Zastosowanie bakterii mlekowych w technologii produkcji żywności pochodzenia roślinnego
Przemysł:
·ð PrzemysÅ‚ owocowo-warzywny
·ð PrzemysÅ‚ zbożowy
·ð PrzemysÅ‚ koncentratów spożywczych
·ð PrzemysÅ‚ fermentacyjny
Przemysł owocowo-warzywny
Kultury bakterii mlekowych, stosowane w przemyśle owocowo-warzywnym są głównie wykorzystywane
w kiszeniu warzyw, chociaż w kuchni staropolskiej kiszono również niektóre owoce (jabłka, śliwki).
Ich zastosowanie gwarantuje otrzymanie produktów o:
- wysokiej wartości odżywczej (wysokiej zawartości witamin i składników mineralnych),
- powtarzalnych cechach sensorycznych (nowy rodzaj
produktu).
Stosowane kultury bakterii mlekowych:
- Lactobacillus plantarum, Lb. pentosus, Lb. bavaricus, Lb. xylosus, Lb. brevis, Lb. fermentum,
- Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris,
- Pediococcus acidilactici
- Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris
Minimum cukrowe: najmniejsza ilość cukru w suchej masie surowca pozwalająca na otrzymanie w procesie fermentacji mlekowej
takiej ilości kwasu, że pH obniża się do co najmniej 4,2, które gwarantuje trwałość produktu (hamuje rozwój bakterii gnilnych i
masłowych).
Niektóre graniczne wartości pH, poniżej którego nie stwierdza się już rozwoju określonych grup drobnoustrojów:
Poza zahamowaniem rozwoju lub zniszczeniem drobnoustrojów niepożadanych, również jest ważne:
1. zahamowanie procesów oddechowych w tkankach,
2. enzymatycznych oksydacyjnych procesów tkankowych, powodujących np. utlenianie się witaminy C lub brunatnienie
powierzchniowe,
3. hydrolitycznych procesów enzymatycznych, będących powodem nadmiernego mięknienia, rozpadu tkanek
i niepożądanych zmian smakowo-zapachowych.
Kapusta kiszona (kwaszona):
kiszeniu poddaje się poszatkowane liście kapusty głowiastej białej (w niektórych regionach kraju  całe główki kapusty), dokładnie
ubite (usunięcie powietrza, by stworzyć warunki beztlenowe), z dodatkiem soli kuchennej (2  3 %) i dodatków smakowych
(marchew, liście chrzanu, wiśni, dębu).
Znaczenie soli i dodatków przy kiszeniu kapusty:
- sól: ułatwia wydzielanie soku z poszatkowanej kapusty (na skutek ciśnienia osmotycznego), selekcjonuje obecne
mikroorganizmy, ma wpływ na tworzenie smaku i zapachu produktu;
- dodatki: ułatwiają odpowiednio ukierunkować proces fermentacji, nadają odpowiedni smak i zapach, taniny i fitoncydy z liści
dębu, chrzanu czy czosnku selekcjonują mikroflorę.
Etapy fermentacji kapusty:
- pierwsze 5 - 10 dni (20oC)  stopniowe obniżanie pH od obojętnego do 4,0; początkowo rozwój LAB i innej mikroflory
(drożdże, coli, przetrwalnikujące tlenowce), póz
niej tylko LAB heterofermentatywnych (głównie Leuconostoc
mesenteroides)
- następne 10 - 16 dni (kilkanaście oC)  stopniowy spadek pH do 3,4 - 3,5; rozwój LAB heterofermentatywnych (głównie
Lactobacillus plantarum, Lb. brevis) i pseudomlekowych (Pediococcus cerevisiae, póżniej Lb. pentoaceticus)
- obniżenie temp. do 10oC  dojrzewanie i przechowywanie; tworzenie cech sensorycznych
Skład chemiczny kiszonej kapusty:
- kwas mlekowy 1,5 - 1,8%
- kwas octowy 0,3%
- etanol 0,4%
- pH 3,4  3,5
Ześluzowacenie kiszonej kapusty:
- zbyt wysoka temperatura przechowywania
- nadmierny rozwój Leuconostoc mesenteroides
Ogórki kiszone (kwaszone):
- są kiszone w całości, po zalaniu roztworem soli
- stężenie soli w solance zależy m.in. od masy ogórków, zazwyczaj ok. 8% NaCl (zawartość soli w soku i w ogórkach kiszonych
powinna wynosić 2  3%)
Dlaczego tyle soli do kiszenia ogórków?
- ogórki zawierają dużo wody
- powierzchnia ogórków jest silnie zanieczyszczona mikroflora z gleby:
mikroflory tlenowej może być 5 x 106 j.t.k./g,
liczba Enterobacteriaceae - 1 x 106 j.t.k./g,
pałeczek mlekowych zaledwie 5 x 103 j.t.k./g
Etapy fermentacji ogórków kiszonych:
1. rozwój Enterobacter  wytwarzanie gazów (H2 i CO2)
2. wytwarzanie etanolu i CO2
3. rozwój heterofermentatywnych LAB (najpierw Leuconostoc mesenteroides, potem Lb. plantarum, Lb. brevis)
Ogórki kiszone (kwaszone): - cechy sensoryczne gotowego produktu zależą od przebiegu fermentacji (są kłopoty ze stosowaniem
czystych kultur bakteryjnych)
Mięknięcie i puste przestrzenie w kiszonych ogórkach: - na skutek rozwoju Bacillus (przetrwalnikujące, tlenowe, o zdolnościach
rozkładania związków pektynowych)
Inne kiszone warzywa lub owoce:
- sojowe: sos sojowy, miso,
- liście winogron, oliwki,
- herbata, kakao, kawa,
Zielone oliwki:
- fermentacja mlekowa oliwek przebiega podobnie jak fermentacja ogórków:
1. Wstępne potraktowanie ługiem (1,3  2,6% NaOH) przez 5  7 godz. w celu hydrolizy i usunięcia gorzkich składników fenolowych
2. Zalanie solanką i spontaniczna fermentacja mlekowa do osiągnięcia pH < 4,0
3. Po zakończeniu fermentacji, zwiększenie stężenia soli w zalewie do 8% w celu utrwalenia produktu
Zielone oliwki w zalewie:
- dominujÄ…ca mikroflora kwaszÄ…ca: Lactobacillus plantarum
Istnieje również możliwość produkcji soków warzywnych lub owocowych fermentowanych przez bakterie mlekowe, w tym szczepy
probiotyczne.
Korzyścią z kontrolowanej fermentacji mlekowej jest obniżenie poziomu azotanów(V) oraz biogennych amin w kiszonkach
Aminy biogenne:
Wiele LAB wytwarza dekarbokzylazę aminokwasową, która w warunkach beztlenowych powoduje powstawanie termostabilnych
amin o nieprzyjemnym zapachu, m.in. tyraminy, histaminy, putrescyny, kadaweryny.
Obecność tych biogennych amin uważana jest za przyczynę reakcji alergicznych lub zatruć pokarmowych u ludzi.
Wyselekcjonowane szczepy LAB stosowane jako składniki przemysłowych kultur starterowych charakteryzują się bardzo słabym lub
brakiem wytwarzania amin biogennych.
Przemysł zbożowy
W Polsce podstawową grupą pieczywa jest pieczywo z udziałem mąki żytniej, którego technologia uważana jest za bardzo
pracochłonną, gdyż wymagającą ukwaszenia ciasta, co najlepiej uzyskuje się przy udziale odpowiednio dobranych bakterii
fermentacji mlekowej, homofermentatywnych lub heterofermentatywnych, oraz drożdży.
Fermentacja mlekowa w produkcji ciast:
Kultury bakterii mlekowych biorą udział w fermentacji mlekowej zakwasów na ciasto żytnie i mieszane.
Smak, aromat i struktura ciasta otrzymuje siÄ™ w wyniku fermentacji alkoholowej i mlekowej.
LAB zużywają glukozę, sacharozę, maltozę, obniżając pH ciasta (zakwaszając je)
Dokładniej:
·ð Wytworzone podczas fermentacji mlekowej (homofermentatywnej lub heterofermentatywnej) kwasy organiczne (głównie
mlekowy i octowy) oraz CO2 wpływają na powstanie właściwej struktury i cech smakowo-zapachowych ciasta (kwas
mlekowy i octowy) oraz działają regulująco na układ amylazowo-skrobiowy, co ułatwia standaryzację produkcji chleba m.in.
pod względem smakowym i zapachowym.
·ð DziÄ™ki temu kultury bakterii mlekowych nadajÄ… mÄ…ce odpowiednie cechy wypiekowe oraz zapewniajÄ… prawidÅ‚owy przebieg i
stabilność fermentacji ciasta.
·ð ZapewniajÄ… wÅ‚aÅ›ciwy kierunek fermentacji i powtarzalnÄ…, wysokÄ… jakość i trwaÅ‚ość pieczywa, dziÄ™ki ograniczaniu wzrostu
mikroflory niepożądanej pochodzącej z mąki i pomocniczych surowców.
·ð ZwiÄ™kszajÄ… biodostÄ™pność skÅ‚adników mineralnych poprzez rozkÅ‚ad fitynianów
·ð Wykorzystanie kultur bakterii mlekowych o zdolnoÅ›ciach proteolitycznych ma wpÅ‚yw na cechy lepkosprężyste ciasta, gdyż
szczepy proteolityczne powodują wzrost lepkości ciasta oraz zwięzłości miękiszu.
·ð Dobór wÅ‚aÅ›ciwej kultury bakterii mlekowych (najlepiej w postaci czystej kultury starterowej) oraz sposób dojrzewania ciasta
ma wpływ na objętość i porowatość miękiszu chleba.
Zakwas chlebowy zazwyczaj zawiera:
- około 107 - 1011 j.t.k./g LAB
- około 105  107 j.t.k./g drożdży
·ð Stosowanie wyselekcjonowanych bakterii mlekowych (w tym szczepów probiotycznych) do przeprowadzenia fermentacji
hamuje rozwój obcej mikroflory (głównie pleśni) oraz eliminuje się lub obniża się zawartość związków o działaniu
rakotwórczym (azotanów, azotynów, toksyn pleśniowych), enzymów odpowiedzialnych za przekształcenie prokancerogenów
w kancerogeny (beta-glukouronidaz, azoreduktaz, nitroreduktaz).
·ð SzczególnÄ… rolÄ™ w regulowaniu funkcjonowania przewodu pokarmowego czÅ‚owieka, a przez to zapobieganiu chorobom
nowotworowym, przypisuje siÄ™ nagromadzonemu w pieczywie kwasowi L(+) mlekowemu wytwarzanemu przez bakterie
podczas fermentacji mlekowej.
Można wyróżnić kilka grup kultur starterowych oferowanych dla przemysłu piekarniczego:
·ð monokultury bakterii mlekowych (homofermentatywnych lub heterofermentatywnych)
·ð kultury mieszane różnych gatunków bakterii mlekowych
·ð kultury mieszane bakterii mlekowych i drożdży
Mikroflora typowego zakwasu:
Bakterie homofermentatywne: Lactobacillus acidophilus, Lb. farciminis, Lb. plantarum, Lb. delbrueckii subsp. delbrueckii , Lb.
amylovorus
Bakterie względnie heterofermentatywne: Lactobacillus plantarum, Lb. casei, Lb. rhamnosus, Lb. lactis subsp. lactis
Bakterie bezwzględnie heterofermentatywne: Lactobacillus sanfranciscensis (Lb. brevis var. lindneri, Lb. sanfrancisco), Lb. brevis,
Lb. buchneri, Lb. fermentum, Lb. fructivorans, Lb. pontis, Lb. reuteri, Lb. johnsonii, Lb. alimentarius, Lb. frumenti
Drożdże: Candida crusei, Pichia saitoi, Saccharomyces cerevisiae, C. milleri (Torulopsis holmii)
Istnieje udokumentowana symbioza pomiędzy C. milleri i Lb. sanfranciscensis (poprzednio Lb. sanfrancisco, identycznym do Lb.
brevis var. lindneri).
Po raz pierwszy opisali to Kline i Sugihar dla ciasta na zakwasie przeznaczonego na bagietki produkowane w San Francisco.
Póz
niej podobne zależności stwierdzono w innych zakwasach, takich jak niemieckich zaczynach na zakwasie.
Istotnym czynnikiem w tej symbiozie jest silna preferencja bakterii pałeczek mlekowych wobec maltozy.
Lb. sanfranciscensis wykorzystują tylko maltozę, zaś uwolniona przy tym glukoza jest asymilowana przez drożdże C. milleri, które są
niezdolne do asymilowania maltozy.
·ð Monokultury bakterii mlekowych sÅ‚użą do fermentacji zaczynów z mÄ…ki żytniej oraz do fermentacji mÄ…ki pszennej.
·ð Bakterie mlekowe heterofermentatywne nadajÄ… pieczywu wyrazisty smak, podczas gdy bakterie typu homofermentatywnego
kształtują łagodny smak pieczywa pszennego.
Wpływ LAB na wypiek - proces wypieku można podzielić na cztery etapy:
(1) aktywnoÅ›ci enzymów (30-70°C)
(2) żelowanie skrobi (55°C do < 90°C)
(3) odparowanie wody
(4) brÄ…zowienie i tworzenie aromatu.
Probiotyki
Głównym celem zastosowania szczepów probiotycznych jest wykorzystanie ich pozytywnego wpływu na organizm człowieka.
Aby produkt mógł być uznany za probiotyczny, do jego produkcji musi być użyty szczep o udowodnionych właściwościach
prozdrowotnych, np.: Lb. casei Shirota, Pediococcus acidilactici CNCM, Propionibacterium freudenreichii subsp.
freudenreichii JS, Lb. acidophilus La-5, NCFM, CK120, Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB12, FK120, LKM512,
DR10, BB536, SBT29-28, Lb. plantarum 299v, ATCC8014, Lactococcus lactis subsp. lactis L1A
Barszcz biały, żurek, kiszony z mąki żytniej (z dodatkiem lub bez otrąb), z dodatkiem czosnku
Przemysł koncentratów spożywczych
1. Udział LAB w fermentacji kawy, kakao
2. Fermentowane produkty sojowe, np. sos sojowy, miso
Kakao:
- LAB biorą udział w początkowym etapie fermentacji ziaren kakaowca, czemu sprzyja wysoka zawartość cukrów i niskie pH
- liczba LAB może wówczas sięgać 107 j.t.k./g
- LAB wytwarzają znaczne ilości enzymów hydrolitycznych: inwertaz, glikozydaz, proteaz
- dominujÄ… LAB homofermentatywne
- w efekcie fermentacji powstają prekursory składników zapachowych i smakowych tworzonych podczas póz
niejszego suszenia i
prażenia ziaren kakaowca
Kawa:
- owoce kawy początkowo moczy się w wodzie i przez 12  60 godz. poddaje fermentacji (co umożliwia oddzielenie warstwy
ochronnej otaczajÄ…cej ziarna kawy)
- w fermentacji udział biorą również LAB
Sos sojowy:
- mikrobiologia produkcji sosy sojowego nie jest do końca zbadana,
- wiadomo, że w początkowym etapie halofilne Pediococcus halophilus (i być może także inne LAB) przeważają i obniżają pH,
wytwarzajÄ…c kwas mlekowy
- dopiero póz
niej do głosu dochodzą drożdże.
Miso:
- to fermentowana pasta sojowa lub ryżowa lub jęczmienna
- fermentacja zachodzi z udziałem osmofilnych drożdży i bakterii mlekowych (w tym Pediococcus, Streptococcus)
Przemysł fermentacyjny
1. fermentacja jabłkowo-mlekowa w winiarstwie
2. biologiczne zakwaszanie zacieru w piwowarstwie
Winiarstwo:
Bakterie mlekowe biorą udział w fermentacji jabłkowo-mlekowej, decydującej o cechach smakowo zapachowych wina oraz
jego barwie.
Fermentacja jabłkowo-mlekowa polega na przekształceniu kwasu jabłkowego w kwas mlekowy, przez co zmniejsza się
kwasowość wina i staje się ono bardziej stabilne.
Wtórna fermentacja win zachodzi zwykle spontanicznie, jednak zastosowanie wyselekcjonowanych kultur starterowych
bakterii mlekowych powoduje, że proces ten jest kontrolowany.
Fermentacja jabłkowo-mlekowa wina to przekształcenie kwasu L(-) jabłkowego w kwas mlekowy (L-) lub D(-) oraz ditlenek węgla.
Bakterie mlekowe są zdolne przekształcać wyłącznie L(-) kwas jabłkowy.
kwas jabłkowy -> kwas mlekowy + ditlenek węgla
COOH-H2OC-H2C-COOH -> CH3-CHOH-COOH + CO2
Z każdego 1 g kwasu jabłkowego powstaje 0,67 g kwasu mlekowego i 0,33 g (lub 165 ml) CO2
Fermentacja jabłkowo-mlekowa prowadzona jest przede wszystkim przez bakterie rodzajów:
- Oenococcus,
- Lactobacillus,
- Leuconostoc,
- Pediococcus.
Fermentacja jabłkowo-mlekowa powoduje, że wina stają się mniej kwaśne, bardziej zharmonizowane, aksamitne,
o bardziej złożonym zapachu.
Jeśli zachodzi w kontakcie z drewnem dębowym, aromaty pochodzące z drewna stapiają się z zapachami I-o i II-go rzędowymi, nie
maskują ich, co często zdarza się, gdy wino jest przelewane do dojrzewania w beczkach już po jej zakończeniu.
Na skutek fermentacji jabłkowo-mlekowej obserwuje się wyraz
ny wzrost kwasowości lotnej na koniec fermentacji, gdy brak kwasu
jabłkowego zaś bakterie zaczynają wykorzystywać obecne w winie cukry.
Uwaga:
Należy unikać fermentacji jabłkowo-mlekowej w winach, które nie są wytrawne, lub gdy nie ma możliwości kontrolowania procesu
fermentacji.
WINA BIAA
E, CZERWONE, RÓŻOWE
W przypadku win białych raczej unika się fermentacji jabłkowo-mlekowej, by zachować ich kwasowość. Wyjątkiem są białe wina
dojrzewajÄ…ce w beczkach i w wyjÄ…tkowych przypadkach kadzie chardonnay czy semillon
Wina czerwone wytrawne w większości przechodzą fermentację jabłkowo-mlekową.
Wina różowe traktuje się je tak, jak wina białe.
Nie wszystkie LAB są równie pożądane:
Oenococcus oeni (wcześniej zwany Leuconostoc oenos) jest najbardziej korzystny do prowadzenia fermentacji jabłkowo-mlekowej, i
najczęściej stwierdzanym w winach. Metabolizuje glukozę z wytworzeniem CO2, kwasu mlekowego, kwasu octowego i etanolu
(heterofermentacja),
Fermentacja jabłkowo-mlekowa prowadzona przez Oenococcus oeni ma miejsce przy pH < 3,5, co nie wiąże się z powstaniem wad
aromatu win.
Rodzaje Lactobacillus i Pediococcus są raczej kojarzone jako mikroflora zanieczyszczająca wino. Wytwarzają znaczne ilości kwasu
octowego z cukrów (głównie pentozy) i kwasu winowego oraz glicerolu,
Gdy fermentacja jabłkowo-mlekowa prowadzona jest przez pediokoki lub pałeczki mlekowe, lub gdy zachodzi przy pH > 3,5, w winie
pojawiają się niepożądane cechy zapachowe.
Nietypowe LAB mogą powodować zubożenie powstającego bukietu wina (rozkład różnych związków, w tym estrów).
Leuconostoc oeni sprzyja pojawieniu się bogatego bukietu zapachowego win (zapach owocowy: jagodowy, malinowy, wiśniowy,
ananasowy), dzięki zdolności przekształcania prekursorów związków zapachowo niekorzystnych w związki korzystne.
Możliwa jest także redukcja zapachów  roślinnego i  trawiastego podczas fermentacji jabłkowo-mlekowej winogron niedojrzałych,
jednak nie sÄ… znane mechanizmy tego.
Uwaga:
Kultury bakterii mlekowych wykorzystywane w winiarstwie muszÄ…:
- być oporne na warunki procesu fermentacji: niskie pH moszczu, początkowe wysokie stężenie glukozy i/lub fruktozy wzrastające
stężenie etanolu, wysokie stężenie garbników i SO2,
- łatwo opadać na dno zbiorników fermentacyjnych.
I takie LAB są najlepsze do przeprowadzenia fermentacji jabłkowo-mlekowej (z ang. malolactic fermentation)
W literaturze anglojęzycznej takie LAB określa się jako "malolactic fermentation bacteria" (MLB)
LAB prowadzące fermentację jabłkowo-mlekową są wrażliwe na etanol i zwykle nie radzą sobie z rozwojem przy jego stężeniach
powyżej 13,5%.
Leuconostoc oeni charakteryzuje się zdolnością adaptacji do wysokich stężeń alkoholu, jednak może  zgubić tę zdolność po
przeniesieniu do niższych stężeń etanolu.
Lactobacillus jest najbardziej oporny na etanol, zaś Oenococcus oeni (wcześniej Leuconostoc oeni)  najbardziej wrażliwy.
Fermentacja jabłkowo-mlekowa zachodzi szybciej w podwyższonej temperaturze.
Przy braku SO2 optymalna temp. dla tej fermentacji wynosi 23  25oC.
Wraz ze wzrostem stężenia SO2 optym. temp. zmniejsza się do ok. 20oC.
Większość szczepów Oenococcus oeni przestaje rozwijać się przy temp. < 15oC, chociaż komórki pozostają żywe.
LAB prowadzące fermentację jabłkowo-mlekową preferują wyższe wartości pH.
Optymalne pH zależy od szczepu LAB i warunków hodowli. Dla większości szczepów, minimalny wzrost następuje przy pH 3,0.
Zalecane jest pH 3,25  3,5.
Optymalny rozwój O. oeni zachodzi przy pH 4,2  4,8. Optimalna aktywność  przy pH między 3,0 i 4,0 i obniża się wraz ze
wzrostem pH  zahamowanie stwierdzane jest przy pH 4,5.
W niskim pH wydłużona jest lag faza wzrostu.
Wartość pH wpływa na to, który gatunek LAB będzie dominować w winie lub moszczu. W niskim pH Oenococcus oeni jest głównym
LAB prowadzącym fermentację jabłkowo-mlekową. W wyższych pH, dominują Lactobacillus i Pediococcus.
Podczas fermentacji jabłkowo-mlekowej, populacja LAB często osiąga liczebność 1 million komórek/cm3. Leuconostoc oeni często
wymaga liczebności ponad 106-107 j.t.k./cm3, by zapoczątkować fermentację jabłkowo-mlekową.
Większość LAB jest wrażliwa na wolny SO2 w stężeniach ponad 10-20 mg/l.
Zawartość całkowitego SO2 zwykle wynosi max. 70 mg/l (wino czerwone) i 40 mg/l (wino białe).
O. oeni może metabolizować acetaldehyd. Dlatego, jeśli SO2 zostanie dodany do wina (lub moszczu) i związany z acetaldehydem,
wówczas aktywność O. oeni spowoduje uwolnienie SO2 i wzrost stężenia wolnego SO2.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Lab1 RoboWorks
APD lab1
lab1 wprowadzenie
lab1 sprawko
lab1(3)
Lab1 PA podstawy PSCAD v2
Lab1 1 R3 lab11
Lab1 1 R1 lab11
lab1
Lab1 Obsługa obrazów
Lab1(1)
Lab1 1 SW2 lab11
Szewczak lab1 pautom
MNM lab1[1]
Lab1
SWD kod lab1
TS lab1
Instrukcja IEF Algorytmy i struktury?nych lab1

więcej podobnych podstron