การหมัก (ชีวเคมี)

สิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการหมัก

สำหรับความหมายอื่นดูที่ การหมักดอง

การหมัก (Fermentation; มาจากภาษาละติน Fervere หมายถึง "เดือด") เป็นกระบวนทางชีวเคมีภายในเซลล์ เพื่อสร้างพลังงานจากการย่อยสลายสารอินทรีย์ หรือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารประกอบอินทรีย์ด้วยเอนไซม์ โดยมีสารอินทรีย์เป็นทั้งตัวให้และตัวรับอิเล็กตรอน ซึ่งต่างจากการหายใจแบบใช้ออกซิเจนที่ใช้ออกซิเจนที่เป็นสารอนินทรีย์เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย ในครั้งแรกคำว่าการหมักใช้อธิบายลักษณะที่เกิดจากการทำงานของยีสต์ในน้ำผลไม้ เพราะยีสต์ย่อยสลายน้ำตาลในสภาวะที่ไร้ออกซิเจน จึงเกิดฟองแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ผุดขึ้นมาเหมือนน้ำเดือด เริ่มใช้ครั้งแรกเมื่อราวปลายคริสต์ศตวรรษที่ 14 ในหนังสือ alchemy แต่เริ่มใช้ในความหมายปัจจุบันเมื่อราวคริสต์ศตวรรษที่ 16

ประเภทของการหมัก

มีหลายประเภท

• แบ่งตามผลผลิต
  • ผลผลิตเป็นตัวเซลล์ (Microbial cell) เช่น การผลิตยีสต์เพื่อใช์ในอุตสาหกรรมขนมอบ (Bakers’ yeast) การผลิตเซลล์จุลินทรีย์เพื่อใช้เป็นอาหารมนุษย์และสัตว์ (Single cell protein, SCP)
  • ผลผลิตเป็นเอนไซม์ (Microbial enzyme)ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เช่น เอนไซม์อะไมเลส (Amylase) เอนไซม์ไลเปส (Lipase) เอนไซม์โปรตีเอส (Proteases) เป็นต้น
  • ผลผลิตเป็นสารเมทาบอไลท์ (Microbial metabolite) อาจจะเป็นสารเมทาบอไลท์ปฐมภูมิ (Primary metabolite) เช่น เอทานอล บิวทานอล ไลชีน วิตามิน เป็นต้น จุลินทรีย์จะผลิตสารเหล่านี้ขึ้นในช่วง Log phase และสารเมทาบอไลท์ทุติยภูมิ (Secondary metabolite) ซึ่งเป็นผลผลิตจากกระบวนการเมตาบอลิซึมปฐมภูมิ ซึ่งพบในจุลินทรีย์บางชนิดในช่วง Stationary phase ของการเจริญ แต่มีความสำคัญเช่น ยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ชนิดอื่นได้ เป็นสารส่งเสริมการเจริญเติบโต (Growth promoter) หรือมีคุณสมบัติเป็นยารักษาโรค เป็นต้น
  • เกิดการเปลี่ยนรูปของสารประกอบที่เติมลงไป (Transformation process) เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสารประกอบให้อยู่ในรูปที่คล้ายกัน แต่มีราคาสูงขึ้นเช่น กระบวนการผลิตน้ำส้มสายชู (การเปลี่ยนเอทานอลไปเป็นกรดน้ำส้ม)การผลิตยาปฏิชีวนะ เป็นต้น
• แบ่งตามความต้องการอากาศหรือออกซิเจน
  • Aerobic fermentation เป็นการหมักที่ต้องการอากาศ เช่น การหมักกรดซิตริก และกรดน้ำส้ม เป็นต้น
  • Anaerobic fermentation เป็นการหมักที่ไม่ต้องการออกซิเจน เช่น การหมักอะซิโตนและบิวทานอล
• แบ่งตามสภาพการควบคุมการปนเปื้อนของเชื้อ
  • Septic fermentation เป็นการหมักในสภาพเปิด ไม่จำเป็นต้องฆ่าเชื้อจุลินทรีย์
  • Semi-septic fermentation เป็นการหมักในสภาพปิดเพื่อป้องกันการปนเปื้อนเชื้อจากภายนอก แต่ไม่จำเป็นต้องฆ่าเชื้อที่ปนเปื้อนมากับวัตถุดิบ
  • Aseptic fermentation เป็นการหมักในสภาพปิดที่ปราศจากการปนเปื้อนเชื้อทั้งหมด
• แบ่งตามลักษณะหรือปริมาณน้ำในอาหารเลี้ยงเชื้อ
  • การหมักบนอาหารแข็ง (Solid state fermentation)
  • Submerge state fermentation เป็นการหมักที่ทำได้โดยการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ในอาหารที่มีลักษณะเหลว
• แบ่งตามลักษณะของกระบวนการที่ใช้
  • การหมักแบบไม่ต่อเนื่อง (Batch fermentation) ทำในระบบปิดที่มีสารอาหารเริ่มต้นปริมาณจำกัดเมื่อใส่จุลินทรีย์เพาะเลี้ยงลงไปในระบบแบบต่อเนื่องแล้วจะไม่มีการเติมสารใดๆ ลงไปอีก
  • การหมักแบบต่อเนื่อง (Continuous fermentation) เป็นโดยมีการเติมอาหารใหม่และถ่ายอาหารเก่าออกจากระบบในอัตราเดียวกันตลอดเวลา
  • Fed-batch fermentation เป็นการหมักที่มีการเติมสารอาหารบางอย่างเพิ่มลงไปในอาหารเลี้ยงเชื้อเป็นระยะๆ

แหล่งข้อมูลอื่น

• Works of Louis Pasteur เก็บถาวร 2010-06-24 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน Pasteur Brewing.
• The chemical logic behind fermentation and respiration เก็บถาวร 2008-09-17 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน