Věda o fermentaci: Globální cesta kulturami a mikroby

Fermentace, proces hluboce spjatý s lidskou historií, přesahuje pouhou konzervaci potravin. Jde o transformační biochemickou reakci řízenou mikroorganismy, která přetváří suroviny v kulinářské lahůdky a účinné léky. Tento článek se vydává na globální cestu za poznáním vědy stojící za fermentací, jejího rozmanitého využití a trvalého dopadu na kultury po celém světě.

Co je fermentace?

Ve své podstatě je fermentace metabolický proces, při kterém mikroorganismy, jako jsou bakterie, kvasinky a plísně, přeměňují sacharidy (cukry a škroby) na alkohol, kyseliny nebo plyny. Tato přeměna probíhá bez přítomnosti kyslíku (anaerobně) nebo s velmi omezeným přísunem kyslíku (mikroaerobně). Konkrétní produkty fermentace závisí na druhu zúčastněného mikroorganismu a výchozích surovinách.

Obecnou rovnici fermentace lze zjednodušit takto:

Cukr (sacharidy) + mikroorganismy → alkohol/kyseliny/plyny + další metabolické produkty

Přesné biochemické dráhy, které se na procesu podílejí, jsou však neuvěřitelně složité a velmi se liší.

Stručná historie fermentace

Využívání fermentace předchází psané historii. Archeologické důkazy naznačují, že lidé fermentovali nápoje jako medovinu a pivo již v roce 7000 př. n. l. Fermentované potraviny jako jogurt a sýr jsou také po tisíciletí základem různých kultur. Tyto rané aplikace se zrodily z nutnosti, protože fermentace poskytovala přirozený způsob konzervace potravin a prodloužení jejich trvanlivosti, zejména v nepřítomnosti chlazení.

Před nástupem moderní mikrobiologie byla fermentace do značné míry záhadným procesem. Lidé věděli, že určité podmínky a přísady vedou k žádoucím výsledkům, ale nerozuměli základní mikrobiální aktivitě. Teprve v 19. století vědci jako Louis Pasteur identifikovali roli mikroorganismů ve fermentaci, což revolučně změnilo naše chápání tohoto procesu.

Typy fermentace

Fermentaci lze rozdělit podle primárního konečného produktu nebo dominantního mikroorganismu. Zde jsou některé z nejběžnějších typů:

Mléčné kvašení

Mléčné kvašení provádějí bakterie mléčného kvašení (LAB), které přeměňují cukry na kyselinu mléčnou. Tento proces je zodpovědný za kyselou chuť a pikantní texturu mnoha fermentovaných potravin, včetně:

Jogurt: Základní potravina v mnoha kulturách, jogurt se vyrábí fermentací mléka s druhy Lactobacillus a Streptococcus. Existuje mnoho globálních variant, od řeckého jogurtu po indický Dahi.
Kysané zelí: Jemně nakrouhané zelí fermentované pomocí LAB. Je základním kamenem německé kuchyně, ale je oblíbené také ve východní Evropě a Asii (např. korejské kimči).
Kimči: Tradiční korejské fermentované jídlo z pekingského zelí, ředkviček a různých koření, fermentované rozmanitou komunitou LAB. Každá korejská rodina má často svůj vlastní jedinečný recept.
Kefír: Fermentovaný mléčný nápoj podobný jogurtu, ale s řidší konzistencí, vyráběný pomocí kefírových zrn (symbiotická kultura bakterií a kvasinek). Pochází z pohoří Kavkaz a dnes se těší oblibě po celém světě.
Nakládané okurky: Okurky nebo jiná zelenina fermentovaná v solném nálevu obsahujícím LAB. Nakládání se praktikuje po celém světě s variacemi jako jsou koprové okurky v USA a cornichons v Evropě.

Alkoholové kvašení

Alkoholové kvašení provádějí kvasinky, především Saccharomyces cerevisiae, které přeměňují cukry na ethanol (alkohol) a oxid uhličitý. Tento proces je základem pro výrobu:

Pivo: Fermentovaný nápoj z obilí, obvykle ječmene, chmele, vody a kvasinek. Styly piva se po celém světě značně liší, od ležáků po ejly, s různými fermentačními technikami a přísadami.
Víno: Fermentovaný nápoj z hroznů, kde kvasinky přeměňují hroznové cukry na alkohol. Různé odrůdy hroznů a fermentační procesy vedou k rozmanité škále vín po celém světě.
Saké: Tradiční japonské rýžové víno vyráběné fermentací rýže s koji (druh plísně) a kvasinkami.
Medovina: Alkoholický nápoj vyráběný fermentací medu s vodou, někdy s přídavkem ovoce, koření nebo obilí. Je považována za jeden z nejstarších alkoholických nápojů.
Kombucha: Fermentovaný čajový nápoj vyrobený pomocí SCOBY (symbiotická kultura bakterií a kvasinek). Získal si celosvětovou popularitu pro své údajné zdravotní přínosy.

Octové kvašení

Octové kvašení zahrnuje přeměnu ethanolu na kyselinu octovou (ocet) pomocí bakterií octového kvašení, jako je Acetobacter. Tento proces je klíčový pro výrobu:

Ocet: Kyselá tekutina používaná jako dochucovadlo a konzervační prostředek, vyráběná fermentací alkoholických tekutin, jako je víno, cider nebo pivo. V kuchyních po celém světě se používají různé druhy octa, jako je jablečný ocet, balzamikový ocet a rýžový ocet.
Kombucha: Jak bylo zmíněno výše, bakterie octového kvašení jsou přítomny v kultuře SCOBY používané k fermentaci kombuchy, což přispívá k její kyselé chuti.

Jiné typy fermentace

Kromě tří hlavních typů existují i další fermentační procesy, které často zahrnují složitou interakci různých mikroorganismů:

Alkalická fermentace: Používá se v některých tradičních potravinách, jako je natto (fermentované sójové boby) v Japonsku a dawadawa (fermentované lusky rohovníku) v západní Africe. Tento proces zvyšuje pH potraviny, čímž se stává zásaditější a často výrazně mění její chuťový profil.
Propionové kvašení: Podílí se na výrobě švýcarského sýra, kde bakterie propionového kvašení vytvářejí charakteristické díry a ořechovou chuť.
Máselné kvašení: Může se vyskytnout ve zkažených potravinách a je obecně nežádoucí, protože vytváří žluklý zápach.

Věda v pozadí procesu: Mikrobiologie a biochemie

Fermentace je složitou souhrou mikrobiologie a biochemie. Pochopení základních mechanismů je klíčem ke kontrole a optimalizaci procesu.

Role mikroorganismů

Různé mikroorganismy mají různé metabolické dráhy, což vede k různým produktům fermentace. Například:

Druhy Lactobacillus: Tyto bakterie jsou homofermentativní (produkují primárně kyselinu mléčnou) nebo heterofermentativní (produkují kyselinu mléčnou, ethanol, oxid uhličitý a kyselinu octovou).
Saccharomyces cerevisiae: Tato kvasinka je primárně zodpovědná za alkoholové kvašení, přeměňující cukry na ethanol a oxid uhličitý.
Druhy Acetobacter: Tyto bakterie oxidují ethanol na kyselinu octovou.

Konkrétní druhy a kmeny použitých mikroorganismů mohou mít významný dopad na chuť, texturu a nutriční obsah konečného produktu. V mnoha tradičních fermentacích spolupracuje rozmanitá komunita mikroorganismů a vytváří složitý a nuancovaný chuťový profil.

Biochemické dráhy

Metabolické dráhy zapojené do fermentace se liší v závislosti na mikroorganismu a substrátu (výchozím materiálu). Například při alkoholovém kvašení kvasinky používají Embden-Meyerhof-Parnasovu (EMP) dráhu (glykolýzu) k rozkladu glukózy na pyruvát. Pyruvát se poté přeměňuje na acetaldehyd a nakonec na ethanol, s oxidem uhličitým jako vedlejším produktem.

Při mléčném kvašení používají LAB také glykolýzu k rozkladu glukózy na pyruvát. Místo přeměny pyruvátu na ethanol ho však přeměňují na kyselinu mléčnou pomocí enzymu laktátdehydrogenázy.

Faktory ovlivňující fermentaci

Rychlost a výsledek fermentace může ovlivnit několik faktorů, včetně:

Teplota: Různé mikroorganismy mají optimální teplotní rozmezí pro růst a aktivitu. Příliš vysoké nebo příliš nízké teploty mohou mikroorganismy inhibovat nebo zabít.
pH: Kyselost nebo zásaditost prostředí může ovlivnit mikrobiální růst. Většina fermentujících mikroorganismů preferuje mírně kyselé podmínky.
Dostupnost kyslíku: Fermentace je obecně anaerobní nebo mikroaerobní proces. Přítomnost kyslíku může inhibovat nebo změnit metabolické dráhy některých mikroorganismů.
Dostupnost živin: Mikroorganismy potřebují k růstu a provádění fermentace živiny, jako jsou cukry, aminokyseliny a vitamíny.
Koncentrace soli: Sůl může inhibovat růst nežádoucích mikroorganismů a zároveň podporovat růst těch žádoucích, jak je vidět při výrobě kysaného zelí a kimči.
Inhibiční látky: Některé látky, jako jsou určité konzervanty nebo antimikrobiální látky, mohou inhibovat růst fermentujících mikroorganismů.

Kontrola těchto faktorů je pro úspěšnou fermentaci zásadní.

Výhody fermentace

Fermentace nabízí širokou škálu výhod, včetně:

Konzervace potravin

Jak již bylo zmíněno, fermentace je účinný způsob konzervace potravin. Kyseliny a alkoholy produkované během fermentace inhibují růst mikroorganismů způsobujících kažení, čímž prodlužují trvanlivost potravin.

Zvýšená nutriční hodnota

Fermentace může zvýšit nutriční hodnotu potravin tím, že:

Zvyšuje obsah vitamínů: Některé mikroorganismy mohou během fermentace syntetizovat vitamíny. Například LAB mohou produkovat vitamíny skupiny B.
Zlepšuje stravitelnost: Fermentace může rozkládat složité sacharidy a bílkoviny, což usnadňuje jejich trávení.
Zvyšuje biologickou dostupnost minerálů: Fermentace může snížit hladinu antinutrientů, jako jsou fytáty, které mohou bránit vstřebávání minerálů.

Zlepšená chuť a textura

Fermentace může proměnit chuť a texturu potravin a vytvořit tak jedinečné a žádoucí kulinářské zážitky. Produkce kyselin, alkoholů, esterů a dalších těkavých sloučenin přispívá ke komplexním chuťovým profilům fermentovaných potravin.

Probiotické výhody

Mnoho fermentovaných potravin obsahuje živé mikroorganismy, známé jako probiotika, které mohou prospívat zdraví střev. Probiotika mohou pomoci:

Zlepšit trávení: Probiotika mohou pomoci rozkládat potravu a zlepšit vstřebávání živin.
Posílit imunitní systém: Probiotika mohou stimulovat imunitní systém a chránit před patogeny.
Snížit zánět: Probiotika mohou pomoci snížit zánět ve střevech.
Zlepšit duševní zdraví: Výzkum naznačuje souvislost mezi zdravím střev a duševním zdravím a probiotika mohou hrát roli při zlepšování nálady a snižování úzkosti.

Je důležité si uvědomit, že ne všechny fermentované potraviny jsou bohaté na probiotika. Pasterizace, tepelné ošetření používané k usmrcení mikroorganismů, může probiotika zničit. Proto je nejlepší vybírat nepasterizované fermentované potraviny, abyste využili probiotických výhod.

Fermentace v různých kulturách: Globální perspektiva

Fermentace je hluboce zakořeněna v kulinářských tradicích mnoha kultur po celém světě. Zde je několik příkladů:

Východní Asie

Kimči (Korea): Jak již bylo zmíněno, kimči je základem korejské kuchyně se stovkami variací v závislosti na regionu a ročním období.
Sójová omáčka (Čína, Japonsko, jihovýchodní Asie): Fermentované dochucovadlo vyrobené ze sójových bobů, pšenice, soli a plísně koji. Různé výrobní metody vedou k různým chuťovým profilům.
Miso (Japonsko): Fermentovaná sójová pasta používaná v polévkách, omáčkách a marinádách.
Natto (Japonsko): Fermentované sójové boby se silnou, štiplavou chutí a lepkavou texturou.
Saké (Japonsko): Rýžové víno, nedílná součást japonské kultury a tradic.

Evropa

Kysané zelí (Německo, východní Evropa): Fermentované zelí, tradiční příloha a přísada do mnoha jídel.
Kvasový chléb (různé země): Chléb kynutý pomocí kvásku, fermentované směsi mouky a vody obsahující divoké kvasinky a LAB.
Sýr (různé druhy): Mnoho různých druhů sýrů se vyrábí fermentací za použití různých zdrojů mléka, mikroorganismů a procesů zrání. Od tvrdých sýrů jako Parmazán po měkké sýry jako Brie je rozmanitost obrovská.
Víno (různé země): Fermentovaný nápoj z hroznů s dlouhou a bohatou historií v mnoha evropských zemích.
Pivo (různé země): Fermentovaný nápoj z obilí s nesčetnými styly a variacemi po celé Evropě.

Afrika

Ogiri (Nigérie): Fermentované semínkové dochucovadlo používané k ochucení polévek a dušených pokrmů.
Dawadawa (západní Afrika): Fermentované lusky rohovníku, zdroj bílkovin a chuti umami.
Injera (Etiopie a Eritrea): Houbovitý plochý chléb z teffové mouky, fermentovaný pomocí kvásku.
Kishk (Egypt): Fermentovaná směs drcené pšenice a mléka, sušená a používaná jako dochucovadlo.

Latinská Amerika

Pulque (Mexiko): Fermentovaný nápoj vyrobený ze šťávy rostliny maguey.
Chicha (Andy): Fermentovaný nápoj z kukuřice, někdy s jinými obilovinami nebo ovocem.
Pozol (Mexiko): Fermentované kukuřičné těsto používané k výrobě osvěžujícího nápoje.
Cauim (Brazílie): Tradiční domorodý nápoj vyrobený z fermentované manioky nebo kukuřice.

To je jen několik příkladů rozmanitých a fascinujících způsobů, jak se fermentace používá po celém světě. Každá kultura má své vlastní jedinečné fermentované potraviny a nápoje, které odrážejí místní suroviny, klima a tradice.

Fermentace v moderní výrobě potravin

Fermentace není jen tradiční praxe; hraje také významnou roli v moderní výrobě potravin. Mnoho komerčně vyráběných potravin a nápojů se spoléhá na fermentaci, včetně:

Jogurt a další mléčné výrobky: Velkovýroba jogurtů, kefírů a dalších fermentovaných mléčných výrobků.
Chléb: Komerční výroba chleba často používá kvasnicovou fermentaci ke kynutí těsta.
Ocet: Průmyslová výroba octa pomocí submerzní fermentace.
Alkoholické nápoje: Velké pivovary a vinařství se spoléhají na kontrolované fermentační procesy při výrobě piva, vína a lihovin.
Fermentované omáčky a dochucovadla: Hromadná výroba sójové omáčky, misa a dalších fermentovaných dochucovadel.

Moderní fermentační technologie umožňuje větší kontrolu nad fermentačním procesem, což vede k konzistentní kvalitě produktů a zvýšené efektivitě. Někteří však tvrdí, že tradiční metody fermentace, které často zahrnují rozmanitější komunitu mikroorganismů, mohou vést ke komplexnějším a nuancovanějším chutím.

Domácí fermentace: Rostoucí trend

V posledních letech roste zájem o domácí fermentaci. Lidé stále více experimentují s výrobou vlastních fermentovaných potravin a nápojů, jako jsou:

Kysané zelí a kimči: Relativně snadné na domácí přípravu s jednoduchými surovinami.
Jogurt a kefír: Lze vyrobit pomocí jogurtovače nebo kultivací mléka při pokojové teplotě.
Kombucha: Pěstování vlastní SCOBY a vaření kombuchy doma.
Kvasový chléb: Pěstování kvásku a pečení vlastního chleba.
Nakládané okurky: Fermentace okurek a jiné zeleniny v solném nálevu.

Domácí fermentace může být obohacující a vzdělávací zkušeností, která vám umožní spojit se se starodávnými tradicemi konzervace potravin a prozkoumat fascinující svět mikroorganismů. Je však důležité dodržovat bezpečné postupy, abyste předešli růstu škodlivých bakterií.

Bezpečnostní aspekty při fermentaci

Ačkoli je fermentace obecně bezpečná, je důležité přijmout opatření k prevenci růstu nežádoucích mikroorganismů, které mohou způsobit onemocnění z potravin. Zde jsou některé bezpečnostní tipy:

Používejte čisté vybavení: Před použitím veškeré vybavení důkladně umyjte mýdlem a vodou. Vybavení sterilizujte varem nebo použitím dezinfekčního roztoku.
Používejte čerstvé suroviny: Vybírejte kvalitní, čerstvé suroviny. Vyhněte se používání surovin, které jsou potlučené, poškozené nebo plesnivé.
Udržujte správnou teplotu: Udržujte fermentaci při doporučené teplotě pro konkrétní potravinu nebo nápoj, který vyrábíte.
Sledujte pH: Pravidelně kontrolujte pH fermentující potraviny. Hodnota pH 4,6 nebo nižší je obecně považována za bezpečnou pro většinu fermentovaných potravin.
Sledujte známky kažení: Hledejte známky kažení, jako je plíseň, neobvyklý zápach nebo slizká textura. Pokud máte podezření, že je potravina zkažená, vyhoďte ji.
Dodržujte spolehlivé recepty: Používejte recepty z renomovaných zdrojů a pečlivě dodržujte pokyny.

Pokud jste ve fermentaci nováčkem, je nejlepší začít s jednoduchými recepty a postupně se propracovávat ke složitějším. Je také dobré poradit se se zkušenými fermentátory nebo se zúčastnit fermentačního workshopu, abyste se o procesu dozvěděli více.

Budoucnost fermentace

Fermentace je připravena hrát v budoucnosti výroby potravin a lidského zdraví ještě větší roli. Probíhající výzkum zkoumá potenciál fermentace k:

Vývoji nových a inovativních potravin: Fermentaci lze použít k vytvoření nových potravin s jedinečnými chutěmi, texturami a nutričními profily.
Zlepšení udržitelnosti potravin: Fermentaci lze využít ke snížení plýtvání potravinami a vytvoření udržitelnějších potravinových systémů. Například zbytky jídla lze fermentovat na výrobu krmiva pro zvířata nebo biopaliv.
Zlepšení zdraví střev: Probíhá výzkum s cílem identifikovat specifické kmeny probiotik, které mohou zlepšit zdraví střev a léčit různé zdravotní stavy.
Produkci léčiv a dalších cenných sloučenin: Fermentaci lze použít k výrobě léčiv, enzymů a dalších cenných sloučenin.
Bioremediaci: Fermentaci lze použít k čištění znečišťujících látek a sanaci kontaminovaného prostředí.

Jak naše chápání vědy o fermentaci neustále roste, můžeme očekávat ještě více vzrušujících aplikací tohoto starodávného a všestranného procesu.

Závěr

Fermentace je více než jen technika konzervace potravin; je to transformační proces, který formuje naše jídlo, zdraví a kulturu. Od pikantní chuti jogurtu po komplexní chutě vína a piva, fermentace obohacuje naše životy po tisíciletí. Jak budeme nadále zkoumat vědu stojící za fermentací, můžeme odemknout její plný potenciál k vytvoření udržitelnější, výživnější a chutnější budoucnosti.

Ať už jste zkušený fermentátor nebo teprve začínáte, doporučuji vám prozkoumat fascinující svět fermentace a objevit mnoho výhod, které nabízí. Dobrou chuť! Nebo, jak se říká v Koreji, 맛있게 드세요! (masitge deuseyo! - dobrou chuť!)