В пищевой промышленности ферментация — это преобразование углеводов в спирт или органические кислоты с использованием микроорганизмов — дрожжей или бактерий — в анаэробных (бескислородных) условиях. 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 аналогичные процессы происходят при заквашивании хлеба (CO2 , вырабатываемый дрожжевой активностью) и при консервировании кислых продуктов с образованием молочной кислоты , например, в квашеной капусте и йогурте .
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. Самым ранним археологическим свидетельством ферментации являются остатки пива возрастом 13 000 лет, имеющие консистенцию кашицы, найденные в пещере недалеко от Хайфы в Израиле. [1] 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 , [2] а виноделие датируется примерно 6000 г. до н. э. в Грузии , в районе Кавказа . [3] Семитысячелетние кувшины, содержащие остатки вина, которые сейчас экспонируются в Университете Пенсильвании, были раскопаны в горах Загрос в Иране . [4] Существуют веские доказательства того, что люди сбраживали алкогольные напитки в Вавилоне примерно в 3000 г. до н. э., [5] Древнем Египте примерно в 3150 г. до н.э., [6] доиспанская Мексика ок. 2000 г. до н.э., [5] и Судан ок. 1500 г. до н.э. [7]
Французский химик Луи Пастер основал зимологию , когда в 1856 году он связал дрожжи с брожением. [8] 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». [9]
Тем не менее, было известно, что дрожжевые экстракты могут сбраживать 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 сбраживался даже тогда, когда в смеси не было живых дрожжевых клеток, [10] с помощью ферментного комплекса, выделяемого дрожжами, который он назвал зимазой . [11] 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 + ). [12] [ требуется проверка ]
Пищевая ферментация — это преобразование 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. [13]
Ферментация продуктов питания служит пяти основным целям: обогащение рациона за счет создания разнообразных вкусов, ароматов и текстур в пищевых субстратах; сохранение значительных объемов продуктов питания за счет молочнокислой , спиртовой, уксуснокислой и щелочной [14] ферментации; обогащение пищевых субстратов белком, незаменимыми аминокислотами и витаминами; устранение антинутриентов ; сокращение времени приготовления и связанного с этим использования топлива. [15]
Чхонгукчжан , тёнчжан , творог из фасоли , мисо , натто , соевый соус , вонючий тофу , темпе , онком, соевая паста, пекинское молоко из маша, кинама, иру , тхуа нао
Амазаке , 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.
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 , сюрстремминг , 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 . [16] 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. [16]
Исследования показали, что ферментированная пища содержит канцерогенный побочный продукт, этилкарбамат (уретан). [17] «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 ». [18]