تبلیغات
تکنولوژی و فرآوری مواد غذایی - تخمیر و مواد غذایی تخمیری(سرکه)

امروز:

سرکه ( Vinegar)

     واژه سرکه (Vinegar) از کلمه ی فرانسوی Vin (شراب) و Aigre (ترش) مشتق شده است که حاوی حداقل 4% اسید استیک است و به منزله ی محرک و چاشنی در بسیاری از غذاها مورد استفاده قرار می گیرد و در حد خاصی از ویژگی حفاظت کنندگی برخوردار می باشد.


     سرکه را می توان از عصاره اکثر میوه ها نظیر سیب، انگور، گیلاس و گلابی و یا شربتهای قندی نظیر شربت درخت افرا، ملاس و عسل و حتی از ساکاریفیه کردن غلات و یا نشاسته غلات نیز تولید نمود.

     هنگامی که محلولی از قندهای تخمیر در معرض فعالیت میکروبهای موجود در آن قرار می گیرد نوعی تخمیر الکلی توسط مخمرها صورت می پذیرد و سپس از طریق اکسیداسیون باکتریایی، اتانول به اسید استیک تبدیل می شود (استیفیکاسیون). اگر اسید استیک به مقدار کافی تولید شود می توان از آن به عنوان سرکه استفاده نمود. در واقع سرکه یک محصول تخمیری دو مرحله ای است که در مرحله ی اول مخمر تحت شرایط بی هوازی قند را به اتانول تبدیل می کند و در مرحله ی دوم اتانول تحت شرایط هوازی توسط باکتری های جنس استوباکتر به اسید استیک اکسیده می شود.

     نکته ی قابل توجه این است، در جایی که از منابع الکلی مثل شراب، آب سیب تخمیری و عرق ها برای تولید سرکه استفاده می شود، تنها یک مرحله تبدیل به سرکه لازم است اما اگر از الکل های تقطیری به عنوان ماده آغازگر استفاده شود، قبل از تبدیل به سرکه، مواد غذایی دیگری نیز باید به آن اضافه شود.

مراحل تولید سرکه

مرحله ی اول: تخمیر الکلی

     همانطور که در مطالب فوق بیان شد، تخمیر الکلی، یک فرایند بی هوازی است و در این مرحله قند یا نشاسته به الکل تبدیل می شود. تشکیل الکل از قند توسط مخمرهای تولید کننده الکل صورت می گیرد که معمولاً ساکارومایسس سرویزیه واریته ی Ellipsoideus می باشند.

     علاوه بر قند مواد دیگری نظیر مواد اسیدی که محیط را برای انجام تخمیر مناسب می کنند باید موجود باشند. ماده اسیدی موجود بطور کلی اسید مالیک است که شرایط را برای رشد باکتریایی که در امر تخمیر مضر هستند، نامساعد می سازد.

     شرایط مناسب برای رشد مخمرها در طول عملیات تخمیر 23 تا 26 درجه ی سانتیگراد می باشد، و جهت افزایش کیفیت تخمیر بهتر است مقداری مخمر به عنوان مایه تخمیر در ابتدا اضافه گردد. غیر از اینکار که مقداری هوا دادن جهت رشد و تکثیر مخمر لازم است. اصولاً هوا در طول جریان تخمیر الکلی لازم نمی باشد و در مراحل بعدی نیز وجود هوا نامطلوب است  زیرا ممکن است موجب رشد پاره ای از میکروبهای مضر شود  که در نتیجه باعث از دست رفتن الکل می گردد. البته در طی تخمیر فضای کافی جهت گازهای تولید شده و کف کردن باید وجود داشته باشد زیرا در غیر اینصورت اینها باعث ترکیدن سیستم خواهند شد.

     لازم به ذکر است در پایان مرحله ی اول تولید سرکه، مخمرها از محیط جدا می شوند. این عمل قبل از تخمیر استیک و از طریق صاف کردن صورت می گیرد زیرا در صورتی که مخمری در محیط باقی بماند سبب ایجاد طعم بد می گردد و در انجام تخمیر استیک مشکل ایجاد می کند.

مرحله ی دوم: تخمیر استیکی

این مرحله از تخمیر، استیفیکاسیون (Acetification) نیز نامیده می شود که عبارت است از اکسیداسیون اتانول به اسید استیک که بوسیله ی اعضاء جنس های استوباکتر و گلوکونوباکتر صورت می گیرد. در واقع استیفیکاسیون یک فرایند کاملاً هوازی است که بصورت تغییر شکل زیستی توسط باکتری های اسید استیک انجام می شود و ناشی از اکسیداسیون ناقص اتانول به اسید استیک است.

     باکتریهای صنعتی تولید کننده اسیداستیک از اعضاء جنس استوباکتر و گلوکونوباکتر و عمدتاً A.Aceti، A.Europaeus، A.Hansenii، A.Rancens، A.Xylinum و G.Oxydans می باشند که این باکتری ها گرم منفی، کاتالاز مثبت، اکسیداز منفی و شدیداً هوازی هستند. برای تولید صنعتی سرکه گونه های استوباکتر مناسبتر می باشند. اما در برخی موارد توانایی آنها در اکسیداسیون اسید استیک به H2O و CO2 – ویژگی که موجب تشخیص آنها از گلوکونوباکترها می گردد- منجر به ایجاد اشکال می شود به طوری که در این شرایط ماده اصلی سرکه بصورت CO2 وارد هوا می شود. اما  خوشبختانه اکسیداسیون شدید (Over- Oxidation) بوسیله غلظت اتانول تحت تاثیر قرار گرفته و این واکنش نامطلوب را کنترل می نماید.

     تعداد باکتری های اسیداستیک معمولا ًدر ماده ای که تخمیر الکلی در آن صورت گرفته است،کم می باشد و اغلب از نوع نا مناسب و غیر فعال است. بنابراین در برخی مواقع به کارگیری کشت مخلوط کار آمدتر از کشت خالص یک ارگانیسم است. از این نظر یک مایه مناسب که حاوی این باکتری ها است، باید به محیط تخمیر اضافه گردد و شرایط مناسب جهت رشد و فعالیت آنها فراهم گردد. بهترین عملی که از رشد میکروارگانیسم های زیان آور جلوگیری می کند، اضافه کردن سرکه ی پاستوریزه نشده قوی به محیط پس ازکامل شدن تخمیر الکلی می باشد. باکتری های تولید کننده سرکه در داخل مایه و همچنین سطح آن که در مجاورت هوا می باشند، رشد کرده و رشد آنها ممکن است یک ورق نرم ژلاتین مانند به رنگ خاکستری بوجود آورد. البته این ورقه همیشه تشکیل نمی شود و اگر به آن آسیبی وارد نگردد محیط شفاف باقی می ماند.

     میزان تبدیل الکل به اسد استیک بستگی به فعالیت میکروارگانیسم ها، میزان الکل موجود، درجه حرارت و میزان سطح در مجاورت هوا به ازای هر واحد حجم دارد.بنابراین این باکتری ها می توانند براساس اثری که بر اسید استیک دارند به دو گروه تقسیم شوند:

1.گروه پراکسیدان مثل A.Aceti و A.Pasteurianum که می توانند اسید استیک را به CO2 و H2O متابولیزه نمایند.

2.گروه ساب اکسیدان مثل گونه های گلوکونوباکتر که نمی توانند این به اصطلاح اکسیداسیون بی رویه را انجام دهند.

روش های استیفیکاسیون در تولید سرکه

     بیشتر واکنش های استیفیکاسیون به صورت نیمه مداوم صورت می گیرند . مشکل اصلی در تبدیل الکل به اسیداستیک،تکنولوژی هوادهی است چون باید ماده ای که قرار است اکسید شود کاملاً در تماس با O2 و باکتری های اسیداستیک قرار گیرد از اینرو سه تکنیک عمده برای این منظور به کار می رود.

1.روش های سطحی سنتی

     در این روش تخمیر از طریق میکروفلورهای طبیعی صورت می گیرد که ابتدا قندهای موجود در آبمیوه یا نشاسته ساکاریفیه شده به الکل تخمیر شده سپس محلول الکلی بدست آمده در بشکه های نیمه خالی نگهداری شده و در نهایت الکل به طور خود به خود تخمیر شده و اتانول به اسید استیک تبدیل می شود. این روش های ناپیوسته سنتی اصولاً کند و غیر قابل پیش بینی می باشند. البته در این روش گاهی مقداری از سرکه خام حاصل از تولید قبل را به محلول الکلی تازه جهت تسریع رشد میکروفلور اسیدی کننده اضافه می کنند که این عمل موجب تسریع در عمل تخمیر نیز می شود.

2.ژنراتور قطره ای

     در این روش الکل بر روی لایه ای از باکتری های اسید استیک بر روی آنها تثبیت شده اند و یک منبع هوایی مناسب جهت تسهیل اکسیداسیون اتانول وجود دارد،حرکت داده می شود. از این روش به طور گسترده ای در تولید سرکه استفاده می شود.

     در این روش برای تولید سرکه از مخازن استوانه ای شکل چوبی استفاده می شود سپس الکل قطره قطره به قسمت میانی منتقل می شود. این قسمت از مواد بی ضرر مثل چوب زان، چوب خیزران، چوب بلال و یا ذغال سنگ پر شده است. این مواد، سطح وسیعی را جهت استقرار باکتری های اسید استیک ایجاد می کنند و هوای فشرده ازقسمت پایین وارد می شود. در قسمت پایینی، سرکه جمع آوری می گردد و برای چرخش مجدد یااز ژنراتور دوم استفاده شده و یا سرکه ی جمع آوری شده به بالای همان ژنراتور برگشت داده می شود.

     اکسیداسیون اتانول باعث تولید گرما می شود. دما در قسمت بالای ژنراتور 29 درجه ی سانتیگراد است که در قسمت پایینی تا 35 درجه ی سانتیگراد نیز می رسد. بنابراین از کویل های سرد کننده جهت ممانعت از افزایش بیش از حد درجه حرارت استفاده می شود. در این روش زمان فراوری سه روز بوده و در غلظت نهایی اسید استیک به (v/v) 10 تا 12  درصد می رسد.

3. روش غوطه وری (Submerged Acidification)

    بالاترین سرعت های استیفیکاسیون با استفاده از روش غوطه وری حاصل می گردد که 5 برابر سریعتر از روش قطره ای می باشد و نیاز به سرمایه گذاری کمتری دارد. در این فرایند اسید استیک باکتری ها بصورت معلق در محیطی که به کمک تجهیزات ویژه هوادهی می شود، رشد می نمایند. برای این فراوری اغلب از استاتورهای Frings استفاده می شود که از یک تانک راکتور از جنس استیل ضد زنگ و مجهز به همزن تشکیل شده و به شدت هوادهی می شود.

     کشت غوطه وری بسیار کارآمد و سریع و بصورت نیمه مداوم صورت می گیرد و معمولاً به مدت 24 تا 48 ساعت به طول می انجامد و درجه حرارت در 24 تا 30 درجه و گاهی تا 40 درجه ی سانتیگراد نیز ثابت نگه داشته می شود. در این روش غلظت اولیه از 1081.5* سلول در میلی لیتر در آغاز چرخه به 108*2.25  سلول در میلی لیتر که 1.5 برابر جمعیت اولیه می باشد، افزایش می یابد. محیط کشت در آغاز فرایند هر چرخه حاوی (v/v) 7 تا 10   درصد اسید استیک و (v/v) 5 درصد اتانول می باشد و غلظت بیشتر از این حد اتانول، اثر ممانعت کنندگی دارد. هنگامی که غلظت اتانول تا حد (v/v) 0.3 تا 0.05 کاهش یافت، قسمتی ازمحیط کشت ( 40 تا50%) برداشته شده و محیط کشت جدید جایگزین می شود.

     این روش نسبت به فرایند های ساده تر نیاز به کنترل های دقیق تری دارد. اسید استیک باکتری ها نسبت به قطع جریان هوا بسیار حساس هستند و این مسئله نشان می دهد که به منظور زنده ماندن بصورت معلق در محیطی با pH=2.5 و اسیدیته ی 10 تا14% باکتری ها به یک منبع انرژی تنفسی نیاز دارند. فقط یک دقیقه توقف در هوادهی یک پایه سرکه با GK=11.35 کافی است که عمل استیفیکاسیون بطور کامل متوقف گردد و حتی در صورت از سرگیری هوادهی این فرایند مجدداً آغاز نخواهد شد. عامل دیگری که منجر به اشکال در کشت غوطه وری می گردد عفونت با فاژهاست.

فرایندهای نهایی

     سرکه هایی که با روش های سطحی تولید می شوند، ترشی کمتری داشته و نیاز به دوره ی رسیدگی کوتاهتری دارند. سرکه هایی که باروش های سریعتر تولید می شوند به دلیل دوره ی رسیدگی طولانی تر، بافت و طعم بهتری دارند. بعد ازآن سرکه، رقیق و توسط مواد شفاف کننده بنتونیت و عمل فیلتراسیون، شفاف می شود. البته برخی از سرکه را نیز می توان با استفاده از فروسیانید پتاسیم بی رنگ نمود. در نهایت، لیکور قبل از پر کردن در بطری در درجه حرارت 75 تا80 درجه ی سانتیگرادبه مدت 30 تا 40 ثانیه پاستوریزه  می شود که طی آن می توان SO2 را نیز به مقدار 50 تا100 میلی گرم در لیتر اضافه نمود.

     ایجاد رسوب یا کدر شدن سرکه یکی از مشکلاتی است که در اثر وجود یون های فلزی خاص در طی تولید رخ می دهد. آلودگی های میکروبی باکتری های اسید استیک می تواند باعث تولید اسلایم شده و از باکتری های اسید استیک می توانند باعث اکسیداسیون بیش ازحد شوند.

     بازیافت اسید استیک از سرکه هایی با کیفیت پایین یا ضایع شده را می توان از طریق روش هایی مثل تقطیر جزء به جزء و استخراج از طریق حلال انجام داد. این نوع اسید استیک به عنوان ماده ی شیمیایی به کار گرفته می شود.

     هر چند اغلب سرکه ها به عنوان یک چاشنی در نظر گرفته می شوند اما سرکه یکی از اجزای مهم مواد غذایی است. این ماده به عنوان یک ماده ی نگهدارنده و طعم دهنده در انواع مختلفی از محصول های غذایی نظیر سس مایونز، کچاپ، سس ها و ترشی ها مورد استفاده قرار می گیرد.

     عمل ضد میکروبی اسید های آلی نظیر اسید استیک و کاربرد سرکه در فرمولاسیون محصولات، معمولاً موجب محدود شدن فلور میکروبی عامل فساد مخمر ها، کپک ها و لاکتو باسیلوس ها می گردد. بررسی ها نشان داده که  جهت دستیابی به شرایط نگهداری مناسب یک ترشی یا سس حداقل 3.6% اسید استیک براساس درصد مواد فرار محاسبه می گردد. بنابراین می توان گفت:

درصد مواد فرار * 0.036 = درصد اسید استیک در کل محصول

فرمول متفاوتی که بصورت اختصاصی برای خیارشور توصیف شده است بصورت زیر می باشد:

S:درصد ساکارز در کل محصول

20/(S – 80(  = درصد اسیداستیک در کل محصول

 

     و نکته ی آخر اینکه، با اصلاح ارگانیسم های تولید کننده می توان کارایی تولید اسید استیک را بهبود بخشید که اهداف دستکاری ژنتیکی باکتری های اسیداستیک عبارتند از:

1.وارد کردن الکل دهیدروژناز (ADH) از ارگانیسم های دیگر که خصوصیات حرارتی، pH، کنتیک بهتری دارد.

2.افزایش فعالیت الکل دهیدروژناز

3.بهبود مقاومت حرارت

4.ایجاد مقاومت بیشتر به فاژها

     البته با توجه به نوع فرایند می توان کارایی اسید استیک را با استفاده از تثبیت سلول ها درون فیبرهای تو خالی یا بستر ژلی افزایش داد.