La natura permette a una persona di godere dei benefici che sono disponibili in essa. Allo stesso tempo, le persone cercano di aumentare queste ricchezze, creare qualcosa di nuovo e conoscere l'ignoto. I batteri sono le creature più piccole della natura, che le persone hanno anche imparato a usare per i propri scopi.
Ma non solo il danno associato ai processi patogeni e alle malattie è portato da questi organismi procarioti. Sono anche la fonte di un importante processo industriale che è stato utilizzato dalle persone fin dall'antichità: la fermentazione. In questo articolo considereremo cos'è questo processo e come viene svolta specificamente la fermentazione dell'acido lattico delle sostanze.
Storia del verificarsi e dell'uso della fermentazione
La prima menzione che il processo di fermentazione veniva utilizzato dalle persone per ottenere determinati prodotti apparve già nel 5000 aC. Fu allora che i babilonesi usarono questo metodo per ottenere prodotti come:
- formaggio;
- vino;
- latte cagliato e altrolatticini.
Più tardi, cibo simile iniziò a essere ricevuto in Egitto, Cina, Sudan, Messico e altri stati antichi. Cominciarono a cuocere il pane lievitato, a fermentare i raccolti di ortaggi e apparvero i primi tentativi di inscatolamento.
Il processo di fermentazione dell'acido lattico è stato utilizzato dalle persone per migliaia di anni. Formaggi, kefir, yogurt sono sempre stati una parte importante del pasto. Tutti i medici e i guaritori conoscevano i benefici di questi prodotti. Tuttavia, le ragioni per cui questo tipo di trasformazione è possibile sono rimaste sconosciute per molto tempo.
Il fatto che le condizioni di fermentazione richiedano la presenza di microrganismi, le persone non potevano nemmeno immaginare. A metà del 17° secolo, Van Helmont propose di introdurre il termine "fermentazione" per quei processi di cottura che sono accompagnati dal rilascio di gas. Dopotutto, in traduzione, questa parola significa "bollente". Tuttavia, solo nel 19° secolo, cioè quasi duecento anni dopo, il microbiologo, chimico e fisico francese Louis Pasteur scoprì l'esistenza di microbi, batteri nel mondo.
Da allora è diventato noto che diversi tipi di fermentazione richiedono la presenza di vari tipi di microrganismi invisibili alla vista. Il loro studio ha permesso, nel tempo, di controllare la fermentazione e di dirigerla nella giusta direzione per una persona.
L'essenza dei processi di fermentazione
Se parliamo di qual è il processo di fermentazione, allora dovremmo sottolineare la sua natura biochimica. Dopotutto, al suo interno, questa è solo l'attività dei batteri che estraggono energia per se stessi per la vita, mentre ne producono varisottoprodotti.
In generale, la fermentazione può essere descritta in una parola: ossidazione. Decomposizione anaerobica di una sostanza sotto l'influenza di alcuni batteri, che porta alla formazione di una serie di prodotti. Quale sostanza è la base, così come quale sarà il risultato, è determinato dal tipo di processo stesso. Esistono diverse opzioni di fermentazione, quindi esiste una classificazione per queste trasformazioni.
Classificazione
Ci sono tre tipi principali di fermentazione.
- Alcool. Consiste nell'ossidazione della molecola di carboidrato originale ad alcol etilico, anidride carbonica, acqua e una molecola di ATP (una fonte di energia). Queste trasformazioni vengono effettuate sotto l'azione non solo di batteri, ma anche di funghi di vari generi e specie. È così che si ottengono fin dall'antichità prodotti come birra, vino, lievito da forno e alcol. L'energia che viene rilasciata durante la decomposizione dei carboidrati viene spesa per garantire i processi vitali del microrganismo. Questa è l'essenza biologica del processo.
- La fermentazione dell'acido lattico è l'ossidazione dei carboidrati in acido lattico con il rilascio di una serie di sottoprodotti. Come viene eseguito e quali tipi accade, considereremo più in dettaglio ulteriormente.
- Acido butirrico. Questo tipo di fermentazione è importante su scala naturale. Viene svolto a causa dell'attività vitale dei batteri dell'acido butirrico che vivono in condizioni anaerobiche sul fondo delle paludi, del limo fluviale e così via. Grazie al loro lavoro in natura, viene elaborata un'enorme quantità di componenti organici. I prodotti sono molte sostanze, la principale tra le qualiacido butirrico. Emessi anche: acetone, alcol isopropilico, anidride carbonica, acido acetico, acido lattico, alcol etilico e altri composti.
Ciascuno dei tipi designati è importante sia su scala naturale che industriale. I tipi di organismi che effettuano tali trasformazioni sono oggi ben studiati e molti di essi vengono coltivati artificialmente per ottenere una grande resa del prodotto.
Fermentazione dell'acido lattico: un concetto generale
Questo tipo di fermentazione è noto fin dall'antichità. Già prima della nostra era, gli abitanti dell'antico Egitto e di altri stati sapevano come fare il formaggio, preparare birra e vino, cuocere il pane, fermentare frutta e verdura.
Oggi vengono utilizzate colture starter speciali per prodotti a base di latte fermentato, i ceppi dei microrganismi necessari vengono coltivati artificialmente. Il processo è stato modernizzato e portato all'automatismo, effettuato con l'ausilio di attrezzature complete. Ci sono molti produttori che producono direttamente la fermentazione dell'acido lattico.
L'essenza dell'intero processo può essere riassunta in diversi paragrafi.
- Un carboidrato viene preso come prodotto principale: semplice (fruttosio, glucosio, pentosi) o complesso (saccarosio, amido, glicogeno e altri).
- Si creano condizioni anaerobiche.
- Al prodotto vengono aggiunti ceppi di batteri lattici di un certo tipo.
- Sono previsti tutti i fattori esterni necessari e ottimali per il prodotto desiderato: illuminazione, temperatura, presenza di determinaticomponenti, pressione.
- Al termine del processo di fermentazione, il prodotto viene lavorato e tutti i composti laterali vengono isolati.
Ovviamente, questa è solo una descrizione generale di ciò che sta accadendo. In ogni fase, infatti, si verificano molte reazioni biochimiche complesse, perché il processo di fermentazione dell'acido lattico è il risultato dell'attività vitale degli esseri viventi.
Nozioni di base sul processo di fermentazione dell'acido lattico
Da un punto di vista chimico, queste trasformazioni sono una serie di fasi successive.
- In primo luogo, c'è un cambiamento nel substrato originale, cioè la catena di carbonio della sostanza (carboidrati) cambia. Ciò porta alla comparsa di composti intermedi di natura completamente diversa, appartenenti a classi diverse. Ad esempio, se il substrato iniziale è il glucosio, viene riorganizzato in acido gluconico.
- Reazioni di ossido-riduzione, accompagnate da rilascio di gas, formazione di sottoprodotti. L'unità principale dell'intero processo è l'acido lattico. È lei che viene prodotta e accumula durante la fermentazione. Tuttavia, questo non è l'unico collegamento. Quindi, c'è la formazione di molecole di acido acetico, alcol etilico, anidride carbonica, acqua e talvolta altri associati.
- Resa energetica del processo sotto forma di molecole di acido adenosina trifosforico (ATP). Ci sono 2 molecole di ATP per molecola di glucosio, ma se il substrato iniziale ha una struttura più complessa, ad esempio la cellulosa, allora ci sono tre molecole di ATP. Questa energia viene utilizzata dai batteri dell'acido lattico per un'ulteriore vita.
È naturale chese si comprendono in dettaglio le trasformazioni biochimiche, allora dovrebbero essere indicate tutte le molecole ei complessi intermedi. Ad esempio:
- acido piruvico;
- adenosina difosfato;
- molecole di nicotinamina difosfato come vettore di idrogeno e altri.
Tuttavia, questo problema merita un'attenzione speciale e dovrebbe essere considerato dal punto di vista della biochimica, quindi non lo toccheremo in questo articolo. Diamo un'occhiata più da vicino a qual è la tecnologia per la produzione di prodotti a base di acido lattico e quali tipi di fermentazione esistono.
Fermentazione omofermentativa
La fermentazione lattica omofermentativa prevede l'utilizzo di particolari forme di agenti patogeni e si differenzia da quella eterofermentativa nei prodotti risultanti e nella loro quantità. Si verifica lungo la via glicolitica all'interno della cellula del microrganismo. La linea di fondo è, come in generale con qualsiasi fermentazione, la conversione dei carboidrati in acido lattico. Il principale vantaggio di questo processo è che la resa del prodotto desiderato è del 90%. E solo il resto va alle mescole laterali.
Fermentazione batterica di questo tipo delle seguenti specie:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus e altri.
Quali altre sostanze si formano a seguito della fermentazione omofermentativa? Queste sono connessioni come:
- alcol etilico;
- acidi volatili;
- anidride carbonica;
- acido fumarico e succinico.
Tuttavia, questo metodo per ottenere prodotti a base di latte fermentato non è praticamente utilizzato nell'industria. È conservato in natura come fase iniziale della glicolisi, si verifica anche nelle cellule muscolari dei mammiferi durante un intenso sforzo fisico.
La tecnologia per la produzione dei prodotti necessari all'alimentazione umana prevede l'utilizzo di carboidrati iniziali quali:
- glucosio;
- saccarosio;
- fruttosio;
- mannosio;
- amido e altri.
E i batteri omofermentativi non sono in grado di ossidare molti di questi composti, quindi il loro uso come colture starter nella produzione non è possibile.
Fermentazione lattica eterofermentativa
Questo metodo è proprio quello applicabile industrialmente, grazie al quale si effettua la produzione di tutti i prodotti lattiero-caseari fermentati, si conservano le verdure e si raccolgono mangimi insilati per il bestiame.
La principale differenza rispetto a quella descritta in precedenza è che i patogeni svolgono la fermentazione dell'acido lattico con la formazione di un numero maggiore di sottoprodotti. Solo il 50% dello zucchero viene trasformato dai batteri in acido lattico, il resto va alla formazione di molecole come:
- acido acetico;
- glicerina;
- anidride carbonica;
- alcol etilico e altri.
Come è meglio e più redditizio della formazione di acido lattico puro al 90% con il metodo omofermentativo? Il fatto è che quando viene prodotto il prodotto principaletroppo, allora l'attività vitale di molti batteri è completamente inibita. Inoltre, i prodotti perdono molte delle qualità gustative che acquisiscono a causa dei composti laterali. Quindi, ad esempio, il gradevole aroma delle verdure in scatola è fornito dall'acido acetico e dall'alcol isoamilico. Se questi composti non sono presenti, il risultato della conservazione sarà completamente diverso.
Una resa di acido lattico del 50% è abbastanza sufficiente per sopprimere lo sviluppo e l'attività vitale di tutti i funghi e microrganismi estranei nel sistema. Perché anche l'1-2% provoca un'acidificazione troppo forte dell'ambiente in cui nessun altro organismo può esistere, ad eccezione dei batteri lattici. L'intero processo viene eseguito lungo la via del pentoso fosfato.
Le condizioni di fermentazione per il metodo eterofermentativo dovrebbero essere le seguenti:
- antipasto buono e fresco aggiunto nella fase iniziale;
- condizioni esterne ottimali selezionate individualmente per ciascun prodotto;
- attrezzatura di alta qualità e ben funzionante;
- tutti i dispositivi tecnici necessari per il processo.
Tra le condizioni esterne, la temperatura di processo è di particolare importanza. Non dovrebbe essere troppo alto, ma il freddo rallenterà drasticamente l'intero corso della fermentazione.
Oggi esiste un serbatoio di fermentazione specializzato che crea automaticamente tutte le condizioni necessarie per il corretto e confortevole funzionamento dei microrganismi.
Attrezzatura richiesta
Come abbiamo notato sopra, tra gli attributi più importantida notare la capacità di fermentazione. Se parliamo della procedura casalinga, dovresti prestare attenzione alla pulizia dei piatti utilizzati durante la conservazione, la produzione di yogurt e altri prodotti. Un modo per ridurre il numero di popolazioni estranee di microrganismi è sterilizzare i contenitori prima di utilizzarli.
Quali piatti sono adatti alla fermentazione eterofermentativa? Può essere un contenitore di vetro o plastica di alta qualità (polipropilene, polietilene) che può essere chiuso ermeticamente con un coperchio.
L'industria utilizza dispositivi speciali per la disinfezione e la pulizia dei contenitori prima dell'inizio del processo di fermentazione.
Batteri utilizzati nel processo
Se parliamo di colture batteriche utilizzate per creare prodotti a base di latte in scatola e fermentato, allora possiamo identificare molti dei tipi più comuni di organismi.
- Bastone bulgaro acidofilo.
- Specie Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobatteri.
- Leukostocks.
- Cocchi di acido lattico.
- Specie Lactobacillus L. Casei.
- Batteri del genere Streptococcus e altri.
Sulla base della combinazione e delle colture pure degli organismi indicati, vengono prodotte colture starter per prodotti a base di latte fermentato. Sono di pubblico dominio, chiunque può acquistarli. La cosa più importante è osservare le condizioni del processo di fermentazione per poterne beneficiareprodotto.
Quali prodotti si ottengono da questa fermentazione?
Se parliamo di quali prodotti di fermentazione si possono ottenere con l'aiuto dei lattobacilli, allora possiamo nominare diverse categorie principali.
- Prodotti a base di latte fermentato (latte cotto al forno fermentato, yogurt, varenets, kefir, ricotta, panna acida, burro, prodotti acidophilus e altri).
- Mangime tipo silo per animali da fattoria.
- Acido lattico, che viene utilizzato nella produzione di bibite, nella preparazione di pellicce e altro ancora.
- Cottura al forno, produzione di formaggio.
- Frutta e verdura in scatola.
Tutto ciò dimostra l'importanza di alcuni tipi di batteri nella vita delle persone, nelle loro attività industriali.
