Technologia mleka materiał do nauki -Zakwasy i napoje mleczne fermentowane -kolokwium nr PDF

Preview

Summary

Znajdziesz podstawowe pojęcia dotyczące zakwasów i napojów mlecznych fermentowanych , schemat technologiczny itp....

Description

Technologia mleczarstwa

Produkcja zakwasów

Zakwasem

czystych

kultur

nazywamy

hodowlę

wybranych

szczepów

drobnoustrojów. Zakwas mleczarski jest najczęściej złożony z mieszaniny kilku gatunków odpowiednio wyselekcjonowanych bakterii fermentacji mlekowej. Do przygotowania zakwasów w zakładzie mleczarskim używa się szczepionek mleczarskich. Wytwarzaniem szczepionek zajmują się wyspecjalizowane laboratoria mikrobiologiczne. Do najbardziej znanych producentów należą Christian Hansen Lab., Rhodia Food Biolacta, Danisco. Początkowo jako zakwasy stosowano kwaśne mleko, śmietanę lub maślankę, uzyskiwane z poprzedniego wyrobu tych produktów. Jednak skład takich zakwasów miał przypadkowy charakter, co uniemożliwiało otrzymanie produktu o pożądanej jakości i prawidłowych cechach. Obecnie we wszystkich fermentowanych produktach mleczarskich stosuje się zakwasy czystych kultur. Szczepionki czystych kultur występują w formie płynnej, suszonej sublimacyjnie (liofilizowanej) lub metodą rozpryskową oraz mrożonej. Szczepionki mleczarskie wytwarzane są w trzech wersjach: - kultury do tradycyjnego prowadzenia zakwasów, - kultury zagęszczone do zaszczepiania matecznika na zakwas roboczy (kultury SemiDirect lub Redi-Set), - kultury zagęszczone do bezpośredniego zaszczepiania mleka przerobowego (tzw. kultury DVS lub DVI). Kultury do tradycyjnego prowadzenia zakwasów zawierają ok. 109, a 10

kultury

11

zagęszczone 10 -10 komórek w 1 g szczepionki. Wartości te powinny być podane przez producenta na specyfikacji szczepionki. Według standardu IDF kultury tradycyjne (niezagęszczone) powinny zawierać minimum 108 jtk/g, a zagęszczone 5 ∙ 109 jtk/g. Czynnikiem decydującym o jakości produktów mleczarskich jest jakość kultur mikrobiologicznych używanych w procesach fermentacji. Bakterie fermentacji mlekowej zawarte w zakwasach powinny wytwarzać kwas mlekowy, hydrolizować białka, hydrolizować tłuszcz, wytwarzać związki aromatyzujące i dwutlenek węgla, hamować rozwój obcej mikroflory, w tym chorobotwórczej. W skład szczepionek może wchodzić jeden szczep, 1

kilka

szczepów, lub kilkanaście dobranych w taki sposób, aby uzyskany zestaw

charakteryzował się cechami odpowiednimi dla określonego kierunku produkcji. Kultury mleczarskie można podzielić w zależności od optymalnej temperatury inkubacji na mezofilne (18 - 32°C) oraz termofilne (37 - 45°). Kultury mezofilne oparte są głównie na paciorkowcach mlekowych z rodzaju Lectococcus i Leuconostoc, rzadziej natomiast w ich skład wchodzą pałeczki mlekowe z rodzaju Lactobacillus. Obok produkcji kwasu mlekowego ważną funkcją zakwasów mezofilnych jest zdolność wytwarzania substancji aromatycznych i gazowych, takich jak dwuacetyl i dwutlenek węgla, powstających głównie w wyniku fermentacji cytrynianów zawartych w mleku. Specyficzną formą zakwasów mezofilnych są ziarna kefirowe. Klasyczne ziarna kefirowe (tzw. grzybki kefirowe) to konglomeraty (zlepieńce) wielkości 2 – 5 cm, wyglądem przypominające małe cząsteczki kalafiora lub rozgotowane ziarna ryżu, o nieregularnym kształcie i barwie żółtawej, są sprężyste w dotyku. Tworzą je komórki drobnoustrojów, produkty ich autolizy, białko mleka i produkty jego proteolizy, węglowodany oraz polisacharydy wytwarzane przez obecne bakterie. W ich skład wchodzą: • heterofermentatywne lub homofermentatywne pałeczki rodzaju Lactobacillus (Lb. caucasicus, Lb. desidosus, Lb. brevis, Lb. celebiosus, Lb. casei, Lb. casei subsp. alactosus), • paciorkowce mlekowe Lactococcus (Lc. lactis subsp. lactis, Lc. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis, Lc. lactis subsp. cremoris) i Leuconostoc, • drożdże fermentujące laktozę (Candida kefir, C. pseudotropicalis, Bretanomyces anomalus), • drożdże niefermentujące laktozy (Saccharomyces uvarum, S. carlsbergensis, S. unisporus, S. delbrueckii, S. globosus, Kluyveromyces lactis), • niekiedy bakterie fermentacji octowej (Acetobacter sp.). Kultury termofilne używane są przede wszystkim do produkcji jogurtów. Można je podzielić na: - silnie kwaszące; należą do nich głównie Lactobacillus delbruecki ssp. bulgaricus, L. delbrueckii ssp. lactis, L. helveticus; oprócz kwasu mlekowego wytwarzają również różne składniki aromatów (aldehyd octowy, dwuacetyl, etanol),

2

- łagodnie kwaszące; należą tu głównie szczepy Streptococcus thermophilus, a niektóre z nich mają zdolność do syntezy polisacharydów wzmagając lepkość produktu końcowego, - probiotyczne; zawierają głównie takie szczepy jak Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium sp., Lactobacillus casei, L. rhamnosus; powodują powolne ukwaszanie mleka, dlatego najczęściej stosuje się je w kombinacji z S. thermophilus lub innymi bakteriami kwasu mlekowego. W skład mikroflory jogurtów naturalnych wchodzą bakterie Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus oraz Streptococcus thermophilus. Jednym z zaistotniejszych czynników zapewniających jogurtowi charakterystyczne cechy jest właściwa proporcja między liczbą pałeczek i paciorkowców. Za optymalną uważa się proporcję od 1:1 do 1:2. W produkcji probiotycznych napojów fermentowanych stosuje się bakterie o właściwościach probiotycznych, wykazujących uzdolnienia do kolonizacji przewodu pokarmowego i utrzymywania w nim korzystnej równowagi mikroflory. Bakterie probiotyczne dodaje się do mlecznych napojów fermentowanych lub łączy z innymi bakteriami fermentacji mlekowej. Do bakterii probiotycznych zaliczyć można bifidobakterie, pałeczki mlekowe (Lactobacillus), a także paciorkowce należące do rodzajów Pediococcus oraz Lactococcus.

Wymagania dla mleka przeznaczonego do produkcji zakwasów • do produkcji zakwasów stosuje się mleko świeże lub regenerowane, pełne bądź odtłuszczone, o wysokiej jakości higienicznej, • mleko powinno pochodzić od krów zdrowych, nie będących w okresie leczenia antybiotykami i nie żywionych paszami z dodatkiem antybiotyków; niedopuszczalne jest mleko mastitisowe, • niedopuszczalne jest mleko pochodzące od krów wysokocielnych oraz z okresu dwóch tygodni po wycieleniu, • mleko nie może zawierać środków myjąco – dezynfekujących, ani żadnych innych hamujących wzrost bakterii fermentacji mlekowej, • mleko powinno być pasteryzowane w temperaturze 90 – 95°C, przez 30 – 35 minut, a następnie ochłodzone do odpowiedniej temperatury zaszczepiania, charakterystycznej dla danej grupy bakterii.

3

Produkcja zakwasu macierzystego • zakwas macierzysty prowadzi się w niewielkiej ilości (np. butelki 1 l), co umożliwia zachowanie jałowych warunków hodowli, • przygotowane mleko nalewa się starannie do umytej butelki, napełniając ja do ½ objętości; szyjkę butelki wyciera się do sucha, po czym zamyka szczelnie korkiem z waty i prowadzi pasteryzację w temp. 90 - 95°C przez 30 – 35 min, • po dokonaniu pasteryzacji mleko chłodzi się do temp. optymalnej dla rozwoju danej kultury, • następnie wysiewa się do mleka czystą kulturę w ilości 1 – 5%, w zależności od rodzaju zakwasu, • należy pamiętać o sterylizacji szkła laboratoryjnego, sprzętów, korków, • butelkę z mlekiem po przeszczepieniu przetrzymuje się w temperaturze odpowiedniej dla rozwoju kultury bakteryjnej, • skrzep powinno się uzyskać po 2 – 10 h (bakterie termofilne) i 12 – 20 h (mezofilne bakterie ukwaszające); jest to zakwas macierzysty i jest stosowany do zaszczepiania mleka przeznaczonego na nowy zakwas macierzysty oraz do mleka przeznaczonego na zakwas roboczy.

Produkcja zakwasu roboczego • zakwas roboczy uzyskuje się z zakwasu macierzystego, • przygotowanie mleka: wybór najlepszego mleka, pasteryzacja w temp. 90 - 95°C przez 30 – 35 min, schłodzenie do optymalnej dla danej kultury temperatury, • obrzeże naczynia, w którym prowadzony był zakwas macierzysty należy wyjałowić przez opalenie lub przetarcie tamponem zwilżonym w alkoholu, • naczynie należy szczelnie zamknąć, zawartość dokładnie wymieszać i pozostawić w spokoju do ukwaszenia, • po uzyskaniu odpowiedniej kwasowości zakwas używa się lub schładza do temp. 2 - 6°C i przechowuje do użycia.

Ocena jakości zakwasu • zakwas powinien być równy, skrzep zwięzły, o kwasowości 32 – 36°SH dla bakterii mezofilnych i 40 – 45 °SH dla bakterii termofilnych, • zakwas przechowuje się w temperaturze 2 - 6°C; oziębiane zakwasu przeciwdziała starzeniu się komórek bakteryjnych, 4

• brak ścięcia mleka lub słaby skrzep i niedostatecznie wykształcony smak dowodzi, że w mleku znajdują się substancje hamujące lub niszczące mikroflorę zakwasu; należy wówczas zlikwidować zakwas.

Produkcja mlecznych napojów fermentowanych Mleczne napoje fermentowane są produktami otrzymanymi z mleka odtłuszczonego lub pełnego, przy użyciu specyficznych mikroorganizmów (czystych kultur bakterii) w wyniku fermentacji mlekowej (czasami równocześnie innych, np. alkoholowej, propionowej). Napoje te nie mogą zawierać żadnych mikroorganizmów chorobotwórczych, ani być utrwalane termicznie. Zgodnie z definicją Komisji Kodeksu Żywnościowego Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) i Międzynarodowej Federacji mleczarskiej (FIL/IDF) z 1997 r., mleczne napoje fermentowane są produktami otrzymanymi z mleka w wyniku działania specyficznej mikroflory powodującej obniżenie pH i koagulację mleka. Zastosowane mikroorganizmy muszą być żywe, liczne i aktywne także w końcowym okresie przydatności do spożycia. PN określa mleczne napoje fermentowane nazwą mleko fermentowane i określa je jako produkt otrzymany w wyniku fermentacji mleka i/lub innych surowców pochodzenia mlecznego z użyciem odpowiedniej mikroflory, która powoduje obniżenie pH i/lub koagulację mleka; z dodatkiem lub bez dodatków nie więcej niż 30% (m/m) niemlecznych składników smakowych i/lub aromatów; o zwiększonej lub niezwiększonej zawartości suchej masy. Napoje mleczne fermentowane dzieli się obecnie na tradycyjne (I i II generacji) i tzw. nowe (III i IV generacji). Pierwsze z nich produkowane były od tysiącleci w warunkach domowych, w wyniku spontanicznej fermentacji, przeprowadzanej przez mikroorganizmy charakterystyczne dla rodzaju mleka i warunków klimatycznych w danym obszarze świata. Dziś produkcja przemysłowa tych napojów odbywa się przy użyciu kultur starterowych, dzięki czemu otrzymuje się produkty o standaryzowanej jakości – napoje II generacji – jogurt, kefir, kumys. Napoje III generacji produkowane są ze szczepionek tradycyjnych i probiotyków. Z kolei napoje mleczne fermentowane IV generacji produkuje się wyłącznie z wykorzystaniem szczepów jelitowych o udokumentowanych właściwościach probiotycznych. Pod względem metody produkcji mleczne napoje fermentowane można podzielić na napoje wytwarzane metodą zbiornikową – tzw. mieszane, w których wytworzony w zbiorniku skrzep poddaje się mieszaniu, następnie napełnia nim opakowania jednostkowe oraz termostatową – tzw. stałe, które inkubuje się w opakowaniach jednostkowych, dzięki czemu wytworzony skrzep nie jest poddawany obróbce mechanicznej i ma charakter żelu.

1

Uogólniony schemat technologiczny – produkcja mlecznych napojów fermentowanych Ocena i selekcja mleka Wirowanie mleka (czyszczenie i wstępna normalizacja) Normalizacja końcowa (tłuszcz i sucha masa) Homogenizacja 45 - 50°C, 25 MPa

Pasteryzacja 85°C, 30 min Ochładzanie do temp. optymalnej dla danej szczepionki

Dodawanie zakwasu

Metoda zbiornikowa

Metoda termostatowa

Ukwaszanie w zbiornikach

Rozlew do opakowań jednostkowych

Ochładzanie produktu

Dodatek substancji smakowych

Dodatek substancji smakowych

Ukwaszanie w termostacie

Pakowanie i nalewanie produktu do opakowań

Chłodzenie produktu

Magazynowanie

Dystrybucja

2

W zależności od formy występowania mleczne napoje fermentowane można podzielić na napoje płynne i półpłynne (np. jogurty mieszane), o zwiększonej po procesie fermentacji zawartości suchej masy (np. pasty i proszki) oraz zestalone (np. mrożone i żele).

Czynniki wpływające na jakość mlecznych napojów fermentowanych Normalizacja suchej masy Zwiększenie suchej masy do produkcji jogurtu osiąga się stosując różne metody. Należą do nich: - dodatek mlecznych produktów sproszkowanych, takich jak: proszek mleczny, proszek maślankowy, proszek serwatkowy i/lub koncentrat białek serwatkowych, kazeina i kazeiniany, - zagęszczenie mleka w wyparkach próżniowych, - techniki membranowe: mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza, - dodatek białek pochodzenia roślinneg i zwierzęcego, np. soi i innych nasion strączkowych, jaja kurzego, słonecznika, orzechów ziemnych, kokosu, owsa i innych. Najpowszechniejszym sposobem wzbogacenia mleka jogurtowego jest dodatek odtłuszczonego proszku mlecznego. Zalecany poziom dodatku wynosi 3-4%. Przekroczenie tego poziomu może powodować smak proszkowy. Obecnie w jogurtach smakowych coraz częściej proces zwiększania suchej masy zastępuje się poprzez dodatek różnego rodzaju substancji zagęszczających pochodzenia niemlecznego (hydrokoloidów). Wiążą one wodę i poprawiają konsystencję i teksturę. Należą do nich np. pektyna, żelatyna, skrobie modyfikowane, guma guar, karagen, mączka z nasion chleba świętojańskiego. Homogenizacja Proces ten wywiera istotny wpływ na jakość napojów fermentowanych. Jego rola polega nie tylko na zapobieganiu podstawaniu się tłuszczu, ale także na poprawie konsystencji i stabilności skrzepu, ograniczeniu synerezy, poprawie wyglądu, smaku i barwy. Pasteryzacja Głównym celem tego procesu jest ochrona zdrowia konsumenta oraz przedłużenie trwałości mleka i jego przetworów. W produkcji jogurtu obróbka cieplna ma dodatkowe znaczenie związane z poprawą cech fizycznych jogurtu. Ogrzewanie mleka wpływa na poprawę właściwości skrzepu, tzn. wzrost twardości i ograniczenie synerezy. Efekt ten związany jest z przemianami w związkach azotowych mleka, które polegają przede wszystkim na denaturacji białek serwatkowych i ich wzajemnej agregacji oraz interakcji z kazeiną. Maksymalny stopień integracji na miejsce w temp. 85°C, a najlepszy skrzep powstaje przy ogrzewaniu w 85°C przez 30 minut. Kultury starterowe Podstawowym kryterium w doborze odpowiedniego zakwasu jest zdolność do produkcji substancji smakowo-zapachowych (kwasu mlekowego, aldehydu octowego, 3

diacetylu) i związków śluzotwórczych (egzopolisacharydów), nadających mlecznym napojom fermentowanym właściwe cechy tekstury oraz ich właściwości probiotyczne, dzięki którym produkt posiada wysoką wartość profilaktyczną. Procesem zachodzącym podczas produkcji mlecznych napojów fermentowanych i będącym wynikiem aktywności kultur, jest fermentacja mlekowa, czasem także alkoholowa. Procesy te zachodzące w warunkach beztlenowych, polegają na enzymatycznej przemianie węglowodanów do kwasu mlekowego, etanolu, kwasu octowego, kwasu mrówkowego i dwutlenku węgla oraz energii potrzebnej do procesów życiowych komórek bakterii. Fermentacja mlekowa może mieć postać homofermentacji – kwas mlekowy stanowi 85% wszystkich metabolitów, oraz heterofermentacji – kwas mlekowy stanowi 50% wszystkich metabolitów, ponadto powstają także kwas octowy, etanol oraz dwutlenek węgla. Mikroorganizmy stosowane do produkcji mlecznych napojów fermentowanych wytwarzają związki nadające specyficzny aromat. Do najważniejszych zaliczyć można kwas mlekowy, aldehyd octowy, diacetyl, kwas octowy i alkohol etylowy. Oprócz tych związków wytwarzane są w mniejszych ilościach lotne kwasy (mrówkowy, propionowy), aceton, alkohole i estry. Kwas mlekowy jest głównym produktem we wszystkich napojach fermentowanych i wywiera istotny wpływ na smak i zapach. Diacetyl jest produktem powstającym głównie w wyniku fermentacji cytrynianów. Najwięcej diacetylu jest w napojach zawierających bakterie L. lactis ssp. lactis var. diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris (maślanka, śmietana, kwaśne mleko). W przypadku jogurtów i produktów pochodnych, głównym składnikiem aromatu jest aldehyd octowy, który powstaje w wyniku metabolizmu laktozy. Spośród bakterii jogurtowych Lactobacillus delbruecki ssp. bulgaricus wywtarzają go więcej niż Streptococcus thermophilus. Jego optymalna zawartość w jogurcie wynosi od 10 do 15 ppm, aby osiągnąć wyrób o zdecydowanym zapachu ilość tego związku powinna kształtować się na poziomie od 20 do 40 ppm. Intensywna synteza tego związku rozpoczyna się przy pH 5,0 a maksymalny jego poziom zostaje osiągnięty przy pH 4,2. Z kolei przy pH 4,0 następuje stabilizacja wytwarzania aldehydu octowego. Jego zawartość zależy od rodzaju zakwasu, efektu synergizmu między mikroflorą zakwasu, składem suchej masy w mleku, obróbki termicznej mleka jogurtowego, warunków inkubacji oraz gatunku zwierzęcia, od którego pochodziło mleko. Powstawaniu aldehydu octowego sprzyja zwiększenie zawartości suchej masy oraz intensywna obróbka termiczna. W przypadku napojów otrzymanych na bazie fermentacji alkoholowej znaczny udział w kształtowaniu smaku ma alkohol etylowy. Do związków współtworzących bukiet smakowo-zapachowy zaliczyć można także lotne wolne kwasy tłuszczowe (octowy, propionowy, mrówkowy, masłowy, izowalerianowy, kapronowy, kaprylowy i kaprynowy. Powstają one z tłuszczu w wyniku lipolizy zachodzącej na skutek działania lipaz wytwarzanych przez bakterie fermentacji mlekowej. Proces ten przebiega jednakże w ograniczonym zakresie, mogącym wpływać na cechy organoleptyczne wyrobu i zależy przede wszystkim od rodzaju szczepionki, rodzaju mleka, czasu, temperatury pasteryzacji i inkubacji oraz okresu przechowywania. Wzrost zawartości wolnych kwasów tłuszczowych w jogurtach jest wynikiem nie tylko przemian lipolitycznych, a dowodem na to jest nie tylko zwiększenie ich ilości także w produktach odtłuszczonych. Zjawisko to spowodowane jest prawdopodobnie reakcjami oksydatywnej deaminacji i dekarboksylacji 4

aminokwasów, w wyniku czego ulegają one przemianie do odpowiadającym im pod względem budowy chemicznej lotnych kwasów tłuszczowych. Podczas dojrzewania i przechowywania napojów fermentowanych obecne w nich mikroorganizmy wytwarzają enzymy proteolityczne zdolne do degradacji białek. Prowadzi to do wytwarzania różnej wielkości peptydów i wolnych aminokwasów. Procesy te mają wpływ na fizyczną strukturę żelu oraz cechy smakowo-zapachowe jogurtu. Uwolnione peptydy i aminokwasy są składnikami smakowymi lub prekursorami składników smakowych takich jak aldehyd octowy, etanol, acetoina, diacetyl i kwas octowy. Mogą mieć także znaczenie odżywcze w postaci tzw. peptydów funkcjonalnych. Właściwości odżywcze i zdrowotne Odżywcza i terapeutyczna wartość mlecznych napojów fermentowanych związana jest głównie z: - podwyższeniem strawności i wartości odżywczej mleka, - zmniejszeniem zawartości laktozy, - lepszą tolerancją mleka przez osoby wykazujące cechę złego przyswajania laktozy, -wzrostem przyswajalności żelaza i wapnia, - wzrostem zawartości niektórych witamin z grupy B, - regulowaniem składu mikroflory jelitowej, - hamowaniem rozwoju drobnoustrojów patogennych w układzie pokarmowym, - działaniem hamującym w stosunku do niektórych grup nowotworów, - obniżaniem poziomu cholesterolu we krwi. Bakterie probiotyczne powinny spełniać szereg kryteriów, w tym: - tworzenie lub rekonstrukcja zrównoważonej mikroflory autochtonicznej człowieka, - zdolność kolonizacji określonych miejsc w organizmie człowieka, - wzrost odporności człowieka na kolonizację przez mikroflorę allochtoniczną, a szczególnie chorobotwórczą, - hamowanie aktywności kancerogennej mikroflory feklanej i zmniejszenie ryzyka nowotworów, - niespecyficzna stymulacja systemu immunologicznego człowieka, - zmniejszenie skutków defektu laktozowego, - zdolność obniżania poziomu cholesterolu we krwi, - odporność na niskie pH i wysokie stężenie soli żółciowych. Wpływ na mikroflorę przewodu pokarmowego Podstawową i najlepiej udokumentowaną rolą, jaką probiotyki odgrywają w przewodzie pokarmowym człowieka jest normalizacja mikroflory jelitowej. Naturalna mikroflora człowieka bytuje zarówno na wewnętrznych jak i zewnętrznych powierzchniach ciała, a szczególnie obficie w przewodzie pokarmowym. Jest to tzw. mikroflora autochtoniczna odgrywająca bardzo ważną rolę w utrzymaniu zdrowia i prawidłowych funkcji organizmu. Drugi typ mikroflory stanowi ...