Бродіння молочнокисле: технологія і необхідне обладнання. Гетероферментативних молочнокисле бродіння

Природа дозволяє людині користуватися тими благами, що в ній є. При цьому люди намагаються ці багатства примножувати, створювати щось нове і пізнавати ще невідоме. Бактерії - це найдрібніші створення природи, яких також навчився використовувати в своїх цілях людина.

Але не тільки шкоду, пов`язаний з патогенними процесами і хворобами, несуть в собі ці прокаріотів. Вони ще є джерелом важливого промислового процесу, який з давніх-давен застосовується людьми - бродіння. У даній статті ми розглянемо, що собою являє цей процес і як здійснюється конкретно молочнокисле зброджування речовин.

Історія виникнення і використання бродіння

Перші згадки про те, що процес бродіння використовувався людьми з метою отримання певної продукції, з`явилися ще 5000 року до нашої ери. Саме тоді вавилоняни використовували цей спосіб для отримання таких продуктів, як:

• сир;
• вино;
• кисле молоко та інші молочні вироби.

Пізніше подібне продовольство стали отримувати і в Єгипті, Китаї, Судані, Мексиці та інших стародавніх державах. Стали випікати дріжджовий хліб, зброджувати овочеві культури, з`явилися перші спроби консервації.

Процес молочнокислого бродіння застосовувався людьми тисячоліттями. Сири, кефіри, йогурти були важливою частиною трапези в усі часи. Про користь цих продуктів знали всі лікарі і лікарі. Однак причини, за якими можливе перетворення подібного роду, довгий час залишалися невідомими.

Те, що умови бродіння вимагають присутності мікроорганізмів, люди навіть припустити не могли. У середині XVII століття Ван Гельмонт запропонує ввести термін "бродіння" для тих процесів приготування їжі, які супроводжуються виділенням газу. Адже в перекладі дане слово означає "киплячий". Однак лише в XIX столітті, тобто майже двісті років по тому, французький мікробіолог, хімік і фізик Луї Пастер відкрив світові існування мікробів, бактерій.

З тих пір стало відомо про те, що різний бродіння вимагає присутності різного роду невидимих оку мікроорганізмів. Їх вивчення дало можливість з часом управляти бродінням і направляти його в потрібну людині сторону.

Суть процесів бродіння

Якщо говорити про те, що собою являє процес бродіння, то слід вказати на його біохімічну природу. Адже, по своїй суті, це просто діяльність бактерій, які добувають собі енергію для життя, виробляючи при цьому різні побічні продукти.

В цілому бродіння можна позначити одним словом - окислення. Анаеробний розпад певної речовини під впливом тих чи інших бактерій, що призводить до утворення цілого ряду продуктів. Яка речовина лежить в основі, а також що вийде в результаті, визначається типом самого процесу. Виділяють кілька варіантів бродіння, тому існує своя класифікація для даних перетворень.

Класифікація

Всього виділяють три основні типи бродіння.

1. спиртове. Полягає в окисленні вихідної молекули вуглеводу до етилового спирту, вуглекислого газу, води і молекули АТФ (джерела енергії). Дані перетворення здійснюються під дією не тільки бактерій, але і грибів різних родів і видів. Саме таким способом здавна отримують такі продукти, як пиво, вино, дріжджі для випічки, спирт. Та енергія, що виділяється в ході розкладання вуглеводу, йде на забезпечення процесів життєдіяльності мікроорганізму. Саме в цьому полягає біологічна суть процесу.
2. бродіння молочнокисле полягає в окисленні вуглеводів до молочної кислоти з виходом ряду побічних продуктів. Як воно здійснюється і яких видів буває, розглянемо докладніше далі.
3. маслянокислое. Цей тип бродіння важливий в природному масштабі. Він здійснюється за рахунок життєдіяльності маслянокисле бактерій, які живуть в анаеробних умовах на дні боліт, річковому мулі і так далі. Завдяки їх роботі в природі переробляється величезна кількість органічних компонентів. Продуктами є багато речовин, основне серед яких масляна кислота. Також виділяються: ацетон, ізопропиловий спирт, вуглекислий газ, оцтова кислота, молочна, етиловий спирт та інші сполуки.

   

Кожен із зазначених типів має важливе значення як природного, так і промислового масштабу. Види організмів, які здійснюють подібні перетворення, добре вивчені на сьогоднішній день і багато з них культивуються штучно для того, щоб отримувати великий вихід продукту.

Бродіння молочнокисле: загальне поняття

Цей вид бродіння відомий з самої давнини. Ще до нашої ери жителі Давнього Єгипту та інших держав вміли виготовляти сир, варити пиво і вино, випікати хліб, сквашувати овочі і фрукти.

Сьогодні використовуються спеціальні закваски для кисломолочних продуктів, штучно вирощуються штами потрібних мікроорганізмів. Процес модернізований і доведений до автоматизму, проводиться за допомогою комплектацій обладнання. Існує безліч заводів-виготовлювачів, які безпосередньо виробляють бродіння молочнокисле.

Суть всього процесу можна викласти в кількох пунктах.

1. За основний продукт вихідний береться вуглевод - простий (фруктоза, глюкоза, пентози) або складний (сахароза, крохмаль, глікоген і інші).
2. Створюються анаеробні умови.
3. У продукт поселяються штами молочнокислих бактерій певного виду.
4. Забезпечуються всі необхідні зовнішні чинники, які є оптимальними для бажаного продукту: освітленість, температура, наявність тих чи інших додаткових компонентів, тиск.
5. Після завершення процесу бродіння відбувається обробка продукту і виділення всіх побічних сполук.

Звичайно, це лише загальний опис того, що відбувається. Насправді на кожному етапі відбувається безліч складних біохімічних реакцій, адже процес молочнокислого бродіння - це результат життєдіяльності живих істот.

Основи процесу молочнокислого бродіння

З хімічної точки зору ці перетворення є ряд послідовних стадій.

1. Спочатку відбувається зміна вихідного субстрату, тобто змінюється вуглецевий ланцюг речовини (вуглеводу). Це призводить до появи проміжних з`єднань зовсім іншої природи, що відносяться до різних класів. Наприклад, якщо вихідний субстрат - глюкоза, то вона перебудовується в глюконовую кислоту.
2. Окислювально-відновні реакції, що супроводжуються виділенням газів, освітою побічних продуктів. Основною одиницею в ході всього процесу є молочна кислота. Саме вона виробляється і накопичується в ході бродіння. Однак це не єдине з`єднання. Так, відбувається формування молекул оцтової кислоти, етилового спирту, вуглекислого газу, води, іноді і інших супроводжуючих.
3. Енергетичний вихід процесу у вигляді молекул аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). На одну молекулу глюкози припадає 2 молекули АТФ, якщо ж вихідний субстрат більш складної будови, наприклад целюлоза, тоді три молекули АТФ. Цю енергію використовують молочнокислі бактерії для подальшої життєдіяльності.

Природно, що якщо розбиратися в біохімічних перетвореннях докладно, то слід вказувати всі проміжні молекули і комплекси. Такі, наприклад, як:

• пировиноградная кислота;
• аденозиндифосфат;
• молекули нікотінаміндіфосфата як переносника водню та інші.

  

Однак це питання заслуговує на окрему увагу і розглядатися повинен з точки зору біохімії, тому його зачіпати в даній статті не будемо. Більш детально розглянемо, яка технологія виробництва молочнокислих продуктів і які види розглянутого бродіння існують.

Відео: Силосування кормових культур

гомоферментативное бродіння

Гомоферментативное бродіння молочнокисле має на увазі використання спеціальних форм збудників та відрізняється від гетероферментативних одержуваними продуктами і їх кількістю. Відбувається воно по гликолитическому шляху всередині клітини мікроорганізму. Суть полягає, як і в цілому у будь-якого бродіння, в перетворенні вуглеводів в молочну кислоту. Основна перевага подібного процесу в тому, що вихід потрібного продукту становить 90%. І лише частина, що залишилася йде на побічні сполуки.

Бактерії бродіння такого типу наступних видів:

• Streptococcus lactis.
• Lactobacillus casei.
• Lactobacillus acidophilus та інші.

Які ще речовини утворюються в результаті гомоферментативного бродіння? Це такі сполуки, як:

• етиловий спирт;
• летючі кислоти;
• вуглекислий газ;
• фумаровая і бурштинова кислота.

Однак в промисловості цей спосіб отримання кисломолочної продукції практично не використовується. Він зберігся в природі як початковий етап гліколізу, він же відбувається в клітинах м`язів ссавців при великих фізичних навантаженнях.

Технологія виробництва необхідних товарів для харчування людей має на увазі використання таких вихідних вуглеводів, як:

• глюкоза;
• сахароза;
• фруктоза;
• манноза;
• крохмаль і деякі інші.

  

А гомоферментативное бактерії не здатні окисляти багато з цих сполук, тому їх використання в якості заквасок при виробництві не представляється можливим.

Гетероферментативних молочнокисле бродіння

Цей спосіб є саме тим промислово придатним, завдяки якому і здійснюється виробництво всієї кисломолочної продукції, здійснюється консервація овочів, відбувається заготівля силосних кормів для худоби.

Основна відмінність від описаного раніше - це те, що молочнокисле бродіння збудники здійснюють з утворенням більшої кількості побічних продуктів. Лише 50% цукру переробляється бактеріями в молочну кислоту, решті ж йде на формування таких молекул, як:

• оцтова кислота;
• гліцерин;
• диоксид вуглецю;
• етиловий спирт і інші.

Чим це краще і вигідніше, ніж освіта 90% чистого молочної кислоти при гомоферментативних методі? Вся справа в тому, що коли основного продукту виробляється занадто багато, то життєдіяльність багатьох бактерій пригнічується зовсім. Крім того, продукти втрачають багато смакові якості, які набувають завдяки побічним з`єднанням. Так, наприклад, приємний аромат консервованих овочів забезпечується оцтовою кислотою і ізоамілового спиртом. Якщо ж цих з`єднань не буде, то результат консервації стане зовсім іншим.

Вихід молочної кислоти в 50% цілком достатній для придушення розвитку і життєдіяльності всіх сторонніх грибків і мікроорганізмів в системі. Тому що навіть 1-2% викликають занадто сильне підкислення середовища, в якій не можуть існувати ніякі інші організми, крім молочнокислих бактерій. Весь процес здійснюється по пентозофосфатному шляху.

Умови бродіння при гетероферментативних способі повинні бути наступними:

• хороша і свіжа закваска, що додається на початковому етапі;
• оптимальні зовнішні умови, які підбираються для кожного продукту індивідуально;
• якісне і налагоджене обладнання;
• всі необхідні для процесу технічні пристосування.

Серед зовнішніх умов особливе значення має температура процесу. Вона не повинна бути занадто високою, але і холод різко загальмує весь хід бродіння.

Сьогодні існує спеціалізована ємність для бродіння, яка автоматично створює всі необхідні умови для правильного та комфортного роботи мікроорганізмів.

Необхідне обладнання

Як ми вже зазначили вище, серед найважливіших атрибутів слід зазначити ємність для бродіння. Якщо говорити про домашнє проведенні процедури, то тоді слід звернути увагу на чистоту посуду, при консервації, виготовленні кислого молока і інших продуктів. Одним із способів досягнення скорочення чисельності сторонніх популяцій мікроорганізмів є стерилізація ємностей перед їх використанням.

Яка посуд підійде для гетероферментативних бродіння? Це може бути скляна або якісна пластикова (поліпропіленова, поліетиленова) ємність, яка здатна щільно закриватися кришкою.

У промисловості використовують спеціальні пристрої для знезараження і очищення тари перед початком процесу бродіння.

Бактерії, які використовуються в процесі

Якщо говорити про культурах бактерій, які використовуються для створення консервованих і кисломолочних продуктів, то можна позначити кілька найпоширеніших видів організмів.

1. ацидофільна болгарська паличка.
2. Лактобактерії виду Sporolactobacillus inulinus.
3. Біфідобактерії.
4. Лейконостокі.
5. Молочнокислі коки.
6. Лактобактерії виду L. Casei.
7. Бактерії роду Streptococcus та інші.

   

На основі поєднання і чистих культур позначених організмів, виготовляють закваски для кисломолочних продуктів. Вони знаходяться у відкритому доступі, їх може придбати кожен бажаючий. Найголовніше, це дотримуватися умов процесу бродіння, щоб отримати користь від утворюється продукту.

Які продукти отримують в результаті подібного бродіння?

Якщо говорити про те, які продукти бродіння можна отримати за допомогою лактобактерій, то можна назвати кілька основних категорій.

1. Кисломолочні продукти харчування (ряжанка, йогурти, варенцу, кефір, сир, сметана, масло вершкове, ацидофильная продукція та інші).
2. Корми силосного типу для сільськогосподарських тварин.
3. Молочна кислота, яку використовують при виготовленні безалкогольних напоїв, вироблення хутряних шкур та інше.
4. Хлібопекарська виробництво сирів.
5. Консервування овочів та фруктів.

Все це доводить важливе значення бактерій певних видів в житті людей, їх промислової діяльності.