Fermentare - Biologie

Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?

Antibiotice din bacterii

Migrația celulară: funcția nou descoperită a unei proteine cunoscute

Busolă moleculară pentru alinierea celulelor

Ceea ce face ca frunzele să îmbătrânească toamna

Democrația bibilicilor vultur

Mediul lui Ekembo: Oamenii au trăit și în peisaje deschise

| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor

Soiul de grâu a fost creat prin traversarea ierburilor sălbatice

Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?

fermentaţie

fermentaţie sau Fermentaţie (Latin fermentum În biologie, fermentația se referă la conversia enzimatică a substanțelor organice. Fermentarea este folosită în mod deliberat în biotehnologie. Acest lucru se face fie prin adăugarea enzimelor necesare, fie prin adăugarea de culturi de celule bacteriene, fungice sau de altă natură biologică, care efectuează fermentarea ca parte a metabolismului lor catalizat de enzime. Unele dintre aceste microorganisme sunt deja prezente în mod natural pe materiile prime, de exemplu în timpul fermentării spontane. Cu toate acestea, culturile celulare de rasă pură sunt adăugate în fermentația industrială pentru a controla mai bine fermentația și pentru a putea exclude subprodusele nedorite.

definiție

Inițial a fost cu fermentaţie denotă o reacție biotică în absența aerului („fermentation, c’est la vie sans l’air” (Pasteur)). Astăzi fermentația include orice bioreacție tehnică. Produsele medicale, de exemplu insulina, acidul hialuronic, streptokinaza și un număr mare de antibiotice, de exemplu penicilina, pot fi sintetizate la scară industrială în bioreactoare cu ajutorul microorganismelor. Microorganismele sunt - dacă este necesar după modificarea genetică - capabile să formeze substanțe greu de produs chimic. Dispozitivele și bioreactoarele pentru fermentare se numesc fermentatoare.

Fermentarea este o parte a fermentației și are loc exclusiv anaerob, adică fără oxigen. Fermentarea este adesea folosită ca sinonim pentru fermentare. Acesta din urmă include totuși atât procese aerobe, cât și procese enzimatice microbiene sau autolitice complet diferite, cum ar fi maturarea matjelor. Procesele aerobe, cum ar fi fermentarea acidului acetic, sunt numite în mod corespunzător fermentare oxidativă desemnat.

Domenii de aplicare

Fermentarea în producția de alimente și produse alimentare de lux

În producția de alimente, fermentația joacă un rol central în producția și conservarea alimentelor, cum ar fi producerea de varză murată, gimchi, tsukemono, miso sau natto. În plus, aromele se dezvoltă, ca în sosul de soia și băuturile fermentate, sau taninurile sunt descompuse în ceai, cacao, cafea, marijuana și tutun. Alte procese includ producția de produse lactate, cum ar fi brânza sau iaurtul, producția de tofu sau cârnați crudi (de exemplu, salam) și, în cele din urmă, producția de băuturi alcoolice, cum ar fi bere, vin, whisky și tequila.

Producția de produse lactate și legume lactofermentate

O serie de alimente sunt preparate direct prin fermentarea acidului lactic. Aceasta include în principal produsele din lapte acru, cum ar fi laptele acru, iaurtul, chefirul și laptele de unt. Acestea se realizează prin inocularea laptelui pasteurizat cu culturi inițiale de bacterii lactice. Alte produse includ legume lactofermentate, cum ar fi varza murată, borș sau gimchi, precum și aluatul și produsele corespunzătoare pentru aluatul acru. Silozurile, furaje proaspete făcute durabile prin fermentare, se bazează pe fermentarea acidului lactic. [1]

Fermentarea frunzelor de ceai

În limbajul mai vechi al ceaiului, fermentarea ceaiului însemna descompunerea și oxidarea frunzelor de ceai într-un mediu umed. Aceasta nu este o adevărată fermentare, deoarece acest proces are loc fără microorganisme. Tehnologia ceaiului de astăzi vorbește din ce în ce mai corect despre oxidare, de asemenea, pentru a asigura o diferențiere de fermentația microbiană reală în ceaiurile Pu-Erh.

Pentru a face acest lucru, frunzele de ceai sunt stoarse de role și celulele plantei sunt parțial distruse. Enzimele (în special fenol oxidazele) și alte ingrediente ale plantei de ceai (în special polifenolii), care sunt separate în celula intactă, se reunesc și polifenolii de culoare închisă și substanțele aromatice reacționează cu oxigenul. Procesul durează aproximativ trei ore. Spre deosebire de ceaiul negru, ceaiul oolong este fermentat doar pentru scurt timp, iar ceaiul verde nu este deloc fermentat. [2]

Fermentarea tutunului brut

Fermentarea tutunului este un proces de fermentare cu ajutorul căruia un tutun gata de utilizare este produs din tutun crud uscat. Conținutul de nicotină este redus și compușii proteici ai frunzei, care ar masca aroma caracteristică a soiurilor individuale atunci când sunt afumați, sunt defalcați.

După ce lotul respectiv de tutun a fost pus împreună (cel puțin 1000 de kilograme), procesul de fermentare începe de la sine sau este pus în mișcare prin furnizarea de căldură. Temperatura ideală a procesului este cuprinsă între 50 ° C și 60 ° C, temperaturile mai ridicate afectând calitatea tutunului. În fermentația naturală, stivele de tutun sunt rearanjate de patru până la cinci ori, de la marginea stivei până la mijlocul stivei și invers. Durează patru până la șase luni pentru ca toate frunzele să fermenteze uniform.

Fermentarea tehnică

Domeniul principal de aplicare a fermentației este biotehnologia tehnică pentru producerea diferitelor fermentaţieproduse. Produsele variază de la bioetanol la aminoacizi, acizi organici precum acidul lactic, acidul citric și acidul acetic, până la enzime precum fitaza, antibioticele și alte produse farmaceutice până la biomonomeri și polimeri precum polihidroxialcanoații. Astfel de produse tehnice sunt PHA sau acid polihidroxibutiric, PHB. Bioetanolul tehnic, utilizat ca biocombustibil, este în prezent principalul produs al industriei de fermentație alături de producția de bere și drojdie, precum și biogaz.

Materiile prime sunt în principal substraturi de amidon și zaharoză destinate producerii de bacterii sau ciuperci. În Brazilia, bioetanolul se obține în principal din trestie de zahăr pe bază de zahăr, în timp ce porumbul este principala materie primă din SUA. Potrivit industriei germane de bioetanol, aproape două treimi din bioetanol în Germania se obține din plante amidon, în special din grâu. [3] Producția se desfășoară de obicei independent de substrat, astfel încât în aproape toate procesele de fermentație pot fi utilizate atât amidonul, zaharoza, cât și alte produse zaharoase, în special siropul și melasa). Celuloza, ca principală componentă a lemnului, este un polimer de zahăr care este discutat ca un substrat alternativ pentru aplicații viitoare, în special pentru etanolul celulozic și pentru utilizare în biorefinării.

Producția de biogaz

Producția de biogaz prin fermentarea biomasei în plantele de biogaz este, de asemenea, un proces de fermentare. Acest produs este utilizat pentru a genera bioenergie. Cu ajutorul bacteriilor, se produce un amestec gazos cu principalele componente metan (CH4) și dioxid de carbon (CO2), precum și urme de azot (N2), oxigen (O2), hidrogen sulfurat (H2S), hidrogen (H2) și amoniac (NH3) într-un proces de fermentare anaerobă. produs. De cele mai multe ori, tratamentul cu biogaz este utilizat pentru curățare. Proporția de metan produsă în timpul fermentării este importantă pentru biogaz, deoarece arderea acestuia eliberează cea mai mare parte a energiei.

Gazele de depozitare și gazele de canalizare sunt, de asemenea, produse în timpul descompunerii anaerobe a materialului organic, cunoscut sub numele de fermentație sau digestie. Aceste gaze sunt uneori grupate sub denumirile de digestor sau biogaz.

Bioreactoare

Microorganismele în special pot fi cultivate în așa-numiții bioreactori sau fermentatori. Acestea sunt recipiente în care condițiile de reacție sunt controlate și optimizate. În acest fel, organismele cultivate produc substanțele dorite în condiții optime sau în concentrații mai mari. Diverși parametri, cum ar fi valoarea pH-ului, temperatura, alimentarea cu oxigen, alimentarea cu azot, conținutul de glucoză sau setările agitatorului pot fi reglate în reactoare.

Deoarece organismele care pot fi utilizate au cerințe foarte diferite, sunt disponibile o mare varietate de tipuri de fermentatoare:

Reactoare cu rezervor agitate
Reactoare cu buclă
Reactoare de transport aerian
Fotobioreactoare pentru cultivarea algelor și plantelor