Микробные процессы ферментации классифицируются на аэробную и анаэробную в зависимости от условий ферментации. К методам аэробной ферментации относятся ферментация на поверхности жидкости, ферментация на поверхности пористых или гранулированных твердых культуральных сред и погружная ферментация с кислородом. Анаэробная ферментация предполагает погружную ферментацию без кислорода. Таким образом, как аэробная, так и анаэробная ферментация могут быть достигнуты путем погружной ферментации, которая осуществляется в цилиндрическом ферментере с определенным соотношением диаметра к высоте. Методы проведения ферментации можно разделить на следующие категории.
1. Пакетная операция
Субстрат загружается в контейнер один раз, и реакция проводится в соответствующих условиях. По истечении определенного времени все реагенты удаляются.
2. Полупериодическая работа
Также известен как периодический режим с подпиткой. Он включает в себя сначала загрузку определенного количества субстрата в контейнер, внесение его в реактор в подходящих условиях для инициирования реакции. Во время реакции в реактор подается определенный лимитирующий субстрат для контроля его концентрации в определенном диапазоне. После завершения реакции все реагенты удаляются.
3. Повторные пакетные операции
После завершения пакетной обработки часть реакционной системы удаляется, в оставшуюся часть добавляется субстрат, и пакетная обработка повторяется.
4. Повторная полупакетная операция
После завершения обработки исходного сырья часть реакционной системы удаляется, а к оставшейся части добавляется определенное количество субстрата, после чего обработка исходного сырья повторяется.
5. Непрерывная работа
После начала реакции субстрат непрерывно подается в реактор, а реакционный раствор непрерывно удаляется, так что процесс реакции находится в стабильном состоянии, и условия реакции не изменяются со временем.
1. Алкогольные напитки
Фруктовое вино, пиво, байцзю (китайский белый ликер) и другие алкогольные напитки производятся путем брожения с использованием пивоваренных дрожжей в анаэробных условиях, в результате чего глюкоза превращается в спирт. Байцзю является дистиллированным напитком, поэтому его основными компонентами являются вода и спирт, а также некоторые летучие вещества, которые испаряются при нагревании, такие как различные эфиры, другие спирты и небольшое количество низкоуглеродистых альдегидов и кетонов. Фруктовое вино и пиво являются недистиллированными напитками. В процессе брожения дрожжи превращают глюкозу из фруктового сока или бродильной жидкости в спирт, в то время как другие питательные вещества частично используются дрожжами, производя продукты метаболизма, такие как аминокислоты и витамины, которые также попадают в бродильную жидкость. Поэтому фруктовое вино и пиво обладают более высокой питательной ценностью.
2. соевый соус
Основным сырьем для производства соевого соуса являются соевые бобы, а также пшеничные отруби, пшеница и кукуруза. Это сырье измельчается до получения твердой культуральной среды, которая затем ферментируется в аэробных условиях с использованием продуцирующих протеазы плесневых грибов, таких как Aspergillus niger. В процессе роста микроорганизмов вырабатывается большое количество протеазы, гидролизующей белки в культуральной среде на более мелкие пептиды и аминокислоты. Затем их промывают и смешивают для получения соевого соуса. Поэтому ферментированный соевый соус богат аминокислотами и пептидами и обладает характерным ароматом.
3. уксус
Большинство видов уксуса, употребляемых ежедневно, за исключением белого уксуса, который производится из химически синтезированной пищевой уксусной кислоты, получают путем ферментации уксуснокислыми бактериями в аэробных условиях, превращая спирт, образующийся в процессе твердофазного брожения, в уксусную кислоту. Различные вкусовые качества уксуса обусловлены различиями в типах используемых микроорганизмов или заквасок. Например, в процессе ферментации глюкозы образуется молочная кислота или другие органические кислоты, что приводит к различным вкусовым характеристикам.
4. йогурт
Молоко ферментируется молочнокислыми бактериями в анаэробных условиях, расщепляя лактозу и далее ферментируя ее с образованием молочной кислоты и других органических кислот, а также ароматических веществ и витаминов. Одновременно происходит частичный гидролиз белков. Поэтому йогурт — это питательный, легкоусвояемый продукт с низким содержанием лактозы, что делает его отличным выбором для людей с непереносимостью лактозы.
5. хлеб
Хлеб изготавливается путем активации сухих дрожжей, смешивания их с мукой для ферментации, добавления различных добавок, а затем выпечки. В процессе ферментации структура крахмала в муке изменяется, что облегчает ее переваривание и усвоение питательных веществ.
6. Ферментированный клейкий рис
Также известный как ферментированный клейкий рис, это пищевой продукт, получаемый путем ферментации вареного риса с помощью плесени Rhizopus в аэробных условиях. Рис содержит низкую концентрацию алкоголя и различное количество сахара. В процессе роста плесень Rhizopus вырабатывает большое количество амилазы, которая гидролизует крахмал в рисе до глюкозы, одновременно используя часть глюкозы для ферментации и производства алкоголя. В зависимости от используемого штамма плесени Rhizopus может быть получено различное содержание алкоголя, уровень сладости и аромат.
7. Чай
В процессе ферментации продуктов на основе чая правильное применение технологии микробной ферментации может улучшить качество чая. В качестве примера можно привести пуэр, где дрожжи играют вспомогательную роль в процессе ферментации, повышая эффективность и надежность брожения. В ходе дрожжевой ферментации образуется множество активных веществ, которые, в свою очередь, влияют на качество чая пуэр.
8. Бобовые
В процессе микробной ферментации бобовых микроорганизмы способны преобразовывать волокнистый материал бобовых в растворимые вещества, эффективно выполняя ферментативную функцию.
9. фермент
Ферменты — это продукты, обладающие специфической биологической активностью, получаемые в результате микробной ферментации животного, растительного и грибного сырья.
Исследования показали, что технология микробной ферментации может улучшить характерные вкусовые качества некоторых растительных или животных продуктов. Например, молочнокислые бактерии и дрожжи могут удалить рыбный запах лакрицы после второй ферментации, придавая экстракту лакрицы терпкий и освежающий вкус с легким оттенком алкоголя. Кроме того, микробная ферментация может в различной степени влиять на содержание, состав и форму питательных веществ, таких как полисахариды, белки и жиры, в пищевых продуктах. Более того, определенные биотрансформации аминокислот, общего количества флавоноидов и липидов могут повысить их пищевую ценность и сделать их химический состав более сбалансированным.
Поскольку требования потребителей к функциональным свойствам продуктов питания продолжают расти, технологии микробной ферментации также постоянно развиваются. Целенаправленный контроль качества пищевых продуктов останется одним из приоритетных направлений исследований в области микробной ферментации.