La nature permet à une personne de profiter des bienfaits qui s'y trouvent. En même temps, les gens essaient d'augmenter ces richesses, de créer quelque chose de nouveau et d'apprendre sur l'inconnu. Les bactéries sont les plus petites créatures de la nature, que les gens ont également appris à utiliser à leurs propres fins.
Mais non seulement les dommages associés aux processus pathogènes et aux maladies sont portés par ces organismes procaryotes. Ils sont également à l'origine d'un processus industriel important utilisé par l'homme depuis l'Antiquité: la fermentation. Dans cet article, nous examinerons ce qu'est ce processus et comment la fermentation lactique des substances est réalisée spécifiquement.
Histoire de l'occurrence et de l'utilisation de la fermentation
La première mention que le processus de fermentation était utilisé par les gens pour obtenir certains produits est apparue dès 5000 av. C'est alors que les Babyloniens utilisèrent cette méthode pour obtenir des produits tels que:
- fromage;
- vin;
- lait caillé et autresproduits laitiers.
Plus tard, des aliments similaires ont commencé à être reçus en Égypte, en Chine, au Soudan, au Mexique et dans d'autres États anciens. Ils ont commencé à faire du pain à la levure, à faire fermenter des cultures maraîchères et les premières tentatives de mise en conserve sont apparues.
Le processus de fermentation de l'acide lactique est utilisé depuis des milliers d'années. Les fromages, les kéfirs, les yaourts ont toujours été une partie importante du repas. Tous les médecins et guérisseurs connaissaient les bienfaits de ces produits. Cependant, les raisons pour lesquelles ce type de transformation est possible sont restées longtemps inconnues.
Le fait que les conditions de fermentation nécessitent la présence de micro-organismes, les gens ne pouvaient même pas imaginer. Au milieu du XVIIe siècle, Van Helmont proposa d'introduire le terme «fermentation» pour les processus de cuisson qui s'accompagnent d'un dégagement de gaz. Après tout, en traduction, ce mot signifie "bouillant". Cependant, ce n'est qu'au XIXe siècle, soit près de deux cents ans plus tard, que le microbiologiste, chimiste et physicien français Louis Pasteur a découvert l'existence de microbes, des bactéries dans le monde.
On sait depuis que différents types de fermentation nécessitent la présence de divers types de micro-organismes invisibles à l'œil. Leur étude a permis, au fil du temps, de contrôler la fermentation et de l'orienter dans le bon sens pour une personne.
L'essence des processus de fermentation
Si nous parlons de ce qu'est le processus de fermentation, nous devons souligner sa nature biochimique. Après tout, à la base, ce n'est que l'activité des bactéries qui extraient de l'énergie pour elles-mêmes pour la vie, tout en produisant diversessous-produits.
En général, la fermentation peut être décrite en un mot: oxydation. Décomposition anaérobie d'une substance sous l'influence de certaines bactéries, ce qui conduit à la formation d'un certain nombre de produits. Quelle substance est la base, ainsi que quel sera le résultat, est déterminé par le type de processus lui-même. Il existe plusieurs options de fermentation, il existe donc une classification pour ces transformations.
Classification
Il existe trois principaux types de fermentation.
- Alcool. Il consiste en l'oxydation de la molécule de glucide d'origine en alcool éthylique, en dioxyde de carbone, en eau et en une molécule d'ATP (une source d'énergie). Ces transformations s'effectuent sous l'action non seulement de bactéries, mais aussi de champignons de divers genres et espèces. C'est ainsi que des produits tels que la bière, le vin, la levure de boulangerie et l'alcool ont été obtenus depuis l'Antiquité. L'énergie libérée lors de la décomposition des glucides est dépensée pour assurer les processus vitaux du micro-organisme. C'est l'essence biologique du processus.
- La fermentation lactique est l'oxydation des glucides en acide lactique avec la libération d'un certain nombre de sous-produits. Comment cela se déroule et quels types cela se produit, nous examinerons plus en détail plus loin.
- Acide butyrique. Ce type de fermentation est important à l'échelle naturelle. Il est réalisé en raison de l'activité vitale des bactéries de l'acide butyrique qui vivent dans des conditions anaérobies au fond des marécages, du limon des rivières, etc. Grâce à leur travail dans la nature, une énorme quantité de composants organiques est traitée. Les produits sont de nombreuses substances, dont les principalesacide butyrique. Egalement émis: acétone, alcool isopropylique, dioxyde de carbone, acide acétique, acide lactique, alcool éthylique et autres composés.
Chacun des types désignés est important à la fois à l'échelle naturelle et industrielle. Les types d'organismes qui effectuent de telles transformations sont bien étudiés aujourd'hui, et beaucoup d'entre eux sont cultivés artificiellement afin d'obtenir un rendement élevé du produit.
La fermentation lactique: un concept général
Ce type de fermentation est connu depuis l'antiquité. Même avant notre ère, les habitants de l'Égypte ancienne et d'autres États savaient fabriquer du fromage, brasser de la bière et du vin, cuire du pain, faire fermenter des légumes et des fruits.
Aujourd'hui, des cultures de démarrage spéciales sont utilisées pour les produits laitiers fermentés, les souches des micro-organismes nécessaires sont cultivées artificiellement. Le processus a été modernisé et porté à l'automatisme, réalisé à l'aide d'un équipement complet. Il existe de nombreux fabricants qui produisent directement la fermentation lactique.
L'essence de l'ensemble du processus peut être résumée en plusieurs paragraphes.
- Un glucide est pris comme produit principal - simple (fructose, glucose, pentoses) ou complexe (saccharose, amidon, glycogène et autres).
- Les conditions anaérobies sont créées.
- Des souches de bactéries lactiques d'un certain type sont ajoutées au produit.
- Tous les facteurs externes nécessaires sont fournis et optimaux pour le produit souhaité: éclairage, température, présence de certains éléments supplémentairescomposants, pression.
- Une fois le processus de fermentation terminé, le produit est traité et tous les composés secondaires sont isolés.
Bien sûr, ceci n'est qu'une description générale de ce qui se passe. En fait, à chaque étape, il existe de nombreuses réactions biochimiques complexes, car le processus de fermentation de l'acide lactique est le résultat de l'activité vitale des êtres vivants.
Bases du processus de fermentation lactique
D'un point de vue chimique, ces transformations sont une succession d'étapes successives.
- Premièrement, il y a un changement dans le substrat d'origine, c'est-à-dire que la chaîne carbonée de la substance (glucide) change. Ceci conduit à l'apparition de composés intermédiaires de nature complètement différente, appartenant à des classes différentes. Par exemple, si le substrat initial est le glucose, il est réarrangé en acide gluconique.
- Réactions d'oxydo-réduction, accompagnées d'un dégagement de gaz, de la formation de sous-produits. L'unité principale dans l'ensemble du processus est l'acide lactique. C'est elle qui se produit et s'accumule lors de la fermentation. Cependant, ce n'est pas le seul lien. Ainsi, il y a formation de molécules d'acide acétique, d'alcool éthylique, de dioxyde de carbone, d'eau et parfois d'autres qui l'accompagnent.
- Rendement énergétique du procédé sous forme de molécules d'acide adénosine triphosphorique (ATP). Il y a 2 molécules d'ATP par molécule de glucose, mais si le substrat initial est d'une structure plus complexe, par exemple la cellulose, alors il y a trois molécules d'ATP. Cette énergie est utilisée par les bactéries lactiques pour continuer à vivre.
Il est naturel quesi l'on comprend les transformations biochimiques en détail, alors toutes les molécules et complexes intermédiaires doivent être indiqués. Tels que:
- acide pyruvique;
- adénosine diphosphate;
- molécules de diphosphate de nicotinamine en tant que transporteur d'hydrogène et autres.
Cependant, cette question mérite une attention particulière et doit être considérée du point de vue de la biochimie, nous n'y toucherons donc pas dans cet article. Examinons de plus près quelle est la technologie de production de produits à base d'acide lactique et quels types de fermentation en question existent.
Fermentation homofermentaire
La fermentation lactique homofermentaire implique l'utilisation de formes particulières d'agents pathogènes et diffère de l'hétérofermentation par les produits obtenus et leur quantité. Il se produit le long de la voie glycolytique à l'intérieur de la cellule du micro-organisme. L'essentiel est, comme en général pour toute fermentation, la conversion des glucides en acide lactique. Le principal avantage de ce procédé est que le rendement du produit désiré est de 90 %. Et seul le reste va aux composés secondaires.
Fermentation bactérienne de ce type des espèces suivantes:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus et autres.
Quelles autres substances se forment à la suite de la fermentation homofermentaire ? Ce sont des connexions comme:
- alcool éthylique;
- acides volatils;
- dioxyde de carbone;
- acide fumarique et succinique.
Cependant, cette méthode d'obtention de produits laitiers fermentés n'est pratiquement pas utilisée dans l'industrie. Il est conservé dans la nature comme étape initiale de la glycolyse, il se produit également dans les cellules musculaires des mammifères lors d'efforts physiques intenses.
La technologie de production des produits nécessaires à la nutrition humaine implique l'utilisation de glucides initiaux tels que:
- glucose;
- saccharose;
- fructose;
- mannose;
- amidon et quelques autres.
Et les bactéries homofermentaires ne sont pas capables d'oxyder bon nombre de ces composés, de sorte que leur utilisation comme ferments lactiques dans la production n'est pas possible.
Fermentation lactique hétérofermentaire
Cette méthode est précisément celle applicable industriellement, grâce à laquelle la production de tous les produits laitiers fermentés est réalisée, les légumes sont conservés et les aliments ensilés pour le bétail sont récoltés.
La principale différence avec celle décrite précédemment est que les agents pathogènes effectuent la fermentation lactique avec la formation d'un plus grand nombre de sous-produits. Seulement 50% du sucre est transformé par les bactéries en acide lactique, le reste va à la formation de molécules telles que:
- acide acétique;
- glycérine;
- dioxyde de carbone;
- alcool éthylique et autres.
En quoi est-ce mieux et plus rentable que la formation d'acide lactique pur à 90% avec la méthode homofermentaire ? Le fait est que lorsque le produit principal est fabriquétrop, alors l'activité vitale de nombreuses bactéries est complètement inhibée. De plus, les produits perdent bon nombre des qualités gustatives qu'ils acquièrent en raison des composés secondaires. Ainsi, par exemple, l'arôme agréable des légumes en conserve est fourni par l'acide acétique et l'alcool isoamylique. Si ces composés ne sont pas présents, le résultat de la conservation sera complètement différent.
Un rendement en acide lactique de 50 % est tout à fait suffisant pour supprimer le développement et l'activité vitale de tous les champignons et micro-organismes étrangers dans le système. Parce que même 1 à 2 % provoquent une trop forte acidification de l'environnement dans lequel aucun autre organisme ne peut exister, à l'exception des bactéries lactiques. L'ensemble du processus est effectué le long de la voie des pentoses phosphates.
Les conditions de fermentation pour la méthode hétérofermentaire doivent être les suivantes:
- bonne et fraîche entrée ajoutée au stade initial;
- conditions externes optimales sélectionnées pour chaque produit individuellement;
- équipement de haute qualité et fonctionnel;
- tous les dispositifs techniques nécessaires au processus.
Parmi les conditions externes, la température du procédé revêt une importance particulière. Il ne doit pas être trop élevé, mais le froid ralentira considérablement tout le déroulement de la fermentation.
Aujourd'hui, il existe une cuve de fermentation spécialisée qui crée automatiquement toutes les conditions nécessaires au bon et confortable fonctionnement des micro-organismes.
Équipement requis
Comme nous l'avons noté ci-dessus, parmi les attributs les plus importantsil convient de noter la capacité de fermentation. Si nous parlons de la procédure à domicile, vous devez faire attention à la propreté de la vaisselle utilisée lors de la conservation, de la fabrication du yaourt et d'autres produits. Une façon de réduire le nombre de populations étrangères de micro-organismes consiste à stériliser les contenants avant de les utiliser.
Quels plats conviennent à la fermentation hétérofermentaire ? Il peut s'agir d'un récipient en verre ou en plastique de haute qualité (polypropylène, polyéthylène) qui peut être fermé hermétiquement avec un couvercle.
L'industrie utilise des dispositifs spéciaux pour la désinfection et le nettoyage des conteneurs avant le début du processus de fermentation.
Bactéries utilisées dans le processus
Si nous parlons de cultures bactériennes utilisées pour créer des produits laitiers en conserve et fermentés, nous pouvons identifier plusieurs des types d'organismes les plus courants.
- Bâton bulgare acidophile.
- Espèce de Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobactéries.
- Leukostocks.
- Cocci d'acide lactique.
- Lactobacillus espèce L. Casei.
- Bactéries du genre Streptococcus et autres.
Sur la base de la combinaison et des cultures pures des organismes indiqués, des cultures starter pour les produits laitiers fermentés sont réalisées. Ils sont dans le domaine public, n'importe qui peut les acheter. Le plus important est d'observer les conditions du processus de fermentation afin de bénéficier du résultatproduit.
Quels produits sont obtenus à partir de cette fermentation ?
Si nous parlons de quels produits de fermentation peuvent être obtenus à l'aide de lactobacilles, nous pouvons nommer plusieurs catégories principales.
- Produits laitiers fermentés (lait cuit fermenté, yaourts, varenets, kéfir, fromage cottage, crème sure, beurre, produits acidophiles et autres).
- Aliment de type silo pour animaux de ferme.
- L'acide lactique, qui est utilisé dans la fabrication de boissons gazeuses, l'habillage des fourrures et plus encore.
- Pâtisserie, fabrication de fromage.
- Fruits et légumes en conserve.
Tout cela prouve l'importance de certains types de bactéries dans la vie des gens, leurs activités industrielles.
