Gärung von Milchsäure: Technologie und notwendige Ausrüstung. Heterofermentative Milchsäurefermentation

Die Natur erlaubt es einer Person, diese Vorteile zu genießen. Gleichzeitig versuchen die Menschen, diese Reichtümer zu vermehren, etwas Neues zu erschaffen und etwas anderes zu lernen. Bakterien sind die kleinsten Geschöpfe der Natur, die der Mensch auch für seine eigenen Zwecke benutzt hat.

Aber nicht nur der Schaden, der mit pathogenen Prozessen und Krankheiten verbunden ist, tragen diese prokaryotischen Organismen in sich selbst. Sie sind immer noch die Quelle eines wichtigen industriellen Prozesses, der seit der Antike von Menschen benutzt wurde – Gärung. In diesem Artikel werden wir überlegen, was dieser Prozess darstellt und wie die Milchsäuregärung von Substanzen durchgeführt wird.

Geschichte der Herkunft und Verwendung der Fermentation

Die erste Erwähnung der Tatsache, dass der Prozess der Fermentation von Menschen verwendet wurde, um bestimmte Produkte zu erhalten, erschien sogar 5000 v. Chr. Es war dann, dass die Babylonier diese Methode verwendet, um Produkte wie zu erhalten:

• Käse;
• Wein;
• Joghurt und andere Milchprodukte.

Später wurde auch in Ägypten, China, Sudan, Mexiko und anderen alten Staaten begonnen. Sie fingen an, Hefebrot zu backen, Gemüsepflanzen zu gären, es gab erste Versuche zu bewahren.

Der Prozess der Milchsäure-Fermentation wurde von Menschen seit Jahrtausenden verwendet. Käse, Kefir, Joghurts waren ein wichtiger Teil der Mahlzeit zu allen Zeiten. Alle Heiler und Heiler wussten von den Vorteilen dieser Produkte. Allerdings blieben die Gründe für die mögliche Umwandlung dieser Art lange Zeit unbekannt.

Die Tatsache, dass Fermentationsbedingungen die Anwesenheit von Mikroorganismen erfordern, konnten die Leute nicht einmal erraten. In der Mitte des XVII Jahrhunderts schlug Van Helmont vor, den Begriff "Fermentation" für die Prozesse des Kochens vorzustellen, die von der Freisetzung von Gas begleitet werden. In der Tat bedeutet das Wort "Kochen". Doch erst im XIX Jahrhundert, fast zweihundert Jahre später, entdeckte der französische Mikrobiologe, Chemiker und Physiker Louis Pasteur die Welt die Existenz von Mikroben, Bakterien.

Seitdem wurde bekannt, dass eine andere Fermentation die Anwesenheit von verschiedenen Arten von Mikroorganismen erfordert, die für das Auge unsichtbar sind. Ihr Studium ermöglichte es in der Zeit, die Gärung zu kontrollieren und sie auf die rechte Seite der Person zu richten.

Das Wesen der Gärungsprozesse

Wenn wir darüber reden, was der Prozess der Gärung ist, sollten wir auf seine biochemische Natur hinweisen. Immerhin, im Kern, ist es einfach die Aktivität von Bakterien, die ihre Energie für das Leben extrahieren, während die Herstellung von verschiedenen Nebenprodukten.

Im allgemeinen kann die Fermentation in einem Wort – Oxidation bezeichnet werden. Anaerobe Zersetzung einer Substanz unter dem Einfluss bestimmter Bakterien, die zur Bildung einer Reihe von Produkten führt. Welche Substanz, und was auch immer daraus resultiert, wird durch die Art des Prozesses selbst bestimmt. Es gibt mehrere Varianten der Fermentation, so gibt es eine Klassifizierung für diese Transformationen.

Klassifizierung

Es gibt drei Hauptarten der Gärung.

1. Alkohol . Es besteht in der Oxidation des ursprünglichen Kohlenhydratmoleküls zu Ethanol, Kohlendioxid, Wasser und dem ATP-Molekül (Energiequelle). Diese Umwandlungen werden unter dem Einfluss nicht nur von Bakterien, sondern auch von Pilzen verschiedener Gattungen und Arten durchgeführt. Auf diese Weise werden von Zeit zu Zeit Produkte wie Bier, Wein, Bäckerhefe, Alkohol erhalten. Die Energie, die während der Zersetzung des Kohlenhydrats freigesetzt wird, um die Prozesse der lebenswichtigen Aktivität des Mikroorganismus zu gewährleisten. Das ist das biologische Wesen des Prozesses.
2. Die Fermentation von Milchsäure besteht in der Oxidation von Kohlenhydraten zu Milchsäure mit der Freisetzung einer Reihe von Nebenprodukten. Wie es ausgeführt wird und welche Art von Sachen, lasst uns genauer hinsehen.
3. Ölige Säure . Diese Art der Fermentation ist auf natürlicher Ebene wichtig. Es wird auf Kosten des Lebens von Ölbakterien durchgeführt, die unter anaeroben Bedingungen am Boden von Mooren, Flussschlamm und so weiter leben. Aufgrund ihrer Arbeit in der Natur wird eine riesige Menge an organischen Komponenten verarbeitet. Produkte sind viele Substanzen, die wichtigsten unter ihnen ist Buttersäure. Auch ausgeschieden: Aceton, Isopropylalkohol, Kohlendioxid, Essigsäure, Milchsäure, Ethylalkohol und andere Verbindungen.

   

Jeder der bezeichneten Typen ist sowohl im natürlichen als auch im industriellen Maßstab wichtig. Die Arten von Organismen, die solche Transformationen durchführen, wurden bisher gut untersucht und viele von ihnen werden künstlich kultiviert, um eine große Ausbeute des Produkts zu erhalten.

Gärung von Milchsäure: ein allgemeines Konzept

Diese Art der Fermentation ist seit der Antike bekannt. Noch vor unserer Zeit waren die Bewohner des alten Ägypten und anderer Länder in der Lage, Käse zu holen, Bier und Wein zu backen, Brot zu backen, saures Obst und Gemüse zu backen.

Heute werden spezielle Fermente für fermentierte Milchprodukte verwendet und Stämme der notwendigen Mikroorganismen werden künstlich angebaut. Der Prozess wird modernisiert und zum Automatismus gebracht, mit Hilfe von kompletten Geräten durchgeführt. Es gibt viele Hersteller, die direkt Milchsäurefermentation produzieren.

Das Wesen des ganzen Prozesses kann in mehreren Absätzen angegeben werden.

1. Für das Hauptprodukt des Beginns wird Kohlenhydrat – einfach (Fructose, Glukose, Pentosen) oder Komplex (Saccharose, Stärke, Glykogen und andere) genommen.
2. Anaerobe Bedingungen entstehen.
3. Das Produkt pumpt Stämme von Milchsäurebakterien eines bestimmten Typs.
4. Alle notwendigen externen Faktoren, die für das gewünschte Produkt optimal sind, sind vorgesehen: Beleuchtung, Temperatur, Verfügbarkeit bestimmter Zusatzkomponenten, Druck.
5. Nachdem das Fermentationsverfahren abgeschlossen ist, wird das Produkt verarbeitet und alle Seitenverbindungen werden isoliert.

Natürlich ist das nur eine allgemeine Beschreibung dessen, was geschieht. In der Tat gibt es in jedem Stadium viele komplexe biochemische Reaktionen, denn der Prozess der Milchsäurefermentation ist das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität des Lebewesens.

Die Grundlagen des Prozesses der Milchsäurefermentation

Aus chemischer Sicht sind diese Transformationen eine Reihe von aufeinanderfolgenden Stufen.

1. Zuerst ändert sich das ursprüngliche Substrat, dh die Kohlenstoffkette der Substanz (Kohlenhydrat) ändert sich. Dies führt zum Auftreten von Zwischenverbindungen ganz anderer Art, die zu verschiedenen Klassen gehören. Zum Beispiel, wenn das Ausgangssubstrat Glukose ist, dann wird es in Glukonsäure umgeordnet.
2. Oxidationsreduktionsreaktionen, begleitet von der Freisetzung von Gasen, die Bildung von Nebenprodukten. Die Haupteinheit während des ganzen Verfahrens ist Milchsäure. Es ist es, das während der Fermentation produziert und akkumuliert wird. Das ist aber nicht die einzige Verbindung. So gibt es die Bildung von Molekülen aus Essigsäure, Ethylalkohol, Kohlendioxid, Wasser und manchmal auch andere Begleitpersonen.
3. Energieausgabe des Prozesses in Form von Adenosintriphosphat (ATP) -Molekülen. Es gibt 2 ATP-Moleküle pro Molekül Glukose, wenn das Ausgangssubstrat komplexer ist, z. B. Cellulose, dann drei Moleküle ATP. Diese Energie wird von Milchsäurebakterien für weiteres Leben verwendet.

Natürlich, wenn man biochemische Transformationen im Detail versteht, dann sollten alle Zwischenmoleküle und Komplexe angegeben werden. So zum Beispiel als:

• Pyruvinsäure;
• Adenosindiphosphat;
• Moleküle von Nicotinamid-Diphosphat als Träger von Wasserstoff und anderen.

  

Allerdings verdient dieses Thema besondere Aufmerksamkeit und sollte aus der Sicht der Biochemie in Betracht gezogen werden, so dass wir dies in diesem Artikel nicht berühren werden. Wir werden genauer betrachten, was ist die Technologie der Produktion von Milchsäure-Produkten und welche Art von Fermentation in Frage sind.

Homofermentative Gärung

Die homoenzymatische Fermentation von Milchsäure impliziert die Verwendung von speziellen Formen von Pathogenen und unterscheidet sich von heterofermentativen Produkten und deren Menge. Es tritt auf dem glykolytischen Weg innerhalb der Zelle des Mikroorganismus auf. Das Wesen besteht, wie im Ganzen, von jeder Fermentation, bei der Umwandlung von Kohlenhydraten in Milchsäure. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens ist, dass die Ausbeute des gewünschten Produkts 90% beträgt. Und nur der verbleibende Teil geht an die Seitenanschlüsse.

Bakterien der Fermentation dieser Art sind die folgenden:

• Streptococcus lactis
• Lactobacillus casei
• Lactobacillus acidophilus und andere.

Welche anderen Substanzen entstehen durch homofermentative Fermentation? Dies sind solche Verbindungen wie:

• Ethylalkohol;
• Flüchtige Säuren;
• Kohlendioxid;
• Fumar- und Bernsteinsäure.

In der Industrie wird jedoch diese Methode zur Gewinnung von Sauermilchprodukten praktisch nicht verwendet. Es ist in der Natur als Anfangsstadium der Glykolyse bewahrt, es tritt auch in den Zellen der Muskeln der Säugetiere unter umfangreichen körperlichen Anstrengung auf.

Die Technologie der Herstellung der richtigen Lebensmittel für die menschliche Ernährung beinhaltet die Verwendung von solchen anfänglichen Kohlenhydrate wie:

• Glukose;
• Saccharose;
• Fructose;
• Mannose;
• Stärke und einige andere.

  

Und homofermentative Bakterien sind nicht in der Lage, viele dieser Verbindungen zu oxidieren, so dass ihre Verwendung als Fermente während der Produktion nicht möglich ist.

Heterofermentative Milchsäurefermentation

Diese Methode ist genau die industriell anwendbar, durch die die Herstellung aller Sauermilchprodukte durchgeführt wird, die Konservierung von Gemüse durchgeführt wird, Silagefutter für Vieh vorbereitet wird.

Der Hauptunterschied zu dem zuvor beschriebenen ist, dass Milchsäurefermentations-Pathogene unter Bildung einer größeren Anzahl von Nebenprodukten durchgeführt werden. Nur 50% des Zuckers werden von Bakterien in Milchsäure verarbeitet, der Rest wird für die Bildung solcher Moleküle wie folgt ausgegeben:

• Essigsäure;
• Glycerin;
• Kohlendioxid;
• Ethylalkohol und andere.

Was ist besser und rentabler als die Bildung von 90% reiner Milchsäure mit homoenzymatischer Methode? Die Sache ist, dass, wenn das Hauptprodukt zu viel produziert wird, die lebenswichtige Aktivität vieler Bakterien insgesamt unterdrückt wird. Darüber hinaus verlieren die Produkte viele der gustatorischen Qualitäten, die sie durch Seitenverbindungen gewinnen. Zum Beispiel wird ein angenehmes Aroma von Dosengemüse von Essigsäure und Isoamylalkohol bereitgestellt . Wenn diese Verbindungen nicht vorhanden sind, wird das Ergebnis der Konservierung ganz anders sein.

Die Ausbeute an Milchsäure in 50% reicht aus, um die Entwicklung und die lebenswichtige Aktivität aller Fremdpilze und Mikroorganismen im System zu unterdrücken. Denn auch 1-2% verursachen zu viel Versauerung der Umwelt, in der es keine anderen Organismen gibt, außer Milchsäurebakterien. Der gesamte Prozess wird auf dem Pentose-Phosphat-Weg durchgeführt.

Die Fermentationsbedingungen für die heteroenzymatische Methode sollten wie folgt sein:

• Guter und frischer Sauerteig, im Anfangsstadium;
• Optimale externe Bedingungen, die für jedes Produkt einzeln ausgewählt werden;
• Hochwertige und gut funktionierende Ausrüstung;
• Alle notwendigen technischen Geräte für den Prozess.

Unter den äußeren Bedingungen ist die Prozesstemperatur von besonderer Bedeutung. Es sollte nicht zu hoch sein, aber die Erkältung verlangsamt den ganzen Verlauf der Gärung drastisch.

Heute gibt es einen spezialisierten Fermentationstank, der automatisch alle notwendigen Voraussetzungen für die korrekte und komfortable Arbeit von Mikroorganismen schafft.

Notwendige Ausrüstung

Wie wir bereits oben erwähnt haben, sollte unter den wichtigsten Attributen die Kapazität für die Fermentation beachtet werden. Wenn wir über das Haus-Verfahren sprechen, dann sollten wir die Aufmerksamkeit auf die Reinheit der verwendeten Gerichte bei der Erhaltung, Joghurt und andere Produkte zu beachten. Eine Möglichkeit, die Anzahl der fremden Populationen von Mikroorganismen zu reduzieren, besteht darin, die Behälter zu sterilisieren, bevor sie verwendet werden.

Welche Gerichte eignen sich zur heterofermentativen Fermentation? Dies kann ein Glas oder hochwertiger Kunststoff (Polypropylen, Polyethylen) Kapazität sein, die mit einem Deckel fest verschlossen werden kann.

In der Industrie werden spezielle Geräte zum Dekontaminieren und Reinigen von Behältern verwendet, bevor der Fermentationsvorgang beginnt.

Bakterien verwendet in den Prozess

Wenn wir über die Kulturen von Bakterien sprechen, die verwendet werden, um Dosen und fermentierte Milchprodukte zu schaffen, können wir einige der häufigsten Arten von Organismen identifizieren.

1. Acidophiler bulgarischer Zauberstab.
2. Lactobacillus-Spezies Sporolactobacillus inulinus.
3. Bifidobakterien
4. Leukonostok
5. Milchsäurekokken
6. Lactobacillus L. L. Casei
7. Bakterien der Gattung Streptococcus und andere.

   

Basierend auf der Kombination und den reinen Kulturen der bezeichneten Organismen werden Fermente für Sauermilchprodukte hergestellt. Sie sind in der Öffentlichkeit, sie können von jedermann gekauft werden. Am wichtigsten ist es, die Bedingungen des Fermentationsverfahrens einzuhalten, um vom resultierenden Produkt zu profitieren.

Welche Produkte werden als Ergebnis dieser Fermentation erhalten?

Wenn wir darüber reden, welche Gärung Produkte mit Hilfe von Lactobacilli erhalten werden können, dann können wir einige Grundkategorien nennen.

1. Fermentierte Milchprodukte (fermentierte Backmilch, Joghurts, Lacke, Kefir, Quark, Sauerrahm, Butter, acidophile Produkte und andere).
2. Silage-Futter für Nutztiere.
3. Milchsäure, die bei der Herstellung von nichtalkoholischen Getränken, Dressing Pelzfellen und Sachen verwendet wird.
4. Bäckerei, Käseproduktion.
5. Konservierung von Gemüse und Früchten.

All dies beweist die Bedeutung von Bakterien bestimmter Arten im Leben der Menschen, ihre industriellen Aktivitäten.