Fermantasyon Nedir? Laktik Asit Fermantasyonu Nasıl Olur?

Son güncelleme:

Fermantasyon Nedir?

Fermantasyon veya bir diğer adıyla mayalanma, bir maddenin bakteriler, mantarlar ve mikroorganizmalar vasıtasıyla, genellikle ısı vererek ve köpürerek kimyasal olarak çürümesidir. Mikrobiyolojik olarak ise mikroorganizmaların havadaki serbest oksijenini yada nitrat ve sülfat gibi inorganik bileşiklerde bulunan bağlı oksijeni kullanarak seri reaksiyonlar ile ürün bileşimindeki maddelerin yıkıma uğramasıdır fermantasyon.

Fermantasyon anaerobik şartlar altında yani oksidatif fosforilasyonun gerçekleşmediği durumlarda glikoliz yoluyla ATP üretimi sağlayan biyokimyasal bir süreçtir. Zimoloji, fermantasyon ile ilgili uygulamalı bilimler gerçekleştiren bilim dalıdır. Bu alanın uzmanına zimürjist ya da zimolog denir.

Louis Pasteur, mayanın fermantasyon yaptığını keşfederek ilk zimürjist olmuştur. Pasteur “havasız solunum” diyerek fermantasyonu tanımlamıştır. Eduard Buchner, maya ekstresinin fermantasyona neden olduğunu göstermiştir ve bunu zimaz olarak adlandırmıştır. Fermantasyon canlı hücrelere has bir olay değildir.

Louis Pasteur

Pastör Etkisi;

Maya, ortamda herhangi bir oksijen bulamaz ise ihtiyacı olan enerjiyi sağlamak için etkin bir fermantasyona yönelir. Havasız koşullar altında maya gelişmesi tamamen durur ama az ya da çok hava bulunan bir ortamda maya solunum yapmaya yönelir ve yeterli oksijen sağlanmışsa, bazı mayalar için fermantasyon tamamıyla durur ve alkol fermantasyonunun ortamdaki oksijence önlenmesine “Pastör etkisi” denir.

Fermantasyon reaksiyonunda , karbonhidratlar gibi yüksek moleküllü olan maddeler daha küçük moleküllere parçalanmaktadır.

Fermantasyonda glikoz ya da başka bileşikler hidrojenlerini kaybederek enerji üretimini gerçekleştirir. Oksijen olmadığı için parçalanmanın sonucunda ortaya çıkan basit organik bileşikler hücrenin kullanabileceği elektron ve hidrojen alıcısı olurlar.

Fermantasyon Teknolojisi

Fermantasyon Çeşitleri

Laktik asit fermantasyonu: Glikoz laktik asit bakterileri sayesinde anaerobik koşular altında laktik asite dönüştürülür. Laktik asit üretimi yapan mikroorganizmalar homofermantatif olarak adlandırılır. Glikozu birden çok ürüne (asetik asit, etanol, formik asit, karbondioksit gibi ) fermente eden organizmalara ise heterofermentatif denir.

Alkolik fermantasyonu: Pirüvatın alkol ve karbondioksite dönüştürmesi ile gerçekleşir.

Propionik asit fermantasyonu: Propionibacterium bakterileri anaerobik koşullar altında karbonhidratlardan yüksek miktarda Propiyonik asit, asetik asit ve karbondioksit üretirler. Pirüvat, oksaloasetik asite dönüşür ve süksinik asite indirgenir, son olarak propionik aside dönüşür. Bu dönüşüm sürecinde 9 karbondan 1 ATP elde edildiği için bu yolu kullanan bakteriler çok yavaş büyür. Bu bakteriler büyük gözenekli peynirlerin üretiminde rol oynarlar.

Amino asit fermantasyonu (Stickland fermantasyonu): Çürüme sırasında gerçekleşen fermantasyon türüdür. Karbonhidrat bulunmadığında ve protein ile beslenen Clostridium cinsi bakteriler tarafından gerçekleştirilir. Amino asitlerden bazıları elektron alıcısı bazıları ise elektron vericisi olarak işler ver reaksiyon gerçekleştikten sonra çeşitli kötü kokulu ürünler meydana gelir.

Laktik Asit Fermantasyonu Denklemi

Laktik Asit Bakterileri

Laktik asit bakterileri, fermantasyon olayı sonucunda ana ürün olarak laktik asit gerçekleştiren mikroorganizmalardır. Laktik asit bakterileri genel olarak spor oluşturmazlar ve gıda fermantasyonlarında güvenli olarak kullanılan mikroorganizmaları kapsarlar. Bununla birlikte patojen olanları ya da spor oluşturanları da bulunmaktadır. Metabolizması yönünden farklılık gösteren bifidobakteriler gibi mikroorganizmalar da laktik asit bakterileri arasında yer almaktadır.

Bakterilerin teşhisi ve sınıflandırılması bir süre fenotip olarak gözlemlenebilen yani morfolojik, fizyolojik ve kimyasal özelliklerine göre yapılabilmiştir. Birbirine oldukça benzeyen bakterilerin aynı türden olduğu kabul edilmiştir ve benzer özellikler gösterenler aynı cins bakteriler içerisinde toplanmıştır. Türlerin resmi olarak isimlendirilmesi hayvan ve bitkilerde de kullanılan iki terimli olan Latin isimlendirme sistemine uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Fenotipik çalışmalar moleküler düzeye yayılması ve DNA analiz tekniklerinin geliştirilmesi sonucunda mikroorganizmalar arasındaki benzerlik ve farklılıkların daha güvenilir ve anlaşılır biçimde ortaya koyulması mümkün hale gelmiştir.

Lactobasillus bakterileri

Lactobasillus Süt Asidi Bakterileri

Laktobasiller, spor oluşturmayan çubuk şeklindeki bakterilerdir. Çubuk bakterilerin şekilleri çok uzun ve ince olabileceği gibi oldukça kısa kokbasil şeklinde de olabilirler. Zincir şeklindeki formlarına genelde logaritmik gelişme dönemlerinin geç evresinde rastlanır.

Laktobasiller;  toprak, bitki ve hayvanların varolduğu geniş bir alanı kapsayan bakterilerdir. Fermente olabilen glikozlar, vitaminler, hidrolize olmuş protein ürünleri, kofaktörler ve oksijen içeriği düşük ortamlar lactobacillus cinsinin ait olduğu türün mikroorganizmalarının doğal yaşam alanlarıdır. İnsanlarda ve hayvanlarda ağız boşluğu, bağırsak ve vajinada; gübrede; toprakta ve bitkilerde bu türün mikroorganizmalarını gözlemleyebiliriz. Bu mikroorganizmalar, fermantasyon teknolojisinde istenen ama gıdalarda bozulmaya sebep olan mikroorganizmalardır.

Lactobasillus cinsi bakteriler fermantasyon özelliklerine bağlı olarak üç alt gruba bölünürler;

  • Homofermantatif laktobasiller: Bu gruptaki türler, heksoz glikozlarını Embden-Meyerhof glikolitik yoluna göre parçalarlar ve baskın olarak ya da yalnızca laktik asit oluştururlar. Pentoz ve glukonatın fermente işlemini gerçekleştiremezler. Peynir, yoğurt ve probiyotik içeceklerde starter külütü olarak kullanılırlar.

Starter kültürü: Çeşitli süt ürünlerinin üretiminde lezzet, yapı, doku ve görünüş bakımından istenen özellikleri kazandırmak amacıyla süte, kremaya ya da ikisinin karışımına katılan seçilmiş mikroorganizmaların kültürleridir. Halk dilinde maya olarak adlandırılan kelimenin endüstri terminolojisindeki ismidir.

  • Fakültatif heterofermentatif laktobasiller: Heksozları Embden-Meyerhof yoluna göre, pentozları ve diğer substratları fosfoketolaz enzimlerinin aktivitesine bağlı metabolik yola göre parçalarlar. Sonucunda laktik asitle birlikte alışılmış olarak asetik asit ve etanol oluştururlar. Bu laktobasillerin bazı türleri geleneksellemiş fermente ürünlerinde ve silaj yemlerinin üretiminde kullanılır.
  • Obligat heterofermantatif laktobasiller: Glikozu sadece fosfoketolaza bağlı olan metabolik yola göre parçalar, laktik asit ve oldukça önemli miktarda asetik asit veya etanol ve karbondioksit oluşumu gözlenir. Bozukluk etmeni bakterilerdir. Gastrointestinal sistemde (ağızdan anüse kadar olan yapı) bulunurlar. Olgun peynir gibi gıdalarda bu mikroorganizmalara rastlanabilir.
Mayalanma
Laktobasillerin Starter Kültürü Olarak Kullanımı

Laktobasiller, laktozun hızlıca laktik asite dönüşmesi için süte yüksek miktarda aşılanırlar. Ortamın pH seviyesini düşürürler ve şstenmeyen bakterilerin gelişimine engel olurlar ya da onları öldürürler. Fermente ürünlerde jel oluşumuna sebep olurlar.

Süt ürünlerinde kullanılacak olan starter kültürü Lactobacillus bakterilerinin seçiminde dikkate alınan etkenler şunlardır:

  • Bakterinin türü ve suşu
  • İnokülüm miktarı
  • Diğer bakterilerin var olma durumu ve sayıları
  • Sütün türü
  • Sütün bileşimi
  • Sütün ısıl işleme tabi tutulabilmesi
  • Katkı maddelerinin varlığı
  • Fermantasyon koşulları

Bazı durumlarda laktobasillerin gelişimi ve son üründe asit oluşumuna müdahele ederek engellenebilir. Bu starter kültürü aktivitesinin olumsuz olarak etkileyen faktörler şunlardır:

  • Bakteriyofajlar etkilidir çünkü laktobasillere özel bakteriyofajlar sütün fermantasyonunun anında pıhtılaşmayı yavaşlatırlar.
  • Sütün doğal inhibitörleri.
  • Yüksek somatik hücre sayısı.
  • Antibiyotik ve temizlik maddesi kalıntıları.
  • Mikroorganizmalar aracılığıyla elde edilen ya da süte dışarıdan ilave edilen hidrojen peroksit.
  • Işıl işlem uygulamasının etkilediği inhibitörler.

Starter kültür kombinasyonları oluşturulurken, laktobasiller ile diğer bakterilerin arasındaki rekabet gözlenmesi gereken önemli bir durumdur. Farklı bakteri türlerine ait olan birkaç suş diğer starter bakterilerinin faaliyetini engelleyen bakteriyosinler üretebilir.

Laktobasillerin çoğu peynirde ve özellikle olgunlaşma zamanında aroma oluşumuna katkıda bulunurlar. Termofilik laktobasillerin belirli olan suşları pıhtının asidifikasyonu anında ekzopolisakkarit üretir ve pıhtıda tutulan nem miktarını arttırarak peynir dokusunu etkilerler.

Laktik Asit Fermantasyonu

Laktobasiller, peynir üretimine yardımcı olabilecek kültürler olarak da ortama eklenebilirler. Bu durumda asit üretimi ortama verilen diğer bakteri kültürleri aracılığıyla gerçekleştirilir. Laktobasiller peynirde olgunlaşmaya katkıda bulunduğu için yardımcı kültür olarak kullanılırlar.

Laktobasillerin Asitlik ve Tat Gelişimindeki Rolleri

Sütte bulunan laktoz, laktobasillerin hızlı gelişim göstermesi ve asit üretmesi tarafından yararlanabilecekleri tek karbonhidrat kaynağıdır. Laktozun laktobasiller açısından fermentasyonu sonucu ortaya çıkan laktik asit, asetik asit, etanol gibi ana ürünler, asetaldehit, diasetil gibi minör bileşiklerle birlikte süt ürünlerinin tadına katkıda bulunurlar. Laktobasiller, laktozun hangi sebeple kullanılacağını şu faktörlerle gerçekleştirilir;

  • Bakterinin türü ya da suşu
  • Bakterinin transport sistemi
  • Sütün galaktoz içeriği

Laktozun fermantasyonunda 3 temel yol mevcuttur;

  1. Laktozun hücre içine alınması laktobasillerin çoğunda permeaz enzimi sayesinde gerçekleşir. Sonrasında laktoz galaktozidaz enzimiyle glikoz ve galaktoza parçalanır. Parçalanma sonucunda açığa çıkan glikoz ve galaktoz Embden-Meyerhof yoluna göre kullanılarak temel fermantasyon ürünü olarak laktik asit üretilir ya da 6-fosfoglukonat yoluyla laktik asit, karbondioksit, asetat veya etanol oluşturulur.
  2. Bazı laktobasiller Sc.thermophilus’unkine benzeyen taşıma sistemine sahiptirler. Bu bakterilerde, laktoz hücre içine antiport (zarda bulunan taşıyıcı moleküllerle) sistemi ile taşınır ve galaktozidaz enzimi sayesinde parçalanır, oluşan parçalanma ürünlerinden bir tek glikoz metabolizmada kullanılır. Galaktoz hücre dışarısına gönderilir.
  3. Lb.paracasei cinslerinden bazılarında laktoz hücre içine laktoz-6-fosfat olarak taşınır. Laktoz-6-fosfat, galaktozidaz enzimiyle glikoz ve galaktoz-6-fosfata parçalanır. Ve parçalanma sonucu oluşan galaktoz-6-fosfat, tagatoz-6-fosfat yöntemine göre metabolizmada kullanılır ve Embden-Meyerhof yolunun ortasındaki bir basamakta glikozla birleşir ve laktik asit üretilir.
Fermantasyon ile Kefir eldesi

Laktobasiller süt yağı, kazein, amino asitler, serbest yağ asitleri ve sitrat gibi süt bileşenlerini kullanarak tat oluşturabilirler. Süt ürünlerinde laktobasillerin işlemleri sonucunda tat oluşumuna neden olan reaksiyonlar şu şekildedir:

  • Kazein modifikasyonu: Laktobasiller türlerine ve suşlarına göre değişmek için proteinaz ve peptidaz enzim aktivitesine sahip bulunur. Proteinaz ve peptidaz enzimin birlikteliğiyle oluşan bileşikler peynirde ve fermente ürünlerde tat oluşumuna katkıda bulunmaktadır.
  • Aminoasit fermentasyonları: Laktobasiller aminoasitler sayesinde süt ürünlerinde tat değişimlerine katkı sağlayabilirler.
  • Yağın modifikasyonu: Laktobasiller, sütte bulunan digliseridleri ve monogliseridleri parçalayabilen esteraz enzimlerini içerirler. Laktobasillerin, lipolitip çalışmasına bağlı olarak serbest yap asitleri seviyesindeki artış, bazı süt ürünlerinde tat gelişimi için katkı sağlar. Laktobasiller, yağ asitleri ve alkol sayesinde esterler oluşturabilirler.

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Negibi sosyal içerik paylaşım sitesidir. Tüm hakları saklıdır izinsiz kullanılamaz ya da kopyalanamaz.