При производстве пищевой и другой продукции применяют различные способы обработки сырья. Один из них – ферментирование. В статье расскажем, что значит ферментация, как она проходит, в каких случаях используется.
Что означает ферментация?
Процесс ферментации – что это такое простыми словами? Брожение, меняющее химический состав исходного продукта, его структуру. Это биохимическое преобразование сырья, содержащихся в нём органических веществ. Последние в среде с кислородом или без него перерабатываются микроорганизмами (грибками, бактериями) либо ферментами, например, белковыми катализаторами. Белки и сахара делятся не мелкие молекулы.
Ферментировать – это что значит? Подвергать первичный продукт контролируемому гниению. Историки считают, что впервые ферментация начала применяться человечеством в эпоху неолита, когда из перебродивших риса и фруктов делали напитки. А первая ферментированная пища возникла на территории Ближнего Востока и Древнего Китая.
Как происходит ферментация
Процесс ферментации продуктов предполагает расщепление содержащихся в сырье органических соединений. Если используются микроорганизмы, то они «съедают» сахара природного происхождения, в результате чего образуются новые компоненты: уксусная и молочная кислоты, спирт (этанол), углекислый газ.
Выделяют четыре стадии:
- Лаг-фаза. Это адаптация микроорганизмов к новой среде обитания. Рост биомассы протекает медленно, интенсивность потребления питательных веществ минимальная.
- Лог-фаза, стадия экспоненциального роста. При ней культуры активно растут, усилено потребляют питательные вещества, задействуя их в качестве пластического материала, то есть для конструктивного обмена. Количество исходных соединений сокращается.
- Стационарная фаза. При ней характер развития культуры меняется за счёт скопления биомассы и изменённого состава среда. Рост сначала протекает замедленно, потом останавливается. Запускается автолиз – гибель клеток. Азотистые вещества, жиры и углеводы используются почти в полной мере. Для этой стадии характерно накапливание побочных продуктов переработки – вторичных метаболитов.
- Отмирание. Оно наступает при преобладании автолиза над развитием культуры.
Оборудование и приспособления
Для корректного ферментирования могут применяться:
- Устройства, в которых поддерживаются заданные стабильные условия. Это биореакторы, ферментационные камеры, ферментаторы.
- Сосуды. Это стальные ёмкости, стеклянные колбы, пластиковая лабораторная посуда.
- Воздушные шлюзы. Они отводят из сосудов образующиеся газы, а также не допускают попадания внутрь загрязнений, кислорода.
- Весы. Их применяют для соблюдения точных рецептур, измерения объёмов.
- Грузики, крышки для брожения. Они позволяют контролировать среду брожения.
- Ареометры. С их помощью определяют концентрации сахаров до старта ферментирования, во время него.
Характеристика процесса ферментации
Важные особенности:
- Цели процесса – изменение вкуса, продление сроков хранения, получение новых консистенций. Так, вкусоароматические свойства могут меняться кардинально: с горьких и острых на сладковатые ноты, тонкую кислинку.
- Содержание в ферментированной пище полезных для организма человека пробиотиков. Это непатогенные, дружественные микроорганизмы, благоприятно влияющие на работу ЖКТ.
- Формирование побочных продуктов – кислот, этанола, газообразных веществ.
- Соблюдение условий. Это среда, при которой брожение запускается и контролируемо протекает до получения целевой ферментированной продукции.
Виды ферментации
По особенностям среды классификация процессов ферментации предполагает деление на два вида: аэробное ферментирование и анаэробное. В первом случае участвует O2, то есть кислород. Во втором случае среда бескислородная.
Аэробный вид делится на два подвида:
- Поверхностный. Культивация микроорганизмов осуществляется на поверхности питательных сред – жидких, сыпучих, плотных.
- Глубинный. Микроорганизмы выращиваются в толще жидкой среды. В промышленных условиях это происходит в биореакторе или ферментаторе – специальном аппарате. А в лабораториях применяют лабораторную посуду, к примеру, конические колбы.
Глубинное ферментирование бывает непрерывным и периодическим. При последнем в аппарат сразу загружается питательная среда в полном объёме, в неё вводится посевной материал. Спустя определённое время процесс останавливается, образовавшееся содержимое сливается для получения конечного продукта. При непрерывном методе стерильная среда постоянно поступает в ферментатор, из которого без прерывания выходит культуральная жидкость с клетками микроорганизмов и остатками питательного субстрата.
По используемым агентам, то есть катализаторам брожения, ферментация может быть таких видов:
- Спиртовая. При ней используются дрожжи, которые обеспечивают сбраживание сахаров с выделением спиртов и углекислого газа.
- Молочнокислая. Тут задействуют бактерии, которые ферментируют молочную продукцию.
- Уксусная. Здесь главными агентами являются Acetobacter. Это бактерии, окисляющие спирты и сахара с образованием уксусной кислоты.
Какие условия необходимо соблюдать?
Основные технологические требования к процессу ферментации:
- Стерильность. Посуда, воздух, питательная среда, внутреннее пространство оборудования – всё это должно быть стерильным для исключения рисков биологических загрязнений.
- Заданные параметры среды. Это определённый уровень pH, точные стабильные значения температуры, концентрации лимитирующего субстрата и кислорода, давление, окислительно-восстановительный потенциал. Данные параметры зависят от исходного сырья и получаемого продукта, от используемых агентов.
- Поддержание режимов массообмена, теплообмена, гидродинамического перемешивания, аэрации. Это нужно, чтобы обеспечивать требуемые физико-химические показатели.
- Контроль пенообразования. Обильная пена мешает процессу, поэтому её разрушают противопенными химическими составами или механически.
Области применения
Ферментирование – это способ обработки, востребованный в различных сферах:
- Пищевая промышленность. С применением ферментирования производят кефир и йогурт, квас, хлеб, соевый соус, сыры, комбучу (чайный гриб), капусту кимчи и традиционную квашеную капусту.
- Изготовление спиртных напитков – вина, пива.
- Домашние заготовки – квашение овощей, ягод и фруктов с целью их длительного хранения.
- Фармацевтика. Методика задействуется в изготовлении препаратов с содержанием пробиотиков, назначаемых при пищевых отравлениях, расстройствах пищеварения, после лечения антибиотиками.
- Биотехнологии – производство некоторых видов биотоплива.
Что можно подвергать ферментации?
Ферментируют некоторые злаки (пшеницу, рис), грибы, птицу, рыбу и мясо, фрукты (абрикосы, сливы, лимоны, яблоки и другие), овощи (чеснок, капусту, перец, морковь), фасоль и другие бобовые, молоко, чай, кофе.
Заключение
Ферментировать – это обрабатывать исходные продукты путём их контролируемого брожения для изменения структуры, состава, вкуса, запаха, консистенции, срока годности. Чтобы процесс протекал эффективно, важно соблюдать технологию, а также применять качественные оборудование и посуду, которые можно заказать в интернет-магазине «Пять Капель».
Вопрос-ответ
Что такое брожение простыми словами?
Брожение — это процесс, при котором микроорганизмы (дрожжи, бактерии) получают энергию для жизни, расщепляя сложные органические вещества (например, сахар) без использования кислорода. В результате образуются более простые соединения: спирты, кислоты, газы, которые и придают продуктам брожения их специфические свойства (как у вина, йогурта или хлеба).
Чем брожение отличается от гниения?
Оба процесса — это анаэробное разложение, но разными микроорганизмами и с разным результатом. Брожение вызывается специальными культурами (дрожжи, молочнокислые бактерии) и приводит к образованию полезных или съедобных продуктов. Гниение осуществляется гнилостными бактериями, сопровождается выделением неприятных запахов (сероводород, аммиак) и образованием токсичных веществ.
