Co to jest fermentacja mlekowa i gdzie możemy ją spotkać?

Fermentacja mlekowa to biochemiczna przemiana cukrów w kwas mlekowy prowadzona przez bakterie kwasu mlekowego w środowisku ubogim w tlen lub beztlenowym, co skutkuje obniżeniem pH i naturalną konserwacją żywności [1][2][3][5]. Spotykamy ją najczęściej w technologiach produkcji żywności i w procesach zakwaszania surowców roślinnych oraz mlecznych, gdzie odpowiada za trwałość, bezpieczeństwo i charakterystyczny smak [1][3][5][6].

Czym jest fermentacja mlekowa?

Fermentacja mlekowa jest formą enzymatycznego rozkładu cukrów takich jak glukoza lub laktoza do kwasu mlekowego, a w zależności od szczepu bakterii mogą powstawać także niewielkie ilości innych związków [1][2][3]. Proces ten przebiega głównie w warunkach beztlenowych albo przy bardzo niskiej dostępności tlenu, co jest typowe dla środowisk kontrolowanych w przemyśle spożywczym [2][3][5].

Efektem przemiany jest wyraźne zakwaszenie środowiska, które ogranicza wzrost niepożądanych drobnoustrojów i wzmacnia trwałość surowca, a także nadaje mu kwaśny profil smakowy [3][4][5].

Na czym polega mechanizm fermentacji mlekowej?

Mechanizm polega na sekwencji reakcji metabolicznych katalizowanych przez enzymy bakterii kwasu mlekowego, w których cukry stanowią substrat energetyczny, a produktem dominującym jest kwas mlekowy [2][5]. W wielu przypadkach, obok głównego produktu, mogą pojawiać się śladowe ilości kwasu octowego, dwutlenku węgla lub alkoholu etylowego, co zależy od cech metabolicznych danego szczepu [2][3].

W ujęciu klasycznym z jednej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki kwasu mlekowego oraz energia w postaci dwóch cząsteczek ATP, co ilustruje niskoenergetyczny, ale efektywny charakter tego szlaku dla bakterii [1]. W mlecznym środowisku rozkład laktozy i akumulacja kwasu mlekowego obniżają pH, co prowadzi do denaturacji białek, w tym kazeiny, i wpływa na końcową strukturę wyrobu [4][7].

Jakie warunki sprzyjają fermentacji mlekowej?

Kluczowe są warunki beztlenowe oraz dostępność łatwo przyswajalnych cukrów, co decyduje o kierunku i szybkości przemian [2][3][4][6]. Wysoka zawartość cukrów prostych lub dwucukrów, takich jak glukoza, maltoza, laktoza i sacharoza, sprzyja sprawnemu przebiegowi procesu i szybszemu zakwaszaniu [2][4][6].

Znaczenie mają również temperatura i czas fermentacji, ponieważ regulują aktywność enzymatyczną mikroorganizmów i wpływają na tempo oraz profil wytwarzanych metabolitów [4][6]. W praktykach mleczarskich etap inkubacji jest zwykle zwarty w czasie i trwa około 4 do 6 godzin, przy parametrach dopasowanych do szczepów bakterii [4].

Które bakterie biorą udział w fermentacji mlekowej?

Głównymi wykonawcami procesu są bakterie kwasu mlekowego, w tym szczepy zaliczane do rodzajów Lactobacillus oraz Streptococcus, wyspecjalizowane w wykorzystywaniu cukrów jako źródła energii w warunkach ograniczonego tlenu [2][5]. Istnieją formy homofermentatywne, które wytwarzają głównie kwas mlekowy, oraz heterofermentatywne, które poza nim generują również inne metabolity, co wpływa na przebieg zakwaszania i aromat produktu [2].

Gdzie możemy ją spotkać?

Fermentacja mlekowa jest wszechobecna w technologiach żywności, szczególnie w przetwórstwie mlecznym oraz w kiszeniu surowców roślinnych, gdzie odpowiada za trwałość, bezpieczeństwo mikrobiologiczne i charakterystyczne cechy sensoryczne wyrobów [1][2][5][6]. W praktyce służy zarówno do produkcji fermentowanych przetworów mlecznych, jak i do długotrwałego utrwalania warzyw, co korzystnie zmienia ich pH i ogranicza rozwój niepożądanych mikroorganizmów [1][3][5][6].

Jak fermentacja mlekowa wpływa na trwałość i właściwości żywności?

Obniżenie pH jest mechanizmem konserwującym, ponieważ środowisko kwaśne hamuje rozwój wielu drobnoustrojów odpowiedzialnych za psucie i zagrożenia zdrowotne, co bezpośrednio przekłada się na wydłużenie trwałości i bezpieczeństwo wyrobu [3][5]. Zmiany odczynu i składu metabolitów modyfikują również smak na kwaśny oraz kształtują strukturę, co jest szczególnie widoczne w wyrobach opartych na białkach mleka, gdzie dochodzi do denaturacji i zmian tekstury [4][7].

W kiszonych surowcach roślinnych rozpuszczalne cukry ulegają przekształceniu w kwasy organiczne, co stabilizuje mikrobiologicznie środowisko i utrzymuje pożądaną jakość przez dłuższy czas przechowywania [3][6].

Jak przebiega kiszenie w ujęciu fazowym?

Kiszenie bywa opisywane jako sekwencja następujących po sobie etapów: faza tlenowa, faza przejściowa, główna fermentacja oraz faza wybierania, które różnią się dynamiką mikroflory i tempem zakwaszania [6]. Faza przejściowa trwa zwykle około 24 do 72 godzin i przygotowuje środowisko do intensywnej aktywności bakterii kwasu mlekowego [6].

Główna fermentacja może trwać około 10 do 30 dni w zależności od surowca i warunków, co pozwala na stabilne obniżenie pH i osiągnięcie zakładanego profilu jakościowego, po czym następuje etap wybierania gotowego surowca [6]. Im lepsza dostępność cukrów i bardziej sprzyjające parametry procesu, tym sprawniejsze i bardziej przewidywalne jest zakwaszanie [2][4][6].

Ile energii powstaje w trakcie fermentacji mlekowej?

W ujęciu bilansu energetycznego z jednej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki kwasu mlekowego oraz dwie cząsteczki ATP, co pokazuje, że bakterie uzyskują umiarkowaną ilość energii, wystarczającą do wzrostu w warunkach beztlenowych [1].

Dlaczego znaczenie fermentacji mlekowej w technologii żywności jest tak duże?

Znaczenie wynika z połączenia trzech efektów: naturalnej konserwacji przez zakwaszanie, kształtowania cech sensorycznych oraz przewidywalności i powtarzalności procesu w kontrolowanych warunkach, które preferują bakterie kwasu mlekowego [1][3][5]. Dzięki temu fermentacja mlekowa jest podstawą wielu linii technologicznych i kluczowym narzędziem poprawy bezpieczeństwa i jakości produktów [3][5].

Źródła:

• [1] https://pl.wikipedia.org/wiki/Fermentacja_mlekowa
• [2] https://e-biotechnologia.pl/artykuly/fermentacja-mlekowa/
• [3] https://www.spirulina.pl/chemia/fermentacja-mlekowa.html
• [4] https://www.medme.pl/artykuly/fermentacja-mlekowa-jakie-bakterie-biora-w-niej-udzial
• [5] https://foodfakty.pl/fermentacje-mikrobiologiczne
• [6] https://holstein.pl/kiszenie-fermentacja-mlekowa-krok-po-kroku/
• [7] https://zpe.gov.pl/szukaj?query=fermentacja+mlekowa