ферментация

Под ферментацией понимаются биохимические процессы преобразования, в ходе которых микроорганизмы или ферменты разлагают органические субстраты, образуя при этом продукты обмена веществ, такие как кислоты, спирты, газы или ароматические вещества. Ферментация используется в пищевой, фармацевтической и биотехнологической промышленности для консервирования и улучшения продуктов, а также для целенаправленного производства активных и ароматических веществ. Типичными процессами ферментации являются производство йогурта, квашеной капусты, пива, вина, уксуса, ферментов или фармацевтических активных веществ.

С материальной точки зрения микроорганизмы преобразуют энергонасыщенные субстраты (например, сахар) в основном в анаэробных или микроаэробных условиях. Сильно упрощенную реакцию брожения (молочнокислое брожение) можно представить, например, следующим образом:

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₃H₆O₃

Глюкоза преобразуется в молочную кислоту, при этом в микроорганизме высвобождается энергия в виде АТФ. При спиртовом брожении обычная суммарная формула выглядит следующим образом:

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₂H₅OH + 2 · CO₂

Здесь глюкоза преобразуется в этанол и углекислый газ.

С технической точки зрения ферментация обычно происходит в биореакторах или бродильных чанах. Важными параметрами процесса являются температура, значение pH, снабжение кислородом (аэрированное, неаэрированное или слабоаэрированное), интенсивность перемешивания, состав питательных веществ и продолжительность. Кинетика роста микроорганизмов часто описывается следующим упрощенным соотношением:

μ = (1/X) · (dX/dt)

• μ: удельная скорость роста
• X: концентрация биомассы
• t: время время

Формирование продукта можно рассматривать с помощью аналогичных балансовых подходов, например:

r_P = (dP/dt)

• r_P: скорость образования продукта
• P: Концентрация продукта

В смесителях и технологических емкостях для процессов ферментации решающее значение имеет однородное распределение микроорганизмов, субстрата и, при необходимости, добавляемых газов. Эффективное перемешивание обеспечивает равномерность температуры и pH, хорошее распределение питательных веществ и максимально одинаковые условия реакции во всех точках ферментера. Это способствует воспроизводимому качеству продукции, определенному ароматическому профилю и постоянному выходу.

В зависимости от цели процесса ферментация может проводиться в режиме периодического, периодического с добавлением субстрата или непрерывного процесса. При периодической ферментации готовится одна партия и проводится до желаемой степени превращения. При периодическом процессе с добавлением субстрата подача субстрата во время ферментации может контролироваться целенаправленно, чтобы избежать нежелательных побочных реакций (например, из-за слишком высокой концентрации сахара). Аппараты Amixon® хорошо подходят для процессов ферментации. Это объясняется в блоге «Ферментация в ферментерном реакторе amixon».