Fermentation Definition
Fermentation could be described as a process in which microorganisms change the sensory (flavor, odor,
etc.) and functional properties of a food to produce an end product that is desirable to the consumer. In
this chapter, particular emphasis is placed on how these changes are also beneficial in terms of extending
the shelf life of the product.
History
Humans are unable to survive without food and drink; therefore, the supply of these essentials has had a major
impact on the development of the human species and continues to do so even today. The rapidly increasing
world population necessitates that the amount of food wasted due to spoilage is kept to a minimum. Food
production is only one part of the process to ensure continuous, diverse, safe, food supplies to meet the consumer
demands. Food must also be stored and preserved to achieve this objective. The requirement to store
and preserve foods has long been recognized, from the time well before there was any knowledge of microbiology.
Fermentation, along with salting, cooking, smoking, and sun drying, is one of the earliest ancient traditions
developed by cultures all around the world to extend the possible storage time of foods. Before the
initiation of preservation technology, humans frequently had to choose between starvation and eating spoilt
foods and then suffer the possible consequences of this. For thousands of years, raw animal and plant ingredients
have been fermented. Fermented fruits were probably among the first fermented foods eaten [1,2]. The
methods for fermentations were developed by trial and error and from the experiences of many generations.
Common Fermented Foods
A selection of the most common fermented foods that have wide geographical distributions are shown in
Table 9.1. The key type of microorganisms associated with these foods are also included.
216 Handbook of Food Preservation, Second Edition
Examples of the More Common Fermented Foods
Food Principal Ingredient Key Microorganisms
Wine Grapes Yeasts
Beer Barley Yeasts
Cider Apples Yeasts
Sake Rice Molds
Bread Wheat Yeasts
Yogurt Milk LAB
Cheese Milk LAB
Buttermilk Milk LAB
Kefir Milk LAB _ yeasts
Vinegar Grapes Yeasts followed
by Acetobacter
or Gluconobacter
Tempeh Soybeans Molds
Soy sauce Soybeans Molds _ LAB
_ yeasts
Pickled cucumbers Cucumbers LAB _ yeasts
Sauerkraut Cabbage LAB
Pickled olives Olives LAB _ yeasts
Fermented sausages Meat LAB _ molds
Note: LAB, lactic acid bacteria.
9.2 Fermentation as a Preservation Method
As new preservation techniques have been developed, the importance of fermentation processes for food
preservation has declined. Yet fermentation can be effective at extending the shelf life of foods and can often
be carried out with relatively inexpensive, basic equipment. Therefore, it remains a very appropriate method
for use in developing countries and rural communities with limited facilities. In addition, the nondependence
of fermentation on the use of chemical additives to the food appeals to the “more aware” consumer
market. The chemical composition of most foods is relatively stable; therefore, generally preservation is
based on eliminating microorganisms or controlling their growth and the overall composition of the
microflora. To reduce or prevent microbial spoilage of food, four basic principles can be applied:
1. Minimize the level of microbial contamination onto the food, particularly from “high-risk”
sources (asepsis)
2. Inhibit the growth of the contaminating microflora
3. Kill the contaminating microorganisms
4. Remove the contaminating microorganisms
Fermentations use a combination of the first three principles. Fermentations should not be expected to sterilize
substandard raw products, but rather should use high-quality substrates. Microorganisms can improve
their own competitiveness by changing the environment so that it becomes inhibitory or lethal to other organisms
while stimulating their own growth, and this selection is the basis for preservation by fermentation. A
number of different bacteriocidal and bacteriostatic factors that can be produced by lactic acid bacteria (LAB)
are shown in Table 9.2. Fermentation improves the safety of foods by decreasing the risks of pathogens and
toxins achieving the infective or toxigenic level, and extends the shelf life by inhibiting the growth of spoilage
agents, which cause the sensory changes that make the food unacceptable to the consumer.
Microbial Contamination of Foods
Foods are derived from other living organisms and during their development and preparation they are
continuously exposed to microbial contamination. The resultant contaminating microflora can have different
effects on the food. These include negative effects such as spoilage, where the food becomes unfit
for human consumption or health risks when infectious or toxigenic microorganisms are present.
Negligible effects on the food occur when the microflora does not cause disease or any detectable
changes in the food. However, benefits can also be reaped from the action of the microorganisms when
their activity brings about improvements in the appeal of the food. In developed countries, the improved
appeal is the major reason for microbial
fermentations of foods continuing today.
The nutrient content and intrinsic
properties of many raw foods make them
ideal environments for microbial replication.
The rate at which the microorganisms
grow depends not only on the intrinsic
properties of the food (pH, redox potential,
water activity, etc.) but also on the conditions
under which it is being stored, the
extrinsic factors, for example, temperature.
Therefore, many raw food types need to be
consumed soon after production to be of
high nutritional value. Without preservation
measures, delays lead to the nutrients
being degraded and utilized by the contaminating
A major consideration needs to be that under ideal conditions microorganisms can grow very rapidly,
being able to double in number in a short period of time. It must also be noted that there is a variation in
the optimum environmental conditions for different types and species of microorganisms, for example,
microorganisms can be categorized into broad groups such as aerobes and anaerobes depending on their
tolerance and use of oxygen and psychrophiles, mesophiles, and thermophiles based on the temperature
range optimum for their growth. In addition, the biochemical activity of different microorganisms varies
and may change in response to fluctuations in environmental factors, leading to a range of metabolic end
products (Table 9.3). By manipulating the environmental conditions, it is possible to select for specific
kinds of microorganisms that impart a particular taste, odor, texture, or appearance to the food. This is the
basis of fermentation.
Benefits of Fermented Foods
Microorganisms per se can be used as food sources, but in many instances it is their effects on other
food sources that are of major interest. The acceptability of a food to the consumer is based mainly on
its sensory properties. The sought-after sensory properties of fermented foods are brought about by the
biochemical activity of microorganisms. Fermented foods were developed simultaneously by many cultures
for two main reasons: (i) to preserve harvested or slaughtered products, which were abundant at
certain times and scarce at others and (ii) to improve the sensory properties of an abundant or unappealing
produce [1,3].
However, a range of benefits can be obtained from food fermentations, some of which are shown in
Table 9.4. Consequently, fermented foods and drinks still retain an important role in the human diet.
Fermentation has low energy demands and can often be carried out without sophisticated technology and
designated plants. The simple techniques mean that the procedures can often be carried out in the home
[4]. Also, a number of studies have shown that consumers regard fermented food products as healthy and
natural, increasing consumer demands and their profitability
.
تعريف تخمير
تخمير مي تواند بصورت يك فرايند توصيف شود كه در آن ميكروارگانيسم‌ها حس رساني و ويژگيهاي عملياتي يك غذا را براي توليد يك محصول نهايي تغيير دهد بطوري كه براي مصرف كننده مطلوب باشد. در اين فصل، تاكيد ويژه روي اين است كه چگونه اين تغييرات میتوانند در افزایش طول عمر محصول مفید باشند.
تاريخچه
انسانها قادر به زنده ماندن بدون غذا و نوشيدني نيستند؛ بنابر اين ذخيره اين ضرورتها تاثير زيادي روي توسعه و پیشرفت بشر شده و تاكنون دارد. جمعيت رو به رشد امروزه نياز دارد كه مقدار غذاي از بين رفته بخاطر پوسيدگي به حداقل برسد. توليد غذا تنها يك بخش از فرايند براي تضمين ذخيره هاي غذايي ايمن، متنوع و مداوم براي برآورده كردن تقاضاي مصرف كننده ميباشد. غذا بايد براي رسيدن به اين اهداف نگهداري و ذخيره شود. نياز به نگهداري و ذخيره سازي غذا مدتها پيش قبل از اينكه دانشي راجع به ميكرو بيولوژي باشد شناسايي شده است تخمير در كنار نمک سود کردن، پختن، دود دادن و خشک کردن در آفتاب يكي از قسمتهاي قديمي توسعه يافته توسط فرهنگهاي جهاني براي گسترش زمان ذخيره سازي ممكن غذاها ميباشد. قبل از آغاز تكنولوژي نگهداري، انسان مجبور به انتخاب بين گرسنگي و خوردن غذاهاي پوسيده ومجبور به تحمل کردن نتايج احتمالي بود. هزاران سال است که عناصر گياهي و حيواني تخمير مي‌شوند. ميوه‌هاي تخمير شده اولين غذاهای تخمير شده خورده شده بود. متدها براي تخمير توسط خطا و آزمون توسعه مي‌يافتند.
غذاهاي تخمير شده‌ي عمومي
يك انتخاب از غذاهاي تخمير شده‌ي رايج كه توزيع‌هاي جغرافيايي گستره‌اي دارد، در جدول 1-9 نشان داده مي‌شوند. نوع چكيده ي ميكرو ارگانيسم‌ها مرتبط با اين غذاها، نيز موجودند.
تخمير بعنوان يك متد نگهداري
از آنجا كه تكنيكهاي نگهداري توسعه مي‌يابند، اهميت فرايندهاي تخمير براي نگهداري غذا كاهش مي يابند. هنوز، تخمير مي‌تواند در گسترش طول عمر غذاها موثر باشد. بنابر اين، اين متد در كشورهاي در حال توسعه و جوامع روستاي با تواناييهاي كم بسیار مناسب است. بعلاوه، عدم وابستگي تخمير براساس استفاده افزودنيهاي شيميايي به غذا به بازار مصرف كننده سيار آگاه ميشود. ساختار شيميايي اغلب غذاها نسبتاً مقاوم است بنابر اين عموماً نگهداري براساس زدودن ميكرو ارگانيسم‌ها يا كنترل رشد آنها و ساختار نهايي آنها از میکروفلورا ميباشد. براي كاهش يا جلوگيري از ضايعات ميكروبي غذا، چهار اصل اساسي استفاده مي شود:
1- كم كردن درجه‌ي آلودگي ميكروبي از غذا، بويژه از منابع با ريسك بالا
2- جلوگيري از رشد و آلوده كردن ميكروفلورا
3- كشتن ميكروارگانيسمهای آلوده کننده
4- زدودن ميكروارگانيسمهای آلوده كننده
تخميرها تركيبي از سه اصل اول را بكار مي‌برند. تخميرها نبايد در محصولات فام استرليزه، زير استاندارد باشند بلكه بيشتر بايد از لايه‌هاي با كيفيت بالا استفاده كنند. ميكروارگانيزم ها مي‌توانند رقابت خود را به تغيير محيط بهبود بخشند بنابر اين می توانند براي ساير موجودات زنده کشنده يا مرگ آور در زمان تخمين رشد آنها شوند و اين انتخاب اساسي براي نگهداري توسط تخمير است. تعدادي از عوامل باكتريايي كه می توانند با لاكتيك و باكتري اسید لاکتیک (LAB) توليد شوند در جدول 2-9 نشان داده مي‌شوند. تخمير امنیت غذاها را بهبود می بخشد با كاهش ريسكهاي بيماري زا و داروي سمي بدست آمده از درجه‌ي غير مفيد رسمي بهبود بخشيده و طول عمر آنها را با جلوگيري از عوامل ضايع افزايش مي‌دهند كه موجب تغييرات ثانويه ميشود كه غذا را غيرقابل قبول براي مصرف كننده مي‌سازد
. آلودگي ميكروبي غذاها
غذاها متشكل از ارگانيزم‌هاي زنده ای هستند و در طول توسعه و آماده سازي آنها كاملاً عاري از آلودگي ميكروبي مي‌شوند. ميكروفلوراي آلوده شده حاصل مي‌تواند تاثيرات زيادي روي غذا داشته باشد. اينها شامل تاثيرات منفي مانند ضايعات اند كه غذا براي مصرف انساني نامناسب ميشود يا ريسكهاي سلامتي دارند وقتي ميكرو ارگانيزم هاي بيماري‌زا وجود دارند. تاثيرات متعددي روي غذا وقتي رخ مي‌دهد كه ميكروفلورا موجب بيماري يا تغييرات قابل شناسايي در غذا نشود بهر حال، مزايا مي‌تواند از عمل ميكروارگانيسم‌ها بدست آيد وقتي كه فعاليت آنها تقريباً توسعه‌هاي در غذا ايجاد مي كند. در كشورهاي توسعه يافته، درخواست توسعه عمده ترین دليل اصلي براي تخمير ميكروبي غذاها امروزي است.
محتواي رژيمي و ويژگي ذاتي بسياري از غذاهاي خام آنها را محيط مناسبی براي ايجاد ميكروب مي‌كند.میزانی كه در آن ميكروارگانيزم‌ها رشد مي كنند به ويژگيهاي ذاتي غذا بستگي ندارد (pH، پتانسيل اکسیداسیون و احیا، فعاليت آبي و...) اما به شرايطي كه در آن ذخيره مي‌شوند، عوامل غيرذاتي براي مثال دما بستگي دارند. پس در مورد بيشتر انواع غذايي خام به مصرف شدن به موقع پس از توليد براي بالا رفتن ارزش غذايي توصيه مي‌كنند.اگرچه معيارهاي نگهداري، اخيرا به درجه‌هاي رژيمي استفاده شده توسط ميكروفلوري آلوده كننده مرتبط اند.
توجهي كه بايد شود اين است كه تحت شرايط ايده آل ميكرو ارگانيزم‌ها مي‌تواند بسيار سريع رشد كنند، قادر به دو برابر شدن در يك دوره زماني كوتاهند. همچنين بايد توجه شود كه تغييراتي در شرايط محيطي بهينه براي انواع و اجزاي ميكروارگانيزم ها وجود ندارد، براي مثال ميكرو ارگانيزم ها مي‌توانند به گروه‌هاي بزرگ مانند ميكروبهاي هوازي و غير هوازي بسته به تلرانس آنها و استفاده‌ي اكسيژن سايكروفيل، مزوفيل و ترموفيل بسته به رنج دماي بهينه براي رشد آنها تقسيم بندي مي شوند. بعلاوه، فعاليت بيوشيميايي ميكروارگانيزم‌هاي مختصر تغيير مي‌كند و ممكن است در پاسخ به تغييرات در عوامل محيطي، تغيير كند. با تغيير شرايط محيطي، انتخاب براي انواع خاص ميكرو ارگانيزم‌ها ممكن است كه يك مزه، بو يا شكل ظاهري خاص دارند. اين اساس تخمير است.
مزاياي تخمير
ميكرو ارگانيز م ها در هر per se مي‌توانند بعنوان منابع غذايي استفاده شوند، اما در موارد زيادي اين تاثير آنها روي منابع غذايي ديگر است كه از جذابيت‌هاي بزرگ است. پذيرش غذا براي مصرف كننده اساساً براساس ويژگي هاي حسي آن است. ويژگي هاي حس ساز بسيار عالي غذاهاي تخمير شده تقريباً با فعاليت بيوشيميايي ميكرو ارگانيزم مي‌آيد. غذاهاي تخمير شده همزمان با توسعه فرهنگها براي دو دليل توسعه مي‌يابند: (i) براي نگهداري محصولات خرمن شده كه در زمان هاي خاصي محدود بودن (ii) براي بهبود ويژگيهاي حس ساز يك محصول معدود.
بهرحال رنجي از مزايا مي‌تواند از تخميرهاي غذا بدست آيد. در نتيجه غذاهاي تخمير شده نوشيدنيها هنوز نقش مهمي در رژيم انسان دارند. تخمير تقاضاي انرژي کمی دارد و مي‌تواند بدون تكنولوژي پيچيده و طرحهاي طراحي شده درك شود. تكنيكهاي ساده بدان معناست كه توليد كنندگان مي‌توانند اغلب در خانه‌اشان انجام دهند.
تبادل
لینک هوشمند
