הטבע מאפשר לאדם ליהנות מהיתרונות הקיימים בו. במקביל, אנשים מנסים להגדיל את העושר הזה, ליצור משהו חדש וללמוד על הלא נודע. חיידקים הם יצורי הטבע הקטנים ביותר, שאנשים גם למדו להשתמש בהם למטרותיהם.
אבל לא רק הנזק הקשור לתהליכים ומחלות פתוגניים נישא על ידי האורגניזמים הפרוקריוטים הללו. הם גם מקור לתהליך תעשייתי חשוב ששימש אנשים עוד מימי קדם – תסיסה. במאמר זה, נשקול מהו תהליך זה וכיצד מתבצעת באופן ספציפי תסיסה חומצת חלב של חומרים.
היסטוריה של התרחשות ושימוש בתסיסה
האזכור הראשון שתהליך התסיסה שימש אנשים על מנת להשיג מוצרים מסוימים הופיע כבר בשנת 5000 לפני הספירה. זה היה אז שהבבלים השתמשו בשיטה זו כדי להשיג מוצרים כגון:
- cheese;
- wine;
- חלב מכורבל ואחריםמוצרי חלב.
מאוחר יותר, מזון דומה החל להתקבל במצרים, סין, סודן, מקסיקו ומדינות עתיקות אחרות. הם החלו לאפות לחם שמרים, לתסוס גידולי ירקות, והופיעו הניסיונות הראשונים של שימורים.
תהליך התסיסה של חומצת חלב נמצא בשימוש על ידי אנשים במשך אלפי שנים. גבינות, קפירים, יוגורטים היו חלק חשוב מהארוחה בכל עת. כל הרופאים והמרפאים ידעו על היתרונות של מוצרים אלה. עם זאת, הסיבות לכך שסוג זה של טרנספורמציה אפשרי נותרו לא ידועות במשך זמן רב.
את העובדה שתנאי התסיסה דורשים נוכחות של מיקרואורגניזמים, אנשים אפילו לא יכלו לדמיין. באמצע המאה ה-17 הציע ואן הלמונט להכניס את המונח "תסיסה" לאותם תהליכי בישול המלווים בשחרור גז. אחרי הכל, בתרגום, משמעות המילה הזו היא "רותח". עם זאת, רק במאה ה-19, כלומר כמעט מאתיים שנה מאוחר יותר, גילה המיקרוביולוג, הכימאי והפיזיקאי הצרפתי לואי פסטר את קיומם של חיידקים, חיידקים לעולם.
מאז נודע שסוגי תסיסה שונים דורשים נוכחות של סוגים שונים של מיקרואורגניזמים בלתי נראים לעין. המחקר שלהם איפשר, לאורך זמן, לשלוט בתסיסה ולכוון אותה לכיוון הנכון עבור האדם.
מהות תהליכי התסיסה
אם אנחנו מדברים על מה זה תהליך התסיסה, אז עלינו להצביע על הטבע הביוכימי שלו. הרי בבסיסה מדובר רק בפעילות של חיידקים המוציאים לעצמם אנרגיה לכל החיים, תוך הפקת מגווןתוצרי לוואי.
באופן כללי, ניתן לתאר תסיסה במילה אחת - חמצון. פירוק אנאירובי של חומר בהשפעת חיידקים מסוימים, מה שמוביל ליצירת מספר מוצרים. איזה חומר הוא הבסיס, כמו גם מה תהיה התוצאה, נקבע לפי סוג התהליך עצמו. ישנן מספר אפשרויות תסיסה, לכן יש סיווג עבור התמורות אלו.
Classification
ישנם שלושה סוגים עיקריים של תסיסה.
- אלכוהול. הוא מורכב מחמצון מולקולת הפחמימה המקורית לאתיל אלכוהול, פחמן דו חמצני, מים ומולקולת ATP (מקור אנרגיה). טרנספורמציות אלה מבוצעות תחת פעולתם של לא רק חיידקים, אלא גם פטריות של סוגים ומינים שונים. בדרך זו התקבלו מוצרים כמו בירה, יין, שמרי אפייה ואלכוהול מאז ימי קדם. האנרגיה המשתחררת במהלך פירוק הפחמימות מושקעת על הבטחת התהליכים החיוניים של המיקרואורגניזם. זוהי המהות הביולוגית של התהליך.
- תסיסה של חומצת חלב היא חמצון של פחמימות לחומצה לקטית עם שחרור של מספר תוצרי לוואי. איך זה מתבצע ואילו סוגים זה קורה, נשקול ביתר פירוט.
- חומצה בוטרית. סוג זה של תסיסה חשוב בקנה מידה טבעי. היא מתבצעת עקב פעילות חיונית של חיידקי חומצת בוטירית החיים בתנאים אנאירוביים בתחתית ביצות, סחופת נהרות וכו'. הודות לעבודתם בטבע, מעובדת כמות עצומה של רכיבים אורגניים. מוצרים הם חומרים רבים, העיקרי ביניהםחומצה בוטירית. נפלט גם: אצטון, איזופרופיל אלכוהול, פחמן דו חמצני, חומצה אצטית, חומצה לקטית, אלכוהול אתילי ותרכובות אחרות.
כל אחד מהסוגים המיועדים חשוב בקנה מידה טבעי ותעשייתי. סוגי האורגניזמים המבצעים טרנספורמציות כאלה נחקרות היטב כיום, ורבים מהם מעובדים באופן מלאכותי על מנת להשיג תפוקה גדולה של המוצר.
תסיסת חומצה לקטית: מושג כללי
סוג זה של תסיסה ידוע עוד מימי קדם. עוד לפני תקופתנו, ידעו תושבי מצרים העתיקה ומדינות אחרות להכין גבינות, לחלוט בירה ויין, לאפות לחם, להתסיס ירקות ופירות.
היום משתמשים בתרביות מתנע מיוחדות למוצרי חלב מותססים, זנים של המיקרואורגניזמים הדרושים גדלים באופן מלאכותי. התהליך עבר מודרניזציה והביא לאוטומטיזם, בוצע בעזרת ציוד שלם. ישנם יצרנים רבים המייצרים ישירות תסיסה של חומצת חלב.
ניתן לסכם את המהות של התהליך כולו בכמה פסקאות.
- פחמימה נלקחת בתור המוצר העיקרי - פשוט (פרוקטוז, גלוקוז, פנטוז) או מורכב (סוכרוז, עמילן, גליקוגן ואחרים).
- נוצרים תנאים אנאירוביים.
- זנים של חיידקי חומצת חלב מסוג מסוים מתווספים למוצר.
- כל הגורמים החיצוניים הדרושים מסופקים האופטימליים למוצר הרצוי: תאורה, טמפרטורה, נוכחות של תוספת מסוימתרכיבים, לחץ.
- לאחר השלמת תהליך התסיסה, המוצר מעובד וכל תרכובות הצד מבודדות.
כמובן, זה רק תיאור כללי של מה שקורה. למעשה, בכל שלב יש הרבה תגובות ביוכימיות מורכבות, מכיוון שתהליך התסיסה של חומצת חלב הוא תוצאה של פעילות חיונית של יצורים חיים.
יסודות תהליך התסיסה של חומצת חלב
מנקודת מבט כימית, טרנספורמציות אלו הן סדרה של שלבים עוקבים.
- ראשית, יש שינוי במצע המקורי, כלומר, שרשרת הפחמן של החומר (פחמימה) משתנה. זה מוביל להופעת תרכובות ביניים בעלות אופי שונה לחלוטין, השייכות למעמדות שונים. לדוגמה, אם המצע הראשוני הוא גלוקוז, אז הוא מסודר מחדש לחומצה גלוקונית.
- תגובות חמצון-צמצום, מלוות בשחרור גזים, היווצרות תוצרי לוואי. היחידה העיקרית בכל התהליך היא חומצת חלב. היא מי שנוצרת ומצטברת במהלך התסיסה. עם זאת, זה לא הקשר היחיד. אז יש היווצרות של מולקולות של חומצה אצטית, אלכוהול אתילי, פחמן דו חמצני, מים, ולפעמים כאלה נלוות אחרות.
- תפוקת אנרגיה של התהליך בצורה של מולקולות של חומצה אדנוזין טריפוספורית (ATP). יש 2 מולקולות ATP לכל מולקולת גלוקוז, אבל אם המצע הראשוני הוא בעל מבנה מורכב יותר, למשל תאית, אז יש שלוש מולקולות ATP. אנרגיה זו משמשת חיידקי חומצה לקטית לחיים נוספים.
זה טבעיאם מבינים טרנספורמציות ביוכימיות בפירוט, אז יש לציין את כל המולקולות והקומפלקסים הביניים. כגון:
- חומצה פירובית;
- אדנוזין דיפוספט;
- מולקולות של ניקוטינמין דיפוספט כנשא של מימן ואחרות.
עם זאת, נושא זה ראוי לתשומת לב מיוחדת ויש להתייחס אליו מנקודת מבט של ביוכימיה, ולכן לא ניגע בו במאמר זה. בואו נסתכל מקרוב מהי הטכנולוגיה לייצור מוצרי חומצה לקטית ואיזה סוגי תסיסה מדובר.
תסיסה הומופרמנטטיבית
תסיסה חומצת חלב הומופרמנטטיבית כוללת שימוש בצורות מיוחדות של פתוגנים ושונה מהטרופרמנטטיבית במוצרים המתקבלים ובכמותם. זה מתרחש לאורך המסלול הגליקוליטי בתוך התא של המיקרואורגניזם. השורה התחתונה היא, כמו באופן כללי בכל תסיסה, הפיכת פחמימות לחומצה לקטית. היתרון העיקרי של תהליך זה הוא שהתשואה של המוצר הרצוי היא 90%. ורק השאר הולך למתחמים צדדיים.
תסיסת חיידקים מסוג זה מהמינים הבאים:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus ואחרים.
אילו חומרים נוספים נוצרים כתוצאה מתסיסה הומופרמנטטיבית? אלו הם חיבורים כמו:
- אלכוהול אתילי;
- חומצות נדיפות;
- פחמן דו חמצני;
- חומצה פומארית וסוקסינית.
עם זאת, שיטה זו להשגת מוצרי חלב מותססים כמעט ואינה בשימוש בתעשייה. הוא נשמר בטבע כשלב הראשוני של הגליקוליזה, הוא מתרחש גם בתאי שריר יונקים במהלך מאמץ פיזי נרחב.
הטכנולוגיה לייצור המוצרים הדרושים לתזונה אנושית כוללת שימוש בפחמימות ראשוניות כמו:
- glucose;
- סוכרוז;
- פרוקטוז;
- mannose;
- עמילן ועוד כמה.
וחיידקים הומופרמנטטיביים אינם מסוגלים לחמצן רבות מהתרכובות הללו, כך שהשימוש בהם כתרביות התחלה בייצור אינו אפשרי.
תסיסת חומצת חלב הטרופרמנטטיבית
שיטה זו היא בדיוק השיטה הישימה מבחינה תעשייתית, שבזכותה מתבצע הייצור של כל מוצרי החלב המותסס, שימור ירקות, וקציר מזון לתחמיץ לבעלי חיים.
ההבדל העיקרי מזה שתואר קודם לכן הוא שפתוגנים מבצעים תסיסה של חומצת חלב עם היווצרות של מספר גדול יותר של תוצרי לוואי. רק 50% מהסוכר מעובד על ידי חיידקים לחומצה לקטית, השאר הולך ליצירת מולקולות כמו:
- חומצה אצטית;
- גליצרין;
- פחמן דו חמצני;
- אלכוהול אתילי ואחרים.
איך זה טוב ורווחי יותר מהיווצרות של חומצת חלב טהורה 90% בשיטה ההומופרמנטטיבית? העניין הוא שכאשר המוצר העיקרי מיוצריותר מדי, אז הפעילות החיונית של חיידקים רבים מעוכבת לחלוטין. בנוסף, מוצרים מאבדים רבות מאיכויות הטעם שהם רוכשים עקב תרכובות לוואי. כך, למשל, הניחוח הנעים של ירקות משומרים מסופק על ידי חומצה אצטית ואלכוהול איזואמיל. אם תרכובות אלו אינן קיימות, אז התוצאה של השימור תהיה שונה לחלוטין.
תפוקה של חומצת חלב של 50% מספיקה למדי כדי לדכא את ההתפתחות והפעילות החיונית של כל הפטריות והמיקרואורגניזמים החיצוניים במערכת. כי אפילו 1-2% גורמים להחמצה חזקה מדי של הסביבה שבה לא יכולים להתקיים אורגניזמים אחרים, מלבד חיידקי חומצת חלב. כל התהליך מתבצע לאורך מסלול הפוספט הפנטוז.
תנאי התסיסה עבור השיטה ההטרופרמנטטיבית צריכים להיות כדלקמן:
- מתנע טוב ורענן נוסף בשלב הראשוני;
- תנאים חיצוניים אופטימליים שנבחרים עבור כל מוצר בנפרד;
- ציוד איכותי ומתפקד היטב;
- כל המכשירים הטכניים הדרושים לתהליך.
בין התנאים החיצוניים, יש חשיבות מיוחדת לטמפרטורת התהליך. זה לא צריך להיות גבוה מדי, אבל הקור יאט באופן דרסטי את כל מהלך התסיסה.
היום יש מיכל תסיסה מיוחד שיוצר אוטומטית את כל התנאים הדרושים לתפקוד תקין ונוח של מיקרואורגניזמים.
ציוד נדרש
כפי שציינו למעלה, בין התכונות החשובות ביותריש לציין יכולת תסיסה. אם אנחנו מדברים על ההליך הביתי, אז כדאי לשים לב לניקיון הכלים המשמשים במהלך השימור, ייצור יוגורט ומוצרים אחרים. אחת הדרכים לצמצם את מספר האוכלוסיות החיצוניות של מיקרואורגניזמים היא לעקר מיכלים לפני השימוש בהם.
אילו מנות מתאימות לתסיסה הטרופרמנטטיבית? זה יכול להיות מיכל זכוכית או פלסטיק איכותי (פוליפרופילן, פוליאתילן) שניתן לסגור היטב עם מכסה.
התעשייה משתמשת במכשירים מיוחדים לחיטוי וניקוי מיכלים לפני תחילת תהליך התסיסה.
חיידקים המשמשים בתהליך
אם אנחנו מדברים על תרביות חיידקים המשמשות ליצירת מוצרי חלב משומרים ומותססים, אז נוכל לזהות כמה מהסוגים הנפוצים ביותר של אורגניזמים.
- מקל בולגרי אצידופילי.
- מיני לקטובצילוס Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leucostocks.
- קוקסי חומצה לקטית.
- Lactobacillus species L. Casei.
- חיידקים מהסוג סטרפטוקוקוס ואחרים.
בהתבסס על השילוב והתרבויות הטהורות של האורגניזמים המצוינים, מייצרים תרביות סטרטר למוצרי חלב מותססים. הם נחלת הכלל, כל אחד יכול לקנות אותם. הדבר החשוב ביותר הוא להקפיד על תנאי תהליך התסיסה כדי להפיק תועלת מהתוצאהמוצר.
אילו מוצרים מתקבלים מהתסיסה הזו?
אם נדבר על אילו מוצרי תסיסה ניתן להשיג בעזרת lactobacilli, אז נוכל למנות מספר קטגוריות עיקריות.
- מוצרי חלב מותסס (חלב אפוי מותסס, יוגורטים, וריאנטים, קפיר, גבינת קוטג', שמנת חמוצה, חמאה, מוצרי אסידופילוס ואחרים).
- מזון מסוג סילו עבור חיות משק.
- חומצה לקטית, המשמשת לייצור משקאות קלים, הלבשת עורות פרווה ועוד.
- אפייה, ייצור גבינות.
- שימורים של פירות וירקות.
כל זה מוכיח את חשיבותם של סוגים מסוימים של חיידקים בחייהם של אנשים, בפעילותם התעשייתית.
