Ферментация в пищевой промышленности

В пищевой промышленности ферментация — это преобразование углеводов в спирт или органические кислоты с использованием микроорганизмов — дрожжей или бактерий — без использования окислителя в реакции. Ферментация обычно подразумевает, что требуется действие микроорганизмов. Наука о ферментации известна как зимология или зимургия.

Термин «ферментация» иногда относится конкретно к химическому превращению сахаров в этанол , производя алкогольные напитки, такие как вино , пиво и сидр . Однако похожие процессы происходят при заквашивании хлеба (CO2 _{, вырабатываемый дрожжевой активностью)} и при консервировании кислых продуктов с образованием молочной кислоты , например, в квашеной капусте и йогурте . У людей есть фермент, который дает нам повышенную способность расщеплять этанол.

Другие широко потребляемые ферментированные продукты включают уксус , оливки и сыр . Более локализованные продукты, приготовленные путем ферментации, могут также быть основаны на бобах, зерновых, овощах, фруктах, меде, молочных продуктах и ​​рыбе.

Естественная ферментация предшествует человеческой истории. С древних времен люди использовали процесс ферментации. Вероятно, они начали ферментировать продукты непреднамеренно. Чтобы хранить излишки продуктов, люди помещали продукты в контейнер, где они были забыты. Со временем дрожжи и бактерии начали расти. Это привело людей к открытию ферментированных продуктов. ^[1] Самым ранним археологическим свидетельством ферментации являются остатки пива возрастом 13 000 лет, имеющие консистенцию кашицы, найденные в пещере недалеко от Хайфы в Израиле. ^[2] Другой ранний алкогольный напиток, приготовленный из фруктов, риса и меда, датируется периодом от 7000 до 6600 г. до н. э. в неолитической китайской деревне Цзяху , ^[3] а виноделие датируется примерно 6000 г. до н. э. в Грузии , в районе Кавказа . ^{[4] В} горах Загрос в Иране были найдены семитысячелетние кувшины, содержащие остатки вина, которые сейчас экспонируются в Университете Пенсильвании . ^[5] Существуют веские доказательства того, что люди занимались ферментацией алкогольных напитков в Вавилоне около 3000 г. до н. э., ^[6] Древнем Египте около 3150 г. до н. э., ^[7] доиспанской Мексике около 2000 г. до н. э., ^[6] и Судане около 1500 г. до н. э. ^[8]

Французский химик Луи Пастер основал зимологию , когда в 1856 году он связал дрожжи с брожением. ^[9] Изучая брожение сахара в спирт дрожжами , Пастер пришел к выводу, что брожение катализируется жизненной силой, называемой « ферментами », внутри дрожжевых клеток. Считалось, что «ферменты» функционируют только внутри живых организмов. Пастер писал, что «спиртовое брожение — это акт, связанный с жизнью и организацией дрожжевых клеток, а не со смертью или гниением клеток». ^[10]

Тем не менее, было известно, что дрожжевые экстракты могут ферментировать сахар даже при отсутствии живых дрожжевых клеток . Изучая этот процесс в 1897 году, немецкий химик и зимолог Эдуард Бухнер из Берлинского университета имени Гумбольдта , Германия, обнаружил, что сахар ферментируется даже тогда, когда в смеси нет живых дрожжевых клеток, ^[11] с помощью ферментного комплекса, выделяемого дрожжами, который он назвал зимазой . ^[12] В 1907 году он получил Нобелевскую премию по химии за свои исследования и открытие «бесклеточной ферментации».

Годом ранее, в 1906 году, исследования ферментации этанола привели к раннему открытию окисленного никотинамидадениндинуклеотида (НАД ⁺ ). ^{[13] [ требуется проверка ]}

Пищевая ферментация — это превращение сахаров и других углеводов в спирт или консервирующие органические кислоты и углекислый газ . Все три продукта нашли применение у человека. Производство алкоголя используется, когда фруктовые соки превращаются в вино , когда зерно превращается в пиво , и когда продукты, богатые крахмалом, такие как картофель , ферментируются, а затем перегоняются для получения спиртных напитков, таких как джин и водка . Производство углекислого газа используется для закваски хлеба. Производство органических кислот используется для консервирования и придания вкуса овощам и молочным продуктам. ^[14]

Ферментация продуктов питания служит пяти основным целям: обогащение рациона за счет создания разнообразных вкусов, ароматов и текстур в пищевых субстратах; сохранение значительного количества продуктов за счет молочной кислоты , спирта, уксусной кислоты и щелочной ^[15] ферментации; обогащение пищевых субстратов белком, незаменимыми аминокислотами и витаминами; устранение антинутриентов ; и сокращение времени приготовления и связанного с этим использования топлива. ^[16]

• Во всем мире: алкоголь ( пиво , вино ), уксус , оливки , йогурт , хлеб , сыр
• Азия
  • Восточная и Юго-Восточная Азия: амазаке , атчара , белакан , буронг манга , ком руу , доенджанг , доучи , рыбный соус , лах пет , ламбаног , кимчи , чайный гриб , леппет-со , нарезуши , мисо , ната де кокос , натто , нгапи , онком , падаек , пла. ра , прахок , руоу нэп , саке , креветочная паста , соджу , соевый соус , вонючий тофу , лента , темпе , темпояк , жа цай
  • Средняя Азия: кумыс , кефир , шубат , гатик (йогурт).
  • Южная Азия: ачар , аппам , доса , дхокла , дахи ( йогурт ), идли , смешанные огурцы , нгари , синки , тонгба , панир.
• Африка: Гарри , Инджера , Лаксокс , Магеу , Оги , Огири , Иру.
• Америка: чича , шоколад , ваниль , острый соус , тепаче , тибикос , пульке , муктук , кивиак , паракари.
• Ближний Восток: торши , боза
• Европа: хлеб на закваске , вино из бузины , комбуча , соления , ракфиск , квашеная капуста , соленые огурцы , сюрстрёмминг , медовуха , квас , салями , сучук , прошутто , кисломолочные продукты, такие как творог , кефир , филмйолк , крем-фреш , сметана , скир , ракы , тупи , жур .
• Океания : пои , канга пирау

Чхонгукчжан , тёнчжан , творог из фасоли , мисо , натто , соевый соус , вонючий тофу , темпе , онком, соевая паста, пекинское молоко из маша, кинама, иру , тхуа нао

Амазакэ , пиво , хлеб , чоджиу , гамджу , инджера , квас , макколли , мурри , оги , реджувелак , саке , сикхе , закваска , сованс , рисовое вино , солодовый виски , зерновой виски , идли , доса , бангла (пить) водка , боза и чича , среди других.

Кимчи , смешанные соленья , квашеная капуста , индийские соленья , гундрук , турсу

Вино , уксус , сидр , перри , бренди , атчара , ната де кокос , буронг манга , асинан , маринование , вишината , шоколад , ракы , ара саги , чача , темпояк.

Медовуха , метеглин , тедж

Некоторые виды сыра , а также кефир , кумыс (кобылье молоко), шубат (верблюжье молоко), айран , кисломолочные продукты, такие как творог , филмйолк , крем-фреш , сметана , скир и йогурт.

Багунг , фасик , рыбный соус , гарум , хакарл , чотгал , нгапи , падаек , пла ра , прахок , ракфиск , креветочная паста , сюрстрёмминг , шидал

Чоризо , салями , сучук , пепперони , нем чуа, сом му , сосисон , ферментированная колбаса

Чай пуэр , комбуча , лахпет , гоишича

Стерилизация является важным фактором, который следует учитывать при ферментации продуктов. Неполное удаление микробов из оборудования и емкостей для хранения может привести к размножению вредных организмов в ферменте, что потенциально увеличивает риск пищевых заболеваний, таких как ботулизм. Однако ботулизм в овощных ферментах возможен только при неправильном консервировании. Появление неприятных запахов и изменение цвета могут быть признаками того, что в пищу могли попасть вредные бактерии.

С 1985 года на Аляске наблюдается устойчивый рост случаев ботулизма ^{. [17]} Здесь зарегистрировано больше случаев ботулизма, чем в любом другом штате Соединенных Штатов Америки. Это вызвано традиционной практикой коренных жителей Аляски , когда продукты животного происхождения, такие как целая рыба, головы рыб, ласты моржей , морских львов и китов , хвосты бобра , тюлений жир и птицы, подвергаются ферментации в течение длительного периода времени перед употреблением. Риск усугубляется, когда для этой цели используется пластиковый контейнер вместо старомодного традиционного метода — выстланной травой ямы, поскольку бактерии Clostridium botulinum процветают в анаэробных условиях, создаваемых герметичным пластиковым корпусом. ^[17]

Исследования показали, что ферментированная пища содержит канцерогенный побочный продукт, этилкарбамат (уретан). ^[18] «Обзор существующих исследований, проведенных в Азии в 2009 году, пришел к выводу, что регулярное употребление в пищу маринованных овощей примерно вдвое увеличивает риск развития плоскоклеточного рака пищевода ». ^[19]

• Научная помощь: Ферментация - Процесс и применение ферментации
• Ферментированные злаки. Глобальная перспектива - ФАО 1999