Полное руководство по 8 типам ферментации

Ферментация — один из самых распространенных процессов, осуществляемых как на бытовом, так и на промышленном уровне. Возможно, вы сталкивались с этим или использовали это раньше, но задумывались ли вы когда-нибудь о науке, стоящей за этим процессом? А как насчет различных типов ферментации, которые делают его таким мощным методом для производства такого восхитительного пива, кимчи и сыра?

Существует несколько видов ферментации, которые различаются по многим параметрам, включая оборудование, науку и используемые бактерии.

В этой статье мы подробно объясним 8 основных типов ферментации и их роль в различных секторах. Если вы хотите сделать ферментацию частью своей повседневной жизни или включить ее в качестве промышленного процесса, это руководство для вас.

Что такое ферментация?

Ферментация изначально использовалась столетия назад в пищевой промышленности, в основном для консервирования продуктов и производства алкогольных напитков и других деликатесов. Это анаэробный научный процесс, в ходе которого микроорганизмы, такие как дрожжи и бактерии, разлагают органические субстраты, такие как углеводы, на более простые соединения. Это приводит к образованию энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ).

Наука о типах ферментации

Чтобы инициировать ферментацию, необходимо ввести в субстанции микроорганизмы, такие как бактерии или дрожжи.

содержащие сахар. Микроорганизмы притягиваются к сахару, поэтому они его переваривают, расщепляя на

производят спирт, кислоты и углекислый газ.

При производстве вина и пива дрожжи вводятся в смесь воды и винограда или соложеного зерна. В этом процессе дрожжи сбраживают виноград или соложеное зерно в спирт и углекислый газ. Углекислый газ придает пиву и вину характерную игристость, похожую на шипучие напитки.

Среди основных соображений во время ферментации — температура и уровень кислорода. Вы должны следить

они тесно взаимодействуют на протяжении всего процесса, чтобы обеспечить эффективность. Если температура слишком высокая или слишком низкая, микроорганизмы могут не выполнять свои функции должным образом. Аналогично, введение большого количества кислорода в процесс снижает его эффективность. Это происходит потому, что организмы могут сосредоточиться на потреблении всего кислорода вместо того, чтобы производить желаемые конечные продукты.

Полная ферментация может занять от нескольких дней до нескольких недель. Поэтому вам следует набраться терпения и не торопить процесс.

Виды брожения

Конечным продуктом ферментации являются продукты питания и напитки с повышенной пищевой ценностью, более насыщенным вкусом,

с неотразимым ароматом. Однако существуют различные типы ферментации, каждый из которых имеет свои особенности, применение и результаты. Ниже приведены основные типы этого важнейшего процесса.

1. Молочнокислое брожение

Lactic acid fermentation mostly occurs in animals and a variety of bacteria. For instance, have you ever  wondered how your body manages to produce enough energy even when you lack enough oxygen during strenuous exercise? It’s through lactic acid fermentation.

Этот тип ферментации подразумевает расщепление сахарозы, фруктозы и других сахаров в молочную кислоту в отсутствие кислорода. Хотя молочная кислота может вызывать мышечную усталость после упражнений или во время тяжелой работы, она также имеет множество преимуществ. Например, молочная кислота используется вне человеческого организма для консервирования йогурта и квашеной капусты. Она также является важным ингредиентом в производстве кисломолочных продуктов, таких как кефир и несколько видов сыра.

У микроорганизмов, осуществляющих этот тип брожения, это способ получения энергии, необходимой им для

их метаболизм. Более того, по синтез молочной кислоты, они снижают pH своей среды, делая ее достаточно кислой, чтобы предотвратить рост конкурирующих бактерий.

Молочнокислое брожение является чрезвычайно популярным выбором для коммерческого использования. Это можно объяснить его ролью в производстве ферментированных напитков и деликатесов, таких как кимчи, хлеб на закваске, квашеная капуста, йогурт и сыр.

2. Спиртовое брожение

Существует также один из видов брожения – спиртовое брожение. Дрожжи и бактерии играют в нём ключевую роль. Этот процесс, называемый спиртовым брожением, заключается в расщеплении сахаров с выделением углекислого газа и этанола.

Сначала микроорганизмы преобразуют либо глюкозу, либо фруктозу в две молекулы пирувата. Затем молекулы пирувата под действием алкогольдегидрогеназы преобразуют эти молекулы в этанол и углекислый газ.

Спиртовое брожение происходит в цитоплазме и может быть усилено введением агента, известного как Saccharomyces cerevisiae. Это вид дрожжей, который доминирует во время брожения сока и фруктов.

Более того, спиртовое брожение запускается благодаря избирательному осознанию, что позволяет ему лучше всего работать в анаэробных условиях. Конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и углекислый газ. После этого процесса клетки микроорганизмов диффундируют из своих тел эти конечные продукты вместе с другими субпродуктами, такими как эфиры, янтарная кислота, диацетил и уксусная кислота.

3. Уксуснокислое брожение

Уксуснокислотное брожение — еще один распространенный тип брожения, который классифицируется как анаэробный. Он в основном включает в себя сложный процесс, в котором крахмал, зерно и фрукты естественным образом ферментируются в кислый уксус и другие приправы.

Уксуснокислые бактерии (AAB), группа грамотрицательных бактерий, являются основными участниками этого типа ферментации. Они окисляют исключительно сахара или этанол во время ферментации, чтобы получить уксусную кислоту. Эти бактерии в основном встречаются в кислых, сладких или алкогольных средах, таких как цветы, фрукты и ферментированные напитки.

При наличии нужного количества кислорода AAB может эффективно производить уксус из спирта. И хотя они считаются вызывающими порчу организмами, они также играют важную роль в производстве таких продуктов, как комбуча и какао-порошок.

Независимо от того, производится ли уксус методом брожения под водой или методом поверхностного брожения, он должен содержать от 5% до 18% уксусной кислоты, как раз достаточно, чтобы сбалансировать вкусы и улучшить вкус различных блюд. Более того, благодаря своим кислотным свойствам уксус, полученный методом брожения уксусной кислоты, также используется в качестве натурального варианта при мариновании. Он создает вредную среду для вредных бактерий, чтобы сохранить маринованные продукты, такие как морковь, цветная капуста, персики и лук.

Другие применения уксусной кислоты включают приготовление духов, лечение инфекций наружного уха, вызванных грибками, а также в качестве связующего вещества в резиновой промышленности.

4. Пропионовокислое брожение

Большинству людей пропионовая кислота известна как жидкость с неприятным запахом, напоминающим запах тела. Однако она также является основным ингредиентом в крупномасштабном производстве швейцарского сыра.

Как и в стандартных процессах ферментации, ферментация пропионовой кислоты включает воздействие на бактерии сахаридов, таких как глюкоза, которую они расщепляют на пируват посредством гликолиза. С несколькими этапами восстановления в цикле Вуда-Веркмана пируват затем расщепляется на пропионовую кислоту. Помимо пропионовой кислоты, другими конечными продуктами этого типа ферментации являются углекислый газ, янтарная кислота и уксусная кислота.

Хотя ферментация пропионовой кислоты не столь рентабельна, ученые изучили альтернативные варианты, такие как использование микробов для коммерческого производства пропионовой кислоты.

Пропионовая кислота обладает способностью подавлять рост грибков и бактерий. Поэтому, помимо использования в производстве швейцарского сыра из-за его уникального вкусового профиля, она является одним из лучших консервантов в пищевой промышленности.

5. Маслянокислое брожение

Как и пропионовая кислота, масляная кислота является карбоновой кислотой, которая содержится в природных источниках, таких как ферментированные продукты, масло и сыр. В маслянокислотном брожении участвуют различные микроорганизмы, которые расщепляют эти природные соединения до масляной кислоты.

Среди основных организаторов этого типа ферментации — клостридии, которые в основном встречаются в кишечнике животных и почве. Эти бактерии приспособились к жизни в различных средах обитания и обладают уникальной способностью расщеплять даже самые сложные органические соединения, производя масляную кислоту.

В процессе ферментации клостридии расщепляют органические вещества, такие как масло, на аминокислоты и простые сахара. Это первый и самый важный шаг, поскольку он прокладывает путь для более оптимизированного процесса в дальнейшем. Микроорганизмы регулируют последующие реакции, в конечном итоге образуя масляную кислоту.

Некоторые из условий, необходимых для маслянокислого брожения, включают:

• Анаэробная обстановка – бескислородная среда имеет решающее значение. Это связано с тем, что кислород, как известно, подавляет рост и активность микроорганизмов, делая их неспособными выполнять свои функции в процессе ферментации.
• Диапазон pH – Микроорганизмы, которые способствуют маслянокислому брожению, требуют определенного pH для своего процветания. Обычно это между 5,5 и 7,5. Чтобы регулировать этот pH, вы можете рассмотреть возможность использования специализированные бродильные камеры.
• Температура – Рекомендуемая температура для маслянокислого брожения составляет от 30 до 40 градусов по Цельсию. Все, что выше, может привести к получению некачественного конечного продукта.

Помимо общеизвестной пользы для здоровья, маслянокислое брожение также имеет решающее значение для экологической устойчивости, поскольку в ходе него органические отходы преобразуются в масляную кислоту.

6. Твердофазная ферментация

Твердофазная ферментация — это процесс ферментации, который подразумевает выращивание микробов без свободной воды. Это уникальный тип ферментации, который использует твердую среду в отличие от большинства типов ферментации, которые происходят в жидких условиях.

Наиболее часто используемые субстраты для процесса ферментации в твердом состоянии включают зерно, солому, опилки и пшеничные отруби. Большинство из них являются легкодоступными и нерастворимыми материалами, но они содержат постоянный источник питательных веществ для роста микроорганизмов, что имеет решающее значение для любого процесса ферментации.

При ферментации в твердом состоянии микробиологические компоненты поступают в виде отдельных культур или местных микроорганизмов. Хотя бактерии и дрожжи также являются возможными требованиями, им может потребоваться больше жидких настроек для эффективного выполнения своих функций, поэтому они могут производить более низкокачественные лиды. Вот некоторые из этапов, включенных в этот тип ферментации:

• Химическая или механическая обработка сырья позволяет уменьшить его размер и освободить питательные вещества для более легких реакций.
• Такие субстраты, как белки, гидролизуются, а продукты гидролиза ферментируются.
• Разделение и очистка конечных продуктов.

Твердофазная ферментация существует не так давно, но она доказала свою эффективность в производстве микробных продуктов, таких как топливо, продукты питания и медицинские препараты. Это тип промышленная ферментация который играет решающую роль в различных биопроцессах, выбрасывая в окружающую среду минимально возможное количество отходов.

7. Периодическая ферментация

Иногда микробные клетки растут и размножаются перед тем, как преобразовать сырые субстраты, такие как углеводы, в готовые продукты, такие как углекислый газ и этанол. Этот процесс ферментации осуществляется в ферментере с перемешиваемым резервуаром, что делает его закрытой системой культивирования.

Этот тип ферментации предполагает ферментацию сырья микробными клетками до желаемого результата в течение определённого периода времени и при заданных условиях. Эти условия определяются различными факторами, включая:

• Условия окружающей среды, такие как температура и pH
• Типы сырья, которые вы рассматриваете для использования
• Желаемые конечные продукты

В процессе периодической ферментации клетки микроорганизмов постоянно размножаются и растут. Это увеличивает количество задействованных микроорганизмов и облегчает ферментацию в течение определенного периода времени до полного исчерпания питательных веществ.

В ферментере с перемешивающим баком аэратор регулирует количество кислорода, поступающего в камеры ферментации. Температура также должна поддерживаться на постоянном уровне, а пеногасители должны быть в режиме ожидания, чтобы разбить пену, как только она образуется внутри биореактора.

Установка для периодической ферментации проста в установке и эксплуатации. Кроме того, благодаря закрытой системе, она практически исключает вероятность загрязнения.

8. Смешанное кислое брожение

Смешанная кислотная ферментация отличается от всех других процессов ферментации. Как следует из ее названия, она использует возможности определенных типов микроорганизмов производить конечный продукт из органических кислотных комбинаций. В этом случае глюкоза обычно является основным сырьем, а продукты могут варьироваться от молочной кислоты, уксусной кислоты и муравьиной кислоты.

Основным игроком в этом процессе ферментации является Escherichia coli, бактерия, которая в основном встречается в кишечнике здоровых людей и животных. Вот пошаговое руководство по процессу.

• Бактерии потребляют глюкозу из окружающей среды. Если это закрытый процесс ферментации, микроорганизмы расщепляют сахара из предоставленных источников.
• В результате ряда реакций клетки бактерий расщепляют глюкозу до пирувата посредством гликолиза.
• Затем пируват подвергается дополнительным ферментативным реакциям, в результате чего образуется ряд природных кислот.
• Затем клетки выделяют кислоты и другие побочные продукты, такие как углекислый газ и этанол, в окружающую среду. Эти конечные продукты поглощаются живыми организмами для различных целей.

В ходе этого процесса микроорганизмы выделяют энергию в виде аденозинтрифосфата.

Смешанное кислотное брожение является одним из самых универсальных видов брожения. Поэтому его используют для различных целей в пищевой промышленности, в том числе для производства уксуса, квашеной капусты, йогурта и солений.

Еда на вынос

Ферментация — это просто биохимический процесс, который включает в себя расщепление углеводов и извлечение из них энергии в отсутствие кислорода. Существует много типов ферментации, и понимание всех из них имеет решающее значение. Каждый тип ферментация имеет различные применения, преимущества и недостатки, поэтому понимание различий между этими типами позволит вам выбрать правильный процесс ферментации, отвечающий вашим потребностям.

Технология Bailun спешит на помощь!

Вы хотите исследовать или коммерциализировать ферментацию? Тогда вы в правильном месте. В Bailun technology мы предоставляем вам универсальное и высококачественное оборудование для ферментации, начиная от простого ферментеры с воздушным подъемом к более сложному 100-литровому соединение ферментера из нержавеющей стали.

И не только это, у нас есть дополнительные преимущества, такие как своевременные поставки и установки для всех ваших потребностей в ферментерах. Более того, у нас есть многочисленные ресурсы, начиная от информативных руководств и заканчивая трендовыми новостями отрасли, чтобы держать вас в курсе. Протяни руку помощи Обращайтесь к нам сегодня и повысьте производительность с помощью наших первоклассных продуктов и услуг!