Yoghurt, zuurkool, augurken, geen van deze producten zou bestaan zonder melkzuurfermentatie. Dit is een reeks chemische reacties die je ingrediënten verandert in iets heel anders (en heerlijks) dankzij melkzuurbacteriën.

In dit bericht gaan we dieper in op melkzuurfermentatie, zodat je beter begrijpt wat er gebeurt als deze bacteriën aan het werk gaan.

Wat is melkzuurfermentatie?

Om te kunnen overleven, moet een organisme energie kunnen onttrekken aan een energiebron. Fermentatie is een manier om deze energie te verkrijgen, net als ademhaling (gebruikt door planten en dieren). Bacteriën en gisten (bijvoorbeeld bij het brouwen van bier) gebruiken fermentatie vaak als energiebron.

Er zijn verschillende soorten fermentatie, melkzuurfermentatie is een type waarbij melkzuur wordt gevormd als gevolg van het fermentatieproces. Suikers, bijvoorbeeld lactose of glucose, worden gefermenteerd, onderweg komt energie vrij en wordt melkzuur geproduceerd. Melkzuurfermentatie heeft geen zuurstof nodig om plaats te vinden.

Melkzuurfermentatie gebeurt niet alleen bij bacteriën, het komt ook bij mensen voor! Als je veel gesport hebt en je voelt je spieren ‘verzuren’, dan worden ze letterlijk zuur. Er is niet genoeg zuurstof meer en je lichaam is overgegaan op melkzuurfermentatie om je die extra energie te geven.

Melkzuurbacteriën

Diverse bacteriën gebruiken melkzuurfermentatie om suikers om te zetten in melkzuur, de meeste vallen onder de toepasselijk genaamde groep van melkzuurbacteriën. Binnen deze groep zijn er weer verschillende soorten, bijvoorbeeld Lactobacillus, Leuconostoc of Lactococcus. De bacteriën kunnen doelbewust aan voedsel worden toegevoegd om melkzuur te laten gisten, maar komen ook van nature op allerlei plaatsen voor, onder meer in het menselijk lichaam en op de meeste planten.

Verschillende melkzuurbacteriën hebben verschillende optimale leefomstandigheden. Sommige kunnen groeien bij temperaturen zo laag als 0°C, terwijl andere stoppen met groeien bij 10°C.

Lactinezuur

Lactinezuur is een zuur, wat betekent dat het de pH-waarde van een vloeistof verlaagt, je kunt de structuur hieronder zien. De -COOH groep aan de rechterkant van het molecuul is wat melkzuur en zuur maakt. Het proton (H+) van deze groep verlaat de groep vrij gemakkelijk om in de rest van het water er omheen te gaan zitten. Daardoor neemt de concentratie protonen toe, wat leidt tot een daling van de pH-waarde (zie hier meer).

De melkzuurfermentatiereactie

Er zijn verschillende soorten melkzuurbacteriën en er zijn ook verschillende manieren waarop ze suikers omzetten in melkzuur. Het hangt ook af van de soorten suikers die beschikbaar zijn voor de bacteriën, hoe de reactie eruit zal zien. Het eenvoudigste, meest beschreven mechanisme is dat met glucose als energiebron.

Glucose kan worden gefermenteerd tot melkzuur via twee hoofdroutes: homofermentatieve & heterofermentatieve. We zullen de paden hier vereenvoudigen, in werkelijkheid zijn er veel meer tussenstappen in de cellen. Bacteriën hebben ook een heleboel andere reacties gaande tijdens het oogsten van de energie tijdens de fermentatie. Zo worden er bijvoorbeeld smaakmoleculen gevormd en deze reactiemechanismen zijn vaak zo complex en afhankelijk van het product, de omgeving en de bacterie dat het onmogelijk is om hier een volledig overzicht te geven van wat er allemaal gebeurt.

Reactieschema 1: Glucose – Homofermentatief

In het homofermentatieve mechanisme van melkzuurfermentatie wordt 1 molecuul glucose afgebroken tot 2 melkzuurmoleculen. Bij deze reactie komt energie vrij die vervolgens door de bacteriën kan worden gebruikt. In een reactieschema dat er als volgt uitziet:

C6H12O6 → 2 C3H6O3

Reactieschema 2: Glucose – Heterofermentatief

Niet alle melkzuurbacteriën zijn in staat om de glucose zo efficiënt af te breken. In plaats daarvan wordt naast melkzuur ook ethanol gevormd:

C6H12O6 → C3H6O3 + C2H6O (ethanol) + CO2 ; ook hierbij komt energie vrij die door de bacterie wordt opgeslagen, maar slechts de helft van die van de homofermentatieve reactie.

Gisting van grotere suikers, lactose

Maar niet alle producten waarin melkzuurfermentatie plaatsvindt, bevatten glucose. Neem bijvoorbeeld melk. De suiker in melk is lactose. Lactose is een zogenaamde disacharide en is opgebouwd uit één molecuul glucose en één molecuul galactose. Wanneer de juiste melkzuurbacteriën worden gebruikt, zullen zij een enzym hebben dat de lactose kan afbreken in glucose en galactose. De glucose kan dan gefermenteerd worden via een van de hierboven beschreven routes. De galactose zelf kan via een reeks reacties worden omgezet in glucose en vervolgens ook worden gefermenteerd.

Melkzuurfermentatie in levensmiddelen

Melkzuurfermentatie in levensmiddelen is soms wenselijk, maar in andere gevallen zeer ongewenst.

Ongewenst, bederf

Melkzuurbacteriën veroorzaken bederf van zowel vlees als groenten. Door de productie van het melkzuur worden de producten zuur en onsmakelijk. Zo zijn melkzuurbacteriën een goede indicator voor bederf, omdat ze zelf niet schadelijk zijn, voorkomen ze dat we iets eten dat bedorven is en ziekteverwekkende micro-organismen kan bevatten die je niet per se proeft.

Wenselijke melkzuurbacteriën in voedsel

In het geval van yoghurt, augurken, olijven, zuurkool, zure room en zuurdesem, willen we dat de melkzuurbacteriën hun werk doen. De melkzuurbacteriën helpen het voedsel te conserveren. Kijk maar eens, yoghurt & zure room zijn een geconserveerde vorm van melk, en zuurkool is een geconserveerde vorm van kool. Behalve conservering veroorzaken ze ook gewenste veranderingen in smaak en textuur!