ბუნება საშუალებას აძლევს ადამიანს ისარგებლოს მასში არსებული უპირატესობებით. ამავდროულად, ადამიანები ცდილობენ გაზარდონ ეს სიმდიდრე, შექმნან რაღაც ახალი და გაეცნონ უცნობის შესახებ. ბაქტერიები ბუნების ყველაზე პატარა არსებებია, რომელთა გამოყენებაც ადამიანებმა ისწავლეს საკუთარი მიზნებისთვის.
მაგრამ არა მხოლოდ პათოგენურ პროცესებთან და დაავადებებთან დაკავშირებულ ზიანს ატარებენ ეს პროკარიოტული ორგანიზმები. ისინი ასევე წარმოადგენენ მნიშვნელოვანი სამრეწველო პროცესის წყაროს, რომელსაც ხალხი უძველესი დროიდან იყენებდა - დუღილი. ამ სტატიაში განვიხილავთ რა არის ეს პროცესი და კონკრეტულად როგორ ხდება ნივთიერებების რძემჟავა დუღილი.
დუღილის წარმოშობისა და გამოყენების ისტორია
პირველი ნახსენები, რომ დუღილის პროცესს ადამიანები იყენებდნენ გარკვეული პროდუქტების მისაღებად, გაჩნდა ჩვენს წელთაღრიცხვამდე 5000 წელს. სწორედ მაშინ გამოიყენეს ეს მეთოდი ბაბილონელებმა ისეთი პროდუქტების მისაღებად, როგორიცაა:
- ყველი;
- ღვინო;
- დადუღებული რძე და სხვარძის პროდუქტები.
მოგვიანებით მსგავსი საკვების მიღება დაიწყო ეგვიპტეში, ჩინეთში, სუდანში, მექსიკასა და სხვა უძველეს სახელმწიფოებში. დაიწყეს საფუვრიანი პურის ცხობა, ბოსტნეულის კულტურების დუღილი და გამოჩნდა კონსერვის პირველი მცდელობები.
რძემჟავა დუღილის პროცესს ადამიანები ათასობით წლის განმავლობაში იყენებდნენ. ყველი, კეფირი, იოგურტი ყოველთვის საკვების მნიშვნელოვანი ნაწილი იყო. ყველა ექიმმა და მკურნალმა იცოდა ამ პროდუქტების სარგებლობის შესახებ. თუმცა, მიზეზები, რის გამოც შესაძლებელია ამ სახის ტრანსფორმაცია, დიდი ხნის განმავლობაში უცნობი რჩებოდა.
ის, რომ დუღილის პირობები მოითხოვს მიკროორგანიზმების არსებობას, ხალხი ვერც კი წარმოიდგენდა. მე-17 საუკუნის შუა ხანებში ვან ჰელმონტმა შესთავაზა შემოღებულიყო ტერმინი „დუღილი“იმ სამზარეულოს პროცესებისთვის, რომლებსაც თან ახლავს გაზის გამოყოფა. ყოველივე ამის შემდეგ, თარგმანში ეს სიტყვა ნიშნავს "დუღილს". თუმცა, მხოლოდ მე-19 საუკუნეში, ანუ თითქმის ორასი წლის შემდეგ, ფრანგმა მიკრობიოლოგმა, ქიმიკოსმა და ფიზიკოსმა ლუი პასტერმა აღმოაჩინა მსოფლიოში მიკრობების, ბაქტერიების არსებობა.
მას შემდეგ გახდა ცნობილი, რომ სხვადასხვა სახის ფერმენტაცია მოითხოვს თვალისთვის უხილავი სხვადასხვა სახის მიკროორგანიზმების არსებობას. მათმა კვლევამ დროთა განმავლობაში შესაძლებელი გახადა დუღილის კონტროლი და მისი სწორი მიმართულებით წარმართვა ადამიანისთვის.
ფერმენტაციის პროცესების არსი
თუ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ რა არის დუღილის პროცესი, მაშინ უნდა აღვნიშნოთ მისი ბიოქიმიური ბუნება. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს მხოლოდ ბაქტერიების აქტივობაა, რომლებიც სიცოცხლისთვის ენერგიას იღებენ და აწარმოებენ სხვადასხვაქვეპროდუქტები.
ზოგადად, დუღილი შეიძლება აღიწეროს ერთი სიტყვით - დაჟანგვა. ნივთიერების ანაერობული დაშლა გარკვეული ბაქტერიების გავლენის ქვეშ, რაც იწვევს მთელი რიგი პროდუქტების წარმოქმნას. რა სუბსტანციაა საფუძველი, ასევე რა იქნება შედეგი, განისაზღვრება თავად პროცესის ტიპით. არსებობს დუღილის რამდენიმე ვარიანტი, ამიტომ არსებობს ამ გარდაქმნების კლასიფიკაცია.
კლასიფიკაცია
არსებობს დუღილის სამი ძირითადი ტიპი.
- ალკოჰოლი. იგი შედგება ორიგინალური ნახშირწყლების მოლეკულის დაჟანგვაში ეთილის სპირტამდე, ნახშირორჟანგამდე, წყალში და ATP მოლეკულაში (ენერგიის წყარო). ეს გარდაქმნები ხორციელდება არა მხოლოდ ბაქტერიების, არამედ სხვადასხვა გვარისა და სახეობის სოკოების მოქმედებით. სწორედ ამ გზით მიიღება უძველესი დროიდან ისეთი პროდუქტები, როგორიცაა ლუდი, ღვინო, საცხობი საფუარი და ალკოჰოლი. ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ნახშირწყლების დაშლის დროს, იხარჯება მიკროორგანიზმის სასიცოცხლო პროცესების უზრუნველსაყოფად. ეს არის პროცესის ბიოლოგიური არსი.
- რძის მჟავა დუღილი არის ნახშირწყლების დაჟანგვა რძემჟავად რამდენიმე ქვეპროდუქტის გამოყოფით. როგორ ტარდება და რა ტიპები ხდება, უფრო დეტალურად განვიხილავთ შემდგომში.
- ბუტირიუმის მჟავა. ამ ტიპის დუღილი მნიშვნელოვანია ბუნებრივი მასშტაბით. იგი ხორციელდება ბუტირონმჟავას ბაქტერიების სასიცოცხლო აქტივობის გამო, რომლებიც ცხოვრობენ ანაერობულ პირობებში ჭაობების ფსკერზე, მდინარის სილაში და ა.შ. ბუნებაში მათი მუშაობის წყალობით, დიდი რაოდენობით ორგანული კომპონენტები მუშავდება. პროდუქტები მრავალი ნივთიერებაა, რომელთა შორის მთავარიაბუტირის მჟავა. ასევე გამოიყოფა: აცეტონი, იზოპროპილის სპირტი, ნახშირორჟანგი, ძმარმჟავა, რძემჟავა, ეთილის სპირტი და სხვა ნაერთები.
თითოეული დანიშნულ სახეობა მნიშვნელოვანია როგორც ბუნებრივი, ასევე სამრეწველო მასშტაბით. ორგანიზმების ტიპები, რომლებიც ახორციელებენ ამგვარ გარდაქმნებს, დღეს კარგად არის შესწავლილი და ბევრი მათგანი ხელოვნურად კულტივირებულია, რათა მიიღონ პროდუქტის დიდი მოსავლიანობა.
რძემჟავა დუღილი: ზოგადი კონცეფცია
ეს ტიპის დუღილი ცნობილია უძველესი დროიდან. ჯერ კიდევ ჩვენს წელთაღრიცხვამდე ძველი ეგვიპტისა და სხვა სახელმწიფოების მკვიდრებმა იცოდნენ ყველის დამზადება, ლუდის და ღვინის დამზადება, პურის გამოცხობა, ბოსტნეულის და ხილის დუღილი.
დღეს გამოიყენება სპეციალური სტარტერ კულტურები ფერმენტირებული რძის პროდუქტებისთვის, ხელოვნურად იზრდება საჭირო მიკროორგანიზმების შტამები. პროცესი მოდერნიზებულია და მიყვანილია ავტომატიზმამდე, განხორციელდა სრული აღჭურვილობის დახმარებით. ბევრი მწარმოებელია, რომლებიც უშუალოდ აწარმოებენ რძემჟავას დუღილს.
მთელი პროცესის არსი შეიძლება შეჯამდეს რამდენიმე აბზაცში.
- ძირითად პროდუქტად მიიღება ნახშირწყლები - მარტივი (ფრუქტოზა, გლუკოზა, პენტოზები) ან რთული (საქაროზა, სახამებელი, გლიკოგენი და სხვა).
- შეიქმნება ანაერობული პირობები.
- პროდუქტს ემატება გარკვეული ტიპის რძემჟავა ბაქტერიების შტამები.
- მოწოდებულია ყველა საჭირო გარე ფაქტორი, რომელიც ოპტიმალურია სასურველი პროდუქტისთვის: განათება, ტემპერატურა, გარკვეული დამატებითი ნივთიერების არსებობა.კომპონენტები, წნევა.
- დუღილის პროცესის დასრულების შემდეგ ხდება პროდუქტის დამუშავება და ყველა გვერდითი ნაერთის იზოლირება.
რა თქმა უნდა, ეს მხოლოდ ზოგადი აღწერაა იმისა, რაც ხდება. სინამდვილეში, თითოეულ ეტაპზე მრავალი რთული ბიოქიმიური რეაქცია ხდება, რადგან რძემჟავა დუღილის პროცესი ცოცხალი არსებების სასიცოცხლო აქტივობის შედეგია.
რძემჟავა დუღილის პროცესის საფუძვლები
ქიმიური თვალსაზრისით, ეს გარდაქმნები თანმიმდევრული ეტაპების სერიაა.
- პირველ რიგში, ხდება ცვლილება თავდაპირველ სუბსტრატში, ანუ იცვლება ნივთიერების (ნახშირწყლების) ნახშირბადის ჯაჭვი. ეს იწვევს სრულიად განსხვავებული ბუნების შუალედური ნაერთების გაჩენას, რომლებიც მიეკუთვნებიან სხვადასხვა კლასებს. მაგალითად, თუ საწყისი სუბსტრატი არის გლუკოზა, მაშინ იგი გადანაწილდება გლუკონის მჟავად.
- ჟანგვა-აღდგენითი რეაქციები, რომელსაც თან ახლავს აირების გამოყოფა, ქვეპროდუქტების წარმოქმნა. მთელი პროცესის მთავარი ერთეულია რძემჟავა. სწორედ ის იწარმოება და გროვდება დუღილის დროს. თუმცა, ეს არ არის ერთადერთი კავშირი. ასე რომ, ხდება ძმარმჟავას, ეთილის სპირტის, ნახშირორჟანგის, წყლის და ზოგჯერ სხვა თანმხლები მოლეკულების ფორმირება.
- პროცესის ენერგეტიკული გამოსავალი ადენოზინტრიფოსფორის მჟავას (ATP) მოლეკულების სახით. გლუკოზის თითო მოლეკულაზე არის 2 ATP მოლეკულა, მაგრამ თუ საწყისი სუბსტრატი უფრო რთული სტრუქტურისაა, მაგალითად ცელულოზა, მაშინ არსებობს სამი ATP მოლეკულა. ამ ენერგიას იყენებენ რძემჟავა ბაქტერიები შემდგომი სიცოცხლისთვის.
ეს ბუნებრივიათუ ვინმეს ესმის ბიოქიმიური გარდაქმნები დეტალურად, მაშინ უნდა იყოს მითითებული ყველა შუალედური მოლეკულა და კომპლექსი. როგორიცაა:
- პირუვინის მჟავა;
- ადენოზინის დიფოსფატი;
- ნიკოტინამინის დიფოსფატის მოლეკულები, როგორც წყალბადის გადამზიდავი და სხვა.
თუმცა ეს საკითხი განსაკუთრებულ ყურადღებას იმსახურებს და გასათვალისწინებელია ბიოქიმიის თვალსაზრისით, ამიტომ მას ამ სტატიაში არ შევეხებით. მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ, რა არის რძემჟავა პროდუქტების წარმოების ტექნოლოგია და რა სახის დუღილი არსებობს.
ჰომოფერმენტაციური დუღილი
ჰომოფერმენტული რძემჟავა დუღილი გულისხმობს პათოგენების სპეციალური ფორმების გამოყენებას და განსხვავდება ჰეტეროფერმენტაციისგან მიღებული პროდუქტებით და მათი რაოდენობით. ეს ხდება გლიკოლიზური გზის გასწვრივ მიკროორგანიზმის უჯრედში. დასკვნა არის, როგორც ზოგადად ნებისმიერი ფერმენტაციის შემთხვევაში, ნახშირწყლების გარდაქმნა რძემჟავად. ამ პროცესის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ სასურველი პროდუქტის მოსავლიანობა 90%-ია. და მხოლოდ დანარჩენი მიდის გვერდით ნაერთებზე.
ბაქტერიების დუღილი ამ ტიპის შემდეგი სახეობებიდან:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus და სხვები.
სხვა რა ნივთიერებები წარმოიქმნება ჰომოფერმენტული დუღილის შედეგად? ეს არის კავშირები, როგორიცაა:
- ეთილის სპირტი;
- არასტაბილური მჟავები;
- ნახშირორჟანგი;
- ფუმარინის და სუქცინის მჟავა.
თუმცა, ფერმენტირებული რძის პროდუქტების მიღების ეს მეთოდი პრაქტიკულად არ გამოიყენება ინდუსტრიაში. იგი შენარჩუნებულია ბუნებაში, როგორც გლიკოლიზის საწყისი ეტაპი, ასევე გვხვდება ძუძუმწოვრების კუნთოვან უჯრედებში დიდი ფიზიკური დატვირთვის დროს.
ადამიანის კვებისათვის საჭირო პროდუქტების წარმოების ტექნოლოგია მოიცავს ისეთი საწყისი ნახშირწყლების გამოყენებას, როგორიცაა:
- გლუკოზა;
- საქაროზა;
- ფრუქტოზა;
- mannose;
- სახამებელი და ზოგიერთი სხვა.
და ჰომოფერმენტაციულ ბაქტერიებს არ შეუძლიათ ამ ნაერთებიდან ბევრის დაჟანგვა, ამიტომ მათი გამოყენება როგორც სასტარტო კულტურები წარმოებაში შეუძლებელია.
ჰეტეროფერმენტირებული რძემჟავა დუღილი
ეს მეთოდი არის ზუსტად ინდუსტრიულად გამოყენებადი, რომლის წყალობითაც ხდება ყველა ფერმენტირებული რძის პროდუქტების წარმოება, ბოსტნეულის შენარჩუნება და პირუტყვის სილოსის საკვების მოკრეფა.
მთავარი განსხვავება ზემოთ აღწერილისგან არის ის, რომ პათოგენები ახორციელებენ რძემჟავას დუღილს უფრო დიდი რაოდენობის ქვეპროდუქტების წარმოქმნით. შაქრის მხოლოდ 50% გადამუშავდება ბაქტერიების მიერ რძემჟავად, დანარჩენი მიდის ისეთი მოლეკულების ფორმირებაზე, როგორიცაა:
- ძმარმჟავა;
- გლიცერინი;
- ნახშირორჟანგი;
- ეთილის სპირტი და სხვა.
როგორ არის უკეთესი და მომგებიანი, ვიდრე 90%-იანი სუფთა რძემჟავას ფორმირება ჰომოფერმენტაციის მეთოდით? საქმე ისაა, რომ როცა ძირითადი პროდუქტი იწარმოებაძალიან ბევრი, მაშინ ბევრი ბაქტერიის სასიცოცხლო აქტივობა მთლიანად შეფერხებულია. გარდა ამისა, პროდუქტები კარგავს ბევრ გემოვნურ თვისებას, რომელსაც ისინი იძენენ გვერდითი ნაერთების გამო. ასე, მაგალითად, დაკონსერვებული ბოსტნეულის სასიამოვნო არომატს იძლევა ძმარმჟავა და იზოამილის სპირტი. თუ ეს ნაერთები არ არის, მაშინ კონსერვაციის შედეგი სრულიად განსხვავებული იქნება.
რძის მჟავას 50%-იანი გამოსავალი სავსებით საკმარისია სისტემის ყველა უცხო სოკოსა და მიკროორგანიზმების განვითარებისა და სასიცოცხლო აქტივობის ჩასახშობად. რადგანაც 1-2% იწვევს გარემოს ძალიან ძლიერ მჟავიანობას, რომელშიც სხვა ორგანიზმები არ იარსებებს, გარდა რძემჟავა ბაქტერიებისა. მთელი პროცესი ტარდება პენტოზაფოსფატის გზის გასწვრივ.
ჰეტეროფერმენტაციის მეთოდის დუღილის პირობები უნდა იყოს შემდეგი:
- კარგი და ახალი შემქმნელი დამატებულია საწყის ეტაპზე;
- ოპტიმალური გარე პირობები, რომლებიც შერჩეულია თითოეული პროდუქტისთვის ინდივიდუალურად;
- მაღალი ხარისხის და კარგად მოქმედი აღჭურვილობა;
- პროცესისთვის საჭირო ყველა ტექნიკური მოწყობილობა.
გარე პირობებს შორის განსაკუთრებული მნიშვნელობა ენიჭება პროცესის ტემპერატურას. არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი, მაგრამ სიცივე მკვეთრად შეანელებს დუღილის მთელ მიმდინარეობას.
დღეს არსებობს სპეციალიზებული დუღილის ავზი, რომელიც ავტომატურად ქმნის ყველა საჭირო პირობას მიკროორგანიზმების სწორი და კომფორტული ფუნქციონირებისთვის.
საჭიროა აღჭურვილობა
როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ყველაზე მნიშვნელოვან ატრიბუტებს შორისუნდა აღინიშნოს დუღილის უნარი. თუ ვსაუბრობთ სახლის პროცედურაზე, მაშინ ყურადღება უნდა მიაქციოთ კონსერვაციის დროს გამოყენებული კერძების სისუფთავეს, იოგურტის და სხვა პროდუქტების დამზადებას. მიკროორგანიზმების გარე პოპულაციების რაოდენობის შემცირების ერთ-ერთი გზაა კონტეინერების სტერილიზაცია მათ გამოყენებამდე.
რომელი კერძებია შესაფერისი ჰეტეროფერმენტული დუღილისთვის? ეს შეიძლება იყოს მინის ან მაღალი ხარისხის პლასტმასის (პოლიპროპილენის, პოლიეთილენის) კონტეინერი, რომელიც შეიძლება მჭიდროდ დაიხუროს თავსახურით.
მრეწველობა იყენებს სპეციალურ მოწყობილობებს დუღილის პროცესის დაწყებამდე კონტეინერების დეზინფექციისა და გაწმენდისთვის.
პროცესში გამოყენებული ბაქტერიები
თუ ვსაუბრობთ ბაქტერიულ კულტურებზე, რომლებიც გამოიყენება დაკონსერვებული და ფერმენტირებული რძის პროდუქტების შესაქმნელად, მაშინ შეგვიძლია გამოვყოთ ორგანიზმების რამდენიმე ყველაზე გავრცელებული სახეობა.
- აციდოფილური ბულგარული ჯოხი.
- ლაქტობაცილის სახეობა Sporolactobacillus inulinus.
- ბიფიდობაქტერია.
- Leukostocks.
- რძემჟავა კოკები.
- Lactobacillus species L. Casei.
- სტრეპტოკოკის გვარის ბაქტერიები და სხვა.
აღნიშნული ორგანიზმების კომბინაციისა და სუფთა კულტურების საფუძველზე მზადდება ფერმენტირებული რძის პროდუქტების საწყისი კულტურები. ისინი საჯარო დომენშია, მათი ყიდვა ყველას შეუძლია. მთავარია დაიცვან დუღილის პროცესის პირობები, რათა ისარგებლოთ მიღებული შედეგითპროდუქტი.
რა პროდუქტები მიიღება ამ დუღილის შედეგად?
თუ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ რა დუღილის პროდუქტების მიღება შეიძლება ლაქტობაცილების დახმარებით, მაშინ შეგვიძლია დავასახელოთ რამდენიმე ძირითადი კატეგორია.
- ფერმენტირებული რძის პროდუქტები (ფერმენტირებული გამომცხვარი რძე, იოგურტები, ვარენეტი, კეფირი, ხაჭო, არაჟანი, კარაქი, აციდოფილური პროდუქტები და სხვა).
- სილოს ტიპის საკვები ფერმის ცხოველებისთვის.
- რძის მჟავა, რომელიც გამოიყენება გამაგრილებელი სასმელების წარმოებაში, ბეწვის ტყავის დასამზადებლად და სხვა.
- საცხობი, ყველის წარმოება.
- კონსერვირებული ხილი და ბოსტნეული.
ეს ყველაფერი ადასტურებს გარკვეული ტიპის ბაქტერიების მნიშვნელობას ადამიანების ცხოვრებაში, მათ სამრეწველო საქმიანობაში.
