ферментация

Бродильные чаны для производства пива - биореакторы.

Ферментация или ферментации (от латинского fermentatio , из fermentare , «брожение, отек», от fermentum «рыхление земли, поднимает настроение, ферментации ; ферментация вещества , закваска ») описывает микробный или ферментативное превращение органических веществ в кислоту в биологии и биотехнологии , Газы или алкоголь . Ферментация сознательно используется в биотехнологии как преобразование органического вещества вне живых организмов. Это делается либо путем добавления бактериальных , грибковых или других биологических культур клеток, либо путем добавления ферментов (ферментов), которые осуществляют ферментацию как часть их катализируемого ферментами метаболизма. Некоторые из этих микроорганизмов уже естественным образом присутствуют в сырье, например, во время спонтанной ферментации . Тем не менее, чистопородные клеточные культуры добавляют при промышленной ферментации, чтобы лучше контролировать ферментацию и исключить нежелательные побочные продукты.

определение

Первоначально с брожением , брожение при воздушной изоляции называют. Луи Пастер придумал выражение « ферментация», c'est la vie sans l'air , «Ферментация - это жизнь без воздуха» .

Сегодня ферментация в биотехнологии включает в себя любое микробное или ферментативное преобразование органических веществ, в том числе веществ с подачей кислорода.

Примеры видов брожения:

• Анаэробная ферментация как метаболизм биотической энергии без включения кислорода.
• Аэробные процессы, такие как ферментация уксусной кислоты , также известны как окислительная ферментация .
• Другие изменения в биотическом сырье из-за микробных или автолитических ферментативных процессов, в которых кислород не исключен или полностью исключен. Например, используется для ферментации листьев табака для копчения табака , ферментации стручков какао (включая его семена) для производства какао-порошка и шоколада, а также для созревания молоди сельди .
• В биотехнологии в целом - контролируемое производство биотических продуктов метаболизма с включением кислорода или без него .
• Погружное брожение - это термин, используемый для процессов в жидкостях и дисперсиях .

Ферментация не используется в более широком смысле во всех научных дисциплинах, как сегодня в биотехнологии. В биохимии и метаболомике термин «ферментация» продолжает относиться только к анаэробному процессу, также на английском языке. Чтобы избежать путаницы в немецком языке, иногда используется термин выращивание .

Энзимологии является полевое исследование ферментации.

Реакторы также известны как ферментеры. Различные медицинские продукты, такие как инсулин , гиалуроновая кислота , стрептокиназа и большое количество антибиотиков , например пенициллин, могут быть синтезированы в промышленных масштабах в биореакторах , частично с помощью микроорганизмов , частично с помощью клеточных культур (в основном суспензионных клеток ). Микроорганизмы способны - при необходимости после генетической модификации - образовывать вещества, которые трудно производить химическим путем.

Области применения

Ферментация в пищевых продуктах и ​​производстве роскошных продуктов питания

Утолщается при приготовлении сыра

В производстве продуктов питания ферментация играет центральную роль в производстве и сохранении продуктов питания, таких как производство квашеной капусты , кимчи , цукемоно , мисо , натто , темпе или онтжома . Кроме того, развиваются ароматы , поскольку в соевом соусе и ферментированных напитках танины расщепляются, как в чае , какао , кофе и табаке . Другие процессы включают производство молочных продуктов, таких как сыр или йогурт , производство сырой колбасы ( например, салями ) и, в конечном итоге, производство алкогольных напитков, таких как пиво , вино или виски .

Производство молочных продуктов и лактоферментированных овощей

Йогурт и другие кисломолочные продукты основаны на кисломолочной ферментации.

Некоторые продукты производятся непосредственно путем молочнокислого брожения. В основном это кисломолочные продукты, такие как простокваша, йогурт, кефир и пахта . Их получают путем инокуляции пастеризованного молока заквасочными культурами молочнокислых бактерий. Традиционно эти продукты изготавливались из сырого молока, в результате чего молочнокислые бактерии оседали в воздухе и естественным образом воспроизводились, тем самым начав брожение. Сегодня это производство не играет роли из-за того, что требуются большие количества. Правовая ситуация в Германии, которая запрещает продажу сырого молока перерабатывающим компаниям, также вносит решающий вклад в это. Из-за современного способа кормления коров более вероятна неправильная ферментация молока. Вот почему, например, для многих швейцарских сырых молочных продуктов, которые ценятся гурманами, существуют строгие правила в отношении в основном естественного кормления пастбищами и сена зимой, что предназначено для предотвращения неправильной ферментации молока для производства сырых молочных продуктов. . Поскольку количество бактерий, которые могут оседать из воздуха, больше, чем в указанных дозах при массовом производстве, существуют различия в процессе ферментации и, как следствие, в разнообразии вкусов. Другие продукты включают лактоферментированные овощи, такие как квашеная капуста , соленые огурцы , цукемоно , ца цай , торши или кимчи, а также закваски и соответствующие продукты из закваски. Силос, свежий корм, полученный благодаря ферментации, основан на молочнокислом брожении.

Ферментация чайных листьев

Чайные листья сжимаются скручиванием, и растительные клетки частично разрушаются. В промышленном производстве в основном используется процесс раздавливания, отрыва и скручивания . Ферменты, разделенные в неповрежденной клетке (особенно фенолоксидазы ), и другие ингредиенты чайного растения (особенно полифенолы ) объединяются и вступают в реакцию с кислородом. Вот где возникают темные полифенолы и ароматические вещества. Процесс занимает около трех часов. В отличие от черного чая , чай улун ферментируется недолго, а зеленый чай не ферментируется.

Ферментация сырого табака

Ферментация табака - это процесс ферментации, при котором из высушенного сырого табака получают готовый к употреблению табак. Содержание никотина снижается, а собственные белковые соединения листа, которые при копчении маскируют характерный аромат отдельных сортов, расщепляются.

После того, как соответствующая партия табака была собрана (не менее 1000 кг), процесс ферментации начинается сам по себе или приводится в движение подачей тепла. Идеальная температура процесса составляет от 50 ° C до 60 ° C, более высокие температуры ухудшают качество табака. При естественной ферментации табачные стопки переставляют четыре-пять раз, от края стопки к середине стопки и наоборот. Для равномерного брожения всех листьев требуется от четырех до шести месяцев.

Производство лактоферментированной рыбы

Рыба тоже ферментируется. примеры

• Фуназуси - японская ферментированная самка Нигоро-Буна ( карась )
• kæst skata - исландский ферментированный скат
• Hákarl - исландская ферментированная гренландская акула
• Surstromming - Шведская, хранимая, соленая и ферментированная рыба
• Pla Raa - тайская, хранимая, соленая и ферментированная рыба

Ферментация марихуаны

Кроме того, марихуана обычно ферментируется для получения удовольствия от курения из-за улучшенного вкуса, меньшего раздражения горла и более высокого содержания THC, улучшающего содержание.

Техническое брожение

Завод по производству биоэтанола в Берлингтоне , штат Айова.

Основная область применения ферментации - техническая биотехнология для производства различных продуктов ферментации . Продукция варьируется от биоэтанола до аминокислот , органических кислот, таких как молочная кислота , лимонная кислота и уксусная кислота , до ферментов, таких как фитаза , антибиотики и другие фармацевтические продукты, до биомономеров и полимеров, таких как полигидроксиалканоаты . Такими техническими продуктами являются полигидроксиалканоаты или полигидроксимасляная кислота (ПОБ). Технический биоэтанол, используемый в качестве биотоплива , в настоящее время является основным продуктом ферментационной промышленности наряду с производством пива и дрожжей, а также биогазом .

Сырье - это в основном субстрат из крахмала и сахарозы для производства бактерий или грибов . В Бразилии биоэтанол в основном получают из сахарного тростника на основе сахара , в то время как кукуруза является основным сырьем в США. По данным немецкой биоэтанольной промышленности, почти две трети биоэтанола в Германии получают из крахмалистых растений, особенно из пшеницы. Производство обычно происходит независимо от субстрата, поэтому почти во всех процессах ферментации можно использовать как крахмал, так и сахарозу, а также различные другие сладкие продукты, особенно сироп и патоку . Также целлюлоза в качестве основного компонента древесины представляет собой сахарный полимер, поскольку обсуждается альтернативный субстрат для будущих применений, особенно для целлюлозно-этанольного производства, а также для использования в биоперерабатывающем заводе .

Производство биогаза

Ферментер биогазовой установки

Производство биогаза путем ферментации биомассы на биогазовых установках также является процессом ферментации. Этот продукт используется для производства биоэнергии . С помощью бактерий газовая смесь с основными компонентами метана (CH ₄ ) и двуокиси углерода (CO ₂ ), а также со следами азота (N ₂ ), кислорода (O ₂ ), сероводорода (H ₂ S), производятся водород (H ₂ ) и аммиак (NH ₃ ). В большинстве случаев его очищают с помощью установки для очистки биогаза . Доля метана, образующегося во время ферментации, важна для биогаза, поскольку при его сжигании высвобождается большая часть энергии.

Кроме того, свалочный газ и газ сточных вод образуются в месте, обозначенном как ферментация или анаэробное разложение органического материала при ферментации или переваривании. Эти газы иногда объединяют под названиями газ для варочного котла или биогаз.

Биореакторы

Завод по производству вакцин

В частности, микроорганизмы можно культивировать в так называемых биореакторах или ферментерах. Это контейнеры, в которых условия реакции контролируются и оптимизируются. Таким образом, культивируемые организмы производят нужные вещества в оптимальных условиях или в более высоких концентрациях. В реакторах, отличающихся от параметров , включая pH , температуру , метод подачи кислорода, метод подачи азота , содержание глюкозы или мешалку , регулируются настройки.

Поскольку к используемым организмам предъявляются самые разные требования, доступно большое количество типов ферментеров.

литература

• Р. Штюрмер, М. Брейер: Ферменты как катализаторы. Химия и биология идут рука об руку . В кн . : Химия в наше время . Лента 40 , 2006, стр. 104-111 , DOI : 10.1002 / ciuz.200600379 . 

веб ссылки

• Ферментация какао-бобов (PDF; 2,1 МБ)

Индивидуальные доказательства

1. ^ Латинский этимологический словарь (= Индоевропейская библиотека. Раздел 1: Собрание индоевропейских учебников и справочников. Серия 2: Словари. 1). Зима, Гейдельберг, 1906 г .; 3- е издание, исправленное Дж. Б. Хофманном в 1938 г. (2 тома и регистровый том Эльсбет Бергер с 1956 г.); Перепечатки, объявленные как выпуск с 4-го по 6-е, там же с 1954 по 2008 г., ISBN 978-3-533-00668-8 (Том 1: A - L ), ISBN 978-3-8253-0669-4 (Том 2: M - Z ), Том 1. С. 482 ф.
2. ^ ИЮПАК. Сборник химической терминологии. DOI : 10.1351 / goldbook .
3. ↑ Рольф Д. Шмид: Карманный атлас биотехнологии и генной инженерии. 2-е издание Wiley-VCH, Weinheim 2006; ISBN 978-3-527-31310-5 , стр. 12-13.
4. ↑ Рамасами Шанмугасундарам Сентил Кумар, Субраманиан Муругесан, Говиндасами Коттур, Даниэль Гьямфи: Черный чай: растения, обработка / производство и производство . В: Виктор Р. Приди (ред.): Чай в здоровье и профилактике заболеваний . Academic Press , 2013, ISBN 978-0-12-384937-3 , стр. 41-57 , DOI : 10.1016 / b978-0-12-384937-3.00004-5 . 
5. ^ Ханс Г. Адриан, Рольф Л. Темминг, Аренд Фоллерс: Das Teebuch. История и рассказы. Выращивание, производство и рецепты . VMA, Висбаден 1990, ISBN 3-928127-01-2 .
6. ↑ Ян Колман: Кофе, сыр, кариес .... John Wiley & Sons, 2012, ISBN 978-3-527-64110-9 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google).
7. ↑ Федеральная ассоциация производителей биоэтанола Германии e. V. (BDBe): Данные о рынке ( сувенир в оригинальном датированном 11 ноября 2012 в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Пожалуйста, проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. , по состоянию на 26 марта 2011 г. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.bdbe.de