Alam memungkinkan seseorang untuk menikmati manfaat yang tersedia di dalamnya. Pada saat yang sama, orang mencoba untuk meningkatkan kekayaan ini, menciptakan sesuatu yang baru dan belajar tentang yang tidak diketahui. Bakteri adalah makhluk terkecil di alam, yang juga telah dipelajari manusia untuk digunakan untuk tujuan mereka sendiri.
Tetapi tidak hanya kerusakan yang terkait dengan proses dan penyakit patogen yang dibawa oleh organisme prokariotik ini. Mereka juga merupakan sumber proses industri penting yang telah digunakan oleh orang-orang sejak zaman kuno - fermentasi. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan apa proses ini dan bagaimana fermentasi asam laktat zat dilakukan secara khusus.
Riwayat terjadinya dan penggunaan fermentasi
Penyebutan pertama bahwa proses fermentasi digunakan oleh orang-orang untuk mendapatkan produk tertentu muncul sejak 5000 SM. Saat itulah orang Babilonia menggunakan metode ini untuk mendapatkan produk seperti:
- keju;
- anggur;
- susu kental dan lain-lainproduk susu.
Kemudian, makanan serupa mulai diterima di Mesir, Cina, Sudan, Meksiko, dan negara-negara kuno lainnya. Mereka mulai memanggang roti ragi, memfermentasi tanaman sayuran, dan upaya pengalengan pertama muncul.
Proses fermentasi asam laktat telah digunakan oleh manusia selama ribuan tahun. Keju, kefir, yogurt telah menjadi bagian penting dari makanan setiap saat. Semua dokter dan penyembuh tahu tentang manfaat produk ini. Namun, alasan mengapa transformasi semacam ini mungkin terjadi masih belum diketahui untuk waktu yang lama.
Fakta bahwa kondisi fermentasi memerlukan keberadaan mikroorganisme, orang bahkan tidak dapat membayangkannya. Pada pertengahan abad ke-17, Van Helmont mengusulkan untuk memperkenalkan istilah "fermentasi" untuk proses memasak yang disertai dengan pelepasan gas. Lagi pula, dalam terjemahan, kata ini berarti "mendidih." Namun, baru pada abad ke-19, yaitu hampir dua ratus tahun kemudian, ahli mikrobiologi, kimia, dan fisikawan Prancis Louis Pasteur menemukan keberadaan mikroba, bakteri hingga ke dunia.
Sejak itu diketahui bahwa berbagai jenis fermentasi memerlukan keberadaan berbagai jenis mikroorganisme yang tidak terlihat oleh mata. Studi mereka memungkinkan, dari waktu ke waktu, untuk mengontrol fermentasi dan mengarahkannya ke arah yang benar bagi seseorang.
Inti dari proses fermentasi
Jika kita berbicara tentang apa itu proses fermentasi, maka kita harus menunjukkan sifat biokimianya. Lagi pula, pada intinya, ini hanyalah aktivitas bakteri yang mengekstrak energi untuk kehidupan mereka sendiri, sambil menghasilkan berbagaiproduk sampingan.
Secara umum, fermentasi dapat dijelaskan dalam satu kata - oksidasi. Dekomposisi anaerob suatu zat di bawah pengaruh bakteri tertentu, yang mengarah pada pembentukan sejumlah produk. Substansi apa yang menjadi dasarnya, serta apa yang akan dihasilkan, ditentukan oleh jenis proses itu sendiri. Ada beberapa pilihan fermentasi, jadi ada klasifikasi untuk transformasi ini.
Klasifikasi
Ada tiga jenis utama fermentasi.
- Alkohol. Ini terdiri dari oksidasi molekul karbohidrat asli menjadi etil alkohol, karbon dioksida, air dan molekul ATP (sumber energi). Transformasi ini dilakukan di bawah aksi tidak hanya bakteri, tetapi juga jamur dari berbagai genera dan spesies. Dengan cara inilah produk-produk seperti bir, anggur, ragi kue, dan alkohol telah diperoleh sejak zaman kuno. Energi yang dilepaskan selama dekomposisi karbohidrat dihabiskan untuk memastikan proses vital mikroorganisme. Ini adalah esensi biologis dari proses.
- Fermentasi asam laktat adalah oksidasi karbohidrat menjadi asam laktat dengan pelepasan sejumlah produk sampingan. Bagaimana itu dilakukan dan jenis apa yang terjadi, kami akan mempertimbangkan lebih detail lebih lanjut.
- asam butirat. Jenis fermentasi ini penting dalam skala alami. Hal ini dilakukan karena aktivitas vital bakteri asam butirat yang hidup dalam kondisi anaerob di dasar rawa, lanau sungai, dan sebagainya. Berkat pekerjaan mereka di alam, sejumlah besar komponen organik diproses. Produk adalah banyak zat, yang utama di antaranyaasam butirat. Juga dipancarkan: aseton, isopropil alkohol, karbon dioksida, asam asetat, asam laktat, etil alkohol dan senyawa lainnya.
Masing-masing jenis yang ditunjuk penting baik skala alam maupun skala industri. Jenis organisme yang melakukan transformasi tersebut dipelajari dengan baik saat ini, dan banyak dari mereka dibudidayakan secara artifisial untuk mendapatkan hasil produk yang besar.
Fermentasi asam laktat: konsep umum
Jenis fermentasi ini telah dikenal sejak jaman dahulu. Bahkan sebelum zaman kita, penduduk Mesir Kuno dan negara bagian lain tahu cara membuat keju, membuat bir dan anggur, memanggang roti, memfermentasi sayuran dan buah-buahan.
Saat ini, kultur starter khusus digunakan untuk produk susu fermentasi, strain mikroorganisme yang diperlukan ditumbuhkan secara artifisial. Prosesnya telah dimodernisasi dan dibawa ke otomatisme, dilakukan dengan bantuan peralatan lengkap. Ada banyak produsen yang langsung memproduksi fermentasi asam laktat.
Inti dari keseluruhan proses dapat diringkas dalam beberapa paragraf.
- A karbohidrat diambil sebagai produk utama - sederhana (fruktosa, glukosa, pentosa) atau kompleks (sukrosa, pati, glikogen dan lain-lain).
- Kondisi anaerobik tercipta.
- Strain bakteri asam laktat dari jenis tertentu ditambahkan ke produk.
- Semua faktor eksternal yang diperlukan disediakan yang optimal untuk produk yang diinginkan: penerangan, suhu, adanya tambahan tertentukomponen, tekanan.
- Setelah proses fermentasi selesai, produk diproses dan semua senyawa samping diisolasi.
Tentu saja, ini hanya gambaran umum tentang apa yang terjadi. Padahal, pada setiap tahapan terdapat banyak reaksi biokimia yang kompleks, karena proses fermentasi asam laktat merupakan hasil dari aktivitas vital makhluk hidup.
Dasar-dasar proses fermentasi asam laktat
Dari sudut pandang kimia, transformasi ini adalah serangkaian tahapan yang berurutan.
- Pertama, terjadi perubahan substrat asal, yaitu perubahan rantai karbon zat (karbohidrat). Ini mengarah pada munculnya senyawa antara dengan sifat yang sama sekali berbeda, milik kelas yang berbeda. Misalnya, jika substrat awal adalah glukosa, maka akan diatur ulang menjadi asam glukonat.
- Reaksi oksidasi-reduksi, disertai dengan pelepasan gas, pembentukan produk sampingan. Unit utama dalam keseluruhan proses adalah asam laktat. Dialah yang diproduksi dan terakumulasi selama fermentasi. Namun, ini bukan satu-satunya koneksi. Jadi, ada pembentukan molekul asam asetat, etil alkohol, karbon dioksida, air, dan kadang-kadang yang menyertainya.
- Energi hasil proses berupa molekul asam adenosin trifosfat (ATP). Ada 2 molekul ATP per molekul glukosa, tetapi jika substrat awal adalah struktur yang lebih kompleks, misalnya selulosa, maka ada tiga molekul ATP. Energi ini digunakan oleh bakteri asam laktat untuk kehidupan selanjutnya.
Itu wajarjika seseorang memahami transformasi biokimia secara rinci, maka semua molekul dan kompleks antara harus ditunjukkan. Seperti:
- asam piruvat;
- adenosin difosfat;
- molekul nicotinamine diphosphate sebagai pembawa hidrogen dan lain-lain.
Namun, masalah ini patut mendapat perhatian khusus dan harus dipertimbangkan dari sudut pandang biokimia, jadi kami tidak akan menyentuhnya dalam artikel ini. Mari kita lihat lebih dekat seperti apa teknologi produksi produk asam laktat dan jenis fermentasi apa yang ada.
Fermentasi Homofermentatif
Fermentasi asam laktat homofermentatif melibatkan penggunaan bentuk khusus patogen dan berbeda dari heterofermentatif dalam produk yang dihasilkan dan kuantitasnya. Ini terjadi di sepanjang jalur glikolitik di dalam sel mikroorganisme. Intinya adalah, seperti pada umumnya dengan fermentasi apapun, konversi karbohidrat menjadi asam laktat. Keuntungan utama dari proses ini adalah bahwa hasil produk yang diinginkan adalah 90%. Dan hanya sisanya yang masuk ke senyawa samping.
Fermentasi bakteri jenis ini dari spesies berikut:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus dan lainnya.
Zat lain apa yang terbentuk sebagai hasil fermentasi homofermentatif? Ini adalah koneksi seperti:
- etil alkohol;
- asam volatil;
- karbon dioksida;
- asam fumarat dan suksinat.
Namun, cara memperoleh produk susu fermentasi ini praktis tidak digunakan di industri. Ini diawetkan di alam sebagai tahap awal glikolisis, juga terjadi pada sel otot mamalia selama aktivitas fisik yang ekstensif.
Teknologi untuk produksi produk yang diperlukan untuk nutrisi manusia melibatkan penggunaan karbohidrat awal seperti:
- glukosa;
- sukrosa;
- fruktosa;
- mannose;
- pati dan beberapa lainnya.
Dan bakteri homofermentatif tidak dapat mengoksidasi banyak senyawa ini, sehingga penggunaannya sebagai biakan starter dalam produksi tidak memungkinkan.
Fermentasi asam laktat heterofermentatif
Metode ini sangat cocok untuk industri, berkat produksi semua produk susu fermentasi, sayuran diawetkan, dan pakan silase untuk ternak dipanen.
Perbedaan utama dari yang dijelaskan sebelumnya adalah bahwa patogen melakukan fermentasi asam laktat dengan pembentukan lebih banyak produk sampingan. Hanya 50% gula yang diproses oleh bakteri menjadi asam laktat, sisanya untuk pembentukan molekul seperti:
- asam asetat;
- gliserin;
- karbon dioksida;
- etil alkohol dan lain-lain.
Bagaimana lebih baik dan lebih menguntungkan daripada pembentukan asam laktat murni 90% dengan metode homofermentatif? Masalahnya adalah ketika produk utama diproduksiterlalu banyak, maka aktivitas vital banyak bakteri benar-benar terhambat. Selain itu, produk kehilangan banyak kualitas rasa yang diperoleh karena senyawa samping. Jadi, misalnya, aroma yang menyenangkan dari sayuran kaleng disediakan oleh asam asetat dan isoamil alkohol. Jika senyawa ini tidak ada, maka hasil konservasi akan sangat berbeda.
Hasil asam laktat 50% cukup cukup untuk menekan perkembangan dan aktivitas vital semua jamur dan mikroorganisme asing dalam sistem. Karena bahkan 1-2% menyebabkan pengasaman lingkungan yang terlalu kuat di mana tidak ada organisme lain yang bisa eksis, kecuali bakteri asam laktat. Seluruh proses dilakukan di sepanjang jalur pentosa fosfat.
Kondisi fermentasi untuk metode heterofermentatif harus sebagai berikut:
- starter yang baik dan segar ditambahkan pada tahap awal;
- kondisi eksternal optimal yang dipilih untuk setiap produk secara individual;
- peralatan berkualitas tinggi dan berfungsi dengan baik;
- semua perangkat teknis yang diperlukan untuk proses tersebut.
Di antara kondisi eksternal, suhu proses sangat penting. Seharusnya tidak terlalu tinggi, tetapi suhu dingin akan secara drastis memperlambat seluruh proses fermentasi.
Hari ini ada tangki fermentasi khusus yang secara otomatis menciptakan semua kondisi yang diperlukan untuk berfungsinya mikroorganisme dengan baik dan nyaman.
Peralatan yang dibutuhkan
Seperti yang kami sebutkan di atas, di antara atribut yang paling pentingharus diperhatikan kapasitas fermentasinya. Jika kita berbicara tentang prosedur rumah, maka Anda harus memperhatikan kebersihan piring yang digunakan selama konservasi, pembuatan yogurt dan produk lainnya. Salah satu cara untuk mengurangi jumlah populasi mikroorganisme asing adalah dengan mensterilkan wadah sebelum digunakan.
Makanan apa yang cocok untuk fermentasi heterofermentatif? Dapat berupa wadah kaca atau plastik (polipropilen, polietilen) berkualitas tinggi yang dapat ditutup rapat dengan penutup.
Industri menggunakan perangkat khusus untuk desinfeksi dan pembersihan wadah sebelum dimulainya proses fermentasi.
Bakteri yang digunakan dalam proses
Jika kita berbicara tentang kultur bakteri yang digunakan untuk membuat produk susu kaleng dan fermentasi, maka kita dapat mengidentifikasi beberapa jenis organisme yang paling umum.
- Tongkat bulgaria acidophilic.
- Lactobacillus spesies Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- kokus asam laktat.
- Lactobacillus spesies L. Casei.
- Bakteri dari genus Streptococcus dan lainnya.
Berdasarkan kombinasi dan kultur murni dari organisme yang ditunjukkan, kultur starter untuk produk susu fermentasi dibuat. Mereka berada di domain publik, siapa pun dapat membelinya. Yang paling penting adalah mengamati kondisi proses fermentasi agar mendapatkan manfaat dari yang dihasilkanproduk.
Produk apa saja yang didapat dari fermentasi ini?
Jika kita berbicara tentang produk fermentasi apa yang dapat diperoleh dengan bantuan lactobacilli, maka kita dapat menyebutkan beberapa kategori utama.
- Produk susu fermentasi (susu panggang fermentasi, yoghurt, varenet, kefir, keju cottage, krim asam, mentega, produk acidophilus dan lain-lain).
- Pakan jenis silo untuk hewan ternak.
- asam laktat, yang digunakan dalam pembuatan minuman ringan, dressing kulit bulu dan banyak lagi.
- Pembakaran, produksi keju.
- Buah dan sayuran kaleng.
Semua ini membuktikan pentingnya jenis bakteri tertentu dalam kehidupan manusia, aktivitas industrinya.
