Biohemijski procesi transformacije komponenata mleka tokom fermentacije delovanjem selekcionisanih mikroorganizama − bakterija, kvasaca i/ili plesni, u cilju dobijanja raznovrsnih fermentisanih mlečnih proizvoda odgovarajućih nutritivnih, reoloških i senzornih karakteristika, predmet su multidisciplinarnih naučnih istraživanja tehnologa, mikrobiologa, hemičara, medicinara širom sveta.

Proces fermentacije mleka, kao jedan od najstarijih metoda konzervisanja hrane, doživeo je veliki napredak razvojem komercijalnih starter kultura za inokulaciju mleka (directvatset ili readyset), što je povećalo trajnost i bezbednost proizvoda. Primena sofisticiranih tehnika kao što su mikrofiItracija, ultrafiItracija, visoki hidrostatički pritisak, homogenizacija pod visokim pritiskom i ultrazvuk; korišćenje različitih mlečnih i nemlečnih ingradijenata; probiotika i prebiotika; proizvodnja i pakovanje u aseptičnim uslovima, takođe su inovacije tehnološkog procesa koje su omogućile lansiranje na svetsko tržište široke palete fermentisanih mlečnih proizvoda u tipu jogurta i srodnih proizvoda, visoke nutritivne vrednosti i izbalansirane energetske vrednosti, namenjenih različitim kategorijama potrošača.

Monografija Fermentisani mlečni proizvodi napisana je upravo iz želje autora da ovu kompleksnu problematiku na jasan, razumljiv i sažet način približi prvenstveno studentima osnovnih, master, specijalističkih i doktorskih akademskih studijaTehnološkog fakulteta Novi Sad, Univerziteta u Novom Sadu, kao i studentima srodnih fakulteta.

Monografija Fermentisani mlečniproizvodi predstavlja sintetizovani pregled sopstvenih rezultata višegodišnjih istraživanja i savremenih naučnih dostignuća drugih autora iz tehnologije fermentisanih mlečnih proizvoda. Odabrani rezultati autora u okviru dva nacionalna projekta (programTehnološkog razvoja -TR 20008 i program Integralnih i interdisciplinarnih istraživanja -11146009), kao i međunarodnog projekta Eureka EI3488 (realizovanog u saradnji sa Prehrambeno-biotehnološkim fakultetom Sveučilišta u Zagrebu i firmom Probiotik, Zagreb), zatim dva poglavlja u monografijama eminentnih međunarodnih izdavača (Springer, Nova Science Publishers), i brojnih radova publikovanih u međunarodnim časopisima (Food Chemistry, FunctionalFoods, JournalofTextureStudies, Milchvvissenschaft i dr.) prikazani su u knjizi.

Tekst knjige organizovan je u sedam poglavlja, koja prikazuju podelu i vrste fermentisanih mlečnih proizvoda, zatim tradicionalne i savremene starter kulture koje se koriste u tehnologiji fermentisanih mlečnih prozvoda, i potom promene komponenata mleka tokom fermentacije − biohemijske transformacije i strukturne promene kazeinske micele. Posebno su obrađene reološke, nutritivne, funkcionalne i senzorne karakteristike i mikrostruktura proizvoda, kao i tehnološki procesi proizvodnje jogurta, proizvoda u tipu jogurta, kefira i kumisa.

Smatramo da su naročito interesantna poglavlja koja daju pregled savremenih istraživanja uticaja kombuhe kao nekonvencionalnog startera za fermentaciju mleka, enzima transglutaminaze i tretmana mleka visokim hidrostatičkim pritiskom, homogenizacijom pod visokim pritiskom i ultrazvukom, na kvalitet i trajnost fermentisanih mlečnih proizvoda.

Nadamo se da će sadržaj knjige pobuditi interesovanje naučnika i stručnjaka koji se profesionalno bave tehnologijom mleka i mlečnih proizvoda, odnosno prehrambenim inženjerstvom, jer je ovo prva naučna publikacija iz tehnologije fermentisanih mlečnih proizvoda na našem jeziku.

Autori

Sadržaj

PREDGOVOR
IZVODIIZ RECENZIJA
UVOD

PODELA IVRSTE FERMENTISANIH MLEČNIH PROIZVODA
STARTER KULTURE
BAKTERIJE MLEČNE KISELINE
PROBIOTICI
PREBIOTICI
Inulin
Laktuloza
KULTURAZA KEFIR
KULTURA ZA KUMIS
TRANSFORMACIJE KOMPONENATA MLEKATOKOM FERMENTACIJE

BIOHEMIJSKI PROCESI

Metabolizam ugljenih hidrata
Produkcija egzopolisaharida
Produkcija isparljivih komponenata arome
Metabolizam proteina
Metabolizam masti
Metabolizam vitamina
Promene tokom proizvodnje kefira

STRUKTURNE PROMENE KAZEINSKE MICELETOKOM

FORMIRANJA GELA
REOLOŠKE KARAKTERISTIKE, TEKSTURA I MIKROSTRUKTURA FERMENTISANIH MLEČNIH PROIZVODA
UTICAJ RAZLIČITIH FAKTORA NA REOLOŠKA SVOJSTVA,

TEKSTURU I MIKROSTRUKTURU

Operacije u procesu proizvodnje
Dodatak ingradijenata
Egzopolisaharidi
Prebiotici
Inulin
Drugi prebiotici
Proizvodi od mleka
Transglutaminaza

SAVREMENA ISTRAŽIVANJA UTEHNOLOGIJI FERMENTISANIH MLEČNIH PROIZVODA

Savremenetehnike
Homogenizacija pod visokim pritiskom
Visok hidrostatički pritisak
Ultrazvuk
Kombuha
Primena kombuhe u tehnologiji fermentisanih mlečnih proizvoda

NUTRITIVNE, FUNKCIONALNE I SENZORNE KARAKTERISTIKE FERMENTISANIH MLEČNIH PROIZVODA

NUTRITIVNE KARAKTERISTIKE
Laktoza
Proteini mleka
Mlečna mast
Minerali
Vitamini

FUNKCIONALNE KARAKTERISTIKE

Biološki aktivni peptidi
Antioksidativna aktivnost
SENZORNE KARAKTERISTIKE
Senzorna analiza
Instrumentalne metode

TEHNOLOŠKI PROCES PROIZVODNJE FERMENTISANIH

MLEČNIH PROIZVODA
JOGURTI PROIZVODI U TIPU JOGURTA
Jogurt
Izbor i prethodni tretman mleka
Deaeracija
Homogenizacija
Termički tretman mleka
Hlađenje mleka
Fermentacija
Hlađenje
Pakovanje i skladištenje
Drinking jogurt
Smrznuti jogurt
Koncentrovani jogurt
Jogurt u prahu

KEFIR
KUMIS
LITERATURA
INDEKS POJMOVA

Izvodi iz recenzija

Publikacija Fermentisani mlečni proizvodi predstavlja sjajnu kombinaciju praktičnih saznanja iz tehnogije mleka sa najnovijim naučnim objašnjenjima delovanja čitavog niza faktora, koji omogućavaju bezbednost, dobra nutritivna svojstva i kvalitet proizvoda. Ova monografija se može posmatrati sa više aspekata, s jedne strane ona je izvanredno nezamenljivo gradivo za sve studente prehrambene tehnologije, a s druge kako pokriva oblast fermentisanih mleka sa aspekta tehnologije, mikrobiologije, ishrane, medicine i reologije, bilo bi više nego korisno da se nađe na policama svih onih kojima je hrana u opusu interesovanja, bilo sa naučnog ili aplikativnog aspekta. Autori su se prihvatili veoma teškog zadatka da obimnu i veoma složenu materiju objasne na veoma detaljan, prihvatljiv i potpuno razumljiv način, uz maksimalno zalaganje, koristeći svoja bogata naučna i stručna iskustava, na čemu su apsolutno zaslužili našu zahvalnost.

Prof. dr Dragojlo Obradović

Autori monografije Fermentisani mlečni proizvodi u tekst su ugradili svoje višedecenijsko iskustvo i istakli važna pitanja, koja sigurno izazivaju određenu znatiželju i interesovanje za širu naučnu i stručnu javnost. Ovo je ujedno prva knjiga u našoj zemlji u kojoj je veoma detaljno prikazan značaj i uloga fermentisanih mlečnih proizvoda u ishrani široke Ijudske populacije. Autori rukopisa su prilikom pisanja postavili visoke ciljeve, jer su u tekstu koristili najnovije rezultate iz nauke i prakse, kao i sopstvene rezultate istraživanja. Sadržaj rukopisa se u potrebnoj meri oslanja na znanja iz hemijskih, fizičkih, biohemijskih i tehničko-tehnoloških nauka. Imajući u vidu visoku ukupnu ocenu teksta monografije, jasno se vidi da su autori vrsni poznavaoci ove problematike i da su pored korišćenja svetske naučne literature u tekst ugradili veliki broj svojih naučnih i stručnih rezultata.

Prof. dr Ognjen Maćej

Rukopis Fermentisanimlečniproizvodi je originalno, veoma vredno autorsko delo kako sa naučnog, tako i sa stručnog aspekta. Veliki broj sopstvenih naučnih referenci, objavljenih u međunarodnim i nacionalnim časopisima, koje su navedene u rukopisu, rezultat su višegodišnjeg uspešnog bavljenja autorki problematikom fermentisanih mlečnih proizvoda. Korišćen je i izuzetno veliki broj referenci savremene naučne literature što je omogućilo detaljno objašnjenje svakog segmenta bitnog za proizvodnju i kvalitet ovih proizvoda. Pored značaja za naučnu javnost, sadržaj rukopisa će biti veoma koristan stručnjacima u industriji koji se bave proizvodnjom fermentisanih mlečnih proizvoda, a svakako i studentima Tehnološkog fakulteta Novi Sad i srodnih fakulteta koji su se opredelili za izučavanje ove problematike.

Prof. dr Eva Lončar

Uvod

Fermentacija mleka je jedan od najstarijih metoda konzervisanja i datira između 5-10 000 godina pre Hrista (Tamime, Robinson, 2004; VVszolek et al., 2006; Nauth, 2006). Postoje pisani dokumenti o proizvodnji gela mleka u vreme antičkih civilizacija, Grka i Rimljana. Veruje se da je proizvodnja nastala slučajno u periodu pripitomljavanja životinja, spontanom fermentacijom mleka na temperaturi 20-30 °C na području Srednjeg Istoka, severoistočne Afrike i Azije. Zbog variranja klimatskih uslova u različitim delovima sveta, specifične kulture mikroorganizama su dominantne u ovim proizvodima, a kao posledica toga evoluirali su i posebni tipovi fermentacija prepoznatljivi za određeno područje.

Jogurt je najpoznatiji i količinski najzastupljeniji fermentisani mlečni proizvod, i čini 10 % od ukupne svetske produkcije mlečnih proizvoda (Tratnik, Božanić, 2012). Ekonomisti obično istražuju modele potrošnje jogurta u EU. Jedan od opšte prihvaćenih modela uključuje analizu brojnih faktora među kojima su: svojstva proizvoda, individualne razlike potrošača, socio-demografske karakteristike i ranije iskustvo sa konzumiranjem proizvoda, uticaj na životnu sredinu, kao i kulturni i ekonomski faktori (Valli,Traill, 2005). Navedeni autori ističu da na nivo potrošnje jogurta u zemljama EU dominantno utiču kulturne razlike, kao i vrste i kvalitet proizvoda (hemijski sastav, reologija, tekstura, mikrostruktura i senzorna svojstva).

Fermentisani mlečni proizvodi u tipu jogurta su najpopularniji funkcionalni napici čija vrednost na 77 % tržišta Severne Amerike, Evrope i Azije iznosi 46 biliona eura. Proizvodnja veoma raznovrsne grupe fermentisanih mlečnih proizvoda je u stalnom porastu na svetskom tržištu (Marsh et al., 2014a).

Potrošnju jogurta i različitih vrsta fermentisanih mleka kao i trend proizvodnje pojedinih grupa proizvoda u evropskim državama tokom 2013. i 2014. godine pratila je kompanija Mintel {www.mintel.com).

Na slici 1. prikazana je potrošnja jogurta u kg proizvoda/stanovniku u periodu od 2008 − 2014. godine i predviđanje potrošnje do 2018. godine u pojedinim evropskim državama (Francuska, Nemačka, Italija, Španija i Velika Britanija). Evidentno je da je najveća potrošnja fermentisanih mlečnih proizvoda u Francuskoj i Španiji, a najmanja u Italiji (www.mintel.com).

Danas sefermentisani mlečni napici proizvode u strogo kontrolisanim uslovima, sa jasno definisanim tehnološkim procesom proizvodnje, uz korišćenje termofilnih i mezofilnih bakterija mlečne kiseline, kvasaca/plesni, kao starter kultura.

Prvu čistu kulturu bakterija izolovao je Joseph Lister 1878. godine iz fermentisanog (kiselog) mleka i nazvao je Bacterium lactis, kojuje kasnije Sigurd Orla-Jensen klasifikovao kao Lactococcus lactis subsp. lactis. Krajem devetnaestog veka naučnici Vilhelm Storch (Danska), Herman VVeigmann (Nemačka) i Herbert VVilliam Conn (SAD) su u nezavisnim istraživanjima prvi put upotrebili ovu čistu kulturu bakterija za fermentaciju mleka. Storch je 1896. godine patentirao u SAD postupakproizvodnje starter kultura, a danski farmaceut Christian D.A. Hansen je tvorac proizvodnje komercijalnih starter kultura krajem1880-tih godina (Josephsen, Jespersen, 2006). Bakterije koje se koriste za fermentaciju mleka nazvane su bakterije mlečne kiseline (BMK), jer svojim katabolizmom laktoze u mleku uglavnom produkuju mlečnu kiselinu, i pošto se dodaju u mleko za iniciranje fermentacije dobile su termin starteri ili starter kulture (Cogan, 1995).

Slika 1. Potrošnjajogurta (kg proizvoda/stanovniku) u pojedinim evropskim državama u periodu 2008 − 2014. godina i predviđanje potrošnje do 2018. godine (www.m/nte/.com).

Izostavljeno iz prikaza

Starter kulture su selekcionisani mikroorganizmi izolovani na osnovu različitih karakteristika koji složenim biohemijskim procesima transformišu laktozu preko dva tipa fermentacije: homofermentativni (dominantni produkt mlečna kiselina − tipično za jogurt i fermentisane mlečne proizvode u tipu jogurta), ili heterofermentativni (pored mlečne kiseline nastaju i drugi produkti: etanol, ugIjen-dioksid − tipično za kefir i kumis). Veliki napredak u savremenoj tehnologiji fermentisanih mlečnih proizvoda, pored razvoja različitih komercijalnih formi starter kultura (DVS − directvatset i RSreadyset], postignut je lansiranjem nove vrste bakterija izolovanih iz humanog intestinalnog trakta poznatih pod nazivom probiotici, najčešće iz roda Lactobacillus i Bifidobacterium. Najnovije varijantefermentisanih mlečnih proizvoda pored probiotika, sadrže i prebiotike (dijetna vlakna − inulin, oligofruktoza i dr.) koji stimulišu rast i vijabilnost prisutnih startera. Fermentisani mlečni proizvodi koji sadrže probiotike i/ ili prebiotike predstavljaju jedan od najznačajnijih primera funkcionalne hrane i kao takvi pozitivno utiču na zdravstveni status Ijudskog organizma.

Primena nekonvencionalne starter kulture kao što je kombuha (simbioza/asocijacija kvasaca, bakterija sirćetne kiseline i bakterija mlečne kiseline) u tehnologiji fermentisanih mlečnih napitaka predstavlja novu oblast istraživanja sa aspekta biohemijskih i strukturnih transformacija mleka, u cilju kreiranja fermentisanih mlečnih proizvoda specifičnih karakteristika.

S obzirom da savremeni trend u ishrani predstavlja proizvodnja fermentisanih mlečnih napitaka sa smanjenim sadržajem mlečne masti ili bez masti, neophodne su odgovarajuće modifikacije u tehnološkom procesu proizvodnje. Da bi se postigla poželjna reološka svojstva fermentisanih mlečnih napitaka uobičajen je dodatak mlečnih ingradijenata: mleko u prahu, surutka u prahu, koncentrati proteina mleka, koncentrati proteina surutke, kao i nemlečnih komponenata: prebiotici, starteri koji produkuju egzopolisaharide (EPS) i dr. Međutim, poslednjih godina veliki broj istraživanja usmeren je na ispitivanja mogućnosti primene enzima transglutaminaze (TG) koji katališe stvaranje interi intramolekulskih veza unutar proteinskih lanaca i tako modifikuje fizičko-hemijska i funkcionalna svojstva proteina mleka i poboljšava kvalitet i trajnost proizvoda.

Savremena istraživanja u tehnologiji fermentisanih mlečnih proizvoda uključuju i primenu sofisticiranih tehnika kao što su: mikrofiItracija, uItrafiItracija, visoki hidrostatički pritisak, homogenizacija pod visokim pritiskom, ultrazvučni tretman, pulsirajuće električno polje. Navedeni procesi značajno doprinose ne samo boljim reološkim i teksturalnim svojstvima i stabilnosti gela tokom skladištenja, već i odgovarajućim mikrostrukturnim i senzornim karakteristikama, kao i zdravstvenim benefitima fermentisanih mlečnih proizvoda.

Prisustvo dragocenih sastojaka mleka (proteini, laktoza, mlečna kiselina, mineralne materije i vitamini), njihov optimalan odnos, kao i primena različitih starter kultura, pre svega probiotika, kao i prebiotika, učinili su ovu grupu proizvoda veoma interesantnu potrošačima. Zahvaljujući visokoj nutritivnoj i zdravstvenoj vrednosti, redovnim konzumiranjem fermentisanih mlečnih proizvoda može se značajno uticati na održavanje i poboljšanje zdravlja potrošača.