Die Natur ermöglicht es einer Person, die Vorteile zu genießen, die in ihr verfügbar sind. Gleichzeitig versuchen die Menschen, diesen Reichtum zu mehren, etwas Neues zu schaffen und etwas über das Unbekannte zu lernen. Bakterien sind die kleinsten Lebewesen der Natur, die auch der Mensch für seine Zwecke zu nutzen gelernt hat.
Aber nicht nur der Schaden, der mit pathogenen Prozessen und Krankheiten verbunden ist, wird von diesen prokaryotischen Organismen getragen. Sie sind auch die Quelle eines wichtigen industriellen Prozesses, der seit der Antike von Menschen genutzt wird - der Fermentation. In diesem Artikel werden wir betrachten, was dieser Prozess ist und wie die Milchsäuregärung von Substanzen speziell durchgeführt wird.
Geschichte des Vorkommens und der Verwendung der Fermentation
Die erste Erwähnung, dass der Fermentationsprozess von Menschen genutzt wurde, um bestimmte Produkte zu erh alten, erschien bereits 5000 v. Damals verwendeten die Babylonier diese Methode, um Produkte zu erh alten wie:
- Käse;
- Wein;
- Sauermilch und andereMilchprodukte.
Später wurden ähnliche Lebensmittel in Ägypten, China, Sudan, Mexiko und anderen alten Staaten empfangen. Sie fingen an, Hefebrot zu backen, Gemüse zu fermentieren, und die ersten Konservenversuche tauchten auf.
Der Prozess der Milchsäuregärung wird seit Jahrtausenden von Menschen genutzt. Käse, Kefir, Joghurt waren schon immer ein wichtiger Bestandteil der Mahlzeit. Alle Ärzte und Heiler wussten um die Vorteile dieser Produkte. Die Gründe, warum diese Art der Transformation möglich ist, blieben jedoch lange Zeit unbekannt.
Die Tatsache, dass Fermentationsbedingungen die Anwesenheit von Mikroorganismen erfordern, konnten sich die Menschen nicht einmal vorstellen. Mitte des 17. Jahrhunderts schlug Van Helmont vor, den Begriff "Fermentation" für jene Kochprozesse einzuführen, die mit der Freisetzung von Gasen einhergehen. Schließlich bedeutet dieses Wort in der Übersetzung "Kochen". Doch erst im 19. Jahrhundert, also fast zweihundert Jahre später, entdeckte der französische Mikrobiologe, Chemiker und Physiker Louis Pasteur die Existenz von Mikroben, Bakterien auf der ganzen Welt.
Es ist inzwischen bekannt, dass verschiedene Arten der Fermentation das Vorhandensein verschiedener Arten von Mikroorganismen erfordern, die für das Auge unsichtbar sind. Ihre Studie ermöglichte es im Laufe der Zeit, die Fermentation zu kontrollieren und in die richtige Richtung für eine Person zu lenken.
Die Essenz von Fermentationsprozessen
Wenn wir über den Fermentationsprozess sprechen, sollten wir auf seine biochemische Natur hinweisen. Schließlich handelt es sich im Kern nur um die Aktivität von Bakterien, die sich Energie fürs Leben entziehen und dabei verschiedene produzierenNebenprodukte.
Gärung kann im Allgemeinen mit einem Wort beschrieben werden - Oxidation. Anaerobe Zersetzung eines Stoffes unter dem Einfluss bestimmter Bakterien, die zur Bildung einer Reihe von Produkten führt. Welche Substanz die Grundlage ist und was das Ergebnis sein wird, wird durch die Art des Prozesses selbst bestimmt. Es gibt mehrere Fermentationsmöglichkeiten, daher gibt es eine Klassifizierung für diese Transformationen.
Klassifizierung
Es gibt drei Hauptarten der Gärung.
- Alkohol. Es besteht aus der Oxidation des ursprünglichen Kohlenhydratmoleküls zu Ethylalkohol, Kohlendioxid, Wasser und einem ATP-Molekül (einer Energiequelle). Diese Transformationen werden nicht nur unter der Wirkung 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 gewonnen. Die Energie, die beim Abbau von Kohlenhydraten freigesetzt wird, wird für die Gewährleistung der lebenswichtigen Prozesse des Mikroorganismus aufgewendet. Dies ist die biologische Essenz des Prozesses.
- Milchsäuregärung ist die Oxidation von Kohlenhydraten zu Milchsäure unter Freisetzung einer Reihe von Nebenprodukten. Wie es durchgeführt wird und welche Arten es passiert, werden wir im Folgenden genauer betrachten.
- 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 in der Natur wird eine riesige Menge an organischen Bestandteilen verarbeitet. Produkte sind viele Substanzen, darunter die wichtigstenButtersäure. Auch emittiert: Aceton, Isopropylalkohol, Kohlendioxid, Essigsäure, Milchsäure, Ethylalkohol und andere Verbindungen.
Jeder der bezeichneten Typen ist sowohl im natürlichen als auch im industriellen Maßstab wichtig. Die Arten von Organismen, die solche Transformationen durchführen, sind heute gut untersucht, und viele von ihnen werden künstlich kultiviert, um eine große 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 für fermentierte Milchprodukte spezielle Starterkulturen verwendet, Stämme der notwendigen Mikroorganismen werden künstlich gezüchtet. Der Prozess wurde modernisiert und automatisiert, mit Hilfe einer kompletten Ausrüstung durchgeführt. Es gibt viele Hersteller, die Milchsäuregärung direkt produzieren.
Die Essenz des gesamten Prozesses kann in mehreren Abschnitten zusammengefasst werden.
- Ein Kohlenhydrat wird als Hauptprodukt genommen - einfach (Fruktose, Glukose, Pentosen) oder komplex (Saccharose, Stärke, Glykogen und andere).
- Anaerobe Bedingungen entstehen.
- Milchsäurebakterienstämme einer bestimmten Art werden dem Produkt zugesetzt.
- Alle notwendigen externen Faktoren werden bereitgestellt, die für das gewünschte Produkt optimal sind: Beleuchtung, Temperatur, das Vorhandensein bestimmter ZusatzstoffeKomponenten, Druck.
- Nach Abschluss des Fermentationsprozesses wird das Produkt verarbeitet und alle Nebenverbindungen isoliert.
Natürlich ist dies nur eine allgemeine Beschreibung dessen, was passiert. Tatsächlich gibt es in jeder Phase viele komplexe biochemische Reaktionen, denn der Prozess der Milchsäuregärung ist das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität von Lebewesen.
Grundlagen der Milchsäuregärung
Aus chemischer Sicht sind diese Umwandlungen eine Reihe aufeinanderfolgender Stufen.
- Zunächst kommt es zu einer Veränderung des ursprünglichen Substrats, dh die Kohlenstoffkette der Substanz (Kohlenhydrat) verändert sich. Dies führt zum Auftreten von Zwischenverbindungen völlig anderer Natur, die zu verschiedenen Klassen gehören. Wenn beispielsweise das Ausgangssubstrat Glucose ist, wird es in Gluconsäure umgelagert.
- Oxidations-Reduktions-Reaktionen, begleitet von der Freisetzung von Gasen, der Bildung von Nebenprodukten. Die Haupteinheit im gesamten Prozess 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 aus Essigsäure, Ethylalkohol, Kohlendioxid, Wasser und manchmal anderen Begleitmolekülen.
- Energieausbeute des Prozesses in Form von Molekülen der Adenosintriphosphorsäure (ATP). Es gibt 2 ATP-Moleküle pro Glucosemolekül, aber wenn das Ausgangssubstrat eine komplexere Struktur hat, zum Beispiel Zellulose, dann gibt es drei ATP-Moleküle. Diese Energie wird von Milchsäurebakterien für das weitere Leben genutzt.
Das ist natürlichWenn man biochemische Transformationen im Detail versteht, sollten alle intermediären Moleküle und Komplexe angegeben werden. Zum Beispiel:
- Brenztraubensäure;
- Adenosindiphosphat;
- Moleküle von Nicotinamindiphosphat als Träger von Wasserstoff und anderen.
Dieses Thema verdient jedoch besondere Aufmerksamkeit und sollte aus biochemischer Sicht betrachtet werden, weshalb wir es in diesem Artikel nicht berühren werden. Schauen wir uns einmal genauer an, was die Technologie zur Herstellung von Milchsäureprodukten ist und welche Fermentationsarten es gibt.
Homofermentative Gärung
Die homofermentative Milchsäuregärung beinh altet den Einsatz spezieller Formen von Krankheitserregern und unterscheidet sich von der heterofermentativen durch die entstehenden Produkte und deren Menge. Es tritt entlang des glykolytischen Weges innerhalb der Zelle des Mikroorganismus auf. Unter dem Strich steht, wie generell bei jeder Fermentation, die 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 Nebenverbindungen.
Bakterienfermentation dieser Art der folgenden Spezies:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus und andere.
Welche anderen Stoffe entstehen bei der homofermentativen Gärung? Das sind Verbindungen wie:
- Ethylalkohol;
- flüchtige Säuren;
- Kohlendioxid;
- Fumar- und Bernsteinsäure.
Diese Methode zur Gewinnung fermentierter Milchprodukte wird jedoch in der Industrie praktisch nicht angewendet. Es ist in der Natur als Anfangsstadium der Glykolyse erh alten, es kommt auch in Säugetier-Muskelzellen bei starker körperlicher Anstrengung vor.
Die Technologie zur Herstellung der notwendigen Produkte für die menschliche Ernährung beinh altet die Verwendung solcher anfänglicher Kohlenhydrate wie:
- Glukose;
- Saccharose;
- Fruktose;
- mannose;
- Stärke und einige andere.
Und homofermentative Bakterien sind nicht in der Lage, viele dieser Verbindungen zu oxidieren, sodass ihre Verwendung als Starterkulturen in der Produktion nicht möglich ist.
Heterofermentative Milchsäuregärung
Diese Methode ist genau die industriell anwendbare, dank derer die Herstellung aller fermentierten Milchprodukte erfolgt, Gemüse konserviert und Silagefutter für Vieh geerntet wird.
Der Hauptunterschied zu dem zuvor beschriebenen besteht darin, dass Krankheitserreger eine Milchsäuregärung unter Bildung einer größeren Anzahl von Nebenprodukten durchführen. 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.
Was ist besser und rentabler als die Bildung von 90% reiner Milchsäure mit dem homofermentativen Verfahren? Die Sache ist, dass, wenn das Hauptprodukt produziert wirdzu viel, dann wird die lebenswichtige Aktivität vieler Bakterien vollständig gehemmt. Außerdem verlieren Produkte viele der Geschmacksqualitäten, die sie aufgrund von Nebenverbindungen erh alten. So sorgen beispielsweise Essigsäure und Isoamylalkohol für das angenehme Aroma von Dosengemüse. Wenn diese Verbindungen nicht vorhanden sind, ist das Ergebnis der Konservierung ein völlig anderes.
Ein Milchsäureertrag von 50% ist völlig ausreichend, um die Entwicklung und Vitalaktivität aller fremden Pilze und Mikroorganismen im System zu unterdrücken. Denn schon 1-2% bewirken eine zu starke Versauerung der Umgebung, in der außer Milchsäurebakterien keine anderen Organismen existieren können. Der gesamte Prozess wird entlang des Pentosephosphatwegs durchgeführt.
Die Fermentationsbedingungen für das heterofermentative Verfahren sollten wie folgt sein:
- guter und frischer Starter in der Anfangsphase hinzugefügt;
- optimale äußere Bedingungen, die für jedes Produkt individuell ausgewählt werden;
- hochwertige und gut funktionierende Ausstattung;
- 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 Bedingungen für das ordnungsgemäße und komfortable Funktionieren von Mikroorganismen schafft.
Erforderliche Ausrüstung
Wie wir oben angemerkt haben, gehört es zu den wichtigsten AttributenFermentationsfähigkeit ist zu beachten. Wenn wir über das Verfahren 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 Möglichkeit, die Anzahl fremder Populationen von Mikroorganismen zu reduzieren, besteht darin, Behälter vor der Verwendung zu sterilisieren.
Welche Speisen eignen sich für die heterofermentative Gärung? Es kann ein Behälter aus Glas oder hochwertigem Kunststoff (Polypropylen, Polyethylen) sein, der mit einem Deckel fest verschlossen werden kann.
Die Industrie verwendet spezielle Geräte zur Desinfektion und Reinigung von Behältern vor Beginn des Fermentationsprozesses.
Im Prozess verwendete Bakterien
Wenn wir über Bakterienkulturen sprechen, die zur Herstellung von Dosen- und fermentierten Milchprodukten verwendet werden, dann können wir einige der häufigsten Arten von Organismen identifizieren.
- Azidophiler bulgarischer Stick.
- Lactobacillus-Spezies Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobakterien.
- Leukoaktien.
- Milchsäurekokken.
- Lactobacillus Spezies L. Casei.
- Bakterien der Gattung Streptococcus und andere.
Auf der Grundlage der Kombination und Reinkulturen der angegebenen Organismen werden Starterkulturen für fermentierte Milchprodukte hergestellt. Sie sind gemeinfrei, jeder kann sie kaufen. Das Wichtigste ist, die Bedingungen des Fermentationsprozesses zu beachten, um vom Ergebnis zu profitierenProdukt.
Welche Produkte werden aus dieser Fermentation gewonnen?
Wenn wir darüber sprechen, welche Fermentationsprodukte mit Hilfe von Laktobazillen gewonnen werden können, dann können wir mehrere Hauptkategorien nennen.
- Fermentierte Milchprodukte (fermentierte Backmilch, Joghurts, Varenets, Kefir, Hüttenkäse, Sauerrahm, Butter, Acidophilus-Produkte und andere).
- Silofutter für Nutztiere.
- Milchsäure, die bei der Herstellung von Erfrischungsgetränken, Fellpflege und mehr verwendet wird.
- Backen, Käseherstellung.
- Obst- und Gemüsekonserven.
All dies beweist die Bedeutung bestimmter Arten von Bakterien im Leben der Menschen, ihre industriellen Aktivitäten.
