Fermentacja

Fermentacja – co to jest?

Fermentacja (ang. fermentation) to enzymatyczny proces przemiany związków organicznych prowadzony przez mikroorganizmy – bakterie, drożdże lub grzyby strzępkowe – w którym z cukrów powstają prostsze związki: kwas mlekowy, etanol, kwasy organiczne, dwutlenek węgla. Nazwa typu pochodzi od produktu końcowego: fermentacja mlekowa, alkoholowa, octowa, masłowa, cytrynowa.

W ścisłym ujęciu biochemicznym fermentacja zachodzi bez dostępu tlenu i służy mikroorganizmom do pozyskania energii. Biotechnologia przemysłowa stosuje ten termin szerzej: w praktyce bioreaktorowej fermentacją nazywa się w zasadzie każdą hodowlę mikroorganizmów prowadzoną dla uzyskania metabolitu, także tlenową. To realne źródło nieporozumień – produkt określany jako „fermentacyjny” nie zawsze powstał w procesie beztlenowym.

W obrocie surowcami fermentacja występuje w trzech rolach. Jest metodą wytwarzania – znaczna część dodatków i składników funkcjonalnych powstaje w bioreaktorach, nie w syntezie chemicznej. Jest etapem przetwarzania surowca, między innymi w mleczarstwie i przy przygotowaniu ziarna kakaowego. Jest wreszcie metodą konserwacji, wykorzystywaną przy zakiszaniu pasz.

Najczęściej zadawane pytania

Czy fermentacja zawsze zachodzi bez dostępu tlenu?

W klasycznej definicji tak – to proces beztlenowy, w którym produkty rozkładu substratu pełnią jednocześnie rolę donorów i akceptorów wodoru. W praktyce przemysłowej terminem tym obejmuje się także procesy tlenowe: fermentacja octowa jest tak nazywana umownie, bo wymaga napowietrzania, podobnie jak biosynteza kwasu cytrynowego metodą wgłębną czy produkcja gumy ksantanowej, prowadzona przy wysokim natlenieniu.

Określenie „otrzymywany drogą fermentacji” opisuje więc udział mikroorganizmów, a nie warunki procesu – szczegółów trzeba szukać w dokumentacji technicznej producenta.

Które surowce powstają w procesie fermentacji?

Więcej, niż wynikałoby z potocznego skojarzenia z jogurtem i piwem. Kwas cytrynowy wytwarza się z udziałem pleśni Aspergillus niger, najczęściej metodą wgłębną, a podstawowym surowcem w Europie jest melasa buraczana. Aminokwasy paszowe – lizynę, treoninę i tryptofan – oraz kwas glutaminowy produkuje się z wykorzystaniem bakterii, głównie Corynebacterium glutamicum i zaprojektowanych szczepów Escherichia coli. Wyjątkiem jest metionina, którą otrzymuje się na drodze syntezy chemicznej. Drogą fermentacji powstaje też guma ksantanowa, wytwarzana przez bakterie Xanthomonas campestris i oczyszczana następnie przez ekstrakcję rozpuszczalnikiem.

Wiele pozycji w katalogu surowców spożywczych i paszowych to więc produkty biotechnologiczne, których jakość zależy od szczepu, substratu i sposobu oczyszczania – nie tylko od deklarowanej czystości chemicznej.

Jakie znaczenie ma fermentacja w konserwacji pasz?

Kiszenie to kierowana fermentacja mlekowa. Rozpuszczalne węglowodany zawarte w zielonce są w warunkach beztlenowych przekształcane przez bakterie kwasu mlekowego w kwasy organiczne, co obniża pH i hamuje rozkład materii organicznej. Oczekiwany zakres pH to 3,5-4,5 dla kiszonki z kukurydzy i 4,0-5,5 dla sianokiszonki, a masa stabilizuje się po około trzech tygodniach.

Przy nieprawidłowym przebiegu rozwój bakterii kwasu masłowego podnosi pH do 5,0-5,5, pogarsza smakowitość i powoduje straty energetyczne, a rozwój drożdży i pleśni wiąże się z ryzykiem mykotoksyn. Stąd inokulanty: bakterie homofermentatywne wytwarzają wyłącznie kwas mlekowy i sprawdzają się przy optymalnych warunkach zbioru, a heterofermentatywne, zalecane przy suchej masie powyżej 35 %, dają dodatkowo kwas octowy i propionowy, poprawiające stabilność tlenową kiszonki.

Na co zwrócić uwagę przy zakupie surowca fermentacyjnego?

Na pochodzenie procesu, nie tylko na parametry gotowego produktu. Warto sprawdzić w specyfikacji, jaki substrat wykorzystano – melasę buraczaną, trzcinową czy hydrolizat skrobiowy z kukurydzy – bo od tego zależą deklaracje alergenowe i zgodność z wymaganiami certyfikacyjnymi odbiorcy. Osobną kwestią jest status GMO, który zależy zarówno od substratu, jak i od użytego szczepu producenckiego; w specyfikacjach bywają one deklarowane oddzielnie.

Znaczenie ma też sposób oczyszczania, przekładający się na zawartość popiołu i pozostałości pożywki. Dwie partie o tej samej deklarowanej czystości mogą różnić się profilem zanieczyszczeń, jeśli pochodzą z różnych procesów – dlatego przy zmianie dostawcy porównuje się pełny certyfikat analizy, a nie samą zawartość substancji czynnej.