Живі істоти здійснюють різні обмінні процеси з метою отримання енергії. Видимим результатом таких процесів є трансформаціїЦе визначається як зміна умов та характеристик сполук. Ви, мабуть, спостерігали цей процес у багатьох речах навколо себе, хоча це правда, що не всі процеси розкладання є ферментативними. Як той раз, коли ви залишили пакет молока поза холодильником, бактерії... лактобактерії Воно зробило ваше свіже молоко скислим. До речі, продукти цієї реакції не завжди небажані: той келих вина, який ви випили за вечерею, утворився в результаті бродіння виноградного соку.
Ферментаційні перетворення цукри у продуктах, що належать до етилової групи (спирти), і зазвичай супроводжується утворенням кислот, які надають характерного «кислого» смаку. У конкретному випадку молочнокислого бродіння ці цукри перетворюються переважно на молочна кислота, що відповідає за характерну кислотність багатьох ферментованих продуктів.
Від бродіння до молочнокислого бродіння
Ферментація - це анаеробна хімічна реакція (відбувається без кисню) здійснюється мікроорганізмами (бактеріями та дріжджами). Саме вчений Луї Пастер пов'язав цей процес розкладання в деяких продуктах з дією мікробів. З часом мікробіологія показала, що тип ферментації (визначається кінцевими продуктами) залежить від задіяного мікроорганізму.
В молочнокисле бродіння Задіяні молочнокислі бактерії, включаючи види ЛактобацилаОсновним результатом розщеплення глюкози є молочна кислота а також, залежно від маршруту, діоксид вуглецю та інші вторинні сполуки, такі як етанол або органічні кислоти.
Біохімічно молочнокислі бактерії отримують енергію через гліколізУтворений піруват відновлюється до лактату або комбінації лактату та інших сполук, регенеруючи NAD + необхідний для продовження гліколізу за відсутності кисню.
Переважним механізмом реакції при молочнокислому бродінні є послідовне дегідрування органічних речовин, які зазвичай є цукрами; іноді можуть брати участь інші реагенти, такі як жирні кислоти. Для історичного спрощення загальне бродіння часто описують рівнянням:
Цукор = Спирт + Вуглекислий газ
Однак, більш повний погляд на молочнокислотне бродіння враховує утворення кислот на додаток до спиртів та CO₂.2:
Цукор → Спирт + Вуглекислий газ + Органічні кислоти (головним чином молочна кислота)
На практиці існують різні види молочнокислого бродіння відповідно до продуктів та шляхів метаболізму:
- Гомолактичний: Лактоза або глюкоза розщеплюється майже виключно на один основний продукт, молочна кислотаЦе роблять, наприклад, деякі види Лактобацила y Streptococcus бере участь у виробництві йогурту.
- Гетеролактичний: Такі продукти, як молочна кислота, етанол y CO2а в деяких випадках додаткові органічні кислоти (наприклад, оцтова кислота). Залежно від шляху, невелика кількість води також може з'являтися як побічний продукт. Бактерії, такі як лейконосток або певні штами Лактобацила Вони виконують гетеролактні ферментації, що використовуються при маринуванні та складних ферментаціях.
Функціонально, молочнокислі бактерії не тільки виробляють молочну кислоту: вони генерують й інші органічні кислоти, екзополісахариди та ароматичні сполуки, що модифікують текстура, смак і аромат ферментованих продуктів, саме тому їх використання настільки широке в харчовій промисловості.
Умови, що сприяють молочнокислому бродінню
Умови, що сприяють розвитку молочнокислого бродіння, пов'язані з фізіологічні потреби бактерій, що беруть участь. Контроль цих факторів є ключовим як у промисловості, так і в домашньому приготуванні їжі.
Стандартні умови навколишнього середовища: Класично згадується, що умови, близькі до 25 ºC та 1 атм Вони сприятливі для багатьох бактерій; на практиці, залежно від виду, оптимальні діапазони знаходяться між 25-40 ºCНаприклад, у приготуванні йогурту суміш тримають приблизно 35-40 ºC протягом кількох годин, щоб бактерії могли перетворити лактозу на молочну кислоту. Якщо температура занадто низька (наприклад, охолодження при 4°C), активність сповільнюється; якщо вона занадто висока, бактерії можуть загинути, і бродіння зупиниться.
Наявність цукрів та органічних компонентів: Бактерії користуються перевагою ферментовані цукру (лактоза в молоці; прості цукри та похідні крохмалю в овочах і злаках). У розмовній мові можна сказати, що бактерії Вони люблять цукор.
Вологість: Багато антибактеріальних обробок спрямовані на обмеження вологи, оскільки вона сприяє ферментації та росту інших мікробів. Продукт з дуже низьким вмістом вологи менш схильний до дії бактерій; саме тому дуже сухе м'ясо або зневоднені продукти є більш стабільними.
У контрольованих ферментаціях також слідкують за наявність або відсутність киснюХоча багато молочнокислих бактерій переносять кисень, саме бродіння є переважно анаеробним: обмеження кисню сприяє бродильному шляху над аеробним диханням.
Іншим ключовим фактором є pHУ міру розвитку ферментації молочна кислота знижує pH, створюючи середовище, сприятливе для LAB та несприятливе для багатьох патогенів, що пояснює її ефективність як методу консервування.
Лактобацила, молочнокислі бактерії та їхня дія в молочнокислому бродінні
Стать Лактобацила Він є частиною більшої групи, відомої як молочнокислі бактерії (ЛАБ). Це грампозитивні бактерії, видовженої форми, подібні до палички; вони віддають перевагу середовищам анаеробихоча в багатьох випадках вони переносять кисень.
БАЛ включають такі жанри, як Лактобактерії, лактококи, стрептококи, ентерококи, лейконостоки та педіококки, присутній у йогурті, кефірі, сирах, маринованих огірках та хлібі на заквасці, серед інших ферментованих продуктів.
Коли Лактобацила Він розвиває ферментацію лактози не лише для отримання поживних речовин, але й виявляє перевагу до кислого середовища. Ця властивість використовується для консервування харчових продуктівоскільки кисле середовище обмежує ріст багатьох патогенних бактерій.
Деякі з видів, що беруть участь:
- Lactobacillus bulgaricus (наразі вважається частиною комплексу) Lactobacillus delbrueckii подсписка Bulgaricus), широко використовується в традиційному йогурті.
- Lactobacillus casei, поширений у ферментованому молоці та деяких сирах, з потенційним пробіотик.
- Lactobacillus delbrueckii, що бере участь у молочнокислому бродінні та промисловому виробництві молочної кислоти.
- Lactobacillus leichmannii, присутній у специфічних ферментаціях та в метаболічних дослідженнях.
Лікарі та дієтологи пропагують споживання продуктів з LAB, оскільки вони можуть бути корисними для потрошитисприяючи його регенерації та балансу. Багато брендів вказують наявність [інгредієнтів] на своїх етикетках. пробіотикиЦі бактерії здійснюють своєрідне «попереднє перетравлення» цукрів та білків, роблячи їжу більш засвоюваною. травна і краще переноситься людьми з чутливістю до лактози.
Однак багато комерційних молочних продуктів проходять термічні процеси (пастеризацію чи інші), які зменшують або знищують живу флору: хімічний склад (молочна кислота, текстура та смак) може зберігатися, але пробіотичний ефект, пов'язаний з живими бактеріями, зменшується або зникає.
Молочнокислотне бродіння в організмі людини: м'язи та м'язовий біль
Молочнокислотне бродіння не є виключною бактеріальною проблемою. Наше м'язові клітини Вони також вдаються до молочнокислого шляху, коли потреба в енергії перевищує надходження кисню.
Під час a інтенсивні зусилляМ'язи отримують енергію шляхом гліколізу; якщо кисню не вистачає, піруват перетворюється на лактатрегенерація NAD+ для продовження гліколізу:
Піруват + НАДН + H++ → Лактат + НАД+
Цей процес відбувається в цитоплазма і дозволяє продовжувати вироблення АТФ в умовах низького вмісту кисню. Накопичення лактату та зниження pH сприяють відчуттю втоми та негайному м'язовому болю; однак м'язовий біль із затримкою початку більше пов'язаний з мікророзривами в м'язових волокнах. Коли постачання кисню покращується, лактат може транспортуватися до інших тканин (наприклад, печінки) та перетворюватися назад на енергію для метаболізму.
Ферментація лактози в консервуванні та покращенні харчових продуктів
Ферментація – це давній метод, розроблений потрібно перетворювати їжу так, щоб вона довго зберігалася і для запобігання шлунковим інфекціям у часи, коли антибіотики недоступні. Різні культури розробили методи ферментації (наприклад, в Азії з овочами, зерновими та соєвими бобами), не до кінця розуміючи механізми, що в них беруть участь.
Луї Пастер заклав наукову основу для цих реакцій, проклавши шлях для методів консервування. Сьогодні ми знаємо, що молочнокислотне бродіння не тільки консервує, але й може Покращує текстуру, смак, аромат та харчову цінність їжі.
У промисловості молочнокислотне бродіння дозволяє:
- Покращує текстуру таких продуктів, як йогурт, уникаючи надмірного використання загусників. Деякі штами виробляють екзополісахариди, які природним чином створюють кремову та стабільну текстуру.
- Посилити смак та аромат у сирах та інших ферментованих продуктах через ароматичні сполуки, що утворюються в результаті метаболізму білків, цукрів та ліпідів.
- Зменшити кількість небажаних компонентів таких як лактоза, зменшуючи дискомфорт у травленні у людей з непереносимістю.
Прикладами помітних молочнокислих бродінь є:
- Зброджування молока: БАЛ отримують енергію з лактозапідкислення молока. зкисле молоко Це відбувається внаслідок осадження білків (казеїнів) при зниженні pH; з цього виготовляють йогурти, сири, кефір та інші продукти.
- Бродіння овочів: Сіль використовується для пригнічення патогенів; при правильному використанні сіль сприяє відбору стійких лактобактерій та полегшує маринування, таких як квашена капуста, соління та кімчіПри надмірному вживанні це також може обмежити розвиток Лактобацила.
- Бродіння в м’ясі: У ферментованих ковбасах та в'яленому м'ясі ферментація діє на глікоген (або присутніх цукрів), перетворюючи його на молочну кислоту, що сприяє збереженню, смаку та кольору.
Молочнокислотне бродіння також застосовується до таких субстратів, як кавовий слизБАЛ, присутній у пульпі (наприклад, Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L. acidophilus) споживають цукри з фруктів та виробляють молочну кислоту, спирт, оцтову кислоту та CO22Контролюючи температуру, pH, кисень та час, отримують каву з певними профілями. приємна кислинкасолодкість та складні аромати, що цінуються у особливих кавах.
Коротко кажучи, молочнокислотне бродіння підкислює, зберігає та покращує Сенсорні характеристики та, в багатьох випадках, харчова цінність і засвоюваність їжі. Він діє як місток між виробництвом енергії та глибокою трансформацією того, що ми споживаємо, забезпечуючи безпеку, смак та складну взаємодію зі здоров'ям нашого кишечника, яка продовжує вивчатися.