Ферментация - Биология

Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?

Антибиотици от бактерии

Клетъчна миграция: новооткрита функция на известен протеин

Молекулярен компас за подравняване на клетките

Какво кара листата да стареят през есента

Демокрацията на лешоядите токачки

Околната среда на Ekembo: Хората също живееха в открити пейзажи

| Генетика | Земеделие, горско стопанство и животновъдство

Сортът пшеница е създаден чрез кръстосване на диви треви

Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?

ферментация

биология

ферментация или Ферментация (Латински fermentum В биологията ферментацията се отнася до ензимното превръщане на органични вещества. Ферментацията умишлено се използва в биотехнологиите. Това се прави или чрез добавяне на необходимите ензими, или чрез добавяне на бактериални, гъбични или други биологични клетъчни култури, които извършват ферментацията като част от техния метаболизиран от ензими метаболизъм. Някои от тези микроорганизми вече присъстват естествено в суровините, например по време на спонтанна ферментация. Независимо от това, чистопородните клетъчни култури се добавят в индустриалната ферментация, за да се контролира по-добре ферментацията и да се изключат нежеланите странични продукти.

определение

Първоначално беше с ферментация обозначава биотична реакция в отсъствие на въздух („ферментация, c’est la vie sans l’air“ (Пастьор)). Днес ферментацията включва всяка техническа биореакция. Медицински продукти, например инсулин, хиалуронова киселина, стрептокиназа и голям брой антибиотици, например пеницилин, могат да бъдат синтезирани в индустриален мащаб в биореактори с помощта на микроорганизми. Микроорганизмите са - ако е необходимо след генетична модификация - способни да образуват вещества, които трудно се произвеждат по химичен път. Устройствата и биореакторите за ферментация се наричат ​​ферментатори.

Ферментацията е част от ферментацията и протича изключително анаеробно, т.е.без кислород. Ферментацията често се използва като синоним на ферментация. Последното обаче включва както аеробни процеси, така и напълно различни микробни или автолитични ензимни процеси, като узряването на мате. Съответно се наричат ​​аеробни процеси, като оцетна киселинна ферментация окислителна ферментация определен.

Области на приложение

Ферментация в производството на храни и луксозни храни

При производството на храни ферментацията играе централна роля в производството и запазването на храната, като производството на кисело зеле, гимчи, цукемоно, мисо или натто. Освен това ароматите се развиват, както в соевия сос и ферментиралите напитки, или танините се разграждат в чай, какао, кафе, марихуана и тютюн. Други процеси включват производството на млечни продукти като сирене или кисело мляко, производство на тофу или суров колбас (например салам) и в крайна сметка производството на алкохолни напитки като бира, вино, уиски и текила.

Производство на млечни продукти и лактоферментирали зеленчуци

Редица храни се получават директно чрез млечнокисела ферментация. Това включва основно кисело млечни продукти като кисело мляко, кисело мляко, кефир и мътеница. Те се получават чрез инокулиране на пастьоризирано мляко със закваски с млечнокисели бактерии. Други продукти включват лактоферментирали зеленчуци като кисело зеле, борш или гимчи, както и закваска и съответните продукти от закваска. Силажите, пресни фуражи, направени трайни чрез ферментация, се основават на млечнокисела ферментация. [1]

Ферментация на чаени листа

На по-стария език чай, ферментацията на чая означава разграждане и окисляване на чаените листа във влажна среда. Това не е истинска ферментация, тъй като този процес протича без микроорганизми. Днешната технология за чай говори все по-правилно за окисляването, също така за да се осигури отличие от истинската микробна ферментация в Pu-Erh чайовете.

За целта чаените листа се изстискват чрез търкаляне и растителните клетки са частично унищожени. Ензимите (особено фенол оксидазите) и други съставки на растението чай (особено полифенолите), които се отделят в непокътнатата клетка, се обединяват и тъмно оцветените полифеноли и ароматни вещества реагират с кислорода. Процесът отнема около три часа. За разлика от черния чай, улунът се ферментира само за кратко, а зеленият чай изобщо не ферментира. [2]

Ферментация на суров тютюн

Ферментацията на тютюн е процес на ферментация, при който от изсушен суров тютюн се произвежда готов за употреба тютюн. Съдържанието на никотин е намалено и собствените протеинови съединения на листата, които биха маскирали характерния аромат на отделните сортове, когато се пушат, се разграждат.

След като съответната партида тютюн е събрана (поне 1000 килограма), процесът на ферментация започва сам или се задейства чрез подаване на топлина. Идеалната температура на процеса е между 50 ° C и 60 ° C, по-високите температури увреждат качеството на тютюна. При естествена ферментация тютюневите купчини се пренареждат четири до пет пъти, от ръба на купчината до средата на купчината и обратно. Необходими са четири до шест месеца, докато всички листа ферментират равномерно.

Техническа ферментация

Основната област на приложение на ферментацията е техническата биотехнология за производството на различни ферментацияпродукти. Продуктите варират от биоетанол до аминокиселини, органични киселини като млечна киселина, лимонена киселина и оцетна киселина, до ензими като фитаза, антибиотици и други фармацевтични продукти до биомономери и полимери като полихидроксиалканоати. Такива технически продукти са PHA или полихидроксимаслена киселина, PHB. Техническият биоетанол, който се използва като биогориво, понастоящем е основният продукт на ферментационната индустрия заедно с производството на бира и мая, както и биогаз.

Суровините са основно субстрати от нишесте и захароза за производство от бактерии или гъбички. В Бразилия биоетанолът се добива главно от захарна тръстика на основата на захар, докато царевицата е основната суровина в САЩ.Според германската биоетанолова индустрия почти две трети биоетанол в Германия се добива от нишестени растения, особено пшеница. [3] Производството обикновено протича независимо от субстрата, така че в почти всички ферментационни процеси могат да се използват както нишесте, така и захароза и различни други захарни продукти, особено сироп и меласа). Целулозата като основен компонент на дървесината е захарен полимер, който се обсъжда като алтернативен субстрат за бъдещи приложения, особено за целулозен етанол и за използване в биорафинерии.

Производство на биогаз

Производството на биогаз чрез ферментация на биомаса в инсталациите за биогаз също е процес на ферментация. Този продукт се използва за генериране на биоенергия. С помощта на бактерии в анаеробна ферментация се получава газова смес с основните компоненти метан (CH4) и въглероден диоксид (CO2), както и следи от азот (N2), кислород (O2), сероводород (H2S), водород (H2) и амоняк (NH3). произведени. По-голямата част от времето се почиства с помощта на третиране с биогаз. Делът на метана, произведен по време на ферментацията, е важен за биогаза, тъй като при изгарянето му се отделя по-голямата част от енергията.

Депонираният газ и отпадъчните газове също се получават по време на анаеробното разлагане на органичен материал, известно като ферментация или разграждане. Тези газове понякога се групират под наименованията газ за смилане или биогаз.

Биореактори

По-специално микроорганизмите могат да се култивират в така наречените биореактори или ферментатори. Това са контейнери, в които реакционните условия се контролират и оптимизират. По този начин култивираните организми произвеждат желаните вещества при оптимални условия или в по-високи концентрации. В реакторите могат да се регулират различни параметри като стойност на pH, температура, подаване на кислород, подаване на азот, съдържание на глюкоза или бъркалка.

Тъй като организмите, които могат да бъдат използвани, имат много различни изисквания, се предлага голямо разнообразие от типове ферментатори:

  • Реактори с разбъркани резервоари
  • Циклични реактори
  • Еърлифт реактори
  • Фотобиореактори за отглеждане на водорасли и растения