Natureza permite que uma pessoa desfrute dos benefícios que estão disponíveis nela. Ao mesmo tempo, as pessoas tentam aumentar essas riquezas, criar algo novo e aprender sobre o desconhecido. As bactérias são as menores criaturas da natureza, que as pessoas também aprenderam a usar para seus próprios propósitos.
Mas não apenas os danos associados a processos patogênicos e doenças são carregados por esses organismos procarióticos. Eles também são a fonte de um importante processo industrial que tem sido usado pelos povos desde os tempos antigos - a fermentação. Neste artigo, consideraremos o que é esse processo e como a fermentação lática de substâncias é realizada especificamente.
Histórico de ocorrência e uso da fermentação
A primeira menção de que o processo de fermentação era usado pelas pessoas para obter certos produtos surgiu já em 5000 aC. Foi então que os babilônios usaram esse método para obter produtos como:
- queijo;
- vinho;
- leite coalhado e outroslaticínios.
Mais tarde, alimentos semelhantes começaram a ser recebidos no Egito, China, Sudão, México e outros estados antigos. Eles começaram a assar pão com fermento, fermentar hortaliças, e as primeiras tentativas de enlatamento apareceram.
O processo de fermentação do ácido lático tem sido usado por pessoas há milhares de anos. Queijos, kefirs, iogurtes têm sido uma parte importante da refeição em todos os momentos. Todos os médicos e curandeiros sabiam dos benefícios desses produtos. No entanto, as razões pelas quais esse tipo de transformação é possível permaneceram desconhecidas por muito tempo.
O fato de as condições de fermentação exigirem a presença de microrganismos, as pessoas nem imaginavam. Em meados do século XVII, Van Helmont propôs a introdução do termo "fermentação" para os processos de cozimento que são acompanhados pela liberação de gás. Afinal, na tradução, essa palavra significa "ferver". Porém, somente no século 19, ou seja, quase duzentos anos depois, o microbiologista, químico e físico francês Louis Pasteur descobriu a existência de micróbios, bactérias para o mundo.
Desde então se sabe que diferentes tipos de fermentação requerem a presença de vários tipos de microorganismos invisíveis aos olhos. Seu estudo tornou possível, ao longo do tempo, controlar a fermentação e direcioná-la na direção certa para uma pessoa.
A essência dos processos de fermentação
Se falarmos sobre o que é o processo de fermentação, devemos destacar sua natureza bioquímica. Afinal, em sua essência, esta é apenas a atividade de bactérias que extraem energia para si mesmas para a vida, enquanto produzem váriossubprodutos.
Em geral, a fermentação pode ser descrita em uma palavra - oxidação. Decomposição anaeróbica de uma substância sob a influência de certas bactérias, o que leva à formação de vários produtos. Qual substância é a base, bem como qual será o resultado, é determinado pelo próprio tipo de processo. Existem várias opções de fermentação, portanto há uma classificação para essas transformações.
Classificação
Existem três tipos principais de fermentação.
- Álcool. Consiste na oxidação da molécula original do carboidrato em álcool etílico, dióxido de carbono, água e uma molécula de ATP (fonte de energia). Essas transformações são realizadas sob a ação não apenas de bactérias, mas também de fungos de vários gêneros e espécies. É desta forma que produtos como cerveja, vinho, fermento de padeiro e álcool são obtidos desde os tempos antigos. A energia liberada durante a decomposição dos carboidratos é gasta para garantir os processos vitais do microrganismo. Esta é a essência biológica do processo.
- A fermentação do ácido lático é a oxidação de carboidratos em ácido lático com a liberação de vários subprodutos. Como isso é realizado e quais tipos isso acontece, consideraremos mais detalhadamente.
- ácido butírico. Este tipo de fermentação é importante em escala natural. É realizado devido à atividade vital das bactérias do ácido butírico que vivem em condições anaeróbicas no fundo de pântanos, lodo de rios e assim por diante. Graças ao seu trabalho na natureza, uma enorme quantidade de componentes orgânicos é processada. Os produtos são muitas substâncias, as principais entre as quaisácido butírico. Também emitidos: acetona, álcool isopropílico, dióxido de carbono, ácido acético, ácido lático, álcool etílico e outros compostos.
Cada um dos tipos designados é importante tanto em escala natural quanto industrial. Os tipos de organismos que realizam tais transformações são bem estudados hoje, e muitos deles são cultivados artificialmente para obter um grande rendimento do produto.
Fermentação láctica: um conceito geral
Este tipo de fermentação é conhecido desde a antiguidade. Mesmo antes de nossa era, os habitantes do Egito Antigo e de outros estados sabiam fazer queijo, fazer cerveja e vinho, assar pão, fermentar vegetais e frutas.
Hoje, culturas iniciais especiais são usadas para produtos lácteos fermentados, cepas dos microrganismos necessários são cultivadas artificialmente. O processo foi modernizado e levado ao automatismo, realizado com o auxílio de equipamentos completos. Existem muitos fabricantes que produzem diretamente a fermentação láctica.
A essência de todo o processo pode ser resumida em vários parágrafos.
- Um carboidrato é tomado como produto principal - simples (frutose, glicose, pentoses) ou complexo (sacarose, amido, glicogênio e outros).
- Condições anaeróbicas são criadas.
- Cerpes de bactérias lácticas de um certo tipo são adicionadas ao produto.
- Todos os fatores externos necessários são fornecidos e são ideais para o produto desejado: iluminação, temperatura, presença de certoscomponentes, pressão.
- Após a conclusão do processo de fermentação, o produto é processado e todos os compostos laterais são isolados.
Claro, esta é apenas uma descrição geral do que está acontecendo. De fato, em cada estágio há muitas reações bioquímicas complexas, porque o processo de fermentação do ácido lático é o resultado da atividade vital dos seres vivos.
Noções básicas do processo de fermentação do ácido lático
Do ponto de vista químico, essas transformações são uma série de etapas sucessivas.
- Primeiro, há uma mudança no substrato original, ou seja, a cadeia carbônica da substância (carboidrato) muda. Isso leva ao aparecimento de compostos intermediários de natureza completamente diferente, pertencentes a diferentes classes. Por exemplo, se o substrato inicial for glicose, ele será rearranjado em ácido glucônico.
- Reações de oxidação-redução, acompanhadas pela liberação de gases, a formação de subprodutos. A unidade principal em todo o processo é o ácido lático. É ela quem é produzida e acumula durante a fermentação. No entanto, esta não é a única ligação. Assim, há a formação de moléculas de ácido acético, álcool etílico, dióxido de carbono, água e, às vezes, outros que o acompanham.
- Rendimento energético do processo na forma de moléculas de ácido adenosina trifosfórico (ATP). Existem 2 moléculas de ATP por molécula de glicose, mas se o substrato inicial é de uma estrutura mais complexa, por exemplo celulose, então existem três moléculas de ATP. Esta energia é usada pelas bactérias do ácido lático para mais vida.
É natural quese alguém entender as transformações bioquímicas em detalhes, todas as moléculas e complexos intermediários devem ser indicados. Tais como:
- ácido pirúvico;
- difosfato de adenosina;
- moléculas de difosfato de nicotinamina como carreador de hidrogênio e outros.
No entanto, esta questão merece atenção especial e deve ser considerada do ponto de vista da bioquímica, por isso não a abordaremos neste artigo. Vamos dar uma olhada em qual é a tecnologia para a produção de produtos de ácido lático e quais tipos de fermentação existem.
Fermentação homofermentativa
A fermentação láctica homofermentativa envolve o uso de formas especiais de patógenos e difere da heterofermentativa nos produtos resultantes e em sua quantidade. Ocorre ao longo da via glicolítica dentro da célula do microrganismo. A linha de fundo é, como em geral com qualquer fermentação, a conversão de carboidratos em ácido lático. A principal vantagem deste processo é que o rendimento do produto desejado é de 90%. E só o resto vai para os compostos laterais.
Fermentação bacteriana deste tipo das seguintes espécies:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus e outros.
Quais outras substâncias são formadas como resultado da fermentação homofermentativa? Estas são conexões como:
- álcool etílico;
- ácidos voláteis;
- dióxido de carbono;
- ácido fumárico e succínico.
No entanto, este método de obtenção de produtos lácteos fermentados praticamente não é utilizado na indústria. É preservado na natureza como o estágio inicial da glicólise, também ocorre nas células musculares de mamíferos durante o esforço físico extensivo.
A tecnologia para a produção dos produtos necessários à nutrição humana envolve o uso de carboidratos iniciais como:
- glicose;
- sacarose;
- frutose;
- manose;
- amido e alguns outros.
E as bactérias homofermentativas não são capazes de oxidar muitos desses compostos, portanto seu uso como culturas iniciadoras na produção não é possível.
Fermentação láctica heterofermentativa
Este método é precisamente o aplicável industrialmente, graças ao qual se realiza a produção de todos os produtos lácteos fermentados, a conservação de vegetais e a colheita de ração para o gado.
A principal diferença em relação ao descrito anteriormente é que os patógenos realizam a fermentação do ácido lático com a formação de um número maior de subprodutos. Apenas 50% do açúcar é processado por bactérias em ácido lático, o restante vai para a formação de moléculas como:
- ácido acético;
- glicerina;
- dióxido de carbono;
- álcool etílico e outros.
Como é melhor e mais lucrativo do que a formação de ácido lático 90% puro pelo método homofermentativo? O fato é que quando o produto principal é produzidodemais, então a atividade vital de muitas bactérias é completamente inibida. Além disso, os produtos perdem muitas das qualidades de sabor que adquirem devido aos compostos colaterais. Assim, por exemplo, o aroma agradável dos vegetais enlatados é fornecido pelo ácido acético e pelo álcool isoamílico. Se esses compostos não estiverem presentes, o resultado da conservação será completamente diferente.
Um rendimento de ácido lático de 50% é suficiente para suprimir o desenvolvimento e a atividade vital de todos os fungos e microorganismos estranhos no sistema. Porque mesmo 1-2% causa uma acidificação muito forte do ambiente no qual nenhum outro organismo pode existir, exceto as bactérias do ácido lático. Todo o processo é realizado ao longo da via das pentose fosfato.
As condições de fermentação para o método heterofermentativo devem ser as seguintes:
- bom e fresco iniciador adicionado na fase inicial;
- condições externas ideais que são selecionadas para cada produto individualmente;
- equipamento de alta qualidade e bom funcionamento;
- todos os dispositivos técnicos necessários para o processo.
Entre as condições externas, a temperatura do processo é de particular importância. Não deve ser muito alto, mas o frio diminuirá drasticamente todo o curso da fermentação.
Hoje existe um tanque de fermentação especializado que cria automaticamente todas as condições necessárias para o bom e confortável funcionamento dos microrganismos.
Equipamento necessário
Como observamos acima, entre os atributos mais importantesdeve-se notar a capacidade de fermentação. Se falamos sobre o procedimento em casa, você deve prestar atenção à limpeza dos pratos usados durante a conservação, a fabricação de iogurte e outros produtos. Uma maneira de reduzir o número de populações estranhas de microrganismos é esterilizar os recipientes antes de usá-los.
Quais pratos são adequados para fermentação heterofermentativa? Pode ser um recipiente de vidro ou plástico de alta qualidade (polipropileno, polietileno) que pode ser bem fechado com uma tampa.
A indústria utiliza dispositivos especiais para desinfecção e limpeza dos recipientes antes do início do processo de fermentação.
Bactérias usadas no processo
Se falarmos sobre culturas bacterianas que são usadas para criar produtos lácteos enlatados e fermentados, podemos identificar vários dos tipos mais comuns de organismos.
- Palito búlgaro acidófilo.
- Espécie de Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobactérias.
- Leukostocks.
- Cocos de ácido lático.
- Lactobacillus species L. Casei.
- Bactérias do gênero Streptococcus e outros.
Com base na combinação e culturas puras dos organismos indicados, são feitas culturas starter para produtos lácteos fermentados. Eles são de domínio público, qualquer um pode comprá-los. O mais importante é observar as condições do processo de fermentação para aproveitar o resultadoproduto.
Quais produtos são obtidos desta fermentação?
Se falarmos sobre quais produtos de fermentação podem ser obtidos com a ajuda de lactobacilos, podemos citar várias categorias principais.
- Produtos lácteos fermentados (leite fermentado cozido, iogurtes, varenets, kefir, requeijão, creme de leite, manteiga, produtos acidófilos e outros).
- Ração tipo silo para animais de fazenda.
- Ácido lático, que é usado na fabricação de refrigerantes, na preparação de peles e muito mais.
- Cozimento, produção de queijo.
- Frutas e legumes enlatados.
Tudo isso comprova a importância de certos tipos de bactérias na vida das pessoas, suas atividades industriais.
