Fermentace je proces biochemického, velmi často bezkyslíkatého rozkladu organických sloučenin, probíhající za účasti enzymů. Konečnými produkty tohoto procesu jsou jednodušší organické a anorganické sloučeniny a také energie. Fermentace je proces podobný dýchání; Je na něm například založen metabolismus bakterií, jde o hlavní prostředek k získávání energie nezbytné pro život v bakteriích a různých houbách přizpůsobených k životu bez kyslíku. Fermentace je druh fermentace, při které jsou enzymy produkovány výhradně mikroorganismy.

Druhy fermentace.
Mikroorganismy mohou fermentovat mnoho různých sloučenin, včetně cukrů, mastných kyselin a aminokyselin, a v každém případě je proces mírně odlišný. Nejčastěji dochází ke fermentaci cukrů. V důsledku fermentace vznikají různé produkty- například alkoholy nebo kyselina mléčná - proto se rozlišují zejména kvašení alkoholové, octové, máselné a mléčné.

Jak se to stane?
V důsledku kvašení cukrů se jednoduché (glukóza, fruktóza) nebo složené (maltóza, sacharóza, laktóza) cukry rozkládají na ethylalkohol a oxid uhelnatý. Proces probíhá za účasti kvasinek, přesněji zymázy (skupina enzymů vylučovaných kvasinkami). Kromě alkoholového kvašení je velmi časté mléčné kvašení, jehož výsledkem je tvorba kyseliny mléčné. Při kyselé octové fermentaci zase dochází k oxidaci alkoholů na kyselinu octovou, ale nejde o kvasinky, ale o speciální bakterie (rodina Acetobacter). Při kvašení vznikají i další produkty, ale ve všech případech se uvolňuje energie.

Využití kvašení a kvašení.
Fenomén fermentace je široce používán v potravinářském, vinařském, pivovarském a alkoholovém průmyslu. K výrobě vína se používá kvašení vína – tedy kvašení cukrů, které se nacházejí v hroznech a jiném ovoci. Fermentační vlastnosti droždí našly uplatnění při pečení, protože oxid uhličitý (oxid uhličitý), který produkují, způsobuje, že těsto „kyne“. Při výrobě octa se používá octové kvašení. Fermentace bílkovin je v přírodě rozšířená, podporuje rozklad organických zbytků; Fermentace kyseliny máselné se v průmyslu používá k výrobě kyseliny máselné. Mléčné kvašení se využívá např. k výrobě mléčných výrobků a nakládání zeleniny. Kromě toho se kyselina mléčná používá při činění a barvení.

Víš, že:

1. Díky mléčnému kvašení máme kefír.
2. Biologové považují fermentaci za nejstarší typ metabolismu. Je pravděpodobné, že první organismy získávaly energii právě tímto procesem – vždyť v té době ještě v zemské atmosféře nebyl kyslík.
3. Okurky jsou také produktem fermentačních procesů.
4. Při práci svalů procházejí i fermentačním procesem – rozkladem glukózy s uvolňováním energie, v jejímž mezistupni vzniká kyselina mléčná. Při nedostatku kyslíku se kyselina mléčná nerozkládá, ale hromadí se ve svalech, dráždí nervová zakončení a způsobuje pocit únavy.
5. Fenomén alkoholového kvašení se využívá v potravinářském průmyslu. Vína se vyrábějí z fermentovaných hroznů (nebo jiných bobulovin a ovoce).

Použití: mikrobiologický a potravinářský průmysl. Podstata vynálezu: Způsob inhibice růstu bakterií v alkoholovém fermentačním médiu se provádí přidáním polyesterového ionoforového antibiotika do fermentačního média v koncentraci 0,3 až 3,0 ppm. 2 platové formuláře, 2 tabulky, 2 ilustrace.

Vynález se týká způsobu inhibice růstu bakterií v alkoholovém fermentačním médiu. Je známo, že zařízení na alkoholové kvašení nepracují za sterilních podmínek, a proto mohou obsahovat populace bakterií, které dosahují koncentrací 10 4 až 10 6 mikroorganismů/ml a v extrémních případech i více. Tyto mikroorganismy mohou patřit do rodiny kyseliny mléčné, ale mohou také zahrnovat jiné typy mikroorganismů, jako je streptokok, bacil, pediokok, klostridium nebo leukonostok (viz tabulka 1). Všechny tyto bakterie mají schopnost tvořit organické kyseliny. Pokud koncentrace bakterií v populaci překročí 10 6 mikroorganismů/ml, může tvorba organických kyselin dosáhnout významné úrovně. Při koncentracích nad 1 g/l mohou takové organické kyseliny inhibovat růst kvasinek a fermentaci a vést ke snížení produktivity rostlin o 10-20 % nebo více. V některých surovinách, jako je víno, cider nebo produkty z nich, mohou takové bakterie také přeměnit glycerol na akrolein, což je karcinogenní sloučenina nacházející se v konečném alkoholovém produktu určeném k lidské spotřebě. Aby se zabránilo negativním účinkům způsobeným nadměrným růstem bakterií ve fermentačním médiu, jsou zapotřebí bakteriostatické a/nebo baktericidní metody, které nepříznivě neovlivňují proces fermentace. Je známo, že se k tomuto účelu používají antibiotika, jako je penicilin, laktocid, nisin, která se zavádějí do fermentačních médií, zejména z melasy, škrobu a obilí při výrobě alkoholu (1). Nevýhodou takových metod je buď nízká aktivita antibiotika, nebo skutečnost, že některá antibiotika (penicilin) ​​vedou ke vzniku mutantních kmenů odolných vůči působení antibiotika. Cílem vynálezu je odstranit tyto nevýhody. Tento problém je řešen pomocí navrženého způsobu, podle kterého se do fermentačního média zavádí polyesterové ionoforové antibiotikum bakteriostatického nebo baktericidního činidla. Způsob podle předkládaného vynálezu lze použít se širokou škálou fermentačních médií, včetně šťávy z cukrové řepy, šťávy z cukrové třtiny, zředěné melasy z cukrové řepy, zředěné melasy z cukrové třtiny, obilného hydrolyzátu (např. kukuřice nebo pšenice), hydrolyzátu škrobových hlíz (např. jako brambory nebo jeruzalémský artyčok), víno, vedlejší vinné produkty, jablečný mošt a jeho vedlejší produkty. V souladu s tímto vynálezem lze tedy použít jakékoli materiály obsahující škrob nebo cukr, které mohou být fermentovány kvasinkami za vzniku alkoholu (ethanolu). Výsledná kontrola bakterií nebo výrazně snižuje problémy způsobené přítomností bakterií a organických kyselin, které produkují. Polyetherové ionofory, které mohou být použity v předkládaném vynálezu, nemají negativní vliv na kvasinky (saccharomices sp.) a fermentační proces. Polyesterová ionoforová antibiotika, která mohou být použita v předkládaném vynálezu, jsou jakákoli antibiotika, která nemají významný účinek na kvasinky a která mají bakteriostatický a/nebo baktericidní účinek na bakterie produkující organické kyseliny ve fermentačním médiu. Nejužitečnější v předkládaném vynálezu jsou antibiotika, která jsou účinná proti bakteriím uvedeným v tabulce. 1 (viz výše). Výhodnými polyesterovými ionoforovými antibiotiky jsou monensin, lasalosid, salinomycin, narasin, maduramicin a semduramicin. Monensin, lasalosid a salinomycin jsou výhodnější, avšak nejvýhodnějším antibiotikem je monensin. Fermentační média, která mohou být účinně zpracována způsobem podle tohoto vynálezu, zahrnují takové suroviny, jako je například šťáva z cukrové řepy, šťáva z cukrové třtiny, zředěná melasa z cukrové řepy, zředěná melasa z cukrové třtiny, hydrolyzované obiloviny (například kukuřice nebo pšenice). ), hlízy hydrolyzovaného škrobu (jako jsou brambory nebo topinambur), víno, vedlejší vinné produkty, jablečný mošt a vedlejší produkty z jeho výroby. V souladu s tímto vynálezem lze tedy použít jakékoli materiály obsahující škrob nebo cukr, které mohou být fermentovány kvasinkami za vzniku alkoholu (ethanolu). Polyether-ionoforová antibiotika jsou vysoce stabilní sloučeniny. Nerozkládají se snadno v průběhu času nebo při vysokých teplotách. To je důležité pro fermentační zařízení, protože: 1. zůstávají aktivní po mnoho dní za normálních provozních podmínek fermentačního zařízení; 2. zůstávají aktivní při vysokých teplotách, ke kterým dochází při enzymatické hydrolýze předcházející fermentaci obilovin nebo hlíz (například 2 hodiny při 90 o C nebo 1,5 hodiny při 100 o C). Tyto sloučeniny jsou komerčně dostupné a dodávají je farmaceutické společnosti. Byly provedeny experimenty s různými polyether-ionoforovými antibiotiky, jako je monensin, lasalosid a salinomycin, za použití fermentačních surovin na bázi melasy cukrové řepy. Experimenty potvrdily existenci bakteriostatických nebo baktericidních koncentrací v rozmezí přibližně 0,5 až 1,5 ppm. Za bakteriostatických podmínek se růst bakteriální populace zastaví a může být zjištěno, že se obsah organických kyselin v populaci nezvyšuje. Při baktericidních koncentracích se populace bakterií snižuje, a proto se nezvyšuje koncentrace organických kyselin. Podle způsobu podle předkládaného vynálezu se do fermentačního média zavede bakteriostaticky nebo baktericidně účinné množství alespoň jednoho polyether-ionoforového antibiotika. Výhodně se do fermentačního média přidá alespoň jedno polyether-ionoforové antibiotikum v koncentraci přibližně 0,3 až 3 ppm. V nejvýhodnějším provedení je koncentrace polyetherionoforového antibiotika od přibližně 0,5 do 1,5 ppm. Polyesterový ionofor podle vynálezu zabraňuje nebo inhibuje růst bakterií ve fermentačním médiu bez ovlivnění kvasinek v koncentracích až 100 ppm. Bakteriální flóru lze udržovat v koncentraci 10 4 mikroorganismů/ml a nižší, což vede k téměř úplnému zastavení tvorby organických kyselin. Bakterie proto nemohou alkoholové kvašení výrazněji omezit. Za těchto podmínek bakterie obvykle nepřispívají k tvorbě akroleinu. Při koncentracích asi 0,5 ppm má antibiotikum baktericidní účinek, a proto umožňuje dosáhnout sníženého počtu bakterií. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje pokles bakteriální populace ve zředěné melase po přidání monensinu; na Obr. 2 - vliv monensinu na bakteriální populaci v procesu kontinuální fermentace v průmyslovém závodě. Příklad 1. Účinek monensinu na koncentraci Lachobacillus buchneri. Monensin se přidává do zředěné melasy cukrové řepy v různých koncentracích a měří se kyselost a koncentrace mikroorganismů. Získané výsledky jsou uvedeny v tabulce. 2. Příklad 2. Stabilita a baktericidní účinek monensinu v melasové šťávě. Monensin se přidá do zředěné melasové šťávy obsahující 106 mikroorganismů/ml v koncentraci 1 díl na milion. Obrázek 1 ukazuje pokles bakteriální populace po 20 dnech při teplotě 33 o C. Obnovení růstu bakterií nebylo pozorováno. Tato data ukazují, že monensin zůstává aktivní po dobu 20 dnů při 33 °C za normálních provozních podmínek fermentačního zařízení. Příklad 3: Průmyslové použití monensinu. Další příklad tohoto vynálezu je znázorněn na Obr. Týká se to zařízení na kvašení alkoholu, které funguje nepřetržitě. Fermentačním médiem je melasa obsahující 14 % cukru (asi 300 g/l). Průtok je 40-50 m 3 /h, teplota 33 o C. 7. den překračuje kontaminace mikroorganismy 10 6 mikroorganismů/ml. V den 8 začíná ošetření zavedením aktivního množství monensinu (rozpuštěného v ethanolu) do fermentačního zařízení. Tato koncentrace monensinu se udržuje po dobu 24 hodin zaváděním obohaceného materiálu obsahujícího monensin ve stejné koncentraci. V den 9 se zastaví přidávání monensinu k surovině. Ihned po zahájení léčby se populace bakterií začne rychle snižovat. Tento pokles pokračuje do 10. dne, tedy do 24 hodin po ukončení léčby. V této fázi se monensin vymyje z fermentačního média a pomalu se obnoví růst bakterií. Je kontrolovatelné během následujících 15 dnů, je to však způsobeno sníženou úrovní kontaminace po ošetření.

Nárok

1. Způsob inhibice růstu bakterií v alkoholovém fermentačním médiu přidáním antibiotika do fermentačního média, vyznačující se tím, že jako antibiotikum je použito polyesterové ionoforové antibiotikum. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se do fermentačního média přidá polyesterové ionoforové antibiotikum v koncentraci 0,3 až 3,0 ppm. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se antibiotikum přidává do fermentačního média na bázi šťávy nebo melasy z cukrové řepy nebo cukrové třtiny nebo škrobového hydrolyzátu z obilnin nebo hlíz nebo do média pro výrobu vína nebo moštu.

Jednou z fází přípravy nejběžnějšího nápoje je fermentace čaje. Druh získaného čaje, jeho chuť a vlastnosti závisí na stupni fermentace. prospěšné vlastnosti. Jedná se o poměrně složitý chemický proces, který zajišťuje většinu přeměn, ke kterým dochází u čajových lístků po utržení.

Co je fermentace

Fermentace je třetí fází zpracování čajových lístků po zvadnutí a svinutí. V důsledku svinování se narušují buňky listů a začnou se uvolňovat specifické čajové enzymy a polyfenoly. Při jejich oxidaci se tvoří theaflaviny a thearubiginy, které poskytují známý červenohnědý odstín čajového nálevu.

Zjednodušeně lze tento proces vysvětlit takto: v důsledku destrukce buněk listů se uvolňuje jejich šťáva. Když jsou zajištěny vhodné teplotní podmínky, začne fermentovat a čajové lístky jsou fermentovány ve vlastní šťávě.

Změnou doby trvání procesu fermentace čaje a stupněm pražení listů můžete získat různé odrůdy tohoto nápoje. Obvykle jsou rozděleny do několika skupin:

• nefermentovaný čaj;
• snadno fermentovatelné;
• středně fermentovaný čaj;
• plně fermentovaný čaj.

Každý z nich má charakteristické barevné, chuťové a aromatické vlastnosti, které dodávají čaji osobitost a jedinečnost.

Fermentační proces

Připravené listy se umístí do tmavých místností se stabilní teplotou vzduchu 15 až 29 stupňů a vysokou vlhkostí (asi 90 %). Takové podmínky jsou považovány za ideální pro zahájení fermentace, i když je velmi obtížné je získat v oblastech pěstování čaje.

Pro zahájení fermentace se čajové lístky položí na speciálně upravené dřevěné nebo hliníkové povrchy, které nereagují s čajovými fenoly, ve vrstvě ne silnější než 10 cm.

Doba trvání procesu je určena požadovaným výsledkem a některými dalšími ukazateli:

1. Teplota listů po zkroucení.
2. Obsah vlhkosti listů po uschnutí.
3. Úroveň vlhkosti vzduchu v místnosti, kde probíhá fermentace.
4. Kvalita jeho ventilace.

Typicky může tento proces trvat od 45 minut do 5 hodin, během kterých listy ztmavnou a změní aroma. Zastavte fermentaci ihned poté, co listy získají charakteristickou čajovou vůni, od květinové nebo ovocné až po ořechovou a kořeněnou.

Při průmyslové fermentaci jsou čajové lístky rozprostřeny na dopravníku, který se pomalu pohybuje směrem k sušičce a vstupuje do ní v nastavený čas. U manuální metody je zapotřebí samostatného specialisty, který bude proces sledovat a kontrolovat stupeň „připravenosti“ čaje, aby jej včas zastavil.

Jak zastavit proces fermentace

Jediný způsob, jak zastavit fermentaci listů, je sušit je při vysokých teplotách. Pokud se fermentace nezastaví včas, proces fermentace bude pokračovat, dokud listy nezahnívají a nezplesniví.

Sušení také vyžaduje zvláštní péči, protože nesušený čaj se může po zabalení rychle znehodnotit. Pokud čaj přesušíte, zuhelnatí a stane se nepříjemným. spálená chuť. Dokonale vysušený čaj obsahuje pouze 2-5% vlhkosti.

Zpočátku se listy sušily na velkých pečicích plechách nebo pánvích na otevřeném ohni, což znamená, že se fermentovaný čaj opékal. V takových podmínkách bylo docela obtížné získat správný stupeň sušení.

Od konce 19. století se k těmto účelům používají pece, které umožňují vysoké teploty sušení - až 120-150 stupňů Celsia, čímž se jeho doba zkracuje na 15-20 minut. Pece jsou také vybaveny foukáním vzduchu, což také zlepšuje kvalitu procesu.

Během procesu sušení jsou listy vystaveny proudění horkého vzduchu, šťávě, kterou vylučují a éterické oleje jako by se „připekl“ na povrch každého čajového lístku a získal tak schopnost uchovat si své blahodárné vlastnosti po poměrně dlouhou dobu. Samozřejmě za předpokladu správného skladování. Extrakce těchto prospěšných vlastností je docela jednoduchá – stačí uvařit listy horká voda.

Důležité! Jedna z hlavních podmínek správné sušení je rychlé ochlazení hotové suroviny. Pokud tak neučiníte, mohou se listy na plechu „převařit“ i po vyjmutí z trouby nebo začít doutnat.

Vlastnosti fermentace různých druhů čaje

Většina známých indických nebo čínských čajů se vyrábí z listů stejné rostliny, Camellia Sinensis. Různé barvy a chuť pochází ze stupně fermentace a pražení. Každý druh čaje má určitá doporučení pro vaření (zejména teplotu vody):

Dodržení těchto požadavků umožňuje co nejúplněji odhalit chuťové a aromatické vlastnosti každého druhu čaje.

Nefermentovaný nebo lehce fermentovaný čaj

Čaje z této skupiny při výrobě vynechávají fázi fermentace, což jim umožňuje zachovat si původní bylinné aroma a chuť čerstvých bylinek.

Do této kategorie patří bílé čaje, které se suší ihned po zvadnutí, a zelené čaje, které se po zvadnutí částečně suší, poté se lístky srolují a suší se úplně.

Většina těchto čajů se suší pražením listů, i když některé odrůdy se upravují horkou párou.

Odrůdy čaje patřící do této kategorie:

• Sencha;
• Pi Lo Chu;
• Dračí zeď;
• Jasmínově zelená.

Jasmínem se ochucují zpravidla ty odrůdy čaje, které prošly nejslabší fermentací.

Středně fermentovaný čaj

Listy těchto odrůd jsou částečně fermentované - od 10 do 80%. Protože je toto rozšíření poměrně velké, v rámci této kategorie existuje další klasifikace, která sjednocuje čajové odrůdy podle stupně oxidace od 10 % do 20 %, od 20 % do 50 % a od 50 % do 80 %.

V každém případě všechny odrůdy tohoto druhu čaje dávají při vaření hustý žlutý resp hnědá barva a mají bohaté, ale jemné aroma. Patří sem některé druhy zeleného čaje a většina čajů oolong.

Plně fermentovaný čaj

Tato kategorie zahrnuje odrůdy černého a červeného čínského čaje, které prošly kompletním fermentačním procesem. Při vaření tvoří jejich listy nálev sytě rubínové, červené nebo tmavě hnědé barvy s bohatým, hustým aroma.

Postfermentovaný čaj

Některé čaje procházejí tzv. dvojitou fermentací: v určitém okamžiku je tento proces přerušen a poté obnoven. Klasickým příkladem takového zpracování je pu-erh.

Fermentace doma

Navzdory tomu, že fermentace čaje je složitý chemický proces, lze ji provést doma, a to tak, že si připravíte vlastní čaj například z listů ohnivce nebo rybízu.

Proces domácího kvašení se od průmyslového kvašení příliš neliší, snad kromě objemu surovin. Hlavní fáze vytváření vlastního čaje:

1. Sběr surovin (listy a květy ohnivce, rybíz, maliny);
2. Jeho příprava (suroviny se dají krájet, kroutit, hníst ručně, projít mlýnkem na maso, válet dřevěným válečkem. Hlavním cílem je zničit strukturu, aby pustila šťávu).
3. Kvašení.
4. Sušení.
5. Balík.

Připravené listy se vloží do smaltované misky, přikryjí se čistým vlhkým hadříkem, který je dobře prodyšný (například gáza) a pod tlakem. Listy můžete zabalit do vlhké lněné utěrky, pevně ji zkroutit a zajistit. Získat zelený čaj, fermentace je zastavena po 6-24 hodinách u černého čaje se tato doba prodlužuje na pět dní;

Aby se zabránilo kvašení suroviny, periodicky se míchá a tkanina se zvlhčuje. Po dokončení fermentace se zelený čaj suší na tmavém místě. přirozeně. Černá bude vyžadovat aktivní sušení v troubě za stálého míchání.

Fermentace je hlavní fází přípravy čaje, která určuje jeho budoucnost chuťové vlastnosti a aroma. Účtenka kýžený výsledek vyžaduje velkou pozornost a pečlivé dodržování postupu, ale fermentaci listů na čaj lze provést i doma.

Fermentace čaje pomocí oolongu jako příkladu:

Všechny materiály na webu jsou prezentovány pouze pro informační účely. Před použitím jakéhokoli přípravku je POVINNÁ konzultace s lékařem!

Biopolymery

Obecná informace
Existují dva hlavní typy biopolymerů: polymery, které pocházejí z živých organismů, a polymery, které pocházejí z obnovitelných zdrojů, ale vyžadují polymeraci. Oba typy se používají k výrobě bioplastů. Biopolymery, přítomné nebo vytvořené živými organismy, obsahují uhlovodíky a proteiny (proteiny). Lze je využít při výrobě plastů pro komerční účely. Příklady:

Biopolymery existující/vytvořené v živých organismech

Biopolymer	Přírodní zdroj	Charakteristický
Polyestery	Bakterie	Tyto polyestery jsou vyráběny přírodními chemickými reakcemi produkovanými určitými typy bakterií.
Škrob	Obilí, brambory, pšenice atd.	Tento polymer je jedním ze způsobů ukládání uhlovodíků v rostlinných tkáních. Skládá se z glukózy. V živočišných tkáních chybí.
Celulóza	Dřevo, bavlna, obilí, pšenice atd.	Tento polymer se skládá z glukózy. Je hlavní složkou buněčné membrány.
Sojový protein	Sójové boby	Protein nalezený v rostlinách sóji.

Molekuly z obnovitelných přírodních zdrojů lze polymerovat pro použití při výrobě biologicky rozložitelných plastů.

Stravování Přírodní zdroje polymerovatelné na plasty

Biopolymer	Přírodní zdroj	Charakteristický
Kyselina mléčná	Řepa, obilí, brambory atd.	Vyrábí se fermentací surovin obsahujících cukr, jako je řepa, a zpracováním škrobu z obilovin, brambor nebo jiných zdrojů škrobu. Polymeruje za vzniku kyseliny polymléčné, polymeru používaného při výrobě plastů.
triglyceridy	Rostlinné oleje	Tvoří většinu lipidů, které tvoří všechny rostlinné a živočišné buňky. Rostlinné oleje jsou jedním z možných zdrojů triglyceridů, které lze polymerovat na plasty.

K výrobě plastových materiálů z rostlin se používají dva způsoby. První metoda je založena na fermentaci a druhá využívá samotnou rostlinu k výrobě plastu.

Kvašení
Fermentační proces využívá mikroorganismy k rozkladu organické hmoty v nepřítomnosti kyslíku. Dnešní konvenční procesy využívají geneticky upravené mikroorganismy speciálně navržené pro podmínky, za kterých probíhá fermentace, a látku degradovanou mikroorganismem. V současné době existují dva přístupy k vytváření biopolymerů a bioplastů:
- Bakteriální fermentace polyesteru: Fermentace zahrnuje bakterie ralstonia eutropha, která využívá cukry sklizených rostlin, jako jsou zrna, k pohonu svých vlastních buněčných procesů. Vedlejším produktem takových procesů je polyesterový biopolymer, který je následně extrahován z bakteriálních buněk.
- Fermentace kyseliny mléčné: Kyselina mléčná se vyrábí fermentací z cukru, podobně jako proces používaný k přímé výrobě polyesterových polymerů pomocí bakterií. Při tomto fermentačním procesu je však vedlejším produktem kyselina mléčná, která se pak tradiční polymerací zpracovává na kyselinu polymléčnou (PLA).

Plasty z rostlin
Rostliny mají velký potenciál stát se továrnami na plasty. Tento potenciál lze maximalizovat pomocí genomiky. Výsledné geny lze zavést do obilí pomocí technologií, které umožňují vývoj nových plastových materiálů s jedinečnými vlastnostmi. Toto genetické inženýrství dalo vědcům příležitost vytvořit rostlinu Arabidopsis thaliana. Obsahuje enzymy, které bakterie používají k výrobě plastů. Bakterie přeměnou vytváří plast sluneční světlo do energie. Vědci přenesli gen kódující tento enzym do rostliny, což umožnilo buněčným procesům rostliny produkovat plast. Po sklizni se plast z rostliny uvolní pomocí rozpouštědla. Výsledná kapalina z tohoto procesu se destiluje, aby se oddělilo rozpouštědlo od výsledného plastu.

Trh s biopolymery

Překlenutí mezery mezi syntetickými polymery a biopolymery
Přibližně 99 % všech plastů se vyrábí nebo získává z hlavních neobnovitelných zdrojů energie, včetně zemního plynu, nafty, ropy a uhlí, které se používají při výrobě plastů jako vstupní suroviny i jako zdroj energie. Svého času byly zemědělské materiály považovány za alternativní surovinu pro výrobu plastů, ale po více než deset let nesplňovaly očekávání vývojářů. Hlavní překážkou používání plastů vyrobených ze zemědělských surovin byla jejich cena a omezená funkčnost (citlivost škrobových produktů na vlhkost, křehkost polyhydroxybutyrátu), stejně jako nedostatek flexibility při výrobě specializovaných plastových materiálů.

Předpokládané emise CO2

Kombinace faktorů, stoupající ceny ropy, zvýšený celosvětový zájem o obnovitelné zdroje, rostoucí obavy z emisí skleníkových plynů a zvýšené zaměření na nakládání s odpady obnovily zájem o biopolymery a účinné způsoby jejich výroby. Nové technologie pro pěstování a zpracování závodů snižují rozdíl v nákladech mezi bioplasty a syntetickými plasty a také zlepšují vlastnosti materiálů (např. Biomer vyvíjí třídy PHB (polyhydroxybutyrát) se zvýšenou pevností taveniny pro vytlačovací fólie). Rostoucí obavy o životní prostředí a legislativní pobídky, zejména v Evropské unii, podnítily zájem o biologicky rozložitelné plasty. Implementace principů Kjótského protokolu nás také nutí věnovat zvláštní pozornost komparativní účinnosti biopolymerů a syntetických materiálů z hlediska spotřeby energie a emisí CO2. (V souladu s Kjótským protokolem se Evropské společenství zavazuje snížit emise skleníkových plynů do atmosféry v období 2008–2012 o 8 % ve srovnání s úrovněmi v roce 1990 a Japonsko se zavazuje snížit tyto emise o 6 %).
Odhaduje se, že plasty na bázi škrobu mohou ušetřit 0,8 až 3,2 tuny CO2 na tunu ve srovnání s tunou plastů získaných z fosilních paliv, přičemž toto rozmezí odráží podíl kopolymerů na bázi ropy používaných v plastech. U alternativních plastů na bázi ropných zrn se úspory ekvivalentu CO2 skleníkových plynů odhadují na 1,5 tuny na tunu polyolu vyrobeného z řepkového oleje.

Světový trh biopolymerů
Očekává se, že během příštích deseti let bude rychlý růst na celosvětovém trhu s plasty, který zažívá posledních padesát let, pokračovat. Podle prognóz se dnešní spotřeba plastů na hlavu ve světě v roce 2010 zvýší z 24,5 kg na 37 kg. Tento růst je tažen především Spojenými státy, západoevropskými zeměmi a Japonskem, očekává se však aktivní účast zemí jihovýchodní a východní Evropy a Indie, které by měly v tomto období představovat asi 40 % celosvětového trhu spotřeby plastů. Očekává se také, že celosvětová spotřeba plastů vzroste ze současných 180 milionů tun na 258 milionů tun v roce 2010, s výrazným růstem ve všech kategoriích polymerů, protože plasty nadále vytlačují tradiční materiály včetně oceli, dřeva a skla. Podle některých odborných odhadů budou v tomto období bioplasty schopny pevně obsadit 1,5 % až 4,8 % celkového trhu s plasty, což se kvantitativně bude pohybovat od 4 do 12,5 milionů tun v závislosti na technologické úrovni vývoje a výzkumu. v oblasti nových bioplastických polymerů. Podle vedení Toyoty budou do roku 2020 pětinu celosvětového trhu s plasty zabírat bioplasty, což odpovídá 30 milionům tun.

Marketingové strategie pro biopolymery
Vývoj, zdokonalování a provádění efektivní marketingové strategie je nejkritičtějším krokem pro každou společnost, která plánuje velké investice do biopolymerů. Navzdory zaručenému rozvoji a růstu biopolymerního průmyslu existují určité faktory, které nelze ignorovat. Následující otázky určují marketingové strategie pro biopolymery, jejich výrobu a výzkumné aktivity v této oblasti:
- Výběr segmentu trhu (obal, zemědělství, automobilový průmysl, stavebnictví, cílové trhy). Vylepšené technologie zpracování biopolymerů poskytují účinnější kontrolu makromolekulárních struktur a umožňují novým generacím „spotřebitelských“ polymerů soutěžit s dražšími „speciálními“ polymery. Navíc s dostupností nových katalyzátorů a zlepšenou kontrolou polymerace se objevuje nová generace specializovaných polymerů, vytvořených pro funkční a strukturální účely a vytvářející nové trhy. Příklady zahrnují biomedicínské aplikace implantátů ve stomatologii a chirurgii, které rychle zvyšují tempo svého vývoje.
- Základní technologie: fermentační technologie, rostlinná výroba, molekulární věda, výroba vstupních surovin, zdroje energie nebo obojí, využití geneticky modifikovaných nebo nemodifikovaných organismů v procesu fermentace a produkce biomasy.
- Míra podpory ze strany vládní politiky a legislativního prostředí obecně: recyklované plasty do určité míry konkurují biologicky odbouratelným polymerům. Vládní nařízení a legislativa týkající se životního prostředí a recyklace mohou mít pozitivní dopad na zvýšení prodeje plastů pro různé polymery. Splnění závazků Kjótského protokolu pravděpodobně zvýší poptávku po určitých biologických materiálech.
- Vývoj dodavatelského řetězce v odvětví fragmentovaných biopolymerů a komerční dopad úspor z rozsahu oproti vylepšením produktů, které lze prodávat za vyšší ceny.

Biologicky odbouratelné polymery bez obsahu ropy

Plasty s nízkým dopadem na životní prostředí
Na trhu existují tři skupiny biologicky odbouratelných polymerů. Jedná se o PHA (fytohemaglutinin) nebo PHB, polylaktidy (PLA) a polymery na bázi škrobu. Další materiály, které mají komerční využití v oblasti biodegradovatelných plastů, jsou lignin, celulóza, polyvinylalkohol, poly-e-kaprolakton. Existuje mnoho výrobců, kteří vyrábějí směsi biologicky odbouratelných materiálů, ať už za účelem zlepšení vlastností těchto materiálů nebo snížení výrobních nákladů.
Pro zlepšení parametrů procesu a zvýšení houževnatosti se PHB a jeho kopolymery mísí s řadou polymerů s různými vlastnostmi: biodegradovatelné nebo nedegradovatelné, amorfní nebo krystalické s různými teplotami taveniny a skelného přechodu. Směsi se také používají ke zlepšení vlastností PLA. Konvenční PLA se chová podobně jako polystyren, vykazuje křehkost a nízké prodloužení při přetržení. Ale například přidání 10-15 % Eastar Bio, biodegradabilního ropného produktu na polyesterové bázi vyráběného společností Novamont (dříve Eastman Chemical), výrazně zvyšuje viskozitu a v souladu s tím modul pružnosti v ohybu a také rázovou pevnost. Pro zlepšení biologické rozložitelnosti při současném snížení nákladů a zachování zdrojů je možné smíchat polymerní materiály s přírodními produkty, jako jsou škroby. Škrob je semikrystalický polymer sestávající z amylázy a amylopektinu s různými poměry v závislosti na rostlinném materiálu. Škrob je rozpustný ve vodě a použití kompatibilizátorů může být rozhodující pro úspěšné smíchání tohoto materiálu s jinak nekompatibilními hydrofobními polymery.

Srovnání vlastností bioplastů s tradičními plasty

Srovnání PLA a plastů na bázi škrobu s tradičními plasty na ropné bázi
Vlastnosti (jednotky)	LDPE	PP	CHKO	CHKO	Škrobový základ	Škrobový základ
Specifická hmotnost (g/cm2)	<0.920	0.910	1.25	1.21	1.33	1.12
Pevnost v tahu (MPa)	10	30	53	48	26	30
Mez pevnosti v tahu (MPa)	-	30	60	-		12
Modul tahu (GPa)	0.32	1.51	3.5	-	2.1-2.5	0.371
Prodloužení v tahu (%)	400	150	6.0	2.5	27	886
Vrubová pevnost Izod (J/m)	Bez přestávky	4	0.33	0.16	-	-
Modul pružnosti v ohybu (GPa)	0.2	1.5		3.8	1.7	0.18

Vlastnosti PHB ve srovnání s tradičními plasty

Vlastnosti biomeru PHB ve srovnání s PP, PS a PE
	Pevnost v tahu	Prodloužení při přetržení Shore A	Modul
Biomer P226	18	-	730
15-20	600	150-450
Biomer L9000	70	2.5	3600
PS	30-50	2-4	3100-3500

Z hlediska srovnatelných nákladů jsou stávající plasty na bázi ropy levnější než bioplasty. Například průmyslové a lékařské druhy polyethylenu s vysokou hustotou (HDPE), který se také používá v balení a spotřebních výrobcích, se pohybují od 0,65 do 0,75 USD za libru. Cena nízkohustotního polyethylenu (LDPE) je 0,75 – 0,85 USD za libru. Polystyreny (PS) v průměru 0,65 až 0,85 USD za libru, polypropyleny (PP) v průměru 0,75 až 0,95 USD za libru a polyethylentereftaláty (PET) v průměru 0,90 až 25 USD za libru. Pro srovnání, polylaktidové plasty (PLA) stojí mezi 1,75 a 3,75 dolary za libru, polykaprolaktony odvozené ze škrobu (PCL) stojí 2,75 až 3,50 dolary za libru a polyhydroxybutyráty (PHB) 4,75 - 7,50 dolary za libru. V současné době, vezmeme-li v úvahu komparativní celkové ceny, jsou bioplasty 2,5 až 7,5krát dražší než tradiční běžné plasty na bázi ropy. Ještě před pěti lety však byly jejich náklady 35 až 100krát vyšší než stávající ekvivalenty neobnovitelných fosilních paliv.

Polylaktidy (PLA)
PLA je biologicky odbouratelný termoplast vyrobený z kyseliny mléčné. Je voděodolný, ale nesnese vysoké teploty (>55°C). Protože je nerozpustný ve vodě, mohou ho mikroby v mořském prostředí také rozložit na CO2 a vodu. Plast je podobný čistému polystyrenu, má dobré estetické vlastnosti (lesk a průhlednost), je však příliš tuhý a křehký a pro většinu praktických aplikací je třeba jej upravovat (tj. jeho elasticitu zvyšují změkčovadla). Jako většinu termoplastů lze zpracovávat na vlákna, fólie, tvarovat za tepla nebo vstřikovat.

Struktura polylaktidu

Během výrobního procesu se zrna obvykle nejprve melou na škrob. Škrob se poté zpracuje na surovou dextrózu, která se fermentací přemění na kyselinu mléčnou. Kyselina mléčná se kondenzuje za vzniku laktidu, cyklického intermediárního dimeru, který se používá jako monomer pro biopolymery. Laktid se čistí vakuovou destilací. Proces tavení bez rozpouštědla pak otevře kruhovou strukturu pro polymeraci, čímž vznikne polymer kyseliny polymléčné.

Modul v tahu

Vrubová pevnost Izod

Modul pevnosti v ohybu

Prodloužení v tahu

NatureWorks, dceřiná společnost Cargill, největší soukromé společnosti ve Spojených státech, vyrábí polylaktidový polymer (PLA) z obnovitelných zdrojů pomocí vlastní technologie. Výsledkem 10 let výzkumu a vývoje v NatureWorks a investice ve výši 750 milionů USD byl v roce 2002 společný podnik Cargill Dow (nyní zcela vlastněná dceřiná společnost NatureWorks LLC) s roční výrobní kapacitou 140 000 tun. Polylaktidy získané z obilnin, prodávané pod značkami NatureWorks PLA a Ingeo, nacházejí uplatnění především v termobalení, extrudovaných fóliích a vláknech. Společnost také rozvíjí technické možnosti pro výrobu vstřikovaných výrobků.

PLA kompostovací koš

PLA, stejně jako PET, vyžaduje sušení. Technologie zpracování je podobná jako u LDPE. Recykláty lze repolymerovat nebo rozemlít a znovu použít. Materiál je zcela biochemicky rozložitelný. Původně se používal při formování termoplastických fólií, výrobě fólií a vláken, dnes se tento materiál používá také pro vyfukování. Stejně jako PET, i plasty na bázi zrna produkují řadu různých a složitých tvarů lahví ve všech velikostech a Biota je používá k roztahování vyfukovacích lahví pro stáčení prémiové pramenité vody. Jednovrstvé lahve NatureWorks PLA jsou lisovány na stejném vstřikovacím/orientačním vyfukovacím zařízení používaném pro PET bez obětování produktivity. Přestože je bariérová účinnost NatureWorks PLA nižší než PET, může konkurovat polypropylenu. Společnost SIG Corpoplast navíc v současné době vyvíjí použití své technologie povlaků „Plasmax“ pro takové alternativní materiály, aby zlepšila svou bariérovou účinnost a rozšířila tak rozsah aplikací. Materiály NatureWorks postrádají tepelnou odolnost standardních plastů. Začnou ztrácet svůj tvar při teplotách kolem 40 °C, ale dodavatel dělá významný pokrok ve vytváření nových jakostí, které mají tepelnou odolnost jako plasty na bázi ropy, čímž otevírá nové možnosti použití v obalech horkých potravin a nápojů prodávaných s odběrem. venku nebo potraviny vhodné do mikrovlnné trouby.

Plasty, které snižují závislost na ropě
Zvýšený zájem o snížení závislosti výroby polymerů na ropných zdrojích také pohání vývoj nových polymerů nebo formulací. Vzhledem k rostoucí potřebě snížit závislost na ropných produktech je zvláštní pozornost věnována významu maximalizace využití obnovitelných zdrojů jako zdroje surovin. Příkladem je použití sójových bobů k výrobě polyolu na biologické bázi Soyol jako hlavní suroviny pro polyuretan.
Plastikářský průmysl používá každý rok několik miliard liber plniv a zvýrazňovačů. Vylepšená technologie formulace a nová vazebná činidla, která umožňují vyšší úrovně zatížení vláken a plniv, pomáhají rozšířit použití těchto přísad. Úroveň zatížení vlákny 75 ppm se může v blízké budoucnosti stát běžnou praxí. To bude mít obrovský dopad na snížení používání plastů na bázi ropy. Nová technologie vysoce plněných kompozitů vykazuje některé velmi zajímavé vlastnosti. Studie 85% kenaf-termoplastického kompozitu ukázaly, že jeho vlastnosti, jako je modul v ohybu a pevnost, jsou lepší než většina typů dřevěných částic, dřevotřískové desky s nízkou a střední hustotou a v některých aplikacích mohou dokonce konkurovat deskám s orientovanými třískami. .

Když přijdete do obchodu nebo navštívíte řadu tematických webů, pravděpodobně jste se setkali s pojmy vysoce fermentovaný, polofermentovaný a další odvozeniny od slova „kvašený“. Konvenční dělení všech čajů podle „stupně fermentace“ je uznáváno a zdánlivě se o něm nediskutuje. Co je zde nejasné? Zelená - nefermentovaná, červená silně, pu-erh postfermentovaná. Ale chcete se ponořit hlouběji? Příště se zeptejte svého konzultanta, jak rozumí „postfermentovanému“ čaji. A sledujte.

Už chápete háček. Toto slovo nelze vysvětlit. Post-fermented je umělé slovo, jehož jediným účelem je manévrovat a zařadit pu-erh do konvenčního systému dělení čajů „podle stupně fermentace“.

Enzymatická oxidace

Problém takového zmatku je způsoben tím, že pojem „ oxidační procesy"zapnuto" kvašení" Ne, fermentace také probíhá, ale kdy - na to musíme přijít. Mezitím si povíme něco o oxidaci.

Co víme o kyslíku?

Vpravo je čerstvý řez jablka. Vlevo – po oxidaci na vzduchu.

V souvislosti s materiálem je třeba poznamenat vysokou chemickou aktivitu prvku, konkrétně jeho oxidační schopnost. Každý si představí, jak časem řez jablka nebo banánu zčerná. Co se děje? Když rozkrojíte jablko, narušíte integritu buněčných membrán. Uvolní se šťáva. Látky ve šťávě interagují s kyslíkem a vyvolávají redoxní reakci. Objevují se reakční produkty, které tam dříve nebyly. Například u jablka je to oxid železa Fe 2 O 3, který má hnědou barvu. a je to on, kdo je zodpovědný za zatemnění.

Co víme o čaji?

U většiny čajů technologický proces zahrnuje fázi drcení, jejímž účelem je zničení buněčné membrány (viz článek o). Pokud nakreslíme paralely s jablkem, látky ve šťávě interagují s kyslíkem ze vzduchu. Je však důležité si uvědomit, že redoxní reakce není jedinou reakcí. Čaj je organický produkt. V každém živém systému existují speciální sloučeniny zvané enzymy, jsou to také enzymy, které urychlují chemické reakce. Jak asi tušíte, „nestojí stranou“, ale aktivně se účastní. Když produkty jedné reakce procházejí dalšími chemickými přeměnami, vzniká celý řetězec chemických přeměn. A tak dále několikrát. Tento proces se nazývá enzymatická oxidace.

Význam kyslíku v tomto procesu lze pochopit na příkladu výroby červeného čaje (plně oxidovaný, nebo, jak se také nazývá, „plně fermentovaný čaj“). Pro udržení stálé hladiny kyslíku v místnosti, kde se vyrábí červený čaj, je nutné zajistit výměna vzduchu až 20x za hodinu a dělejte to sterilně. Základem je v tomto případě kyslík.

Pu-erh a fermentace ve své nejčistší podobě

Položme si znovu otázku: "Co víme o puerhu?" Jak se vyrábí? Podívejte se na obrázky níže. Ano, toto je budoucí shu puer a takto se vyrábí.

„Vodui“ je proces umělého stárnutí pu-erhu. Továrna Jingu.

co vidíme? Uzavřená místnost, obrovská hromada čaje na několik tun, pokrytá hustou pytlovinou, teploměr s označením 38 stupňů Celsia. Co nevidíme? Značka vlhkosti v této místnosti. Věřte mi, je to tam mimo měřítko. Myslíte si, že kyslík proniká pod pytlovinou do hlubin stohu? Můžeme mluvit o oxidaci? Odpověď se nabízí sama. Samozřejmě že ne! Co se pak stane s čajem za takových podmínek?

Pu-erh jako produkt mikrobiální aktivity

Byli jste někdy ve sklepech starých činžovních domů? S největší pravděpodobností ne, ale dokážete si představit, co můžete očekávat. Dusnost a vlhkost. Po stěnách se šíří plísně a ve vzduchu létají kolonie bakterií a mikroorganismů. Vysoká teplota a vlhkost jsou pro ně ideálním stanovištěm a prostředím pro chov. Vraťme se k naskládaným hromadám surovin pu-erh – stejně ideální podmínky. Přítomnost bakterií je předpokladem pro produkci shu i shen puerh. Enzymy mikroorganismů ovlivňují přeměny v čaji. K chemickým reakcím při přípravě pu-erhu tedy dochází vlivem vnějších i vnitřních (ze samotného čaje) enzymů. Ale oxidační reakce jsou prakticky vyloučeny. Toto je čistý proces fermentace.

Hlavní závěry:

• Fermentace v čisté formě probíhá pouze v pu-erhu. U jiných čajů dochází k enzymatické oxidaci. U červených a oolongů je tento proces žádoucí. Ve zbytku je nežádoucí a je co nejrychleji zastaven tepelným zpracováním.
• Klasické dělení čajů „podle stupně fermentace“ není zcela správné.
• Při výrobě oolongu a červeného čaje je nejdůležitější přítomnost kyslíku ve vzduchu pro udržení oxidační reakce a sterility prostředí.
• Při výrobě pu-erhu jsou nejdůležitějšími faktory obsah mikroorganismů v čajových surovinách, vlhkost a teplota pro jejich zvýšenou životní aktivitu.
• Postfermentovaný čaj je umělý koncept navržený tak, aby zapadl do systému dělení čajů podle stupně fermentace, ale nemá adekvátní fyzikální význam.