparu dès 5000 avant JC. C'est alors que les Babyloniens ont utilisé cette méthode pour obtenir des produits tels que:
- du fromage;
- du vin;
- lait caillé et autres produits laitiers.
Plus tard, des aliments similaires ont commencé à être reçus enÉgypte, Chine, Soudan, Mexique et autres États anciens. Ils ont commencé à faire du pain à la levure, à fermenter des légumes et les premières tentatives de mise en conserve sont apparues.
Le processus de fermentation de l'acide lactique a été utilisé par les gensdes millénaires. Les fromages, les kéfirs, les yaourts ont toujours été une partie importante du repas. Tous les médecins et guérisseurs connaissaient les avantages de ces produits. Cependant, les raisons pour lesquelles ce type de transformation est possible sont restées longtemps inconnues.
Que les conditions de fermentation nécessitent la présence demicro-organismes, les gens ne pouvaient même pas imaginer. Au milieu du XVIIe siècle, Van Helmont a proposé d'introduire le terme «fermentation» pour les processus de cuisson qui s'accompagnent de la libération de gaz. En effet, en traduction, ce mot signifie «bouillir». Cependant, ce n'est qu'au XIXe siècle, soit près de deux cents ans plus tard, que le microbiologiste, chimiste et physicien français Louis Pasteur a découvert l'existence de microbes et de bactéries dans le monde.
Depuis lors, il est devenu connu que différentsla fermentation nécessite la présence de divers types de micro-organismes invisibles à l'œil. Leur étude a permis de contrôler la fermentation dans le temps et de l'orienter dans la direction dont une personne a besoin.
L'essence des processus de fermentation
Si nous parlons de ce que c'estprocessus de fermentation, il convient de souligner sa nature biochimique. En effet, au fond, c'est simplement l'activité des bactéries qui se fournissent de l'énergie pour la vie, tout en produisant divers sous-produits.
En général, la fermentation peut se résumer en un mot -oxydation. Décomposition anaérobie d'une substance sous l'influence de certaines bactéries, ce qui conduit à la formation d'un certain nombre de produits. Quelle substance est la base, ainsi que ce qui en résultera, est déterminée par le type de processus lui-même. Il existe plusieurs types de fermentation, il existe donc une classification pour ces transformations.
Classification
Au total, il existe trois principaux types de fermentation.
- De l'alcool... Il consiste en l'oxydation de la molécule d'origineglucides en alcool éthylique, dioxyde de carbone, eau et molécule d'ATP (source d'énergie). Ces transformations sont effectuées sous l'influence non seulement de bactéries, mais également de champignons de différents genres et espèces. C'est ainsi que depuis l'Antiquité on obtient des produits tels que la bière, le vin, la levure de boulangerie et l'alcool. L'énergie qui est libérée lors de la décomposition du glucide est dépensée pour soutenir les processus vitaux du micro-organisme. C'est précisément l'essence biologique du processus.
- Fermentation d'acide lactique consiste en l'oxydation des glucides en acide lactique avec la libération d'un certain nombre de sous-produits. Comment cela est effectué et de quels types cela se produit, nous examinerons plus en détail plus en détail.
- Acide butyrique... Ce type de fermentation est important à l'échelle naturelle. Elle est réalisée en raison de l'activité vitale des bactéries d'acide butyrique qui vivent dans des conditions anaérobies au fond des marais, du limon des rivières, etc. Grâce à leur travail, une énorme quantité de composants organiques est traitée dans la nature. Les produits sont de nombreuses substances, la principale étant l'acide butyrique. Également émis: acétone, alcool isopropylique, dioxyde de carbone, acide acétique, acide lactique, alcool éthylique et autres composés.
Chacun des types indiqués a un importantimportance à l'échelle naturelle et industrielle. Les types d'organismes qui réalisent de telles transformations sont bien étudiés à ce jour et beaucoup d'entre eux sont cultivés artificiellement afin d'obtenir un rendement élevé du produit.
Fermentation lactique: un concept général
Ce type de fermentation est connu depuis l'antiquité. Même avant notre ère, les habitants de l'Égypte ancienne et d'autres États savaient faire du fromage, brasser de la bière et du vin, faire du pain, fermenter des légumes et des fruits.
Aujourd'hui, des démarreurs spéciaux sont utilisés pourproduits laitiers fermentés, les souches des micro-organismes nécessaires sont cultivées artificiellement. Le processus a été modernisé et porté à l'automatisme, réalisé à l'aide d'un équipement complet. Il existe de nombreuses usines de fabrication qui produisent directement la fermentation lactique.
L'essence de l'ensemble du processus peut être résumée en plusieurs points.
- Pour le produit principal, le glucide initial est pris - simple (fructose, glucose, pentose) ou complexe (saccharose, amidon, glycogène et autres).
- Des conditions anaérobies sont créées.
- Des souches de bactéries lactiques d'un certain type sont ajoutées au produit.
- Tous les facteurs externes nécessaires sont fournis et optimaux pour le produit souhaité: éclairage, température, présence de certains composants supplémentaires, pression.
- Une fois le processus de fermentation terminé, le produit est traité et tous les composés secondaires sont isolés.
Bien sûr, il ne s'agit que d'une description générale de ce qui se passe. En fait, à chaque étape, de nombreuses réactions biochimiques complexes ont lieu, car le processus de fermentation de l'acide lactique est le résultat de l'activité vitale des êtres vivants.
Bases du processus de fermentation lactique
D'un point de vue chimique, ces transformations sont une série d'étapes successives.
- Tout d'abord, il y a un changement dans le substrat d'origine,c'est-à-dire que la chaîne carbonée de la substance (glucide) change. Cela conduit à l'apparition d'intermédiaires de nature complètement différente, appartenant à des classes différentes. Par exemple, si le substrat initial est le glucose, il est alors converti en acide gluconique.
- Réactions redox,accompagné de la libération de gaz, la formation de sous-produits. L'unité de base de tout le processus est l'acide lactique. C'est elle qui est produite et accumulée pendant la fermentation. Cependant, ce n'est pas la seule connexion. Ainsi, la formation de molécules d'acide acétique, d'alcool éthylique, de dioxyde de carbone, d'eau et parfois d'autres qui les accompagnent.
- Rendement énergétique du processus sous forme de moléculesacide adénosine triphosphorique (ATP). Il y a 2 molécules d'ATP par molécule de glucose, mais si le substrat d'origine est d'une structure plus complexe, par exemple la cellulose, alors il y a trois molécules d'ATP. Cette énergie est utilisée par les bactéries lactiques pour leur survie.
Naturellement, si l'on comprend les transformations biochimiques en détail, toutes les molécules intermédiaires et tous les complexes doivent être indiqués. Tels, par exemple, que:
- acide pyruvique;
- l'adénosine diphosphate;
- molécules de diphosphate de nicotinamine comme vecteur d'hydrogène et autres.
Cependant, cette question mérite une autre.attention et doit être considéré du point de vue de la biochimie, nous n'y reviendrons donc pas dans cet article. Examinons plus en détail quelle est la technologie de production de produits d'acide lactique et quels types de fermentation envisagés existent.
Fermentation homofermentaire
Fermentation homofermentative d'acide lactiqueimplique l'utilisation de formes spéciales d'agents pathogènes et diffère de l'hétérofermentaire par les produits obtenus et par leur quantité. Il se produit le long de la voie glycolytique à l'intérieur de la cellule du micro-organisme. L'essence est, comme en général pour toute fermentation, dans la conversion des glucides en acide lactique. Le principal avantage de ce procédé est que le rendement du produit souhaité est de 90%. Et seul le reste va aux connexions secondaires.
Les bactéries de fermentation de ce type sont des types suivants:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus et autres.
Quelles autres substances se forment à la suite de la fermentation homofermentative? Ce sont des connexions telles que:
- alcool éthylique;
- acides volatils;
- gaz carbonique;
- acide fumarique et succinique.
Cependant, dans l'industrie, cette méthode d'obtentionles produits laitiers fermentés ne sont pratiquement pas utilisés. Il est conservé dans la nature comme stade initial de la glycolyse; il se produit également dans les cellules musculaires de mammifères lors d'un effort physique intense.
La technologie de production des produits nécessaires à la nutrition humaine implique l'utilisation de glucides initiaux tels que:
- glucose;
- le saccharose;
- fructose;
- mannose;
- l'amidon et quelques autres.
Et les bactéries homofermentaires ne sont pas capables d'oxyder un grand nombre de ces composés, de sorte que leur utilisation comme ferments dans la production n'est pas possible.
Fermentation d'acide lactique hétéroenzymatique
Cette méthode est exactement ce qui est industriellementapplicable, grâce auquel la production de tous les produits laitiers fermentés est effectuée, les légumes sont conservés, le fourrage d'ensilage est préparé pour le bétail.
La principale différence par rapport à celle décrite précédemment est queque la fermentation lactique est effectuée par des agents pathogènes avec la formation d'un plus grand nombre de sous-produits. Seulement 50% du sucre est transformé par les bactéries en acide lactique, tandis que le reste va à la formation de molécules telles que:
- acide acétique;
- la glycérine;
- gaz carbonique;
- alcool éthylique et autres.
Pourquoi est-ce meilleur et plus rentable que l'éducation 90%acide lactique pur dans la méthode homofermentaire? Le fait est que lorsqu'une trop grande partie du produit principal est produite, l'activité vitale de nombreuses bactéries est complètement inhibée. De plus, les produits perdent de nombreuses qualités gustatives qu'ils acquièrent en raison des composés secondaires. Par exemple, l'acide acétique et l'alcool isoamylique donnent l'arôme agréable des légumes en conserve. Si ces composés sont absents, le résultat de la conservation sera complètement différent.
Un rendement en acide lactique de 50% est suffisantpour supprimer le développement et l'activité vitale de tous les champignons et micro-organismes étrangers dans le système. Parce que même 1 à 2% provoquent une acidification trop forte de l'environnement, dans laquelle aucun autre organisme ne peut exister, à l'exception des bactéries lactiques. L'ensemble du processus est réalisé le long de la voie du pentose phosphate.
Les conditions de fermentation dans le processus hétéroenzymatique doivent être les suivantes:
- levain bon et frais, ajouté au stade initial;
- des conditions externes optimales sélectionnées individuellement pour chaque produit;
- équipements de haute qualité et fonctionnant bien;
- tous les dispositifs techniques nécessaires au processus.
Parmi les conditions externes, la température du processus est d'une importance particulière. Il ne doit pas être trop élevé, mais le froid ralentira considérablement tout le cours de la fermentation.
Aujourd'hui, il existe une cuve de fermentation spécialisée qui crée automatiquement toutes les conditions nécessaires pour un travail correct et confortable des micro-organismes.
Équipement nécessaire
Comme nous l'avons noté ci-dessus, parmi les plus importantsles attributs doivent être notés la capacité de fermentation. Si nous parlons d'effectuer la procédure à la maison, vous devez faire attention à la propreté de la vaisselle utilisée lors de la conservation, de la fabrication de yaourts et d'autres produits. L'un des moyens de réduire le nombre de populations étrangères de micro-organismes est de stériliser les récipients avant de les utiliser.
Quels ustensiles conviennent à l'hétéroenzymatiquefermentation? Il peut s'agir d'un récipient en verre ou en plastique de haute qualité (polypropylène, polyéthylène), qui peut être fermé hermétiquement avec un couvercle.
Dans l'industrie, des dispositifs spéciaux sont utilisés pour désinfecter et nettoyer les conteneurs avant de démarrer le processus de fermentation.
Bactéries utilisées dans le processus
Si nous parlons des cultures de bactéries utilisées pour créer des produits laitiers en conserve et fermentés, nous pouvons identifier plusieurs des types d'organismes les plus courants.
- Bacille acidophilus bulgare.
- Lactobacillus de l'espèce Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobactéries.
- Leikonostok.
- Cocci à l'acide lactique.
- Lactobacille L. Casei.
- Bactéries du genre Streptococcus et autres.
Sur la base de la combinaison et des cultures pures indiquéesorganismes, fabriquent des ferments pour les produits laitiers fermentés. Ils sont dans le domaine public, tout le monde peut les acheter. Le plus important est de respecter les conditions du processus de fermentation afin de bénéficier du produit obtenu.
Quels produits sont obtenus à la suite d'une telle fermentation?
Si nous parlons des produits de fermentation pouvant être obtenus à l'aide de lactobacilles, nous pouvons nommer plusieurs catégories principales.
- Produits laitiers fermentés (lait fermenté cuit au four, yaourts, varenets, kéfir, fromage cottage, crème sure, beurre, produits acidophiles et autres).
- Fourrage ensilé pour animaux de ferme.
- L'acide lactique, qui est utilisé dans la fabrication de boissons gazeuses, la fabrication de peaux de fourrure, etc.
- Boulangerie, fabrication de fromage.
- Conserves de légumes et de fruits.
Tout cela prouve l'importance de certains types de bactéries dans la vie des personnes, leurs activités industrielles.
