В последнее время мы все чаще слышим о таком процессе, как ферментация. Однако не все еще имеют понятие о том, что же она собой представляет на самом деле и как именно происходит. Преимущественно с этим термином сталкивались потребители чая и табака, однако это не единственная сфера применения процесса ферментации.
Ферментация - это процесс, в результате которого происходит брожение за счет воздействия собственных ферментов продукта. Если говорить конкретно об этом процессе в растениях, то при разрушении листа происходит выделение некоторого количества сока, который вследствие окисления и способствует началу ферментации. Чтобы остановить это явление, необходимо прожарить сырье.
При помощи такой технологии получают не только высококачественный табак, но и превосходные чаи. Ведь некоторые растения при обычном сборе и последующей заварке не способны сохранить свой природный аромат и воссоздать неповторимый вкус, а процесс ферментации помогает им в этом и дает возможность раскрыть новые вкусовые качества.
Ферментация - это процесс, который выполняется вовсе не со всеми растениями. Некоторые в этом просто не нуждаются, а для полноценного употребления других без такой технологии никак не обойтись. Полный список трав, которые нужно ферментировать, выглядит довольно скучным и длинным. Достаточно остановить свое внимание лишь на самых популярных из них.
На первом месте уже довольно давно находится иван-чай. Он вполне может конкурировать с обычным китайским чаем по вкусовым качествам и полезным свойствам. Ферментация - это именно тот процесс, который дает этому напитку возможность приобрести привычные всем вкусовые качества чая.
При ферментировании листьев черной смородины и вишни получается великолепный запах, который по достоинству смогут оценить любители. А вот листья яблони после такой же обработки наделяются тонким ароматом, который не оставляет равнодушным никого. Очень своеобразный аромат и вкус можно получить, ферментировав листья грецкого ореха.
Многие успели заметить, что конкуренцию иван-чаю могут составить листья обычной малины. Ферментация - это процесс, который творит с ними настоящие чудеса, позволяя получить не только вкусный, но и полезный напиток.
Ознакомившись с самим понятием, многие сразу же представили, что весь этот процесс может происходить только в промышленных условиях, при наличии необходимого оборудования и технических условий. Однако это вовсе не так. Условия ферментации вполне допускают протекание этого процесса и дома. Главное, что необходимо сделать, - это разрушить структуру листа и пустить из него сок. Если объем небольшой, то можно просто перетереть листики руками, но при больших объемах это нереально.
В этом случае можно воспользоваться другой технологией:
Полученный таким образом чай будет радовать вас своим неповторимым вкусом.
Этот процесс несколько отличается от аналогичного, выполняемого над травами для чая. Дело в том, что для того чтобы произвести ферментацию табака в домашних условиях, необходимо прежде всего соблюдение температурного режима и влажности листьев, которая достигает 50%. Длится этот процесс от семи до четырнадцати дней.
Одним из способов ферментировать табак является его природное старение. Для этого растение просто сушат и убирают на хранение, однако вся процедура может длиться больше года. Зато полученный таким способом материал ценится за великолепное качество.
Многих интересует, как наиболее быстро и без особых хлопот получить качественный табак. В этом случае ферментация табака может происходить следующим образом:
Полученный таким образом продукт вполне можно употреблять.
Ферментация - это процесс, который нашел применение не только при производстве чая и табака, но и при изготовлении органических удобрений. При этом появляется возможность получить эти самые удобрения гораздо быстрее, чем при обычном естественном разложении. Наверное, многие огородники не только слышали о компосте, но и имеют на своем участке компостную яму. Однако не все из них знают о том, что в основе процесса производства в ней удобрений лежит именно технология ферментации.
Тем не менее у этого чудесного метода есть и недостаток: органика в этом случае может разлагаться не полностью. Дело в том, что если масса имеет большую плотность или же слежалась, то распад ее прекращается из-за недостатка кислорода. Полученная масса, особенно если она находилась под дождем и в нее попало обильное количество воды, может издавать неприятный запах, обусловленный наличием сероводорода.
Зато с помощью ферментации можно с пользой использовать не только сорняки, которые некогда росли на вашем участке, но и утилизировать кухонные отходы (например, картофельные очистки). Теперь они будут не просто выброшенным мусором, а полноценным удобрением. Сам процесс ферментации не очень трудоемкий, а результат получается впечатляющий. Да и полученное таким образом удобрение куда безопаснее купленных в магазине химических.
Метаболизм – совокупность разнообразных ферментативных реакций, происходящих в микробной клетке и направленных на получение энергии и превращение простых химических соединений в более сложные. Метаболизм обеспечивает воспроизводство всего клеточного материала, включая два единых и одновременно противоположных процесса – конструктивный и энергетический обмен.
Метаболизм протекает в три этапа:
1.катаболизм – распад органических веществ на более простые фрагменты;
2.амфиболизм – реакции промежуточного обмена, в результате которых простые вещества превращаются в ряд органических кислот, фосфорных эфиров и пр.;
3.анаболизм – этап синтеза мономеров и полимеров в клетке.
Метаболические пути формировались в процессе эволюции.
Основным свойством бактериального метаболизма является пластичность и высокая интенсивность, обусловленная малыми размерами организмов.
К метаболическим путям у прокариот относятся брожение, фотосинтез и хемосинтез. Наиболее примитивным способом получения энергии, присущим определенным группам прокариот, являются процессы брожения.
Брожение – метаболический процесс, присущий бактериям, характеризующий энергетическую сторону способа существования нескольких групп прокариот, при котором они осуществляют в анаэробных условиях окислительно-восстановительные превращения органических соединений, сопровождающиеся выходом энергии, которую эти организмы используют.
брожение протекает без участия молекулярного кислорода, все окислительно-восстановительные превращения субстрата происходят за счет его «внутренних» возможностей. В результате на окислительных этапах процесса высвобождается часть свободной энергии, заключенной в молекуле субстрата, и происходит ее запасание в молекулах АТФ. Происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата.
Круг органических соединений, которые могут сбраживаться, довольно широк:
Углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты, пурины, пиримидины.
Может быть подвергнуто сбраживанию, если оно содержит неполностью окисленные (или восстановленные) углеродные атомы
продуктами брожений являются различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый, бутиловый, пропиловый), ацетон, а также СО2 и Н2
образуется несколько продуктов. В зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, различают молочно-кислое, спиртовое, маслянокислое, пропионовокислое и другие виды брожений.
В каждом виде брожения можно выделить две стороны: окислительную и восстановительную. Процессы окисления сводятся к отрыву электронов от определенных метаболитов с помощью специфических ферментов (дегидрогеназ) и акцептированию их другими молекулами, образующимися из сбраживаемого субстрата, т. е. в процессе брожения происходит окисление анаэробного типа
Энергетической стороной процессов брожения является их окислительная часть, реакции являются окислительными
Существует несколько исключений из этого правила: некоторые анаэробы часть энергии при сбраживании субстрата получают также в результате его расщепления, катализируемого лиазами.
Примитивность процессов брожения заключается в том, что из субстрата в результате его анаэробного преобразования извлекается лишь незначительная доля той химической энергии, которая в нем содержится. Продукты, образующиеся в процессе брожения, все еще содержат в себе значительное количество энергии, заключавшейся в исходном субстрате.
При дыхательном метаболизме при расщеплении глюкозы выделяется 2870,22 кДж/моль энергии, при брожении на том же субстрате извлекается 196,65 кДж/моль энергии. В процессе гомоферментативного молочнокислого брожения синтезируются 2 молекулы АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы; в процессе дыхания при полном окислении молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. В обоих случаях эффективность запасания выделяющейся энергии в макроэргических связях АТФ приблизительно одинакова.
При брожении некоторые реакции на пути анаэробного преобразования субстрата связаны с наиболее примитивным типом фосфорилирования – субстратным фосфорилированием, реакции которого локализованы в цитозоле клетки, что указывает на простоту химических механизмов, лежащих в основе этого типа получения энергии.
*Спиртовое брожение. При спиртовом брожении из пировиноградной кислоты в результате ее окислительного декарбоксилирования образуется ацетальдегид, который становится конечным акцептором водорода. В итоге из 1 молекулы гексозы образуются 2 молекулы этилового спирта и 2 молекулы углекислоты. Спиртовое брожение распространено среди прокариотных (различные облигатно- и факультативно-анаэробные бактерии) и эукариотных (дрожжи) форм.
Способность осуществлять в анаэробных условиях спиртовое брожение: Sarcina ventriculi, Erwinia amylouora, Zymomonas mobilis, Основными продуцентами этилового спирта среди эукариот являются дрожжи –аэробы со сформированным аппаратом дыхания, но в анаэробных условиях осуществляют спиртовое брожение по пути субстратного фосфорилирования.
*Молочно-кислое брожение бывает гомоферментативным, при котором в числе продуктов образуется до 90 % молочной кислоты, и гетероферментативным, при котором помимо молочной кислоты значительную долю в продуктах составляют СО2, этанол и/или уксусная кислота.
а)Молочнокислое брожение (гомоферментативное) – это процесс получения энергии молочнокислыми бактериями Lactococcus lactis, Lactobacterium bulgaricum, Lactobacterium planterum и т.д., заключающийся в превращении молекулы сахара в две молекулы молочной кислоты с выделением энергии:C6H12О6 = 2СН3СНОНСООН + 0,075х106 Дж
б)Молочнокислое брожение (гетероферментативное). В этом процессе кроме молочной кислоты в числе продуктов образуются уксусная, янтарная кислоты, этиловый спирт, углекислота и водород. Возбудителем этого процесса является E. coli.
Процесс, подобный нетипичному гетероферментативному молочно-кислому брожению, идет при созревании рыбы пряного посола, пресервов. В этих случаях он возбуждается ароматообразующими молочнокислымим бактериями типа Streptococcus citrovorus.
Кроме того, при порче консервов, возбуждаемой бактериями Вас. stearothermophilus и Cl. thermosaccharolyticum, в продукте накапливаются кислоты – молочная, уксусная, масляная, образование которых, вероятно, связано с процессом, подобному нетипичному молочно-кислому брожению.
*Маслянокислое брожение вызывается облигатно анаэробными маслянокислыми бактериями Cl. pasteurianum. Глюкоза в этом энергодающем процессе превращается в масляную кислоту, водород и углекислый газ:C6H12О6 = С3Н7СООН + 2СО2 + 2Н2 + 0,063х106 Дж
Некоторые клостридии, например, Cl. sporogenes или токсичные виды Cl. botulinum, Cl. perfringens имеют протеолитические способности и не только сбраживают углеводы, но и гидролизуют белки. Возбудители маслянокислого брожения образуют термостойкие споры, поэтому они могут сохраняться в стерилизованных консервах и вызывать их бомбажную порчу.
Известно много других брожений, отдельные типы которых различаются составом конечных продуктов, что зависит от комплекса ферментов возбудителя брожения.
| " |
В общем смысле, ферментация - это биохимическая переработка сырья под воздействием ферментов, содержащихся в нем самом и в сапротрофах (чайного листа, листьев табака), а также вызываемая микроорганизмами. Однако в нашем случае мы рассматриваем исключительно микробную ферментацию (или микробное брожение).
В этой самой старой из всех методик, применяемых в биотехнологии, для производства желаемых продуктов используются живые клетки или молекулярные компоненты их «производственного оборудования». В качестве живых клеток, как правило, используются одноклеточные микроорганизмы, такие как дрожжи или бактерии; из молекулярных компонентов чаще всего находят применение различные ферменты - белки, катализирующие биохимические реакции.
Ферментация - процесс, в котором происходит преобразование исходного сырья в продукт с использованием биохимической деятельности микроорганизмов или изолированных клеток.
Практически синонимами
слова «ферментация» можно считать такие термины, как культивирование, выращивание микроорганизмов, биосинте
з (см. )
Следует отличать микробную ферментацию от биокатализа (в котором уже полученный ранее фермент или биомасса микроорганизмов используются как катализаторы биохимического процесса синтеза продукта из исходного сырья и реагентов) и от биотрансформации (в этом процессе также применяется биокатализатор в виде фермента или биомассы микроорганизмов, но исходное вещество по химической структуре мало отличается от продукта биотрансформации).
Итак, разновидность ферментации - микробное брожение - неосознанно использовалось человеком в течение не одной тысячи лет для производства пива, вина, дрожжевого хлеба и консервированных продуктов - квашеных овощей, соленой (на самом деле - ферментированной) рыбы и т.п. Когда в середине 18 века была открыта роль микроорганизмов в брожении и люди осознали, что именно биохимическим процессам их жизнедеятельности мы обязаны существованием всех этих продуктов, применение методов ферментации значительно расширилось. В настоящее время мы используем довольно широкий спектр возможностей природных микроорганизмов, которые обеспечивают производство необходимых нам продуктов, таких как антибиотики, противозачаточные средства, аминокислоты, витамины, промышленные растворители, красители, пестициды и добавки, необходимые для приготовления пищи.
Микробная ферментация, в комбинации с методом рекомбинантных ДНК, используется для изготовления большого количества продуктов биологического происхождения: человеческого инсулина; вакцины против гепатита В; фермента, используемого для изготовления сыра; разлагаемой микроорганизмами пластмассы; ферментов, входящих в состав стиральных порошков и многого другого. Кроме того, ферментеры используются для выращивания культур самых разных животных и растительных клеток.
Ферментация - это совокупность процессов, результатом которых является культуральная жидкость.
Культуральная жидкость (culture broth) [лат. cultus — возделывание, обрабатывание] - сложная многокомпонентная система, в водной фазе которой содержатся клетки-продуценты, продукты их жизнедеятельности, непотребленные компоненты питательной среды и др. На стадии выделения целевого продукта следует учитывать место его локализации: внеклеточное или внутриклеточное. Иными словами, культуральная жидкость - жидкая среда, получаемая при культивировании различных про- и эукариотических клеток in vitro и содержащая остаточные питательные вещества и продукты метаболизма этих клеток.
При описании процессов ферментации мы не редко упоминаем о "росте" и "размножении" микроорганизмов. Но многие часто путают значения этих слов или ошибочно считают их разными названиями одного и того же процесса. Это не так. Под ростом прокариотной клетки понимают согласованное увеличение количества всех химических компонентов, из которых она построена.
Рост бактерий является результатом множества скоординированных биосинтетических процессов, находящихся под строгим регуляторным контролем, и приводит к увеличению массы (а, следовательно, и размеров) клетки. Но рост клетки не беспределен. После достижения определенных (критических) размеров клетка подвергается делению, т.е. размножается.
Размножение бактерий определяется временем генерации. Это период, в течение которого осуществляется деление клетки. Продолжительность генерации зависит от вида бактерий, возраста, состава питательной среды, температуры и др.
Процесс культивации микроорганизмов - ферментация - начинается с того момента, когда заранее подготовленный посевной материал вводится в реактор. Размножение культуры микроорганизма характеризуется четырьмя временными фазами: лаг-фаза; экспоненциальная; стационарная; вымирание.
Рис.1. Фазы размножения бактериальной клетки на жидкой питательной среде
1)- Лаг-фаза (фаза покоя); продолжительность - 3-4 ч, происходит адаптация бактерий к питательной среде, начинается активный рост клеток, но активного размножения еще нет; в это время увеличивается количество белка, РНК. Во время лаг-фазы метаболизм клеток направлен на то, чтобы синтезировать ферменты для размножения в конкретной среде. Длительность лаг-фазы может быть разной для одной и той же культуры и среды, так как на неё влияет множество факторов. Например, сколько в посевном материале было нерастущих клеток.
2)- Экспоненциальная фаза - это период логарифмического размножения, когда происходит деление клеток с экспоненциальным ростом численности популяции; размножение преобладает над гибелью. Этот период ограничен во времени количеством питательной среды. Питательные вещества кончаются или рост клеток замедляется из-за выделения токсичного метаболита.
Рис. 2. Процесс деления бактериальной клетки
3)- Стационарная фаза. Рост прекращается и наступает так называемая стационарная фаза. Бактерии достигают максимальной концентрации, т.е. максимального количества жизнеспособных особей в популяции; количество погибших бактерий равно количеству образующихся; дальнейшего увеличения числа особей не происходит; Метаболизм продолжается и может начаться выделение вторичных метаболитов. Во многих случаях целью является получение не биомассы, а именно вторичных метаболитов, так как они могут использоваться для получения ценных продуктов и препаратов. В этих случаях ферментация целенаправленно удерживается в стационарной фазе.
4)- Фаза отмирания. Если продолжать ферментацию дальше, клетки постепенно будут терять активность, т.е. вымирать. Это фаза ускоренной гибели; процессы гибели преобладают над процессом размножения, так как истощаются питательные субстраты в среде. Накапливаются токсические продукты, продукты метаболизма. Этой фазы можно избежать, если использовать метод проточного культивирования: из питательной среды постоянно удаляются продукты метаболизма и восполняются питательные вещества.
Стадия ферментации является основной стадией в биотехнологическом процессе, так как в ее ходе происходит взаимодействие продуцента с субстратом и образование целевых продуктов (биомасс, эндо- и экзопродуктов). Эта стадия осуществляется в биохимическом реакторе (ферментере) и может быть организована в зависимости от особенностей используемого продуцента и требований к типу и качеству конечного продукта различными способами. Ферментация может проходить в строго асептических условиях и без соблюдения правил стерильности (так называемая «незащищенная» ферментация).
Ферментация в жидкой и в твердофазной среде
Культивирование на жидких средах можно разделить на поверхностную и глубинную ферментацию. Поверхностная протекает в кюветах со средой. Кюветы располагают в вентилируемые воздухом камеры. В результате процесса на поверхности среды образуется биомасса в виде пленки или твердого слоя.
Глубинная ферментация происходит во всем объеме жидкой среды. Данный вид ферментации осуществляется как периодическим, так и непрерывным способами.
Твердофазная ферментация , в твердой, сыпучей либо пастообразной среде влажностью от 30 до 80 % осуществляется тремя способами (рис. 3):
Ферментация (культивирование) может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях:
Аэробное культивирование применяют в тех случаях, когда в процессе задействованы аэробные микроорганизмы-продуценты. Аэрацию смеси осуществляют подачей воздуха или других газов через газоподводящие трубки, форсунки и т. д.
Анаэробные процессы протекают в герметичных емкостях либо посредством продувания культивируемой среды инертными газами. Конструкция ферментера при анаэробной ферментации проще, чем при аэробной.
Для каждого вида процесса ферментации разработаны различные конструкции ферментеров (рис. 2).
Рис. 3. Классификация процессов ферментации
По признаку целевого продукта процесса ферментация может быть следующих типов:
Исходную среду в процессах ферментации или ее основной компонент часто обозначают словом субстрат .
По основной фазе , в которой протекает процесс ферментации, различаются:
По отношению к кислороду - различают аэробную, анаэробную и факультативно-анаэробную ферментацию по аналогии склассификацией самих микроорганизмов.
По отношению к свету - световая (фототрофная) и темновая (хемотрофная) ферментация.
По степени защищенности от посторонней микрофлоры - асептическая, условно асептическая и неасептическая ферментация. Иногда асептическую ферментацию называют стерильной, что неверно: в среде есть целевые микроорганизмы, но нет чужеродных.
Вусловно асептической ферментации допускается некоторый уровень попадания посторонней микрофлоры, которая способна сосуществовать с основной или по содержанию не превышает определенного предела.
По числу видов микроорганизмов -
различают ферментации на основе монокультуры (или чистой культуры) и смешанное культивирование, в котором осуществляется совместное развитие ассоциации двух или более культур.
ПРОЦЕССЫ ФЕРМЕНТАЦИИ ПО СПОСОБУ ОРГАНИЗАЦИИ
:
Все эти виды ферментации (по способу их организации) легко идентифицировать но способу загрузки сырья и выгрузки продукта.
В периодических процессах загрузка сырья и посевного материала в аппарат производится единовременно, затем в аппарате в течение определенного времени идет процесс, а после его завершения полученная ферментационная жидкость выгружается из аппарата.
В непрерывных процессах загрузка и выгрузка среды протекают непрерывно и одновременно, причем скорость подачи в аппарат свежей питательной среды равна скорости отбора из аппарата ферментационной жидкости. В итоге объем среды в аппарате сохраняется постоянным в течение длительного времени (рис. 4.2), теоретически - бесконечно, а практически - до какой-нибудь неполадки.
В объемно-доливных процессах
ферментация в промежутках между загрузкой и разгрузкой аппарата протекает как периодическая, но после некоторого времени, определяемого по состоянию процесса, часть ферментативной среды выгружают и заменяю свежей средой.
В периодическом процессе с подпиткой субстрата
часть среды загружается в начале ферментации, а другая часть добавляется Непрерывно по мере протекания процесса (рис. 4.5). Естественным завершением процесса является переполнение аппарата, поэтому необходимо переходить на строго периодический процесс с максимальным объемом среды и быстро завершать его.
Рис. 4. Классификация ферментеров
Для глубинного культивирования бактерий в промышленных и лабораторных условиях применяют биореакторы или ферментеры. Ферментер (биореактор) - это прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза, представляет собой герметический котел, в который заливается жидкая питательная среда. Ферментеры снабжены автоматическими приспособлениями, позволяющими поддерживать постоянную температуру, оптимальную рН и редокс-потенциал, дозированное поступление необходимых питательных веществ.
Применяется в биотехнологической промышленности при производстве лекарственных и ветеринарных препаратов, вакцин, продуктов пищевой промышленности (ферменты, пищевые добавки, глюкозные сиропы), а также при биоконверсии крахмала и производстве полисахаридов и нефтедеструкторов.
Различают механические, аэрлифтные и газо-вихревые биореакторы, а также аэробные (с подачей воздуха или газовых смесей с кислородом), анаэробные (без подачи кислорода) и комбинированные — аэробно-анаэробные.
Рис. 5. Схема обычного ферментера
Обычный ферментер представляет собой закрытый цилиндр, в котором механически перемешиваются среда вместе с микроорганизмами. Через него прокачивают воздух, иногда насыщенный кислородом. Температура регулируется с помощью воды или пара, пропускаемых по трубкам теплообменника. Конструкция ферментера должна позволять регулировать условия роста: постоянную температуру, pH (кислотность или щелочность) и концентрацию растворенного в среде кислорода.
1. Подготовка питательной среды
Питательная среда служит источником органического углерода - основного строительного элемента жизни. Микроорганизмы поглощают широкий спектр органических соединений - от метана (СH 4), метанола (СH 3 OH) и углекислоты (СO 2) до природных биополимеров. Кроме углерода клетки нуждаются в азоте, фосфоре и других элементах (K, Mg, Zn, Fe, Cu, Mo, Mn и др.) Важный элемент подготовки питательных сред - стерилизация с целью уничтожения всех посторонних микроорганизмов. Ее проводят термическим, радиационным, фильтрационным или химическим методами.
2. Получение чистых штаммов для внесения в ферментер.
Прежде чем начать процесс ферментации, необходимо получить чистую высокопродуктивную культуру. Чистую культуру микроорганизмов хранят в очень небольших объемах и в условиях, обеспечивающих ее жизнеспособность и продуктивность (обычно это достигается хранением при низкой температуре). Необходимо все время поддерживать чистоту культуры, не допуская ее заражения посторонними микроорганизмами.
3. Ферментация - основной этап биотехнологического процесса.
Ферментация - это вся совокупность операций от внесения микробов в подготовленную и нагретую до необходимой температуры среду до завершения биосинтеза целевого продукта или роста клеток . Весь процесс протекает в специальной установке - ферментере.
По окончании ферментации образуется смесь рабочих микроорганизмов, раствора непотребленных питательных компонентов и продуктов биосинтеза. Ее называют культуральной жидкостью или бульоном .
4. Выделение и очистка конечного продукта.
По завершении ферментации продукт, который желали получить, очищают от других составляющих бульона. Для этого используют различные технологические приемы: фильтрацию, сепарирование (осаждение частиц взвеси под действием центробежной силы), химическое осаждение и др.
5. Получение товарных форм продукта.
Последней стадией биотехнологического цикла является получение товарных форм продукта. Они представляют собой либо смесь, либо очищенный продукт (особенно если он предназначен для использования в медицинских целях).
На заметку:
ФАКТЫ О РАЗМНОЖЕНИИ БАКТЕРИЙ
При благоприятных условиях размножение микроорганизмов идет очень быстро. Считают, что бактерия делится пополам через каждые 20-30 мин. По подсчету ботаника Кона, при беспрепятственном размножении в течение 5 суток потомство одной бактерии средней величины (2 мк длины и 1 мк ширины) заняло бы объем, равный объему всех морей и океанов. Но размножение бактерий ограничено рядом факторов и таких фантастических размеров не достигает.
Чрезвычайно малые размеры бактерий и быстрота их размножения имеют огромное значение для понимания условий взаимодействия между микробами и окружающей средой. Объем воды в 0,001 мл способен вместить до 10 9 бактерий. При внесении такого количества бактерий в 1 мл воды в случае равномерного распределения их по всему объему на 1 л воды придется 10 6 бактерий или 1000 бактерий на 1 мл воды. Вот почему, например, ничтожное (!) количество зараженного болезнетворными бактериями вещества достаточно для распространения инфекционных заболеваний, передаваемых через воду.
Ферментация - химические реакции с участием белковых катализаторов - ферментов . Обычно происходят в живой клетке. Часто путают с брожением , но ферментация лишь более простая часть из многих сложных процессов брожения. Например, в результате брожения размножаются дрожжи, а под действием ферментов, вырабатываемых дрожжами, сахар превращается в спирт.
Исторически наиболее древняя методика использования ферментации - пивоварение. Зерна злаков содержат нерастворимый трудно усваиваемый крахмал. Это делает зерна защищёнными против многих бактерий в течение очень большого срока, но и в то же время крахмал недоступен и самому ростку. Но растущий росток вырабатывает ферменты, превращающие крахмал в легко растворимую и усваиваемую глюкозу. В пивоварении специально проращивают зерна и в оптимальный момент приготовления солода , когда концентрация фермента высокая, росток убивают нагревом. Фермент продолжает превращать крахмал в сахар, который используется для дальнейшего брожения. Таким ферментом является амилаза , превращающая крахмал в мальтозу . Амилаза содержится также в слюне, благодаря чему долго пережёвываемый рис или картофель получает сладковатый привкус.
Другой старинный способ ферментации - сыроделие. Для свёртывания молока используют различные
Приходя в магазин или заходя на ряд тематических сайтов, Вам наверняка приходилось сталкиваться с понятиями сильноферментированный, полуферментированный и другими производными слова «ферментированный». Условное деление всех чаёв по «степени ферментации» является признанным и казалось бы не обсуждаемым. Что тут непонятного. Зелёный – неферментированный, красный сильно, пуэр постферментированный. Но вы же хотите копнуть поглубже? Спросите в следующий раз у консультанта, как он понимает «постферментированный» чай. И наблюдайте.
Вы уже понимаете подвох. Объяснить это слово нельзя. Постферментированный – искусственное словечко, единственной целью которого является совершить манёвр и поставить пуэр в условную систему деления чаёв «по степени ферментации».
Проблема подобной путаницы связана с тем, что происходит замещение понятия «процессы окисления » на «ферментация ». Нет, ферментация тоже имеет место быть, но вот когда – в этом предстоит разобраться. А пока об окислении.
Справа свежий срез яблока. Слева – после окисления на воздухе.
В контексте материала следует отметить высокую химическую активность элемента, а именно окислительную способность. Каждый представляет себе, как с течением времени срез яблока или банана чернеет. Что происходит? Вы разрезаете яблоко, нарушаете там самым целостность клеточных оболочек. Выделяется сок. Вещества в соке взаимодействуют с кислородом и провоцируют протекание окислительно-восстановительной реакции. Появляются продукты реакции, которых до этого не было. Например, для яблока это оксид железа Fe 2 O 3 , имеющий бурый цвет. и именно он отвечает за потемнение.
Для большинства чаёв в технологическом процессе присутствует этап сминания, цель которого разрушить клеточную оболочку (см. статью о). Если провести параллели с яблоком, вещества в соке взаимодействуют с кислородом из воздуха. Но важно отметить, что окислительно-восстановительная реакция не единственная. Чай – органический продукт. В любой живой системе имеются особые соединения энзимы, они же ферменты, ускоряющие химические реакции. Как Вы догадываетесь, они не «стоят в сторонке», а принимают активное участие. Получается целая цепочка химических превращений, когда продукты одной реакции претерпевают дальнейшие химические преобразования. И так несколько раз. Такой процесс называется ферментативным окислением.
Важность кислорода в таком процессе можно понять на примере производства красного чая (полностью окисленного, или, как его ещё называют, «полностью ферментированного чая»). Для поддержания постоянного уровня кислорода в помещении, где производится красный чай, нужно обеспечить смену воздуха до 20 раз в час , при этом делать это стерильно. Кислород – это основа в данном случае.
Снова зададимся вопросом: «А что мы знаем о пуэре?» Как он производится? Взгляните на снимки ниже. Да, это будущий шу пуэр, и именно так он делается.
«Водуй» – процесс искусственного состаривания пуэра. Фабрика Джингу.
Что мы видим? Закрытое помещение, огромную кучу чая на несколько тонн, накрытую плотной мешковиной, термометр с отметкой в 38 градусов по Цельсию. Что не видим? Отметку влажности в этом помещении. Поверьте – она там зашкаливает. Как Вы думаете, проникает ли кислород под мешковину в недра скирдяной кучи? Можно ли говорить об окислении? Ответ напрашивается сам собой. Конечно нет! Тогда что происходит с чаем в таких условиях?
Вы когда-нибудь бывали в подвалах многоквартирных домов старого фонда? Скорее всего нет, но представляете, что можно ожидать. Духота и сырость. По стенам распространяется грибок, а в воздухе летают колонии бактерий и микроорганизмов. Для них высокая температура и влажность – идеальная среда обитания и размножения. Вернемся к скирдяным кучам пуэрного сырья – всё те же идеальные условия. Наличие бактерий – обязательное условие при производстве как шу, так и шен пуэра. Ферменты микроорганизмов влияют на превращения в чае. Таким образом, химические реакции при приготовлении пуэра протекают под воздействием внешних, так и внутренних (от самого чая) ферментов. А вот реакции окисления практически исключены. Это и есть в чистом виде процесс ферментации.
