Fermentacje w procesach przygotowywania żywności
Zsiadłe mleko, jogurt, piwo, wino, chleb, drożdżówka – spotykamy je na co dzień i nie myślimy o tym, że do ich wytworzenia ludzie od lat wykorzystują procesy, które współcześnie nazywamy procesami biotechnologicznymiprocesami biotechnologicznymi.
Co wspólnego z biotechnologią ma drożdżówka upieczona według przepisu babci?
Podczas przygotowania ciasta drożdżowego wykorzystujemy procesy, które odbywają się z udziałem drożdży. To właśnie dzięki enzymom zawartym w drożdżach zachodzi biochemiczny proces, który powoduje, że ciasto rośnie. Te i inne procesy zachodzące przy udziale organizmów, stosowane w procesach produkcyjnych są przedmiotem badań dynamicznie rozwijającej się dziedziny naukowej nazywanej biotechnologią. Na czym polegają?
że podstawowe składniki produktów spożywczych to białka, węglowodany i tłuszcze;
że cukry można podzielić na proste (glukoza) i złożone (sacharoza, skrobia);
jak są zbudowane alkohole i kwasy organiczne oraz jakie mają właściwości.
wskazywać przykłady procesów fermentacyjnych, które zachodzą w przyrodzie i w życiu codziennym;
wymienić warunki umożliwiające przebieg procesów fermentacyjnych;
wskazywać produkty spożywcze, które wyprodukowano dzięki procesom fermentacyjnych;
omawiać pozytywne i negatywne skutki procesów fermentacyjnych;
opisywać przebieg procesu fermentacji alkoholowej, mlekowej i octowej.
1. Fermentacja alkoholowa
FermentacjaFermentacja jest procesem stosowanym od wieków do przetwarzania żywności. Polega na praktycznym wykorzystywaniu przemian zachodzących pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże i bakterie. Jest jednym z podstawowych procesów biotechnologicznych.
Co jest przyczyną tego, że ciasto rośnie?
Dlaczego przygotowując niektóre wypieki, używa się drożdży? Jakie ciasta wymagają tego składnika? Dlaczego przed włożeniem ciasta drożdżowego do piekarnika pozostawia się je do wyrośnięcia?
Czy temperatura może mieć wpływ na aktywność drożdży piekarskich?
Za wysoka temperatura może spowodować spadek aktywności drożdży.
20 g drożdży,
cukier,
mąka,
woda,
dwie zlewki,
łyżeczka.
Umieść w misce drożdże, łyżeczkę cukru oraz łyżeczkę mąki. Wszystkie składniki dobrze wymieszaj.
Połowę powstałej mieszaniny przełóż do drugiej miski.
Do pierwszej miski dodaj 3–4 łyżki letniej wody o temp. 20–30°C i dokładnie wymieszaj.
Do drugiej miski dodaj 3–4 łyżki wrzącej wody i dobrze wymieszaj.
Obie miski odstaw na 15 min.
Po 15 min oceń zaistniałe zmiany. Zanotuj obserwacje.
Można zauważyć, że zaczyn drożdży w pierwszej zlewce wyrósł, a w drugiej – nie.
Zaczyn rośnie, ponieważ zachodzi proces fermentacji z wydzieleniem gazowego produktu, który zwiększa objętość zaczynu. Proces ten zachodzi z udziałem drożdży – mikroorganizmów, których aktywność zostaje zahamowana na skutek działania wysokiej temperatury.
Jaki gaz jest produktem procesu fermentacji zachodzącego z udziałem drożdży?
Jednym z produktów fermentacji zachodzącej z udziałem drożdży jest tlenek węgla(IV).
10 dkg drożdży,
cukier,
woda,
woda wapienna,
kolba stożkowa z korkiem z rurką odprowadzającą,
zlewka,
łyżeczka.
W kolbie o pojemności ok. 200 cmIndeks górny 33 wymieszaj ok. 10 dkg drożdży z niewielką ilością wody oraz cukru.
Kolbę zamknij korkiem z rurką odprowadzającą.
Wylot rurki zanurz w zlewce z wodą wapienną.
Obserwuj zachodzące zmiany (efekt może być widoczny po kilkunastu minutach).
Zawarty w kolbie zaczyn drożdży spienił się i zwiększył swoją objętość, a wydzielający się bezbarwny gaz spowodował zmętnienie wody wapiennej. Który ze znanych ci gazów wchodzi w reakcję z wodą wapienną?
Fermentacja alkoholowaFermentacja alkoholowa zachodzi pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże, które rozkładają cukier (np. z soku owocowego) na etanol (alkohol etylowy) i tlenek węgla(IV).
Proces fermentacji alkoholowej przebiega zgodnie z równaniem:
Fermentację alkoholową wykorzystuje się m.in. w procesie produkcji piwa, wina oraz wysokoprocentowych napojów alkoholowych.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Film - ogólny widok wnętrza gorzelni. Zestaw ujęć surowców do produkcji zboże, ziemniaki, buraki cukrowe. Wnętrze gorzelni - fermentatory. Pokazanie jak wyglądają i pracują rektyfikatory. Pokazanie etapów końcowych produkcji w gorzelnii.
Jeśli twoja ciekawość wykracza poza przedstawione wyżej informacje, to zapoznaj się z dokładnym opisem etapów produkcji wina.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Etapy produkcji win gronowych
Wyniki badań archeologicznych świadczą o tym, że ok. 10 tysięcy lat temu otrzymywano napoje alkoholowe przez fermentację fig, daktyli i winogron. Produkty alkoholowe wytwarzano już w starożytnych Chinach, Persji i Egipcie. W Grecji i Rzymie wina były konsumowane 1000 lat p.n.e. nie tylko w trakcie uroczystości w świątyniach, ale również podczas uczt i biesiad. Grecy rozcieńczali wino wodą, gdyż picie nierozcieńczonego wina uważano za zwyczaj barbarzyński. Do VIII wieku wszystkie napoje alkoholowe miały niską zawartość alkoholu, jaką można osiągnąć przy naturalnej fermentacji, czyli do ok. 16%.
Napój o wysokiej zawartości alkoholu jako pierwsi otrzymali arabscy alchemicy. Przyprawiali go substancjami aromatycznymi i rozprowadzali jako cenne eliksiry. Sposób produkcji tych napojów był pilnie strzeżoną tajemnicą. W Europie alkohol zaczęto produkować dopiero pod koniec XIII wieku, jako tzw. wodę życia. Pierwsze wysokoprocentowe alkoholowe napoje konsumpcyjne zaczęto wytwarzać w XIV i XV wieku.
2. Fermentacja mlekowa
Takie potrawy, jak kefir, zasiadłe mleko, kwaszone ogórki, kapusta kwaszona czy barszcz biały, swój smak zawdzięczają kwasowi mlekowemu. Kwas mlekowy powstaje w procesie beztlenowej fermentacji mlekowejfermentacji mlekowej cukrów, wywołanej działaniem specjalnych bakterii (Bacillus acidi lactici).
Obecne w mleku białko ścina się pod wpływem kwasu (potocznie mówimy o „zsiadaniu się mleka”).
Po ogrzaniu zsiadłego mleka można oddzielić ser i otrzymać tzw. serwatkę, w której skład wchodzą kwas mlekowy oraz niewielkie ilości laktozy, białka i tłuszczów.
Proces fermentacji mleka zachodzi w dwóch etapach:
1. Etapem pierwszym jest hydroliza wchodzącego w skład mleka dwucukru (laktozy) na cukry proste (reakcja przebiega z udziałem odpowiednich enzymów).
2. Na drugim etapie przy udziale bakterii mlekowych z glukozy powstaje kwas mlekowy.
Napoje mleczne fermentowane cechuje wiele zalet. Charakteryzują się wyższą przyswajalnością składników odżywczych, zawierają w porównaniu z mlekiem mniej laktozy (ważne dla osób z nietolerancją laktozy), mają cenione walory smakowe.
Bakterie mlekowe wykorzystuje się również poza przemysłem mleczarskim. Podaj przykłady produktów wytwarzanych z zastosowaniem fermentacji mlekowej.
W jaki sposób wytwarza się pieczywo na zakwasie?
W jaki sposób produkuje się niektóre wędliny w przemyśle mięsnym?
W jaki sposób przygotowuje się na zimę niektóre warzywa?
Czy ta produkcja wymaga udziału bakterii mlekowych?
Skąd się biorą dziury w serze szwajcarskim?
W trakcie dojrzewania sera zachodzą procesy fermentacyjne. Bakterie kwasu mlekowego z rodzaju Propionibacterium przetwarzają kwas mlekowy na kwas octowy i propionowy. W reakcjach tych produktami są także woda i tlenek węgla(IV). Gaz ten nie może się uwolnić z twardniejącego sera i w efekcie po zastygnięciu masy powstają puste miejsca. W markowym szwajcarskim serze dziury mają rozmiar wiśni.
3. Fermentacja octowa
Zdarza się, że napoje o niewielkiej zawartości alkoholu, takie jak wino i piwo, pozostawione przez dłuższy czas w otwartych naczyniach, kwaśnieją.
Proces ten polega na przemianie alkoholu etylowego w kwas octowy i nosi nazwę fermentacji octowejfermentacji octowej. Fermentacja octowa zachodzi pod wpływem tlenu z powietrza, z udziałem mikroorganizmów (bakterii lub grzybów). Proces ten można przedstawić w postaci następującego równania:
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Widzimy bohaterkę w scenerii kuchennej. W ręku ma butelkę z octem winnym własnej roboty. Pani pokazuje naczynie z winogronami. Pani układa winogrona w dużym naczyniu, na przykład w słoju i opowiada dalej. Pani ugniata winogrona w naczyniu. Pani dodaje do miazgi cukier i miesza. Napełnione naczynie Pani przykrywa warstwą gazy. Pani odstawia naczynie. Pani bierze słój i rozlewa ocet do butelek. Widoczne jest zbliżenie octu w przeźroczystym naczyniu.
W przyrodzie fermentacja jest sposobem oddychania w środowisku beztlenowym. Przeprowadzając fermentację, organizmy, takie jak niektóre bakterie i drożdże, uzyskują niezbędną do życia energię. Pozyskiwana w ten sposób energia umożliwia przebieg różnych procesów biochemicznych, nazywanych przemianami metabolicznymi, służących wzrostowi i rozwojowi tych organizmów oraz innym ich czynnościom życiowym, takim jak np. ruch, reagowanie na bodźce czy rozmnażanie się.
Procesy fermentacji mogą zachodzić w warunkach ograniczonego dostępu tlenu – fermentacje beztlenowe, np. fermentacja alkoholowa, fermentacja mlekowa, ale także z udziałem tlenu – fermentacje tlenowe, np. fermentacja octowa.
Podsumowanie
Procesy fermentacji zachodzą z udziałem mikroorganizmów (bakterii i drożdży). Są wykorzystywane w produkcji żywności.
Fermentacja alkoholowa (z udziałem drożdży) jest podstawą produkcji wina, piwa i innych rodzajów alkoholi. Proces ten wykorzystywany jest także przy pieczeniu ciasta drożdżowego (powstający w wyniku fermentacji tlenek węgla(IV) spulchnia ciasto).
Fermentacja mlekowa daje możliwość wytwarzania takich przetworów mlecznych, jak kefir i jogurt.
Fermentacja alkoholowa i mlekowa są procesami przebiegającymi w warunkach beztlenowych.
W procesie fermentacji octowej, w warunkach tlenowych, z udziałem bakterii kwasu octowego, alkohol etylowy zostaje przekształcony w kwas octowy (etanowy).
Poproś osobę znającą się na gotowaniu o przepis na potrawę, przy której przyrządzaniu wykorzystuje się procesy fermentacyjne.
Zapisz ten przepis w zeszycie. Zwróć uwagę na warunki zalecane do wykonania potrawy/przetworu, które mają gwarantować sukces kucharski.
Korzystając ze zdobytej wiedzy, wyjaśnij zasadność proponowanego w przepisie postępowania.
Słowniczek
reakcja biochemiczna zachodząca pod wpływem enzymów drobnoustrojów zwykle w warunkach beztlenowych; niektóre procesy produkcji związków organicznych z wykorzystaniem mikroorganizmów nazwane są fermentacją, pomimo iż zachodzą z udziałem tlenu, np. fermentacja octowa; nazwa pochodzi od łac. fermentatio – zakwaszenie, burzenie się
proces zachodzący pod wpływem enzymów (zawartych w drożdżach), polegający na przemianie cukrów prostych w etanol
proces zachodzący z udziałem bakterii kwasu mlekowego, polegający na przemianie cukrów w kwas mlekowy
proces polegający na utlenieniu etanolu do kwasu octowego; zachodzi pod wpływem enzymów wytwarzanych przez bakterie kwasu octowego
proces technologiczny zachodzący z udziałem organizmów żywych lub ich składników (głównie bakterii), np. podczas kiszenia kapusty czy produkcji serów
Zadania
Oceń, które zdania są prawdziwe, a które – fałszywe.
| Prawda | Fałsz | |
| Proces polegający na przemianie alkoholu etylowego w kwas octowy to fermentacja alkoholowa. | □ | □ |
| Jogurt otrzymuje się z mleka w procesie fermentacji mlekowej. | □ | □ |
| Ocet winny wytwarza się z wina w procesie fermentacji octowej. | □ | □ |
| Proces fermentacji alkoholowej odbywa się przy udziale tlenu. | □ | □ |
| Wydzielający się w procesie fermentacji alkoholowej dwutlenek węgla jest odpowiedzialny za porowatą strukturę pieczywa. | □ | □ |
| Procesy z udziałem drożdży należy przeprowadzać w wysokiej temperaturze (ok. 200°C). | □ | □ |
Uzupełnij brakujące słowa w opisie produkcji octu domowym sposobem.
Skórki od jabłek należy zalać przegotowaną i ostudzoną wodą z cukrem. Procesy prowadzące do powstawania octu przebiegają w dwóch etapach:
I etap – cukier (sacharoza) pod wpływem drobnoustrojów ze skórek ulega przemianie w ............. Jest to proces ...............................................
II etap – otrzymana substancja pod wpływem bakterii octowych ze skórek jest przekształcana w ....................... Jest to proces .......................................
Oblicz, jaką objętość wody i jaką objętość 10-procentowego octu należy zmieszać ze sobą, aby otrzymać 0,5 litra octu o stężeniu 6%, potrzebnego do przygotowania zaprawy do ogórków?
Przyjmij, że gęstość roztworów jest w przybliżeniu równa gęstości wody, czyli .
- 300 ml octu 10% i 200 wody
- 400 ml octu 10% i 100 wody
- 300 ml octu 10% i 470 wody