Живите същества извършват различни метаболитни процеси с цел получаване на енергия. Видимият резултат от подобни процеси е трансформацияТова се определя като промяна в условията и характеристиките на съединенията. Вероятно сте наблюдавали този процес в много неща около вас, въпреки че е вярно, че не всички процеси на разграждане са ферментационни. Като например онзи път, когато оставихте кутията с мляко извън хладилника, бактериите... лактобацилус Вкисна прясното ви мляко. Между другото, продуктите от тази реакция не винаги са нежелани: чашата вино, която сте изпили с вечеря, е дошла от ферментацията на гроздов сок.
Ферментационни трансформации захари в продукти, принадлежащи към етиловата група (алкохоли), и обикновено е съпроводено с образуването на киселини, които придават характерния „кисел“ вкус. В специфичния случай на млечна ферментация тези захари се превръщат главно в млечна киселина, отговорен за характерната киселинност на много ферментирали храни.
От ферментация до млечна ферментация
Ферментацията е анаеробна химична реакция (протича без кислород), осъществяван от микроорганизми (бактерии и дрожди). Ученият Луи Пастьор е този, който свързва този процес на разграждане в някои храни с микробното действие. С течение на времето микробиологията е показала, че вид ферментация (определено от крайните продукти) зависи от участващия микроорганизъм.
В млечнокисела ферментация В процеса участват млечнокиселите бактерии, включително видове LactobacillusОсновният резултат от разграждането на глюкозата е млечна киселина и, в зависимост от маршрута, също въглероден диоксид и други вторични съединения като етанол или органични киселини.
Биохимично, млечнокиселите бактерии получават енергия чрез гликолизаПолученият пируват се редуцира до лактат или комбинация от лактат и други съединения, регенерирайки NAD + необходимо за продължаване на гликолизата при липса на кислород.
Преобладаващият реакционен механизъм при млечно-ферментационната ферментация са последователни дехидрогенирания на органични вещества, които обикновено са захари; понякога могат да участват и други реагенти, като например мастни киселини. За историческо опростяване, общата ферментация често се обобщава с уравнението:
Захар = Алкохол + Въглероден диоксид
Въпреки това, по-цялостният поглед върху млечната ферментация разглежда образуването на киселини в допълнение към алкохолите и CO₂.2:
Захар → Алкохол + Въглероден диоксид + Органични киселини (главно млечна киселина)
На практика има различни видове млечна ферментация според продуктите и метаболитните пътища:
- Хомолактична: Лактозата или глюкозата се разгражда почти изключително до един основен продукт, млечна киселинаТова се прави например от някои видове Lactobacillus y стрептокок участва в производството на кисело мляко.
- Хетеролактичен: Продукти като млечна киселина, етанол y CO2и в някои случаи допълнителни органични киселини (напр. оцетна киселина). В зависимост от пътя, малки количества вода могат да се появят и като страничен продукт. Бактерии като Левконосток или някои щамове на Lactobacillus Те извършват хетеролактични ферментации, използвани при мариноване и сложни ферментации.
Функционално, млечнокиселите бактерии не само произвеждат млечна киселина: те генерират и други органични киселини, екзополизахариди и ароматни съединения, които модифицират текстура, вкус и аромат на ферментирали храни, поради което употребата им е толкова широко разпространена в хранителната промишленост.
Условия, благоприятстващи млечната ферментация
Условията, които благоприятстват развитието на млечна ферментация, са свързани с физиологични нужди на участващите бактерии. Контролирането на тези фактори е ключово както в промишлеността, така и в домашното готвене.
Стандартни условия на околната среда: Класически се споменава, че условията, близки до 25 ºC и 1 атм Те са благоприятни за много бактерии; на практика, в зависимост от вида, оптималните диапазони са между 25-40 ºCНапример, при приготвянето на кисело мляко, сместа се държи около 35-40 ºC в продължение на няколко часа, за да могат бактериите да трансформират лактозата в млечна киселина. Ако температурата е твърде ниска (напр. охлаждане при 4°C), активността се забавя; ако е твърде висока, бактериите могат да умрат и ферментацията спира.
Наличие на захари и органични компоненти: Бактериите се възползват ферментиращи захари (лактоза в млякото; прости захари и нишестени производни в зеленчуците и зърнените храни). В разговорен език бихме могли да кажем, че бактериите Те обичат захари.
Влажност: Много антибактериални обработки целят да ограничат влагата, тъй като тя насърчава ферментацията и други микробни процеси. Продукт с много ниско съдържание на влага е по-малко податлив на бактериално действие; ето защо много сухите меса или дехидратираните продукти са по-стабилни.
При контролираните ферментации се внимава и с наличие или отсъствие на кислородВъпреки че много млечнокиселите бактерии понасят кислород, самата ферментация е предимно анаеробна: ограничаването на кислорода благоприятства ферментационния път пред аеробното дишане.
Друг ключов фактор е pHС напредването на ферментацията, млечната киселина понижава pH, създавайки среда, благоприятна за LAB и неблагоприятна за много патогени, което обяснява нейната ефективност като метод за консервиране.
Lactobacillus, млечнокисели бактерии и тяхното действие в млечната ферментация
Полът Lactobacillus Тя е част от по-голяма група, известна като млечнокисели бактерии (LAB). Това са Грам-положителни бактерии, с удължена форма, подобна на пръчка; те предпочитат среда анаеробивъпреки че в много случаи понасят кислород.
БАЛ включват жанрове като Лактобацилус, Лактококус, Стрептококус, Ентерококус, Левконосток и Педиококус, присъстващ в кисело мляко, кефир, сирена, туршии и квасен хляб, както и в други ферментирали храни.
Когато Lactobacillus Той развива лактозна ферментация, не само за да получи хранителни вещества, но и показва предпочитание към киселинна среда. Това свойство се използва за... консервиране на храназащото киселинната среда ограничава растежа на много патогенни бактерии.
Някои от участващите видове са:
- Lactobacillus bulgaricus (в момента се счита за част от комплекса) Lactobacillus delbrueckii подвид. булгарикус), широко използван в традиционното кисело мляко.
- Lactobacillus casei, често срещан във ферментиралите млека и някои сирена, с потенциал пробиотични.
- Lactobacillus delbrueckii, участващ в млечнокиселите ферментации и в промишленото производство на млечна киселина.
- Lactobacillus leichmannii, присъстващ в специфични ферментации и в метаболитни изследвания.
Лекарите и диетолозите насърчават консумацията на продукти с LAB, защото те могат да бъдат от полза за кормяподпомагайки регенерацията и баланса му. Много марки посочват наличието на [съставки] на етикетите си. пробиотициТези бактерии извършват един вид „предварително смилане“ на захари и протеини, което прави храната по-лесно смилаема. храносмилателна и се понася по-добре от хора с лактозна чувствителност.
Въпреки това, много търговски млечни продукти претърпяват термични процеси (пастьоризация или други), които намаляват или елиминират живата флора: химичният състав (млечна киселина, текстура и вкус) може да се запази, но пробиотичният ефект, свързан с живите бактерии, намалява или изчезва.
Млечна ферментация в човешкото тяло: мускули и мускулна болка
Млечната ферментация не е единствено при бактериите. Нашата... мускулни клетки Те също така прибягват до млечнокисел път, когато енергийните нужди надвишават доставките на кислород.
По време на a интензивни усилияМускулите получават енергия чрез гликолиза; ако липсва кислород, пируватът се превръща в лактатрегенериращ NAD+ за да продължи гликолизата:
Пируват + NADH + H++ → Лактат + НАД+
Този процес протича в цитоплазма и позволява продължаващо производство на АТФ при условия на ниско съдържание на кислород. Натрупването на лактат и спадането на pH допринасят за чувството на умора и незабавна мускулна болка; мускулната болка със забавено начало обаче е по-свързана с микроразкъсвания в мускулните влакна. Когато снабдяването с кислород се подобри, лактатът може да бъде транспортиран до други тъкани (напр. черния дроб) и да се превърне обратно в енергия за метаболизъм.
Ферментация на лактоза в консервирането и подобряването на храните
Ферментацията е древен метод, разработен от трябва да трансформира храната, така че да е по-трайна и за предотвратяване на стомашни инфекции по време, когато антибиотиците не са налични. Различни култури са разработили методи за ферментация (например в Азия със зеленчуци, зърнени храни и соя), без да разбират напълно участващите механизми.
Луи Пастьор установява научната основа за тези реакции, проправяйки пътя за техниките за консервиране. Днес знаем, че млечната ферментация не само консервира, но може и... Подобряване на текстурата, вкуса, аромата и хранителната стойност от храна.
В промишлеността млечната ферментация позволява:
- Подобрете текстурата на продукти като кисело мляко, като се избягва прекомерната употреба на сгъстители. Някои щамове произвеждат екзополизахариди, които естествено създават кремообразна и стабилна текстура.
- Подсилете вкуса и аромата в сирена и други ферментирали храни чрез ароматни съединения, получени от метаболизма на протеини, захари и липиди.
- Намалете нежеланите компоненти като лактоза, намалявайки храносмилателния дискомфорт при хора с непоносимост.
Примери за забележителни млечнокиселини ферментации включват:
- Ферментация на мляко: БАЛ получават енергия от лактозаподкиселяване на млякото. квасено мляко Това е резултат от утаяването на протеини (казеини), когато pH понижи; от това се правят кисели млека, сирена, кефир и други продукти.
- Ферментация на зеленчуци: Солта се използва за инхибиране на патогени; когато се използва правилно, солта селектира устойчиви LAB и улеснява мариноването, като например кисело зеле, кисели краставички и кимчиАко се използва прекомерно, може също да ограничи развитието на Lactobacillus.
- Ферментация в месото: При ферментиралите колбаси и сушените меса ферментацията действа върху гликоген (или присъстващи захари), превръщайки го в млечна киселина, допринасяйки за запазването, вкуса и цвета.
Млечната ферментация се отнася и за субстрати като кафеена слузБАЛ, присъстващ в пулпата (например, Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L. acidophilus) консумират захари от плодовете и произвеждат млечна киселина, алкохол, оцетна киселина и CO22Чрез контролиране на температурата, pH, кислорода и времето се получават кафета със специфични профили. приятна киселинностсладост и сложни аромати, ценени в специалните кафета.
В обобщение, млечна ферментация подкислява, запазва и подобрява Сензорни характеристики и в много случаи хранителната стойност и смилаемостта на храната. Той действа като мост между производството на енергия и дълбоката трансформация на това, което консумираме, осигурявайки безопасност, вкус и сложно взаимодействие със здравето на червата ни, което продължава да се изучава.