Thực phẩm lên men tốt cho sức khoẻ?

Lên men là một quá trình trao đổi chất tạo ra những thay đổi hóa học trong các chất hữu cơ thông qua hoạt động của enzyme. Trong hóa sinh, quá trình lên men được định nghĩa hẹp là sự chiết xuất năng lượng từ carbohydrate khi không có oxy, trong khi trong sản xuất thực phẩm, nó có thể đề cập rộng hơn đến bất kỳ quá trình nào trong đó hoạt động của vi sinh vật mang lại sự thay đổi mong muốn cho thực phẩm hoặc đồ uống. Khoa học về quá trình lên men được gọi là zymology.

Ở vi sinh vật, lên men là phương tiện chính để sản xuất adenosine triphosphate (ATP) bằng cách phân hủy các chất dinh dưỡng hữu cơ trong điều kiện kỵ khí.

Con người đã sử dụng quá trình lên men để sản xuất thực phẩm và đồ uống từ thời đồ đá mới. Ví dụ, quá trình lên men được sử dụng để bảo quản trong quy trình tạo ra axit lactic có trong thực phẩm chua như dưa chuột muối, kombucha, kim chi và sữa chua, cũng như để sản xuất đồ uống có cồn như rượu và bia. Quá trình lên men cũng xảy ra trong đường tiêu hóa của tất cả các loài động vật, kể cả con người.

Lên men công nghiệp là một thuật ngữ rộng hơn được sử dụng cho quá trình ứng dụng vi khuẩn để sản xuất hóa chất, nhiên liệu sinh học, enzyme, protein và dược phẩm ở quy mô lớn.

Định nghĩa 
Dưới đây là một số định nghĩa về quá trình lên men, từ cách sử dụng thông thường, thông thường đến các định nghĩa khoa học hơn.
1. Phương pháp bảo quản thực phẩm bằng vi sinh vật (dùng chung).

2. Bất kỳ quá trình vi sinh vật quy mô lớn nào xảy ra có hoặc không có không khí (định nghĩa phổ biến được sử dụng trong công nghiệp, còn được gọi là lên men công nghiệp).

3. Bất kỳ quy trình sản xuất đồ uống có cồn hoặc các sản phẩm từ sữa có tính axit (sử dụng chung).

4. Bất kỳ quá trình trao đổi chất giải phóng năng lượng nào chỉ diễn ra trong điều kiện yếm khí (có phần khoa học).

5. Bất kỳ quá trình trao đổi chất nào giải phóng năng lượng từ đường hoặc phân tử hữu cơ khác, không cần oxy hoặc hệ thống vận chuyển điện tử và sử dụng phân tử hữu cơ làm chất nhận điện tử cuối cùng (khoa học nhất).

Từ "lên men" có nguồn gốc từ động từ Latin fervere, có nghĩa là đun sôi. Người ta cho rằng nó lần đầu tiên được sử dụng vào cuối thế kỷ 14 trong thuật giả kim, nhưng chỉ theo nghĩa rộng. Nó không được sử dụng theo nghĩa khoa học hiện đại cho đến khoảng năm 1600.

Vai trò sinh học
Cùng với hô hấp hiếu khí, lên men là phương pháp lấy năng lượng từ các phân tử. Phương pháp này là phương pháp duy nhất phổ biến cho tất cả vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn. Do đó, nó được coi là con đường trao đổi chất lâu đời nhất, phù hợp với môi trường nguyên thủy - trước sự sống thực vật trên Trái đất, tức là trước oxy trong khí quyển. Nick Lane chỉ trích đề xuất này vì lượng năng lượng giải phóng trong quá trình lên men là nhỏ, không thể tạo ra động lực nhiệt động của hóa học tiền sinh học. Các enzyme tham gia vào quá trình lên men, được mã hóa bởi gen, không thể tồn tại trong quá trình hóa học tiền sinh học. Ngoài ra, ông lưu ý rằng sự khác biệt giữa quá trình lên men ở vi khuẩn cổ và vi khuẩn cho thấy quá trình lên men có thể đã tiến hóa sau đó, phát triển độc lập ở cả hai dạng sống nguyên thủy.

Nấm men, một dạng nấm, xuất hiện ở hầu hết mọi môi trường có khả năng hỗ trợ vi khuẩn, từ vỏ trái cây đến ruột côn trùng và động vật có vú cho đến đại dương sâu thẳm. Nấm men chuyển đổi (phân hủy) các phân tử giàu đường để tạo ra ethanol và carbon dioxide.

Cơ chế cơ bản của quá trình lên men vẫn tồn tại trong tất cả các tế bào của sinh vật bậc cao. Cơ của động vật có vú thực hiện quá trình lên men trong thời gian tập luyện cường độ cao khi nguồn cung cấp oxy bị hạn chế, dẫn đến việc tạo ra axit lactic. Ở động vật không xương sống, quá trình lên men cũng tạo ra succinate và alanine.

Vi khuẩn lên men đóng vai trò thiết yếu trong việc sản xuất khí mê-tan trong các môi trường sống khác nhau, từ dạ cỏ của gia súc đến bể phân hủy nước thải và trầm tích nước ngọt. Chúng tạo ra hydro, carbon dioxide, formate, axetat và axit cacboxylic. Sau đó, các nhóm vi khuẩn chuyển đổi carbon dioxide và acetate thành metan. Vi khuẩn acetogen oxy hóa axit, thu được nhiều axetat và hydro hoặc formate. Cuối cùng, methanogens (trong miền Archea) chuyển đổi axetat thành metan.

Chế độ sinh hóa
Glycolysis, là con đường trao đổi chất chuyển đổi glucose thành pyruvate, là bước đầu tiên trong quá trình lên men. Trong quá trình đường phân, một phân tử glucose, một loại đường có 6 carbon, bị phân hủy thành hai phân tử pyruvate. Phản ứng tỏa nhiệt này giải phóng năng lượng cho quá trình phosphoryl hóa ADP thành ATP (adenosine triphosphate) và chuyển đổi NAD+ thành NADH.

Với sự có mặt của oxy, pyruvate sau đó có thể bị oxy hóa thông qua chu trình axit tricarboxylic, một quá trình được gọi là hô hấp hiếu khí. Ngược lại, pyruvate có thể bị khử thành rượu, axit lactic hoặc các sản phẩm khác khi không có oxy trong quá trình lên men.

Các loại lên men
Có nhiều loại lên men, được phân biệt chủ yếu dựa vào sản phẩm cuối cùng. Hai trong số những loại quan trọng nhất và được sử dụng phổ biến là lên men ethanol/rượu và lên men axit lactic.

Lên men ethanol được sử dụng trong sản xuất đồ uống có cồn. Quá trình lên men axit lactic được sử dụng để tạo hương vị hoặc bảo quản sữa và rau quả. Quá trình lên men axit lactic cũng xảy ra trong các tế bào cơ dưới hoạt động vất vả. Trong trường hợp này, cơ bắp tiêu thụ năng lượng (ATP) nhanh hơn lượng oxy có thể được cung cấp, dẫn đến môi trường kỵ khí và do đó tích tụ axit lactic và gây đau cơ.

Ngoài ra, còn có các loại lên men khác như lên men axit axetic, lên men axeton-butanol-etanol và lên men axit hỗn hợp.

1. Lên men EthanolLên men ethanol được định nghĩa là quá trình sinh học biến đường (glucose, fructose và sucrose) thành ethanol, carbon dioxide và năng lượng. Sau bước đường phân ban đầu chuyển một phân tử glucose thành hai phân tử pyruvate, các phân tử pyruvate tiếp tục phân hủy thành hai phân tử acetaldehyde và hai phân tử carbon dioxide, một bước được xúc tác bởi pyruvate decarboxylase. Sau đó, Alcohol dehydrogenase tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi hai phân tử acetaldehyde thành hai phân tử ethanol, sử dụng năng lượng và hydro từ NADH.

2. Lên men axit lacticLên men axit lactic là một loại lên men khác và được mô tả là quá trình trao đổi chất biến đường thành chất chuyển hóa lactate và năng lượng. Đây là quá trình hô hấp duy nhất không tạo ra khí và xảy ra ở một số vi khuẩn (như lactobacilli) và tế bào cơ. Kiểu lên men này chuyển đổi hai phân tử pyruvate từ quá trình đường phân thành hai phân tử axit lactic và tái tạo NAD+ trong quá trình này, tiếp tục chu trình. Phản ứng oxi hóa khử này được xúc tác bởi axit lactic dehydrogenase. Vi khuẩn axit lactic có thể thực hiện quá trình lên men đồng hình, trong đó axit lactic là sản phẩm chính hoặc lên men dị hình, trong đó một số lactate được chuyển hóa tiếp thành ethanol, carbon dioxide và các sản phẩm phụ khác.

3. Lên men axit axeticGiấm được sản xuất theo quy trình hai bước. Bước đầu tiên là hình thành rượu etylic từ đường bằng phương pháp yếm khí bằng nấm men. Ở bước thứ hai, rượu etylic được oxy hóa thêm để tạo thành axit axetic nhờ vi khuẩn acetobacter. Quá trình oxy hóa vi sinh vật từ rượu thành axit là một quá trình hiếu khí.

4. Lên men axit butyricKiểu lên men này là đặc trưng của vi khuẩn kỵ khí bắt buộc thuộc chi clostridium. Điều này xảy ra trong quá trình khử sợi đay, bơ ôi, chế biến thuốc lá và thuộc da. Axit butyric được sản xuất trong ruột kết của con người như một sản phẩm của quá trình lên men chất xơ. Nó là nguồn năng lượng quan trọng cho biểu mô đại trực tràng. Đầu tiên, đường được oxy hóa thành pyruvate bằng quá trình đường phân và sau đó pyruvate bị oxy hóa thêm để tạo thành acetyl-CoA bởi hệ thống enzyme oxyoreductase với sự sản xuất H2 và CO2. Acetyl-CoA tiếp tục bị khử để tạo thành axit butyric. Kiểu lên men này dẫn đến năng suất năng lượng tương đối cao hơn. 3 phân tử ATP được hình thành.

Tầm quan trọng 
và lợi ích của quá trình lên men
Giàu men vi sinh, thực phẩm lên men chứa các vi sinh vật có thể giúp duy trì hệ thống đường ruột khỏe mạnh, do đó nó có thể chiết xuất chất dinh dưỡng từ thực phẩm hiệu quả hơn. Chúng có lợi cho sức khỏe con người theo nhiều cách.

Probiotic, enzyme và axit lactic trong thực phẩm lên men có thể tạo điều kiện thuận lợi cho cơ thể hấp thụ vitamin và khoáng chất. Quá trình lên men làm tăng vitamin B và C, đồng thời tăng cường axit folic, riboflavin, niacin, thiamin và biotin, giúp chúng dễ hấp thụ hơn.

Quá trình lên men cũng có thể vô hiệu hóa axit phytic, một chất có trong ngũ cốc, các loại hạt, hạt và cây họ đậu gây thiếu hụt khoáng chất. Phytates, dạng ion hóa của axit phytic, cũng làm cho tinh bột, protein và chất béo khó tiêu hóa hơn.

Các vi sinh vật hoặc men vi sinh trong thực phẩm lên men có thể giúp duy trì đường ruột khỏe mạnh trong việc sản xuất các chất kháng sinh, kháng vi-rút, kháng nấm và chống ung thư, cũng như tạo ra môi trường axit mà mầm bệnh không thể phát triển.

Tổng hợp và chấp bút bởi Crocus Media