Chléb, pivo, jogurt, kysané zelí, sýr, čaj i ocet mají jedno společné: vznikají díky enzymům, které produkují mikroorganismy. Fermentace je jedním z nejstarších způsobů, jak lidé proměňují suroviny, a zároveň jedním z nejméně pochopených pojmů. Význam slova se totiž liší u biochemika, potravináře i kuchaře.
Co znamená slovo fermentace?
Slovo pochází z latinského fervere, tedy vřít. Název vznikl z pozorování: při kvašení moštu nebo těsta se tekutina pění a bublá, jako by vařila. Dnes víme, že za bublinkami stojí oxid uhličitý, který vzniká činností enzymů.
V odborné literatuře se používají dva významy:
- Biochemický: fermentace je způsob získávání energie z organických látek, který neprobíhá oxidací kyslíkem. Typickým příkladem je přeměna cukru na alkohol nebo kyselinu mléčnou. Každý krok tohoto procesu zajišťuje určitý enzym.
- Potravinářský: fermentace je cílený proces, při kterém mikroorganismy a jejich enzymy mění složení suroviny. Mezinárodní vědecká asociace ISAPP v roce 2021 definovala fermentované potraviny jako potraviny vyrobené žádoucím růstem mikroorganismů a enzymatickými přeměnami složek potravin.
Druhá definice je širší. Zahrnuje i procesy, které by přísný biochemik fermentací nenazval, například výrobu octa spadá v konečné fázi do kategorie oxidace či nově fermentační oxidace.
Kdo a co fermentaci provádí?
Skutečnými vykonavateli přeměn jsou enzymy, tedy bílkoviny, které urychlují chemické reakce. Mikroorganismy je vyrábějí. U kvasinek probíhá přeměna uvnitř živých buněk, jindy enzymy působí mimo buňku, nebo dokonce po zastavení organismu, který je vytvořil. Mezi nejznámější producenty patří:
- Kvasinky (například Saccharomyces cerevisiae) přeměňují cukry na etanol a oxid uhličitý. Využívají se při výrobě piva, vína, cideru i kynutého těsta.
- Bakterie mléčného kvašení přeměňují cukry především na kyselinu mléčnou. Najdeme je v jogurtu, kefíru, kysaném zelí nebo kvašených okurkách.
- Octové bakterie (Acetobacter, Komagataeibacter) oxidují etanol na kyselinu octovou za přístupu kyslíku.
- Plísně, například Aspergillus oryzae známý z japonského koji, slouží především jako továrna na enzymy: amylázy štěpí škrob na cukry, proteázy bílkoviny na peptidy a aminokyseliny.
Hlavní typy fermentace
Alkoholové kvašení
Enzymy kvasinek štěpí cukry, zjednodušeně řečeno glukózu, na etanol a oxid uhličitý. Právě proto těsto kyne a pivo či víno obsahuje alkohol. Kvašením jablečné šťávy vzniká cider, který je výchozí surovinou pro jablečný ocet.
Mléčné kvašení
Bakterie mléčného kvašení vytvářejí kyselinu mléčnou, která snižuje pH prostředí. Kyselé prostředí společně se solí nebo chlazením omezuje růst řady nežádoucích mikroorganismů a mění chuť i texturu potraviny. Některé druhy kromě kyseliny mléčné vytvářejí i oxid uhličitý, etanol či kyselinu octovou.
Octové kvašení
Octové bakterie navazují na kvašení alkoholové. Za přístupu kyslíku oxidují etanol nejprve na acetaldehyd a poté na kyselinu octovou. Podrobněji jsme o různých technologiích psali v článku Jak se vyrábí ocet.
Koji: plíseň vyrobí enzymy, fermentaci pak dělají enzymy
Japonské koji je dobrým příkladem toho, že fermentace nemusí vyžadovat živý mikroorganismus. Plíseň Aspergillus oryzae se nechá narůst na vařené rýži nebo obilí a vytvoří velké množství enzymů. Poté se koji smíchá se solí nebo solným roztokem. Sůl růst plísně zastaví, ale enzymy zůstávají aktivní a pokračují v práci.
- Shiokoji (koji se solí a vodou) je téměř čistě enzymatická přeměna: enzymy štěpí škrob a bílkoviny a vzniká sladká a umami chuť se solí.
- Miso a sójová omáčka zrají měsíce až roky. Enzymatické štěpení tu doplňují kvasinky a bakterie mléčného kvašení odolné vůči soli.
- Saké je zvláštní tím, že enzymy koji štěpí škrob na cukry a kvasinky je současně přeměňují na alkohol.
- Mirin získává sladkost hlavně enzymatickým štěpením škrobu za vzniku alkoholu obdobně jako u saké.
Plíseň tedy u koji často nefermentuje sama, ale poskytuje enzymy. U některých potravin, například tempehu, naopak roste přímo živá plíseň Rhizopus a enzymatická fermentace probíhá během jejího růstu.
Jak lidé přišli na to, co fermentace je?
Fermentované nápoje a potraviny lidé připravovali tisíce let, dlouho před tím, než věděli, proč fungují. Archeochemické analýzy nádob z čínského naleziště Ťia-chu ukázaly stopy fermentovaného nápoje z rýže, medu a ovoce z 7. tisíciletí př. n. l. Šlo o alkoholovou fermentaci; nálezy samy o sobě neprokazují záměrnou výrobu octa.
Vědecké vysvětlení přišlo až v 19. století. Louis Pasteur na přelomu 50. a 60. let ukázal, že kvašení souvisí s činností živých mikroorganismů, a v roce 1864 publikoval práci o octovém kvašení. Více o tom najdete v článku Ocet v dějinách.
Další významný krok udělal v roce 1897 Eduard Buchner, který prokázal, že kvašení může probíhat i v bezbuněčném kvasničném výtažku. Fermentace se tak ukázala jako proces enzymů, nikoli výhradně „života kvasinek“. Za tento objev získal v roce 1907 Nobelovu cenu za chemii.
Proč lidé fermentují?
- Uchovávání: kyselé prostředí nebo alkohol omezují růst některých nežádoucích mikroorganismů.
- Chuť: vznikají nové aromatické látky, kyseliny a plnost chuti, které surovina před fermentací neměla.
- Textura: mléko se mění v jogurt či sýr, těsto kyne a nadýchává se.
- Využitelnost surovin: enzymy mohou štěpit složky, které by byly hůře stravitelné nebo méně chutné.
Fermentace zároveň není automatickou zárukou zdravotního přínosu. Ne každá fermentovaná potravina obsahuje živé mikroorganismy; po fermentaci se může pasterovat, filtrovat nebo tepelně upravit, jako je tomu například u chleba. Zdravotní účinky je nutné posuzovat u konkrétní potraviny a konkrétních kultur, ne u fermentace obecně.
Fermentace doma: na co dávat pozor
Domácí kvašení zeleniny je dostupné a bezpečné, pokud se dodrží ověřené postupy. U kysaného zelí a kvašené zeleniny se obvykle používá přibližně 2–3 % soli z hmotnosti zeleniny, zelenina musí být ponořená pod hladinou nálevu a používají se čisté nádoby. Zvláštní pozornost je třeba věnovat tomu, aby pracovní prostředí neznečistilo plísní. Nezvyklý zápach, slizký povrch nebo plíseň na povrchu jsou důvodem k zamyšlení; v pochybnostech je bezpečnější potravinu vyhodit. Pro konzervování a zavařování vždy používejte ověřené receptury.
Fermentace v Oceterii
V Oceterii se fermentaci věnujeme od roku 2011. Při výrobě jablečného octa necháváme nejprve bio jablečnou šťávu prokvasit na cider. Následuje octová fermentace v kameninových nádobách a dozrávání v dubové kádi. Pracujeme s přirozenými mikrobiálními kulturami a dáváme přednost pomalejšímu průběhu procesu před intenzivním průmyslovým octováním.
Spojuje se tu tedy hned několik typů fermentace: enzymy kvasinek vytvoří alkohol, enzymy octových bakterií jej přemění na kyselinu octovou a čas i dřevo dotvářejí výslednou chuť. Více o české řemeslné výrobě jablečného octa a balsamica najdete na Oceterie.cz.
Fermentace shrnutě
Fermentace je přeměna surovin činností enzymů, které produkují mikroorganismy. Podle toho, kdo je vyrábí a za jakých podmínek působí, vzniká pivo, jogurt, kysané zelí, sójová omáčka nebo ocet. Společné mají to, že výsledek neurčuje jen mikrob a jeho enzymy, ale také surovina, prostředí a čas.
Fermentace je spolupráce člověka s mikroorganismy a jejich enzymy: my volíme suroviny a podmínky, ony odvádějí práci.
Odborné zdroje
- Marco, M. L. a kol.: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on fermented foods. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2021.
- McGovern, P. E. a kol.: Fermented beverages of pre- and proto-historic China. PNAS, 2004.
- Pasteur, L.: Mémoire sur la fermentation acétique. Annales scientifiques de l'École Normale Supérieure, 1864.
- Nobelprize.org – Eduard Buchner, Nobel Prize in Chemistry 1907.
- Mas, A. a kol.: Acetic Acid Bacteria and the Production and Quality of Wine Vinegar. The Scientific World Journal, 2014.
- National Center for Home Food Preservation – General Information on Pickling.