Gamta leidžia žmogui mėgautis joje teikiamais privalumais. Tuo pačiu metu žmonės stengiasi padidinti šiuos turtus, sukurti kažką naujo ir sužinoti apie nežinomybę. Bakterijos yra mažiausi gamtos tvariniai, kuriuos žmonės taip pat išmoko panaudoti savo tikslams.
Tačiau šie prokariotiniai organizmai neša ne tik žalą, susijusią su patogeniniais procesais ir ligomis. Jie taip pat yra svarbaus pramoninio proceso, kurį žmonės naudoja nuo seniausių laikų, – fermentacijos – š altinis. Šiame straipsnyje aptarsime, kas yra šis procesas ir kaip konkrečiai atliekama medžiagų pieno rūgšties fermentacija.
Rauginimo atsiradimo ir naudojimo istorija
Pirmasis paminėjimas, kad fermentacijos procesą naudojo žmonės tam, kad gautų tam tikrus produktus, pasirodė jau 5000 m. prieš Kristų. Būtent tada babiloniečiai naudojo šį metodą, norėdami gauti tokius produktus kaip:
- sūris;
- vynas;
- rūgpienis ir ktpieno produktai.
Vėliau panašus maistas pradėtas gauti Egipte, Kinijoje, Sudane, Meksikoje ir kitose senovės valstybėse. Jie pradėjo kepti mielinę duoną, fermentuoti daržovių pasėlius ir pasirodė pirmieji konservavimo bandymai.
Pieno rūgšties fermentacijos procesą žmonės naudoja tūkstančius metų. Sūriai, kefyrai, jogurtai visais laikais buvo svarbi valgio dalis. Visi gydytojai ir gydytojai žinojo apie šių produktų naudą. Tačiau priežastys, kodėl tokia transformacija įmanoma, liko nežinomos ilgą laiką.
Žmonės net negalėjo įsivaizduoti, kad fermentacijos sąlygoms reikia mikroorganizmų. XVII amžiaus viduryje Van Helmontas pasiūlė įvesti terminą „fermentacija“tiems virimo procesams, kuriuos lydi dujų išsiskyrimas. Galų gale, vertime šis žodis reiškia „verda“. Tačiau tik XIX amžiuje, tai yra, beveik po dviejų šimtų metų, prancūzų mikrobiologas, chemikas ir fizikas Louisas Pasteuras atrado, kad pasauliui egzistuoja mikrobai, bakterijos.
Nuo tada tapo žinoma, kad įvairioms fermentacijos rūšims reikia įvairių tipų mikroorganizmų, nematomų akiai. Jų tyrimas leido laikui bėgant kontroliuoti fermentaciją ir nukreipti ją tinkama linkme žmogui.
Rauginimo procesų esmė
Jei kalbėtume apie tai, kas yra fermentacijos procesas, turėtume atkreipti dėmesį į jo biocheminį pobūdį. Juk iš esmės tai yra bakterijų veikla, kurios išgauna sau energiją visam gyvenimui, gamindamos įvairiasšalutiniai produktai.
Apskritai fermentaciją galima apibūdinti vienu žodžiu – oksidacija. Anaerobinis medžiagos skilimas veikiant tam tikroms bakterijoms, dėl kurio susidaro daugybė produktų. Kokia medžiaga yra pagrindas, taip pat koks bus rezultatas, priklauso nuo paties proceso tipo. Yra keletas fermentacijos variantų, todėl yra šių transformacijų klasifikacija.
Klasifikacija
Yra trys pagrindiniai fermentacijos tipai.
- Alkoholis. Jį sudaro pradinės angliavandenių molekulės oksidavimas iki etilo alkoholio, anglies dioksido, vandens ir ATP molekulės (energijos š altinio). Šios transformacijos vyksta veikiant ne tik bakterijoms, bet ir įvairių genčių bei rūšių grybams. Būtent tokiu būdu nuo seno buvo gaunami tokie produktai kaip alus, vynas, kepimo mielės, alkoholis. Energija, kuri išsiskiria skaidant angliavandenius, išleidžiama mikroorganizmo gyvybiniams procesams užtikrinti. Tai yra biologinė proceso esmė.
- Pieno rūgšties fermentacija – tai angliavandenių oksidacija į pieno rūgštį, išskiriant daugybę šalutinių produktų. Kaip tai atliekama ir kokių tipų tai vyksta, mes svarstysime toliau.
- Sviesto rūgštis. Šis fermentacijos būdas yra svarbus natūraliu mastu. Jis vykdomas dėl gyvybinės sviesto rūgšties bakterijų, kurios gyvena anaerobinėmis sąlygomis pelkių dugne, upių dumbluose ir pan., veiklos. Jų darbo gamtoje dėka apdorojamas didžiulis kiekis organinių komponentų. Produktai yra daug medžiagų, tarp kurių pagrindinėsviesto rūgštis. Taip pat išsiskiria: acetonas, izopropilo alkoholis, anglies dioksidas, acto rūgštis, pieno rūgštis, etilo alkoholis ir kiti junginiai.
Kiekvienas iš nurodytų tipų yra svarbus tiek natūralaus, tiek pramoninio masto. Tokias transformacijas vykdančių organizmų tipai šiandien yra gerai ištirti ir daugelis jų auginami dirbtinai, siekiant gauti didelį produkto derlių.
Pieno rūgšties fermentacija: bendra koncepcija
Šis fermentacijos būdas buvo žinomas nuo antikos laikų. Dar prieš mūsų erą Senovės Egipto ir kitų valstybių gyventojai mokėjo gaminti sūrius, virti alų ir vyną, kepti duoną, fermentuoti daržoves ir vaisius.
Šiandien fermentuotiems pieno produktams naudojamos specialios starterinės kultūros, dirbtinai auginamos reikalingų mikroorganizmų padermės. Procesas buvo modernizuotas ir perkeltas į automatizmą, atliekamas su visa įranga. Yra daug gamintojų, kurie tiesiogiai gamina pieno rūgšties fermentaciją.
Viso proceso esmę galima apibendrinti keliose pastraipose.
- Pagrindiniu produktu laikomi angliavandeniai – paprasti (fruktozė, gliukozė, pentozė) arba kompleksiniai (sacharozė, krakmolas, glikogenas ir kt.).
- Sukuriamos anaerobinės sąlygos.
- Į produktą dedama tam tikros rūšies pieno rūgšties bakterijų padermių.
- Pateikiami visi reikalingi išoriniai veiksniai, kurie yra optimalūs norimam gaminiui: apšvietimas, temperatūra, tam tikrų papildomų elementų buvimaskomponentai, slėgis.
- Pasibaigus fermentacijos procesui, produktas apdorojamas ir visi šalutiniai junginiai yra išskiriami.
Žinoma, tai tik bendras to, kas vyksta, aprašymas. Tiesą sakant, kiekviename etape vyksta daug sudėtingų biocheminių reakcijų, nes pieno rūgšties fermentacijos procesas yra gyvų būtybių gyvybinės veiklos rezultatas.
Pieno rūgšties fermentacijos proceso pagrindai
Cheminiu požiūriu šios transformacijos yra nuoseklių etapų serija.
- Pirma, pasikeičia pradinis substratas, tai yra, pasikeičia medžiagos (angliavandenio) anglies grandinė. Dėl to atsiranda visiškai skirtingo pobūdžio tarpiniai junginiai, priklausantys skirtingoms klasėms. Pavyzdžiui, jei pradinis substratas yra gliukozė, tada jis pertvarkomas į gliukono rūgštį.
- Oksidacijos-redukcijos reakcijos, kurias lydi dujų išsiskyrimas, šalutinių produktų susidarymas. Pagrindinis viso proceso vienetas yra pieno rūgštis. Būtent ji gaminama ir kaupiasi fermentacijos metu. Tačiau tai ne vienintelis ryšys. Taigi susidaro acto rūgšties, etilo alkoholio, anglies dioksido, vandens ir kartais kitų lydinčių molekulių.
- Proceso energijos išeiga adenozino trifosforo rūgšties (ATP) molekulių pavidalu. Gliukozės molekulėje yra 2 ATP molekulės, bet jei pradinis substratas yra sudėtingesnės struktūros, pavyzdžiui, celiuliozė, tada yra trys ATP molekulės. Šią energiją pieno rūgšties bakterijos naudoja tolesniam gyvenimui.
Natūralu, kadjei išsamiai suprantame biochemines transformacijas, tuomet reikia nurodyti visas tarpines molekules ir kompleksus. Pavyzdžiui:
- piruvo rūgštis;
- adenozindifosfatas;
- nikotinamino difosfato, kaip vandenilio ir kitų nešiklio, molekulės.
Tačiau šis klausimas nusipelno ypatingo dėmesio ir turėtų būti nagrinėjamas biochemijos požiūriu, todėl šiame straipsnyje jos neliesime. Pažvelkime atidžiau, kokia yra pieno rūgšties produktų gamybos technologija ir kokios fermentacijos rūšys egzistuoja.
Homofermentacinė fermentacija
Homofermentinė pieno rūgšties fermentacija apima specialių formų patogenų naudojimą ir skiriasi nuo heterofermentinės gaunamais produktais ir jų kiekiu. Jis atsiranda glikolitiniu keliu mikroorganizmo ląstelės viduje. Esmė yra, kaip ir bet kurios fermentacijos metu, angliavandenių pavertimas pieno rūgštimi. Pagrindinis šio proceso privalumas yra tas, kad norimo produkto išeiga siekia 90%. Ir tik visa kita atitenka šalutiniams junginiams.
Šių rūšių bakterijų fermentacija:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus ir kt.
Kokios kitos medžiagos susidaro dėl homofermentinės fermentacijos? Tai tokie ryšiai:
- etilo alkoholis;
- lakiosios rūgštys;
- anglies dioksidas;
- fumaro ir gintaro rūgštis.
Tačiau šis fermentuotų pieno produktų gavimo būdas pramonėje praktiškai nenaudojamas. Gamtoje jis saugomas kaip pradinė glikolizės stadija, taip pat atsiranda žinduolių raumenų ląstelėse esant dideliam fiziniam krūviui.
Žmonių mitybai reikalingų produktų gamybos technologija apima tokių pradinių angliavandenių naudojimą:
- gliukozė;
- sacharozė;
- fruktozė;
- manozė;
- krakmolas ir kai kurie kiti.
Ir homofermentinės bakterijos nesugeba oksiduoti daugelio šių junginių, todėl jų kaip pradinių kultūrų gamyboje naudoti negalima.
Heterofermentinė pieno rūgšties fermentacija
Šis metodas yra būtent pramoniniu būdu pritaikytas, kurio dėka gaminami visi rauginto pieno produktai, konservuojamos daržovės, nuimamas siloso pašaras gyvuliams.
Pagrindinis skirtumas nuo anksčiau aprašyto yra tas, kad patogenai vykdo pieno rūgšties fermentaciją ir susidaro daugiau šalutinių produktų. Tik 50 % cukraus bakterijos paverčia pieno rūgštimi, o likusi dalis skiriama molekulėms, tokioms kaip:
- acto rūgštis;
- glicerinas;
- anglies dioksidas;
- etilo alkoholis ir kt.
Kuo tai geriau ir pelningiau nei 90% grynos pieno rūgšties susidarymas homofermentaciniu metodu? Reikalas tas, kad kai gaminamas pagrindinis produktasper daug, tada daugelio bakterijų gyvybinė veikla visiškai slopinama. Be to, produktai praranda daugelį skonio savybių, kurias įgyja dėl šalutinių junginių. Taigi, pavyzdžiui, malonų konservuotų daržovių aromatą suteikia acto rūgštis ir izoamilo alkoholis. Jei šių junginių nėra, konservavimo rezultatas bus visiškai kitoks.
50% pieno rūgšties išeiga yra visiškai pakankama, kad slopintų visų pašalinių grybų ir mikroorganizmų vystymąsi ir gyvybinę veiklą sistemoje. Nes net 1-2% sukelia per stiprų aplinkos rūgštėjimą, kurioje negali egzistuoti jokie kiti organizmai, išskyrus pieno rūgšties bakterijas. Visas procesas vyksta pentozės fosfato keliu.
Rauginimo sąlygos heterofermentaciniam metodui turi būti tokios:
- geras ir naujas starteris, pridėtas pradiniame etape;
- optimalios išorinės sąlygos, kurios parenkamos kiekvienam produktui atskirai;
- kokybiška ir gerai veikianti įranga;
- visi procesui reikalingi techniniai įrenginiai.
Iš išorės sąlygų ypač svarbi proceso temperatūra. Jis neturėtų būti per aukštas, tačiau š altis drastiškai sulėtins visą fermentacijos eigą.
Šiandien yra specializuotas fermentacijos bakas, kuris automatiškai sukuria visas būtinas sąlygas tinkamam ir patogiam mikroorganizmų funkcionavimui.
Reikalinga įranga
Kaip minėjome aukščiau, vienas iš svarbiausių atributųReikėtų atkreipti dėmesį į fermentacijos pajėgumą. Jei kalbėsime apie namų procedūrą, tuomet turėtumėte atkreipti dėmesį į konservavimo metu naudojamų indų švarą, jogurto ir kitų produktų gamybą. Vienas iš būdų sumažinti pašalinių mikroorganizmų populiacijų skaičių – sterilizuoti talpyklas prieš jas naudojant.
Kokie patiekalai tinka heterofermentinei fermentacijai? Tai gali būti stiklinis arba aukštos kokybės plastikinis (polipropilenas, polietilenas) indas, kurį galima sandariai uždaryti dangteliu.
Pramonėje naudojami specialūs prietaisai, skirti dezinfekuoti ir valyti talpas prieš pradedant fermentacijos procesą.
Procese naudojamos bakterijos
Jei kalbėtume apie bakterijų kultūras, kurios naudojamos gaminant konservuotus ir fermentuotus pieno produktus, galime nustatyti keletą dažniausiai pasitaikančių organizmų tipų.
- Acidofilinė bulgarų lazda.
- Lactobacillus rūšys Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobakterijos.
- Leukostocks.
- Pieno rūgšties kokos.
- Lactobacillus rūšys L. Casei.
- Streptococcus genties bakterijos ir kitos.
Remiantis nurodytų organizmų deriniu ir grynosiomis kultūromis, gaminamos rauginto pieno produktų starterinės kultūros. Jie yra viešai prieinami, kiekvienas gali juos nusipirkti. Svarbiausia laikytis fermentacijos proceso sąlygų, kad gautumėte naudos iš toproduktas.
Kokie produktai gaunami iš šios fermentacijos?
Jei kalbėtume apie tai, kokius fermentacijos produktus galima gauti naudojant laktobacilas, galime įvardyti kelias pagrindines kategorijas.
- Rauginto pieno produktai (raugintas keptas pienas, jogurtai, varnetai, kefyras, varškė, grietinė, sviestas, acidofiliniai produktai ir kiti).
- Šilo tipo pašarai ūkio gyvūnams.
- Pieno rūgštis, kuri naudojama gaiviųjų gėrimų gamyboje, kailio odelių apdirbimui ir kt.
- Kepimas, sūrio gamyba.
- Vaisių ir daržovių konservai.
Visa tai įrodo tam tikrų bakterijų rūšių svarbą žmonių gyvenime, jų pramoninėje veikloje.
