Բնությունը թույլ է տալիս մարդուն վայելել իր մեջ առկա բարիքները: Միևնույն ժամանակ մարդիկ փորձում են ավելացնել այդ հարստությունները, ստեղծել նոր բան և սովորել անհայտի մասին: Բակտերիաները բնության ամենափոքր արարածներն են, որոնք մարդիկ նույնպես սովորել են օգտագործել իրենց նպատակների համար։
Սակայն այս պրոկարիոտ օրգանիզմները կրում են ոչ միայն պաթոգեն պրոցեսների և հիվանդությունների հետ կապված վնասը: Դրանք նաև հանդիսանում են կարևոր արդյունաբերական գործընթացի աղբյուր, որը մարդկանց կողմից օգտագործվել է հին ժամանակներից՝ խմորում: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք, թե ինչ է այս գործընթացը և ինչպես է հատկապես իրականացվում նյութերի կաթնաթթվային խմորումը:
Ֆերմենտացման առաջացման և օգտագործման պատմություն
Առաջին հիշատակումն այն մասին, որ ֆերմենտացման գործընթացն օգտագործվում էր մարդկանց կողմից որոշակի ապրանքներ ստանալու համար, հայտնվեց դեռևս մ.թ.ա. 5000 թվականին: Հենց այդ ժամանակ բաբելոնացիները օգտագործեցին այս մեթոդը, որպեսզի ձեռք բերեն այնպիսի ապրանքներ, ինչպիսիք են՝
- պանիր;
- գինի;
- կաթնաշոռ կաթ և այլնկաթնամթերք.
Հետագայում նմանատիպ սնունդ սկսեցին ընդունել Եգիպտոսում, Չինաստանում, Սուդանում, Մեքսիկայում և այլ հնագույն նահանգներում։ Նրանք սկսեցին խմորիչ հաց թխել, բուսական մշակաբույսեր խմորել, և ի հայտ եկան պահածոյացման առաջին փորձերը։
Կաթնաթթվային խմորման գործընթացը մարդկանց կողմից օգտագործվել է հազարավոր տարիներ: Պանիրները, կեֆիրները, յոգուրտները բոլոր ժամանակներում եղել են ճաշի կարևոր մասը: Բոլոր բժիշկներն ու բուժողները գիտեին այս ապրանքների օգուտների մասին: Այնուամենայնիվ, պատճառները, թե ինչու է հնարավոր նման վերափոխումը, երկար ժամանակ անհայտ մնացին:
Այն, որ խմորման պայմանները պահանջում են միկրոօրգանիզմների առկայությունը, մարդիկ նույնիսկ չէին կարող պատկերացնել։ 17-րդ դարի կեսերին Վան Հելմոնտն առաջարկեց ներմուծել «խմորում» տերմինը այն պատրաստման գործընթացների համար, որոնք ուղեկցվում են գազի արտանետմամբ։ Ի վերջո, թարգմանության մեջ այս բառը նշանակում է «եռալ»: Սակայն միայն 19-րդ դարում, այսինքն՝ գրեթե երկու հարյուր տարի անց, ֆրանսիացի մանրէաբան, քիմիկոս և ֆիզիկոս Լուի Պաստերը հայտնաբերեց միկրոբների, բակտերիաների գոյությունն աշխարհում։
Այն ժամանակվանից հայտնի է դարձել, որ խմորման տարբեր տեսակներ պահանջում են աչքի համար անտեսանելի տարբեր տեսակի միկրոօրգանիզմների առկայություն: Նրանց ուսումնասիրությունը ժամանակի ընթացքում հնարավորություն տվեց վերահսկել խմորումը և ուղղորդել այն մարդու համար ճիշտ ուղղությամբ:
Ֆերմենտացման գործընթացների էությունը
Եթե խոսենք այն մասին, թե որն է խմորման գործընթացը, ապա պետք է մատնանշել դրա կենսաքիմիական բնույթը։ Ի վերջո, իր հիմքում սա պարզապես բակտերիաների գործունեությունն է, որոնք իրենց համար էներգիա են հանում կյանքի համար՝ միաժամանակ արտադրելով տարբերկողմնակի արտադրանքներ.
Ընդհանուր առմամբ խմորումը կարելի է բնութագրել մեկ բառով՝ օքսիդացում։ Որոշ բակտերիաների ազդեցությամբ նյութի անաէրոբ տարրալուծում, որը հանգեցնում է մի շարք ապրանքների առաջացման։ Թե ինչ նյութ է հիմքում ընկած, ինչպես նաև, թե ինչ արդյունք կունենա, որոշվում է հենց գործընթացի տեսակով: Կան խմորման մի քանի տարբերակներ, ուստի կա դասակարգում այս փոխակերպումների համար:
Դասակարգում
Գոյություն ունեն խմորման երեք հիմնական տեսակ:
- Ալկոհոլ. Այն բաղկացած է սկզբնական ածխաջրերի մոլեկուլի օքսիդացումից դեպի էթիլային սպիրտ, ածխածնի երկօքսիդ, ջուր և ATP մոլեկուլ (էներգիայի աղբյուր): Այս փոխակերպումները կատարվում են ոչ միայն բակտերիաների, այլև տարբեր սեռերի և տեսակների սնկերի ազդեցության ներքո։ Հենց այս կերպ են հին ժամանակներից ստացվել այնպիսի ապրանքներ, ինչպիսիք են գարեջուրը, գինին, խմորիչ խմորիչը և ալկոհոլը։ Այն էներգիան, որն ազատվում է ածխաջրերի տարրալուծման ժամանակ, ծախսվում է միկրոօրգանիզմի կենսական գործընթացների ապահովման վրա։ Սա գործընթացի կենսաբանական էությունն է։
- Կաթնաթթվային խմորումը ածխաջրերի օքսիդացումն է կաթնաթթվի՝ մի շարք ենթամթերքների արտազատմամբ։ Ինչպես է այն իրականացվում և ինչ տեսակների է դա տեղի ունենում, մենք ավելի մանրամասն կքննարկենք հետագա:
- Բուտիրաթթու. Այս տեսակի խմորումը կարևոր է բնական մասշտաբով: Այն իրականացվում է ճահիճների հատակին անաէրոբ պայմաններում ապրող յուղաթթվային բակտերիաների կենսագործունեության շնորհիվ, գետի տիղմը և այլն։ Բնության մեջ նրանց աշխատանքի շնորհիվ վերամշակվում է հսկայական քանակությամբ օրգանական բաղադրիչներ։ Ապրանքները բազմաթիվ նյութեր են, որոնցից հիմնականըթթու թթու. Արտանետվում են նաև՝ ացետոն, իզոպրոպիլ սպիրտ, ածխածնի երկօքսիդ, քացախաթթու, կաթնաթթու, էթիլային սպիրտ և այլ միացություններ։
Նշանակված տեսակներից յուրաքանչյուրը կարևոր է ինչպես բնական, այնպես էլ արդյունաբերական մասշտաբով: Նման փոխակերպումներ կատարող օրգանիզմների տեսակներն այսօր լավ ուսումնասիրված են, և դրանցից շատերը արհեստականորեն մշակվում են՝ արտադրանքի մեծ բերք ստանալու համար։
Կաթնաթթվային խմորում. ընդհանուր հասկացություն
Խմորման այս տեսակը հայտնի է հնուց: Դեռ մեր դարաշրջանից առաջ Հին Եգիպտոսի և այլ պետությունների բնակիչները գիտեին պանիր պատրաստել, գարեջուր և գինի պատրաստել, հաց թխել, բանջարեղեն և մրգեր խմորել։
Այսօր ֆերմենտացված կաթնամթերքի համար օգտագործվում են հատուկ նախուտեստներ, արհեստականորեն աճեցնում են անհրաժեշտ միկրոօրգանիզմների շտամներ։ Գործընթացը արդիականացվել և հասցվել է ավտոմատացման, իրականացվել է ամբողջական սարքավորումների միջոցով։ Կան բազմաթիվ արտադրողներ, որոնք ուղղակիորեն արտադրում են կաթնաթթվային խմորում:
Ողջ գործընթացի էությունը կարելի է ամփոփել մի քանի պարբերություններում:
- Ածխաջրերն ընդունվում են որպես հիմնական արտադրանք՝ պարզ (ֆրուկտոզա, գլյուկոզա, պենտոզա) կամ բարդ (սախարոզա, օսլա, գլիկոգեն և այլն):
- Ստեղծված են անաէրոբ պայմաններ.
- Մթերքին ավելացվում են որոշակի տեսակի կաթնաթթվային բակտերիաների շտամներ։
- Ապահովված են բոլոր անհրաժեշտ արտաքին գործոնները, որոնք օպտիմալ են ցանկալի արտադրանքի համար՝ լուսավորություն, ջերմաստիճան, որոշակի լրացուցիչի առկայություն։բաղադրիչներ, ճնշում.
- Ֆերմենտացման գործընթացի ավարտից հետո արտադրանքը մշակվում է և բոլոր կողմնակի միացությունները մեկուսացվում են։
Իհարկե, սա ընդամենը կատարվողի ընդհանուր նկարագրությունն է։ Իրականում, յուրաքանչյուր փուլում կան բազմաթիվ բարդ կենսաքիմիական ռեակցիաներ, քանի որ կաթնաթթվային խմորման գործընթացը կենդանի էակների կենսագործունեության արդյունքն է։
Կաթնաթթվային խմորման գործընթացի հիմունքներ
Քիմիական տեսանկյունից այս փոխակերպումները մի շարք հաջորդական փուլեր են։
- Նախ՝ տեղի է ունենում սկզբնական սուբստրատի փոփոխություն, այսինքն՝ փոխվում է նյութի (ածխաջրածին) ածխածնային շղթան։ Սա հանգեցնում է բոլորովին այլ բնույթի միջանկյալ միացությունների առաջացմանը, որոնք պատկանում են տարբեր դասերի: Օրինակ, եթե սկզբնական սուբստրատը գլյուկոզա է, ապա այն վերադասավորվում է գլյուկոնաթթվի:
- Օքսիդացում-վերականգնման ռեակցիաներ՝ ուղեկցվող գազերի արտազատմամբ, ենթամթերքների առաջացմամբ։ Ամբողջ գործընթացում հիմնական միավորը կաթնաթթուն է։ Հենց նա է արտադրվում և կուտակվում խմորման ժամանակ։ Սակայն սա միակ կապը չէ։ Այսպիսով, տեղի է ունենում քացախաթթվի, էթիլային սպիրտի, ածխաթթու գազի, ջրի և երբեմն ուղեկցող այլ մոլեկուլների առաջացում։
- Գործընթացի էներգետիկ ելքը ադենոզինտրիֆոսֆորաթթվի (ATP) մոլեկուլների տեսքով։ Գլյուկոզայի մեկ մոլեկուլում կա 2 ATP մոլեկուլ, բայց եթե նախնական ենթաշերտը ավելի բարդ կառուցվածք ունի, օրինակ՝ ցելյուլոզա, ապա կան երեք ATP մոլեկուլներ։ Այս էներգիան օգտագործվում է կաթնաթթվային բակտերիաների կողմից հետագա կյանքի համար:
Բնական է, որեթե մարդը մանրամասն հասկանում է կենսաքիմիական փոխակերպումները, ապա պետք է նշվեն բոլոր միջանկյալ մոլեկուլները և բարդույթները: Օրինակ՝
- պիրուվիկ թթու;
- ադենոզին դիֆոսֆատ;
- նիկոտինամինի դիֆոսֆատի մոլեկուլները՝ որպես ջրածնի կրող և այլք:
Սակայն այս հարցը հատուկ ուշադրության է արժանի և պետք է դիտարկել կենսաքիմիայի տեսանկյունից, ուստի այս հոդվածում մենք դրան չենք անդրադառնա։ Եկեք մանրամասն նայենք, թե որն է կաթնաթթվային մթերքների արտադրության տեխնոլոգիան և ֆերմենտացիայի ինչ տեսակներ կան:
Հոմոֆերմենտացնող խմորում
Հոմոֆերմենտատիվ կաթնաթթվային խմորումը ներառում է պաթոգենների հատուկ ձևերի օգտագործում և ստացված արտադրանքով և դրանց քանակով տարբերվում է հետերոֆերմենտատիվից: Այն տեղի է ունենում միկրոօրգանիզմի բջջի ներսում գլիկոլիտիկ ճանապարհի երկայնքով: Ներքեւի գիծը, ինչպես ընդհանրապես ցանկացած խմորման դեպքում, ածխաջրերի փոխակերպումն է կաթնաթթվի: Այս գործընթացի հիմնական առավելությունն այն է, որ ցանկալի արտադրանքի բերքատվությունը կազմում է 90%: Եվ միայն մնացածը անցնում է կողմնակի միացություններին:
Բակտերիաների խմորում այս տեսակի հետևյալ տեսակներից.
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus և այլն:
Ի՞նչ այլ նյութեր են առաջանում հոմոֆերմենտացիոն խմորման արդյունքում. Սրանք այնպիսի կապեր են, ինչպիսիք են՝
- էթիլային սպիրտ;
- ցնդող թթուներ;
- ածխածնի երկօքսիդ;
- ֆումարային և սուկինաթթու.
Սակայն ֆերմենտացված կաթնամթերքի ստացման այս մեթոդը գործնականում չի կիրառվում արդյունաբերության մեջ։ Այն պահպանվում է բնության մեջ որպես գլիկոլիզի սկզբնական փուլ, հանդիպում է նաև կաթնասունների մկանային բջիջներում մեծ ֆիզիկական ծանրաբեռնվածության ժամանակ։
Մարդկանց սնուցման համար անհրաժեշտ արտադրանքի արտադրության տեխնոլոգիան ներառում է այնպիսի սկզբնական ածխաջրերի օգտագործում, ինչպիսիք են՝
- գլյուկոզա;
- սախարոզա;
- ֆրուկտոզա;
- մաննոզ;
- օսլա և մի քանի այլ:
Եվ հոմոֆերմենտացնող բակտերիաները չեն կարողանում օքսիդացնել այս միացություններից շատերը, ուստի դրանց օգտագործումը որպես սկզբնական մշակույթներ արտադրության մեջ հնարավոր չէ:
Հետերոֆերմենտացնող կաթնաթթվային խմորում
Այս մեթոդը հենց արդյունաբերական առումով կիրառելի է, որի շնորհիվ իրականացվում է բոլոր ֆերմենտացված կաթնամթերքի արտադրությունը, պահպանվում են բանջարեղենը և հավաքվում անասունների սիլոսային կեր։
Հիմնական տարբերությունը նախկինում նկարագրվածից այն է, որ հարուցիչներն իրականացնում են կաթնաթթվային խմորում ավելի մեծ թվով ենթամթերքների ձևավորմամբ: Շաքարի միայն 50%-ը մանրէների կողմից վերածվում է կաթնաթթվի, մնացածը գնում է այնպիսի մոլեկուլների ձևավորմանը, ինչպիսիք են՝
- քացախաթթու;
- գլիցերին;
- ածխածնի երկօքսիդ;
- էթիլային սպիրտ և այլն։
Ինչո՞վ է դա ավելի լավ և ձեռնտու, քան 90% մաքուր կաթնաթթվի ձևավորումը հոմոֆերմենտացիոն մեթոդով։ Բանն այն է, որ երբ արտադրվում է հիմնական արտադրանքըչափազանց շատ, ապա շատ բակտերիաների կենսագործունեությունը լիովին արգելակվում է: Բացի այդ, արտադրանքը կորցնում է շատ համային հատկություններ, որոնք նրանք ձեռք են բերում կողմնակի միացությունների պատճառով: Այսպես, օրինակ, բանջարեղենի պահածոների հաճելի բույրն ապահովում են քացախաթթուն և իզոամիլ սպիրտը։ Եթե այս միացությունները չկան, ապա պահպանման արդյունքը բոլորովին այլ կլինի։
50% կաթնաթթվի ելքը միանգամայն բավարար է համակարգի բոլոր կողմնակի սնկերի և միկրոօրգանիզմների զարգացումը և կենսագործունեությունը ճնշելու համար: Քանի որ նույնիսկ 1-2%-ն առաջացնում է շրջակա միջավայրի չափազանց ուժեղ թթվայնացում, որում այլ օրգանիզմներ չեն կարող գոյություն ունենալ, բացառությամբ կաթնաթթվային բակտերիաների: Ամբողջ գործընթացն իրականացվում է պենտոզաֆոսֆատի ճանապարհով։
Հետերոֆերմենտացիոն մեթոդի խմորման պայմանները պետք է լինեն հետևյալը՝
- լավ և թարմ նախուտեստ ավելացվել է սկզբնական փուլում;
- օպտիմալ արտաքին պայմաններ, որոնք ընտրվում են յուրաքանչյուր ապրանքի համար առանձին;
- բարձրորակ և լավ աշխատող սարքավորումներ;
- գործընթացի համար անհրաժեշտ բոլոր տեխնիկական սարքերը:
Արտաքին պայմանների շարքում առանձնահատուկ նշանակություն ունի գործընթացի ջերմաստիճանը։ Այն չպետք է շատ բարձր լինի, բայց ցուրտը կտրուկ կդանդաղեցնի խմորման ողջ ընթացքը։
Այսօր կա ֆերմենտացման մասնագիտացված բաք, որն ավտոմատ կերպով ստեղծում է բոլոր անհրաժեշտ պայմանները միկրոօրգանիզմների պատշաճ և հարմարավետ գործունեության համար։
Պահանջվում է սարքավորումներ
Ինչպես նշեցինք վերևում, ամենակարևոր հատկանիշներիցպետք է նշել խմորման կարողությունը: Եթե մենք խոսում ենք տնային ընթացակարգի մասին, ապա պետք է ուշադրություն դարձնել պահպանման ժամանակ օգտագործվող սպասքի մաքրությանը, մածունի և այլ ապրանքների արտադրությանը: Միկրոօրգանիզմների կողմնակի պոպուլյացիաների քանակը նվազեցնելու միջոցներից մեկը տարաները օգտագործելուց առաջ ստերիլիզացնելն է:
Ո՞ր ուտեստներն են հարմար հետերոֆերմենտացիոն խմորման համար: Այն կարող է լինել ապակե կամ բարձրորակ պլաստիկ (պոլիպրոպիլեն, պոլիէթիլեն) տարա, որը կարելի է սերտորեն փակել կափարիչով։
Արդյունաբերությունը օգտագործում է հատուկ սարքեր ախտահանման և տարաների մաքրման համար մինչև խմորման գործընթացի մեկնարկը։
գործընթացում օգտագործվող բակտերիաներ
Եթե խոսենք բակտերիալ կուլտուրաների մասին, որոնք օգտագործվում են պահածոյացված և ֆերմենտացված կաթնամթերք ստեղծելու համար, ապա մենք կարող ենք բացահայտել օրգանիզմների ամենատարածված տեսակներից մի քանիսը:
- Ացիդոֆիլ բուլղարական փայտիկ.
- Lactobacillus species Sporolactobacillus inulinus.
- բիֆիդոբակտերիա.
- Leukostocks.
- Կաթնաթթվային կոկիներ.
- Lactobacillus species L. Casei.
- Streptococcus սեռի բակտերիաներ և այլք։
Նշված օրգանիզմների համակցվածության և մաքուր կուլտուրաների հիման վրա պատրաստվում են ֆերմենտացված կաթնամթերքի մեկնարկային կուլտուրաներ: Դրանք հանրային տիրույթում են, ցանկացած մարդ կարող է գնել դրանք: Ամենակարևորը խմորման գործընթացի պայմանները պահպանելն է՝ ստացվածից օգուտ քաղելու համարարտադրանք.
Ի՞նչ ապրանքներ են ստացվում այս խմորումից:
Եթե խոսենք այն մասին, թե խմորման ինչ մթերքներ կարելի է ստանալ լակտոբակիլների օգնությամբ, ապա կարող ենք նշել մի քանի հիմնական կատեգորիաներ։
- Ֆերմենտացված կաթնամթերք (ֆերմենտացված թխած կաթ, յոգուրտներ, վարենեց, կեֆիր, կաթնաշոռ, թթվասեր, կարագ, acidophilus արտադրանք և այլն):
- Սիլո տիպի կեր գյուղատնտեսական կենդանիների համար։
- Կաթնաթթու, որն օգտագործվում է զովացուցիչ ըմպելիքների, մորթյա կաշվի քսելու և այլնի արտադրության մեջ։
- Թխում, պանրի արտադրություն.
- Պահածոյացված մրգեր և բանջարեղեն.
Այս ամենը ապացուցում է որոշ տեսակի բակտերիաների կարևորությունը մարդկանց կյանքում, նրանց արդյունաբերական գործունեության մեջ։
