Elusolendid teostavad mitmesuguseid ainevahetusprotsessid eesmärgiga saada energiat. Selliste protsesside nähtav tulemus on ümberkujundamineSeda defineeritakse kui ühendite tingimuste ja omaduste muutust. Tõenäoliselt olete seda protsessi täheldanud paljudes asjades enda ümber, kuigi on tõsi, et mitte kõik lagunemisprotsessid ei ole käärivad. Nagu see kord, kui jätsite piimapaki külmkapist välja, bakterid... laktobatsillid See muutis su värske piima hapuks. Muide, selle reaktsiooni produktid pole alati soovimatud: klaas veini, mida sa õhtusöögiga jõid, pärines viinamarjamahla käärimisest.
Käärimise muundumised suhkrud etüülrühma kuuluvates toodetes (alkoholid) ja sellega kaasneb tavaliselt hapete moodustumine, mis annavad iseloomuliku "hapu" maitse. Piimhappe käärimise puhul muundatakse need suhkrud peamiselt piimhape, mis vastutab paljude kääritatud toitude iseloomuliku happesuse eest.
Fermentatsioonist piimakääritamiseni
Käärimine on anaeroobne keemiline reaktsioon (toimub hapniku puudumisel), mida viivad läbi mikroorganismid (bakterid ja pärmid). Teadlane Louis Pasteur seostas seda lagunemisprotsessi mõnedes toiduainetes mikroobse tegevusega. Aja jooksul on mikrobioloogia näidanud, et kääritamise tüüp (lõpptoodete järgi määratletud) sõltub kaasatud mikroorganismist.
Aastal piimhappe fermentatsioon Kaasatud on piimhappebakterid, sealhulgas liigid LactobacillusGlükoosi lagunemise peamine tulemus on piimhape ja olenevalt marsruudist ka süsinikdioksiid ja muud sekundaarsed ühendid, näiteks etanool või orgaanilised happed.
Biokeemiliselt saavad piimhappebakterid energiat järgmiste protsesside kaudu: glükolüüsSaadud püruvaat redutseeritakse laktaadiks või laktaadi ja teiste ühendite kombinatsiooniks, regenereerides NAD + vajalik glükolüüsi jätkumiseks hapniku puudumisel.
Piimkääritamisel on domineeriv reaktsioonimehhanism järjestikused dehüdrogeenimised orgaanilistest ainetest, mis on tavaliselt suhkrud; mõnikord võivad osaleda ka muud reagendid, näiteks rasvhapped. Ajaloolise lihtsustamise huvides võetakse üldist käärimist sageli kokku võrrandiga:
Suhkur = alkohol + süsihappegaas
Kuid piimhappe käärimise põhjalikum vaade arvestab lisaks alkoholidele ja CO₂-le ka hapete moodustumist.2:
Suhkur → Alkohol + Süsinikdioksiid + Orgaanilised happed (peamiselt piimhape)
Praktikas on erinevaid piimhappe käärimise tüübid vastavalt saadustele ja ainevahetusradadele:
- Homolaktiline: Laktoos ehk glükoos lagundatakse peaaegu eranditult üheks põhiproduktiks, piimhapeSeda teevad näiteks mõned liigid Lactobacillus y Streptococcus osaleb jogurtitootmises.
- Heterolaktiline: Tooted, näiteks piimhape, etanool y CO2ja mõnel juhul täiendavaid orgaanilisi happeid (nt äädikhape). Sõltuvalt rajast võib kõrvalsaadusena esineda ka väike kogus vett. Bakterid, näiteks Leuconostoc või teatud tüved Lactobacillus Nad teostavad heterolaktilisi kääritamisprotsesse, mida kasutatakse marineerimisel ja keerukatel kääritamistel.
Funktsionaalselt ei tooda piimhappebakterid mitte ainult piimhapet, vaid ka teisi. orgaanilised happed, eksopolüsahhariidid ja aromaatsed ühendid, mis modifitseerivad tekstuur, maitse ja aroom kääritatud toiduainetest, mistõttu on nende kasutamine toiduainetööstuses nii laialt levinud.
Piima käärimist soodustavad tingimused
Piimhappe käärimise arengut soodustavad tingimused on seotud füsioloogilised vajadused kaasatud bakteritest. Nende tegurite kontrollimine on nii tööstuses kui ka koduses toiduvalmistamises võtmetähtsusega.
Standardsed keskkonnatingimused: Klassikaliselt mainitakse, et tingimused on lähedased 25 °C ja 1 atm Need on soodsad paljudele bakteritele; praktikas on optimaalsed vahemikud liigist olenevalt vahemikus 25-40 ºCNäiteks jogurti valmistamisel hoitakse segu umbes 35-40 ºC mitu tundi, et bakterid saaksid laktoosi piimhappeks muuta. Kui temperatuur on liiga madal (nt külmkapis 4 °C), aeglustub aktiivsus; kui see on liiga kõrge, võivad bakterid surra ja käärimine peatub.
Suhkrute ja orgaaniliste komponentide olemasolu: Bakterid kasutavad ära kääritatavad suhkrud (piima laktoos; köögiviljades ja teraviljades leiduvad lihtsuhkrud ja tärklise derivaadid). Kõnekeeles võiksime öelda, et bakterid Nad armastavad suhkruid.
Niiskus: Paljude antibakteriaalsete töötluste eesmärk on niiskuse piiramine, kuna see soodustab käärimist ja muude mikroobide kasvu. Väga madala niiskusesisaldusega toode on bakterite tegevusele vähem vastuvõtlik; seetõttu on väga kuiv liha või dehüdreeritud tooted stabiilsemad.
Kontrollitud kääritamisel pööratakse tähelepanu ka hapniku olemasolu või puudumineKuigi paljud piimhappebakterid taluvad hapnikku, on käärimine ise peamiselt anaeroobne: hapniku piiramine soodustab käärimisrada aeroobse hingamise asemel.
Teine oluline tegur on pHKäärimise edenedes alandab piimhape pH-d, luues LAB-le soodsa ja paljudele patogeenidele ebasoodsa keskkonna, mis selgitab selle efektiivsust säilitusmeetodina.
Lactobacillus, piimhappebakterid ja nende toime piimhappekäärimisel
Sugu Lactobacillus See on osa suuremast grupist, mida tuntakse kui piimhappebakterid (LAB). Need on grampositiivsed bakterid, pikliku kujuga, mis sarnaneb vardaga; nad eelistavad keskkonda anaeroobidkuigi nad taluvad paljudel juhtudel hapnikku.
BAL-id hõlmavad žanre nagu Laktobatsillid, laktokokid, streptokokid, enterokokid, leukokid ja pediokokkid, mida leidub jogurtis, keefiris, juustudes, marineeritud kurkides ja juuretisega leivas ning muudes kääritatud toitudes.
Millal Lactobacillus See arendab laktoosi käärimist, mitte ainult toitainete saamiseks, vaid eelistab ka happelist keskkonda. Seda omadust kasutatakse ära toidu säilitaminesest happeline keskkond piirab paljude patogeensete bakterite kasvu.
Mõned kaasatud liigid on:
- Lactobacillus bulgaricus (praegu peetakse kompleksi osaks) Lactobacillus delbrueckii alamkogu bulgaricus), mida kasutatakse laialdaselt traditsioonilises jogurtis.
- Lactobacillus casei, levinud fermenteeritud piimades ja mõnedes juustudes, millel on potentsiaal probiootikum.
- Lactobacillus delbrueckii, osaleb piimhappe käärimises ja piimhappe tööstuslikus tootmises.
- Lactobacillus leichmannii, esineb spetsiifilistes fermentatsioonides ja ainevahetusuuringutes.
Arstid ja toitumisspetsialistid propageerivad piimhappebaktereid sisaldavate toodete tarbimist, kuna need võivad olla kasulikud. sooleflooraaidates kaasa selle uuenemisele ja tasakaalule. Paljud kaubamärgid märgivad oma etikettidel [koostisosade] olemasolu. probiootikumidNeed bakterid teostavad suhkrute ja valkude omamoodi "eelseedimist", muutes toidu seeditavamaks. seedimist soodustav ja laktoositalumatusega inimesed taluvad seda paremini.
Siiski läbivad paljud kaubanduslikud piimatooted kuumtöötluse (pastöriseerimine või muud), mis vähendab või kõrvaldab elusfloora: keemiline koostis (piimhape, tekstuur ja maitse) võib säilida, kuid elusate bakteritega seotud probiootiline toime väheneb või kaob.
Piimhappe käärimine inimkehas: lihased ja lihasvalu
Piimhappe käärimine ei ole bakteritele ainuomane. Meie oma lihasrakud Samuti kasutavad nad piimhappe rada, kui energiavajadus ületab hapnikuvarustuse.
Ajal intensiivne pingutusLihased saavad energiat glükolüüsi teel; hapnikupuuduse korral muundatakse püruvaat laktaatNAD-i regenereerimine+ Glükolüüsi jätkumiseks:
Püruvaat + NADH + H++ → Laktaat + NAD+
See protsess toimub tsütoplasma ja võimaldab ATP jätkuvat tootmist madala hapnikusisaldusega tingimustes. Laktaadi kogunemine ja pH langus aitavad kaasa väsimustundele ja kohesele lihasvalulikkusele; hilinenud lihasvalu on aga pigem seotud lihaskiudude mikrorebendustega. Kui hapnikuvarustus paraneb, saab laktaati transportida teistesse kudedesse (nt maksa) ja muuta tagasi energiaks ainevahetuseks.
Laktoosi kääritamine toidu säilitamisel ja parendamisel
Kääritamine on iidne meetod, mille töötas välja vaja toitu ümber töödelda, et see säiliks ja maoinfektsioonide ennetamiseks ajal, mil antibiootikumid pole saadaval. Mitmed kultuurid arendasid kääritamismeetodeid (näiteks Aasias köögiviljade, teravilja ja sojaubadega), ilma et oleks täielikult aru saanud kaasatud mehhanismidest.
Louis Pasteur lõi nende reaktsioonide teadusliku aluse, sillutades teed säilitustehnikatele. Tänapäeval teame, et piimhappekääritamine mitte ainult ei säilita, vaid võib ka Parandada tekstuuri, maitset, aroomi ja toiteväärtust toidust.
Tööstuses võimaldab piimhappekääritamine:
- Paranda tekstuuri selliste toodete nagu jogurt puhul, vältides paksendajate liigset kasutamist. Mõned tüved toodavad eksopolüsahhariide, mis loovad loomulikult kreemja ja stabiilse tekstuuri.
- Tugevdage maitset ja aroomi juustudes ja muudes kääritatud toitudes valkude, suhkrute ja lipiidide ainevahetusest pärinevate aromaatsete ühendite kaudu.
- Vähendage soovimatuid komponente näiteks laktoos, vähendades seedehäireid talumatusega inimestel.
Märkimisväärsete piimhappekäärituste näideteks on:
- Piima kääritamine: BAL-id saavad energiat laktoospiima hapestamisel. kalgendatud piim See tekib valkude (kaseiinide) sadestumisel pH langedes; sellest valmistatakse jogurteid, juustusid, keefirit ja muid tooteid.
- Köögiviljade kääritamine: Soola kasutatakse patogeenide pärssimiseks; õigesti kasutades selekteerib sool resistentseid laktobakteile ja hõlbustab marineerimist, näiteks hapukapsas, marineeritud kurgid ja kimchiLiigse kasutamise korral võib see ka arengut piirata Lactobacillus.
- Kääritamine lihas: Kääritatud vorstide ja suitsutatud liha puhul toimib käärimine glükogeen (või esinevad suhkrud) muutes selle piimhappeks, aidates kaasa säilivusele, maitsele ja värvile.
Piimhappe käärimine kehtib ka selliste substraatide kohta nagu kohvilimaPulbis esinev BAL (näiteks Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L. acidophilus) tarbivad puuviljadest suhkruid ja toodavad piimhapet, alkoholi, äädikhapet ja CO22Temperatuuri, pH, hapniku ja aja kontrollimise abil saadakse spetsiifilise profiiliga kohvid. meeldiv happesusmagusus ja keerukad aroomid, mida hinnatakse erilistes kohvides.
Kokkuvõttes piimhappekäärimine hapestub, säilib ja parandab Sensoorsed omadused ja paljudel juhtudel toidu toiteväärtus ja seeditavus. See toimib sillana energia tootmise ja tarbitava sügava ümberkujundamise vahel, pakkudes ohutust, maitset ja keerukat koostoimet meie soolestiku tervisega, mida jätkuvalt uuritakse.