Fermentáció - biológia

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

Antibiotikumok baktériumoktól

Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója

Molekuláris iránytű a sejtek igazításához

Mi teszi a levelek öregedését ősszel

A keselyű gyöngytyúk demokráciája

Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek

| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés

A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

erjesztés

aerob folyamatokat

erjesztés vagy Erjesztés (Latin fermentum A biológiában az erjedés a szerves anyagok enzimatikus átalakulására utal. Az erjesztést szándékosan használják a biotechnológiában. Ezt vagy a szükséges enzimek hozzáadásával, vagy olyan baktérium-, gomba- vagy egyéb biológiai sejttenyészetek hozzáadásával végezzük, amelyek fermentációt hajtanak végre enzimkatalizált metabolizmusuk részeként. Ezen mikroorganizmusok egy része már természetesen jelen van a nyersanyagokon, például spontán erjedés során. Mindazonáltal az ipari erjesztés során fajtatiszta sejttenyészetet adnak a fermentáció jobb szabályozása és a nemkívánatos melléktermékek kizárása érdekében.

meghatározás

Eredetileg az volt erjesztés biotikus reakciót jelöl levegő hiányában ("erjedés, c'est la vie sans l'air" (Pasteur)). Ma az erjedés magában foglal minden technikai bioreakciót. Orvosi termékek, például inzulin, hialuronsav, sztreptokináz és nagyszámú antibiotikum, például penicillin, szintetizálhatók ipari méretekben bioreaktorokban mikroorganizmusok segítségével. A mikroorganizmusok - szükség esetén a génmódosítás után - képesek olyan anyagokat képezni, amelyeket kémiailag nehéz előállítani. A fermentáláshoz használt eszközöket és bioreaktorokat fermentoroknak nevezzük.

Az erjedés az erjedés része, és kizárólag anaerob módon, azaz oxigénmentesen megy végbe. Az erjesztést gyakran használják az erjedés szinonimájaként. Ez utóbbi azonban magában foglalja mind az aerob folyamatokat, mind a teljesen különböző mikrobiális vagy autolitikus enzimatikus folyamatokat, például a matjes érést. Ennek megfelelően nevezzük az aerob folyamatokat, például az ecetsav fermentációt oxidatív fermentáció kijelölt.

Alkalmazási területek

Fermentálás az élelmiszeriparban és a luxus élelmiszer-előállításban

Az élelmiszer-előállításban az erjedés központi szerepet játszik az élelmiszerek előállításában és tartósításában, például savanyú káposzta, gimchi, tsukemono, miso vagy natto előállításában. Ezenkívül az aromák fejlődnek, mint a szójaszószban és az erjesztett italokban, vagy a tanninok lebomlanak teában, kakaóban, kávéban, marihuánában és dohányban. Egyéb folyamatok magukban foglalják tejtermékek, például sajt vagy joghurt előállítását, tofu vagy nyers kolbász (pl. Szalámi) előállítását és végső soron alkoholos italok, például sör, bor, whisky és tequila gyártását.

Tejtermékek és tejfermentált zöldségek gyártása

Számos élelmiszer közvetlenül tejsav fermentációval készül. Ide tartoznak elsősorban a savanyú tejtermékek, például a savanyú tej, a joghurt, a kefir és az író. Ezeket úgy állítják elő, hogy pasztörizált tejet oltanak tejsavbaktériumok indító tenyészeteivel. Egyéb termékek közé tartoznak a tejtermékben erjesztett zöldségek, például a savanyú káposzta, a cékla vagy a gimchi, valamint a kovász és a hozzá tartozó kovászos termékek. A szilázsok, az erjesztés révén tartóssá tett friss takarmányok tejsavas erjesztésen alapulnak. [1]

A tealevelek erjesztése

A régebbi teanyelvben a tea erjesztése a tealevelek nedves környezetben történő lebontását és oxidációját jelentette. Ez nem igazi fermentáció, mivel ez a folyamat mikroorganizmusok nélkül megy végbe. A mai teatechnika egyre korrektebben beszél az oxidációról, a Pu-Erh teákban való mikrobiális fermentációtól való megkülönböztetés biztosítása érdekében is.

Ehhez a tealeveleket hengerléssel összenyomják, és a növényi sejteket részben elpusztítják. Az ép sejtben elválasztott enzimek (különösen a fenol-oxidázok) és a teanövény egyéb összetevői (különösen a polifenolok) összeérnek, és a sötét színű polifenolok és aromás anyagok oxigénnel reagálnak. A folyamat körülbelül három órát vesz igénybe. A fekete teával ellentétben az oolong teát csak rövid ideig erjesztik, a zöld teát pedig egyáltalán nem. [2]

Nyersdohány erjesztése

A dohány erjesztése egy fermentációs folyamat, amelynek során felhasználásra kész dohányt állítanak elő szárított nyers dohányból. Csökken a nikotintartalom, és lebontják a levél saját fehérje vegyületeit, amelyek füstölve elfedik az egyes fajták jellegzetes aromáját.

A megfelelő dohánytétel (legalább 1000 kg) összerakása után az erjedési folyamat magától megkezdődik, vagy hőellátás útján indul meg. Az ideális technológiai hőmérséklet 50 ° C és 60 ° C között van, a magasabb hőmérséklet károsítja a dohány minőségét. Természetes erjedés esetén a dohányveremeket négyszer-ötször átrendezik, a verem szélétől a verem közepéig és fordítva. Négy-hat hónap szükséges, amíg az összes levél egyenletesen megerjed.

Műszaki erjesztés

A fermentáció fő alkalmazási területe a műszaki biotechnológia különféle termékek előállítására erjesztésTermékek. A termékek a bioetanoltól az aminosavakig, a szerves savakig, például a tejsavig, a citromsavig és az ecetsavig, az olyan enzimekig, mint a fitáz, az antibiotikumok és más gyógyszerészeti termékek, a biomonomerekig és polimerekig, például a polihidroxi-alkanoátokig terjednek. Ilyen műszaki termékek a PHA vagy a polihidroxi-vajsav, a PHB. A bioüzemanyagként felhasznált bioetanol jelenleg a sör- és élesztőgyártás, valamint a biogáz mellett a fermentációs ipar fő terméke.

Az alapanyagok főleg keményítő és szacharóz szubsztrátok, amelyeket baktériumok vagy gombák termelnek. Brazíliában a bioetanolt elsősorban cukornádból nyerik cukor alapján, míg az USA-ban a kukorica a fő nyersanyag, a német bioetanol-ipar szerint Németországban a bioetanol majdnem kétharmadát keményítőtartalmú növényekből, különösen búzából nyerik. [3] Az előállítás általában a szubsztráttól függetlenül zajlik, így szinte minden fermentációs folyamatban keményítő és szacharóz, valamint különféle egyéb cukortartalmú termékek, különösen szirup és melasz egyaránt használhatók. A cellulóz, mint a fa fő alkotóeleme, egy cukorpolimer, amelyet alternatív szubsztrátként tárgyalnak a jövőbeni alkalmazásokhoz, különösen a cellulóz-etanol és a biofinomítók számára.

Biogáz termelés

A biogáz előállítása biomassza erjesztésével biogázüzemekben szintén fermentációs folyamat. Ezt a terméket bioenergia előállítására használják. A baktériumok segítségével anaerob fermentációs folyamat során gázkeveréket állítanak elő a metán (CH4) és a szén-dioxid (CO2) fő összetevőivel, valamint nyomokban nitrogénnel (N2), oxigénnel (O2), hidrogén-szulfiddal (H2S), hidrogénnel (H2) és ammóniával (NH3). előállított. Legtöbbször biogáz-kezeléssel tisztítják. A biogáz számára fontos az erjedés során keletkező metán aránya, mivel égése során az energia nagy része felszabadul.

A hulladéklerakó-gáz és a szennyvízgáz a szerves anyagok anaerob bomlása során is keletkezik, amelyet fermentációnak vagy emésztésnek neveznek. Ezeket a gázokat néha emésztőgáz vagy biogáz néven csoportosítják.

Bioreaktorok

Különösen a mikroorganizmusokat lehet úgynevezett bioreaktorokban vagy fermentorokban tenyészteni. Ezek olyan tartályok, amelyekben a reakciókörülményeket szabályozzák és optimalizálják. Ily módon a tenyésztett organizmusok optimális körülmények között vagy nagyobb koncentrációban állítják elő a kívánt anyagokat. Különböző paraméterek, például pH-érték, hőmérséklet, oxigénellátás, nitrogénellátás, glükóz-tartalom vagy a keverő beállításai szabályozhatók a reaktorokban.

Mivel a felhasználható organizmusoknak nagyon eltérő követelményei vannak, a fermentorok sokféle típusa áll rendelkezésre:

  • Keverhető tartályreaktorok
  • Hurokreaktorok
  • Légiszállító reaktorok
  • Fotobioreaktorok algák és növények termesztésére