La naturaleza permite que una persona disfrute de los beneficios que están disponibles en ella. Al mismo tiempo, las personas intentan aumentar estas riquezas, crear algo nuevo y aprender sobre lo desconocido. Las bacterias son las criaturas más pequeñas de la naturaleza, que las personas también han aprendido a utilizar para sus propios fines.
Pero estos organismos procarióticos no solo transmiten el daño asociado con los procesos patógenos y las enfermedades. También son la fuente de un importante proceso industrial que ha sido utilizado por la gente desde la antigüedad: la fermentación. En este artículo, consideraremos qué es este proceso y cómo se lleva a cabo específicamente la fermentación de sustancias con ácido láctico.
Historia de ocurrencia y uso de la fermentación
La primera mención de que la gente usaba el proceso de fermentación para obtener ciertos productos apareció ya en el año 5000 a. C. Fue entonces cuando los babilonios utilizaron este método para obtener productos como:
- queso;
- vino;
- leche cuajada y otrosproductos lácteos.
Más tarde, se empezó a recibir comida similar en Egipto, China, Sudán, México y otros estados antiguos. Comenzaron a hornear pan de levadura, fermentaron cultivos de hortalizas y aparecieron los primeros intentos de enlatado.
El proceso de fermentación del ácido láctico ha sido utilizado por personas durante miles de años. Quesos, kéfirs, yogures han sido parte importante de la comida en todo momento. Todos los médicos y curanderos conocían los beneficios de estos productos. Sin embargo, las razones por las que este tipo de transformación es posible permanecieron desconocidas durante mucho tiempo.
El hecho de que las condiciones de fermentación requieran la presencia de microorganismos, la gente ni siquiera podía imaginarlo. A mediados del siglo XVII, Van Helmont propuso introducir el término "fermentación" para aquellos procesos de cocción que van acompañados de la liberación de gas. Después de todo, en la traducción, esta palabra significa "hirviendo". Sin embargo, recién en el siglo XIX, es decir, casi doscientos años después, el microbiólogo, químico y físico francés Louis Pasteur descubrió la existencia de microbios, bacterias para el mundo.
Desde entonces se sabe que los diferentes tipos de fermentación requieren la presencia de varios tipos de microorganismos invisibles a simple vista. Su estudio hizo posible, con el tiempo, controlar la fermentación y dirigirla en la dirección correcta para una persona.
La esencia de los procesos de fermentación
Si hablamos de lo que es el proceso de fermentación, entonces debemos señalar su naturaleza bioquímica. Después de todo, en esencia, esta es solo la actividad de las bacterias que extraen energía para sí mismas para la vida, mientras producen variossubproductos.
En general, la fermentación se puede describir en una palabra: oxidación. Descomposición anaeróbica de una sustancia bajo la influencia de ciertas bacterias, lo que conduce a la formación de una serie de productos. Qué sustancia es la base, así como cuál será el resultado, está determinado por el tipo de proceso en sí. Hay varias opciones de fermentación, por lo que existe una clasificación para estas transformaciones.
Clasificación
Hay tres tipos principales de fermentación.
- Alcohol. Consiste en la oxidación de la molécula de carbohidrato original a alcohol etílico, dióxido de carbono, agua y una molécula de ATP (una fuente de energía). Estas transformaciones se llevan a cabo bajo la acción no solo de bacterias, sino también de hongos de varios géneros y especies. De esta forma se obtienen desde la antigüedad productos como la cerveza, el vino, la levadura de panadería y el alcohol. La energía que se libera durante la descomposición de los carbohidratos se gasta en asegurar los procesos vitales del microorganismo. Esta es la esencia biológica del proceso.
- La fermentación del ácido láctico es la oxidación de carbohidratos a ácido láctico con la liberación de una serie de subproductos. Como se realiza y que tipos esto pasa, examinaremos más detalladamente más adelante.
- Ácido butírico. Este tipo de fermentación es importante a escala natural. Se lleva a cabo debido a la actividad vital de las bacterias del ácido butírico que viven en condiciones anaerobias en el fondo de pantanos, sedimentos de ríos, etc. Gracias a su trabajo en la naturaleza, se procesa una gran cantidad de componentes orgánicos. Los productos son muchas sustancias, la principal de las cualesácido butírico. También emite: acetona, alcohol isopropílico, dióxido de carbono, ácido acético, ácido láctico, alcohol etílico y otros compuestos.
Cada uno de los tipos designados es importante tanto a escala natural como industrial. Los tipos de organismos que llevan a cabo tales transformaciones están bien estudiados hoy en día, y muchos de ellos se cultivan artificialmente para obtener un gran rendimiento del producto.
Fermentación del ácido láctico: un concepto general
Este tipo de fermentación se conoce desde la antigüedad. Incluso antes de nuestra era, los habitantes del Antiguo Egipto y otros estados sabían cómo hacer queso, elaborar cerveza y vino, hornear pan, fermentar verduras y frutas.
Hoy en día, se utilizan cultivos iniciadores especiales para productos lácteos fermentados, las cepas de los microorganismos necesarios se cultivan artificialmente. El proceso ha sido modernizado y llevado al automatismo, realizado con la ayuda de equipos completos. Hay muchos fabricantes que producen directamente la fermentación del ácido láctico.
La esencia de todo el proceso se puede resumir en varios párrafos.
- Se toma un carbohidrato como producto principal - simple (fructosa, glucosa, pentosas) o complejo (sacarosa, almidón, glucógeno y otros).
- Se crean condiciones anaeróbicas.
- Se añaden al producto cepas de bacterias del ácido láctico de un determinado tipo.
- Se proporcionan todos los factores externos necesarios que son óptimos para el producto deseado: iluminación, temperatura, la presencia de ciertoscomponentes, presión.
- Después de completar el proceso de fermentación, el producto se procesa y todos los compuestos secundarios se aíslan.
Por supuesto, esto es solo una descripción general de lo que está sucediendo. De hecho, en cada etapa hay muchas reacciones bioquímicas complejas, porque el proceso de fermentación del ácido láctico es el resultado de la actividad vital de los seres vivos.
Conceptos básicos del proceso de fermentación del ácido láctico
Desde un punto de vista químico, estas transformaciones son una serie de etapas sucesivas.
- Primero, hay un cambio en el sustrato original, es decir, cambia la cadena de carbono de la sustancia (carbohidrato). Esto conduce a la aparición de compuestos intermedios de naturaleza completamente diferente, pertenecientes a diferentes clases. Por ejemplo, si el sustrato inicial es glucosa, entonces se reorganiza en ácido glucónico.
- Reacciones de oxidación-reducción, acompañadas de la liberación de gases, la formación de subproductos. La unidad principal en todo el proceso es el ácido láctico. Es ella quien se produce y acumula durante la fermentación. Sin embargo, esta no es la única conexión. Por lo tanto, se forman moléculas de ácido acético, alcohol etílico, dióxido de carbono, agua y, a veces, otras que lo acompañan.
- Rendimiento energético del proceso en forma de moléculas de ácido adenosín trifosfórico (ATP). Hay 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa, pero si el sustrato inicial es de una estructura más compleja, por ejemplo, celulosa, entonces hay tres moléculas de ATP. Esta energía es utilizada por las bacterias del ácido láctico para seguir viviendo.
Es natural quesi uno comprende las transformaciones bioquímicas en detalle, entonces deben indicarse todas las moléculas y complejos intermedios. Tales como:
- ácido pirúvico;
- difosfato de adenosina;
- moléculas de difosfato de nicotinamina como portador de hidrógeno y otros.
Sin embargo, este tema merece especial atención y debe ser considerado desde el punto de vista de la bioquímica, por lo que no lo tocaremos en este artículo. Echemos un vistazo más de cerca a cuál es la tecnología para la producción de productos de ácido láctico y qué tipos de fermentación en cuestión existen.
Fermentación homofermentativa
La fermentación de ácido láctico homofermentativa implica el uso de formas especiales de patógenos y difiere de la heterofermentativa en los productos resultantes y su cantidad. Ocurre a lo largo de la ruta glicolítica dentro de la célula del microorganismo. El resultado final es, como en general con cualquier fermentación, la conversión de carbohidratos en ácido láctico. La principal ventaja de este proceso es que el rendimiento del producto deseado es del 90%. Y solo el resto se destina a compuestos secundarios.
Fermentación de bacterias de este tipo de las siguientes especies:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus y otros.
¿Qué otras sustancias se forman como resultado de la fermentación homofermentativa? Estas son conexiones como:
- alcohol etílico;
- ácidos volátiles;
- dióxido de carbono;
- ácido fumárico y succínico.
Sin embargo, este método de obtención de productos lácteos fermentados prácticamente no se utiliza en la industria. Se conserva en la naturaleza como la etapa inicial de la glucólisis, también ocurre en las células musculares de los mamíferos durante un esfuerzo físico intenso.
La tecnología para la producción de los productos necesarios para la nutrición humana implica el uso de carbohidratos iniciales tales como:
- glucosa;
- sacarosa;
- fructosa;
- manosa;
- almidón y algunos otros.
Y las bacterias homofermentativas no son capaces de oxidar muchos de estos compuestos, por lo que su uso como cultivos iniciadores en la producción no es posible.
Fermentación heterofermentativa del ácido láctico
Este método es precisamente el aplicable industrialmente, gracias al cual se lleva a cabo la elaboración de todos los productos lácteos fermentados, se conservan las verduras y se cosecha el ensilado del alimento para el ganado.
La principal diferencia con lo descrito anteriormente es que los patógenos realizan la fermentación del ácido láctico con la formación de un mayor número de subproductos. Solo el 50% del azúcar es transformado por bacterias en ácido láctico, el resto se destina a la formación de moléculas como:
- ácido acético;
- glicerina;
- dióxido de carbono;
- alcohol etílico y otros.
¿Cómo es mejor y más rentable que la formación de ácido láctico puro al 90% con el método homofermentativo? Lo que pasa es que cuando se produce el producto principaldemasiado, entonces la actividad vital de muchas bacterias se inhibe completamente. Además, los productos pierden muchas de las cualidades gustativas que adquieren debido a los compuestos secundarios. Entonces, por ejemplo, el ácido acético y el alcohol isoamílico proporcionan el agradable aroma de las verduras enlatadas. Si estos compuestos no están presentes, el resultado de la conservación será completamente diferente.
Un rendimiento de ácido láctico del 50% es suficiente para suprimir el desarrollo y la actividad vital de todos los hongos y microorganismos extraños en el sistema. Porque incluso el 1-2% causa una acidificación demasiado fuerte del medio ambiente en el que no pueden existir otros organismos, excepto las bacterias del ácido láctico. Todo el proceso se lleva a cabo a lo largo de la vía de las pentosas fosfato.
Las condiciones de fermentación para el método heterofermentativo deben ser las siguientes:
- buen y nuevo entrante agregado en la etapa inicial;
- condiciones externas óptimas que se seleccionan individualmente para cada producto;
- equipo de alta calidad y buen funcionamiento;
- todos los dispositivos técnicos necesarios para el proceso.
Entre las condiciones externas, la temperatura del proceso es de particular importancia. No debe ser demasiado alto, pero el frío ralentizará drásticamente todo el curso de la fermentación.
Hoy existe un tanque de fermentación especializado que crea automáticamente todas las condiciones necesarias para el correcto y cómodo funcionamiento de los microorganismos.
Equipo requerido
Como señalamos anteriormente, entre los atributos más importantesCabe destacar la capacidad de fermentación. Si hablamos del procedimiento en el hogar, debe prestar atención a la limpieza de los platos utilizados durante la conservación, la fabricación de yogur y otros productos. Una forma de reducir el número de poblaciones extrañas de microorganismos es esterilizar los recipientes antes de usarlos.
¿Qué platos son aptos para la fermentación heterofermentativa? Puede ser un recipiente de vidrio o de plástico de alta calidad (polipropileno, polietileno) que se pueda cerrar herméticamente con una tapa.
La industria utiliza dispositivos especiales para la desinfección y limpieza de los recipientes antes del inicio del proceso de fermentación.
Bacterias utilizadas en el proceso
Si hablamos de cultivos bacterianos que se utilizan para crear productos lácteos enlatados y fermentados, entonces podemos identificar varios de los tipos de organismos más comunes.
- Palo búlgaro acidófilo.
- Especies de Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacterias.
- Leucostock.
- Cocos de ácido láctico.
- Especies de Lactobacillus L. Casei.
- Bacterias del género Streptococcus y otras.
Basados en la combinación y cultivos puros de los organismos indicados, se elaboran cultivos iniciadores para productos lácteos fermentados. Son de dominio público, cualquiera puede comprarlos. Lo más importante es observar las condiciones del proceso de fermentación para poder beneficiarse del resultadoproducto.
¿Qué productos se obtienen de esta fermentación?
Si hablamos de qué productos de fermentación se pueden obtener con la ayuda de los lactobacilos, podemos nombrar varias categorías principales.
- Productos lácteos fermentados (leche horneada fermentada, yogures, varenets, kéfir, requesón, crema agria, mantequilla, productos acidófilos y otros).
- Pienso tipo silo para animales de granja.
- Ácido láctico, que se utiliza en la fabricación de refrescos, aderezo de pieles y más.
- Panificación, producción de queso.
- Frutas y verduras enlatadas.
Todo esto demuestra la importancia de ciertos tipos de bacterias en la vida de las personas, sus actividades industriales.
