بررسی مواد اولیه قابل استفاده در تخمیر اسید استیک

مقدمه

تخمیر اسید استیک شامل دو مرحله زیستی هستند : یک تخمیر الکلی و به دنبال آن یک تخمیر اکسیدی که اسید استیک تولید می ‌کند. این فرآیند قدیمی برای تهیه سرکه از طیف گسترده ‌ای از مواد پایه استفاده می ‌شود. به طور کلی هر ماده‌ ای که حاوی قندهای قابل تخمیر یا اتانول باشد می ‌تواند به عنوان بستر استفاده شود. از میوه ‌ها و غلات گرفته تا غده ‌های نشاسته ‌ای و حتی محصولات جانبی لبنی. انتخاب ماده اولیه تأثیر عمیقی بر بازده ، طعم و پروفایل تغذیه ‌ای سرکه نهایی دارد. در بخش ‌های بعدی ما به بررسی انواع مواد اولیه قابل کاربرد در تخمیر اسید استیک می ‌پردازیم و اینکه هر یک چگونه به فرآیند تولید سرکه کمک می ‌کنند.

مروری بر فرآیند تخمیر اسید استیک

تخمیر اسید استیک فرآیند بیوشیمیایی است که در طی آن اتانول توسط باکتری‌ های ویژه به اسید استیک اکسید می ‌شود. در تولید بیشتر انواع سرکه این فرآیند شامل دو مرحله تخمیر است : ابتدا مخمرها قندها را به اتانول تبدیل می ‌کنند (تخمیر الکلی) ، سپس باکتری‌ های اسید استیک (AAB) به صورت هوازی اتانول را به اسید استیک اکسید می‌ کنند. این فرآیند به اکسیژن نیاز دارد و معمولاً در تخمیرکننده ‌های ویژه انجام می ‌شود تا انتقال اکسیژن بهینه شود. نتیجه سرکه است ، یک مایع اسیدی که معمولاً حاوی ۴–۸٪ اسید استیک به همراه سایر ترکیبات جزئی حاصل از ماده اولیه است. این مرور نشان می ‌دهد که فرآیند تخمیر از نظر خوراک ورودی انعطاف ‌پذیر است تا زمانی که اتانول حضور داشته باشد (چه اضافه شده یا از تخمیر قند تولید شده باشد) ، باکتری‌ های اسید استیک می ‌توانند مرحله اسیدی کردن را انجام دهند.

اهمیت انتخاب ماده اولیه

انتخاب ماده اولیه مناسب برای موفقیت تخمیر اسید استیک و تولید سرکه با کیفیت بالا حیاتی است. ماده قابل تخمیر نه تنها قندها (یا اتانول) را برای تبدیل فراهم می ‌کند بلکه مواد مغذی و پیش ‌سازهای طعم را نیز تأمین می ‌کند. مواد شروع متفاوت می ‌توانند به تفاوت ‌های قابل توجهی در رفتار تخمیر و ویژگی ‌های سرکه منجر شوند. برای مثال خمیر آب ‌میوه ممکن است به سرعت تخمیر شده و سرکه‌ ای میوه‌ ای و معطر بدهد در حالی که بستر حاوی اتانول خالص احتمالاً کندتر تخمیر شده و محصولی بسیار خنثی تولید می‌ کند.

میوه‌ ها و آب‌ میوه‌ ها برای تولید سرکه

میوه ‌ها یکی از معمول ‌ترین مواد اولیه برای تخمیر سرکه هستند. آب‌ میوه ‌ها به طور طبیعی حاوی مقادیر بالای قندهای قابل تخمیر به همراه مواد مغذی هستند که رشد مخمرها و باکتری ‌ها را تسهیل می ‌کنند. مثلاً سرکه سیب با تخمیر آب سیب به شراب سیب (سایدر) و در ادامه به سرکه تولید می ‌شود. به طور مشابه سرکه شراب از آب انگور تخمیر ‌شده (شراب) به دست می ‌آید که سپس به سرکه تبدیل شده است. تقریباً هر میوه خوراکی را می ‌توان استفاده کرد. نمونه‌ های رایج شامل انگور ، سیب ، انواع توت ، گلابی ، گیلاس ، آناناس و انار هستند. میوه‌ های اضافی یا بیش از حد رسیده که در غیر این صورت ممکن است دور ریخته شوند ، غالباً گزینه ‌های بسیار خوبی برای سرکه ‌سازی هستند.

غلات و محصولات نشاسته‌ ای به عنوان بستر تخمیر

بسیاری از سرکه‌ های جهان از غلات یا سایر محصولات نشاسته ‌ای اصلی تولید می ‌شوند. غلات به خودی خود حاوی قندهای آزاد نیست اما نشاسته آنها می‌ تواند برای تخمیر به قند تبدیل شود. سرکه مالت یک مثال کلاسیک است که از جو مالت شده تهیه می‌ شود. جو تحت فرآیند مالت سازی (جوانه ‌زنی و خشک کردن) قرار می ‌گیرد تا آنزیم ‌هایی که نشاسته را به قند مالتوز تجزیه می ‌کنند فعال شوند ، سپس عصاره به آبجو تخمیر می ‌شود و متعاقباً به سرکه تبدیل می ‌شود. غلات دیگری مانند ذرت ، گندم ، برنج یا سورگوم نیز می‌ توانند به عنوان منبع کربوهیدرات استفاده شوند.

ملاس نیشکر و شربت ‌های شیرین

محصولات جانبی صنعت شکر و سایر شربت ‌های شیرین به طور گسترده به عنوان مواد اولیه در تخمیر اسید استیک استفاده می ‌شوند. ملاس شربت غلیظ و تیره رنگ باقی ‌مانده از فرآوری نیشکر یا چغندر قند ، سرشار از ساکارز و مواد معدنی است که آن را به یک بستر تخمیر ارزان ‌قیمت تبدیل می ‌کند. برای تولید سرکه ملاس معمولاً با آب رقیق می ‌شود تا به غلظت قند قابل مدیریت برسد و با مخمر تخمیر می ‌شود تا الکل ایجاد شود. سپس آن الکل توسط باکتری ‌ها به اسید استیک اکسید می ‌شود. سرکه شکر یا سرکه نیشکر حاصل اغلب به دلیل ترکیبات باقی‌ مانده در ملاس دارای طعم قوی و رنگ تیره است. به همین ترتیب شربت‌ های قندی یا عسل را نیز می ‌توان به سرکه تخمیر کرد. سرکه عسل (از تخمیر شراب عسل) یک محصول سنتی در برخی مناطق است که عطر ملایم عسل را به سرکه می ‌آورد. این مواد اولیه مبتنی بر شربت معمولاً دارای قند فراوان هستند اما ممکن است در صورت تصفیه‌ شده بودن نیاز به مکمل‌ های مغذی داشته باشند.

نوشیدنی ‌های الکلی و تقطیری به عنوان بستر تخمیر

به جای شروع از مواد قندی خام تخمیر اسیدی می‌ تواند با یک بستر از پیش الکلی آغاز شود. نوشیدنی ‌ها و محلول ‌های حاوی اتانول مستقیماً برای تولید سرکه مناسب هستند زیرا آنها از قبل الکلی را دارند که باکتری ‌های اسید استیک به آن نیاز دارند. نمونه ‌های رایج شامل شراب ، آبجو یا سایدر هستند که می ‌توانند مستقیماً به سرکه تبدیل شوند. سرکه‌ های شراب (مانند سرکه شراب قرمز ، سرکه شراب سفید و غیره) با استفاده از شراب آماده و تخمیر بیشتر آن توسط باکتری ‌های اسید استیک تولید می ‌شوند تا زمانی که الکل به اسید استیک تبدیل شود. سرکه آبجو (مانند برخی سرکه ‌های مالت) از خود آبجو آغاز می ‌شود. استفاده از نوشیدنی ‌های الکلی آماده می ‌تواند فرآیند را ساده کند. تنها یک مرحله تخمیر اسیدی مورد نیاز است نه دو مرحله. همچنین ارواح تقطیری یا الکل خنثی غلات که با آب رقیق شده ‌اند می ‌توانند به عنوان پایه مورد استفاده قرار گیرند. سرکه سفید تقطیری معمولاً به این روش تولید می ‌شود. در واقع اصطلاح سرکه الکلی به سرکه ‌ای اشاره دارد که از الکل تقطیر شده (اغلب از غلات) ساخته می ‌شود.

مواد اولیه مبتنی بر برنج ، نارگیل و نخل

سرکه‌ های سنتی مختلفی از مواد اولیه خاص منطقه‌ای مانند برنج ، شیره نارگیل و شیره نخل ساخته می ‌شوند. سرکه برنج که به ویژه در آشپزی شرق آسیا رایج است از برنج تخمیر شده یا شراب برنج (ساکی) تولید می ‌شود. برنج ابتدا باید از نشاسته به قند تبدیل شود (از طریق تخمیر کوجی یا سایر فرآیندهای شیرین‌ سازی) ، سپس به شراب برنج تبدیل شود و در نهایت از طریق اسیدی شدن به سرکه مبدل گردد. سرکه برنج معمولاً ملایم و کمتر اسیدی (حدود ۴٪ اسید استیک) است و اغلب کمی شیرین است و ظاهری شفاف تا زرد روشن دارد. سرکه نارگیل نوع منحصر به فرد دیگری از سرکه است که از شیره یا آب شکوفه نارگیل ساخته می ‌شود. در کشورهایی مانند فیلیپین و هند کشاورزان شیره نارگیل (که گاهی تودی نامیده می ‌شود) را جمع ‌آوری می‌ کنند که به طور طبیعی به یک نوشیدنی الکلی ملایم تخمیر می ‌شود ، سپس باکتری ‌های اسید استیک آن را به یک سرکه ترش تبدیل می‌ کنند. سرکه نارگیل معمولاً سفید و کدر است و طعم ملایمی با رگه ‌ای از نارگیل دارد و سرشار از مواد معدنی است. به همین شکل سرکه نخل را می ‌توان از شیره سایر گونه‌ های نخل (مانند نخل نیپا یا نخل خرما) ساخت. این سرکه‌ ها به طور سنتی برای قرن ‌ها در آشپزی محلی آن مناطق استفاده می ‌شده‌ اند.

اتانول سنتتیک به عنوان بستر تخمیر

همه اتانول ‌های مورد استفاده در تخمیر سرکه از تخمیر طبیعی قندها به دست نمی ‌آیند. در برخی موارد اتانول سنتزی یا خالص به عنوان ماده اولیه به کار گرفته می ‌شود. اتانول سنتزی را می ‌توان از فرآیندهای پتروشیمی تولید کرد یا از زیست‌ توده از طریق تقطیر به دست آورد که الکلی با خلوص بالا حاصل می ‌شود. در تولید سرکه ، اتانول رقیق ‌شده (معمولاً حدود ۱۰٪ الکل حجمی) را می ‌توان مستقیماً به مخازن تخمیر که با باکتری ‌های اسید استیک تلقیح شده ‌اند اضافه کرد. سپس باکتری‌ ها اتانول را در یک فرآیند کنترل‌ شده و سریع به اسید استیک اکسید می ‌کنند. استفاده از اتانول سنتزی یا صنعتی یک بستر یکنواخت و عاری از آلودگی را فراهم می ‌کند که می ‌تواند برای تولید سرکه در مقیاس بزرگ و استاندارد (مانند سرکه سفید تقطیری) مهم باشد.

تحلیل مقایسه‌ای مواد اولیه برای تخمیر اسید استیک

اثرات ماده اولیه بر کارایی تخمیر

نوع و ترکیب ماده اولیه مستقیماً بر کارایی و سرعت تخمیر تأثیر می‌ گذارد. یکی از عوامل کلیدی غلظت قند است. مواد با سطح قند متوسط (مثلاً بسیاری از آب ‌میوه ‌ها) امکان یک تخمیر پایدار را فراهم می ‌کنند در حالی که بسترهای با قند بسیار بالا باید رقیق شوند یا به صورت مرحله ‌ای تخمیر شوند زیرا مخمر می ‌تواند توسط قند بیش از حد یا فشار اسمزی بالا مهار شود. برای مثال خمیر انگور با بریکس بسیار بالا ممکن است به کندی یا به طور ناقص تخمیر شود مگر اینکه به درستی مدیریت شود. مواد اولیه همچنین در بازدارنده ‌ها یا تسهیل ‌کننده ‌های ذاتی تخمیر با هم تفاوت دارند. برخی میوه ‌ها دارای ترکیبات ضدمیکروبی هستند (برای مثال کرنبری حاوی بنزوات ‌ها است) که می ‌توانند سرعت مخمر یا باکتری را کاهش دهند. در چنین مواردی ممکن است نیاز به سازگاری کشت یا رقیق ‌سازی باشد. از سوی دیگر موادی مانند عصاره مالت مواد مغذی فراهم می ‌کنند که می‌ت واند تخمیر را تسریع کند. جنبه دیگر pH اولیه است. میوه‌ ها تمایل به اسیدی بودن دارند که می ‌تواند میکروب ‌های ناخواسته را سرکوب کند و سرعت مخمر را کمی کاهش دهد در حالی که بسترهایی مانند خمیر غلات ممکن است pH بالاتری داشته باشند. کارایی تخمیر می‌ تواند توسط محتوای جامدات نیز مختل شود. خمیرهای بسیار پالپ‌ دار ممکن است انتقال اکسیژن برای باکتری ‌های اسید استیک را مختل کرده یا باعث تجمع گرما در تخمیرکننده ‌های صنعتی شوند. خود باکتری‌ های اسید استیک محدودیت ‌هایی دارند. آنها عموماً وقتی اتانول آغازین حدود ۵–۱۰٪ باشد بهترین عملکرد را دارند. اگر تخمیر ماده اولیه درصد الکل خیلی بالایی تولید کند (بیش از حدود ۱۲–۱۵٪) فرآیند اسیدی شدن کند می ‌شود یا ممکن است باکتری ‌ها مهار شوند.

تأثیر ماده اولیه بر طعم و کیفیت سرکه

یکی از دلایل متقاعدکننده برای بررسی مواد اولیه متفاوت در تخمیر اسید استیک تأثیر آن بر طعم و کیفیت سرکه است. سرکه تنها اسید استیک در آب نیست ، حاوی بسیاری از متابولیت‌ های ثانویه است که از بستر اصلی می ‌آیند یا در طول تخمیر تشکیل می‌ شوند. ماده اولیه بخش زیادی از این ترکیب را تعیین می ‌کند. برای مثال سرکه‌ های میوه ترکیبات مشتق از میوه را به همراه دارند. سرکه سیب حاوی اسید مالیک از سیب است و اغلب یک نت میوه ‌ای را حفظ می‌ کند در حالی که سرکه شراب انگور شامل اسید تارتاریک و پلی ‌فنول ‌های پیچیده از انگور (خصوصاً در سرکه شراب قرمز) است. این ترکیبات عمق طعم و همچنین رنگ را ایجاد می ‌کنند. سرکه ‌های شراب می ‌توانند متمایل به قرمز یا طلایی باشند. سرکه مالت قهو ه‌ای است. سرکه سیب کهربایی است در حالی که سرکه تقطیری شفاف است. ماده اولیه همچنین بر عطر تأثیر می ‌گذارد. سرکه مالت دارای عطر فندقی و غله ‌ای است و سرکه نارگیل دارای رایحه شیرین ملایمی است که به دلیل ترکیبات فرّار خاص آن منابع است. از نظر کیفیت مواد اولیه غنی از آنتی ‌اکسیدان (مانند بسیاری از میوه‌ ها) می ‌توانند بخشی از آن ویژگی ‌های سلامتی‌ بخش را به سرکه منتقل کنند. بافت یا حس دهانی سرکه (اگرچه همگی مایع هستند) نیز می ‌تواند اندکی متفاوت باشد. برخی سرکه ‌های سنتی که از غلات یا میوه ‌ها کهنه شده ‌اند ممکن است به دلیل ترکیبات باقی ‌مانده یا گلیسرول حاصل از تخمیر احساس نرم ‌تری داشته باشند. ماده اولیه همچنین می‌ تواند بر پایداری و شفافیت تأثیر بگذارد برای مثال سرکه ‌هایی با مقادیر زیاد قندهای طبیعی یا پکتین (مانند برخی سرکه ‌های بالزامیک یا میوه ‌ای) ممکن است اگر به خوبی فیلتر نشوند بیشتر مستعد کدر شدن یا تشکیل رسوب باشند.