Luonto antaa ihmisen nauttia sen tarjoamista eduista. Samaan aikaan ihmiset yrittävät lisätä näitä rikkauksia, luoda jotain uutta ja oppia tuntemattomasta. Bakteerit ovat luonnon pienimpiä olentoja, joita ihmiset ovat myös oppineet käyttämään omiin tarkoituksiinsa.
Mutta nämä prokaryoottiset organismit eivät kantaudu pelkästään patogeenisiin prosesseihin ja sairauksiin liittyvää haittaa. Ne ovat myös lähde tärkeälle teolliselle prosessille, jota ihmiset ovat käyttäneet muinaisista ajoista lähtien - käymisen. Tässä artikkelissa pohditaan, mikä tämä prosessi on ja miten aineiden maitohappokäyminen suoritetaan erityisesti.
Käytämisen esiintymis- ja käyttöhistoria
Ensimmäinen maininta siitä, että ihmiset käyttivät käymisprosessia tiettyjen tuotteiden saamiseksi, ilmestyi jo 5000 eKr. Silloin babylonialaiset käyttivät tätä menetelmää saadakseen tuotteita, kuten:
- juusto;
- viini;
- juustomassa ja muutmaitotuotteet.
Myöhemmin samanlaista ruokaa alettiin vastaanottaa Egyptissä, Kiinassa, Sudanissa, Meksikossa ja muissa muinaisissa osav altioissa. He alkoivat leipoa hiivaleipää, fermentoida vihanneksia, ja ensimmäiset säilöntäyritykset ilmestyivät.
Ihmiset ovat käyttäneet maitohappokäymisprosessia tuhansia vuosia. Juustot, kefirit, jogurtit ovat olleet tärkeä osa ateriaa kaikkina aikoina. Kaikki lääkärit ja parantajat tiesivät näiden tuotteiden eduista. Syyt siihen, miksi tällainen muunnos on mahdollista, jäivät kuitenkin tuntemattomiksi pitkään.
Ihmiset eivät voi edes kuvitella, että käymisolosuhteet edellyttävät mikro-organismien läsnäoloa. 1600-luvun puolivälissä Van Helmont ehdotti, että otettaisiin käyttöön termi "käyminen" niille keittoprosesseille, joihin liittyy kaasun vapautuminen. Loppujen lopuksi käännöksessä tämä sana tarkoittaa "kiehuvaa". Kuitenkin vasta 1800-luvulla, eli lähes kaksisataa vuotta myöhemmin, ranskalainen mikrobiologi, kemisti ja fyysikko Louis Pasteur havaitsi mikrobien, bakteerien olemassaolon maailmalle.
Sittemmin on tullut tiedoksi, että erilaiset käymistyypit edellyttävät erityyppisten silmälle näkymättömien mikro-organismien läsnäoloa. Heidän tutkimuksensa mahdollisti ajan mittaan käymisen hallitsemisen ja ohjaamisen oikeaan suuntaan ihmisen kann alta.
Kämisprosessien ydin
Jos puhumme fermentaatioprosessista, meidän tulee tuoda esiin sen biokemiallinen luonne. Loppujen lopuksi tämä on pohjimmiltaan vain bakteerien toimintaa, jotka ottavat itselleen energiaa elämää varten tuottaen samalla erilaisiasivutuotteet.
Yleensä käyminen voidaan kuvata yhdellä sanalla - hapetus. Aineen anaerobinen hajoaminen tiettyjen bakteerien vaikutuksesta, mikä johtaa useiden tuotteiden muodostumiseen. Se, mikä aine on perusta ja mikä on tulos, määräytyy itse prosessin tyypin mukaan. Käymisvaihtoehtoja on useita, joten näille muunnoksille on olemassa luokitus.
Luokittelu
Kymisessä on kolme päätyyppiä.
- Alkoholi. Se koostuu alkuperäisen hiilihydraattimolekyylin hapettamisesta etyylialkoholiksi, hiilidioksidiksi, vedeksi ja ATP-molekyyliksi (energianlähteeksi). Nämä muutokset suoritetaan paitsi bakteerien, myös eri sukujen ja lajien sienten vaikutuksesta. Tällä tavalla tuotteita, kuten olutta, viiniä, leivinhiivaa ja alkoholia, on saatu muinaisista ajoista lähtien. Hiilihydraattien hajoamisen aikana vapautuva energia kuluu mikro-organismin elintärkeiden prosessien varmistamiseen. Tämä on prosessin biologinen olemus.
- Maitohappokäyminen on hiilihydraattien hapettamista maitohapoksi, jolloin vapautuu useita sivutuotteita. Miten se suoritetaan ja minkä tyyppisiä se tapahtuu, harkitsemme tarkemmin.
- Voihappo. Tämäntyyppinen käyminen on tärkeää luonnollisessa mittakaavassa. Se tapahtuu voihappobakteerien elintärkeän toiminnan vuoksi, jotka elävät anaerobisissa olosuhteissa soiden, jokilietteen ja niin edelleen pohjalla. Luonnossa tekemänsä työnsä ansiosta prosessoidaan v altava määrä orgaanisia komponentteja. Tuotteet ovat monia aineita, joista tärkeinvoihappo. Päästyy myös: asetonia, isopropyylialkoholia, hiilidioksidia, etikkahappoa, maitohappoa, etyylialkoholia ja muita yhdisteitä.
Jokainen nimetyistä tyypeistä on tärkeä sekä luonnollisessa että teollisessa mittakaavassa. Tällaisia muutoksia suorittavien organismien tyypit ovat nykyään hyvin tutkittuja, ja monia niistä viljellään keinotekoisesti suuren tuotteen saannon saamiseksi.
Maitohappokäyminen: yleinen käsite
Tällainen käyminen on ollut tunnettu antiikista lähtien. Jo ennen aikakauttamme muinaisen Egyptin ja muiden v altioiden asukkaat osasivat valmistaa juustoa, keittää olutta ja viiniä, leipoa leipää, fermentoida vihanneksia ja hedelmiä.
Nykyään fermentoiduissa maitotuotteissa käytetään erityisiä hapateviljelmiä, tarvittavien mikro-organismien kantoja kasvatetaan keinotekoisesti. Prosessi on modernisoitu ja automatisoitu, toteutettu kokonaisten laitteiden avulla. On monia valmistajia, jotka tuottavat suoraan maitohappokäymisen.
Koko prosessin ydin voidaan tiivistää useisiin kappaleisiin.
- Päätuotteena pidetään hiilihydraattia - yksinkertaista (fruktoosi, glukoosi, pentoosit) tai monimutkaista (sakkaroosi, tärkkelys, glykogeeni ja muut).
- Anaerobiset olosuhteet luodaan.
- Tuotteeseen on lisätty tietyntyyppisiä maitohappobakteerikantoja.
- Kaikki tarvittavat ulkoiset tekijät tarjotaan, jotka ovat optimaaliset halutulle tuotteelle: valaistus, lämpötila, tiettyjen lisäaineiden läsnäolokomponentit, paine.
- Kämisprosessin päätyttyä tuote käsitellään ja kaikki sivuyhdisteet eristetään.
Tietenkin tämä on vain yleinen kuvaus siitä, mitä tapahtuu. Itse asiassa jokaisessa vaiheessa tapahtuu monia monimutkaisia biokemiallisia reaktioita, koska maitohappokäymisprosessi on seurausta elävien olentojen elintärkeästä toiminnasta.
Maitohappokäymisprosessin perusteet
Kemiallisesta näkökulmasta nämä muutokset ovat sarja peräkkäisiä vaiheita.
- Ensinnäkin alkuperäisessä substraatissa tapahtuu muutos, eli aineen (hiilihydraatin) hiiliketju muuttuu. Tämä johtaa täysin erilaisten, eri luokkiin kuuluvien väliyhdisteiden ilmestymiseen. Esimerkiksi, jos alkuperäinen substraatti on glukoosi, se järjestetään uudelleen glukonihapoksi.
- Hapetus-pelkistysreaktiot, joihin liittyy kaasujen vapautumista ja sivutuotteiden muodostumista. Pääyksikkö koko prosessissa on maitohappo. Hän on se, joka tuotetaan ja kerääntyy käymisen aikana. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa yhteys. Niinpä muodostuu etikkahappo-, etyylialkoholi-, hiilidioksidi-, vesi- ja joskus muita mukana tulevia molekyylejä.
- Prosessin energiasaanto adenosiinitrifosforihapon (ATP) molekyylien muodossa. Glukoosimolekyyliä kohti on 2 ATP-molekyyliä, mutta jos alkuperäinen substraatti on rakenteeltaan monimutkaisempi, esimerkiksi selluloosa, niin ATP-molekyylejä on kolme. Maitohappobakteerit käyttävät tätä energiaa myöhempään elämään.
On luonnollista, ettäjos biokemialliset muutokset ymmärretään yksityiskohtaisesti, kaikki välimolekyylit ja kompleksit on ilmoitettava. Esimerkiksi:
- pyruviinihappo;
- adenosiinidifosfaatti;
- nikotiiniamiinidifosfaatin molekyylejä vedyn ja muiden kantajana.
Tämä asia ansaitsee kuitenkin erityistä huomiota ja sitä tulee tarkastella biokemian näkökulmasta, joten emme käsittele sitä tässä artikkelissa. Katsotaanpa tarkemmin, mikä on maitohappotuotteiden valmistustekniikka ja millaisia käymismenetelmiä on olemassa.
Homofermentatiivinen käyminen
Homofermentatiivisessa maitohappokäymisessä käytetään erityisiä taudinaiheuttajien muotoja ja se eroaa heterofermentatiivisesta syntyvien tuotteiden ja niiden määrän suhteen. Sitä esiintyy glykolyyttisen reitin varrella mikro-organismin solun sisällä. Tärkeintä on, kuten yleensä missä tahansa käymisessä, hiilihydraattien muuntaminen maitohapoksi. Tämän menetelmän tärkein etu on, että halutun tuotteen saanto on 90 %. Ja vain loput menee sivuyhdisteiksi.
Seuraavien lajien tämän tyyppinen bakteerikäyminen:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus ja muut.
Mitä muita aineita muodostuu homofermentatiivisen käymisen seurauksena? Nämä ovat yhteyksiä, kuten:
- etyylialkoholi;
- haihtuvat hapot;
- hiilidioksidi;
- fumaari- ja meripihkahappo.
Tällaista fermentoitujen maitotuotteiden valmistusmenetelmää ei kuitenkaan käytännössä käytetä teollisuudessa. Se säilyy luonnossa glykolyysin alkuvaiheena, sitä esiintyy myös nisäkkäiden lihassoluissa laajan fyysisen rasituksen aikana.
Ihmisen ravinnoksi tarvittavien tuotteiden tuotantoteknologiaan kuuluu sellaisten alkuvaiheen hiilihydraattien käyttö:
- glukoosi;
- sakkaroosi;
- fruktoosi;
- mannoosi;
- tärkkelys ja joitain muita.
Ja homofermentatiiviset bakteerit eivät pysty hapettamaan monia näistä yhdisteistä, joten niiden käyttö aloitusviljelminä tuotannossa ei ole mahdollista.
Heterofermentatiivinen maitohappokäyminen
Tämä menetelmä on juuri teollisesti soveltuva menetelmä, jonka ansiosta kaikki fermentoidut maitotuotteet valmistetaan, vihannekset säilötään ja karjan säilörehu korjataan.
Suurin ero aiemmin kuvattuun on se, että taudinaiheuttajat suorittavat maitohappokäymisen ja muodostavat suuremman määrän sivutuotteita. Bakteerit prosessoivat vain 50 % sokerista maitohapoksi, loput menee molekyylien muodostamiseen, kuten:
- etikkahappo;
- glyseriini;
- hiilidioksidi;
- etyylialkoholi ja muut.
Miten se on parempaa ja kannattavampaa kuin 90 % puhtaan maitohapon muodostaminen homofermentatiivisella menetelmällä? Asia on siinä, että kun päätuote valmistetaanliian paljon, monien bakteerien elintärkeä toiminta estyy kokonaan. Lisäksi tuotteet menettävät monia makuominaisuuksia, joita ne saavat sivuyhdisteiden vuoksi. Joten esimerkiksi säilöttyjen vihannesten miellyttävän aromin tarjoavat etikkahappo ja isoamyylialkoholi. Jos näitä yhdisteitä ei ole, säilymisen tulos on täysin erilainen.
50 % maitohapon saanto on aivan riittävä estämään kaikkien järjestelmässä olevien vieraiden sienten ja mikro-organismien kehitystä ja elintärkeää toimintaa. Koska jopa 1-2 % aiheuttaa ympäristön liian voimakasta happamoitumista, jossa ei voi esiintyä muita organismeja paitsi maitohappobakteereja. Koko prosessi suoritetaan pentoosifosfaattireittiä pitkin.
Heterofermentatiivisen menetelmän käymisolosuhteiden tulee olla seuraavat:
- hyvä ja tuore lähde lisätty alkuvaiheessa;
- optimaaliset ulkoiset olosuhteet, jotka valitaan kullekin tuotteelle erikseen;
- laadukkaat ja hyvin toimivat laitteet;
- kaikki prosessiin tarvittavat tekniset laitteet.
Ulkoisten olosuhteiden joukossa prosessilämpötila on erityisen tärkeä. Se ei saa olla liian korkea, mutta kylmä hidastaa rajusti koko käymiskulkua.
Tänään on erikoistunut käymissäiliö, joka luo automaattisesti kaikki tarvittavat olosuhteet mikro-organismien asianmukaiselle ja mukavalle toiminnalle.
Tarvitaan laitteet
Kuten yllä totesimme, tärkeimpien ominaisuuksien joukossaKäymiskyky tulee huomioida. Jos puhumme kotimenettelystä, sinun tulee kiinnittää huomiota säilytyksen aikana käytettyjen astioiden puhtauteen, jogurtin ja muiden tuotteiden valmistukseen. Yksi tapa vähentää vieraiden mikro-organismipopulaatioiden määrää on steriloida astiat ennen niiden käyttöä.
Mitkä ruoat sopivat heterofermentatiiviseen käymiseen? Se voi olla lasi- tai korkealaatuinen muovinen (polypropeeni, polyeteeni) astia, joka voidaan sulkea tiiviisti kannella.
Teollisuus käyttää erikoislaitteita säiliöiden desinfiointiin ja puhdistukseen ennen käymisprosessin alkamista.
Prosessissa käytetyt bakteerit
Jos puhumme bakteeriviljelmistä, joita käytetään purkkien ja fermentoitujen maitotuotteiden valmistukseen, voimme tunnistaa useita yleisimpiä organismityyppejä.
- Asidofiilinen bulgarialainen keppi.
- Lactobacillus-lajit Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobakteerit.
- Leukostocks.
- Maitohappokokki.
- Lactobacillus-lajit L. Casei.
- Streptococcus-suvun bakteerit ja muut.
Ilmoitettujen organismien yhdistelmän ja puhdasviljelmien perusteella valmistetaan hapateviljelmiä fermentoiduille maitotuotteille. Ne ovat julkisia, kuka tahansa voi ostaa niitä. Tärkeintä on noudattaa käymisprosessin olosuhteita, jotta tuloksesta voidaan hyötyätuote.
Mitä tuotteita tästä käymisestä saadaan?
Jos puhumme siitä, mitä käymistuotteita voidaan saada laktobasillien avulla, voimme nimetä useita pääkategorioita.
- Hapatetut maitotuotteet (fermentoitu leivonnainen maito, jogurtit, varenetit, kefiiri, raejuusto, smetana, voi, acidophilus-tuotteet ja muut).
- Siilotyyppinen rehu tuotantoeläimille.
- Maitohappo, jota käytetään virvoitusjuomien valmistukseen, turkisnahkojen käsittelyyn ja muuhun.
- Leivonta, juuston valmistus.
- Säilykkeet hedelmät ja vihannekset.
Kaikki tämä todistaa tietyntyyppisten bakteerien merkityksen ihmisten elämässä ja teollisessa toiminnassa.
