Fermentace kyseliny mléčné: technologie a potřebné vybavení. Heterofermentační mléčná fermentace

Příroda umožňuje člověku užívat si těch výhod, které jsou v něm. Zároveň se lidé pokoušejí rozmnožit toto bohatství, vytvořit něco nového a naučit se něco jiného. Bakterie jsou nejmenší tvory přírody, které se člověk také naučil používat pro své vlastní cíle.

Ale nejen škodu spojenou s patogenními procesy a chorobami, tyto prokaryotické organismy nesou v sobě. Stále jsou zdrojem důležitého průmyslového procesu, který lidé používají od starověku - kvasení. V tomto článku budeme zkoumat, jaký je tento proces a jak se laktátová fermentace látek provádí.

Historie původu a využití fermentace

První zmínka o tom, že proces fermentace byl používán lidmi k získání určitých produktů, se objevil dokonce i v roce 5000 př.nl. Tehdy Babylonané používali tuto metodu k získání produktů, jako jsou:

• sýr;
• víno;
• jogurt a další mléčné výrobky.

Později podobné potraviny začaly být přijímány také v Egyptě, Číně, Súdánu, Mexiku a dalších starověkých státech. Začali pečovat kvasničný chléb, kvasily zeleninové plodiny, pokusy o zachování byly první.

Proces fermentace kyseliny mléčné používají lidé tisíce let. Sýry, kefír, jogurty byly vždy důležitou součástí jídla. Všichni léčitelé a léčitelé věděli o výhodách těchto produktů. Důvody pro případnou transformaci tohoto druhu však dlouho nezůstaly.

Skutečnost, že podmínky fermentace vyžadují přítomnost mikroorganismů, lidé nemohli ani hádat. V polovině 17. století navrhl Van Helmont zavést termín "fermentace" pro proces vaření, který je doprovázen uvolněním plynu. Koneckonců, v překladu toto slovo znamená "vaření". Pouze v 19. století, téměř o dvě stě let později, objevil francouzský mikrobiolog, chemik a fyzik Louis Pasteur svět existenci mikrobů, bakterií.

Od té doby se ukázalo, že různá fermentace vyžaduje přítomnost různých druhů mikroorganismů neviditelných pro oko. Jejich studium umožnilo včas kontrolovat fermentaci a směrovat ji na pravou stranu osoby.

Podstata procesů fermentace

Pokud mluvíme o tom, jaký je proces fermentace, měli bychom poukázat na její biochemickou povahu. Koneckonců, jádro je prostě aktivita bakterií, které získávají energii pro život a vyrábějí různé vedlejší produkty.

Fermentace může být obecně označena jedním slovem - oxidací. Anaerobní rozklad látky pod vlivem určitých bakterií, což vede k tvorbě řady produktů. Která látka je základem, a také co výsledkem bude, je určeno typem samotného procesu. Existuje několik variant fermentace, takže pro tyto transformace existuje klasifikace.

Klasifikace

Existují tři hlavní typy fermentace.

1. Alkohol. Spočívá v oxidaci původní molekuly uhlovodíků na ethanol, oxid uhličitý, vodu a molekulu ATP (zdroj energie). Tyto transformace se provádějí pod vlivem nejen bakterií, ale i hub různých genů a druhů. Tímto způsobem se čas od času získávají produkty jako pivo, víno, droždí pro pečení, alkohol. Energie, která se uvolňuje během rozkladu sacharidů, se vynakládá na zajištění vitálních procesů mikroorganismu. To je biologická podstata procesu.
2. Fermentace kyseliny mléčné je oxidace uhlovodíků na kyselinu mléčnou s uvolněním řady vedlejších produktů. Jak se provádí a jaké jsou věci, podívejme se blíže.
3. Oleaginová kyselina. Tento druh fermentace je důležitý v přirozeném měřítku. Provádí se na úkor života olejových bakterií, které žijí v anaerobních podmínkách na dně močálů, bahna řek a tak dále. Díky své práci v přírodě se zpracovává obrovské množství organických složek. Produkty jsou mnoho látek, z nichž hlavní kyselina máselná. Vyniká také: aceton, isopropylalkohol, oxid uhličitý, kyselina octová, kyselina mléčná, ethylalkoholu a další sloučeniny.

   

Každý z uvedených typů je důležitý jak v přírodním, tak v průmyslovém měřítku. Typy organismů provádějících takové transformace byly dosud dobře studovány a mnohé z nich jsou uměle kultivovány, aby se dosáhlo vysokého výtěžku produktu.

Fermentace kyseliny mléčné: obecný koncept

Tento typ fermentace je znám již od dávných dob. Již před naší dobou mohli obyvatelé starověkého Egypta a dalších zemí vyrobit sýr, pivo a víno, pečeme chléb, fermentují zeleninu a ovoce.

Dnes se používají speciální fermenty pro fermentované mléčné výrobky a kmeny nezbytných mikroorganismů se uměle pěstují. Proces je modernizován a přiveden k automatismu, který se provádí pomocí kompletního vybavení. Existuje mnoho výrobců, které přímo produkují fermentaci kyseliny mléčné.

Podstata celého procesu může být uvedena v několika odstavcích.

1. Pro hlavní produkt se vyjme sacharidů zdroje - jednoduché (fruktóza, glukóza, pentózy) nebo ester (sacharóza, škrob, glykogen, atd.).
2. Jsou vytvořeny anaerobní podmínky.
3. Produkt rozdrtí kmeny bakterií mléčného kvašení určitého typu.
4. K dispozici jsou všechny nezbytné externí faktory, které jsou optimální pro požadovaný produkt: osvětlení, teplota, dostupnost některých dalších součástí, tlak.
5. Po dokončení procesu fermentace se produkt zpracovává a všechny boční spojení jsou izolovány.

Samozřejmě je to pouze obecný popis toho, co se děje. Ve skutečnosti je v každé fázi mnoho komplexních biochemických reakcí, protože proces mléčného kvašení je výsledkem životně důležité činnosti živých bytostí.

Základem procesu mléčné fermentace

Z chemického hlediska jsou tyto transformace řada po sobě jdoucích etap.

1. Nejdříve se změní původní substrát, tj. Uhlíkový řetězec látky (sacharidů). To vede k vzhledu meziproduktů zcela odlišného charakteru, které patří do různých tříd. Například, jestliže výchozí substrát je glukóza, pak je přeskupen do kyseliny glukonové.
2. Oxidace-redukční reakce, doprovázené uvolňováním plynů, tvorba vedlejších produktů. Hlavní jednotkou celého procesu je kyselina mléčná. To je to, co se produkuje a nahromadí během fermentace. To však není jediné spojení. Tak vzniká molekula kyseliny octové, ethanolu, oxidu uhličitého, vody a někdy i dalších doprovodných látek.
3. Energetický výstup procesu ve formě molekul adenosintrifosfátu (ATP). Existují 2 molekuly ATP na molekulu glukózy, pokud je počáteční substrát komplexnější, například celulóza, pak tři molekuly ATP. Tato energie se používá bakteriemi mléčného kvašení pro další životnost.

Samozřejmě, pokud člověk chápe podrobně biochemické transformace, pak by měly být uvedeny všechny meziprodukty a komplexy. Například:

• kyselina pyrohroznová;
• adenosin-difosfát;
• molekuly nikotinamid-difosfátu jako nosiče vodíku a další.

  

Tento problém si však zaslouží zvláštní pozornost a měl by být zvážen z hlediska biochemie, takže se v tomto článku nedotkneme. Budeme podrobněji zvážit, jaká je technologie výroby produktů mléčné kyseliny a jaký typ fermentace existuje.

Homofermentační fermentace

Homofermentační fermentace kyseliny mléčné předpokládá použití speciálních forem patogenů a od získaných produktů se liší od heterofermentativních a jejich množství. Vyskytuje se na glykolytické cestě uvnitř buňky mikroorganismu. Podstata spočívá, jako celek, při jakékoliv fermentaci při přeměně sacharidů na kyselinu mléčnou. Hlavní výhodou tohoto způsobu je, že výtěžek požadovaného produktu činí 90%. A pouze zbývající část jde na boční spojení.

Bakterie fermentace tohoto typu jsou následující:

• Streptococcus lactis.
• Lactobacillus casei.
• Lactobacillus acidophilus a další.

Jaké další látky vzniká v důsledku homofermentační fermentace? Toto jsou například:

• ethylalkohol;
• těkavé kyseliny;
• Oxid uhličitý;
• kyselina fumarová a kyselina jantarová.

V průmyslu se však tento způsob získávání kyselých mléčných výrobků prakticky nepoužívá. V přírodě se zachovává jako počáteční fáze glykolýzy, objevuje se také v buňkách savčích svalů při rozsáhlém fyzickém namáhání.

Technologie výroby správných produktů pro lidskou výživu zahrnuje použití takových počátečních sacharidů jako:

• glukóza;
• sacharóza;
• fruktóza;
• manóza;
• škrob a některé další.

  

A homofermentativní bakterie nejsou schopny oxidovat mnoho z těchto sloučenin, takže jejich použití jako fermenty během produkce není možné.

Heterofermentační mléčná fermentace

Tato metoda je přesně průmyslově použitelná, díky níž se vyrábí veškeré produkty z kyselého mléka, provádí se konzervace zeleniny, připravuje se krmivo na siláž pro hospodářská zvířata.

Hlavní rozdíl oproti dříve popsanému je, že mléčné fermentační patogeny jsou prováděny s tvorbou většího počtu vedlejších produktů. Pouze 50% cukru se bakterií zpracovává na kyselinu mléčnou, zbytek se vynakládá na tvorbu takových molekul jako:

• kyselina octová;
• glycerol;
• oxid uhličitý;
• ethylalkohol a další.

Co je lepší a výhodnější než tvorba 90% čisté kyseliny mléčné s homoenzymatickou metodou? Věc je, že když se hlavní produkt vyrábí příliš, je životně důležitá aktivita mnoha bakterií zcela potlačena. Výrobky navíc ztratily mnoho chuťových vlastností, které získávají díky bočním spojům. Například příjemná vůně zeleniny v konzervách je poskytována kyselinou octovou a isoamylalkoholem. Pokud tyto sloučeniny neexistují, výsledek zachování bude zcela odlišný.

Výtěžek kyseliny mléčné v 50% je dostačující k potlačení vývoje a životaschopné aktivity všech cizích hub a mikroorganismů v systému. Protože i 1-2% způsobují příliš mnoho okyselování prostředí, ve kterém neexistují žádné jiné organismy kromě mléčných bakterií. Celý proces provádí pentose fosfátové dráhy.

Podmínky fermentace heterogenní metody by měly být následující:

• dobrý a čerstvý kvas, přidaný v počáteční fázi;
• optimální vnější podmínky, které jsou pro každý produkt individuálně vybírány;
• vysoce kvalitní a dobře fungující zařízení;
• všechna potřebná technická zařízení pro tento proces.

Mezi vnějšími podmínkami má procesní teplota zvláštní význam. Neměla by být příliš vysoká, ale studená voda výrazně zpomalí celý průběh fermentace.

Dnes existuje specializovaná kapacita pro fermentaci, která automaticky vytváří všechny nezbytné podmínky pro správnou a pohodlnou práci mikroorganismů.

Potřebné vybavení

Jak již bylo uvedeno výše, mezi nejdůležitější atributy by měla být zaznamenána kapacita pro fermentaci. Pokud budeme mluvit o domácím chování postup, pak byste měli dávat pozor na čistotu nádobí používané při konzervaci, výroba jogurtů a dalších produktů. Jedním ze způsobů, jak snížit počet cizích populací mikroorganismů, je sterilizace kontejnerů před jejich použitím.

Které nádobí jsou vhodné pro heterofermentační fermentaci? To může být ze skla nebo z vysoce kvalitní plasty (polypropylen, polyethylen), kontejner, který je schopen být těsně uzavřený víkem.

V průmyslu se speciální prostředky používají k dekontaminaci a čištění nádob před zahájením fermentačního procesu.

Bakterie používané v procesu

Pokud budeme hovořit o kultuře bakterií se používají k výrobě konzerv a mléčných výrobků, je možné identifikovat některé z nejběžnějších druhů organismů.

1. Acidofilní bulharská hůlka.
2. Lactobacillus druh Sporolactobacillus inulinus.
3. Bifidobakterie.
4. Leukonostok.
5. Koky kyseliny mléčné.
6. Lactobacillus L. L. Casei.
7. Bakterie rodu Streptococcus a další.

   

Na základě kombinace a čistých kultur určených organismů se připravují fermenty pro kyselé mléčné výrobky. Jsou ve veřejném vlastnictví, mohou je koupit někdo. Nejdůležitější je dodržovat podmínky fermentačního procesu, aby bylo možné těžit z výsledného produktu.

Jaké produkty jsou získány v důsledku tohoto fermentace?

Pokud mluvíme o tom, jaké fermentační produkty lze získat pomocí laktobacilů, můžeme jmenovat několik základních kategorií.

1. Fermentované mléčné výrobky potravin (fermentované pečené mléko, jogurt, Varentsov, jogurt, tvaroh, zakysané smetany, másla, acidofilní výrobky, atd.)
2. Silážní krmiva pro hospodářská zvířata.
3. Kyselina mléčná, která se používá při výrobě nealkoholických nápojů, dresinků a podobně.
4. Pekárna, výroba sýrů.
5. Zachování zeleniny a ovoce.

To vše dokazuje význam bakterií určitých druhů v životě lidí, jejich průmyslových aktivitách.