Melkzuurfermentatie: technologie en benodigde apparatuur. heterofermentatieve melkzuurfermentatie

Inhoudsopgave:

Melkzuurfermentatie: technologie en benodigde apparatuur. heterofermentatieve melkzuurfermentatie
Melkzuurfermentatie: technologie en benodigde apparatuur. heterofermentatieve melkzuurfermentatie
Anonim

Natuur stelt een persoon in staat om te genieten van de voordelen die erin beschikbaar zijn. Tegelijkertijd proberen mensen deze rijkdommen te vergroten, iets nieuws te creëren en te leren over het onbekende. Bacteriën zijn de kleinste wezens van de natuur, die mensen ook voor hun eigen doeleinden hebben leren gebruiken.

melkzuurfermentatie
melkzuurfermentatie

Maar niet alleen de schade die gepaard gaat met pathogene processen en ziekten wordt gedragen door deze prokaryotische organismen. Ze zijn ook de bron van een belangrijk industrieel proces dat al sinds de oudheid door mensen wordt gebruikt - fermentatie. In dit artikel zullen we bekijken wat dit proces is en hoe melkzuurfermentatie van stoffen specifiek wordt uitgevoerd.

Geschiedenis van voorkomen en gebruik van fermentatie

De eerste vermelding dat het fermentatieproces door mensen werd gebruikt om bepaalde producten te verkrijgen, verscheen al in 5000 voor Christus. Het was toen dat de Babyloniërs deze methode gebruikten om producten te verkrijgen zoals:

  • kaas;
  • wijn;
  • gestremde melk en anderenzuivelproducten.

Later werd soortgelijk voedsel ontvangen in Egypte, China, Soedan, Mexico en andere oude staten. Ze begonnen gistbrood te bakken, groentegewassen te fermenteren en de eerste pogingen tot inblikken verschenen.

Het proces van melkzuurfermentatie wordt al duizenden jaren door mensen gebruikt. Kaas, kefir en yoghurt zijn altijd een belangrijk onderdeel van de ma altijd geweest. Alle artsen en genezers wisten van de voordelen van deze producten. De redenen waarom dit soort transformatie mogelijk is, bleven echter lange tijd onbekend.

starterculturen voor zuivelproducten
starterculturen voor zuivelproducten

Het feit dat fermentatieomstandigheden de aanwezigheid van micro-organismen vereisen, konden mensen zich niet eens voorstellen. In het midden van de 17e eeuw stelde Van Helmont voor om de term "fermentatie" in te voeren voor die kookprocessen die gepaard gaan met het vrijkomen van gas. In vertaling betekent dit woord immers 'kokend'. Maar pas in de 19e eeuw, dat wil zeggen bijna tweehonderd jaar later, ontdekte de Franse microbioloog, scheikundige en natuurkundige Louis Pasteur het bestaan van microben, bacteriën voor de wereld.

Sindsdien is bekend geworden dat verschillende soorten fermentatie de aanwezigheid vereisen van verschillende soorten micro-organismen die onzichtbaar zijn voor het oog. Hun studie maakte het na verloop van tijd mogelijk om de fermentatie te beheersen en in de juiste richting te sturen voor een persoon.

De essentie van fermentatieprocessen

Als we het hebben over wat het fermentatieproces is, dan moeten we wijzen op de biochemische aard ervan. In de kern is dit immers slechts de activiteit van bacteriën die energie voor zichzelf onttrekken voor het leven, terwijl ze verschillende soorten producerenbijproducten.

Over het algemeen kan fermentatie in één woord worden beschreven: oxidatie. Anaërobe afbraak van een stof onder invloed van bepaalde bacteriën, waardoor een aantal producten ontstaan. Welke stof de basis is, en wat het resultaat zal zijn, wordt bepaald door het soort proces zelf. Er zijn verschillende fermentatie-opties, dus er is een classificatie voor deze transformaties.

Classificatie

Er zijn drie hoofdsoorten fermentatie.

  1. Alcohol. Het bestaat uit de oxidatie van het oorspronkelijke koolhydraatmolecuul tot ethylalcohol, kooldioxide, water en een ATP-molecuul (een energiebron). Deze transformaties worden uitgevoerd onder invloed van niet alleen bacteriën, maar ook schimmels van verschillende geslachten en soorten. Op deze manier zijn sinds de oudheid producten als bier, wijn, bakkersgist en alcohol verkregen. De energie die vrijkomt bij de afbraak van koolhydraten wordt besteed aan het in stand houden van de vitale processen van het micro-organisme. Dit is de biologische essentie van het proces.
  2. Melkzuurfermentatie is de oxidatie van koolhydraten tot melkzuur waarbij een aantal bijproducten vrijkomt. Hoe het wordt uitgevoerd en welke soorten het gebeurt, zullen we verder in meer detail bekijken.
  3. Boterzuur. Deze vorm van fermentatie is belangrijk op natuurlijke schaal. Het wordt uitgevoerd vanwege de vitale activiteit van boterzuurbacteriën die in anaërobe omstandigheden leven op de bodem van moerassen, rivierslib, enzovoort. Dankzij hun werk in de natuur worden er enorm veel organische componenten verwerkt. Producten zijn veel stoffen, waarvan de belangrijkste:boterzuur. Ook uitgestoten: aceton, isopropylalcohol, kooldioxide, azijnzuur, melkzuur, ethylalcohol en andere verbindingen.
  4. fermentatieproces
    fermentatieproces

Elk van de aangewezen typen is belangrijk, zowel op natuurlijke als op industriële schaal. De soorten organismen die dergelijke transformaties uitvoeren, zijn tegenwoordig goed bestudeerd en veel van hen worden kunstmatig gekweekt om een grote opbrengst van het product te verkrijgen.

Melkzuurfermentatie: een algemeen concept

Dit type fermentatie is al sinds de oudheid bekend. Zelfs vóór onze jaartelling wisten de inwoners van het oude Egypte en andere staten hoe ze kaas moesten maken, bier en wijn moesten brouwen, brood moesten bakken, groenten en fruit moesten fermenteren.

Vandaag de dag worden speciale starterculturen gebruikt voor gefermenteerde melkproducten, worden stammen van de noodzakelijke micro-organismen kunstmatig gekweekt. Het proces is gemoderniseerd en tot automatisme gebracht, uitgevoerd met behulp van complete apparatuur. Er zijn veel fabrikanten die direct melkzuurfermentatie produceren.

De essentie van het hele proces kan in verschillende paragrafen worden samengevat.

  1. Een koolhydraat wordt als het hoofdproduct genomen - eenvoudig (fructose, glucose, pentosen) of complex (sucrose, zetmeel, glycogeen en andere).
  2. Anaërobe omstandigheden worden gecreëerd.
  3. Stammen melkzuurbacteriën van een bepaald type worden aan het product toegevoegd.
  4. Alle noodzakelijke externe factoren zijn aanwezig die optimaal zijn voor het gewenste product: verlichting, temperatuur, de aanwezigheid van bepaalde extracomponenten, druk.
  5. Nadat het fermentatieproces is voltooid, wordt het product verwerkt en worden alle nevenverbindingen geïsoleerd.

Natuurlijk is dit slechts een algemene beschrijving van wat er gebeurt. In feite zijn er in elk stadium veel complexe biochemische reacties, omdat het proces van melkzuurfermentatie het resultaat is van de vitale activiteit van levende wezens.

Basis van het melkzuurfermentatieproces

Vanuit chemisch oogpunt zijn deze transformaties een reeks opeenvolgende stadia.

  1. Ten eerste is er een verandering in het oorspronkelijke substraat, dat wil zeggen, de koolstofketen van de stof (koolhydraat) verandert. Dit leidt tot het verschijnen van tussenverbindingen van een geheel andere aard, die tot verschillende klassen behoren. Als het initiële substraat bijvoorbeeld glucose is, wordt het herschikt in gluconzuur.
  2. Oxidatie-reductiereacties, vergezeld van het vrijkomen van gassen, de vorming van bijproducten. De belangrijkste eenheid in het hele proces is melkzuur. Zij is het die wordt geproduceerd en zich ophoopt tijdens de fermentatie. Dit is echter niet de enige verbinding. Er is dus de vorming van moleculen van azijnzuur, ethylalcohol, koolstofdioxide, water en soms andere begeleidende moleculen.
  3. Energieopbrengst van het proces in de vorm van moleculen van adenosinetrifosforzuur (ATP). Er zijn 2 ATP-moleculen per molecuul glucose, maar als het initiële substraat een complexere structuur heeft, bijvoorbeeld cellulose, dan zijn er drie ATP-moleculen. Deze energie wordt door melkzuurbacteriën gebruikt voor verder leven.

Het is normaal datals men biochemische transformaties in detail begrijpt, moeten alle tussenliggende moleculen en complexen worden aangegeven. Zoals:

  • pyrodruivenzuur;
  • adenosinedifosfaat;
  • moleculen van nicotinaminedifosfaat als drager van waterstof en andere.
  • fermentatie voorwaarden
    fermentatie voorwaarden

Deze kwestie verdient echter speciale aandacht en moet worden beschouwd vanuit het oogpunt van biochemie, dus we zullen er in dit artikel niet op ingaan. Laten we eens nader bekijken wat de technologie is voor de productie van melkzuurproducten en welke soorten fermentatie er bestaan.

Homofermentatieve fermentatie

Homofermentatieve melkzuurfermentatie omvat het gebruik van speciale vormen van pathogenen en verschilt van heterofermentatieve in de resulterende producten en hun hoeveelheid. Het komt voor langs de glycolytische route in de cel van het micro-organisme. Het komt erop neer, zoals in het algemeen bij elke fermentatie, de omzetting van koolhydraten in melkzuur. Het belangrijkste voordeel van dit proces is dat de opbrengst van het gewenste product 90% is. En alleen de rest gaat naar zijverbindingen.

Bacteriënfermentatie van dit type van de volgende soorten:

  • Streptococcus lactis.
  • Lactobacillus casei.
  • Lactobacillus acidophilus en anderen.

Welke andere stoffen worden gevormd als gevolg van homofermentatieve fermentatie? Dit zijn verbindingen zoals:

  • ethylalcohol;
  • vluchtige zuren;
  • kooldioxide;
  • fumaarzuur en barnsteenzuur.

Deze methode om gefermenteerde melkproducten te verkrijgen wordt echter praktisch niet gebruikt in de industrie. Het wordt in de natuur bewaard als het beginstadium van glycolyse, het komt ook voor in spiercellen van zoogdieren tijdens uitgebreide fysieke inspanning.

De technologie voor de productie van de noodzakelijke producten voor menselijke voeding omvat het gebruik van initiële koolhydraten zoals:

  • glucose;
  • sucrose;
  • fructose;
  • mannose;
  • zetmeel en enkele anderen.
  • melkzuurfermentatieproces
    melkzuurfermentatieproces

En homofermentatieve bacteriën zijn niet in staat om veel van deze verbindingen te oxideren, dus hun gebruik als starterculturen bij de productie is niet mogelijk.

Heterofermentatieve melkzuurfermentatie

Deze methode is precies de industrieel toepasbare methode, waardoor de productie van alle gefermenteerde melkproducten wordt uitgevoerd, groenten worden bewaard en kuilvoer voor vee wordt geoogst.

Het belangrijkste verschil met wat eerder beschreven is, is dat ziekteverwekkers melkzuurfermentatie uitvoeren met de vorming van een groter aantal bijproducten. Slechts 50% van de suiker wordt door bacteriën verwerkt tot melkzuur, de rest gaat naar de vorming van moleculen zoals:

  • azijnzuur;
  • glycerine;
  • kooldioxide;
  • ethylalcohol en anderen.

Hoe is het beter en winstgevender dan de vorming van 90% puur melkzuur met de homofermentatieve methode? Het punt is dat wanneer het hoofdproduct wordt geproduceerdteveel, dan wordt de vitale activiteit van veel bacteriën volledig geremd. Bovendien verliezen producten veel van de smaakkwaliteiten die ze verkrijgen door nevenverbindingen. Zo wordt bijvoorbeeld het aangename aroma van ingeblikte groenten geleverd door azijnzuur en isoamylalcohol. Als deze verbindingen niet aanwezig zijn, zal het resultaat van conservering heel anders zijn.

Een melkzuuropbrengst van 50% is voldoende om de ontwikkeling en vitale activiteit van alle externe schimmels en micro-organismen in het systeem te onderdrukken. Want zelfs 1-2% veroorzaakt een te sterke verzuring van het milieu waarin geen andere organismen kunnen bestaan, behalve melkzuurbacteriën. Het hele proces wordt uitgevoerd langs de pentosefosfaatroute.

productie Technologie
productie Technologie

De fermentatieomstandigheden voor de heterofermentatieve methode moeten als volgt zijn:

  • goede en verse starter toegevoegd in de beginfase;
  • optimale externe omstandigheden die voor elk product afzonderlijk worden geselecteerd;
  • hoogwaardige en goed werkende apparatuur;
  • alle technische apparaten die nodig zijn voor het proces.

Onder externe omstandigheden is de procestemperatuur van bijzonder belang. Het mag niet te hoog zijn, maar de kou zal het hele fermentatieverloop drastisch vertragen.

Vandaag de dag is er een gespecialiseerde fermentatietank die automatisch alle noodzakelijke voorwaarden creëert voor het goed en comfortabel functioneren van micro-organismen.

Benodigde apparatuur

Zoals we hierboven opmerkten, een van de belangrijkste kenmerkenmoet worden opgemerkt capaciteit voor fermentatie. Als we het hebben over de thuisprocedure, moet u letten op de netheid van de gerechten die worden gebruikt tijdens het bewaren, de vervaardiging van yoghurt en andere producten. Een manier om het aantal vreemde populaties van micro-organismen te verminderen, is door containers te steriliseren voordat ze worden gebruikt.

Welke gerechten zijn geschikt voor heterofermentatieve fermentatie? Het kan een glazen of hoogwaardige plastic (polypropyleen, polyethyleen) container zijn die goed kan worden afgesloten met een deksel.

De industrie gebruikt speciale apparaten voor desinfectie en reiniging van containers voordat het fermentatieproces begint.

Bacteriën gebruikt in het proces

Als we het hebben over bacterieculturen die worden gebruikt om ingeblikte en gefermenteerde melkproducten te maken, dan kunnen we verschillende van de meest voorkomende soorten organismen identificeren.

  1. Acidofiele Bulgaarse stick.
  2. Lactobacillus-soort Sporolactobacillus inulinus.
  3. Bifidobacteriën.
  4. Leukostocks.
  5. Melkzuurkokken.
  6. Lactobacillus soort L. Casei.
  7. Bacteriën van het geslacht Streptococcus en anderen.
  8. heterofermentatieve melkzuurfermentatie
    heterofermentatieve melkzuurfermentatie

Op basis van de combinatie en reinculturen van de aangegeven organismen worden starterculturen voor gefermenteerde melkproducten gemaakt. Ze bevinden zich in het publieke domein, iedereen kan ze kopen. Het belangrijkste is om de omstandigheden van het fermentatieproces te observeren om te profiteren van de resulterendeproduct.

Welke producten worden verkregen uit deze fermentatie?

Als we het hebben over welke fermentatieproducten kunnen worden verkregen met behulp van lactobacillen, dan kunnen we verschillende hoofdcategorieën noemen.

  1. Gefermenteerde melkproducten (gefermenteerde gebakken melk, yoghurt, varenets, kefir, kwark, zure room, boter, acidophilus-producten en andere).
  2. Silovoer voor landbouwhuisdieren.
  3. Melkzuur, dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van frisdranken, het aankleden van bonthuiden en meer.
  4. Bakken, kaasproductie.
  5. Ingeblikte groenten en fruit.

Dit alles bewijst het belang van bepaalde soorten bacteriën in het leven van mensen, hun industriële activiteiten.

Aanbevolen: