Fermentacija je naraven biološki proces, pri katerem mikroorganizmi, kot so mlečnokislinske bakterije, kvasovke ali plesni, pretvorijo ogljikove hidrate (predvsem sladkorje in škrobe) v druge spojine, kot so kisline, alkohol ali plini. Ta proces zniža pH živila, kar preprečuje razvoj škodljivih mikroorganizmov in ustvarja pogoje za naravno ohranjanje. Ključno je, da je okolje brez kisika, kar omogoča rast želenih bakterij in hkrati zavira neželene organizme.
Mlečnokislinske bakterije in kvasovke imajo ključno vlogo pri procesih fermentacije. Mlečnokislinsko fermentacijo izvajajo mlečnokislinske bakterije, ki porabijo sladkorje in jih pretvorijo v mlečno kislino. Fermentacija je naravni proces, ki se že stoletja uporablja za pripravo in shranjevanje živil. Z različnimi vrstami fermentacije lahko pripravljamo fermentirana živila in pijače, kot so kefir, kombuča in kislo zelje. Fermentacija ni le zdrava, ampak tudi okolju prijazna praksa.
Vloga Mlečnokislinskih Bakterij v Kislem Testu
Fermentacija z drožmi je vrsta spontane fermentacije, pri kateri mešanica moke in vode naravno fermentira. Med fermentacijo kislega testa ti mikroorganizmi razgrajujejo kompleksne ogljikove hidrate in beljakovine v moki ter proizvajajo mlečno in ocetno kislino. Ena od ključnih prednosti fermentacije testa je, da je kruh zaradi razgradnje beljakovin glutena lažje prebavljiv.
Mlečnokislinske bakterije so najpogosteje uporabljene bakterijske kulture, ne samo pri nastajanju fermentirane hrane, pač pa tudi kot probiotične kulture v različnih prehranskih dopolnilih. Največkrat mlečnokislinske bakterije povezujemo z mlečnimi izdelki, vendar so pomembne tudi pri fermentirani zelenjavi (kislo zelje), vinu (malolaktična fermentacija), kruhu (kisli kruh, droži) in še kje.
Mehanizem Delovanja Mlečnokislinskih Bakterij
Mlečnokislinske bakterije s svojim delovanjem različne sladkorje uporabijo kot vir energije, pri tem pa v največji meri nastaja mlečna kislina. Seveda pri tem procesu nastajajo tudi druge spojine, ki so značilne za vsako posamezno vrsto. Le-te, skupaj z mlečno kislino zagotovijo značilne arome mlečnih izdelkov. Mlečna kislina igra vlogo pri znižanju pH izdelka (kiselkast okus), deluje protimikrobno in zavira druge mikroorganizme, prav tako pa močno vpliva na aromo in okus končnega izdelka ter zavira oksidacijo maščobnih lipidov (žarkost). Zavira tudi rast nekaterih človeku nevarnih mikroorganizmov, med drugim listerije, salmonele in klostridijev.
Glavne Vrste Mlečnokislinskih Bakterij in Njihove Značilnosti
Najpomembnejše vrste mlečnokislinskih bakterij spadajo v rod Lactococcus (najpogostejša je npr. Lactococcus lactis). Te bakterije najraje rastejo pri temperaturah okrog 25 do 30 °C. Pomembne so tudi termofilne mlečnokislinske bakterije, ki rastejo pri temperaturah okrog 40-45 °C, mednje štejemo bakterije kot so Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbruecki subsp. bulgaricus, Lactobacillus helveticus. Nekatere od teh bakterij so sposobne izjemno hitro proizvajati mlečno kislino in tako znižati pH izdelka. To je v industriji včasih nezaželeno, zato so v masovni proizvodnji uvedli bakterije, ki ne delujejo tako intenzivno in jih je lažje nadzorovati, npr. Lactobacillus casei. Še vedno govorimo o popolnoma naravni bakteriji, ki pa je s svojim delovanjem bolj primerna za industrijske potrebe, ne pa za izdelke, ki jih lahko dobimo s tradicionalnimi kulturami.
Največkrat se uporabljajo kombinacije mlečnokislinskih bakterij, npr. Streptococcus thermophilus in Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, ki skupaj naredijo najboljši jogurt in ju najdemo v tradicionalnih izdelkih. V nekaterih izdelkih pa še danes najdemo tudi več kot 10 različnih vrst bakterij. To je značilno npr. za kefir in kumis. Poleg že omenjenih, najdemo notri še bakterije iz rodu Leuconostoc, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus kefir in nekatere kvasovke. Bolj kot je združba številčna in zapletena, bolj kompleksen okus in aromo dobimo.
Mlečnokislinska Fermentacija v Različnih Živilih
Kefir in Fermentirani Mlečni Izdelki
Med fermentacijo mlečnega kefirja mlečnokislinske bakterije, prisotne v kefirjevih zrnih, porabijo laktozo v mleku in jo pretvorijo v mlečno kislino, ki daje kefirju značilen kislo, trpki okus. Pri fermentaciji vodnega kefirja sodelujejo tudi druge vrste mlečnokislinskih bakterij, ki porabljajo sladkor v vodi in iz njega proizvajajo mlečno kislino. Poleg bakterij je v zrnih vodnega kefirja tudi več vrst kvasovk, ki porabljajo sladkor v vodi ter proizvajajo ogljikov dioksid in alkohol. Vrste mikroorganizmov v mlečnem in vodnem kefirju so večinoma enake, vendar je pri obeh nekaj specifičnih, zato vsaka vrsta fermentacije potrebuje določene pogoje za optimalno delovanje.
V mlekarskih industrijskih obratih izdelujejo kmečkemu podobno kislo mleko tako, da pasteriziranemu mleku dodajajo združeno kulturo, imenovano okisovalec. Okisovalec je kultura treh vrst mlečnokislinskih bakterij. V Sloveniji, na Hrvaškem in pri naših severnih sosedih je doma navadno kislo mleko, medtem ko v Srbiji, Bosni, Makedoniji, Črni Gori, Bolgariji, Turčiji in na Bližnjem vzhodu uporabljajo drugačne postopke, da se mleko hitreje skisa in strdi. Tam radi uporabljajo ovčje mleko, ki je gostejše in bolj mastno ter vsebuje več mlečne beljakovine - kazeina, ki pod vplivom kisline zakrkne v strdek kislega mleka. Če uporabljajo kravje mleko, ga s kuhanjem in izparevanjem poprej zgostijo.
Kuhano ovčje mleko ali kuhano in zgoščeno kravje mleko ohladijo približno do 50 °C. V to še precej vroče mleko vmešajo nekaj že narejenega kislega mleka in ga postavijo na toplo ter pokrijejo z volnenim blagom ali s kožo. Pokrito mleko se počasi ohlaja do približno 40 °C ter se v dveh do treh urah zadosti skisa in strdi. V tako vročem mleku nam znane bakterije navadnega kislega mleka, kot je Streptococcus lactis, ne bi mogle delovati, temveč delujejo termofilne mlečnokislinske bakterije (tiste, ki ljubijo toploto ali vročino). Glavno vlogo ima tu termofilna mlečnokislinska paličasta bakterija Lactobacillus bulgaricus (bolgarska mlečna palčka), ki najbolje uspeva v okolju s temperaturo med 42 °C in 45 °C. Pri nižjih temperaturah se slabo razvija in medlo deluje.
Med mlečnokislinskimi bakterijami najmočneje uveljavlja dietalno odliko posebna vrsta, ki je vodilni dejavnik pri pridobivanju kislega mleka, ki ga imenujejo acidofilno mleko. Vrsto bakterij, ki dela to kislo mleko, imenujemo Lactobacillus acidophilus. Ta bakterija se nahaja v črevesju dojenčkov in drugih mladih sesalcev, dokler le-ti sesajo mleko svoje matere. Njena posebnost je prav v tem, da so te bakterije v črevesju doma in ko jih zaužijemo z acidofilnim mlekom, se v našem črevesju vrnejo v okolje, ki so ga bile od nekdaj vajene.
Fermentacija Zelenjave
Fermentacija zelenjave je postopek konzerviranja zelenjave, pri katerem mikroorganizmi sladkorje in škrob pretvarjajo v mlečno kislino. Med fermentacijo zelenjave naravne bakterije, ki so prisotne na površini zelenjave, ali dodane začetne kulture, kot sta sirotka ali kultura mlečnokislinskih bakterij, začnejo razgrajevati naravne sladkorje in škrob v zelenjavi. Trajanje fermentacije je odvisno od vrste uporabljene zelenjave, temperature in koncentracije soli.
Med najpogosteje uporabljena fermentirana živila sodijo: kislo zelje in repa, kimchi, kombuča, kefir, tempeh in miso, fermentirani siri in fermentirani kruh z drožmi. Ta živila niso samo okusna, ampak pogosto vsebujejo naravne probiotike, ki prispevajo k ravnovesju črevesne mikrobiote.
Mlečnokislinska Fermentacija v Vinu (Malolaktična Fermentacija)
Mlečnokislinska fermentacija v vinu je pretvorba jabolčne kisline v mlečno kislino. Ne gre za pravo fermentacijo, pač pa za encimatsko pretvorbo, ki poteka v celicah mlečnokislinskih bakterij. Navadno sledi alkoholni fermentaciji, a lahko poteka tudi hkrati z njo. Vodijo jo predvsem bakterije Oenococcus oeni. Ta vrsta je odporna na nizke pH vrednosti (nižje od 3,5), visoke alkoholne stopnje (nad 10 %) in vsebnost prostega SO2 do 50 mg/l.
Mlečnokislinske bakterije so naravno prisotne na kožicah grozdnih jagod. So mikroaerofili, kar pomeni, da rastejo v okoljih z nizkimi koncentracijami kisika, sicer pa so fakultativni anaerobi (lahko živijo in se razmnožujejo brez prisotnosti kisika). Za razvoj potrebujejo okolje bogato s hranili, ki vsebuje presnovljive sladkorje. Glede na metabolizem sladkorjev se delijo na striktne heterofermenterje (L. brevis, L. hilgardii) in fakultativne heterofermenterje (L. casei, L. plantarum).
V prvih dneh fermentacije vina se mlečnokislinske bakterije začnejo razmnoževati, a njihovo število ostaja majhno. Po tej fazi se začnejo intenzivno razmnoževati, njihovo število doseže 106 do 108 celic/mL. Glavne bakterije v procesu mlečnokislinske fermentacije so O. oeni. Njihov razvoj je naraven, vendar ga lahko pospešimo z dvigom temperature na 20-25°C ob nizki vsebnosti SO2 (manj kot 15-20 mg/hl prostega SO2).
Najpomembnejši in zaželen proces mlečnokislinske fermentacije je pretvorba jabolčne kisline v mlečno kislino in CO2. Kemijsko gre za dekarboksilacijo L-jabolčne kisline v L-mlečno kislino, pod vplivom malolaktičnega encima. V procesu se znižajo skupne kisline vina, poviša se pH. Vino postane po okusu mehkejše, prijetnejše, saj je jabolčna kislina kisla in trpka. Poleg mlečne kisline nastajajo tudi druge snovi, kot so diacetil (ki v nizkih koncentracijah prispeva h kompleksnosti arome vina, nad 5 mg/l pa da vinu vonj po maslu) in hlapni fenoli (ki lahko povzročijo napake v vinu).
Mlečnokislinska fermentacija naj bi v vinu povečevala sadne in maslene arome ter zmanjševala vonj po zelenjavi. Pojavljajo se tudi številne druge arome, kot so vonj po cvetju, vaniliji, lesu, medu. Fermentacija povzroči razpad nekaterih barvil (antocianov), kar se kaže v zmanjšanju intenzivnosti modre barve. Tvorijo se tudi polisaharidi, ki vinu dajejo širino in telo.
Uporaba selekcioniranih bakterijskih sevov, katere dodamo vinu, v katerem želimo sprožiti mlečnokislinsko fermentacijo, prinaša nekatere prednosti pred spontano fermentacijo. Pridobimo boljši nadzor nad začetkom in potekom fermentacije ter nad sevom bakterij, ki vodijo proces. Navadno gre za mešanice 2-3 sevov bakterij O. oeni. Starter kulture na tržišču najpogosteje najdemo kot liofilizirane pripravke, pri rehidraciji katerih moramo biti previdni, da povrnemo bakterijskim celicam vitalnost, potrebno za preživetje v vinu.
Kaj je malolaktična fermentacija?
Tveganja in Napake pri Fermentaciji Vina
Več vrst mlečnokislinskih bakterij lahko povzroči resne napake in bolezni vina, saj so zmožne razgradnje snovi, ki povzročijo v vinu nezaželene organoleptične zaznave, recimo povišane hlapne kisline (ocetni cik), manitni cik, grenkobo (akroleinski cik), miševino, degradacijo vinske kisline, povečano produkcijo diacetila, maslenokislinski cik, vlečljivost vina, itd. Ko se upočasni ali zaustavi alkoholna fermentacija, nastanejo ugodni pogoji za razvoj teh bakterij.
Ena izmed možnih napak je "miševinast" vonj/okus, ki ga povzroča pretvorba ornitina in lizina v 2-acetil-1-pirolen, 2-acetiltetrahidropiridin in 2-etiltetrahidropiridin. Te snovi niso hlapne pri nizkih pH-jih vina, vendar postanejo v ustih, kjer je pH nevtralen, in povzročijo vonj/okus po mišjem urinu. Druga nevarnost je etil karbamat, ki lahko nastane, ko heterofermenterji razgradijo arginin na citrulin, ki je prekurzor etil karbamata. Do pretvorb prihaja v vinih z visoko vsebnostjo aminokisline arginin. To lahko preprečimo z uporabo selekcioniranih sevov O. oeni.
Koristi Fermentacije za Zdravje in Prebavo
Med najbolj pomembnimi vidiki fermentacije so njene zdravilne koristi, ki jih potrjuje vedno več raziskav. Fermentirana živila so bogata z:
- Probiotiki - koristnimi mikroorganizmi, ki pomagajo uravnavati črevesno floro.
- Encimi, ki izboljšajo prebavljivost živil.
- Vitamini skupine B, kot so B1, B2, B6 in B12 (v določenih primerih).
- Organskimi kislinami, ki uravnavajo pH in delujejo protibakterijsko.
Z rednim uživanjem fermentirane hrane lahko vplivamo na izboljšanje prebave in zmanjševanje napihnjenosti, krepitev imunskega sistema, znižanje vnetnih procesov v telesu in boljše vsrkavanje hranil, zlasti železa, cinka, magnezija. Različne vrste kislega mleka niso samo prijetna, temveč tudi zdrava hrana. Kislo zelje vsebuje veliko več vitamina C in drugih vitalnih snovi kot navadno zelje. Skodelica navadnega surovega zelja telo oskrbi s 30 mg vitamina C, skodelica fermentiranega rdečega zelja pa ga vsebuje kar 700 mg.
Varnost in Pravila Domače Fermentacije
Fermentacija je varen proces, če ga izvajamo pravilno. Ključni dejavniki za uspeh so čistost posod in rok (mikrobiološko onesnaženje lahko povzroči gnitje namesto fermentacije), zadostno potopitev živil (zelenjava mora biti vedno pod slanico ali tekočino), primerna temperatura (optimalno je od 18 °C do 22 °C) in uporaba kakovostnih sestavin (sol brez joda, sveža zelenjava, čista voda). Pri neprimernih pogojih lahko pride do razvoja plesni, gnilobe ali nevarnih bakterij (npr. Clostridium botulinum), zato je nadzor okolja ključen. Zelo pomembno je tudi, da poznamo razliko med fermentacijo in kvarjenjem - če zaznamo močan neprijeten vonj po žveplu ali gnilobi, izdelek ni varen za uživanje.
Prepoznavanje Uspešno Fermentiranih Živil
Dobro fermentirano živilo prepoznamo po rahlo kislem, prijetnem vonju (nikoli žarkem ali po gnilobi), naravno prisotnem ogljikovem dioksidu (rahlo penjenje, mehurčki), stabilni teksturi (ni gnilobe, ni sluzaste mase) in prisotnosti mlečnokislinskega okusa (čist, ne grenak). Pomembno je vedeti, da so določeni vonji in barvne spremembe normalni, dokler niso izrazito negativni. Na površini se lahko pojavi "kvasna cvetlica", ki ni nevarna, a jo vseeno odstranimo.
Shranjevanje Fermentiranih Živil
Po zaključeni fermentaciji je pomembno, da živilo pravilno shranimo. Najboljši način je shranjevanje v hladilniku, kjer se fermentacija upočasni in živilo ostane stabilno. Uporabljamo steklene posode s tesnilom, ki ne reagirajo s kislinami, in poskrbimo za shranjevanje brez direktnega dostopa do zraka, saj stik z zrakom lahko povzroči kvarjenje. Dobro shranjena fermentirana živila lahko zdržijo več tednov ali mesecev. Okus se z zorenjem še razvija, zato nekatera živila (kot je kimchi) postanejo z leti celo bolj cenjena.
Fermentacija Kot Trajnostna Praksa in Podpora Rastlinam
Mlečnokislinske bakterije predstavljajo dodatno izbiro sredstev v pridelavi rastlin, saj negativno vplivajo na rast patogenih organizmov, obenem pa spodbujajo razvoj rastlin. Njihova uporaba je varna, kar so potrdili tudi mednarodni odbori in organizacije. Zaradi njihove izjemne raznolikosti je ključna ustrezna karakterizacija, saj se je izkazalo, da so le nekateri sevi sposobni izrazitega antimikrobnega delovanja. Poleg neposrednega vpliva na povzročitelje bolezni lahko nekateri sevi izboljšajo delovanje drugih sredstev za varstvo rastlin, kar povečuje njihovo uporabnost v integriranih pristopih.
Daranas in sod. (2018) so v študiji uporabili več kot 50 sevov različnih vrst mlečnokislinskih bakterij za zatiranje bakterijskih bolezni na več sadnih vrstah, kot so aktinidija, breskev in jagodnjak. Steglińska in sod. (2022) so preverili protimikrobno delovanje 100 sevov mlečnokislinskih bakterij proti desetim pomembnim povzročiteljem bolezni krompirja, med katerimi so bili bakterijski (Pectobacterium carotovorum, Streptomyces scabiei) in glivični patogeni (Fusarium oxysporum, F. sambucinum, Alternaria solani). Shrestha in sod. (2009) so iz rizosfere paradižnika izolirali sev mlečnokislinske bakterije, ki je pokazal izrazito antagonistično delovanje proti bakteriji Ralstonia solanacearum na paradižniku. Chen-Lin in sod. (2020) so na zelju in redkvi v raziskavi preverjali učinkovitost mlečnokislinskih bakterij v kombinaciji s hitozanom pri zatiranju različnih bakterijskih in glivičnih bolezni. Kombinacija obeh je povzročila izrazito zmanjšanje rast patogenov, kar kaže na močan sinergističen učinek. Pri tem je pomembno tudi, da mlečnokislinske bakterije z zniževanjem pH izboljšajo topnost in delovanje hitozana, kar še dodatno prispeva k skupnemu protimikrobnemu učinku.