Fermentacja kwasu mlekowego

Fermentacja mlekowa znajduje zastosowanie w produkcji kwaśnych napojów z mleka oraz serwatki. Są to m.in. jogurt, zsiadłe mleko oraz kefir. Wymienione produkty zawierają do 2,5% kwasu mlekowego. Proces fermentacji kwasu mlekowego wykorzystuje się także do kiszenia ogórków, kiszenia kapusty, przygotowania ciasta chlebowego z mąki żytniej oraz ukwaszania śmietany przed jej zmaślaniem. Ponadto ten typ fermentacji stosuje się również w przemyśle mięsnym, w wyrobie takich produktów jak metka i salami.

Mikroorganizmem najczęściej wykorzystywanym w procesie fermentacji mleczanowej jest ciepłolubna pałeczka mlekowa z gatunku Lactobacillus delbrucki. Bakterie mlekowe przeważnie należą do bakterii Gram dodatnich. Nie wykazują ruchliwości oraz nie przetrwalnikują. Charakteryzują się kulistym bądź wydłużonym kształtem. Bakterie fermentacji mlekowej możemy podzielić na:

1. bakterie homofermentacyjne – są to drobnoustroje, które z cukrów prostych wytwarzają czysty kwas mlekowy; do tej grupy należą bakterie z rodzajów Lactococcus i Lactobacillus.

2. bakterie heterofermentacyjne – są to mikroorganizmy, które oprócz kwasu mlekowego produkują także dodatkowe substancje, np. kwas octowy, etanol, dwutlenek węgla. Zdolnością do przeprowadzania procesu heterofermentacji cechują się bakterie z rodzajów Leuconostoc i Lactobacillus.

Wyżej opisane odmiany bakterii mogą współpracować ze sobą. Przykładem takiego procesu może być produkcja kefiru. Dzięki jednoczesnemu przeprowadzeniu procesów homo- i heterofermentacji, produkt zyskuje dodatkowe cechy smakowe jak i zapachowe.

Istnieją dwie izoformy kwasu mlekowego: kwas L(+) mlekowy i kwas D(-) mlekowy. Niektóre bakterie prowadzące proces fermentacji mlekowej wykazują zdolność do produkcji kwasu D,L-mlekowego (jest to kwas racemiczny). Pozostałe bakterie fermentacji mlekowej produkują tylko kwas D-mlekowy albo L-mlekowy.

Fermentacja mlekowa, podobnie jak fermentacja alkoholowa, wywodzi się z procesu glikolizy. Jedyną różnicą między fermentacją mlekową i alkoholową jest to, że w procesie fermentacji mlekowej nie zachodzi dekarboksylacja. Ostatnim etapem tego procesu jest uwodornienie pirogronianu pod wpływem NADH+H⁺, w wyniku czego powstaje kwas mlekowy i NAD.

Ryc.1. Schemat fermentacji mlekowej (Licencja Creative Commons, autor: Krzysztof Pado)

Fermentacja octowa

Na proces fermentacji octowej składa się proces fermentacji alkoholowej + utlenienie etanolu do kwasu octowego.

Proces ten zachodzi przy udziale bakterii octowych z rodzaju Acetobacter. Do procesu fermentacji octowej wykorzystuje się takie gatunki bakterii jak Acetbacter aceti oraz Acetobacter orleanense (są to tlenowe, krótkie, nieruchliwe pałeczki). Utlenianie alkoholu etylowego przebiega w dwóch etapach. Najpierw powstaje aldehyd octowy, który następnie zostaje utleniony do kwasu octowego. Jest to reakcja egzotermiczna, w wyniku której zostaje wydzielona znaczna ilość ciepła (ok. 480 kJ/mol). Po wyczerpaniu się zasobów etanolu, jako substratu do produkcji kwasu octowego, bakterie octowe są w stanie dalej przeprowadzać proces utleniania. Jednak w tym wypadku utleniony zostanie kwas octowy do CO₂ i H₂O. Wystąpienie tej reakcji powoduje znaczne straty w produkcji octu.

CH₃COOH+2O₂→2CO₂+2H₂O

Fermentację octową prowadzi się w celu wytworzenia kwasu octowego, stanowiącego bazę do produkcji octu. Ocet uzyskuje się poprzez rozcieńczenie kwasu octowego, tak aby otrzymać roztwór od 3,5% do 10%. Proces fermentacji octowej można prowadzić różnymi metodami. Jedną z nich jest metoda wykorzystująca stojaki octownicze. Są to wysokie kazdzie, które wypełnione są wiórami z drewna bukowego. Wióry te są miejscem, na którym namnażają się bakterie octowe. Dzięki temu, iż zajmują one dużą powierzchnię oraz zagwarantowany jest obfity dostęp powietrza, zacier, który jest przetaczany przez kadź, jest stopniowo zamieniany w kwas octowy. Przez ponowną recyrkulację zacieru możliwa jest prawie całkowita przemiana alkoholu etylowego w kwas octowy. Jest to dosyć stara metoda. W nowoczesnych zakładach produkujących kwas octowy stosuje się tzw. „generatory”, w których następuje wielokrotna recyrkulacja zacieru oraz mechaniczny ciąg powietrza.

Justyna Barys

Źródło:

E. Pijanowski, M. Dłużewski, A. Dłużewska, A. Jarczyk.: Procesy fermentacyjne. W: Ogólna technologia żywności. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo–Techniczne, 2004, s. 270-280