Fermentácia - biológia

Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?

Antibiotiká z baktérií

Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu

Molekulárny kompas na zarovnanie buniek

Čo robí listy na jeseň starnúcimi

Demokracia perličiek

Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine

| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat

Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv

Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?

kvasenie

aeróbne procesy

kvasenie alebo Kvasenie (Latinsky fermentum V biológii sa fermentácia týka enzymatickej premeny organických látok. Fermentácia sa zámerne používa v biotechnológiách. To sa deje buď pridaním požadovaných enzýmov, alebo pridaním bakteriálnych, plesňových alebo iných biologických bunkových kultúr, ktoré vykonávajú fermentáciu ako súčasť svojho enzýmom katalyzovaného metabolizmu. Niektoré z týchto mikroorganizmov sú už v surovinách prirodzene prítomné, napríklad počas spontánnej fermentácie. Napriek tomu sa čistokrvné bunkové kultúry pridávajú do priemyselnej fermentácie, aby sa lepšie kontrolovala fermentácia a aby sa vylúčili nežiaduce vedľajšie produkty.

definícia

Pôvodne to bolo s kvasenie označuje biotickú reakciu za neprítomnosti vzduchu („fermentácia, c’est la vie sans l’air“ (Pasteur)). Dnešné kvasenie zahŕňa akúkoľvek technickú bioreaktúru. Lekárske výrobky, napríklad inzulín, kyselina hyalurónová, streptokináza a veľké množstvo antibiotík, napríklad penicilín, je možné syntetizovať v priemyselnom meradle v bioreaktoroch pomocou mikroorganizmov. Mikroorganizmy sú - ak je to potrebné po genetickej modifikácii - schopné vytvárať látky, ktoré sa chemicky ťažko vyrábajú. Zariadenia a bioreaktory na fermentáciu sa nazývajú fermentory.

Fermentácia je súčasťou fermentácie a prebieha výlučne anaeróbne, teda bez obsahu kyslíka. Fermentácia sa často používa ako synonymum pre fermentáciu. Posledne uvedené však zahrnuje tak aeróbne procesy, ako aj úplne odlišné mikrobiálne alebo autolytické enzymatické procesy, ako je matjesové zrenie. Podľa toho sa nazývajú aj aeróbne procesy, ako napríklad fermentácia kyselinou octovou oxidačné kvasenie určený.

Oblasti použitia

Fermentácia pri výrobe potravín a luxusných potravín

Pri výrobe potravín zohráva fermentácia ústrednú úlohu pri výrobe a konzervovaní potravín, ako je napríklad produkcia kyslej kapusty, gimchi, tsukemono, miso alebo natto. Okrem toho sa rozvíjajú arómy, ako napríklad v sójovej omáčke a fermentovaných nápojoch, alebo sa triesloviny rozkladajú v čaji, kakau, káve, marihuane a tabaku. Medzi ďalšie procesy patrí výroba mliečnych výrobkov, ako sú syry alebo jogurty, výroba tofu alebo surovej klobásy (napríklad salámy) a nakoniec výroba alkoholických nápojov, ako je pivo, víno, whisky a tequila.

Výroba mliečnych výrobkov a laktofermentovanej zeleniny

Mnoho potravín sa vyrába priamo fermentáciou kyseliny mliečnej. Patria sem hlavne kyslomliečne výrobky ako kyslé mlieko, jogurt, kefír a cmar. Vyrábajú sa naočkovaním pasterizovaného mlieka štartovacími kultúrami mliečnych baktérií. Medzi ďalšie výrobky patrí laktofermentovaná zelenina, ako je kyslá kapusta, boršč alebo gimchi, ako aj kysnuté cesto a zodpovedajúce výrobky z neho. Siláže, čerstvé krmivo vyrobené trvanlivým spôsobom fermentácie, je založené na fermentácii kyselinou mliečnou. [1]

Kvasenie čajových lístkov

V staršom jazyku čaju znamenala fermentácia čaju štiepenie a oxidáciu čajových lístkov vo vlhkom prostredí. Nejde o skutočnú fermentáciu, pretože tento proces prebieha bez mikroorganizmov. Dnešná čajová technológia hovorí čoraz správnejšie o oxidácii, aby sa tiež zabezpečilo odlíšenie od skutočnej mikrobiálnej fermentácie v čajoch Pu-Erh.

Za týmto účelom sú čajové lístky vytlačené valcovaním a rastlinné bunky sú čiastočne zničené. Enzýmy oddelené v intaktnej bunke (najmä fenol oxidázy) a ďalšie zložky čajovníka (najmä polyfenoly) sa spájajú a tmavo sfarbené polyfenoly a aromatické látky reagujú s kyslíkom. Proces trvá asi tri hodiny. Na rozdiel od čierneho čaju je čaj oolong fermentovaný iba krátko a zelený čaj nefermentuje vôbec. [2]

Fermentácia surového tabaku

Fermentácia tabaku je fermentačný proces, pri ktorom sa zo sušeného surového tabaku vyrába tabak na priame použitie. Znižuje sa obsah nikotínu a rozkladajú sa vlastné bielkovinové zlúčeniny listu, ktoré by pri údení zakryli charakteristickú arómu jednotlivých odrôd.

Po zhromaždení príslušnej dávky tabaku (najmenej 1 000 kilogramov) sa fermentačný proces začne sám alebo sa uvedie do pohybu dodávkou tepla. Ideálna teplota procesu je medzi 50 ° C a 60 ° C, vyššie teploty poškodzujú kvalitu tabaku. Pri prirodzenej fermentácii sú stohy tabaku preskupené štyrikrát až päťkrát, od okraja stohu po stred stohu a naopak. Trvá štyri až šesť mesiacov, kým všetky listy rovnomerne kvasia.

Technické kvasenie

Hlavnou oblasťou použitia fermentácie je technická biotechnológia na výrobu rôznych kvasenieProdukty. Výrobky siahajú od bioetanolu po aminokyseliny, organické kyseliny, ako je kyselina mliečna, kyselina citrónová a kyselina octová, cez enzýmy, ako je fytáza, antibiotiká a ďalšie farmaceutické výrobky, až po biomonoméry a polyméry, ako sú polyhydroxyalkanoáty. Takýmito technickými výrobkami sú PHA alebo kyselina polyhydroxymaslová, PHB. Technický bioetanol na použitie ako biopalivo je v súčasnosti popri produkcii piva a kvasníc, ako aj bioplynu hlavným produktom fermentačného priemyslu.

Suroviny sú hlavne škrob a sacharózové substráty určené na výrobu baktériami alebo hubami. V Brazílii sa bioetanol získava hlavne z cukrovej trstiny na báze cukru, zatiaľ čo kukurica je hlavnou surovinou v USA. Podľa nemeckého odvetvia bioetanolu sa takmer dve tretiny bioetanolu v Nemecku získavajú zo škrobovitých rastlín, najmä z pšenice. [3] Výroba zvyčajne prebieha nezávisle na substráte, takže takmer vo všetkých fermentačných procesoch je možné použiť škrob aj sacharózu a rôzne ďalšie sladké výrobky, najmä sirup a melasa). Celulóza ako hlavná zložka dreva je tiež cukrovým polymérom, o ktorom sa diskutuje ako o alternatívnom substráte pre budúce použitie, najmä pre celulózový etanol a pre použitie v biorafinériách.

Výroba bioplynu

Výroba bioplynu fermentáciou biomasy v zariadeniach na výrobu bioplynu je tiež fermentačným procesom. Tento produkt sa používa na výrobu bioenergie. Pomocou baktérií sa v procese anaeróbnej fermentácie vyrába plynná zmes s hlavnými zložkami metán (CH4) a oxid uhličitý (CO2), ako aj so stopami dusíka (N2), kyslíka (O2), sírovodíka (H2S), vodíka (H2) a amoniaku (NH3). vyrobené. Väčšinou sa čistí pomocou úpravy bioplynom. Podiel metánu produkovaného počas fermentácie je dôležitý pre bioplyn, pretože jeho spaľovaním sa uvoľňuje väčšina energie.

Skládkový plyn a splaškový plyn sa tiež vyrábajú pri anaeróbnom rozklade organického materiálu, ktorý sa nazýva fermentácia alebo digescia. Tieto plyny sa niekedy zhrňujú pod názvami digestorový plyn alebo bioplyn.

Bioreaktory

Najmä mikroorganizmy je možné kultivovať v takzvaných bioreaktoroch alebo fermentoroch. Jedná sa o nádoby, v ktorých sú kontrolované a optimalizované reakčné podmienky. Takto kultivované organizmy produkujú požadované látky za optimálnych podmienok alebo vo vyšších koncentráciách. V reaktoroch je možné regulovať rôzne parametre, ako je hodnota pH, teplota, prívod kyslíka, prívod dusíka, obsah glukózy alebo nastavenie miešadla.

Pretože organizmy, ktoré sa dajú použiť, majú veľmi odlišné požiadavky, je k dispozícii široká škála typov fermentorov:

  • Miešané tankové reaktory
  • Slučkové reaktory
  • Vzduchotlakové reaktory
  • Fotobioreaktory na kultiváciu rias a rastlín