בעיני רבים, תחום הביוטכנולוגיה מזוהה עם מדענים חמורי סבר בחלוקים לבנים שעושים דברים משונים במעבדות משוכללות, אך מתברר שאפשר להניע תהליכים ביוטכנולוגיים גם אצלנו במטבח, בלי חלוק ובלי ציוד יקר.

הביוטכנולוגיה מוגדרת כשימוש בתהליכים ביולוגיים למטרות יישומיות. תהליך ביוטכנולוגי יכול למשל להיות פיתוח של זני צמחים חדשים בעזרת הנדסה גנטית, הצמחת רקמות חיות ואיברים במעבדה או ייצור דלק מצמחים או ממיקרואורגניזמים. מצד שני, יש גם דוגמאות הרבה יותר פשוטות של תהליכים ביוטכנולוגיים, כמו התפחת בצק ללחם, הכנת בירה ואפילו כבישת מלפפונים. במאמר הזה נדבר על התהליכים העומדים מאחורי תהליכים ביוטכנולוגיים שמתרחשים במטבח.

תהליכי נשימה ותסיסה
בבסיסם של כל התהליכים האלה עומדים תהליכי הנשימה והתסיסה של חיידקים ושמרים. כמו כולנו, יצורים חד-תאיים כמו חיידקים או שמרים צריכים מזון על מנת לשרוד. כאשר הם צורכים סוכר הוא עובר תהליך פירוק שנקרא "גליקוליזה", שבסופו נוצר חומר בשם פירווט (pyruvate). בפני הפירווט עומדות שתי אפשרויות: לנשום או לתסוס. במסלול הראשון הוא עובר למסלול תלוי חמצן (אירובי) שבו הוא ממשיך לעבור פירוק ושינוי עד למיצויו. כך מתאפשרת למשל הפקת כמות גדולה של אנרגיה באברון המיטוכונדריה – מפעל האנרגיה של התא. אחד התוצרים של התהליך הזה הוא הגז פחמן דו-חמצני, שמיד נגלה את התפקיד החשוב שיש לו במטבח.

המסלול השני, שמתקיים בהיעדר חמצן (אנאירובי) נקרא תסיסה. במסלול הזה הפירווט עובר תהליכים שמפרקים אותו בין היתר לאלכוהול ולפחמן דו-חמצני (אצל שמרים), או לחומצה לקטית (בחיידקים).


תהליכי הנשימה והתסיסה | תרשים: ויקיפדיה

התפחת לחם
כשאנחנו מכינים בצק ללחם אנחנו רוצים שהוא יהיה אוורירי, ולשם כך נחוץ לנו "תהליך מייצר בועות". כדי שזה יקרה אנחנו מוסיפים לבצק שמרים, מספקים להם סוכר ומים ונותנים לבצק לנוח. השמרים צורכים את הסוכר, מפרקים אותו לפירווט כמו שתואר למעלה וממשיכים הלאה לתהליך תלוי החמצן שבו הם פולטים הרבה פחמן דו חמצני. את התוצאה אנו יכולים לראות בבעבוע של הבצק.

שמרים על פי רוב מעדיפים בתהליך הזה את התסיסה שדורשת מהם פחות מאמץ על פני נשימה תלוית חמצן. בתהליך זה נפלט גם אלכוהול, אבל אל חשש - האלכוהול מתנדף באפייה. בשלב הזה, אם נכניס את הבצק לתנור, הוא יתקשה סביב הבועות ואנו נקבל לחם עם המרקם האוורירי הרצוי.

יצירת בירה או יין
עכשיו, אחרי שגילינו ששמרים מסוגלים ליצר אלכוהול, בואו נעשה בו שימוש להפקת בירה או יין. בתהליך הזה אנו לוקחים מיץ ענבים או תמיסת לתת (שעורה או סוגי תבואה נוספים) ומכינים מהם יין או בירה, בהתאמה. הלתת והענבים משמשים מקור טוב לסוכר שהשמרים צורכים בשביל לייצר את האלכוהול.

כאן אנחנו הולכים ישר למסלול ללא החמצן שמאפשר יצירת פחמן דו-חמצני ואלכוהול. ככל שהזמן עובר, השמרים מפרקים יותר סוכר ומפרישים יותר פחמן דו-חמצני ואלכוהול, שמצטברים בהדרגה והריכוז שלהם עולה עד שהבירה או היין מוכנים. ביין נוהגים לעצור את התהליך באמצע כשרוצים יין "חצי יבש", או שנותנים לשמרים לכלות את רוב הסוכר ומקבלים "יין יבש". זאת גם הסיבה להבדלים בחמיצות שלהם.

פרט מעניין נוסף הוא שבבירה או ביין מבעבע יש בועות עדינות של פחמן דו-חמצני, בעוד ביין רגיל אין. הסיבה לכך פשוטה – נהוג להוציא מהיינות את הפחמן הדו-חמצני משיקולים של טעם. כמו כן מעניין לציין שבועות הפחמן הדו-חמצני בבירה או ביין נתזים קטנות בהרבה מאשר במשקה מוגז כמו סודה. הסיבה היא שבבירה וביין יש חלקיקים שהבועות נדבקות אליהם, ואילו סודה היא משקה צלול ונטול חלקיקים, כך שבועות הפחמן הדו-חמצני נדבקות זו לזו וגדלות.

חביצת גבינה
עד עכשיו עסקנו בתסיסה של שמרים. כעת הגיע הזמן לעבור לחיידקים. כפי שציינתי קודם, גם חיידקים עוברים תהליך של תסיסה, אבל במקום ליצור אלכוהול הם מייצרים חומצה לקטית – אותו חומר שגורם לנו תחושת חמיצות בפה אחרי שאנחנו אוכלים אוכל מתוק. כשמוסיפים לחלב חומצה, החלבון קזאין (חלבון חלב) משתנה ויוצר גושים של חלבון ושומן שהם למעשה החומר שממנו עשויה הגבינה, בתהליך שנקרא גיבון.

על מנת להמחיש את אפקט הגיבון אפשר לעשות ניסוי שבו נוסיף חלב לבקבוק קולה. אחרי כמה שעות נוכל לראות גושי גבינה ששקעו בהשפעת החומצה הזרחתית שיש בקולה.

שימו לב! אותו אפקט יתקבל גם אם נוסיף חלב למיץ לימון, חומץ או כל חומצה אחרת, והוא נובע מתגובה של החלבונים בחלב עם הרכיבים החומציים בקולה, זו כימיה פשוטה.

 

 

אם כן, בתהליך הייצור של הגבינה מעורבים חיידקים מתאימים שמפרישים חומצה לקטית וגורמים לתהליך הגיבון. לאחר מכן מסננים את המים ומשאירים את גושי החלבון והשומן שמהם מורכבת הגבינה. ככל שמצליחים להוציא יותר מים (על ידי סינון או המלחה) הגבינה תהיה קשה יותר.

כבישת חמוצים
ועכשיו אנו מגיעים אל המלפפונים החמוצים וחבריהם הכבושים האחרים. גם כאן, כמו בגבינה, אנחנו רוצים לתת לחיידקים לעשות את המלאכה. לשם כך אנחנו מניחים מלפפונים בכלי עם מים ומלח או חומץ, שמונעים גידול של חיידקים מזנים לא רצויים. מה שקורה כאן הוא תהליך ריקבון של המלפפון, שנגרם בידי אותם חיידקים שמפרישים חומצה לקטית. כשכמות החומצה עולה מעבר לסף מסוים, גם החיידקים האלה אינם יכולים לסבול יותר את התנאים ומתים, ואנחנו נשארים עם מלפפונים חמוצים.

ייצור חומץ
כפי שראינו קודם, כשאנחנו מכינים בירה או יין מתרחש תהליך תסיסה שבמסגרתו נוצר אלכוהול. אך כפי שיודע כל מי שפתח בקבוק יין והשאיר אותו בחוץ, כעבור זמן מה הוא מחמיץ. הסיבה לכך היא חיידקים שמפרקים את האלכוהול לחומצה אצטית – החומר שנותן לחומץ את טעמו. התהליך הזה יכול להתרחש רק בנוכחות אוויר, ולכן חשוב כל כך למנוע כל מגע עם אוויר כשמכינים יין או בירה.

תודה לד"ר מיכל סטולרסקי בן-נון על העזרה בהכנת הכתבה.

ד"ר ארז גרטי
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

13 תגובות

  • חנה

    היי

    אני רוצה שוקוווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווווו

  • דר' ליאורה סגל

    החמצת מלפפונים-תיקון טעות

    במאמר כתוב כי מלח וחומץ הם דרך ליצירת תנאים מתאימים לחיידקים להחמצת המלפפונים ולא כך הוא. רק המלח יוצר תנאים שבוררים חיידקים לקטיים כי הם עמידים מסתבר לריכוזי מלח מסויימים, אז מתרבים חיידקים לקטיים המפרישים חומצה לקטית היוצרת שינויים במרקם של המלפפון האופייני למלפפון חמוץ. . חומץ לעומת זאת הוא חומצה בעצמו ומחמיץ בעצמו את המלפפון ממש ללא עזרת חייקים לקטיים. עדות לכתוב כאן ניתן לראות בקלות בנוזל ההחמצה: בעוד נוזל ההחמצה של מלפפוים במלח הוא עכור בגלל החיידקים המתרבים בתנאי מלח וחוסר חמצן, הרי שבהחמצה בחומץ הנוזל צלול כי אינו מכיל כלל חיידקים - החומץ בעצמו הוא החומצה שיוצרת את השינוי במרקם המלפפונים והחמצתם.

  • אסף גורדני

    תוצרי תהליך התסיסה

    אשמח לדעת אם ניתן לקבוע כי תוצרי תהליך התסיסה בהכרח מכילים רמת אנרגיה נמוכה מזו של המגיבים בתהליך, וזאת משום שתהליך התסיסה הוא דרך בה יצורים מסויימים מפיקים אנרגיה בתנאים ללא חמצן.
    תודה מראש☘️

  • אורית אוחנה

    האם הקולה חייבת להיות סגורה? האם למסיסות הפד"ח יש השפעה על מידת

    .

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    אני מניח שאת מתייחסת לניסוי הקולה והחלב. עיקר החומציות מגיעה מהחומצה הפוספורית, קשה לי להאמין שלפד"ח שמומס בקולה יש השפעה משמעותית על הpH הנמוך מלכתחילה. מה שאני כן ממליץ לעשות הוא לרוקן את הגזים לפני לפני הניסוי בגלל שכאשר מוסיפים חלב לקולה עם גזים היא מקציפה ועולה על גדותיה

  • אוראל נאמן

    מבקש גם אני... הצעות לניסויים

    במיוחד בנושא בישול מולקולרי וכימיה במטבח.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    מדע בבית

    שלום אוראל
    אני מזמין אותך לבקר אצלנו במדור "ניסויי מדע בבית" שם תוכל למצוא שפע של ניסויים שניתן לעשות בבית, בין היתר: הפקת DNA מתותים, צימוקים מרקדים וזיהוי ביצה מבושלת.
    בתאבון!
    ארז

  • אוראל נאמן

    מדע בבית

    תודה ארז,
    אני מחפש, כמורה, ניסויים מורכבים יותר (את הפקת הדנ"א אנחנו עושים מידי שנה בביה"ס), אני מחפש משהו חדשני ושונה, שיכניס צבע לשיעורי הביולוגיה ויהיה רלוונטי לחיי התלמידים. מעבר לכך- אולי משהו שיוכלו לבשל במעבדה וגם לטעום ממנו... אגב, מערך "מדע בבית" הוא מעולה ויעיל מאוד! תודה!

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    בדיוק מתכננים

    בהמשך לדבריו של ארז ולבקשה שלך: אתה מתפרץ לדלת פתוחה :-) אנחנו מתכננים לצלם בזמן הקרוב סדרה של סירטונים העוסקת במדע במטבח, ובייחוד בבישול מולקולרי והבסיס המדעי שמאחוריו.
    אבי

  • מירי פרץ

    למר אסייג

    חשוב לי מאוד שניתן יהיה להכין בפועל את הבישול בכתה כחלק מתגמל מהחוויה הלימודית ואת זה צריך לתכנן....אשמח להצעות קיימות

  • מירי פרץ

    הצעות לניסויים

    אשמח אם תפנו אותי לאתר שבו הצעות ל"מדע במטבח" ניסויים בכתה שגם יכולים לשלב טעימות בסוף..

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מדע במטבח

    בהמשך לדבריו של ארז ולבקשה שלך - אנחנו מתכננים לצלם בזמן הקרוב סדרה של סירטונים העוסקת במדע במטבח, ובייחוד בבישול מולקולרי והבסיס המדעי שמאחוריו.
    אבי

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    מדע בבית

    שלום מירי
    אני מזמין אותך לבקר אצלנו במדור "ניסויי מדע בבית" שם תוכל למצוא שפע של ניסויים שניתן לעשות בבית, בין היתר: הפקת DNA מתותים, צימוקים מרקדים וזיהוי ביצה מבושלת.
    בתאבון!
    ארז