Fermentarea acidului lactic: tehnologia și echipamentul necesar. Fermentație lactică fertilă

Natura permite unei persoane să se bucure de acele beneficii care sunt în ea. În același timp, oamenii încearcă să înmulțească aceste bogății, să creeze ceva nou și să învețe altceva. Bacteriile sunt cele mai mici creaturi ale naturii, pe care omul le-a învățat, de asemenea, să le utilizeze pentru scopurile lor.

Dar nu numai răul asociat proceselor și bolilor patogene, aceste organisme procariote poartă în ele însele. Ele sunt încă sursa unui proces industrial important, care a fost folosit de oameni încă din cele mai vechi timpuri - fermentarea. În acest articol, vom examina ce reprezintă acest proces și cum se efectuează fermentarea lactică a substanțelor.

Istoricul originii și utilizarea fermentației

Prima mențiune a faptului că procesul de fermentare a fost folosit de oameni pentru a obține anumite produse a apărut chiar și în anul 5000 î.Hr. Atunci babilonienii au folosit această metodă pentru a obține produse precum:

• brânză;
• vin;
• iaurt și alte produse lactate.

Mai târziu, alimente similare au început să fie primite și în Egipt, China, Sudan, Mexic și alte state vechi. Au început să coacă pâine de drojdie, să cultive legumele, au fost primele încercări de păstrare.

Procesul de fermentare a acidului lactic a fost folosit de oameni de mii de ani. Brânzeturile, chefirul, iaurturile au fost o parte importantă a mesei în orice moment. Toți vindecătorii și vindecătorii știau despre beneficiile acestor produse. Cu toate acestea, motivele posibilei transformări de acest fel, de mult timp au rămas necunoscute.

Faptul că condițiile de fermentare necesită prezența microorganismelor, oamenii nu au putut nici măcar să ghicească. La mijlocul secolului al XVII-lea, Van Helmont a propus introducerea termenului de "fermentație" pentru acele procese de gătit, care sunt însoțite de eliberarea gazului. La urma urmei, în traducere acest cuvânt înseamnă "fierbere". Cu toate acestea, numai în secolul al XIX-lea, aproape două sute de ani mai târziu, microbiologul, chimistul și fizicianul francez Louis Pasteur au descoperit în lume existența microbilor, bacteriilor.

De atunci a devenit cunoscut faptul că fermentația diferită necesită prezența diferitelor tipuri de microorganisme invizibile pentru ochi. Studiul lor a făcut posibil ca în timp să se controleze fermentația și să se îndrepte spre partea dreaptă a persoanei.

Esența proceselor de fermentare

Dacă vorbim despre ceea ce este procesul de fermentare, ar trebui să subliniem natura sa biochimică. La urma urmei, în centrul său, este pur și simplu activitatea bacteriilor, care își extrag energia pentru viață, producând în același timp diverse subproduse.

În general, fermentația poate fi desemnată într-un singur cuvânt - oxidare. Descompunerea anaerobă a unei substanțe sub influența anumitor bacterii, care conduce la formarea unui număr de produse. Ce substanță stă la baza și, de asemenea, ceea ce va rezulta ca rezultat, este determinat de tipul procesului însuși. Există mai multe variante de fermentare, deci există o clasificare pentru aceste transformări.

clasificare

Există trei tipuri principale de fermentație.

1. alcool. Consta in oxidarea moleculei originale de carbohidrati la etanol, dioxid de carbon, apa si molecula ATP (sursa de energie). Aceste transformări se desfășoară sub influența nu numai a bacteriilor, ci și a ciupercilor de diferite genuri și specii. În acest fel, din când în când, se obțin produse cum ar fi berea, vinul, drojdia de copt, alcoolul. Energia care este eliberată în timpul descompunerii carbohidraților este folosită pentru asigurarea proceselor vitale ale microorganismului. Aceasta este esența biologică a procesului.
2. Fermentarea acidului lactic este oxidarea carbohidraților la acidul lactic cu eliberarea unui număr de subproduse. Cum se desfășoară și ce fel de lucruri sunt, să aruncăm o privire mai atentă.
3. Acidul oleaginos. Acest tip de fermentație este importantă la scară naturală. Se efectuează în detrimentul vieții bacteriilor petroliere care trăiesc în condiții anaerobe la fundul mlaștinilor, noroi de râu și așa mai departe. Datorită muncii lor în natură, se prelucrează o cantitate imensă de componente organice. Produsele sunt multe substanțe, dintre care principalele acidul butiric. De asemenea, se remarcă: acetonă, alcool izopropilic, dioxidul de carbon, acidul acetic, acidul lactic, alcool etilic și alți compuși.

   

Fiecare dintre tipurile desemnate este importantă atât la scară naturală, cât și la scară industrială. Tipurile de organisme care efectuează astfel de transformări au fost bine studiate până în prezent și multe dintre ele sunt cultivate artificial pentru a obține un randament mare al produsului.

Fermentarea acidului lactic: un concept general

Acest tip de fermentație este cunoscută din cele mai vechi timpuri. Chiar înainte de epoca noastră, locuitorii din Egiptul Antic și din alte țări au putut să facă brânză, să bea bere și vin, să coacă pâine, să fermenteze legume și fructe.

Astăzi se utilizează fermente speciale pentru produsele lactate fermentate, iar tulpinile microorganismelor necesare sunt cultivate artificial. Procesul este modernizat și adus la automatism, realizat cu ajutorul echipamentului complet. Există mulți producători care produc în mod direct fermentația acidului lactic.

Esența întregului proces poate fi exprimată în mai multe paragrafe.

1. Pentru produsul principal, sursa este luată ca carbohidrat - simplu (fructoză, glucoză, pentoză) sau complex (zaharoză, amidon, glicogen și altele).
2. Se creează condiții anaerobe.
3. Produsul formează tulpini de bacterii de acid lactic de un anumit tip.
4. Toți factorii externi necesari pentru produsul dorit sunt: ​​iluminarea, temperatura, disponibilitatea anumitor componente suplimentare, presiunea.
5. După finalizarea procesului de fermentare, produsul este tratat și toate conexiunile laterale sunt izolate.

Desigur, aceasta este doar o descriere generală a ceea ce se întâmplă. De fapt, în fiecare etapă există multe reacții biochimice complexe, deoarece procesul de fermentație lactică este rezultatul activității vitale a ființelor vii.

Baza procesului de fermentație lactică

Din punct de vedere chimic, aceste transformări sunt o serie de etape succesive.

1. În primul rând, substratul inițial se modifică, adică lanțul de carbon al substanței (carbohidrații) se schimbă. Aceasta duce la apariția unor compuși intermediari de o natură complet diferită, aparținând diferitelor clase. De exemplu, dacă substratul inițial este glucoza, atunci acesta este rearanjat în acid gluconic.
2. Reacții de oxidare-reducere, însoțite de eliberarea gazelor, formarea de subproduse. Unitatea principală în întregul proces este acidul lactic. Este cel care este produs și acumulat în timpul fermentației. Cu toate acestea, aceasta nu este singura conexiune. Deci, există o formare a moleculelor de acid acetic, alcool etilic, dioxid de carbon, apă și, uneori, altele care însoțesc.
3. Producția energetică a procesului sub formă de molecule de adenozin trifosfat (ATP). Există 2 molecule ATP pe moleculă de glucoză, dacă substratul inițial este mai complex, de exemplu celuloza, apoi trei molecule de ATP. Această energie este folosită de bacteriile cu acid lactic pentru o viață ulterioară.

Desigur, dacă înțelegem în detaliu transformările biochimice, trebuie indicate toate moleculele și complexele intermediare. Astfel, de exemplu:

• acid piruvic;
• adenozin difosfat;
• molecule de nicotinamidă difosfat ca un purtător de hidrogen și altele.

  

Cu toate acestea, această problemă merită o atenție deosebită și ar trebui luată în considerare din punct de vedere al biochimiei, așa că nu vom atinge acest lucru în acest articol. Vom analiza mai detaliat care este tehnologia de producere a produselor cu acid lactic și ce tipuri de fermentație există.

Fermentarea fermentatoare

Fermentarea fermentativă a acidului lactic implică utilizarea unor forme speciale de agenți patogeni și diferă de heterofermentativ prin produsele obținute și prin cantitatea lor. Apare pe calea glicolitică din interiorul celulei microorganismului. Esența constă, ca și în ansamblu, în orice fermentație, în transformarea carbohidraților în acid lactic. Principalul avantaj al acestui procedeu este că randamentul produsului dorit este de 90%. Și numai partea rămasă se duce la conexiunile laterale.

Bacteriile de fermentare de acest tip sunt următoarele:

• Streptococcus lactis.
• Lactobacillus casei.
• Lactobacillus acidophilus și altele.

Ce alte substanțe se formează ca rezultat al fermentării homofermentative? Acestea sunt conexiuni precum:

• alcool etilic;
• acizi volatili;
• Dioxid de carbon;
• fumaric și acid succinic.

Cu toate acestea, în industrie, această metodă de obținere a laptelui acru nu este practic utilizată. Este conservată în natură ca etapa inițială a glicolizei, apare și în celulele mușchilor de mamifere care se află în exerciții fizice extinse.

Tehnologia de producere a produselor potrivite pentru alimentația umană implică utilizarea unor astfel de carbohidrați inițiali ca:

• glucoză;
• zaharoză;
• fructoză;
• manoză;
• amidon și altele.

  

Și bacteriile homofermentative nu sunt capabile să oxideze mulți dintre acești compuși, astfel încât utilizarea lor ca fermente în timpul producției nu este posibilă.

Fermentație lactică fertilă

Această metodă este tocmai aplicabilă din punct de vedere industrial, datorită căreia se realizează producția tuturor produselor lactate acide, se efectuează conservarea legumelor, se pregătește furaje de siloz pentru animale.

Diferența principală față de cele descrise anterior este că agenții patogeni de fermentație lactică sunt realizați cu formarea unui număr mai mare de subproduse. Doar 50% din zahăr este procesat de bacterii în acid lactic, restul fiind cheltuit pentru formarea unor astfel de molecule, cum ar fi:

• acid acetic;
• glicerol;
• dioxid de carbon;
• alcool etilic și altele.

Ce este mai bine și mai profitabil decât formarea acidului lactic pur 90% cu o metodă homoenzimatică? Problema este că atunci când produsul principal este produs prea mult, activitatea vitală a multor bacterii este suprimată cu totul. În plus, produsele pierd multe dintre calitățile gustative pe care le câștigă prin legături laterale. De exemplu, aroma plăcută a legumelor conservate este asigurată de acidul acetic și alcoolul izoamilic. Dacă acești compuși nu există, rezultatul conservării va fi complet diferit.

Randamentul acidului lactic în proporție de 50% este destul de suficient pentru a suprima dezvoltarea și activitatea vitală a tuturor ciupercilor și microorganismelor străine din sistem. Deoarece chiar 1-2% provoacă prea mult acidifierea mediului, în care nu pot exista alte organisme, cu excepția bacteriilor lactice. Întregul proces este realizat de pentoza fosfat.

Condițiile de fermentare pentru metoda heteroenzimatică ar trebui să fie după cum urmează:

• aluat bun și proaspăt, adăugat la etapa inițială;
• condiții externe optime, care sunt selectate individual pentru fiecare produs;
• echipamente de înaltă calitate și bine funcționale;
• toate dispozitivele tehnice necesare pentru proces.

Printre condițiile externe, temperatura procesului are o importanță deosebită. Nu ar trebui să fie prea mare, dar frigul va încetini dramatic întregul ciclu de fermentație.

Astăzi există o capacitate specializată de fermentare, care creează automat toate condițiile necesare pentru o muncă corectă și confortabilă a microorganismelor.

Echipamentul necesar

Așa cum am menționat deja mai sus, printre cele mai importante atribute trebuie notat capacitatea de fermentare. Dacă vorbim despre procedura de la domiciliu, atunci ar trebui să fim atenți la puritatea mâncărurilor folosite atunci când păstrăm, facem iaurt și alte produse. O modalitate de a reduce numărul de populații străine de microorganisme este de a steriliza containerele înainte de a le folosi.

Care feluri de mâncare sunt potrivite pentru fermentarea heterofermentativă? Poate fi un recipient din sticlă sau din plastic de înaltă calitate (din polipropilenă, polietilenă), care poate fi închis etanș cu un capac.

În industrie, dispozitive speciale sunt utilizate pentru decontaminarea și curățarea containerelor înainte de începerea procesului de fermentare.

Bacteriile folosite în proces

Dacă vorbim despre culturile de bacterii care sunt utilizate pentru a crea produse lactate conservate și fermentate, putem identifica câteva din cele mai comune tipuri de organisme.

1. acidophilic stick-ul bulgar.
2. Specii de Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
3. Bifidobacteria.
4. Leykonostoki.
5. Acid lactic cocci.
6. Lactobacillus L. L. Casei.
7. Bacteriile din genul Streptococcus și altele.

   

Pe baza combinației și a culturilor pure ale organismelor desemnate, fermenții sunt pregătiți pentru produsele din lapte acru. Ele sunt în domeniul public, pot fi achiziționate de oricine. Cel mai important este să se respecte condițiile procesului de fermentare pentru a beneficia de produsul rezultat.

Ce produse sunt obținute ca urmare a acestei fermentări?

Dacă vorbim despre ce produse de fermentație pot fi obținute cu ajutorul lactobacililor, atunci putem numi câteva categorii de bază.

1. Produse lactate fermentate produse alimentare (lapte fermentat, iaurt, Varentsov, iaurt, brânză de vaci, smântână, unt, produse acidofile coapte, etc.).
2. Furaje tip furajere pentru animalele de fermă.
3. Acid lactic, utilizat în fabricarea băuturilor răcoritoare, a blănurilor și a altor materiale.
4. Brutarie, productie de branzeturi.
5. Conservarea legumelor și fructelor.

Toate acestea dovedesc importanța bacteriilor anumitor specii în viața oamenilor, activitățile lor industriale.