Jogurt, kapusta kiszona, pikle, żaden z tych produktów nie istniałby bez fermentacji kwasu mlekowego. Jest to seria reakcji chemicznych, które przekształcają twoje składniki w coś całkiem innego (i pysznego) dzięki bakteriom kwasu mlekowego.

W tym poście zbadamy fermentację kwasu mlekowego bardziej szczegółowo, pomagając ci zrozumieć, co się dzieje, gdy te bakterie zabierają się do pracy!

Co to jest fermentacja kwasu mlekowego?

Aby jakikolwiek organizm mógł przetrwać, musi być w stanie pozyskać energię ze źródła energii. Fermentacja jest sposobem na uzyskanie tej energii, podobnie jak oddychanie (wykorzystywane przez rośliny i zwierzęta). Bakterie i drożdże (na przykład w warzeniu piwa) powszechnie używają fermentacji jako źródła energii.

Istnieje kilka rodzajów fermentacji, fermentacja mlekowa jest rodzajem, w którym kwas mlekowy powstaje w wyniku procesu fermentacji. Cukry, na przykład laktoza lub glukoza, są fermentowane, po drodze uwalniana jest energia i wytwarzany jest kwas mlekowy. Fermentacja kwasu mlekowego nie wymaga tlenu, aby zachodziła.

Fermentacja kwasu mlekowego nie zachodzi tylko u bakterii, zachodzi również u ludzi! Jeśli intensywnie uprawiasz sport i czujesz, że twoje mięśnie „kwaśnieją”, to one dosłownie kwaśnieją. Nie ma już wystarczająco dużo tlenu i twoje ciało powróciło do używania fermentacji kwasu mlekowego aby dać ci dodatkową energię.

Bakterie kwasu mlekowego

Różne bakterie używają fermentacji kwasu mlekowego aby przekształcić cukry w kwas mlekowy, większość z nich należy do odpowiednio nazwanej grupy bakterii kwasu mlekowego. W ramach tej grupy istnieje znowu kilka rodzajów, na przykład Lactobacillus, Leuconostoc lub Lactococcus. Bakterie te mogą być celowo dodawane do żywności w celu fermentacji kwasu mlekowego, ale występują również naturalnie w różnych obszarach, w tym w organizmie człowieka i na większości roślin.

Różne bakterie kwasu mlekowego mają różne optymalne warunki życia. Niektóre z nich mogą rosnąć w temperaturze tak niskiej jak 0°C, podczas gdy inne przestają rosnąć w temperaturze 10°C.

Kwas mlekowy

Kwas mlekowy jest kwasem, co oznacza, że obniża wartość pH cieczy, możesz zobaczyć jego strukturę poniżej. Grupa -COOH po prawej stronie cząsteczki jest tym, co sprawia, że kwas mlekowy jest kwasem. Proton (H+) z tej grupy dość łatwo opuszcza ją, aby usadowić się w pozostałej części wody wokół niej. W rezultacie stężenie protonów wzrasta, co prowadzi do spadku wartości pH (więcej tutaj).

Reakcja fermentacji kwasu mlekowego

Istnieją różne rodzaje bakterii kwasu mlekowego i istnieją również różne sposoby, w jaki przekształcają one cukry w kwas mlekowy. Również od rodzaju cukrów dostępnych dla bakterii zależy, jak będzie wyglądała reakcja. Najprostszym, najczęściej opisywanym mechanizmem jest ten, który rozpoczyna się od glukozy jako źródła energii.

Glukoza może być fermentowana do kwasu mlekowego poprzez dwa główne szlaki: homofermentatywny & heterofermentatywny. Uprościmy tutaj te ścieżki, w rzeczywistości jest o wiele więcej kroków pomiędzy nimi w komórkach. Ponadto, bakterie mają wiele innych reakcji zachodzących podczas pozyskiwania energii w procesie fermentacji. Te mechanizmy reakcji są tak złożone i zależne od produktu, środowiska i bakterii, że niemożliwe jest tutaj stworzenie pełnego przeglądu tego co się dzieje.

Schemat reakcji 1: Glukoza – Homofermentatywny

W homofermentatywnym mechanizmie fermentacji kwasu mlekowego 1 cząsteczka glukozy jest rozkładana na 2 cząsteczki kwasu mlekowego. W wyniku tej reakcji uwalniana jest energia, która może być następnie wykorzystana przez bakterie. W schemacie reakcji, który wygląda następująco:

C6H12O6 → 2 C3H6O3

Schemat reakcji 2: Glukoza – Heterofermentatywny

Nie wszystkie bakterie kwasu mlekowego są w stanie rozkładać glukozę tak wydajnie. Zamiast tego, oprócz kwasu mlekowego powstaje również etanol:

C6H12O6 → C3H6O3 + C2H6O (etanol) + CO2 ; ponownie uwalniana jest energia, która jest magazynowana przez bakterie, ale tylko o połowę mniej niż w przypadku reakcji homofermentatywnej.

Fermentacja większych cukrów, laktozy

Ale nie wszystkie produkty, w których zachodzi fermentacja kwasu mlekowego zawierają glukozę. Weźmy na przykład mleko. Cukrem w mleku jest laktoza. Laktoza jest tak zwanym disacharydem i składa się z jednej cząsteczki glukozy i jednej cząsteczki galaktozy. Jeśli użyjemy odpowiednich bakterii kwasu mlekowego, będą one posiadały enzym, który może rozłożyć laktozę na glukozę i galaktozę. Glukoza może być następnie poddana fermentacji na jednej z opisanych powyżej ścieżek. Sama galaktoza może być przekształcona w glukozę poprzez serię reakcji, a następnie może być również poddana fermentacji.

Fermentacja kwasu mlekowego w żywności

Fermentacja kwasu mlekowego w żywności jest czasami pożądana, ale w innych przypadkach wysoce niepożądana.

Niepożądana, psucie się

Bakterie kwasu mlekowego powodują psucie się mięsa, jak również warzyw. Produkcja kwasu mlekowego powoduje, że produkty stają się kwaśne i nieapetyczne. W ten sposób bakterie kwasu mlekowego są dobrym wskaźnikiem zepsucia, ponieważ same nie są szkodliwe, zapobiegają zjedzeniu czegoś, co jest zepsute i może zawierać chorobotwórcze mikroorganizmy, które niekoniecznie są smaczne.

Pożądane bakterie kwasu mlekowego w żywności

W przypadku jogurtu, ogórków, oliwek, kiszonej kapusty, śmietany i zakwasu chcemy, aby bakterie kwasu mlekowego spełniały swoje zadanie. Bakterie kwasu mlekowego pomagają konserwować żywność. Wystarczy spojrzeć, jogurty & kwaśna śmietana są konserwowaną formą mleka, a kapusta kiszona jest konserwowaną formą kapusty. Poza konserwacją powodują one również pożądane zmiany w smaku i konsystencji!