View
258
Download
13
Category
Preview:
DESCRIPTION
Culturi Starter Utilizate in Industria Alimentara
Citation preview
CULTURI STARTER
Culturile starter sunt definite ca acele culturi care se obţin
plecând de la o cultură pură stoc şi care prin trecere prin
culturi intermediare (pasaje) devin apte de a fi folosite
pentru producţia unor alimente fermentate. Culturile starter
pot fi formate numai dintr-un singur microorganism sau din
mai multe microorganisme.
Culturile starter de microorganisme sunt utilizate în
vederea:
dirijării unor procese biochimice prin care se asigură
produsului un anumit grad de inocuitate (inclusiv
capacitatea de conservare);
asigurării unor însuşiri senzoriale;
asigurării, în unele cazuri, şi a unor însuşiri nutritive.
La folosirea culturilor starter în industria alimentară trebuie
să se aibă în vedere următoarele:
să conţină un anumit număr de microorganisme viabile
(g/ml) şi un număr cât mai redus de germeni nedoriţi;
produşii metabolici, primari şi secundari, să nu prezinte
pericol pentru sănătatea oamenilor;
să nu conţină şi să nu producă antibiotice care se
utilizează în scop terapeutic la oameni;
să aibă o anumită (anumite) activităţi specifice: de
producere a acidului lactic, de reducere a azotului etc;
microorganismele existente în cultură să fie declarate cu
numele ştiinţific întreg;
speciile (suşele) noi care se introduc în producţie, trebuie
să fie înregistrate la MS şi să fie depozitate în colecţii cu
nomenclator; înainte de utilizare în producţie să fie testate
din punct de vedere al inocuităţii în conformitate cu
legislaţia în vigoare;
suşele declarate a fi sigure trebuie controlate la intervale
regulate de către institute specializate, în ceea ce priveşte
puritatea lor;
speciile, care pe baza noilor cunoştinţe ştiinţifice au fost
recunoscute ca având potenţial patogen sau toxicogen,
trebuie să fie supuse unui control riguros pentru fiecare
suşă, realizându-se studii de toxicitate pe termen lung, de
carcinogenitate şi mutagenitate.
Toate cele menţionate trebuie să se constituie ca o
obligativitate absolută deoarece:
culturile starter se pot consuma în stare vie, odată cu
produsul alimentar, aşa cum este cazul produselor lactate
acide, brânzeturilor, salamurilor şi cârnaţilor cruzi, a unor
sortimente de bere, a unor produse vegetale: varză murată,
castraveţi muraţi, gogonele murate, măsline verzi;
culturile starter se pot consuma după distrugerea lor,
rămânând în produsul alimentar atât ele cât şi produşii lor
de metabolism, aşa cum este cazul brânzei proaspete de
vaci şi a iaurtului care au fost pasteurizate, brânzeturilor
topite, produselor de panificaţie etc.;
produşii de metabolism ai culturilor starter se consumă
odată cu produsele alimentare, însă microorganismele sunt
eliminate în cea mai mare parte, aşa cum este cazul berii,
vinului, alcoolului, oţetului, acidului citric, acidului lactic
etc.
Microorganismele sunt utilizate în industria alimentară
pentru:
BACTERIILE utilizate în industria alimentară aparţin
următoarelor genuri:
Genul Streptococcus Acest gen cuprinde specii de bacterii
sub formă de coci sferici sau ovali cu 2, grupate în
diplo sau formă de lanţuri. Sunt Gram pozitive, facultativ
anaerobe, neciliate, nesporulate, unele specii fiind
capsulate.
Importanţi pentru industria alimentară sunt:
Streptococii mezofili : Streptococcus lactis (Lactococcus
lactis subsp. lactis), Str. cremoris (Lactococcus lactis
subsp. cremoris), Str. diacetilactis (Lactococcus lactis
subsp. diacetilactis);
Streptococii termofili: Str. thermophilus.
Aceşti streptococi lactici sunt homofermentativi, produc
acid lactic L(+) şi prezintă următoarele activităţi:
- activitate fermentativă: fermentează lactoza şi glucoza;
- activitate proteolitică;
- produc diacetil şi acetoină din acid citric ( în principal Str.
diacetilactis).
Fermentarea lactozei de către streptococii lactici se face
prin transformarea iniţială a acesteia în glucoză şi galactoză
– 6P prin intermediul fosfo--galactozidazei. În continuare,
glucoza este apoi fermentată pe calea hexozo – difosfatului
în acid lactic, iar galactoza – 6P este utilizată pe calea
tagatozei în vederea producerii unei cantităţi suplimentare
de acid lactic (fig. 1.11.).
Figura 1.11. Calea tagatozei de degradare a lactozei de
către streptococii lactici
Fermentarea glucozei de către streptococii lactici poate fi
făcută pe cale homofermentativă cu producerea în principal
de acid lactic şi pe cale heterofermentativă, în condiţile în
care glucoza este limitată, calea heterofermentativă fiind
calea ribulozei – 5P cu formare de acid acetic, etanol şi
acid lactic (fig. 1.12.).
2
Figura 1.12. Calea homo şi heterofermentativă de
degradare a glucozei de către bacteriile lactice
Fermentarea acidului citric cu formare de diacetil, acetoină
şi 2,3 butilenglicol este arătată în figura 1.13. Acelaşi
mecanism îl folosesc şi leuconostocii.
Figura 1.13. Transformarea citratului de către Str. lactis
subsp. diacetilactis şi Leuconostoc
Genul Leuconostoc Acest gen cuprinde bacterii cu formă
sferică, lenticulară, grupate în perechi sau lanţuri, imobile,
asporogene, Gram negative, facultativ anaerobe.
Pentru dezvoltare, leuconostocii au nevoie de vitamine
(acid nicotinic, tiamină, biotină) şi zaharuri
fermentescibile. Nu sunt proteolitici şi nu reduc azotaţii.
Specii de Leuconostoc formează polimeri (dextran). Se
dezvoltă bine la 20-30C.
Genul Leuconostoc cuprinde speciile: Leuconostoc
cremoris (citrovorum); Leuconostoc lactis; Leuconostoc
dextranicum; Leuconostoc mezenteroides.
Aceste specii sunt heterofermentative şi se dezvoltă greu în
laptele fără adaos de stimulatori. În produsele lactate,
leuconostocii au două funcţii de bază:
- produc compuşi de aromă (diacetil, acetoină);
- produc ochiuri de fermentare prin formare de CO2 în
unele tipuri de brânzeturi (Edam, Goude, Tilsit).
Ambele funcţii sunt realizate prin metabolismul citratului,
dar leuconostocii produc CO2 şi din lactoză. Leuconostocii
intervin deci în metabolismul glucidelor şi al citratului.
Metabolismul glucidelor Fermentarea glucidelor de către
leuconostoci se face pe calea fosfocetohexozelor, dintr-un
mol de hexoză regenerându-se câte un mol de ATP. Genele
care codifică etapele iniţiale ale fermentării lactozei (ca de
altfel şi ale metabolizării citratului, producerii de proteaze)
sunt localizate în plasmide.
Metabolismul citratului Metabolismul citratului de către
leuconostoci este acelaşi ca şi la streptococi cu menţiunea
că leuconostocii produc diacetil şi acetoină la pH scăzut.
Acetoina se poate forma pe două căi:
- prin decarboxilarea acetolactatului;
- din diacetil prin intermediul diacetil reductazei, într-o
reacţie care necesită NADH sau NADPH. Această ultimă
cale este redusă sau chiar lipseşte în cazul lui Str.
diacetilactis, din cauza capacităţii limitate a acestuia de a
produce acetil- CoA, unul din precursorii diacetilului.
Leuconostocii (ca de altfel şi lactobacilii) pot produce la
unele brânzeturi unele defecte şi anume:
- crăparea pastei la brânza Cheddar ( defect numit “Blit
opennes”);
- apariţia timpurie de gaze la brânza Goude (Str.
diacetilactis poate produce şi el defectul de “plutire” a
coagulului, la brânza Cottage).
Aceste defecte se datorează formării de CO2. Pentru a se
preveni defectul de “plutire” a coagulului, brânza Cottage
se fabrică cu o cultură care nu conţine Str. diacetilactis,
adăugându-se apoi în brânza obţinută o cultură de
Leuconostoc citrovorum cultivată pe lapte cu adaos de
citrat sau o cultură concentrată de Leuconostoc citrovorum.
În afară de industria laptelui, leuconostocii se utilizează şi
pentru:
- fermentarea unor produse vegetale (varză, castraveţi,
măsline) intervenind în cadrul microflorei spontane sau sub
formă de culturi concentrate;
- fermentarea malolactică a vinurilor;
3
- producţia de dextran.
În industria laptelui se folosesc culturi lactice care conţin
streptococi acidifianţi (Str. lactis şi Str. cremoris), precum
şi bacterii producătoare de aromă şi unele specii de
Leuconostoc şi Str. diacetilactis, ultimul fiind aromatizant
şi acidifiant.
Genul Pediococcus. Acest gen aparţine familiei
Streptococaceae şi cuprinde bacterii sub formă de coci
perechi sau tetrade. Metabolismul acestor bacterii este
predominant fermentativ, homolactic. Se produce acid
lactic racemic (DL) din glucoză, fructoză, manoză.
Sorbitolul şi amidonul nu sunt fermentaţi. Multe specii sunt
catalază-negative, dar se întâlnesc şi specii care au
activitate catalazică independentă de hem.
Principalele criterii de diferenţiere între diferitele specii de
pediococi sunt menţionate în tabelul 3.8
P. acidilacti, în culturi starter, este utilizat pentru obţinerea
de produse din carne fermentate la temperaturi mai ridicate,
deoarece are o dezvoltare bună la 42-52C, producând
rapid acidul lactic şi deci scade efectiv pH-ul, produsul
obţinut având gust acrişor. Atunci când se utilizează la
fermentarea unor produse de carne la temperatura de 16-
27C, producţia de acid lactic este mai lentă şi implicit se
pot dezvolta şi microorganismele care contaminează
carnea, durata de fermentaţie fiind mai mare.
P. pentosaceus produce o fermentaţie rapidă când
substratul conţine un glucid fermentescibil, temperatura de
fermentare fiind cuprinsă între 15-27C.
Din tabelul de mai sus rezultă că P. pentosaceus este mai
eficace în ceea ce priveşte producţia de acid lactic atât la
26,7C cât şi 29,4C în comparaţie cu P. acidilactici.
Având în vedere că pediococii produc acid lactic şi
bacteriocine, ei exercită o acţiune inhibitoare faţă de
microorganismele patogene şi cele de alterare (stafilocici,
salmonele, Cl. botulinum, bacili, enterobacterii gram
negative, drojdii).
În produsele de carne fermentate, pediococii pot scade pH-
ul de la 5,6 la 4,5-5,2 ceea ce face ca proteinele să fie aduse
aproape de punctul izoelectric fapt ce favorizează sinereza
şi deci uscarea produsului.
Acidul lactic produs contribuie la denaturarea proteinelor
din carne ceea ce contribuie la realizarea unei texturi ferme
a produsului finit.
Genul Lactobacillus. Acest gen aparţine familiei
Lactobacillaceae. Această familie cuprinde bacterii sub
formă de bastonaşe de lungimi şi grosimi variabile, precum
şi cocobacili scurţi, aşezaţi obişnuit în lanţuri în faza de
înmulţire logaritmică.
Sunt asporogene, imobile, Gram pozitive, anaerobe sau
facultativ anaerobe. În general sunt catalază –negative
citocrom-oxidază –negative, nu reduc azotaţii, nu lichefiază
gelatina. Au activitate proteolitică şi lipolitică redusă.
Glucidele cele mai bine fermentate sunt: lactoza, maltoza,
zaharoza (mai ales în faza de dezvoltare), apoi hexozele
(glucoza, fructoza, galactoza).
Pentru dezvoltare necesită substanţe minerale şi toate
vitaminele din grupul B. Se dezvoltă bine în mediu cu pH
5,5-5,8, dar şi la pH 5 . Se pot dezvolta în limite largi de
temperatură (5-53C), dar temperatura optimă este cuprinsă
între 30 şi 45C.
În funcţie de temperatura optimă de dezvoltare lactobacilii
pot fi:
termofili: L. lactis, L. helveticus, L. bulgaricus, L.
acidophilus, temperatura optimă fiind 37-45C;
mezofili: L. casei, L. plantarum, L. brevis etc.; temperatura
optimă de dezvoltare fiind 26-30C.
Orla Jensen a împărţit genul Lactobacillus în următoarele
grupe:
1. grupa Thermobacterium care cuprinde lactobacili
homofermentativi termofili: L. lactis, L. helveticus, L.
bulgaricus, L. acidophilus, L. delbrueckii; L. leichmanii;
2. grupa Streptobacterium – care cuprinde lactobacilii
homofermentativi mezofili: L. casei, L, plantarum;
3. grupa: Betabacterium – care cuprinde lactobacili
heterofermentativi, ce contaminează frecvent brânzeturile:
L fermenti, L. buchneri, L. brevis, L. viridiscens.
Streptobacteriile la rândul lor, au fost clasificate de către
unii autori în neacidorezistente şi acidorezistente.
Lactobacilii neacidorezistenţi produc compuşi aromatici
(diacetil, acetoină). Se prezintă sub formă de bastonaşe de
lungimi variabile şi rar formează lanţuri .
Se pot dezvolta la 2-15C. Nu se dezvoltă la pH 5,6. Se
utilizează în culturi starter la fermentarea salamurilor crude
cu pH = 5,6 – 6,1, produsele având o durată mare de
maturare, iar gustul final fiind slab acrişor dulceag.
Lactobacilii acidorezistenţi au formă de bastonaşe scurte
care formează lanţuri. Se dezvoltă bine la pH 5,0.
Activitatea metabolică a lactobacililor în produsele
alimentare fermentate se referă la metabolismul lactozei,
galactozei şi glucozei. Zaharoza este fermentată numai
după hidroliza acesteia în glucoză şi fructoză.
Metabolismul lactozei Pentru a se dezvolta în lapte,
lactobacilii homofermentativi hidrolizează lactoza cu
ajutorul -galactozidazei şi/sau -D–fosfogalactozid–
galactohidrolazei, aşa cum arată în schema din figura 1.14.
Figura 1.14. Transformarea lactozei în glucoză şi
galactoză respectiv glucoza şi galactoza 6P de către
lactobacilii homofermentativi
Culturi starter Temperatura de
incubare, C
Durata,
ore
pH-ul
P. pentosaceus
P. acidilacti
P. pentosaceus
P. pentosaceus
26,7
26,7
29,4
29,4
20
38
13
28
5,00
5,65
5,00
5,40
4
-D-galactozid–galactohidrolaza este utilizată de Lb. casei
iar -galactozidaza este utilizată de majoritatea
lactobacililor (L. bulgaricus, L. lactis, L. helveticus etc.),
deşi aceştia din urmă au şi activitate -D–fosfogalactozid–
galactohidrolazică, însă mai redusă.
L. bulgaricus are -galactozidază activă la pH = 7,0 şi este
activată de Mg2+
, Mn2+
şi Fe2+
. În cele mai multe cazuri,
lactobacilii folosesc mai mult glucoza ca sursă de energie
în comparaţie cu lactoza şi galactoza. Unii lactobacili
eliberează în mediu galactoză care se acumulează.
Metabolismul hexozelor După hidroliza lactozei în celulele
lactobacililor homofermentativi, hexozele rezultate sunt
metabolizate pe calea Embden – Meyerhof.
Lactobacilii heterofermentativi fermentează hexozele pe
calea hexozomonofosfatului, aceşti lactobacili neavând
aldolază şi triozofosfat izomerază care sunt enzime cheie în
calea Embden – Meyerhof. Aceasta este de fapt şi diferenţa
dintre cele două grupe de microorganisme, adică
lactobacilii homofermentativi posedă atât aldolază cât şi
triozofosfatizomerază, în timp ce lactobacilii
heterofermentativi nu posedă aceste enzime.
Galactoza, rezultată din lactoză, pentru a fi fermentată
trebuie mai întâi să fie transformată într-un derivat
fosforilat al glucozei (glucozo-6P), care apoi suferă
transformări pe calea Embden – Meyerhof (fig. 1.15.).
Figura 1.15. Transformarea galactozei în glucoză-6P de
către lactobacili
Activitatea proteolitică. Activitatea proteolitică a
lactobacililor contribuie atât la textura cât şi la aroma unor
produse alimentare (produse lactate, produse vegetale
fermentate, produse din carne fermentate etc.), dar şi la
eliberarea unor aminoacizi care stimulează creşterea şi
activitatea altor bacterii lactice folosite în culturile starter în
amestec cu lactobacilii. Se consideră că activitatea
endoproteinazică a lactobacililor este asociată cu
membrana celulelor, iar activitatea exopeptidazică este
localizată intracelular. Enzimele din membrana celulelor
produc hidroliza parţială a macromoleculelor proteice, din
care se formează peptide suficient de mici pentru a fi
transportate în interiorul celulelor unde se continuă
degradarea lor până la aminoacizi, necesari creşterii (figura
1.16.).
Activitatea proteolitică a lactobacililor este optimă la pH
5,2- 5,8 şi temperatura de 45-50C. La temperaturi mai
mari de 55C activitatea proteolitică este mult redusă
datorită termodenaturării enzimei iar la 70C/1min
enzimele sunt complet inactivate.
În cazul laptelui, proteinazele extracelulare ale L.
bulgaricus sunt active faţă de -cazeină, apoi în ordine
descrescătoare şi faţă de Қ şi cazeină.
Figura 1.16. Acţiunea endoproteinazelor extracelulare şi a
exopetidazelor intracelulare în cazul lactobacililor
Producerea de compuşi de aromă şi H2O2 Principala
contribuţie a lactobacililor este producţia de acid lactic. În
cazul produselor lactate acide, deşi speciile de lactobacili
implicate sunt homofermentative, acestea însă produc şi alţi
metaboliţi, printre care produşi volatili ca: acetaldehida,
diacetil şi alcool. In cantitate mai mare fiind produsă
acetaldehida. În plus, L. casei produce diacetil din citrat,
mai ales atunci când laptele se suplimentează cu citrat (L.
casei nu este însă un producător major de diacetil). Anumiţi
lactobacili produc H2O2 care se acumulează în mediul şi
jenează dezvoltarea altora. Acumularea H2O2 în mediul de
cultură este posibilă pentru ca lactobacilii sunt catalază –
negativi. Incapacitatea lactobacililor de a distruge
metabolic H2O2 explică de ce aceştia nu se dezvoltă bine în
condiţii puternic aerobe, oxigenul fiind toxic pentru
lactobacili care nu posedă superoxiddismutază, enzimă care
se constituie ca un sistem de protecţie faţă de toxicitatea
oxigenului, cum este cazul altor bacterii.
Acţiunea lactobacililor este îmbunătăţită prin interacţiuni
cu alte bacterii lactice. De exemplu, cultura mixtă formată
din L. bulgaricus şi Str. thermophilus este adecvată pentru
fabricarea iaurtului, deoarece cultura mixtă produce mai
rapid acid lactic.
Interacţiunea dintre cele două bacterii lactice este benefică
din următoarele motive:
- L. bulgaricus produce aminoacizi liberi, în particular
histidină, care stimulează producţia de acid lactic a lui Str.
thermophilus;
- Str. thermophilus, pe de altă parte, produce acid formic,
care stimulează activitatea lui L. bulgaricus;
- Str. thermophilus, deşi produce o cantitate suficientă şi
de CO2 care stimulează dezvoltarea lui L. bulgaricus, totuşi
dezvoltarea acestuia este mai redusă, deoarece Str.
thermophilus utilizează mai rapid anumite substanţe
nutritive esenţiale pentru dezvoltarea lui L. bulgaricus. În
plus, lactobacilii, în general, sunt sensibili chiar la niveluri
foarte reduse de antibiotice, în comparaţie cu Str.
thermophilus ( de aici şi necesitatea ca laptele să nu conţină
urme de antibiotice).
Utilizarea culturilor de lactobacili:
5
În industria laptelui se utilizează Lactobacillus lactis şi
Lactobacillus bulgaricus, singuri sau în amestec la
fabricarea iaurtului, chefirului, cumâsului, brânzei
Ementhal, brânzeturilor italiene. Lactobacillus helveticus
este şi el implicat în unele din aceste produse.
Lactobacillus acidophilus este folosit la fabricarea laptelui
acidofil, laptelui acidofil nefermentat şi a altor produse
acidofile. Lactobacillus casei se utilizează pentru obţinerea
produsului yakult.
În industria cărnii interesează Lactobacillus sake,
Lactobacillus curvatus şi în special Lactobacillus
plantarum care se caracterizează prin faptul că nu produce
CO2 la fermentarea glucozei dar produce CO2 din gluconat.
Riboza este fermentată la acid lactic şi acid acetic. Posedă
activitate aldolazică, glucozo – 6P – dehidrogenazică. Prin
fermentaţie lactică se produce acid lactic racemic (DL).
Lactobacillus plantarum este facultativ anaerob, nu
produce NH3 din arginină. Poate acidifica laptele şi are
temperatura optimă de dezvoltare la 30-35C. Nu necesită
pantotenat, tiamină, niacină pentru dezvoltare.
Lactobacillus plantarum ca şi Lactobacillus sake pot
descompune acidul gluconic cu formare de acid acetic ceea
ce este dezavantajos în cazul salamurilor la care se
foloseşte glucono – delta – lactona ca acidifiant chimic.
Lactobacillus plantarum poate reduce NaNO3 dacă pH-ul
mediului este mai mare de 6,0 şi nu există zaharuri
fermentescibile în mediul de cultură. Lactobacillus sake şi
Lactobacillus curvatus produc H2O2 în prezenţa O2
atmosferic. Cei doi lactobacili se întâlnesc frecvent în
salamurile crude fără adaos de culturi starter (sunt
componenţi ai microflorei spontane a compoziţiei de
carne).
Alte utilizări Lactobacilii interesează şi în fermentarea
măslinelor, verzii, castraveţilor, gogonelelor, în producerea
spirtului şi drojdiei presate în vederea acidifierii
plămezilor, la fermentarea unor produse fermentate din
cereale (bragă, cvas), la fabricarea acidului lactic prin
fermentare etc.
Genul Micrococcus şi Staphylococcus Microorganismele
din genurile Micrococcus şi Staphylococcus aparţin
familiei Micrococaceae care cuprinde bacterii sub formă de
coci. Se pot dezvolta în medii care conţin 15% NaCl.
Pentru industria cărnii interesează anumite specii de
micrococi şi stafilococi care sunt folosite pentru:
- capacitatea lor de a reduce azotaţii la azotiţi (contribuie
la formarea culorii cărnii sărate în prezenţă de azotaţi);
- activitatea lor catalazică;
- activitatea de acidificare, proteolitică şi lipolitică.
Dintre speciile de micrococci interesează Micrococcus
aurantiacus şi Micrococcus varians.
Pentru industria laptelui, micrococii formează partea
principală a populaţiei nelactice din laptele crud şi
respectiv brânzeturile fabricate din laptele crud. Din brânza
Cheddar fabricată din lapte crud a fost izolat Micrococcus
freundenreichii, care a fost ulterior utilizat sub formă de
cultură pură în scopul accelerării formării aromei brânzei
fabricate din lapte pasteurizat datorită activităţii proteolitice
şi lipolitice. Tot în scopul maturării unor brânzeturi cu
pastă presată s-a utilizat un preparat enzimatic şi anume
Rulactina ce conţine o metal-protează cu activitate strict
endoproteinazică obţinută din Micrococcus caseolyticus.
Din genul Staphylococcus interesează speciile de
stafilococi coagulază-negativi, nepatogeni cum ar fi:
Staphylococcus carnosus, Staphylococcus xilosus,
Staphylococcus simulans.
Combinaţiile de micrococi şi stafilococi sunt eficace pentru
activitatea azotat-reductazică şi catalazică. În aceste
combinaţii, Staphylococcus carnosus acţionează mai bine
decât micrococii în formarea culorii, reducând azotaţii la
azotiţi şi respectiv azotiţii la oxid de azot, chiar în condiţii
de aciditate ridicată a substratului. Aroma produselor la
care este utilizată cultura starter de Staphylococcus
carnosus este superioară.
Genul Streptomyces. Specii din genul Streptomyces pot
altera alimentele, producând mirosuri şi gusturi
dezagreabile, altele (puţine la număr) sunt patogene.
Streptomyces griseus senso Hötter este însă inofensiv şi a
fost folosit pentru capacitatea sa de a reduce azotatul la
azotit, putându-se dezvolta bine în substraturi care conţin ~
8% NaCl şi care au pH = 5,8-8,5. Temperatura optimă de
dezvoltare este la 30C. Este catalază – pozitiv având
capacitate proteolitică dar nu şi lipolitică. Poate fi asociat
cu micrococii şi/sau lactobacilii. În salamurile crude se
inoculează la nivel de 5·103 /g compoziţie.
Genul Propionibacterium. Bacterile din genul
Propionibacterium fac parte din familia
Propionibacteriaceae. Bacteriile propionice fermentează
carbohidraţii, piruvatul/lactatul. Bacteriile propionice “tip
lapte” sunt: Propionibacterium freundreichii (cu
subspeciile freundreichii, globosum şi shermani),
Propionibacterium theonii, acidipropionici şi jensenii.
Principalii produşi de fermentaţie a bacteriilor propionice
sunt CO2, cantităţi mari de acid propionic şi acetic şi
cantităţi mici de acid izovalerianic, formic, succinic, lactic.
Toate speciile produc acid lactic din glucoză. Se dezvoltă
foarte bine la 30-37C şi la pH = 7,0.
Producerea de propionat, acetat şi CO2 Lactatul (respectiv
piruvatul) este transformat în propionat prin reacţia:
3CH3-CHOH-COOH
2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + H2O
Propionatul, acetatul şi CO2 se formează în proporţie de
2/1/1. Diferitele tulpini de bacterii propionice se deosebesc
între ele prin raportul acid propionic /acid acetic format, o
influenţă în acest sens având şi aciditatea substratului,
cantitatea de lactat şi adaosul de carbonat şi succinat.
Producerea de prolină Prolina este considerată ca
principalul component care conferă aromă dulceagă
brânzeturilor de tip şvaiţer, prezenţa prolinei fiind asociată
cu dezvoltarea bacteriilor propionice la maturarea
brânzeturilor de tip şvaiţer. Se consideră că există trei căi
pentru producerea de prolină:
- proteoliza generală;
6
- hidroliza peptidelor care conţin prolină;
- biosinteza prolinei.
La prima cale se ia în considerare producerea de prolină
prin hidroliza cazeinei.
La a doua cale se ia în considerare formarea de prolină din
hidrolizatul cazeinic prin acţiunea peptidazelor
(Propionibacterium shermanii posedă imidopeptidază şi
proliniminopeptidază intracelulare cu optim de pH la 5,5-
6,0).
La a treia cale se are în vedere biosinteza prolinei din
arginină şi mai puţin din acid glutamic, dar calea de
biosinteză este nesemnificativă în raport cu cea de-a doua
cale menţionată.
În orice caz, concentraţia de prolină din interiorul celulelor
este mai mică decât cea a prolinei din mediul de cultură .
Eliberarea prolinei din peptide coincide cu eliberarea
enzimelor celulare în mediu. Bacteriile propionice singure
hidrolizează încet cazeina, dar producerea de prolină în
brânzeturi este sporită prin dezvoltarea anterioară sau
concomitentă a bacteriilor lactice. Viteza formării prolinei
la valorile pH şi concentraţia de NaCl atinsă în brânza
şvaiţer este temporar încetinită, dar maturarea prelungită
anulează efectele de inhibare ale pH-ului şi concentraţia de
NaCl. Se consideră că ionii de cupru ar inhiba producerea
de prolină pe unele căi, această inhibare parţială fiind
benefică, deoarece permite evoluarea altor procese de
aromatizare.
Producerea de diacetil şi acetoină Bacteriile propionice
pot produce diacetil şi acetoină, cantităţile formate fiind
mai mari la 21C decât la 32-37C. Producţia de diacetil
este urmată de reducerea acestuia la acetoină şi 2,3
butilenglicol. Cantitatea de diacetil creşte prin adaos de
citrat, piruvat sau glucoză în mediu de cultură. În culturile
mixte de Str. lactis şi bacterii propionice, producţia de
diacetil se intensifică ca o consecinţă a scăderii pH-ului de
către streptococi. Bacteriile propionice produc şi alte
substanţe care contribuie la aroma brânzeturilor: aldehidă
acetică, aldehidă propionică, alcool etilic, alcool propilic,
dimetilsulfură, acid izovalerianic.
Alte activităţi metabolice Bacteriile propionice pot avea şi
activitate proteolitică şi lipolitică.
Bacteriile propionice pot contribui într-o măsură mai mică
la activitatea proteolitică din brânza Şvaiţer prin enzimele
proteinazice (~12 enzime) şi peptidazice (~ 7 enzime), dar
activitatea proteolitică a bacteriilor propionice este
inferioară bacteriilor lactice (L. bulgaricus, L. helveticus,
Str. thermophilus).
Bacteriile propionice pot contribui şi la lipoliza
trigliceridelor, eliberând acizi graşi cu lanţ lung, dar această
activitate lipolitică este nesemnificativă.
DROJDIILE, ciuperci unicelulare care se înmulţesc prin
înmugurire, mai rar prin sciziparitate şi care formează
ascospori (sunt şi drojdii care nu formează spori, acestea
denumindu-se drojdii/false torule şi micoderme), sunt
agenţi tipici ai fermentaţiei alcoolice.
Se prezintă sub formă de celule rotunde sau ovoide
(Saccharomyces cerevisiae), eliptice (Saccharomyces
elipsoideus), foarte alungite (Saccharomyces pasteurianus),
de forma unei lămâi (Saccharomyces apiculans), de forma
unei sticle (Saccharomyces ludwigii) sau sub formă de
cilindru (Pichia).
Dintre drojdii interesează (în sens util) cele aparţinând
familiei Saccharomycetaceae, genul Saccharomyces care
cuprinde drojdii alcooligene folosite în industria berii,
vinului, pâinii, spirtului, genul Kluyveromices care
fermentează lactoza, genul Debaryomices care se utilizează
în industria cărnii.
Mai interesează drojdiile familiei Cryptococcaceae
(genurile Candida, Torulopsis) care se folosesc ca agenţi
de fermentare şi producători de biomasă.
Utilizări ale drojdiilor
1. Utilizarea pentru fermentarea alcoolică Pentru
fermentaţia alcoolică se folosesc drojdiile adevărate care
aparţin genului Saccharomyces (Meyen) Ress şi care se
caracterizează prin aceea că nu formează micelii tipic,
produc 1-4 spori, iar puterea de fermentare depăşeşte
puterea de respiraţie. Sunt adaptate la condiţii de
anaerobioză şi prin urmare nu formează voaluri la
suprafaţă.
După modul de comportare în timpul fermentaţiei drojdiile
pot fi:
de fermentaţie superioară care se ridică în cantităţi
mari la suprafaţa lichidului de fermentare sub forma unui
strat gros de spumă care se păstrează astfel până la sfârşitul
fermentării. După sedimentare aceste drojdii rar dau un
precipitat dens. Au optim de temperatură la 28…30C şi
fermentează 1/3 din rafinoză. În categoria drojdiilor de
fermentare superioară se încadrează cele care produc
fermentarea alcoolică în cazul obţinerii alcoolului etilic,
pâinii şi unele suşe pentru bere (Saccharomyces
cerevisiae);
de fermentaţie inferioară care se dezvoltă în
lichidul fermentat, nu se ridică la suprafaţă în spumă, dar
formează flocoane şi se sedimentează repede. Au optim la
temperatura de 8…12C şi fermentează complet rafinoza.
Drojdiile de fermentare inferioară se folosesc la obţinerea
berii, vinului, cidrului (Saccharomyces carlsbergensis,
Saccharomyces oviformis, Saccharomyces vini,
Saccharomyces uvarum).
Fermentaţia alcoolică produsă de drojdii este
influenţată de:
- concentraţia zahărului fermentescibil din mediu;
- temperatură ;
7
- conţinutul în alcool din substrat;
- felul drojdiei.
Concentraţia favorabilă de zahăr fermentescibil este de 10-
15%. Fermentaţia alcoolică se desfăşoară lent la pH 4-4,5,
în mediu alcalin sensul fermentaţiei fiind schimbat.
Viteza maximă de fermentare este la 30C, dar în practică
se realizează la 4…28C. Alcoolul pe măsura acumulării în
mediu devine toxic pentru drojdii. Există drojdii care se
dezvoltă la 16-18% alcool (Saccharomyces chevalieri
Guilliermond, Saccharomyces oviformis), însă în cele mai
multe cazuri fermentaţia se opreşte la 12-14%
(Saccharomyces uvarum, Saccharomyces carlsbergensis,
Saccharomyces vini, Saccharomyces cerevisiae).
Odată cu creşterea temperaturii de fermentare se măreşte
toxicitatea alcoolului. Fermentaţia alcoolică este un proces
anaerob. Prin trecerea la aerobioză, drojdiile se înmulţesc
rapid şi produc biomasă.
Fermentarea alcoolică nu este o fermentaţie pură. Se mai
formează glicerină ( 8% din totalul zaharurilor existente în
mediu), acid lactic, acid acetic, substanţe acetoinice (acetil
metil carbinol = acetoină şi diacetil), acid malic, acid
succinic, acid propionic, acid citramalic, acid
dimetilgliceric, alcooli superiori: izobutilic, izoamilic,
amilic, care provin din aminoacizii rezultaţi la degradarea
substanţelor pectice din musturi şi plămezi.
Aceşti alcooli superiori se formează prin reacţii de
dezaminare şi decarboxilare ale aminoacizilor leucină,
izoleucină şi valină.
Fermentaţia alcoolică se aplică la:
obţinerea alcoolului din produse amidonoase (cartofi,
porumb, secară), produse care conţin zaharoză (sfeclă,
melasă), produse care conţin lactoză (zer), produse care
conţin glucoză (hidrolizate celulozice, leşii sulfitice);
obţinerea berii şi vinului, cidrului inclusiv cvas din
pâine, rom, whisky;
obţinerea de băuturi fermentate pe bază de cereale şi
leguminoase;
obţinerea unor tipuri de produse lactate (chefir);
obţinerea de băuturi fermentate pe bază de zer.
2. Utilizarea pentru obţinerea de biomasă (s-a menţionat
anterior);
3. Utilizarea în industria cărnii, în care caz se foloseşte
drojdia Debaromyces hansenii care este tolerantă la NaCl,
nu reduce NaNO3 şi necesită oxigen atmosferic pentru
dezvoltare.
Se dezvoltă bine în straturile periferice ale salamurilor
neafumate sau puţin afumate. Această drojdie are
capacitatea de a consuma oxigenul din pastă şi de a
distruge peroxizii produşi de bacteriile lactice. De regulă,
Debaromyces hansenii se foloseşte în combinaţie cu
Staphylococcus carnosus şi Lactobacillus plantarum sau
Staphylococcus xilosus şi Lactobacillus sake. Se consideră
că prin folosirea drojdiei menţionate produsele capătă o
aromă cu totul deosebită.
4. Utilizarea în industria laptelui La fabricarea
brânzeturilor, drojdiile se dezvoltă la suprafaţa
brânzeturilor dar şi în interiorul brânzeturilor cu pastă
moale sau cu mucegai în pastă în timpul presării, zvântării
şi maturării, având următoarele acţiuni pozitive:
consumă lactatul şi în acest fel contribuie la neutralizarea
pastei, îmbunătăţind prin aceasta consistenţa şi favorizând
implantarea bacteriilor;
produc factori de creştere pentru dezvoltarea bacteriilor;
produc o peliculă de “acoperire” la anumite tipuri de
brânzeturi;
produc proteoliză şi lipoliză şi prin urmare contribuie la
consistenţa şi aroma brânzei respective;
produc compuşi volatili de aromă.
Dintre drojdii, Candida hansei a fost cultivată în asociaţie
cu lactobacili şi Str. thermophilus, favorizând oxidarea
lactatului, scăderea potenţialului de oxidoreducere şi
producerea de factori de creştere, precum şi dezvoltarea
culturilor starter în care este asociată. Drojdia Candida
lipolitica este uneori folosită la fabricarea brânzeturilor cu
mucegai în pastă, datorită faptului că prin lipazele
conţinute realizează o hidroliză a lipidelor din brânză, fapt
ce favorizează utilizarea acizilor graşi de către Penicillium
în reacţiile de -oxidare. Drojdia Torulopsis candida găsită
pe brânzeturi se dezvoltă bine în medii acide şi suportă
concentraţii de NaCl până la 10%. Drojdia Candida kefir şi
alte drojdii din granula de chefir realizează fermentaţia
alcoolică în produsul lactat acid dietetic chefir.
Kluyveromices lactis şi Kluyveromices fragilis se utilizează
la obţinerea de lactază care are multe utilizări.
Kluyveromices lactis şi Kluyveromices fragilis se utilizează
la obţinerea de biomasă prin cultivare aerobă pe zer
(procedeul Bell – Franţa).
Kluyveromices fragilis şi Candida pseudotropicalis se
utilizează pentru obţinerea alcoolului etilic din zer
(procedeul Carbery –Irlanda).
MUCEGAIURILE Pentru industria alimentară interesează
clasa Phycomycetes cu următoarele genuri:
Genul Mucor şi Rhizopus aparţinând familiei
Mucoraceae. Aceste mucegaiuri care se întâlnesc pentru
diferite produse vegetale şi alimentare, sub formă de
colonii pufoase, au o acţiune fermentativă netă.
Specii de Mucor şi Rhizopus se folosesc pentru:
- obţinerea unor produse alimentare fermentate în Orientul
Îndepărtat, pe bază de cereale şi leguminoase;
- în producţia de spirt prin zaharificarea amidonului
(procedeul Amilo care foloseşte Amylomyces rouxi –
Mucor rouxianus);
- în producţia de enzime, în principal amilolitice şi
proteolitice.
Din clasa Ascomycetes interesează ordinul Plectascales cu
genurile Aspergillus şi Penicillium.
Mucegaiurile din genul Aspergillus se utilizează în:
8
- producţia de şuncă în SUA şi Spania (mai puţin);
- obţinerea de produse fermentate tradiţionale în Orientul
Îndepărtat (ceva mai mult);
- obţinerea de enzime: amilaze, proteaze, enzime
pectolitice.
Mucegaiurile din genul Penicillium se utilizează în:
- industria brânzeturilor cu mucegai la suprafaţă şi în pastă
(Penicillium camemberti şi Penicillium roqueforti);
- industria cărnii cu mucegaiuri de acoperire (Penicillium
nalgiovensis şi Penicillium exposus);
- obţinerea de enzime amilolitice, proteolitice, pectolitice.
În industria cărnii, culturile de spori de mucegai se
utilizează pentru maturarea unor şunci, care se
însămânţează cu spori de Penicillium netoxicogen, în
special P. nalgiovensis, P. exposum, şi P. chrysogenum,
respectiv Country curred ham şi Jambon Serano, care se
însămânţează cu spori de Aspergillus glaucus şi a unor
tipuri de salamuri crude fabricate în România , Italia,
Ungaria, Elveţia, Spania, Franţa, Bulgaria; Austria, Belgia,
Germania (şi mai puţin în SUA, Israel, Iugoslavia,
Polonia).
În cazul salamurilor crude afumate/neafumate,
mucegaiurile de acoperire contribuie la:
- reglarea eliminării apei din produs şi a schimbului de
gaze;
- formarea aromei;
- îmbunătăţirea aspectului comercial al produsului.
Aroma este mai evidentă la salamurile cu diametru mai
mic. Produsele pot fi livrate cu mucegaiul de acoperire
intact sau după “ periere”. Culoarea miceliului rămas este
dependentă de varietatea mucegaiului folosit: alb-ivorie
(preferabilă în Italia); gri (preferabilă în Ungaria); alb-mat
(preferabilă în România).
Prin utilizarea culturilor pure de mucegai se suprimă
apariţia la suprafaţa salamurilor a mucegaiurilor
toxicogene, în special a celor producătoare de aflatoxine
precum şi a mucegaiurilor de “pătare” care produc spoturi
de culoare verde sau neagră.
Penicillium nalgiovensis Se utilizează spori de Penicillium
nalgiovensis pentru salamurile crude cu miceliu alb la
suprafaţă. Sporii, în suspensie, se pulverizează la suprafaţa
produselor. După 3-4 zile de la însămânţare se formează
micelii, iar după 5-6 zile de la însămânţare apar corpii de
fructificaţie purtători de conidii. Temperatura optimă de
dezvoltare a mucegaiului este de 22-23C.
Penicillium nalgiovensis foloseşte ca substrat nutritiv
glucidele dar are şi activitate proteolitică şi lipolitică. Nu
are activitate celulazică şi nu produce micotoxine.
Penicillium expansum se dezvoltă bine la 22C şi
umiditatea relativă a aerului este de ~ 82% pentru sporulare
şi ~ 88% pentru germinare. Dezvoltarea bună este la =
92-95%. Sporii pulverizaţi la suprafaţa batoanelor
formează un miceliu pufos în circa 8 zile de la însămânţare,
maturizarea deplină având loc după 30 zile de la
însămânţare. Penicillum expansum nu produce micotoxine
dacă substratul conţine proteine cu sulf (cazul pastei
salamurilor crude).
În industria laptelui culturile de spori de mucegai se
utilizează, aşa cum deja s-a menţionat, la fabricarea
brânzeturilor cu mucegai în pastă cât şi cu mucegai la
suprafaţă (brânzeturi cu pastă moale).
Pentru brânzeturile cu mucegai în pastă (Brânza Roquefort,
Gorgonzola, Stilton, Gammelost) se utilizează spori de
Penicillium roquefort. Pentru brânzeturile de tip
Camembert se utilizează sporii de la două specii de
Penicillium: P. camemberti şi P. caseicolum.
Mucegaiurile dezvoltate în/pe aceste brânzeturi au rol
fundamental în:
- formarea aromei şi gustului;
- formarea consistenţei;
- definitivarea aspectului, procesele care intervin în
formarea aromei şi consistenţei fiind proteoliza, lipoliza şi
-oxidarea acizilor graşi.
Suspensiile de spori se pot adăuga/folosi:
- în laptele destinat brânzeturilor sau amestecarea cu
coagulul obţinut în cazul brânzei cu mucegai în pastă;
- în laptele destinat fabricării brânzei, sau pulverizare la
suprafaţa brânzei formate în cazul brânzeturilor cu mucegai
la suprafaţă. Mucegaiurile mai importante pentru industria
laptelui sunt:
Penicillium roqueforti Thom se dezvoltă bine la 20-25C şi
pH 4,5-7,5. Tolerează concentraţii de 5-8% NaCl. Are
activitate proteolitică, lipolitică şi de -oxidare a acizilor
graşi. Activitatea mucegaiului este stânjenită de prezenţa
acidului propionic în brânză, la concentraţii mari de 30%
CO2 în aerul depozitului. Pentru intensificarea formării
aromei se recomandă ca lipidele din lapte să fie în prealabil
lipolizate cu esterază pregastrică, astfel ca pe măsură ce
mucegaiul sporulează, acizii graşi liberi să fie -oxidaţi
până la metilcetone. P. roqueforti se dezvoltă în canalele şi
golurile practicate în pasta brânzei, sporii formaţi având
culoare verde închis care conferă brânzei un aspect
marmorat.
Penicillium camemberti şi Penicillium caseicolum Sporii
acestor mucegaiuri se utilizează în producţia brânzeturilor
de tip Camembert incluzând Camembert, Brie, Neufchatel,
Coulommier, Garré de l’Est, Olivet.
Penicillium camemberti Thom (Penicillium album) se
utilizează la brânzeturile tip Camembert cu pastă mai
untoasă, mai parfumată, de culoare gri – alburie.
Penicillium caseicolum Bainer (Penicillium candidum) se
utilizează la brânzeturile de tip Camembert cu pasta mai
compactă, o aromă mai delicată, mai discretă şi de culoare
alb – imaculat.
La însămânţare prin pulverizare de spori la suprafaţă a
brânzeturilor cu umiditate ~ 55-60% se formează miceliile
de mucegai care consumă din aciditatea pastei, consecinţa
fiind creşterea pH-ului începând cu a 12 –a zi, iar după 27
de zile pH-ul rămâne constant.
Mucegaiurile din genul Penicillium au activitate
9
endoproteinazică faţă de - şi cazeină, dar au şi activitate
exopeptidazică importantă, fiind demonstrat faptul că atât
P. roqueforti cât şi P. camemberti sintetizează 2
endopeptidaze (o metal proteinază şi o aspartil proteinază)
precum şi două exopeptidaze cu acţiune carboxi- şi
aminopeptidazică, activitatea celor două grupe de enzime
fiind relativ echivalentă în stratul de suprafaţă al
brânzeturilor.
Unele specii de Penicillium camemberti pot produce o
micotoxinâ (acidul ciclopiazonic, dar activitatea toxicogenă
a mucegaiului este aproape nulă la temperatura tehnologică
de maturare a brânzei (14-16C).
La brânza Camembert se pot utiliza şi spori de Geotricum
candidum care se introduc în lapte. Geotricum reduce
pericolul formării peptidelor amare, inhibă dezvoltarea lui
Penicillium, consumă acidul lactic şi deci contribuie la
neutralizarea pastei, având şi acţiune protolitică şi
lipolitică. Brânza Camembert obţinută din lapte pasteurizat
cu adaos de Geotricum candidum are o aromă
asemănătoare cu cea a brânzei Camembert tradiţionale,
adică fabricată din lapte crud.
Culturi starter de bacterii lactice
Culturile starter de bacterii lactice sunt folosite în diferite
domenii: industria laptelui, cărnii, produselor vegetale
murate, industria vinului, industria panificaţiei, industria
sucurilor de fructe şi legume fermentate etc.
Folosirea culturilor starter de bacterii lactice asigură
produselor alimentare în care se introduc un anumit grad de
inocuitate. Această asigurare este realizată deoarece
bacteriile lactice produc:
acizi organici, în principal acid lactic, dar şi acid acetic,
alcool, CO2;
substanţe bacteriocine eliberate în mediul de cultură;
peroxizi organici (H2O2).
În plus, bacteriile lactice intră în competiţie cu
microorganismele patogene şi cele de alterare în ceea ce
priveşte consumul de substanţe nutritive, iar datorită şi
acidifierii mediului, consecinţă a acumulării acizilor
organici, bacteriile patogene şi de alterare sunt inhibate în
dezvoltarea lor. Dintre bacteriile patogene sunt inhibate
stafilococii, salmonelele, Listeria monocytogenes, Cl.
botulinum etc.
Datorită acidităţii se inhibă şi dezvoltarea microflorei cu
activitate proteolitică şi decarboxilazică, deci se formează
cantităţi mai reduse de amine biogene, iar în cazul
cărnurilor sărate în prezenţă de azotiţi, datorită acidităţii se
favorizează descompunerea mai completă a azotiţilor, deci
scade producţia de nitrozamine, mai ales la produsele care
se supun coacerii şi prăjirii.
Culturile starter de bacterii lactice folosite ca atare sau sub
formă de produse lactate dietetice acide sunt benefice
pentru sănătatea oamenilor deoarece:
aciditatea lactică favorizează acţiunea pepsinei ce
produce hidroliza proteinelor, respectiv coagularea cazeinei
laptelui care este în continuare degradată de tripsina
pancreatică;
aciditatea mediului intestinal blochează dezvoltarea
microflorei cu activitate patogenă şi favorizează
implantarea bifidobacteriilor cu consecinţe pozitive pentru
organismul uman (vezi capitolul probiotice).
În legătură cu bacteriocinele, în continuare se fac
următoarele precizări:
- bacteriocinele sunt secretate de bacteriile Gram negative;
- bacteriocinele sunt proteine şi activitatea lor dispare prin
hidroliza lor de către proteaze;
- bacteriocinele au acţiune bactericidă, dar nizina este şi
bacteriostatic. Multe bacteriocine sunt bacteriostatice la
aplicarea lor în produsele alimentare;
- bacteriocinele sunt excretate în mediu în cea mai mare
parte; o mică parte rămân în celulele bacteriene;
- bacteriocinele diferă de antibiotice prin natura speciilor
şi suşelor producătoare, modalităţile de producere şi natura
lor chimică;
- bacteriocinele secretate de bacteriile lactice din culturile
starter sau de protecţie au un spectru de acţiune relativ
limitat în raport cu mai multe specii sau mai multe suşe ale
aceleiaşi specii.
- bacteriocinele sunt sensibile la acţiunea enzimelor
proteolitice metabolice, ceea ce înseamnă că ingerarea de
produse ce conţin bacteriocine nu modifică microbiota
tractului intestinal şi nu va conduce la riscuri în ceea ce
priveşte folosirea de antibiotice comune;
- bacteriocinele sunt stabile la căldură, deci rezistă în
laptele pasteurizat la 63C/30s minimum sau la 72C/15 s;
rezistenţa lor termică se datorează structurii moleculare
simple (excepţie face helveticina J care are o structură
proteică mai elaborată);
- bacteriocinele sunt stabile la pH neutru sau acid, ceea ce
înseamnă că sunt adaptate la condiţiile de mediu ale
bacteriilor producătoare;
- eficacitatea bacteriocinelor în produsele fermentate este
limitată de condiţiile de conducere a fermentaţiei
(temperatură, pH, aw)
Culturi starter utilizate in industria laptelui
La obţinerea culturilor starter trebuie să avem în vedere în
mod deosebit următoarele:
- mediul de cultură (laptele);
- tratamentul termic aplicat laptelui;
- condiţiile de incubare;
- interacţiunile dintre speciile/tulpinile din cultura starter;
- eventualele infectări cu bacteriofagi;
- instabilitatea culturilor starter de bacterii lactice.
De la început, facem precizarea că prin cultură starter
înţelegem culturile obţinute din cultura pură stoc
(inoculum) prin diferite pasaje. Culturile starter sunt
folosite la fabricarea unor produse lactate acide, smântână,
unt, brânzeturi.
10
Culturile starter de bacterii lactice utilizate în industria
laptelui pot fi clasificate în mezofile şi termofile.
Culturile starter mezofile, care la rândul lor, pot fi
clasificate în:
a) Culturi starter singulare (single strain starter) care
conţin numai Str. lactis subsp. lactis şi respectiv Str. lactis
subsp. cremoris (Lactococcus lactis şi Lactococcus
cremoris) ambii homofermentaticvi care produc acid lactic
(L+) în proporţie de 0,8%. Folosirea acestor culturi starter
singulare a apărut ca o necesitate de a se evita formarea
“ochiurilor” de fermentare la unele brânzeturi, “ochiuri”
formate în urma producerii de CO2 de către bacteriile
aromatizante.
Culturile starter singulare mezofile prezintă următoarele
avantaje:
- se poate utiliza continuu aceeaşi cultură cu activitate
relativ constantă şi previzibilă;
- nu este necesară alternarea culturilor, eliminându-se
riscul deprecierii acestora de către fagi,
- se folosesc cantităţi mai mici de inoculum pentru
obţinerea de cultură primară şi secundară;
- influenţele compoziţionale sezoniere ale laptelui sunt mai
reduse;
- se creează condiţii de realizare a unei producţii
standardizate de produse lactate de calitate superioară;
- cultura poate fi controlată şi supravegheată din punct de
vedere al caracteristicilor sale (sensibilitate la fagi,
producerea de acid lactic, compatibilitatea ei, aglutinarea şi
eventual lisogenia).
Culturile starter singulare mezofile prezintă însă
următoarele dezavantaje:
- pot fi depreciate de tulpinile producătoare de
bacteriocine;
- pot fi depreciate de fagi, deci sunt predispuse la liză
fagică;
- pot suferi pierderi de plasmide şi deci pot pierde una sau mai
multe din funcţiile lor.
b) Culturi starter multiple mezofile sunt acele culturi care
se bazează pe folosirea a 5-6 tulpini selecţionate, neînrudite
pe plan fagic şi cultivate separat până la stadiul de cultură
primară sau chiar până la stadiul de cultură starter de
producţie când se amestecă între ele. În aceste condiţii,
tulpinile nu se dezvoltă împreună decât cel mult timp de
10 generaţii, ceea ce face ca nici o tulpină să nu devină
dominantă. Asemenea culturi pot fi folosite mai multe luni
în şir fără a-şi pierde capacitatea de acidifiere.
c) Culturi starter mezofile mixte Aceste culturi sunt
formate, de regulă, din două tipuri de bacterii lactice:
- bacterii lactice acidifiante: Str. lactis sau Str. cremoris;
- bacterii lactice producătoare de aromă: Str. diacetilactis
(Lactococcus lactis var. diacetilactis) sau specii de
leuconostoci.
După tipul bacteriilor aromatizante culturile starter mixte
mezofile pot fi clasificate în următoarele grupe:
culturi starter mixte tip L care conţin numai specii din
genul Leuconostoc: Leuconostoc cremoris (citrovorum),
Leuconostoc dextranicum şi/sau Leuconostoc lactis care
sunt toţi heterofermentativi şi produc acid lactic D(-);
culturi starter mixte de tip D care conţin Str. lactis biov.
diacetilactis ca singură specie producătoare de aromă;
culturi starter mixte tip LD care conţin atât specii de
leuconostoci cât şi Str. lactis subsp. diacetilactis ca
producători de aromă.
La folosirea culturilor starter mixte trebuie să avem în
vedere că:
- streptococii acidifianţi mezofili homofermentativi produc
acid lactic din lactoză;
- leuconostocii, cei heterofermentativi, şi Str. lactis subsp.
diacetilactis (homofermentativ) produc diacetil şi acetoină
din citrat, dar produc şi acid lactic, acetic prin fermentarea
lactozei şi glucozei;
Culturi starter termofile
Culturile starter termofile pot fi:
acidifiante: Lactobacillus acidophilus;
acidifiante/aromatizante care la rândul lor pot fi
constituite din unul sau mai multe specii de lactobacili şi
dintr-o specie de streptococi. În această direcţie amintim:
- cultura starter termofilă pentru iaurt: Lactobacillus
bulgaricus şi Str. therrmophilus;
- cultura starter termofilă pentru brânzeturi: Lactobacillus
bulgaricus + Lactobacillus lactis + Lactobacillus
helveticus + Str. thermophilus. Această cultură starter se
foloseşte la fabricarea brânzeturilor cu pastă tare şi
semitare, deci la care se practică încălzirea a doua a bobului
de coagul.
Utilizarea culturilor starter termofile este benefică
deoarece:
produc acid lactic deci scad pH-ul laptelui şi determină
coagularea acestuia (cazul iaurtului); la brânzeturi
acidifierea favorizează eliminarea zerului din coagul;
au activitate proteolitică şi prin urmare contribuie la
ameliorarea proprietăţilor reologice şi la aroma produselor
fermentate; ca urmare a activităţii proteolitice rezultă şi
aminoacizi din proteine care stimulează dezvoltarea
celorlalte bacterii din culturile starter termofile;
produc şi compuşi de aromă, dar în principal aldehidă
acetică, acetonă, precum şi urme de acetoină;
produc şi substanţe cu caracter filant care influenţează
vâscozitatea produsului (Str. thermophilus în cultura pentru
iaurt);
produc o serie de bacteriocine (Lactobacillus helveticus,
Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei etc.);
produc H2O2 (Lactobacillus bulgaricus).
Având în vedere cantităţile mari de iaurt ce se fabrică pe
plan mondial, este necesar să cunoaştem factorii care
influenţează performanţa optimă a culturilor pentru iaurt.
Aceşti factori se referă la:
11
temperatura de incubare care este de 41-42C (apropiată
de temperatura optimă de dezvoltare a lui Lactobacillus
bulgaricus ). După 3 ore de incubare se ajunge la ~ 500 mil
bacterii/g, raportul dintre L. bulgaricus şi Str. thermophilus
fiind 1/1;
tratamentul laptelui – pasteurizarea influenţează pozitiv
dezvoltarea lui L. bulgaricus prin:
- modificarea structurii proteinelor;
- eliminarea parţială a oxigenului şi realizarea unei
microaerofilii propice;
- distrugerea inhibitorilor din lapte;
- formarea de acid formic care favorizează dezvoltarea
culturii;
disponibilitatea substratului Laptele este un bun substrat
dar trebuie arătat că Lactobacillus bulgaricus are preferinţă
faţă de glucoză şi deci ar trebui ca lactoza să fie
prehidrolizată la -galactozidaza;
metaboliţi produşi în mediu. Lactobacillus bulgaricus
produce H2O2 în mediul de cultură şi deci adausul de
catalază va stimula producţia de acid lactic de către Str.
thermophilus care este mai sensibil la H2O2 decât
Lactobacillus bulgaricus. Laptele destinat iaurtului nu
trebuie să fie agitat prea mult ca să nu includă aer (oxigen)
care ar strica condiţiile de microaerofilie pentru L.
bulgaricus şi ar deveni toxic pentru Str. thermophilus.
Lactobacillus bulgaricus se apără de acţiunea oxigenului
prin intermediul manganului intracelular care înlocuieşte
acţiunea superoxiddismutazei;
interacţiunile dintre bacterii din cultura pură (inoculum)
sau cultura starter. Între cele două microorganisme există
un sinergism deosebit. Lactobacillus bulgaricus produce
aminoacizi din cazeină care sunt necesari dezvoltării lui
Str. thermophilus care, la rândul său, favorizează
dezvoltarea lui L. bulgaricus prin producerea de acid
formic şi CO2;
calitatea laptelui ca substrat de fermentare. Acesta nu
trebuie să conţină antibiotice, substanţe conservante,
dezinfectante şi să provină de la animale sănătoase cu
maximum 400000 leucocite/ml.
Controlul culturilor starter de bacterii lactice
Controlul culturilor starter implică următoarele
determinări:
examenul microscopic care trebuie să arate raportul
dintre coci şi bacili, raport care trebuie să se situeze în
limitele 1/1-1,5/1;
activitatea acidifiantă care se urmăreşte prin
determinarea acidităţii titrabile atunci când cultura se află
în fază logaritmică. În acest fel se pot pune în evidenţă
culturile “rapide” şi “lente” (fast and slow);
rezistenţa la aciditate, ţinându-se seama că Lactobacillus
bulgaricus rezistă până la ~ 1,7% aciditate iar Str.
thermophilus până la 0,8%. Rezistenţa la aciditate se
urmăreşte prin determinarea supravieţuitorilor după ce în
mediul de cultură se atinge o aciditate critică;
rezistenţa la răcire care este importantă pentru produsele
lactate ce se congelează (iaurt, îngheţata de iaurt).
Rezistenţa la răcire se urmăreşte la – 6 - 9C şi apoi la -
18C sau -25C ;
producerea de substanţe filante care constă în măsurarea
vâscozităţii pe o probă inoculată de lapte cu 12% s.u., cu
adaos de CaCl2 0,012%, incubată 4 ore/37C până ce se
atinge un pH de 4,2-4,3. Se pot depista în acest fel culturile
filante;
activitatea proteolitică se poate urmări pe o cultură
păstrată la 4C la care se determină tirozina sau aminoacizii
liberi prin metoda formol titrimetrică;
activitatea lipolitică se poate determina prin măsurarea
indicelui de aciditate din grăsimea culturii (lapte);
proprietăţile senzoriale se determină la culturile de 24-48
ore la 20C (se pot determina şi substanţele de aromă
respectiv diacetilul, acetaldehida, acetoina).
CULTURI STARTER CONCENTRATE DE
MICROORGANISME
Definiţie
Culturile starter concentrate sunt definite ca acele culturi
dezvoltate în condiţii controlate, concentrate într-un volum
mic şi conservate prin congelare sau uscare în vederea
depozitării şi transportului.
Culturile concentrate pot fi de bacterii, drojdii, spori de
mucegai. În ceea ce priveşte culturile starter concentrate de
bacterii cele mai des utilizate sunt culturile de bacterii
lactice. Pe lângă acestea se folosesc şi alte culturi de
bacterii concentrate: micrococi, pediococi, stafilococi,
streptomicii, bacterii propionice etc.
Culturile concentrate de bacterii pot fi utilizate pentru:
obţinerea culturilor starter de producţie (maiele de
producţie);
obţinerea produselor fermentate prin utilizare
directă în lapte, compoziţii carnate etc.
Indiferent de domeniul de utilizare, culturile starter
concentrate pot fi obţinute prin două procedee:
procedeul de cultivare periodică;
procedeul de cultivare continuă.
Tehnologia de obţinere a culturilor starter concentrate
Tehnologia de obţinere include următoarele operaţii de
bază:
inocularea mediului de cultură cu
microorganismul din cultura stoc;
incubare pentru multiplicare la nivel maxim;
concentrarea mediului împreună cu celulele sau
separarea celulelor, de regulă prin centrifugare şi
resuspendare într-un lichid adecvat,
12
conservare prin congelare şi uscare;
depozitare în stare congelată şi uscată.
În tehnologia de obţinere a culturilor starter concentrate
trebuie ales un mediu de cultură care să asigure toate
substanţele pentru dezvoltarea (multiplicarea) culturii,
realizându-se un control riguros al temperaturii şi
menţinerii pH-ului la valori optime.
Pentru eventuala neutralizare a acidităţii se utilizează
hidroxid de amoniu şi/sau hidroxid de calciu.
Conservarea prin congelare a concentratului de
microorganisme se face în două moduri:
- sub formă lichidă, în care caz, concentratul de
bacterii se suspendă într-un antigel solubil în apă (alcooli
polihidrici) care se utilizează în proporţie de 40-50% faţă
de concentrat. Congelarea se face la -40C (de fapt se
realizează o subrăcire).
Acest gen de conservare prezintă următoarele avantaje:
se împiedică acţiunea dăunătoare a gheţii asupra
celulelor de bacterii;
manipularea concentratului este mai uşoară;
concentratul se poate încălzi până la temperatura
de utilizare chiar în timpul manipulării fără ca celulele să-şi
piardă viabilitatea şi activitatea;
- congelarea în azot lichid (-196C) în care caz
concentratul se amestecă cu un agent crioprotector: 10%
glicerol, 7,5% lactoză în cazul bacteriilor lactice.
Pentru culturile starter concentrate de pediococi s-a propus
ca la concentrat să se adauge agenţi de stabilizare cum ar fi:
glicerolul, lapte praf degresat, extract de malţ,
metalglicerofosfaţi alcalini, glutamat monosodic, acid
glutamic, cistină şi/sau dextran. Amestecul respectiv se
introduce în pungi de plastic care se congelează în azot
lichid.
Depozitarea culturilor starter concentrate se poate face:
a) la temperaturi de –20…-40C;
b) la temperatura de -196C (în azot lichid);
- conservarea prin reducerea conţinutului de apă se face prin liofilizare, în care caz concentratul de bacterii
se amestecă cu un suport adecvat (lapte praf degresat,
lactoproteine pulbere lactoză, zaharoză) după care se
liofilizează. La liofilizare (faza de desicare secundară)
temperatura produsului nu trebuie să depăşească 40-45C.
După liofilizare se face ambalarea sub vid sau în
atmosferă de gaz inert. Depozitarea produselor liofilizate
trebuie să se facă la temperaturi scăzute (-18C).
Culturile starter concentrate trebuie să conţină între
2,5·1010
– 5,5·1010
celule viabile-active/ g sau ml.
Utilizarea culturilor starter concentrate de bacterii
lactice în industria laptelui
Culturile starter concentrate de bacterii lactice care se
folosesc în industria laptelui sunt acelea destinate:
pentru brânza Cheddar, brânzeturi tip italian şi
elveţian;
pentru brânza de vaci, smântână, lapte bătut, iaurt.
Avantajele şi dezavantajele folosirii culturilor starter de
bacterii lactice în industria laptelui sunt arătate în tabelul de
mai jos.
Avantajele şi dezavantajele folosirii culturilor starter de
bacterii acterii lactice
Culturi starter concentrate de bacterii propionice
pentru industria laptelui
Mediul de cultură pentru realizarea culturilor starter
concentrate de bacterii propionice poate fi laptele degresat
cu adaos de 1% tripticază, 1% extract de drojdie ca sursă de
vitamine şi factori suplimentari de creştere 1% lactat de
sodiu; 0,025% KH2PO4; 0,0005% MnSO4. Mediul de
cultură se ajustează la pH = 7,0 şi se sterilizează.
Incubarea mediului de cultură inoculat cu bacterii
propionice din cultura stoc se face la 32C/3 zile.
Dacă mediul de cultură conţinând bacterii propionice
dezvoltate după incubare se utilizează ca o cultură (maia)
de producţie, atunci dezvoltarea bacteriilor propionice se
opreşte înainte de coagularea laptelui, deoarece în stare de
coagul, cultura starter se repartizează greu în laptele
destinat fabricării brânzeturilor.
Celelalte operaţii de obţinere a culturii starter concentrate
de bacterii propionice sunt aceleaşi ca cele descrise la
celelalte tipuri de culturi starter concentrate.
Depozitarea culturilor starter concentrate de bacterii
propionice se face la 5C în care caz celulele îşi păstrează
viabilitatea şi activitatea 8 săptămâni. Depozitarea la 25C
poate fi făcută pentru cel mult 2 săptămâni.
Avantaje Dezavantaje
Activitatea culturilor
poate fi controlată şi
supravegheată înainte de
expediere
Se elimină operaţiile de
întreţinere şi de preparare a
maielelor intermediare
(primară, secundară, terţiară)
Se face economie la forţa
de muncă
Se pot stabili uşor
sistemele de rotaţie în
vederea evitării infecţiei cu
bacteriofagi
Se obţin produse de
calitate mai constantă
Se scurtează procesele
tehnologice ale fabricării
produselor prin accelerarea
acidifierii, deoarece se
suprimă faza de dezvoltare
logaritmică în laptele de
fabricaţie
Necesită spaţii de
depozitare la temperaturi
scăzute atât la producător
cât şi la cumpărător
pentru păstrare până la
folosire
Concentrarea nu este
posibilă la toate culturile
starter
Depozitarea în stare
congelată sau uscată, în
funcţie de timp, poate
conduce la micşorarea
drastică a numărului de
celule viabile
Culturile pot să fie
influenţate negativ în ceea
ce priveşte unele plasmide
ce codifică anumite
funcţiuni
13
Culturile starter concentrate se adaugă direct în laptele
destinat fabricării brânzeturilor (deci nu se mai folosesc
obţinerea de culturi intermediare).
Utilizarea culturilor starter concentrate de bacterii în
industria cărnii
Culturile starter concentrate de bacterii folosite în industria
cărnii pot fi singulare sau în amestec. Ele pot fi formate din
bacterii lactice (L. plantarum, L. sake, L. pentosus, L.
alimentarius), pediococi (P. acidilacti, P. pentosaceus),
stafilococi (S. carnosus, S. xilosus), micrococi (M.
varians), streptomicii (Streptomyces griseus).
În literatura de specialitate sunt menţionate următoarele
culturi starter concentrate de bacterii singulare sau în
amestec:
S. carnosus
S. carnosus + P. pentosaceus;
S. xylosus + P. pentosaceus;
M. varians;
M. varians + P. pentosaceus + P. acidilacti;
M. varians + P. pentosaceus;
S. carnosus + Streptomyces griseus.
Culturile starter de micrococi sau stafilococi sunt
recomandate la maturarea lentă a salamurilor crude unde se
realizează o scădere lentă a pH-ului şi deci consistenţa
produsului se realizează în timp. Gustul acestor produse
este puţin acrişor (pH 5,6-6,1).
Culturile starter mixte (micrococi/stafilococi/lactobacili) se
utilizează la maturarea rapidă a salamurilor crude în care
caz realizarea consistenţei merge paralel cu acidifierea.
Culturile starter concentrate de utilizare în industria cărnii
pot fi livrate în stare lichidă subrăcită sau uscată. Adaosul
în compoziţie trebuie să asigure o concentraţie de cel puţin
106-10
7/g pastă. Modul de folosire al culturilor starter
concentrate este în funcţie de modul lor de conservare.
Cele congelate în antigel se utilizează ca atare; cele
liofilizate se suspend în apă pentru o distribuţie mai
uniformă în compoziţie.
Culturile starter concentrate de bacterii lactice pentru
industria cărnii nu se amestecă cu sare, condimente, acid
ascorbic, acizi alimentari şi nici nu se păstrează în amestec
cu substanţele menţionate deoarece se inactivează rapid.
De asemenea trebuie să se aibă în vedere două situaţii
particulare:
Folosirea culturilor starter concentrate în pasta cu adaos
de GDL (glucono delta lactona). În condiţiile folosirii GDL
pH-ul pastei scade rapid, proteinele sunt aduse la pH
izolelectric şi pierd apa de hidratare, azotitul de reduce bine
la NO, se favorizează dezvoltarea bacteriilor lactice care
produc şi H2O2. Acidifierea rapidă împiedică însă
dezvoltarea micrococilor care sunt necesari dacă se
lucrează cu NaNO3. La folosirea GDL este deci recomandat
să se folosească culturi starter concentrate de stafilococi
care produc catalază, reduc azotatul la azotit şi se pot
dezvolta la pH 4,7 fiind şi un bun producător de aromă;
Folosirea culturilor starter în pasta cu adaos de uleiuri
eterice. Aceste uleiuri eterice au acţiune bacteriostatică,
mai ales dacă solventul lor este şi alcoolul etilic şi, deci,
inhibă culturile starter. În acest caz se recomandă să se
folosească o cantitate mult mai mare de cultură starter, pe
de altă parte uleiurile eterice să fie încapsulate.
Culturile starter concentrate folosite în industria cărnii
trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:
- să fie tolerante la NaCl (concentraţie 2,5-3%);
- să se dezvolte bine în saramura de concentraţie 6%;
- să se dezvolte bine în prezenţă de 80-100 mg NaNO2/kg
compoziţie dar să acţioneze şi la temperatură mai scăzută
(14-24C);
- să producă numai acid lactic (culturile starter
concentrate de bacterii lactice să cuprindă numai specii
homofermentative);
- să fie puţin lipolitice şi proteolitice;
- să nu producă mirosuri şi gusturi nedorite din cauza
produşilor secundari de metabolism;
- să fie nepatogene (să nu producă infecţii şi să nu producă
toxine);
- să se adapteze compoziţiei de carne utilizată şi condiţiilor
de fermentare a produselor, respectiv la creşterea
concentraţiei de NaCl, la temperatura de afumare rece şi de
uscare, de activitate a apei care scade progresiv pe măsura
uscării produsului;
- să producă catalază şi nitratreductază (cele cu micrococi,
streptomicii, stafilococi);
- să fie inactivate la 57-60C.
Folosirea culturilor starter concentrate de bacterii (în
special lactice şi pediococi) prezintă următoarele avantaje:
- se micşorează durata de maturare a produselor carnate;
- se îmbunătăţesc proprietăţile senzoriale (gust, miros,
consistenţă);
- se asigură un grad înalt de inocuitate produsului carnat
(salamurile şi cârnaţi cruzi) prin controlul dezvoltării
microorganismelor patogene şi de alterare şi prin limitarea
folosirii unor substanţe cu caracter toxic (amine şi
nitrozamine).
Lactobacilii din culturile starter concentrate produc în
compoziţia salamurilor crude următoarele efecte:
acidifierea pastei cu următoarele consecinţe:
- scăderea pH-ului şi deci aducerea proteinelor la punctul
izoelectric deci şi la starea de hidratare minimă,
favorizându-se în acest fel uscarea;
- reducerea mai rapidă şi mai completă a NaNO2;
- inhibarea microorganismelor patogene: Staphilococcus
aureus, Salmonella, Cl. botulinum;
producerea de substanţe de aromă;
controlul producţiei de amine biogene prin inhibarea
bacteriilor cu activitate decarboxilazică (inhibare prin
competiţie faţă de nutrienţi şi, respectiv, prin acidifiere);
14
controlul producţiei de nitrozamine (aciditate formată,
respectiv pH-ul scăzut favorizează transformarea NaNO2 în
NO şi deci rămâne în produs o cantitate mai mică de
NaNO2 care ar putea intra în combinaţie cu aminele
secundare pentru a forma nitrozaminele;
controlul microflorei de alterare şi patogene prin
producţia de H2O2, bacteriocine.
Pediococii din culturile starter concentrate produc în
compoziţia salamurilor crude următoarele efecte:
acidifierea mai redusă a pastei la temperaturi mai ridicate
fără formarea de produşi care să afecteze negativ gustul şi
mirosul;
producerea de H2O2, bacteriocine cu acţiune inhibitoare
faţă de microorganismele patogene.
Culturi starter concentrate de spori de mucegai
Tehnologia de obţinere include următoarele operaţii:
prepararea mediului de cultură, sterilizarea acestuia şi
repartizarea în eprubete (agar înclinat);
însămânţarea mediului în eprubete cu spori de mucegai
ce se doreşte a se cultiva;
termostatare pentru germinare spori cu organe purtătoare
de spori şi sporulare;
preluare spori cu 2 ml ser fiziologic 0,8% şi însămânţare
medii de cultură Czapek cu 2% agar aflate în vase Roux;
recoltare spori din vase Roux cu ser fiziologic 0,8%
astfel ca să se asigure în suspensie 108-10
10 spori/ml;
păstrare suspensie la 0-4C.
Cultura cu spori de mucegai concentrată poate fi livrată şi
sub formă de emulsie liofilizată, emulgatorul fiind
polietilsorbitanul .
Se pot realiza culturi starter concentrate de spori cu
mucegaiurile utilizate în industria laptelui şi cărnii,
utilizarea lor fiind în funcţie de produsul alimentar în care
se foloseşte cultura respectivă de spori de mucegai.
Pentru industria cărnii, la utilizare suspensia de spori de
mucegai concentrată se diluează cu apă fiartă şi răcită în
raport de 1/3.
Recommended