Ķīmija un tehnoloģijas

Raudzētiem pārtikas produktiem ir ilga vēsture. Fermentācijai pakļauti pārtikas produkti ir nozīmīga mūsu ikdienas uztura daļa. Tos izmantoja jau pirmatnējie cilvēki, bet mūsdienās to veic rūpnieciskajā ražošanā. Raudzēšana:

• maina uztur produkta īpašības – tam piešķir jaunu garšu, aromātu, uzturvērtības kvalitāti, piem., palielina vitamīnu saturu (tos producē mikroorganismi);
• pagarina augu un dzīvnieku valsts produktu uzglabāšanas laiku (pirms tam bija zināma tikai sālīšana, žāvēšana, konservēšana);
• dažādo pārtikas produktus – iegūst daudzveidīgus pārtikas produktus ar dažādu uzturvērtību, noderīgu dažādām gaumēm, piem., piena pārstrādes produktu gadījumā.
• siera, skābēto kāpostu, jēldesu un vīna iegūšanā gan agrākos laikos, gan mūsdienās izmanto rūgšanas procesus. Taču mūsdienās raudzēšanu veic ar modernām tehnoloģijām. Tās nodrošina:
• izejvielu noteikts saturs;
• mikroorganismu speciālas kultūras;
• raudzēšanas apstākļu stingra ievērošana;
• noteikts produkta iepakojums.

Rūgšanu nodrošina vairāki atšķirīgi procesi – pienskābā, spirta vai etiķskābā rūgšana. Raudzēšanai izmanto visdažādākos augu un dzīvnieku valsts produktus un to pielietojums ir ļoti daudzveidīgs (sk. tab.). Tabulā doti produkti, to izgatavošanas izejvielas, kā arī fermentācijas procesu nodrošinošie mikroorganismi.

Vīni un alus ir raugu darbības rezultāts. Tie veido atsevišķu nozīmīgu produktu grupu. Spirtotos dzērienus ar augstāku etanols saturu iegūst, pievienojot tīru etanolu. Mikrobioloģiski rūgšanas gaitā šādi tos nav iespējams iegūt.

Gaisa skābekļa klātbūtnē vīnā savairojas pienskābes baktērijas un etanols tiek pārvērsts par etiķskābi. Šādā veidā pasaulē tiek ražotas vairāk kā 100 tūkstoši tonnas etiķa un to izmanto kā garšvielu un konservantu.

Citi plaši ražotie produkti ir skābēti kāposti un skābēti gurķi, Eiropā arī skābētas pupas, Vidusjūras valstīs – skābētas olīvas, bet Kaukāzā – skābēti ķiploki. Kafijas, tējas, kakao un vaniļas ražošana notiek tropiskajā joslā un šajos procesos arī piedalās daudzi mikroorganismi, kas nodrošina šo produktu specifisko garšu un aromātu.

Austrumāzijas virtuvē tipiska garšviela ir sojas mērce. Tās pagatavošanas gaitā vispirms notiek fermentatīvi procesi pelējuma sēņu iedarbībā, bet pēc tam dominē pienskābā rūgšana un spirta rūgšana.

Dzīvnieku izcelsmes produkti biezpiens, jogurts, skābs krējums ir piena pārstrādes produkti. To ražošanas gaitā notiek pienskābā rūgšana, kefīra ražošanās – līdztekus arī spirta rūgšana, savukārt sieru ražošanā bez tam izmanto arī pelējumsēnes.

Jēlās desas tirgū vairāk kā 200 veidi. Populārākās no tām ir Salami un Cervelat desa. Arī to izgatavošanas gaitā norisinās pienskābā fermentācija. Gaļas masai pievieno nitrātus. Tie tiek reducēti par nitrītiem un fermentēšanas procesiem ir sava specifika.

Fermentāciju veicoši organismi apkārtējā vidē ir it visur. Līdzko nav skābekļa un apstākļi ir pietiekoši silti, sākas pienskābā rūgšana. Piemēram, gaļa vakuumiepakojumā. No ogļhidrātiem veidojas pienskābe. Pastērs (Van Louis Pasteur) to raksturoja kā „la wie sans air” – dzīve bez skābekļa.

Kā veikt vēlamo fermentācijas procesu, nepieļaujot produktu bojāšanos, kas savukārt var izsaukt saindēšanos?

Skābšanas procesus ierosina pienskābes baktērijas Streptococcaceae (lodveida forma) un Lactobacillaceae (nūjiņveida forma). Tās pārstrādā ogļhidrātus. Anaerobos apstākļos tās ir dominējošā daudzumā, kaut arī gaisa klātbūtnē līdztekus norisinās arī aerobo mikroorganismu (raugu, pelējuma sēņu) augšana. Produkts kļūst arvien skābāks. Pārstāj augt un proteīnus sadalīt pūšanas baktērijas, kam nepieciešama neitrāla vai vāji bāziska vide, bet pienskābes baktērijas turpina savu darbu.

Kāda rūgšana, pienskābā vai spirta rūgšana, norisināsies ogļhidrātus saturošos šķīdumos, nosaka vides pH vērtība un skābekļa klātbūtne. Produktos, kuru pH vērtība ir neitrāla vai nedaudz skāba un tajā ir daudz ogļhidrātu (cietes) norisinās pienskābā rūgšana, savukārt skābos augļos, augļu sulās, kas satur daudz ūdenī šķīstošos ogļhidrātus – spirta rūgšana. Bez galvenajiem rūgšanas produktiem veidojas arī liels skaits citu vielu, kas nosaka produkta garšu un aromātu, kā arī vitamīni. Rūgšanas gaitā tiek noārdītas pat dažas organismam kaitīgās vielas, piemēram, zilskābe auga manioka pārstrādes produktos, grūti sagremojami ogļhidrāti, gremošanas fermentu, piem., tripsīna inhibitori pākšaugos.

Tradicionālā fermentācija, ko veic naturālajās saimniecībās, joprojām raksturīga jaunattīstības valstīm. Šādi tiek iegūta trešdaļa produktu. Lielrūpnieciskajā ražošanā:

• precīzi jāievēro izejvielu kvalitāte;
• stingri jāievēro biotehnoloģisko procesu parametri;
• galaproduktam jāatbilst noteiktam standartam.

Lai nodrošinātu rūpniecisko procesu atkārtojamību un produkta atbilstību noteiktiem standartiem, sākot ar 19. gs. beigām sāka izmantot mikroorganismu tīrkultūras. Vispirms tās izmantoja alus darītavās, taču mūsdienās noturīgas tīrkultūras izmanto praktiski visos biotehnoloģiskajos procesos. Prasības mikroorganismu kultūrām:

• labi kultivējas;
• augsta aktivitāte konkrētos apstākļos;
• laba produkta reproducējamība – augsts tā iznākums un laba kvalitāte;
• iespējami augsta rezistence (noturība) pret fāgiem un vīrusiem;
• īpašību saglabāšana pēc vairākkārtējas kultivēšanas.

Lai iegūtu kultūras ar šādām īpašībām, izmanto mikrobioloģijas, ģenētikas sasniegumus, tehnoloģiju ieviešanas pieredzi, gēnu inženieriju u.c. metodes – pašu mūsdienīgāko zinātnisko metožu klāstu.