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Tra gli studenti delle scuole elementari di tutto il mondo, sta emergendo silenziosamente un hobby meno convenzionale: sollevare acqua maleodorante .

Con acqua puzzolente si intendono varie cose nella vita, tra cui feci, urina, insetti morti, avanzi, frutta, bevande, ecc., purché si tratti di qualsiasi cosa che i bambini della scuola elementare possano pensare e ottenere, conservata in una bottiglia sigillata. Dopo un certo periodo di tempo, queste sostanze iniziano a marcire, producono un cattivo odore e alcune addirittura esplodono. Gli alunni della scuola primaria sono molto interessati a questo fenomeno e lo considerano addirittura una sorta di gioco di sviluppo.

L'acqua puzzolente sollevata dal compagno di classe di Nanyu (Fonte: compagno di classe di Nanyu, autorizzato)

Vorrei innanzitutto esporre la conclusione:

Non alzare

Sollevare acqua puzzolente non è una cosa divertente, può comportare rischi per la sicurezza e la salute, quindi non provateci. Se i vostri figli ne soffrono, potete leggere questo articolo insieme a loro e affrontare insieme il problema dell'acqua puzzolente.

Ora parliamo del motivo per cui l'acqua maleodorante ha un cattivo odore dal punto di vista della fermentazione. Dov'è il pericolo? E come effettuare la fermentazione correttamente.

Perché l'acqua maleodorante diventa ancora più maleodorante man mano che invecchia?

Il modo principale per produrre acqua maleodorante è attraverso la fermentazione microbica. L'odore viene prodotto durante questo processo perché i microrganismi rilasciano vari composti volatili durante la decomposizione della materia organica. Questi composti hanno spesso odori forti. Diverse sostanze organiche producono gas diversi quando si decompongono:

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Scomposizione proteica

Quando i microrganismi scompongono le proteine, producono ammoniaca, idrogeno solforato e vari composti amminici. Questi composti hanno spesso un odore forte e rancido. Ad esempio, l'acido solfidrico ha un odore simile a quello delle uova marce, mentre le ammine hanno l'odore del pesce in putrefazione.

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Scomposizione dei carboidrati

Durante il processo di fermentazione, i carboidrati vengono scomposti in acidi grassi a catena corta, alcoli ed esteri. Sebbene alcuni di questi composti possano avere odori aromatici, in alcuni casi possono anche produrre odori sgradevoli, acidi e fermentati.

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Lipolisi

Quando i microrganismi scompongono i grassi, producono acidi grassi volatili come l'acido butirrico, l'acido caproico e l'acido caprilico, che hanno un odore forte e aspro.

Gli alimenti che contengono proteine, carboidrati e grassi si deteriorano e producono un cattivo odore (Fonte: AI generata dall'autore)

Ecco quindi il primo punto. Il motivo per cui l'acqua puzzolente è così maleodorante è dovuto all'aggiunta di una grande quantità di materia organica.

Tuttavia, non è sufficiente aggiungere semplicemente una grande quantità di materia organica all'acqua maleodorante. Molti processi di fermentazione vengono svolti in un ambiente carente di ossigeno. In questo caso, i microrganismi anaerobici (come alcuni batteri e lieviti) subiscono un metabolismo fermentativo, producendo composti odorosi. Ad esempio, negli ambienti anaerobici, i batteri metanogeni producono metano e altri sottoprodotti maleodoranti.

Il secondo punto è che l'acqua maleodorante richiede la fermentazione anaerobica. Aprire spesso la bottiglia per controllare se emana cattivo odore, poiché ciò influirà sul processo di fermentazione.

Molti processi di fermentazione vengono eseguiti in un ambiente carente di ossigeno (Fonte: AI generata dall'autore)

Naturalmente l'odore dell'acqua sporca è anche legato al tipo di microrganismi. Durante il processo di fermentazione, diversi microrganismi produrranno metaboliti diversi. Ad esempio, alcuni batteri anaerobici producono acidi grassi volatili e altri composti maleodoranti, mentre i lieviti durante la fermentazione alcolica producono alcoli ed esteri, che a volte hanno odori forti.

Ecco altri due esempi:

Tofu puzzolente: l'odore del tofu puzzolente deriva principalmente dall'ammoniaca e dall'idrogeno solforato prodotti durante il processo di fermentazione. Durante il processo di fermentazione del tofu, le proteine ​​vengono scomposte da microrganismi, producendo composti dall'odore forte.

Natto: il cattivo odore del natto deriva dalle poliammine (come putrescina e cadaverina) e dall'ammoniaca prodotte dai batteri (principalmente Bacillus subtilis) durante il processo di fermentazione quando scompongono le proteine ​​della soia.

Perché l'acqua maleodorante esplode?

Durante il processo di fermentazione, i microrganismi scompongono le sostanze organiche (come zuccheri, proteine, grassi, ecc.) per ricavarne energia e produrre metaboliti. In ambienti anossici, i microrganismi effettuano la respirazione anaerobica, scomponendo la materia organica in piccole molecole e rilasciando gas come sottoprodotti. Alcune comuni fermentazioni che producono gas sono le seguenti:

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Fermentazione alcolica

Il lievito scompone il glucosio in un ambiente anaerobico, producendo alcol e anidride carbonica.

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Fermentazione dell'acido lattico

Alcuni batteri dell'acido lattico producono acido lattico e anidride carbonica quando scompongono gli zuccheri.

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Fermentazione anaerobica

Alcuni batteri anaerobici, come i metanogeni, producono metano e anidride carbonica durante la fermentazione.

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Riduzione dei nitrati

Alcuni batteri sono in grado di ridurre i nitrati in azoto gassoso o protossido di azoto, che vengono rilasciati durante il processo di fermentazione.

Il motivo delle esplosioni durante la fermentazione in bottiglia è dovuto al fatto che durante il processo di fermentazione i microrganismi decompongono la materia organica producendo gas (come anidride carbonica e metano). In una bottiglia sigillata, questi gas non possono fuoriuscire, per cui la pressione interna continua ad aumentare. Quando la pressione supera il limite di tolleranza della bombola, questa esplode. Questo rischio è particolarmente elevato durante la fermentazione rapida e quando si utilizzano contenitori non resistenti alla pressione, il che rappresenta un rischio diretto per la sicurezza.

Smetti di sollevare acqua puzzolente, può causare gravi danni

Sopra sono stati illustrati molti principi su come gestire l'acqua maleodorante. Lo scopo è quello di divulgare a tutti, grandi e piccini, i principi della fermentazione per mantenere l'acqua maleodorante. Non è consigliabile a tutti conservare acqua maleodorante. Dopotutto, sono molti i rischi nel trattenere l'acqua maleodorante. Ecco alcuni semplici esempi:

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Infezioni delle vie respiratorie

Nel processo di creazione dell'acqua maleodorante si moltiplicano un gran numero di batteri e funghi. Una volta che il contenitore esplode, questi microrganismi formeranno goccioline e si disperderanno nell'aria. Se le persone inalano queste goccioline, microrganismi come batteri e funghi penetrano nelle vie respiratorie e causano infezioni. Nei casi lievi può causare sintomi come tosse e mal di gola, mentre nei casi gravi può provocare gravi malattie respiratorie come la polmonite.

Diagramma dell'infezione fungina nei polmoni (Fonte: AI generata dall'autore)

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Infezione locale

Se l'acqua maleodorante cade accidentalmente negli occhi e entra in contatto con le mucose, può causare un'infezione locale. Gli occhi sono una parte sensibile. Il contatto con acqua maleodorante contenente un gran numero di batteri può causare infezioni agli occhi, come la congiuntivite, che si manifesta con sintomi quali rossore, gonfiore, lacrimazione e dolore. Nei casi più gravi può avere effetti anche sulla vista.

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Infezione intestinale

L'ingestione accidentale di liquidi o sostanze solide contenute nell'acqua maleodorante può causare anche infezioni gastrointestinali. L'acqua maleodorante contiene un gran numero di microrganismi nocivi. Una volta che questi microrganismi penetrano nell'intestino, distruggono la normale flora intestinale, causando sintomi gastrointestinali come dolore addominale, diarrea e vomito. Nei casi più gravi possono causare malattie intestinali più gravi.

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Lesione meccanica

L'esplosione del contenitore non solo libera microrganismi nocivi, ma provoca anche danni meccanici. I frammenti volanti possono causare graffi alla pelle, lesioni agli occhi, ecc. In particolare, quando esplode una bottiglia di vetro, i frammenti volano via ad alta velocità, il che può facilmente causare gravi tagli o forature. Se vengono danneggiate parti fragili come i bulbi oculari, si può verificare la perdita della vista o addirittura la cecità.

Infine, anche se nessuno viene ferito direttamente, non è disgustoso che una bottiglia di acqua puzzolente esploda?

Come avviene effettivamente il processo di fermentazione?

Ora che abbiamo compreso i principi e i pericoli dell'acqua sporca autofermentata, approfondiamo l'argomento e parliamo di cosa si intende per fermentazione regolare. Non pensare mai che la fermentazione microbica possa produrre solo spazzatura come acqua maleodorante. L'ingegneria della fermentazione è onnipresente nella nostra vita quotidiana. Molti degli alimenti e delle bevande che conosciamo e amiamo sono realizzati attraverso processi di fermentazione.

Ad esempio, lo yogurt, il pane e il formaggio per la colazione, la salsa di soia e l'aceto comunemente usati in cucina, il kimchi per cena e perfino la birra e il vino rosso alle feste sono tutti risultati dell'ingegneria della fermentazione. La fermentazione non solo conferisce a questi alimenti un sapore e una consistenza unici, ma ne aumenta anche il valore nutrizionale e i benefici per la salute.

Naturalmente, il progetto di fermentazione vero e proprio non è così semplice come produrre "acqua puzzolente". Il processo di fermentazione richiede condizioni specifiche per garantire che i microrganismi possano crescere e metabolizzare efficacemente, producendo così prodotti fermentati di alta qualità.

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Temperatura adatta

Diversi microrganismi presentano una crescita e un'attività di fermentazione ottimali a diverse temperature. In genere, il lievito fermenta meglio a temperature comprese tra 20 e 30 °C, mentre i batteri dell'acido lattico danno il meglio di sé nell'intervallo di temperatura compreso tra 30 e 40 °C.

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Ambiente con pH adatto

Durante il processo di fermentazione i microrganismi hanno requisiti di pH specifici. La fermentazione del lievito avviene solitamente in un intervallo di pH compreso tra 4,0 e 6,0, mentre i batteri dell'acido lattico crescono meglio in un ambiente con pH compreso tra 5,0 e 6,5. Regolando il pH del terreno di coltura è possibile ottimizzare l'efficienza della fermentazione.

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Requisiti di ossigeno

I diversi tipi di fermentazione richiedono differenti quantità di ossigeno. La fermentazione aerobica (come la fermentazione dell'acido acetico) richiede ossigeno sufficiente, mentre la fermentazione anaerobica (come la fermentazione dell'etanolo) deve essere effettuata in un ambiente privo di ossigeno. Un'adeguata aerazione e il controllo del contenimento sono fasi fondamentali del processo di fermentazione.

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Apporto nutrizionale

I microrganismi necessitano di nutrienti quali fonti di carbonio, fonti di azoto, vitamine e minerali per mantenere la crescita e il metabolismo. Il terreno di coltura deve contenere glucosio, aminoacidi, vitamine e sali inorganici in quantità sufficiente a soddisfare le esigenze nutrizionali dei microrganismi.

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Prevenire la contaminazione

Durante il processo di fermentazione è necessario mantenere un funzionamento asettico per evitare la contaminazione da parte di batteri estranei. L'uso di attrezzature sterili, terreni di coltura sterili e procedure operative rigorose sono misure efficaci per prevenire la contaminazione.

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Tempo di fermentazione corretto

I diversi processi di fermentazione richiedono tempi diversi. Un tempo di fermentazione troppo lungo o troppo breve influirà sulla qualità del prodotto finale. Monitorando il gas prodotto, l'acidità e altri indicatori durante il processo di fermentazione, è possibile determinare il tempo di fermentazione ottimale.

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Miscelato uniformemente

Per garantire che i microrganismi siano distribuiti uniformemente nel terreno di coltura e che l'apporto di nutrienti e il rilascio di metaboliti siano uniformi, durante il processo di fermentazione solitamente è necessaria un'adeguata agitazione e miscelazione.

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Gestione dello stress

In alcuni processi di fermentazione, in particolare nella fermentazione anaerobica, è fondamentale anche il controllo della pressione all'interno del recipiente. Una pressione eccessiva inibisce la crescita dei microrganismi, mentre un'adeguata riduzione della pressione può migliorare l'efficienza della fermentazione.

Riassumere

L'interesse degli studenti delle scuole primarie e secondarie per l'acqua maleodorante nasce da molte ragioni, tra cui un pizzico di maliziosità, ma anche la curiosità per le attività dei microrganismi in natura, il desiderio di esplorare la complessità dell'ecosistema e la gioia di partecipare a esperimenti e osservazioni. Questo interesse riflette lo spirito naturale di esplorazione e il desiderio di imparare dei bambini ed è un buon punto di partenza per l'educazione scientifica.

Non dobbiamo scoraggiare la curiosità dei bambini, ma dovremmo anche cogliere questa opportunità per ricordare loro che quando conducono esperimenti scientifici, devono chiarire lo scopo dell'esperimento, comprendere le conoscenze e le teorie di base, controllare le condizioni sperimentali, utilizzare attrezzature appropriate e, soprattutto, garantire la sicurezza. Altrimenti, i tentativi ciechi non porteranno a una conoscenza reale e le operazioni sconsiderate causeranno incidenti e problemi.

Pianificazione e produzione

Autore: Denovo, PhD in Chimica Analitica

Recensione丨Liang Chengzhu, ricercatore presso il Centro tecnologico doganale di Qingdao

Pianificazione丨Ding Zong

Redattore: Ding Zong

Revisionato da Xu Lailinlin