Autor: Zdravko Šumić
Mentor: prof. dr Spasenija Milanović
U proizvodnji fermentisanih mliječnih napitaka karaktreristična su dva tipa fermantacije laktoze u mlijeku:
- homofermentativni[1], 90-95% produkta čini mliječna kiselina i
- heterofermentativni, pored mliječne 50%, stvaraju se etanol i CO2 (kefir i kumis).
U tehnologiji fermentisanih proizvoda koriste se starter kulture:
- uobičajene starter kulture koje mogu biti tečne, osušene i liofilizovane.
- koncentrovane kuture se odlikuju nizom prednosti: lako se koriste, aktivnost je stabilna u dužem vremenskom periodu, zahtijevaju manje radno angažovanje, mogućnost promjene genotipa i infekcije svedene su na minimum (Kršev, 1989).
.
Pregled starter kultura prema proizvodima
Jogurt. U proizvodnji jogurta koriste se sljedeće starter kulture:
- Streptococcus thermophilus
- Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
Slika 10. Streptococcus thermophilus i Lactobacillus delbrueckii
Inhibitori ovih kultura su: antibiotici, bakteriofagi, pesticidi, sulfopreparati, deterdženti.
Slika 11. Razvoj mliječne kiseline djelovanjem pojedinačnih bakterija i jogurtne starter kuture u toku inkubacije u pasterizovanom obranom mlijeku pri 40oC.
Vidi se da djelovanjem pri radu starter kulture za jogurt (mješovita kultura S. thermophilus i L. bulgaricus, simbiotski odnos) nastaje više kiseline nego aktivnošću pojedinačnih bakterija.
Humano intestinalani mikroorganizami (probiotici) iz roda Lactobacillus i Bifidobacterium se danas široko koriste individualno ili u kombinaciji sa jogurtnom kulturom. Ove bakterije, za razliku bakterija jogurtne kulture ne izumiru u intestinalnom traktu čovjeka, jer je to njihova prirodna sredina razvoja. Zato jogurt sa ovim kulturama ima jače izraženo profilaktično dejstvo (Kršev, 1989).
Kisela pavlaka. Za biohemijsko zrijenje (fermentaciju) pavlake koristi se starter kultura koju sačinjavaju mezofilne bakterije mliječne kiseline:
- Lactococcus lactis subsp. lactis,
- Lactococcus lactis subsp. diacetylactis,
- Lactococcus lactis subsp. cremoris,
- Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris.
Kultura se dodaje u količini od 2-4%, a inkubacija traje više časova na odabranoj temperaturi. Temperatura i vrijeme fermentacije (zrijenja) zavisi od proizvođača opreme i namjene pavlake, odnosno da li se koristi za proizvodnju maslaca, čvrste ili mazive konzistencije.
Tehnička kutura se može podjelii u dvije grupe mikroorganizama, jedna je zadužena za fermentaciju, a druga stvara aromatične materije.
Više temperature fermentacije pavlake povoljno djeluju na startere koji produkuju veću količinu mliječne kiseline, dok su temperature od 14 do 16oC pogodne za razvoj bakterija koje stvaraju aromatične materije (npr. diacetil). Kiselost fermentisane pavlake kreće se oko pH 4,5.
Sir. Može se koristiti monokultura ili najčešće polivalentne kulture (više mikroorganizama u kombinaciji), a mogu se koristiti u kombinaciji sa starterom i plijesni (rokfor, kamember sir); izbor zavisi od vrste sira koji se proizvodi.
Dodaje se 1-2% kulture na količinu ulaznog mlijeka.
.
Pregled starter kultura prema rodovima mikroorganizama
Streptococcus. Najčešće se koriste vrste: thermophilus, lactis, diacetylactis. One uglavnom stvaraju mliječnu kiselinu. Njihovo jako kiseljenje i razlaganje proteina najčešće omogućuje rast bakterija koje stavaraju aromu.
Leuconostoc. Koriste se vrste: mesenteroides i lactis. Ovi mikroorganizami su najčešće heterofementativni i koriste se za stvaranje arome. Za ove vrste je značajno stvaranje gasa (CO2), kao i diacetila i acetona.
Lactobacillus. Koriste se vrste: delbrueckii subsp. bulgaricus, acidophilus, casei. Najčešće korišćeni mikroorganizami u proizvodnji fermentisanih mlijeka je L. delbrueckii subsp. bulgaricus. Posjeduje proteolitičke osobine i odgovoran je za tipičnu aromu jogurta.
Bifidobacterium dobija sve veći značaj jer je dokazano da neke vrste ovoga roda naseljavaju intestinalni trakt djece i odraslih. Vrste koje se koriste: bifidum, longum, infants, brevis.
Kvasci. Redovna su mikroflora u kefiru i kumisu, dok njihovo prisustvo u drugim proizvodima predstavlja kontaminaciju. Razmnožavanje kvasaca postiže se u kiseloj i u slatkoj sredini, a dobro se razmnožavaju i u mješanim kulturama. Kao starteri u kefirnom zrnu koriste se: Torulospora delbrueckii, Candida kefir, Saccharomyces cerevisiae i Klyveromyces.
Tabela 8. Vrste mikroorganizama koji se koriste u mljekarstvu (Kršev, 1989)
|
Proizvod |
Kutura |
Inokulum (%) |
Inkubacija |
Fermentacija |
|
|
oC |
h |
||||
| Jogurt | Streptococcus thermophilus | 1-3 | 44-45 | 2-3 |
H[2] |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | |||||
| Acidofilno mlijeko | Lactobacillus acidophilus | 1 | 37 | 8-10 |
H |
| Kefir | Lactococcus lactis subsp. lactis | 5-6 | 1-25 | 15-20 |
E[3] |
| Streptococcus lactis subsp. diacetylactis | |||||
| Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris | |||||
| Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum | |||||
| Lactobacillus kefir | |||||
| Torulospora delbrueckii | |||||
| Saccharomycess cerevisiae | |||||
.
Potrebni uslovi za razvoj startera
Da bi se postigle željene osobine proizvoda djelovanjem startera, odnosno da bi oni ispoljili svoje dejstvo moraju se obezbjediti optimalni uslovi sredine:
- optimalna temperatura,
- pH i
- vrijeme djelovanja. Značajan je momenat prekidanja fermentacije, obično na kraju logaritamske faze razvoja mikroorganizama i početku stacionarne faze, odnosno u trenutku postizanja optimalnih senzornih osobina proizvoda.
Kod fermentisanih proizvoda cilj je da se potpuno zaustavi fermentacija kako ne bi više rasla kiselost. Kod sira se nakon zrijenja spušta temperatura, procesi se znatno usporavaju ali i dalje traju.
Proces fermentacije se prati mjerenjem pH. Obično se fermentacija prekida naglim hlađenjem, pri određenom pH.
Potrebno je znati i koji procenat inokuluma je potrebno dodati. Na primjer Lactobacillus acidophilus (acidofilno mlijeko) i Bifidobacterium (biojogurt) teže razlažu laktozu pa ih je potrebno dodati u većim količinama.
U savremenoj proizvodnji fermentisanih mliječnih napitaka koriste se različiti komercijalni preparati startera u RS ili DVS formi čijim izborom se profiliše fizičko-hemijski i senzorni kvalitet proizvoda.
.
Efekti djelovanja startera
Osnovni efekti djelovanja startera su redukcija sadržaja laktoze (20-30%) i produkcija mliječne kiseline. Snižavanjem pH vrijednosti mlijeka (konzervišući efekat), dolazi do približavanja IET kazeina tako da kazeinska micela gubi stabilnost, koaguliše se i uklapa ostale sastojke (iz stanja sola prelazi u stanje gela).
Mliječna kiselina podstiče rad crijeva, poboljšava resorpciju Ca i P.
- Produkcija diacetila i acetaldehida. Osim mliječne kiseline za ukus i aromu pojedinih mliječnih proizvoda važnu ulogu igraju i proizvodi metabolizma citrata (lako isparljivi): diacetil, acetaldehid[4], etanol[5], acetat, CO2 i dr. Ova jedinjenja daju poseban, prijatan miris i ukus proizvodu.
- Razgradnja proteina (djelimična, do aminokiselina, postaju lakše svarljivi).
- Razgradnja masti (djelimična, do slobodnih masnih kiselina i glicerola).
- Mineralni sastojci ostaju gotovo nepromijenjeni. Fermentisani proizvodi su siromašni sa Fe i J, a bogati solima Ca, fosforne i limunske kiseline.
- Neke kiselomliječne streptokoke redukuju pantotensku kiselinu i vitamin B1, a povećavaju sadrzaj folne kiseline i holina.
- Pokazuju probiotska i terapeutska svojstva.
.
Uzroci inhibicije fermentacije bakterijama mliječne kiseline
Prijem mlijeka i izbor sirovine je često jedan od presudnih momenata za kvalitet proizvoda. Mlijeko, po važećem Pravilniku (2002), ne smije sadržati više od 1 000 000 mikroorganizama/ml, jer je onda efikasnost pasterizacije manja, odnosno mogućnost preživljavanja mikroorganizama veća. Ovi mikroorganizmi mogu biti konkurenti razvoju startera.
Ne smije sadržati antibiotike, bakteriofage, deterdžente, pesticide iznad dozvoljene količine, jer ove supstance djeluju inhibitorno na razvoj starter mikroorganizama.
Neophodno je prije početka industrijske proizvodnje u mljekari uraditi biotest u labaratorijskim uslovima sa mlijekom namjenjenim za proizvodnju fermentisanih proizvoda u cilju provjere inhibitornih supstanci na aktivitet određene starter kulture (Obradović, 2000).
.
Poremećaji fermentacije
1. Materije antimikrobnih osobina nastaju i metabolizmom same starter kulture. U ove supstance spadaju mliječna kiselina, H2O2, benzoeva kiselina, nizin, bakteriocini.
Stvaranjem mliječne kiseline snižava se pH na vrijednost na kojoj starteri gube aktivnost.
Bakteriocini su antibiotici proteinske prirode; termostabilni su. Stvaraju ih pojedini sojevi jedne vrste i djeluju na iste ili slične vrste mikroorganizama inaktivišući ih, i na taj način uništavaju konkurenciju za razvoj.
2. Mnogobrojne antimikrobne supstance su i rezultat fiziološkog stanja mliječne žlijezde. Od ovih supstanci najznačajnije su:
- imunoglobulini. Povećana količina se javlja na početku laktacije (kolostrum), ili u slučaju mastitisa. Termolabilni su i inaktivišu se na 90oC.
- pojačana aktivnost laktoperoksidaze. Antimikrobno djelovanje sastoji se u stvaranju hipocijanatnog jona koji je oksidativno sredstvo.
- pojačana aktivnost laktoferina i lizocina.
Sve ove supstance se javljaju u slučaju oboljenja mliječne žlijezde.
3. Rezidue. U mlijeku mogu da potiču iz hrane, koje se zatim mlijekom izlučuju iz organizma (sekretorni kontaminenti) ili dospjevaju u mlijeko kao kontaminenti (postsekretorni). Rezidue se prvenstveno označavaju kao faktor higijene.
Količina rezidua poslije sekrecije mlijeka ili poslije kontaminacije često je veoma mala i njihovo djelovanje se ispoljava kao promjena u brzini koagulacije mlijeka ili poremećajima u optimalnom djelovanju starter kulture.
- Sredstva za čišćenje. Izazivaju biohemijske poremećaje aktivnosti startera. Inhibicija rasta startera zapaža se samo u slučaju kada je dezinficijens dodat u mlijeko ili je korišćena znatno veća koncentracija sredstva od preporučene. Visoke koncentracije dezinficijensa mjenjaju senzorna svojstva proizvoda prije nego što izazovu poremećaje fementacije.
- Hemoterapeutici. U zaštiti zdravlja životinja često se koriste lijekovi. Za svaki lijek je data karenca, tj. vrijeme njegovog izlučivanja iz organizma, što praktično znači da u tom periodu mlijeko nije upotrebljivo za ishranu ljudi.
Po zdravlje ljudi naročito su štetni penicilini i hloramfenikol. Veoma male količine ovih materija djeluju na osjetljive mliječno-kiselinske kulture i mogu da uzrokuju i potpuno izostavljanje kiseljenja.
Mlijeko koje sadrži antibiotike ne može da se osposobi termičkim tretmanom.
4. Bakteriofagi. To su virusi koji mogu napasti samo bakterije. Pojedini fagi podnose tretman od 90oC, a može ih inaktivisati dezinfekciono sredstvo.
Još jedno moguće riješenje problema sa bakteriofagima je izmjena soja kulture jer oni pokazuju specifičnost prema domaćinu (odnosno određenom soju).
Spisak korišćene literature možete naći u Literatura – Tehnologija mleka.
[1] Vecina startera su homofermentativni mo.
[2] Homofermentativno mliječno-kiselinska.
[3] Homo i herterofermentativno mliječno-kiselinska i alkoholna.
[4] Aroma jogurta zavisi od količine stvorenog acetaldehida. U kiselomliječnim proizvodima u kojima dominiraju streptokoke, aroma potiče od stvorenog diacetila. S. lactis subsp. diacetylactis i Leuconostoc spp. označeni su kao mikroorganizmi koji stvaraju aromu (razlažu citrate).
[5] Nastaje u slučaju alkoholne fermentacije; prisutni kvasci.
