طبیعت به فرد این امکان را می دهد که از مزایای موجود در آن بهره مند شود. در عین حال، مردم سعی می کنند این ثروت را افزایش دهند، چیز جدیدی خلق کنند و در مورد ناشناخته ها بیاموزند. باکتری ها کوچکترین موجودات طبیعت هستند که مردم نیز یاد گرفته اند از آنها برای اهداف خود استفاده کنند.
اما نه تنها آسیب های مرتبط با فرآیندهای بیماری زا و بیماری ها توسط این موجودات پروکاریوتی به بار می آید. آنها همچنین منبع یک فرآیند صنعتی مهم هستند که از زمان های قدیم توسط مردم استفاده می شده است - تخمیر. در این مقاله، این فرآیند چیست و تخمیر اسید لاکتیک مواد به طور خاص چگونه انجام می‌شود.
سابقه وقوع و استفاده از تخمیر
اولین اشاره به این که فرآیند تخمیر توسط مردم برای به دست آوردن محصولات خاص استفاده می شد در اوایل 5000 سال قبل از میلاد ظاهر شد. پس از آن بود که بابلی ها از این روش برای به دست آوردن محصولاتی مانند:استفاده کردند.
- پنیر;
- شراب;
- شیر دلمه و دیگرانمحصولات لبنی.
بعداً، غذاهای مشابه در مصر، چین، سودان، مکزیک و سایر ایالات باستان شروع به دریافت کردند. آنها شروع به پختن نان مخمر، تخمیر محصولات سبزیجات کردند و اولین تلاش ها برای کنسرو کردن ظاهر شد.
فرایند تخمیر اسید لاکتیک هزاران سال است که توسط مردم استفاده می شود. پنیر، کفیر، ماست بخش مهمی از وعده غذایی در همه زمان ها بوده است. همه پزشکان و درمانگران از مزایای این محصولات اطلاع داشتند. با این حال، دلایل امکان این نوع تحول برای مدت طولانی ناشناخته باقی مانده است.
این واقعیت که شرایط تخمیر نیاز به حضور میکروارگانیسم ها دارد، مردم حتی نمی توانستند تصور کنند. در اواسط قرن هفدهم، ون هلمونت پیشنهاد کرد که اصطلاح "تخمیر" را برای آن دسته از فرآیندهای پخت و پز که با انتشار گاز همراه است، معرفی کند. پس از همه، در ترجمه، این کلمه به معنای "جوشیدن" است. با این حال، تنها در قرن نوزدهم، یعنی تقریبا دویست سال بعد، لوئی پاستور میکروبیولوژیست، شیمی‌دان و فیزیکدان فرانسوی وجود میکروب‌ها، باکتری‌ها را در جهان کشف کرد.
از آن زمان مشخص شد که انواع مختلف تخمیر نیاز به حضور انواع مختلفی از میکروارگانیسم های نامرئی برای چشم دارند. مطالعه آنها به مرور زمان، کنترل تخمیر و هدایت آن را در جهت درست برای فرد ممکن کرد.
جوهر فرآیندهای تخمیر
اگر در مورد این که فرآیند تخمیر چیست صحبت کنیم، باید به ماهیت بیوشیمیایی آن اشاره کنیم. از این گذشته ، در هسته خود ، این فقط فعالیت باکتری هایی است که برای زندگی خود انرژی استخراج می کنند و در عین حال انواع مختلفی را تولید می کنند.محصولات جانبی.
به طور کلی تخمیر را می توان در یک کلمه توصیف کرد - اکسیداسیون. تجزیه بی هوازی یک ماده تحت تأثیر باکتری های خاص که منجر به تشکیل تعدادی از محصولات می شود. اینکه چه ماده ای اساس است و همچنین اینکه چه نتیجه ای حاصل خواهد شد، توسط خود نوع فرآیند تعیین می شود. چندین گزینه تخمیر وجود دارد، بنابراین یک طبقه بندی برای این تبدیل ها وجود دارد.
طبقه بندی
سه نوع اصلی تخمیر وجود دارد.
- الکل. این شامل اکسیداسیون مولکول کربوهیدرات اصلی به الکل اتیلیک، دی اکسید کربن، آب و یک مولکول ATP (منبع انرژی) است. این دگرگونی ها نه تنها تحت تأثیر باکتری ها، بلکه قارچ های جنس ها و گونه های مختلف نیز انجام می شود. از این طریق است که محصولاتی مانند آبجو، شراب، مخمر پخت و الکل از زمان های قدیم به دست آمده است. انرژی که در طی تجزیه کربوهیدرات ها آزاد می شود برای اطمینان از فرآیندهای حیاتی میکروارگانیسم صرف می شود. این جوهر بیولوژیکی این فرآیند است.
- تخمیر اسیدلاکتیک عبارت است از اکسیداسیون کربوهیدرات ها به اسید لاکتیک با آزادسازی تعدادی از محصولات جانبی. چگونه انجام می شود و چه انواعی اتفاق می افتد، ما با جزئیات بیشتر بیشتر بررسی خواهیم کرد.
- اسید بوتیریک. این نوع تخمیر در مقیاس طبیعی مهم است. به دلیل فعالیت حیاتی باکتری های اسید بوتیریک که در شرایط بی هوازی در کف باتلاق ها، گل و لای رودخانه ها و غیره زندگی می کنند، انجام می شود. به لطف کار آنها در طبیعت، مقدار زیادی از اجزای آلی پردازش می شود. محصولات بسیاری از مواد هستند که در میان آنها اصلی استاسید بوتیریک همچنین منتشر شده: استون، ایزوپروپیل الکل، دی اکسید کربن، اسید استیک، اسید لاکتیک، اتیل الکل و سایر ترکیبات.
هر یک از انواع تعیین شده در مقیاس طبیعی و صنعتی مهم است. انواع ارگانیسم هایی که چنین دگرگونی هایی را انجام می دهند امروزه به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته اند و بسیاری از آنها به صورت مصنوعی کشت می شوند تا بازدهی زیادی از محصول حاصل شود.
تخمیر اسید لاکتیک: یک مفهوم کلی
این نوع تخمیر از دوران باستان شناخته شده است. حتی قبل از دوران ما، ساکنان مصر باستان و سایر کشورها می‌دانستند که چگونه پنیر درست کنند، آبجو و شراب دم کنند، نان بپزند، سبزیجات و میوه‌ها را تخمیر کنند.
امروزه برای فرآورده های شیر تخمیر شده از کشت های استارتر ویژه استفاده می شود، سویه هایی از میکروارگانیسم های لازم به طور مصنوعی رشد می کنند. این فرآیند با کمک تجهیزات کامل انجام شده و مدرن شده و به اتوماسیون رسیده است. تولیدکنندگان زیادی وجود دارند که مستقیماً تخمیر اسید لاکتیک را تولید می کنند.
ماهیت کل فرآیند را می توان در چندین پاراگراف خلاصه کرد.
- یک کربوهیدرات به عنوان محصول اصلی در نظر گرفته می شود - ساده (فروکتوز، گلوکز، پنتوز) یا پیچیده (ساکارز، نشاسته، گلیکوژن و غیره).
- شرایط بی هوازی ایجاد شده است.
- سویه های باکتری اسید لاکتیک از نوع خاصی به محصول اضافه می شود.
- همه عوامل خارجی لازم برای محصول مورد نظر بهینه ارائه شده است: روشنایی، دما، وجود موارد اضافی خاص.اجزاء، فشار.
- پس از تکمیل فرآیند تخمیر، محصول فرآوری شده و تمام ترکیبات جانبی جدا می شوند.
البته، این فقط یک توصیف کلی از آنچه اتفاق می افتد است. در واقع، در هر مرحله واکنش‌های بیوشیمیایی پیچیده زیادی وجود دارد، زیرا فرآیند تخمیر اسید لاکتیک نتیجه فعالیت حیاتی موجودات زنده است.
اصول فرآیند تخمیر اسید لاکتیک
از دیدگاه شیمیایی، این تبدیلات یک سری مراحل متوالی هستند.
- اول، تغییری در بستر اصلی ایجاد می شود، یعنی زنجیره کربنی ماده (کربوهیدرات) تغییر می کند. این منجر به ظهور ترکیبات واسطه ای با ماهیت کاملاً متفاوت می شود که به کلاس های مختلف تعلق دارند. برای مثال، اگر بستر اولیه گلوکز باشد، آنگاه به اسید گلوکونیک بازآرایی می‌شود.
- واکنش‌های کاهش اکسیداسیون، همراه با آزاد شدن گازها، تشکیل محصولات جانبی. واحد اصلی در کل فرآیند اسید لاکتیک است. این اوست که در طی تخمیر تولید و جمع می شود. با این حال، این تنها ارتباط نیست. بنابراین، تشکیل مولکول های اسید استیک، اتیل الکل، دی اکسید کربن، آب، و گاهی اوقات دیگر مولکول های همراه وجود دارد.
- بازده انرژی فرآیند به شکل مولکولهای آدنوزین تری فسفریک اسید (ATP). در هر مولکول گلوکز 2 مولکول ATP وجود دارد، اما اگر بستر اولیه ساختار پیچیده تری داشته باشد، به عنوان مثال سلولز، سه مولکول ATP وجود دارد. این انرژی توسط باکتری های اسید لاکتیک برای زندگی بیشتر استفاده می شود.
طبیعی است کهاگر کسی تحولات بیوشیمیایی را با جزئیات درک کند، تمام مولکول ها و کمپلکس های میانی باید نشان داده شوند. مانند:
- پیروویک اسید؛
- آدنوزین دی فسفات؛
- مولکول های نیکوتین آمین دی فسفات به عنوان حامل هیدروژن و غیره.
اما این موضوع سزاوار توجه ویژه است و باید از دیدگاه بیوشیمی مورد توجه قرار گیرد، بنابراین در این مقاله به آن نمی پردازیم. بیایید نگاهی دقیق‌تر بیندازیم به اینکه فناوری تولید محصولات اسید لاکتیک چیست و چه نوع تخمیر مورد نظر وجود دارد.
تخمیر هموفرمنتیو
تخمیر اسید لاکتیک هموفرمنتیو شامل استفاده از اشکال خاصی از عوامل بیماری زا است و در محصولات حاصل و کمیت آنها با هتروفرمنتاتیو متفاوت است. در طول مسیر گلیکولیتیک در داخل سلول میکروارگانیسم رخ می دهد. نتیجه نهایی، مانند هر تخمیر به طور کلی، تبدیل کربوهیدرات ها به اسید لاکتیک است. مزیت اصلی این فرآیند این است که بازده محصول مورد نظر 90 درصد است. و فقط بقیه به ترکیبات جانبی می رود.
تخمیر باکتری این نوع از گونه های زیر:
- استرپتوکوکوس لاکتیس.
- لاکتوباسیلوس کازئی.
- لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس و دیگران.
چه مواد دیگری در نتیجه تخمیر هموفرمنتیو تشکیل می شوند؟ اینها اتصالاتی مانند: هستند
- اتیل الکل؛
- اسیدهای فرار;
- دی اکسید کربن؛
- اسید فوماریک و سوکسینیک.
اما این روش برای به دست آوردن محصولات شیر تخمیری عملاً در صنعت استفاده نمی شود. این در طبیعت به عنوان مرحله اولیه گلیکولیز حفظ می شود، همچنین در سلول های ماهیچه ای پستانداران در طی فعالیت بدنی گسترده رخ می دهد.
فناوری تولید محصولات لازم برای تغذیه انسان شامل استفاده از کربوهیدرات های اولیه مانند: است.
- گلوکز;
- ساکارز;
- فروکتوز؛
- مانوز;
- نشاسته و برخی دیگر.
و باکتری های هموفرمانتیو قادر به اکسید کردن بسیاری از این ترکیبات نیستند، بنابراین استفاده از آنها به عنوان کشت آغازین در تولید امکان پذیر نیست.
تخمیر هتروفرمنتاتیو اسید لاکتیک
این روش دقیقاً کاربردی صنعتی است که به لطف آن تولید تمام محصولات شیر تخمیر شده انجام می شود، سبزیجات حفظ می شوند و خوراک سیلو برای دام ها برداشت می شود.
تفاوت اصلی با آنچه قبلا توضیح داده شد این است که عوامل بیماری زا تخمیر اسید لاکتیک را با تشکیل تعداد بیشتری از محصولات جانبی انجام می دهند. تنها 50 درصد قند توسط باکتری ها به اسید لاکتیک تبدیل می شود، بقیه به تشکیل مولکول هایی مانند:می رود.
- اسید استیک؛
- گلیسیرین؛
- دی اکسید کربن؛
- اتیل الکل و دیگران.
چگونه از تشکیل اسید لاکتیک خالص ۹۰ درصد با روش هموفرمنتیو بهتر و سودآورتر است؟ موضوع این است که وقتی محصول اصلی تولید می شودبیش از حد، فعالیت حیاتی بسیاری از باکتری ها به طور کامل مهار می شود. علاوه بر این، محصولات به دلیل ترکیبات جانبی، بسیاری از خواص طعمی را از دست می دهند. بنابراین، به عنوان مثال، عطر مطبوع سبزیجات کنسرو شده توسط اسید استیک و ایزوآمیل الکل ارائه می شود. اگر این ترکیبات وجود نداشته باشند، نتیجه حفاظت کاملاً متفاوت خواهد بود.
بازده اسید لاکتیک 50 درصد برای سرکوب رشد و فعالیت حیاتی همه قارچ‌ها و میکروارگانیسم‌های خارجی در سیستم کافی است. زیرا حتی 1-2٪ باعث اسیدی شدن بیش از حد قوی محیط می شود که هیچ موجود دیگری به جز باکتری های اسید لاکتیک نمی تواند در آن وجود داشته باشد. کل فرآیند در امتداد مسیر پنتوز فسفات انجام می شود.
شرایط تخمیر برای روش هتروفرمنتاتیو باید به شرح زیر باشد:
- استارتر خوب و تازه در مرحله اولیه اضافه شد؛
- شرایط خارجی بهینه که برای هر محصول به صورت جداگانه انتخاب می شود؛
- تجهیزات با کیفیت بالا و عملکرد خوب؛
- همه وسایل فنی لازم برای فرآیند.
در میان شرایط خارجی، دمای فرآیند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. نباید خیلی زیاد باشد، اما سرما به شدت کل روند تخمیر را کند می کند.
امروزه یک مخزن تخمیر تخصصی وجود دارد که به طور خودکار تمام شرایط لازم را برای عملکرد صحیح و راحت میکروارگانیسم ها ایجاد می کند.
تجهیزات مورد نیاز
همانطور که در بالا اشاره کردیم، از مهمترین ویژگی هاستباید به ظرفیت تخمیر اشاره کرد. اگر در مورد روش خانگی صحبت می کنیم، پس باید به تمیزی ظروف مورد استفاده در هنگام نگهداری، ساخت ماست و سایر محصولات توجه کنید. یکی از راه‌های کاهش تعداد جمعیت‌های خارجی میکروارگانیسم‌ها، استریل کردن ظروف قبل از استفاده از آنها است.
کدام ظروف برای تخمیر هتروفرمنتیو مناسب هستند؟ این می تواند یک ظرف شیشه ای یا پلاستیکی با کیفیت بالا (پلی پروپیلن، پلی اتیلن) باشد که می تواند محکم با درب بسته شود.
این صنعت از دستگاه های خاصی برای ضدعفونی و تمیز کردن ظروف قبل از شروع فرآیند تخمیر استفاده می کند.
باکتری مورد استفاده در فرآیند
اگر در مورد کشت های باکتریایی صحبت کنیم که برای تولید محصولات لبنی کنسرو شده و تخمیری استفاده می شوند، می توانیم چندین نوع از رایج ترین موجودات را شناسایی کنیم.
- چوب بلغاری اسیددوست.
- گونه لاکتوباسیلوس Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- کوکسی اسیدلاکتیک.
- گونه لاکتوباسیلوس L. Casei.
- باکتری از جنس استرپتوکوک و دیگران.
بر اساس کشت های ترکیبی و خالص موجودات ذکر شده، کشت های آغازین برای محصولات شیر تخمیر شده ساخته می شود. آنها در مالکیت عمومی هستند، هر کسی می تواند آنها را خریداری کند. مهم ترین نکته رعایت شرایط فرآیند تخمیر برای بهره مندی از نتیجه استمحصول.
چه محصولاتی از این تخمیر به دست می آید؟
اگر صحبت کنیم که چه محصولات تخمیری را می توان با کمک لاکتوباسیل ها به دست آورد، می توان چندین دسته اصلی را نام برد.
- فرآورده های شیر تخمیری (شیر پخته شده تخمیری، ماست، وارنت، کفیر، پنیر دلمه، خامه ترش، کره، محصولات اسیدوفیلوس و غیره).
- خوراک از نوع سیلو برای حیوانات مزرعه.
- اسید لاکتیک، که در ساخت نوشابه‌های گازدار، پانسمان پوست خز و موارد دیگر استفاده می‌شود.
- پخت، تولید پنیر.
- میوه و سبزیجات کنسرو شده.
همه اینها اهمیت انواع خاصی از باکتری ها را در زندگی مردم و فعالیت های صنعتی آنها ثابت می کند.
