Melkzuurfermentatie: technologie en benodigde apparatuur. Heterofermentatieve melkzuurfermentatie

De natuur staat de mens toe om die te gebruikende voordelen die erin zitten. Tegelijkertijd proberen mensen deze rijkdom te vermenigvuldigen, iets nieuws te creëren en het onbekende te leren. Bacteriën zijn de kleinste beestjes van de natuur, die de mens ook heeft leren gebruiken voor hun eigen doeleinden.

Maar niet alleen de schade die gepaard gaat met pathogeenprocessen en ziekten worden gedragen door deze prokaryote organismen. Ze zijn ook de bron van een belangrijk industrieel proces dat al sinds de oudheid door mensen wordt gebruikt: fermentatie. In dit artikel zullen we bekijken wat dit proces is en hoe specifiek melkzuurfermentatie van stoffen wordt uitgevoerd.

Geschiedenis van de oorsprong en het gebruik van fermentatie

De eerste vermelding van het fermentatieprocesgebruikt door mensen om bepaalde producten te verkrijgen, verscheen al in 5000 voor Christus. Het was toen dat de Babyloniërs deze methode gebruikten om producten te verkrijgen zoals:

• kaas;
• wijn;
• gestremde melk en andere zuivelproducten.

Later begon men soortgelijk voedsel binnen te krijgenEgypte, China, Soedan, Mexico en andere oude staten. Ze begonnen gistbrood te bakken, groenten te fermenteren en de eerste pogingen tot inblikken verschenen.

Het melkzuurfermentatieproces werd door mensen gebruiktmillennia. Kaas, kefir, yoghurt zijn altijd een belangrijk onderdeel van de maaltijd geweest. Alle doktoren en genezers wisten van de voordelen van deze producten. De redenen waarom dit soort transformatie mogelijk is, bleven echter lange tijd onbekend.

Die fermentatieomstandigheden vereisen de aanwezigheid vanmicro-organismen konden mensen zich niet eens voorstellen. In het midden van de 17e eeuw stelde Van Helmont voor om de term "fermentatie" in te voeren voor die kookprocessen die gepaard gaan met het vrijkomen van gas. In feite betekent dit woord in vertaling "koken". Maar pas in de 19e eeuw, dat wil zeggen bijna tweehonderd jaar later, ontdekte de Franse microbioloog, chemicus en natuurkundige Louis Pasteur het bestaan ​​van microben, bacteriën voor de wereld.

Sindsdien is dat anders bekend gewordenfermentatie vereist de aanwezigheid van verschillende soorten micro-organismen die onzichtbaar zijn voor het oog. Hun studie maakte het in de loop van de tijd mogelijk om de fermentatie te beheersen en in de richting te sturen die een persoon nodig heeft.

De essentie van fermentatieprocessen

Als we praten over wat het isfermentatieproces, dan moet men wijzen op de biochemische aard ervan. In feite is het simpelweg de activiteit van bacteriën die zichzelf levenslang van energie voorzien, terwijl ze verschillende bijproducten produceren.

Over het algemeen kan fermentatie in één woord worden samengevat:oxidatie. Anaërobe afbraak van een stof onder invloed van bepaalde bacteriën, wat leidt tot de vorming van een aantal producten. Welke stof de basis is, en wat het resultaat zal zijn, wordt bepaald door het type proces zelf. Er zijn verschillende opties voor fermentatie, dus er is een classificatie voor deze transformaties.

classificatie

In totaal zijn er drie soorten fermentatie.

1. Alcohol​Het bestaat uit de oxidatie van het oorspronkelijke molecuulkoolhydraten tot ethylalcohol, kooldioxide, water en ATP-molecuul (energiebron). Deze transformaties worden uitgevoerd onder invloed van niet alleen bacteriën, maar ook schimmels van verschillende geslachten en soorten. Op deze manier worden sinds de oudheid producten als bier, wijn, bakgist en alcohol verkregen. De energie die vrijkomt bij de afbraak van het koolhydraat wordt besteed aan het ondersteunen van de vitale processen van het micro-organisme. Dit is precies de biologische essentie van het proces.
2. Melkzuurgisting bestaat uit de oxidatie van koolhydraten tot melkzuur waarbij een aantal bijproducten vrijkomt. Hoe het wordt uitgevoerd en wat voor soort het gebeurt, zullen we verder in detail bespreken.
3. Boterzuur​Dit type fermentatie is belangrijk op natuurlijke schaal.Het wordt uitgevoerd vanwege de vitale activiteit van boterzuurbacteriën die in anaerobe omstandigheden leven op de bodem van moerassen, rivierslib, enzovoort. Dankzij hun werk wordt er in de natuur enorm veel organische componenten verwerkt. De producten zijn veel stoffen, de belangrijkste is boterzuur. Ook uitgestoten: aceton, isopropylalcohol, kooldioxide, azijnzuur, melkzuur, ethylalcohol en andere verbindingen.
   

Elk van de aangewezen typen heeft een belangrijkbelang van zowel natuurlijke als industriële schaal. De soorten organismen die dergelijke transformaties uitvoeren, zijn tot op heden goed bestudeerd en veel van hen worden kunstmatig gekweekt om een ​​hoge opbrengst van het product te verkrijgen.

Melkzuurfermentatie: een algemeen concept

Dit type fermentatie is al sinds de oudheid bekend. Zelfs vóór onze jaartelling wisten de inwoners van het oude Egypte en andere staten hoe ze kaas moesten maken, bier en wijn moesten brouwen, brood moesten bakken, groenten en fruit moesten fermenteren.

Tegenwoordig worden er speciale starters voor gebruiktgefermenteerde melkproducten, stammen van de noodzakelijke micro-organismen worden kunstmatig gekweekt. Het proces is gemoderniseerd en geautomatiseerd, uitgevoerd met behulp van complete apparatuur. Er zijn veel fabrieken die rechtstreeks melkzuurgisting produceren.

De essentie van het hele proces kan in verschillende punten worden samengevat.

1. Voor het hoofdproduct wordt het aanvankelijke koolhydraat ingenomen - eenvoudig (fructose, glucose, pentose) of complex (sucrose, zetmeel, glycogeen en andere).
2. Er worden anaërobe omstandigheden gecreëerd.
3. Aan het product worden stammen van melkzuurbacteriën van een bepaald type toegevoegd.
4. Alle noodzakelijke externe factoren worden geboden die optimaal zijn voor het gewenste product: verlichting, temperatuur, de aanwezigheid van bepaalde extra componenten, druk.
5. Na voltooiing van het fermentatieproces wordt het product verwerkt en worden alle nevenverbindingen geïsoleerd.

Dit is natuurlijk slechts een algemene beschrijving van wat er gebeurt.In feite vinden in elk stadium veel complexe biochemische reacties plaats, omdat het proces van melkzuurfermentatie het resultaat is van de vitale activiteit van levende wezens.

Basisprincipes van het melkzuurfermentatieproces

Chemisch gezien zijn deze transformaties een reeks opeenvolgende fasen.

1. Ten eerste is er een verandering in het originele substraat,dat wil zeggen, de koolstofketen van de stof (koolhydraat) verandert. Dit leidt tot het verschijnen van tussenproducten van een heel andere aard, die tot verschillende klassen behoren. Als het oorspronkelijke substraat bijvoorbeeld glucose is, wordt het omgezet in gluconzuur.
2. Redox-reacties,vergezeld van het vrijkomen van gassen, de vorming van bijproducten. De basiseenheid in het hele proces is melkzuur. Zij is het die wordt geproduceerd en verzameld tijdens de fermentatie. Dit is echter niet de enige verbinding. Er is dus een vorming van moleculen azijnzuur, ethylalcohol, kooldioxide, water en soms andere begeleidende.
3. Energieopbrengst van het proces in de vorm van moleculenadenosinetrifosforzuur (ATP). Er zijn 2 ATP-moleculen per glucosemolecuul, maar als het oorspronkelijke substraat een complexere structuur heeft, bijvoorbeeld cellulose, dan zijn er drie ATP-moleculen. Deze energie wordt door melkzuurbacteriën gebruikt voor hun verdere leven.

Als iemand biochemische transformaties in detail begrijpt, moeten natuurlijk alle tussenliggende moleculen en complexen worden aangegeven. Zoals bijvoorbeeld:

• pyrodruivenzuur;
• adenosine difosfaat;
• moleculen van nicotinaminedifosfaat als drager van waterstof en andere.
  

Deze kwestie verdient echter een aparte kwestie.aandacht en moet worden beschouwd vanuit het oogpunt van biochemie, dus we zullen er in dit artikel niet op ingaan. Laten we nader bekijken wat de technologie is voor de productie van melkzuurproducten en welke soorten fermentatie er bestaan.

Homofermentatieve fermentatie

Homofermentatieve fermentatie melkzuuromvat het gebruik van speciale vormen van pathogenen en verschilt van het heterofermentatieve middel in de verkregen producten en in hun hoeveelheid. Het komt voor langs de glycolytische route in de cel van het micro-organisme. De essentie is, zoals in het algemeen bij elke fermentatie, de omzetting van koolhydraten in melkzuur. Het belangrijkste voordeel van dit proces is dat de opbrengst van het gewenste product 90% is. En alleen de rest gaat naar zijverbindingen.

Fermentatiebacteriën van dit type zijn van de volgende typen:

• Streptococcus lactis.
• Lactobacillus casei.
• Lactobacillus acidophilus en anderen.

Welke andere stoffen worden gevormd als gevolg van homofermentatieve fermentatie? Dit zijn verbindingen zoals:

• ethylalcohol;
• vluchtige zuren;
• kooldioxide;
• fumaarzuur en barnsteenzuur.

In de industrie wordt deze methode echter verkregengefermenteerde melkproducten worden praktisch niet gebruikt. Het wordt in de natuur bewaard als de eerste fase van glycolyse; het komt ook voor in spiercellen van zoogdieren tijdens uitgebreide fysieke inspanning.

De technologie voor de productie van de noodzakelijke producten voor menselijke voeding omvat het gebruik van aanvankelijke koolhydraten zoals:

• glucose;
• sucrose;
• fructose;
• mannose;
• zetmeel en enkele anderen.
  

En homo-enzymatische bacteriën zijn niet in staat om veel van deze verbindingen te oxideren, dus hun gebruik als gisting bij de productie is niet mogelijk.

Heterofermentatieve melkzuurgisting

Deze methode is precies wat industrieel istoepasbaar, waardoor de productie van alle gefermenteerde melkproducten wordt uitgevoerd, groenten worden bewaard, kuilvoer voor vee wordt voorbereid.

Het belangrijkste verschil met het eerder beschreven verschil is datdie melkzuurfermentatie wordt uitgevoerd door pathogenen met de vorming van een groter aantal bijproducten. Slechts 50% van de suiker wordt door bacteriën verwerkt tot melkzuur, de rest wordt besteed aan de vorming van moleculen zoals:

• azijnzuur;
• glycerol;
• kooldioxide;
• ethylalcohol en anderen.

Waarom is het beter en winstgevender dan onderwijs 90%puur melkzuur in de homofermentatieve methode? Het punt is dat wanneer er te veel van het hoofdproduct wordt geproduceerd, de vitale activiteit van veel bacteriën volledig wordt geremd. Bovendien verliezen de producten veel van de smaak die ze krijgen door nevenverbindingen. Zo zorgen azijnzuur en isoamylalcohol voor het aangename aroma van groenten in blik. Als deze verbindingen ontbreken, zal het resultaat van conservering compleet anders zijn.

Een melkzuuropbrengst van 50% is voldoendeom de ontwikkeling en vitale activiteit van alle externe schimmels en micro-organismen in het systeem te onderdrukken. Omdat zelfs 1-2% een te sterke verzuring van het milieu veroorzaakt, waarin geen andere organismen kunnen voorkomen, behalve melkzuurbacteriën. Het hele proces wordt uitgevoerd langs de pentosefosfaatroute.

Fermentatieomstandigheden voor de heteroenzymatische methode moeten als volgt zijn:

• goede en frisse startercultuur toegevoegd in de beginfase;
• optimale externe omstandigheden die voor elk product afzonderlijk worden geselecteerd;
• hoogwaardige en goed werkende apparatuur;
• alle technische apparaten die nodig zijn voor het proces.

Onder de externe omstandigheden is de procestemperatuur van bijzonder belang. Het mag niet te hoog zijn, maar de kou zal de gisting drastisch vertragen.

Tegenwoordig is er een gespecialiseerde fermentatietank die automatisch alle noodzakelijke voorwaarden creëert voor het correcte en comfortabele werk van micro-organismen.

Benodigde apparatuur

Zoals we hierboven hebben opgemerkt, behoren tot de belangrijksteattributen moeten worden opgemerkt fermentatiecapaciteit. Als we het hebben over het thuis uitvoeren van de procedure, moet u letten op de reinheid van de gerechten die worden gebruikt bij het bewaren, het maken van yoghurt en andere producten. Een van de manieren om het aantal vreemde populaties van micro-organismen te verminderen, is door containers te steriliseren voordat ze worden gebruikt.

Welk keukengerei is geschikt voor heteroenzymatischfermentatie? Het kan een glazen of hoogwaardige plastic (polypropyleen, polyethyleen) container zijn, die goed kan worden afgesloten met een deksel.

In de industrie worden speciale apparaten gebruikt voor het desinfecteren en reinigen van containers voordat het fermentatieproces wordt gestart.

De bacteriën die in het proces worden gebruikt

Als we het hebben over de culturen van bacteriën die worden gebruikt om ingeblikte en gefermenteerde melkproducten te maken, dan kunnen we enkele van de meest voorkomende soorten organismen identificeren.

1. Bulgaarse acidophilus bacillus.
2. Lactobacillus van de soort Sporolactobacillus inulinus.
3. Bifidobacteriën.
4. Leikonostok.
5. Melkzuurkokken.
6. Lactobacillus L. Casei.
7. Bacteriën van het geslacht Streptococcus en anderen.
   

Gebaseerd op de aangegeven combinatie en pure culturenorganismen, maak starters voor gefermenteerde melkproducten. Ze zijn in het publieke domein, iedereen kan ze kopen. Het belangrijkste is om te voldoen aan de voorwaarden van het fermentatieproces om te profiteren van het resulterende product.

Welke producten worden verkregen als resultaat van een dergelijke fermentatie?

Als we het hebben over welke fermentatieproducten kunnen worden verkregen met behulp van lactobacillen, dan kunnen we verschillende hoofdcategorieën noemen.

1. Gefermenteerde melkproducten (gefermenteerde gebakken melk, yoghurt, varenets, kefir, kwark, zure room, boter, acidofiele producten, enz.).
2. Kuilvoer voor landbouwhuisdieren.
3. Melkzuur, dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van frisdranken, de vervaardiging van bonthuiden en meer.
4. Bakkerij, kaasproductie.
5. Groente en fruit bewaren.

Dit alles bewijst het belang van bepaalde soorten bacteriën in het leven van mensen, hun industriële activiteiten.