ธรรมชาติทำให้คนเพลิดเพลินไปกับผลประโยชน์ที่มีอยู่ในนั้น ในเวลาเดียวกัน ผู้คนพยายามที่จะเพิ่มความร่ำรวยเหล่านี้ สร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ และเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งที่ไม่รู้จัก แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุดในธรรมชาติ ซึ่งผู้คนได้เรียนรู้ที่จะนำไปใช้เพื่อจุดประสงค์ของตนเองด้วย
แต่ไม่เพียงแต่อันตรายที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการและโรคที่ทำให้เกิดโรคเท่านั้นที่ดำเนินโดยสิ่งมีชีวิตที่เป็นโปรคาริโอตเหล่านี้ พวกเขายังเป็นแหล่งที่มาของกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่สำคัญที่ผู้คนใช้มาตั้งแต่สมัยโบราณ - การหมัก ในบทความนี้ เราจะพิจารณาว่ากระบวนการนี้คืออะไรและกระบวนการหมักกรดแลคติกของสารนั้นดำเนินการอย่างไรโดยเฉพาะ
ประวัติการเกิดขึ้นและการใช้การหมัก
การกล่าวถึงครั้งแรกที่ผู้คนใช้กระบวนการหมักเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์บางอย่างปรากฏขึ้นเร็วที่สุดเท่าที่ 5,000 ปีก่อนคริสตกาล ตอนนั้นเองที่ชาวบาบิโลนใช้วิธีนี้เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เช่น:
- ชีส;
- ไวน์;
- นมข้นจืดและอื่นๆผลิตภัณฑ์นม
ต่อมาก็เริ่มได้รับอาหารที่คล้ายกันในอียิปต์ จีน ซูดาน เม็กซิโก และรัฐโบราณอื่นๆ พวกเขาเริ่มอบขนมปังยีสต์ หมักพืชผัก และการทดลองบรรจุกระป๋องครั้งแรกก็ปรากฏขึ้น
คนใช้กระบวนการหมักกรดแลคติกมาเป็นเวลาหลายพันปีแล้ว ชีส kefirs โยเกิร์ตเป็นส่วนสำคัญของมื้ออาหารตลอดเวลา แพทย์และแพทย์ทุกคนทราบถึงประโยชน์ของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ อย่างไรก็ตาม สาเหตุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบนี้ยังคงไม่ทราบมาเป็นเวลานาน
ความจริงที่ว่าสภาวะการหมักต้องมีจุลินทรีย์อยู่ด้วย ผู้คนคิดไม่ถึง ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 17 Van Helmont เสนอให้แนะนำคำว่า "การหมัก" สำหรับกระบวนการทำอาหารที่มาพร้อมกับการปล่อยก๊าซ ท้ายที่สุดแล้วในการแปลคำนี้หมายถึง "เดือด" อย่างไรก็ตาม เฉพาะในศตวรรษที่ 19 นั่นคือเกือบสองร้อยปีต่อมา Louis Pasteur นักจุลชีววิทยา นักเคมี และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Louis Pasteur ได้ค้นพบการมีอยู่ของจุลินทรีย์ แบคทีเรีย สู่โลก
ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาเป็นที่รู้กันว่าการหมักประเภทต่างๆ จำเป็นต้องมีจุลินทรีย์หลายชนิดที่มองไม่เห็นด้วยตา การศึกษาของพวกเขาทำให้สามารถควบคุมการหมักและนำไปในทิศทางที่ถูกต้องสำหรับบุคคลได้เมื่อเวลาผ่านไป
สาระสำคัญของกระบวนการหมัก
ถ้าเราพูดถึงกระบวนการหมัก เราควรชี้ให้เห็นลักษณะทางชีวเคมีของมัน ท้ายที่สุดนี้เป็นเพียงกิจกรรมของแบคทีเรียที่ดึงพลังงานสำหรับตัวเองไปตลอดชีวิตในขณะที่ผลิตต่างๆผลพลอยได้
โดยทั่วไป การหมักสามารถอธิบายได้คำเดียวว่า - ออกซิเดชัน การสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจนของสารภายใต้อิทธิพลของแบคทีเรียบางชนิดซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์จำนวนหนึ่ง สารอะไรเป็นพื้นฐาน และสิ่งที่จะเป็นผล ถูกกำหนดโดยประเภทของกระบวนการเอง มีตัวเลือกการหมักหลายแบบ ดังนั้นจึงมีการจำแนกประเภทสำหรับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้
การจำแนก
การหมักมีสามประเภทหลัก
- แอลกอฮอล์. ประกอบด้วยการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตดั้งเดิมกับเอทิลแอลกอฮอล์ คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และโมเลกุล ATP (แหล่งพลังงาน) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ดำเนินการภายใต้การกระทำของแบคทีเรียไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเชื้อราในสกุลและสายพันธุ์ต่างๆ ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น เบียร์ ไวน์ เบกกิ้งยีสต์ และแอลกอฮอล์มีมาตั้งแต่สมัยโบราณ พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของคาร์โบไฮเดรตนั้นถูกใช้เพื่อสร้างความมั่นใจในกระบวนการสำคัญของจุลินทรีย์ นี่คือสาระสำคัญทางชีวภาพของกระบวนการ
- การหมักกรดแลคติกเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตไปเป็นกรดแลคติกด้วยการปล่อยผลิตภัณฑ์พลอยได้จำนวนหนึ่ง วิธีการดำเนินการและประเภทที่เกิดขึ้นเราจะพิจารณาในรายละเอียดเพิ่มเติม
- กรดบิวทิริก. การหมักประเภทนี้มีความสำคัญในระดับธรรมชาติ ดำเนินการเนื่องจากกิจกรรมที่สำคัญของแบคทีเรียกรดบิวทิริกที่อาศัยอยู่ในสภาวะไร้อากาศที่ด้านล่างของหนองน้ำ ตะกอนในแม่น้ำ และอื่นๆ ด้วยการทำงานตามธรรมชาติ ทำให้มีการประมวลผลส่วนประกอบอินทรีย์จำนวนมาก ผลิตภัณฑ์มีสารหลายอย่าง หลักในหมู่ที่กรดบิวทิริก ที่ปล่อยออกมาด้วย: อะซิโตน, ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์, คาร์บอนไดออกไซด์, กรดอะซิติก, กรดแลคติก, เอทิลแอลกอฮอล์ และสารประกอบอื่นๆ
แต่ละประเภทมีความสำคัญทั้งในระดับธรรมชาติและระดับอุตสาหกรรม ประเภทของสิ่งมีชีวิตที่ทำการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้รับการศึกษาเป็นอย่างดีในปัจจุบัน และหลายชนิดได้รับการปลูกฝังเทียมเพื่อให้ได้ผลผลิตจำนวนมาก
การหมักกรดแลคติก: แนวคิดทั่วไป
การหมักแบบนี้มีมาแต่โบราณ แม้กระทั่งก่อนยุคของเรา ชาวอียิปต์โบราณและรัฐอื่นๆ รู้วิธีทำชีส เบียร์และไวน์ อบขนมปัง หมักผักและผลไม้
วันนี้มีการใช้เชื้อจุลินทรีย์ชนิดพิเศษสำหรับผลิตภัณฑ์นมหมัก สายพันธุ์ของจุลินทรีย์ที่จำเป็นได้รับการปลูกแบบเทียม กระบวนการนี้ได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยและนำไปสู่การทำงานอัตโนมัติ โดยใช้อุปกรณ์ครบครัน มีผู้ผลิตหลายรายที่ผลิตกรดแลคติกหมักโดยตรง
สาระสำคัญของกระบวนการทั้งหมดสามารถสรุปได้หลายย่อหน้า
- คาร์โบไฮเดรตเป็นผลิตภัณฑ์หลัก - ง่าย (ฟรุกโตส กลูโคส เพนโทส) หรือซับซ้อน (ซูโครส แป้ง ไกลโคเจนและอื่น ๆ)
- สร้างเงื่อนไขแบบไม่ใช้ออกซิเจน
- แบคทีเรียกรดแลคติกบางชนิดถูกเพิ่มเข้าไปในผลิตภัณฑ์
- มีปัจจัยภายนอกที่จำเป็นทั้งหมดซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ: การส่องสว่าง, อุณหภูมิ, การมีอยู่ของสิ่งเพิ่มเติมบางอย่างส่วนประกอบ, ความดัน
- หลังจากกระบวนการหมักเสร็จสิ้น ผลิตภัณฑ์จะถูกแปรรูปและแยกสารประกอบด้านข้างทั้งหมดออก
แน่นอน นี่เป็นเพียงคำอธิบายทั่วไปของสิ่งที่เกิดขึ้น ในความเป็นจริง ในแต่ละขั้นตอนมีปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ซับซ้อนมากมาย เนื่องจากกระบวนการหมักกรดแลคติกเป็นผลมาจากกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต
พื้นฐานของกระบวนการหมักกรดแลคติก
จากมุมมองทางเคมี การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นชุดของขั้นตอนที่ต่อเนื่องกัน
- ประการแรก มีการเปลี่ยนแปลงในพื้นผิวเดิม นั่นคือ ห่วงโซ่คาร์บอนของสาร (คาร์โบไฮเดรต) เปลี่ยนแปลง สิ่งนี้นำไปสู่การปรากฏตัวของสารประกอบระดับกลางที่มีลักษณะแตกต่างกันโดยสิ้นเชิงซึ่งเป็นของชั้นเรียนที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น หากซับสเตรตเริ่มต้นคือกลูโคส ก็จะถูกจัดเรียงใหม่เป็นกรดกลูโคนิก
- ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน ควบคู่ไปกับการปล่อยก๊าซ การก่อตัวของผลพลอยได้ หน่วยหลักในกระบวนการทั้งหมดคือกรดแลคติก เธอเป็นผู้ที่ผลิตและสะสมระหว่างการหมัก อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่การเชื่อมต่อเพียงอย่างเดียว ดังนั้นจึงมีการก่อตัวของโมเลกุลของกรดอะซิติก เอทิลแอลกอฮอล์ คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และบางครั้งก็มีโมเลกุลร่วมด้วย
- ผลผลิตพลังงานของกระบวนการในรูปของโมเลกุลของกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก (ATP) มีโมเลกุล ATP 2 ตัวต่อโมเลกุลของกลูโคส แต่ถ้าสารตั้งต้นเริ่มต้นมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า เช่น เซลลูโลส ก็จะมีโมเลกุล ATP สามตัว พลังงานนี้ถูกใช้โดยแบคทีเรียกรดแลคติกเพื่อชีวิตต่อไป
มันธรรมดานะหากเข้าใจการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีอย่างละเอียดแล้ว ควรระบุโมเลกุลและสารเชิงซ้อนระดับกลางทั้งหมด เช่น:
- กรดไพรูวิก;
- อะดีโนซีนไดฟอสเฟต;
- โมเลกุลของนิโคตินามีนไดฟอสเฟตเป็นพาหะของไฮโดรเจนและอื่นๆ
อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้สมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ และควรพิจารณาจากมุมมองของชีวเคมี เราจะไม่แตะต้องในบทความนี้ มาดูกันดีกว่าว่าเทคโนโลยีสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์กรดแลคติกคืออะไรและการหมักประเภทใดที่เป็นปัญหา
การหมักแบบโฮโมเฟอร์เมนต์
การหมักกรดแลคติก Homofermentative เกี่ยวข้องกับการใช้รูปแบบพิเศษของเชื้อโรคและแตกต่างจากการหมักแบบเฮเทอโรเฟอร์เมนเททีฟในผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นและปริมาณของพวกมัน มันเกิดขึ้นตามทางเดินไกลโคไลติกภายในเซลล์ของจุลินทรีย์ สิ่งสำคัญที่สุดก็คือ การเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตเป็นกรดแลคติก เช่นเดียวกับการหมักทั่วไป ข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการนี้คือผลผลิตของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการคือ 90% และเหลือแต่สารประกอบข้างเคียง
การหมักแบคทีเรียของสายพันธุ์ต่อไปนี้:
- สเตรปโตค็อกคัส แลคติส
- แลคโตบาซิลลัสเคเซอิ
- แลคโตบาซิลลัสแอซิโดฟิลัสและอื่น ๆ
สารอื่นๆ ที่เกิดขึ้นจากการหมักแบบโฮโมเฟอร์เมนเททีฟมีอะไรบ้าง? เหล่านี้คือการเชื่อมต่อเช่น:
- เอทิลแอลกอฮอล์
- กรดระเหย;
- คาร์บอนไดออกไซด์;
- กรดฟูมาริกและซัคซินิก
อย่างไรก็ตาม วิธีการได้ผลิตภัณฑ์นมหมักนี้แทบไม่ได้ใช้ในอุตสาหกรรม มันถูกเก็บรักษาไว้ในธรรมชาติในฐานะระยะเริ่มต้นของไกลโคไลซิส และยังเกิดขึ้นในเซลล์กล้ามเนื้อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในระหว่างการออกแรงทางกายภาพอย่างกว้างขวาง
เทคโนโลยีสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นสำหรับโภชนาการของมนุษย์นั้นเกี่ยวข้องกับการใช้คาร์โบไฮเดรตตั้งต้นเช่น:
- กลูโคส;
- ซูโครส;
- ฟรุกโตส;
- มันโนส;
- แป้งและอื่นๆ
และแบคทีเรียโฮโมเฟอร์เมนเททีฟไม่สามารถออกซิไดซ์สารประกอบเหล่านี้ได้จำนวนมาก ดังนั้นจึงไม่สามารถนำไปใช้ในการเพาะเชื้อเริ่มต้นในการผลิตได้
การหมักกรดแลคติกเฮเทอโรเฟอร์เมนเททีฟ
วิธีนี้ใช้กับอุตสาหกรรมได้อย่างแม่นยำ ด้วยการผลิตผลิตภัณฑ์นมหมักทั้งหมด เก็บรักษาผัก และเก็บเกี่ยวอาหารหมักสำหรับปศุสัตว์
ความแตกต่างหลักจากที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้คือเชื้อโรคดำเนินการหมักกรดแลคติกด้วยการก่อตัวของผลพลอยได้จำนวนมากขึ้น แบคทีเรียเพียง 50% ของน้ำตาลจะถูกแปรรูปเป็นกรดแลคติก ส่วนที่เหลือจะไปที่การก่อตัวของโมเลกุลเช่น:
- กรดอะซิติก;
- กลีเซอรีน;
- คาร์บอนไดออกไซด์;
- เอทิลแอลกอฮอล์และอื่นๆ
ดีกว่าและให้ผลกำไรมากกว่าการสร้างกรดแลคติกบริสุทธิ์ 90% ด้วยวิธีโฮโมเฟอร์เมนเททีฟอย่างไร? ประเด็นคือเมื่อผลิตสินค้าหลักมากเกินไปกิจกรรมที่สำคัญของแบคทีเรียจำนวนมากจะถูกยับยั้งอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์สูญเสียคุณภาพรสชาติหลายอย่างที่ได้รับเนื่องจากสารประกอบข้างเคียง ตัวอย่างเช่นกลิ่นหอมของผักกระป๋องมีให้โดยกรดอะซิติกและแอลกอฮอล์ไอโซเอมิล หากไม่มีสารเหล่านี้ ผลของการอนุรักษ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
ผลผลิตของกรดแลคติก 50% ค่อนข้างเพียงพอที่จะยับยั้งการพัฒนาและกิจกรรมที่สำคัญของเชื้อราและจุลินทรีย์จากภายนอกทั้งหมดในระบบ เพราะแม้แต่ 1-2% ก็ทำให้เกิดกรดที่รุนแรงเกินไปของสิ่งแวดล้อมซึ่งไม่มีสิ่งมีชีวิตอื่นอยู่ได้ ยกเว้นแบคทีเรียกรดแลคติก กระบวนการทั้งหมดดำเนินการตามเส้นทางเพนโทส ฟอสเฟต
เงื่อนไขการหมักสำหรับวิธีการหมักแบบเฮเทอโรเฟอร์เมนเททีฟควรเป็นดังนี้:
- เริ่มต้นที่ดีและสดใหม่ในช่วงเริ่มต้น;
- เงื่อนไขภายนอกที่เหมาะสมที่สุดซึ่งถูกเลือกสำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์แยกกัน
- อุปกรณ์คุณภาพสูงและใช้งานได้ดี;
- อุปกรณ์ทางเทคนิคทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ
ในสภาวะภายนอก อุณหภูมิในกระบวนการมีความสำคัญเป็นพิเศษ ไม่ควรสูงเกินไป แต่ความเย็นจะทำให้การหมักช้าลงอย่างมาก
วันนี้มีถังหมักแบบพิเศษที่สร้างสภาวะที่จำเป็นทั้งหมดโดยอัตโนมัติเพื่อการทำงานของจุลินทรีย์ที่เหมาะสมและสะดวกสบาย
อุปกรณ์ที่จำเป็น
ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น หนึ่งในคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดควรสังเกตความสามารถในการหมัก ถ้าเราพูดถึงขั้นตอนที่บ้าน คุณควรใส่ใจกับความสะอาดของจานที่ใช้ในระหว่างการอนุรักษ์ การผลิตโยเกิร์ต และผลิตภัณฑ์อื่นๆ วิธีหนึ่งในการลดจำนวนจุลินทรีย์ภายนอกคือฆ่าเชื้อภาชนะก่อนใช้
เมนูไหนเหมาะกับการหมักแบบเฮเทอโรเฟอร์เมนเททีฟ? อาจเป็นภาชนะแก้วหรือพลาสติกคุณภาพสูง (โพลีโพรพีลีน โพลีเอทิลีน) ที่สามารถปิดฝาให้แน่นได้
อุตสาหกรรมใช้อุปกรณ์พิเศษในการฆ่าเชื้อและทำความสะอาดภาชนะก่อนเริ่มกระบวนการหมัก
แบคทีเรียที่ใช้ในกระบวนการ
ถ้าเราพูดถึงวัฒนธรรมของแบคทีเรียที่ใช้ทำผลิตภัณฑ์นมกระป๋องและหมักดอง เราสามารถระบุสิ่งมีชีวิตที่พบบ่อยที่สุดได้หลายประเภท
- ไม้บัลแกเรียที่เป็นกรด
- แลคโตบาซิลลัสสายพันธุ์ Sporolactobacillus inulinus.
- บิฟิโดแบคทีเรีย
- เม็ดเลือดขาว.
- กรดแลคติก cocci.
- แลคโตบาซิลลัสสายพันธุ์ L. Casei.
- แบคทีเรียในสกุล Streptococcus และอื่นๆ
จากการผสมผสานและวัฒนธรรมบริสุทธิ์ของสิ่งมีชีวิตที่ระบุ วัฒนธรรมเริ่มต้นสำหรับผลิตภัณฑ์นมหมักถูกสร้างขึ้น พวกเขาอยู่ในโดเมนสาธารณะ ทุกคนสามารถซื้อได้ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการปฏิบัติตามเงื่อนไขของกระบวนการหมักเพื่อให้ได้ประโยชน์จากผลลัพธ์สินค้า
ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการหมักนี้คืออะไร
ถ้าเราพูดถึงผลิตภัณฑ์หมักที่สามารถหาได้จากแลคโตบาซิลลัส เราสามารถตั้งชื่อหมวดหมู่หลักได้หลายหมวด
- ผลิตภัณฑ์นมหมัก (นมอบหมัก โยเกิร์ต วาเรเน็ต kefir ชีสกระท่อม ครีมเปรี้ยว เนย ผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรด และอื่นๆ)
- อาหารประเภทไซโลสำหรับสัตว์เลี้ยงในฟาร์ม
- กรดแลคติกซึ่งใช้ในการผลิตน้ำอัดลม แต่งหนังขน และอื่นๆ
- การอบ การผลิตชีส
- ผักและผลไม้กระป๋อง
ทั้งหมดนี้พิสูจน์ให้เห็นถึงความสำคัญของแบคทีเรียบางชนิดในชีวิตของผู้คน กิจกรรมทางอุตสาหกรรมของพวกมัน