Ang mga nabubuhay na organismo ay nagsasagawa ng iba't ibang proseso ng metabolismo upang makakuha ng enerhiya. Ang nakikitang resulta ng mga prosesong ito ay ang transpormasyon , na binibigyang kahulugan bilang pagbabago sa mga kondisyon at katangian ng mga compound. Tiyak na naobserbahan mo na ang prosesong ito sa maraming bagay sa iyong paligid, bagama't totoo na hindi lahat ng proseso ng pagkasira ay fermentative. Noong iniwan mo ang karton ng gatas sa labas ng refrigerator, ginawang maasim ng bacteria na lactobacillus ang iyong sariwang gatas. Siya nga pala, ang mga produkto ng reaksyong ito ay hindi laging hindi kanais-nais: ang baso ng alak na ininom mo sa hapunan ay nagmula sa fermentation ng grape juice.
Binabago ng fermentation ang mga asukal tungo sa mga produktong kabilang sa ethyl group (mga alkohol), at kadalasang sinasamahan ng pagbuo ng mga asido na nagbibigay ng katangiang "maasim" na organoleptic na lasa. Sa partikular na kaso ng lactic fermentation, ang mga asukal na ito ay pangunahing nababago sa lactic acid , na responsable para sa katangiang kaasiman ng maraming fermented na pagkain.
Mula sa pagbuburo hanggang sa pagbuburo ng lactic
Ang fermentation ay isang anaerobic chemical reaction (nangyayari nang walang oxygen) na isinasagawa ng mga mikroorganismo (bacteria at yeast). Ang siyentipikong si Louis Pasteur ang nag-ugnay sa prosesong ito ng degradasyon sa ilang pagkain sa aksyong mikrobyo. Sa paglipas ng panahon, ipinakita ng microbiology na ang uri ng fermentation (tinutukoy ng mga huling produkto) ay nakasalalay sa mikroorganismong kasangkot.
Ang lactic acid fermentation ay kinabibilangan ng lactic acid bacteria, kabilang ang mga uri ng Lactobacillus . Ang pangunahing produkto ng glucose breakdown ay lactic acid , at depende sa pathway, nalilikha rin ang carbon dioxide at iba pang secondary compounds tulad ng ethanol o organic acids.
Sa biokemikal na paraan, ang lactic acid bacteria ay nakakakuha ng enerhiya sa pamamagitan ng glycolysis . Ang nagresultang pyruvate ay nababawasan sa lactate o kombinasyon ng lactate at iba pang mga compound, na siyang nagpapanibago sa NAD+ na kinakailangan para magpatuloy ang glycolysis kahit walang oxygen.
Ang pangunahing mekanismo ng reaksyon sa lactic acid fermentation ay kinabibilangan ng magkakasunod na dehydrogenation ng mga organikong sangkap, kadalasang asukal; paminsan-minsan, maaaring lumahok ang iba pang mga reactant, tulad ng mga fatty acid. Para sa makasaysayang pagpapasimple, ang pangkalahatang fermentation ay kadalasang ibinubuod gamit ang equation:
Asukal = Alkohol + Carbon dioxide
Gayunpaman, ang mas kumpletong pagtingin sa lactic fermentation ay isinasaalang-alang ang pagbuo ng mga asido bilang karagdagan sa mga alkohol at CO2 :
Asukal → Alkohol + Carbon dioxide + Mga organikong asido (pangunahin na lactic acid)
Sa pagsasagawa, mayroong iba't ibang uri ng lactic fermentation depende sa mga produkto at metabolic pathway:
- Homolactic: Ang lactose o glucose ay halos eksklusibong nabubuwag sa iisang pangunahing produkto, ang lactic acidHalimbawa, ginagawa ito ng ilang uri ng Lactobacillus y Streptococcus kasangkot sa paggawa ng yogurt.
- Heterolactic: Mga produkto tulad ng lactic acid, ethanol y CO2at sa ilang mga kaso ay karagdagang mga organikong asido (hal., acetic acid). Depende sa landas, ang kaunting tubig ay maaari ring lumitaw bilang isang byproduct. Mga bakterya tulad ng Leuconostoc o ilang mga uri ng Lactobacillus Nagsasagawa sila ng heterolactic fermentations, na ginagamit sa pag-aatsara at mga kumplikadong fermentations.
Sa aspetong pang-andar, ang lactic acid bacteria ay hindi lamang gumagawa ng lactic acid: nakakabuo rin sila ng iba pang mga organic acid , exopolysaccharides, at mga aromatic compound na nagpapabago sa tekstura, lasa, at aroma ng mga fermented na pagkain, kaya naman laganap ang paggamit ng mga ito sa industriya ng pagkain.
Mga kondisyon na pabor sa lactic fermentation
Ang mga kondisyong pumapabor sa pag-unlad ng lactic fermentation ay may kaugnayan sa mga pangangailangang pisyolohikal ng bakteryang kasangkot. Ang pagkontrol sa mga salik na ito ay mahalaga kapwa sa industriya at sa pagluluto sa bahay.
Mga karaniwang kondisyon sa kapaligiran: Karaniwang sinasabi na ang mga kondisyon na malapit sa 25°C at 1 atm ay kanais-nais para sa maraming bakterya; sa pagsasagawa, depende sa uri, ang pinakamainam na saklaw ay nasa pagitan ng 25-40°C . Halimbawa, sa produksyon ng yogurt, ang timpla ay pinapanatili sa humigit-kumulang 35-40°C sa loob ng ilang oras upang ang bakterya ay makapagpabago ng lactose sa lactic acid. Kung ang temperatura ay masyadong mababa (hal., pagpapalamig sa 4°C), ang aktibidad ay bumabagal; kung ito ay masyadong mataas, ang bakterya ay maaaring mamatay at ang permentasyon ay titigil.
Presensya ng mga asukal at organikong sangkap: Gumagamit ang bakterya ng mga asukal na nabubulok (lactose sa gatas; mga simpleng asukal at mga derivatives ng starch sa mga gulay at butil). Sa mas simpleng salita, masasabi nating mahilig ang bakterya sa mga asukal.
Halumigmig: Maraming antibacterial na paggamot ang naglalayong limitahan ang halumigmig, dahil nagtataguyod ito ng permentasyon at iba pang paglaki ng mikrobyo. Ang isang produktong may napakababang nilalaman ng halumigmig ay hindi gaanong madaling kapitan ng pagkilos ng bakterya; ito ang dahilan kung bakit mas matatag ang mga sobrang tuyong karne o mga produktong dehydrated.
Sa mga kontroladong permentasyon, ang presensya o kawalan ng oksiheno ay maingat ding pinangangasiwaan . Bagama't maraming lactic acid bacteria ang tumatanggap ng oksiheno, ang permentasyon mismo ay pangunahing anaerobic: ang paglimita sa oksiheno ay pinapaboran ang fermentative pathway kaysa sa aerobic respiration.
Ang isa pang mahalagang salik ay ang pH . Habang umuusad ang fermentation, ibinababa ng lactic acid ang pH, na lumilikha ng isang kapaligirang kanais-nais para sa LAB at hindi kanais-nais para sa maraming pathogen, na nagpapaliwanag sa bisa nito bilang isang paraan ng pag-iimbak.
Lactobacillus, lactic acid bacteria at ang kanilang aksyon sa lactic fermentation
Ang genus na Lactobacillus ay bahagi ng isang mas malaking grupo na kilala bilang lactic acid bacteria (LAB). Sila ay Gram-positive, hugis-rod na bacteria; mas gusto nila ang anaerobic na kapaligiran , bagama't sa maraming pagkakataon ay tinitiis nila ang oxygen.
Kabilang sa mga LAB ang mga genera tulad ng Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Enterococcus, Leuconostoc at Pediococcus , na matatagpuan sa yogurt, kefir, keso, atsara at sourdough bread, bukod sa iba pang mga pagkaing fermented.
Kapag ang Lactobacillus ay nagferment ng lactose, ginagawa nito hindi lamang upang makakuha ng mga sustansya kundi dahil mas gusto nito ang mga acidic na kapaligiran. Ang katangiang ito ay ginagamit para sa pag-iimbak ng pagkain , dahil ang isang acidic na kapaligiran ay naglilimita sa paglaki ng maraming pathogenic bacteria.
Ilan sa mga uri ng hayop na sangkot ay:
- Lactobacillus bulgaricus (kasalukuyang itinuturing na bahagi ng complex) Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus), malawakang ginagamit sa tradisyonal na yogurt.
- Ang Lactobacillus casei, karaniwan sa mga fermented milk at ilang keso, na may potensyal probiotic.
- Ang Lactobacillus delbrueckii, na kasangkot sa mga lactic fermentation at sa industriyal na produksyon ng lactic acid.
- Ang Lactobacillus leichmannii, na makikita sa mga partikular na permentasyon at sa mga pag-aaral ng metabolismo.
Itinataguyod ng mga doktor at nutrisyonista ang pagkonsumo ng mga produktong naglalaman ng lactic acid bacteria (LAB) dahil maaari itong makinabang sa gut flora , na tumutulong sa pagbabagong-buhay at balanse nito. Maraming brand ang nagpapahiwatig ng presensya ng probiotics sa kanilang mga label. Ang mga bacteria na ito ay nagsasagawa ng isang uri ng "predigestion" ng mga asukal at protina, na ginagawang mas madaling matunaw at mas mahusay na tiisin ang pagkain ng mga taong may lactose sensitivity.
Gayunpaman, maraming komersyal na produktong gawa sa gatas ang sumasailalim sa mga proseso ng init (pasteurization o iba pa) na nagbabawas o nag-aalis ng mga buhay na flora: ang kemikal na komposisyon (lactic acid, tekstura at lasa) ay maaaring mapanatili, ngunit ang probiotic effect na nauugnay sa mga buhay na bacteria ay bumababa o nawawala.
Pagbuburo ng lactic sa katawan ng tao: pananakit ng kalamnan at kalamnan
Ang lactic acid fermentation ay hindi lamang para sa bacteria. Gumagamit din ang ating mga selula ng kalamnan ng lactic acid pathway kapag ang pangangailangan sa enerhiya ay lumampas sa suplay ng oxygen.
Sa panahon ng matinding pag-eehersisyo , ang kalamnan ay kumukuha ng enerhiya sa pamamagitan ng glycolysis; kung kulang ang oxygen, ang pyruvate ay nagiging lactate , na siyang muling bumubuo ng NAD + upang ang glycolysis ay magpatuloy:
Piruvat + NADH + H + → Laktat + NAD +
Ang prosesong ito ay nangyayari sa cytoplasm at nagpapahintulot sa produksyon ng ATP na magpatuloy sa ilalim ng mga kondisyong mababa ang oksiheno. Ang akumulasyon ng lactate at ang pagbaba ng pH ay nakakatulong sa pakiramdam ng pagkapagod at agarang pananakit ng kalamnan; gayunpaman, ang delayed onset muscle soreness (DOMS) ay mas nauugnay sa mga micro-tears sa mga hibla ng kalamnan. Kapag bumuti ang suplay ng oxygen, ang lactate ay maaaring madala sa ibang mga tisyu (halimbawa, ang atay) at ibalik sa tisyu ng kalamnan para sa metabolismo.
Fermentasyon ng lactose sa pagpapanatili at pagpapabuti ng pagkain
Ang permentasyon ay isang sinaunang pamamaraan, na binuo dahil sa pangangailangang baguhin ang pagkain upang ito ay tumagal nang mas matagal at maiwasan ang mga impeksyon sa tiyan noong panahon bago pa man magkaroon ng mga antibiotic. Iba't ibang kultura ang bumuo ng mga pamamaraan ng permentasyon (halimbawa, sa Asya na may mga gulay, butil, at soybeans) nang hindi lubos na nauunawaan ang mga mekanismong kasangkot.
Itinatag ni Louis Pasteur ang siyentipikong batayan para sa mga reaksyong ito, na nagbukas ng daan para sa mga pamamaraan ng pagpreserba. Alam natin ngayon na ang lactic fermentation ay hindi lamang nagpapanatili ng pagkain , kundi maaari ring mapabuti ang tekstura, lasa, aroma, at nutritional value nito .
Sa industriya, ang lactic fermentation ay nagbibigay-daan sa:
- Pagbutihin ang tekstura ng mga produktong tulad ng yogurt, na iniiwasan ang labis na paggamit ng mga pampalapot. Ang ilang uri ng mga ito ay gumagawa ng mga exopolysaccharide na natural na lumilikha ng isang creamy at matatag na tekstura.
- Pagandahin ang lasa at aroma sa mga keso at iba pang fermented na pagkain sa pamamagitan ng mga aromatic compound na nagmula sa metabolismo ng mga protina, asukal at lipid.
- Bawasan ang mga hindi kanais-nais na bahagi tulad ng lactose, na nakakabawas sa discomfort sa pagtunaw sa mga taong may intolerance.
Ang mga halimbawa ng mga kapansin-pansing lactic fermentation ay kinabibilangan ng:
- Paggamot ng gatas: Ang mga BAL ay kumukuha ng enerhiya mula sa lactosepag-asido sa gatas. gatas na pinakuluan Ito ay resulta ng presipitasyon ng mga protina (casein) kapag bumababa ang pH; mula rito, nagagawa ang mga yogurt, keso, kefir at iba pang mga produkto.
- Pagbuburo ng gulay: Ang asin ay ginagamit upang pigilan ang mga pathogen; kapag ginamit nang maayos, pumipili ang asin ng mga lumalaban sa LAB at nagpapadali sa pag-aatsara tulad ng sauerkraut, atsara at kimchiKung labis na gagamitin, maaari rin nitong limitahan ang pag-unlad ng Lactobacillus.
- Fermentation sa mga karne: Sa mga fermented sausage at cured meats, ang fermentation ay nakakaapekto sa glycogen (o mga asukal na naroroon) na binabago ito tungo sa lactic acid, na nakakatulong sa preserbasyon, lasa at kulay.
Ang lactic fermentation ay inilalapat din sa mga substrate tulad ng mucilage ng kape . Ang lactic acid bacteria (LAB) na nasa pulp (hal., Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L. acidophilus ) ay kumukonsumo ng asukal mula sa prutas at gumagawa ng lactic acid, alcohol, acetic acid, at CO2 . Sa pamamagitan ng pagkontrol sa temperatura, pH, oxygen, at oras, nakakamit ang mga kape na may kaaya-ayang acidity profile, tamis, at masalimuot na aroma , mga katangiang pinahahalagahan sa mga specialty coffee.
Sa buod, ang lactic fermentation ay nagpapaasido, nagpapanatili, at nagpapabuti sa mga katangiang pandama at, sa maraming pagkakataon, sa nutritional value at digestibility ng pagkain. Ito ay nagsisilbing tulay sa pagitan ng produksyon ng enerhiya at ng malalim na pagbabago ng ating kinakain, na nagbibigay ng kaligtasan, lasa, at isang kumplikadong interaksyon sa kalusugan ng ating bituka na patuloy na pinag-aaralan.