Thiên nhiên cho phép con người tận hưởng những lợi ích sẵn có trong đó. Đồng thời, mọi người cố gắng gia tăng sự giàu có này, tạo ra một cái gì đó mới và tìm hiểu về những điều chưa biết. Vi khuẩn là những sinh vật nhỏ nhất của tự nhiên, mà con người cũng đã học cách sử dụng cho những mục đích riêng của mình.
Nhưng không chỉ có tác hại liên quan đến các quá trình gây bệnh và bệnh tật được thực hiện bởi các sinh vật nhân sơ này. Chúng cũng là nguồn gốc của một quá trình công nghiệp quan trọng đã được con người sử dụng từ xa xưa - lên men. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét quá trình này là gì và quá trình lên men axit lactic của các chất được thực hiện cụ thể như thế nào.
Lịch sử xuất hiện và sử dụng quá trình lên men
Đầu tiên đề cập rằng quá trình lên men được sử dụng bởi con người để thu được một số sản phẩm nhất định xuất hiện từ 5000 năm trước Công nguyên. Sau đó, người Babylon đã sử dụng phương pháp này để thu được các sản phẩm như:
- phomai;
- rượu;
- sữa đông và các loại kháccác sản phẩm từ sữa.
Sau đó, thực phẩm tương tự bắt đầu được tiếp nhận ở Ai Cập, Trung Quốc, Sudan, Mexico và các quốc gia cổ đại khác. Họ bắt đầu nướng bánh mì bằng men, lên men rau củ và những nỗ lực đóng hộp đầu tiên đã xuất hiện.
Quá trình lên men axit lactic đã được con người sử dụng từ hàng nghìn năm nay. Phô mai, kefirs, sữa chua luôn là một phần quan trọng của bữa ăn. Tất cả các bác sĩ và người chữa bệnh đều biết về lợi ích của những sản phẩm này. Tuy nhiên, lý do tại sao loại biến đổi này có thể xảy ra trong một thời gian dài vẫn chưa được biết đến.
Thực tế là điều kiện lên men đòi hỏi sự hiện diện của vi sinh vật, người ta thậm chí không thể tưởng tượng được. Vào giữa thế kỷ 17, Van Helmont đã đề xuất đưa ra thuật ngữ "lên men" cho những quá trình nấu nướng đi kèm với việc giải phóng khí. Xét cho cùng, trong bản dịch, từ này có nghĩa là "sôi". Tuy nhiên, chỉ trong thế kỷ 19, tức là gần hai trăm năm sau, nhà vi sinh vật học, nhà hóa học và vật lý học người Pháp Louis Pasteur đã phát hiện ra sự tồn tại của vi sinh vật, vi khuẩn trên thế giới.
Kể từ đó, người ta biết rằng các kiểu lên men khác nhau đòi hỏi sự hiện diện của nhiều loại vi sinh vật khác nhau mà mắt thường không nhìn thấy được. Theo thời gian, nghiên cứu của họ đã giúp kiểm soát quá trình lên men và hướng nó đi đúng hướng cho một người.
Bản chất của quá trình lên men
Nếu chúng ta nói về quá trình lên men là gì, thì chúng ta nên chỉ ra bản chất sinh hóa của nó. Xét cho cùng, về cốt lõi, đây chỉ là hoạt động của vi khuẩn tự lấy năng lượng cho cuộc sống, đồng thời tạo ra nhiềusản phẩm phụ.
Nói chung, quá trình lên men có thể được mô tả bằng một từ - quá trình oxy hóa. Sự phân hủy kỵ khí của một chất dưới ảnh hưởng của một số vi khuẩn, dẫn đến sự hình thành một số sản phẩm. Chất nào là cơ sở, cũng như cái gì sẽ là kết quả, được xác định bởi chính loại quá trình. Có một số lựa chọn lên men, vì vậy cần có sự phân loại cho các quá trình biến đổi này.
Phân loại
Có ba kiểu lên men chính.
- Rượu. Nó bao gồm quá trình oxy hóa phân tử carbohydrate ban đầu thành rượu etylic, carbon dioxide, nước và phân tử ATP (một nguồn năng lượng). Những biến đổi này được thực hiện dưới tác động của không chỉ vi khuẩn mà còn cả nấm thuộc nhiều loài và chi khác nhau. Chính bằng cách này mà các sản phẩm như bia, rượu, men làm bánh và rượu đã có từ thời cổ đại. Năng lượng được giải phóng trong quá trình phân hủy carbohydrate được sử dụng để đảm bảo các quá trình quan trọng của vi sinh vật. Đây là bản chất sinh học của quá trình.
- Lên men axit lactic là quá trình oxy hóa carbohydrate thành axit lactic với việc giải phóng một số sản phẩm phụ. Nó được thực hiện như thế nào và những loại nó xảy ra, chúng tôi sẽ xem xét chi tiết hơn.
- Axit butyric. Đây là kiểu lên men quan trọng ở quy mô tự nhiên. Nó được thực hiện do hoạt động quan trọng của vi khuẩn axit butyric sống trong điều kiện yếm khí ở đáy đầm lầy, phù sa sông, v.v. Nhờ hoạt động của chúng trong tự nhiên, một lượng lớn các thành phần hữu cơ được xử lý. Sản phẩm là nhiều chất, trong đó chủ yếu làaxit butyric. Cũng được phát ra: axeton, rượu isopropyl, carbon dioxide, axit axetic, axit lactic, rượu etylic và các hợp chất khác.
Mỗi loại được chỉ định đều quan trọng cả ở quy mô tự nhiên và quy mô công nghiệp. Ngày nay, các loại sinh vật thực hiện quá trình biến đổi như vậy đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và nhiều loại trong số chúng được nuôi trồng nhân tạo để thu được sản lượng lớn.
Lên men axit lactic: một khái niệm chung
Kiểu lên men này đã được biết đến từ thời cổ đại. Ngay cả trước thời đại của chúng ta, cư dân của Ai Cập cổ đại và các quốc gia khác đã biết cách làm pho mát, nấu bia và rượu, nướng bánh mì, lên men rau và trái cây.
Ngày nay, nuôi cấy khởi động đặc biệt được sử dụng cho các sản phẩm sữa lên men, các chủng vi sinh vật cần thiết được nuôi cấy nhân tạo. Quá trình này đã được hiện đại hóa và mang đến tính tự động hóa, được thực hiện với sự hỗ trợ của thiết bị hoàn chỉnh. Có nhiều nhà sản xuất trực tiếp lên men axit lactic.
Bản chất của toàn bộ quá trình có thể được tóm tắt trong một số đoạn.
- Một loại carbohydrate được lấy làm sản phẩm chính - đơn giản (fructose, glucose, pentoses) hoặc phức tạp (sucrose, tinh bột, glycogen và các loại khác).
- Điều kiện kỵ khí được tạo ra.
- Các chủng vi khuẩn axit lactic của một loại nhất định được thêm vào sản phẩm.
- Tất cả các yếu tố bên ngoài cần thiết đều được cung cấp tối ưu cho sản phẩm mong muốn: ánh sáng, nhiệt độ, sự hiện diện của một số chất bổ sungthành phần, áp suất.
- Sau khi quá trình lên men hoàn thành, sản phẩm được xử lý và tất cả các hợp chất phụ được phân lập.
Tất nhiên, đây chỉ là mô tả chung về những gì đang xảy ra. Trên thực tế, ở mỗi giai đoạn đều có nhiều phản ứng sinh hóa phức tạp, bởi vì quá trình lên men axit lactic là kết quả của hoạt động sống của các sinh vật.
Khái niệm cơ bản về quá trình lên men axit lactic
Theo quan điểm hóa học, những biến đổi này là một chuỗi các giai đoạn liên tiếp.
- Đầu tiên, có một sự thay đổi trong chất nền ban đầu, tức là chuỗi carbon của chất (carbohydrate) thay đổi. Điều này dẫn đến sự xuất hiện của các hợp chất trung gian có bản chất hoàn toàn khác, thuộc các lớp khác nhau. Ví dụ, nếu cơ chất ban đầu là glucose, thì nó sẽ được sắp xếp lại thành axit gluconic.
- Phản ứng oxy hóa - khử, kèm theo sự giải phóng các chất khí, tạo thành các sản phẩm phụ. Đơn vị chính trong toàn bộ quá trình là axit lactic. Đó là cô ấy được sản xuất và tích lũy trong quá trình lên men. Tuy nhiên, đây không phải là kết nối duy nhất. Vì vậy, có sự hình thành các phân tử axit axetic, rượu etylic, carbon dioxide, nước và đôi khi là những chất đi kèm khác.
- Năng lượng của quá trình ở dạng phân tử axit adenosine triphosphoric (ATP). Có 2 phân tử ATP trên mỗi phân tử glucose, nhưng nếu chất nền ban đầu có cấu trúc phức tạp hơn, ví dụ cellulose, thì có ba phân tử ATP. Năng lượng này được sử dụng bởi vi khuẩn axit lactic để có thêm sự sống.
Đó là lẽ tự nhiênnếu một người hiểu chi tiết về các biến đổi sinh hóa, thì tất cả các phân tử và phức chất trung gian nên được chỉ ra. Chẳng hạn như:
- axit pyruvic;
- adenosine diphosphate;
- phân tử nicotinamine diphosphate như một chất mang hydro và những chất khác.
Tuy nhiên, vấn đề này đáng được quan tâm đặc biệt và cần được xem xét từ quan điểm của hóa sinh, vì vậy chúng tôi sẽ không đề cập đến nó trong bài viết này. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn công nghệ sản xuất các sản phẩm axit lactic là gì và những loại lên men nào đang được đề cập.
Lên men đồng tính
Lên men axit lactic đồng hình liên quan đến việc sử dụng các dạng mầm bệnh đặc biệt và khác với dị sinh trong các sản phẩm tạo thành và số lượng của chúng. Nó xảy ra dọc theo con đường đường phân bên trong tế bào của vi sinh vật. Điểm mấu chốt là, nói chung với bất kỳ quá trình lên men nào, là sự chuyển đổi carbohydrate thành axit lactic. Ưu điểm chính của quá trình này là năng suất của sản phẩm mong muốn là 90%. Và chỉ phần còn lại thuộc về các hợp chất phụ.
Vi khuẩn lên men loại này của các loài sau:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus và các loại khác.
Những chất nào khác được hình thành do quá trình lên men đồng tính? Đây là những kết nối như:
- rượu etylic;
- axit bay hơi;
- carbon dioxide;
- axit fumaric và succinic.
Tuy nhiên, phương pháp thu nhận sản phẩm sữa lên men này thực tế không được sử dụng trong công nghiệp. Nó được bảo tồn trong tự nhiên như là giai đoạn đầu của quá trình đường phân, nó cũng xuất hiện trong các tế bào cơ của động vật có vú khi gắng sức nhiều.
Công nghệ sản xuất các sản phẩm cần thiết cho dinh dưỡng của con người liên quan đến việc sử dụng các loại carbohydrate ban đầu như:
- đường;
- sacaroza;
- fructose;
- mannose;
- tinh bột và một số loại khác.
Và các vi khuẩn đồng loại không có khả năng oxy hóa nhiều hợp chất này, vì vậy việc sử dụng chúng làm chất nuôi cấy khởi đầu trong sản xuất là không thể.
Lên men lactic dị hình
Phương pháp này chính xác là phương pháp được áp dụng công nghiệp, nhờ đó sản xuất tất cả các sản phẩm sữa lên men được thực hiện, rau được bảo quản và thu hoạch thức ăn ủ chua cho gia súc.
Sự khác biệt chính so với mô tả trước đó là mầm bệnh thực hiện quá trình lên men axit lactic với sự hình thành một số lượng lớn hơn các sản phẩm phụ. Chỉ 50% đường được vi khuẩn xử lý thành axit lactic, phần còn lại chuyển sang hình thành các phân tử như:
- axit axetic;
- glycerin;
- carbon dioxide;
- rượu etylic và các loại khác.
Làm thế nào tốt hơn và có lợi hơn so với việc hình thành 90% axit lactic tinh khiết bằng phương pháp đồng phân? Vấn đề là khi sản phẩm chính được sản xuấtquá nhiều, khi đó hoạt động sống của nhiều vi khuẩn bị ức chế hoàn toàn. Ngoài ra, các sản phẩm mất nhiều chất lượng hương vị mà chúng có được do các hợp chất phụ. Vì vậy, ví dụ, mùi thơm dễ chịu của rau đóng hộp được cung cấp bởi axit axetic và rượu isoamyl. Nếu không có những hợp chất này thì kết quả bảo toàn sẽ hoàn toàn khác.
Sản lượng axit lactic 50% là khá đủ để ngăn chặn sự phát triển và hoạt động quan trọng của tất cả các loại nấm và vi sinh vật ngoại lai trong hệ thống. Vì dù chỉ 1 - 2% cũng gây ra hiện tượng axit hóa môi trường quá mạnh, trong đó không có sinh vật nào khác có thể tồn tại được, ngoại trừ vi khuẩn axit lactic. Toàn bộ quá trình được thực hiện theo con đường pentose phosphate.
Các điều kiện lên men cho phương pháp lên men dị loại phải như sau:
- khởi đầu tốt và tươi mới được thêm vào ở giai đoạn đầu;
- điều kiện bên ngoài tối ưu được lựa chọn cho từng sản phẩm riêng lẻ;
- thiết bị chất lượng cao và hoạt động tốt;
- tất cả các thiết bị kỹ thuật cần thiết cho quy trình.
Trong số các điều kiện bên ngoài, nhiệt độ quy trình có tầm quan trọng đặc biệt. Nó không nên quá cao, nhưng lạnh sẽ làm chậm toàn bộ quá trình lên men.
Ngày nay có một thùng lên men chuyên dụng tự động tạo ra tất cả các điều kiện cần thiết cho các vi sinh vật hoạt động bình thường và thoải mái.
Yêu cầu thiết bị
Như chúng tôi đã lưu ý ở trên, trong số các thuộc tính quan trọng nhấtcần lưu ý khả năng lên men. Nếu chúng ta nói về quy trình tại nhà, thì bạn nên chú ý đến độ sạch của bát đĩa được sử dụng trong quá trình bảo quản, sản xuất sữa chua và các sản phẩm khác. Một cách để giảm số lượng quần thể vi sinh vật ngoại lai là khử trùng các vật chứa trước khi sử dụng.
Những món ăn nào thích hợp cho quá trình lên men dị hình? Nó có thể là vật chứa bằng thủy tinh hoặc nhựa chất lượng cao (polypropylene, polyethylene) có thể đậy chặt bằng nắp.
Ngành công nghiệp sử dụng các thiết bị đặc biệt để khử trùng và làm sạch các thùng chứa trước khi bắt đầu quá trình lên men.
Vi khuẩn được sử dụng trong quá trình
Nếu chúng ta nói về việc nuôi cấy vi khuẩn được sử dụng để tạo ra các sản phẩm sữa đóng hộp và lên men, thì chúng ta có thể xác định một số loại sinh vật phổ biến nhất.
- Gậy ăn thịt người ưa axit.
- loài Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- Cầu khuẩn lactic.
- loài Lactobacillus L. Casei.
- Vi khuẩn thuộc giống Streptococcus và những loài khác.
Dựa trên sự kết hợp và nuôi cấy thuần khiết của các sinh vật được chỉ định, các phương pháp nuôi cấy khởi đầu cho các sản phẩm sữa lên men được tạo ra. Chúng thuộc phạm vi công cộng, bất kỳ ai cũng có thể mua chúng. Điều quan trọng nhất là phải quan sát các điều kiện của quá trình lên men để có được lợi ích từ kết quảsản phẩm.
Sản phẩm nào thu được từ quá trình lên men này?
Nếu chúng ta nói về những sản phẩm lên men có thể thu được với sự trợ giúp của lactobacilli, thì chúng ta có thể kể tên một số loại chính.
- Sản phẩm sữa lên men (sữa nướng lên men, sữa chua, varenets, kefir, phô mai tươi, kem chua, bơ, các sản phẩm acidophilus và các sản phẩm khác).
- Thức ăn kiểu silo cho vật nuôi.
- Axit lactic, được sử dụng trong sản xuất nước giải khát, da thú và hơn thế nữa.
- Nướng, sản xuất phomai.
- Trái cây và rau đóng hộp.
Tất cả những điều này chứng tỏ tầm quan trọng của một số loại vi khuẩn trong cuộc sống của con người, các hoạt động công nghiệp của họ.
