Закваски для молочної промисловості

За кордоном закваски, що складаються із мезофільних молочнокислих стрептококів, поділяють на 5 груп: так звані нульові (0), L, D, LD та ароматичні закваски.

Нульові закваски містять тільки Lac. lactis і Lac. cremoris або штами одного з цих видів. Селекція штамів цих заквасок спрямована на активне кислотоутворення і мінімальне газоутворення.

Закваски L складаються з нульових заквасок, а також Leu. cremoris. Поряд з молочною кислотою закваска виробляє діацетил, ацетоїн, леткі кислоти і СО₂.

У заквасках D крім представників нульової закваски міститься Lactococcus diacetylactis. Ці закваски виробляють діацетил і ацетоїн у великій кількості, в них більш інтенсивно утворюється вуглекислий газ.

Закваски LD складаються з молочнокислих стрептококів, що входять до складу нульових заквасок, а також Leuconostoc cremoris і Lactococcus diacetylactis. У цих заквасках простежується тенденція Lactococcus diacetylactis домінувати над іншими мікроорганізмами.

Так звані ароматичні закваски складаюься з штамів Leuconostoc dextranicum, Leuconostoc cremoris, Lactococcus diacetylactis,що застосовуються для стимулювання ароматоутворення в певних продуктах.

Характеристика мікроорганізмів, що входять до складу заквасок

Молочнокислі бактерії

Таксономічне положення. Відповідно до класифікації бактерій Бергі молочнокислі бактерії відносяться до царства Прокаріот, відділу Скотобактерій, класу Eubacteriales, до сімейств Streptococcaceae (молочнокислі стрептококи) і Lactobacillaceae (молочнокислі палички).

До сімейства Streptococcaceae відносяться рід Streptococcus і Leuconostoc.

Молочнокислі бактерії роду Streptococcus широко використовуються при виробництві сиру, сметани, кисломолочних напоїв і інших продуктів. Цей рід об'єднує види: Lactococcus (Streptococcus) lactis, Lactococcus (Streptococcus) cremoris, Streptococcus diacetylactis, Streptococcus acetoinicus, Streptococcus thermophilus. Всі молочнокислі стрептококи грампозитивні, мають клітини кулястої форми, розташовуються залежно від виду попарно, короткими і довгими ланцюжками.

З роду Leuconostoc тільки Leuconostoc cremoris, Leuconostoc lactis і Leuconostoc dextranicum використовуються в молочній промисловості. Ці бактерії, як і стрептококи, мають кулясті клітини, сполучені в пари або ланцюжки. Багато представників роду Leuconostoc утворюють капсули, тому при їх рості на цукровмісних середовищах утворюється слиз.

До останнього часу в нашій країні молочнокислі палички було прийнято відносити до сімейства Lactobacterium (згідно класифікації Красильникова, запропонованої в 1949 р.). Проте в сучасному визначнику бактерій Бергі ці мікроорганізми віднесені до сімейства Lactobacillaceae, роду Lactobacillus. По морфології ці бактерії мають форму паличок, розташованих поодинці, попарно, ланцюжками. Грампозитивні, спор і капсул не утворюють.

Фізіологічні властивості. Всі молочнокислі бактерії викликають молочнокисле бродіння – зброджують лактозу і глюкозу до молочної кислоти. Особливістю молочнокислих бактерій є наявність у них ферментів: b-галактозидази, що здійснює гідроліз лактози до глюкози і галактози, і лактатдегідрогенази, що відновлює піровиноградну кислоту в молочну кислоту. Залежно від виду збудника розрізняють дві форми молочнокислого бродіння: гомоферментативне і гетероферментативне.

При гомоферментативному молочнокислому бродінні кінцевим продуктом є молочна кислота:

С₆Н₁₂О₆ ® 2 СН₃СН₂ОСООН + Е

глюкоза молочна кислота

До збудників гомоферментативного молочнокислого бродіння відносяться наступні молочнокислі бактерії: Lactococcus (Streptococcus) lactis, Lactococcus (Streptococcus) cremoris, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum.

При гетероферментативному молочнокислому бродінні утворюється цілий ряд кінцевих продуктів (молочна, янтарна, оцтова кислоти, етиловий спирт, діоксид вуглецю, молекулярний водень):

С₆Н₁₂О₆®СН₃СН₂ОСООН+СООНСН₂СН₂СООН+СН₃СООН+СН₃СН₂ОН+СО₂­+Н₂­+Е

глюкоза молочна к-та янтарна к-та оцтова к-та етиловий

спирт

Збудниками гетероферментативного молочнокислого бродіння є: Lactococcus (Streptococcus) diacetylactis, Streptococcus acetoinicus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum, всі види роду Leuconostoc.

Молочнокислі бактерії володіють різною ферментативною активністю при зброджуванні лактози. Найбільш активними кислотоутворювачами є Lactococcus (Streptococcus) lactis, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus helveticus.

Всі молочнокислі бактерії факультативні анаероби, ацидофіли. Більшість молочнокислих бактерій мезофіли, тобто оптимальна температура для їх розвитку 30 ⁰С. До термофілів (Т_опт 35-40⁰С) належать наступні молочнокислі бактерії: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus lactis, Lactobacillus bulgaricus.

Молочнокислі бактерії дуже вимогливі до поживного середовища. Вони мають потребу в повному наборі амінокислот, вітамінах групи В, компонентах нуклеїнових кислот (пуринових і піримідинових основах). Природнім місцеперебуванням молочнокислих бактерій є поверхня рослин, шлунково-кишковий тракт, молоко і молочні продукти, місця розкладання рослинних рештків тощо.

1.5.1.1. Шаровидні молочнокислі бактеріївідносяться до сімейства Streptococcacea, що об’єднують роди Lactococcus, Streptococcus, Pediococcus і Leuconostoc.

Lactococcus lactis subsp. lactis(молочнокислі стрептококи, скорочено L. lactis). Клітини сферичні або овальні розміром (0,5-1,2)×(0,5-1,5) мкм, з’єднані попарно (диплококи) або у вигляді коротких ланцюжків (Рис. 1.1).

При рості на поверхні твердих поживних середовищ, Lactococcus lactis subsp. lactis утворює дрібні блискучі краплеподібні колонії, величиною 1-2 мм, вглибині середовища колонії мають човникоподібну форму.

Рис 1.1. Lactococcus lactissubsp. lactis, х 900

Оптимальна температура розвитку 30±2°С. Окремі штами, однак, можуть також розмножуватися, але повільно, за низьких температур (нижче 7 °С). При температурі 25°С за рахунок утворення молочної кислоти знижують показник рН приблизно до 4,5 і молоко згортається внаслідок випадання казеїну.

Активні штами цього виду згортають молоко за 4 – 6 год, утворюючи рівномірний щільний згусток. Гранична кислотність (кислотність, яка утворюється в молоці мікроорганізмом після витримки при оптимальній температурі протягом 5-7 діб), частіше всього становить 110-120 ºТ.

L. lactis subsp. lactis відновлює та згортає лакмусове молоко, розкладає аргінін з утворенням аміаку, не росте на середовищах з 6,5 %-им NaCl і в лужному середовищі з рН 9,5.

З перших же годин після внесення бактерій в молоко швидко збільшується кількість клітин, потім темп розвитку дещо сповільнюється і після досягнення максимальної кількості клітин спостерігається поетапне відмирання клітин (під дією продуктів обміну – головним чином, молочної кислоти). Повне відмирання зазвичай настає через 5-7 діб.

Найбільша кількість клітин, які утворюють молочнокислі стрептококи в молоці, складає 1,5-2 млд. в 1 мл. При 30 °С така кількість клітин утворюється приблизно через 10-12 год (за умови, що культуру вносять в стерильне молоко в невеликій кількості).

Найбільше зростання кислотності спостерігається в перші години. Воно продовжується до згортання молока, і наступає через 10-12 год після внесення кільтури (при кислотності молока близько 60 °Т, якщо молоко витримували за температури 30 °С). Потім зростання кислотності сповільнюється і надалі зупиняється.

Культура надає молоку чистий кисломолочний смак і аромат. Штами цього виду входять в склад заквасок для кисломолочних напоїв, сиру, сметани, кисловершкового масла, сирів з низькою температурою другого нагрівання.

Окремі штами L. lactis синтезують бактеріоцин нізин, який володіє антагоністичною активністю по відношенню до більшості грампозитивних бактерій (стафілококів, мікрококів, бацил, клостридій, лактобактерій та ін.).

Lactococcus lactis subsp. cremoris(вершковий стрептокок – L. cremoris). Клітини кулеподібні, розташовуються у вигляді коротких та довгих ланцюжків. Оптимальна температура росту від 25 до 30°С. Молоко згортається за 6-8 год, утворюючи щільний згусток злегка в’язкий або сметаноподібної консистенції, що обумовлено здатністю вершкового стрептокока синтезувати полісахариди. Гранична кислотність у молоці не перевищує 110-115°Т.

Штами цього виду не утворюють аміак із аргініну, не ростуть на середовищах з вмістом 4% NaCl і з рН 9,5. Вершковий стрептокок використовується у заквасках для сметани, кисловершкового масла та інших кисломолочних продуктів.

Деякі штами цього підвиду синтезують бактеріоцин стрептококцин.

У північних країнах цей стрептокок використовується для приготування особливо стійкого кислого молока. Додавання у молоко молочнокислих бактерій Lactococcus lactis subsp. cremoris в поєднанні з Lactococcus lactis subsp. lactis сприяє більш густій консистенції продукту.

Бактерії використовують для виробництва кисломолочних продуктів, кисловершкового масла, сирів.

Lactococcus lactis subsp. diacetylactis(ароматоутворюючий стрептокок – L. diacetylactis). Клітини розташовані частіше всього у вигляді диплококів і коротких ланцюжків. При рості на твердих поживних середовищах, бактерії утворюють круглі, краплеподібні з рівним краєм поверхневі колонії та човникоподібні з рівним краєм глибинні колонії.

Оптимальна температура росту 24±2°С. Має досить слабку кислотоутворюючу активність: молоко згортає за 16-18 год, гранична кислотність не перевищує 70-100 °Т. Згусток молока щільний, часто з наявністю пухирців газу (диоксиду вуглецю), має приємний специфічний запах, обумовлений накопиченням диацетилу. Штами цього виду розщеплюють лактозу і цитрат з утворенням диоксиду вуглецю, диацетилу і ацетоїну. В утилізації цитратів беруть участь два ферменти – цитратпермеаза, що транспортує цитрат в клітину через цитоплазматичну мембрану, і цитратліаза – розщеплює цитрат на ацетат і оксалоацетат. Додавання яблучної і піровиноградної кислоти в поживне середовище не впливає на утворення ароматичних речовин цими бактеріями.

Ароматоутворюючий стрептокок широко використовується в заквасках для більшості ферментованих молочних продуктів.

Streptococcus salіvarіus subsp. thermophilus(термофільний стрептокок). Клітини мають овальну або кулясту форму діаметром 0,7-1,0 мкм, часто з’єднані в довгі ланцюжки (Рис. 1.2). За розмірами їх клітини більші ніж клітини молочних стрептококів. Термофільні стрептококи спор і капсул не утворють, нерухомі.

Рис.1.2. Streptococcus thermophilus,х 900

Вони утворють в невеликій кількості ацетон, тому займають проміжне положення між гомо- та гетероферментативними стрептококами. В зв'язку з цим Streptococcus thermophilus відносять до факультативно гетероферментативних молочнокислих стрептококів.

Більш інтенсивний ріст термофільних стрептококів спостерігається при додаванні до поживних середовищ основних амінокислот – валіна, лейцина, ізолейцина, лізина, аргініна, метионіна, гістидина та проліна. В рідких поживних середовищах ростуть так само як і лактококи.

На поверхні щільних поживних середовищ стрептококи утворюють дуже маленькі колонії округлої форми із зернистою структурою і локоноутворюючими краями.

Добре ростуть на знежиреному і гідролізованому молоці, також на щільних середовищах, що містять компоненти молока і ростові фактори.

Більш інтенсивний ріст термофільних стрептококів спостерігається при додаванні до поживних середовищ основних амінокислот – валіну, лейцину, ізолейцину, лізину, аргініну, метионіну, гістидину та проліну.

Особливістю термофільних стрептококів є слабо виражена цукролітична активність. Його штами постійно ферментують лише лактозу, глюкозу і сахарозу, іноді зброджують рафінозу. Каталазу дані мікроорганізми не утворюють. Деякі штами утворюють диацетил, в невеликих кількостях синтезують ацетоїн, внаслідок чого поліпшується якість молочних продуктів. Більшість культур термофільних стрептококів утворюють в'язкі тягучі згустки молока, нестійкі до метиленового синього, хлористого натрію і лужної реакції середовища (рН 9,6).

БактеріїS.thermophilus за енергією кислотоутворення є найактивнішим серед всіх молочнокислих стрептококів. Активні штами згортають молоко за 3,5-4,0 год. при оптимальній температурі 40±2°С. Температурний діапазон росту від 20 до 50°С. Гранична кислотність в молоці не перевищує 100-115 °Т. Сквашування молока відбувається швидше при додаванні до нього дріжджового екстракту і сахарози. В цих умовах спостерігається збільшення розміру клітин у 2 рази та більше, порівняно при вирощуванні у звичайному молоці.

Термофільний стрептокок чутливий до вмісту в середовищі NaCl і антибіотиків: не росте на середовищі, що містить 4% NaCl і 0,01 МО/см³ пеніциліну, тому його використовують в якості тест-культури для виявлення антибіотиків у молоці.

Бактерії термостійкиі, витримують температуру 75 °С протягом 15 хв і 65°С протягом 30 хв, внаслідок чого складають значну частину мікрофлори в молоці після пастеризації.

Термофільний стрептокок вводять до складу заквасок для виготовлення ряжанки, варенця, йогурту, сирів з високою температурою другого нагрівання.

Leuсonostoc mesenterоides subsp. cremoris (L. cremoris). Клітини кулеподібні або лінзовидні розміром (0,5-0,7)×(0,7-1,2) мкм, з’єднані попарно або короткими ланцюжками. Оптимальна температура росту 24±2 °С, мінімальна – близько 5°С. Молоко не згортає, так як володіє низькою протеїназною активністю. Лейконостокі здатні рости в молоці при додаванні до нього ростових факторів (дріжджового або кукурудзяного екстракту). Гранична кислотність не перевищує 40-50 °Т. Після зниження рН середовища до 4,5-5,0 утворює диацетил, тому даний вид використовують у багатовидових заквасках для виробництва сирів і кисловершкового масла в поєдннні з Lactococcus lactis та Lactococcus cremoris.

Leuсonostoc mesenterоidessubsp. dextranicum (L. dextranicum) морфологічно схожий з Leuсonostoc cremoris. Згортає молоко при оптимальній температурі 24±2°С протягом 3-4 діб. Гранична кислотність складає 70-80°Т.

Розмноження лейконостоків стимулює додавання в середовище марганцю, що призводить також до підвищення синтезу метаболітів – диацетилу, оцтової кислоти, диоксиду вуглецю.

Лейконостоки входять до складу природної мікрофлори кефірного грибка і відіграють важливу роль у формуванні його смаку та аромату.

Багато штамів L. dextranicum синтезують із сахарози полісахарид декстрин, що утворює слиз.

Pediococcus cerevisiae – коки розташовуються тетрадами, парами, рідко поодинокі клітини.

Оптимальна температура росту – від 22 до 25°С, при температурі 35°С ріст припиняється. Тип бродіння – гомоферментативний, що призводить до утворення DL-молочної кислоти (зазвичай перевищує L(+)-ізомер).

Факультативні анаероби або мікроаерофіли, часто зустрічаються в зіпсованому пиві, в молочних продуктах виявляються рідко. Педіококи включають до складу заквасок для виробництва сирокопчених ковбас.

1.5.1.2. Паличкоподібні молочнокислі бактерії відносяться до сімейства Lactobacillaceae, роду Lactobacillus, який включає три підроди: Thermobacterium (термобактерії), Streptobacterium (стрептобактерії), і Betabacterium (бетабактерії) (по Орла-Йонсену).

За типом бродіння лактобацили поділяють на три групи:

I – облігатно гомoферментативні (термобактерії) – 15 видів;

II – факультативно гетероферментативні (стрептобактерії) – 11 видів;

III – облігатно гетероферментативні (бетабактерії) – 18 видів.

У молочній промисловості використовують наступні види молочнокислих паличок.

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (болгарська паличка або L. bulgarium). Форма клітин в молоці: довгі та короткі палички розмірами (5 - 20)×(0,8 - 1,0) мкм (Рис. 1.3).

Рис.1.3.Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus,х 900

Під час фарбування препаратів із молока метиленовим синім в клітинах часто спостерігаються зерна поліфосфатів, інколи нерівномірно пофарбовані ділянки цитоплазми. Оптимальна температура росту 42±2 °С. Молоко згортає за 4-6 год. Гранична кислотність молока досягає 200-350 °Т. Згусток молока може мати “колючу” або сильно в’язку слизисту консистенцію. Штами болгарської палички утворюють ацетальдегід, що надає згустку характерний фруктовий запах.

Штами болгарської палички входять до сладу заквасок для виготовлення йогурту, простокваші південної, болгарської, мечніковської.

Lactobacillus acidophilum (ацидофільна паличка). Форма клітин в молоці: довгі і короткі палички розмірами від 3 до 40 мкм, товщиною 1,0- 1,5 мкм (Рис. 1.4.).

У деяких штамів так само, як і в болгарської палички, в клітинах спостерігається “зернистість” (зерна поліфосфатів). Оптимальна температура росту 37±1 °С. Молоко згортає за 6-8 год, гранична кислотність молока – 260-280 °Т. Деякі штами утворюють слизистий згусток.

Ацидофільна паличка є нормальним представником кишечної мікрофлори людини і теплокровних тварин. Тому вона більш стійкіша до лужної реакції середовища (рН 8,3), наявності у середовищі фенолу (0,3-0,4%), жовчі (20%).

Рис.1.4.Lactobacillus acidophilus, х 900

Ацидофільна паличка володіє високою антагоністичною активністю по відношенню до гнильної, умовно-патогенної і патогенної мікрофлори, продукуючи декілька бактеріоцинів: ацидофілін та лактоцидин. У зв’язку з цим L. аcidophilus належить до цінних пробіотичних культур.

Молочнокислі палички даного виду застосовують для приготування ацидофіліну, ацидофільного молока, дитячих кисломолочних продуктів.

Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis (L. lactis). За морфологічними і біохімічними ознаками схожа з болгарською паличкою. Оптимальна температура росту 40±2°С. Гранична кислотність молока, сквашеного L. lactis, складає 160-200°Т. Використовується у виготовленні сирів з високою температурою другого нагрівання.

Lactobacillus helveticus (швейцарська паличка). Палички довжиною 2-6 мкм, товщиною 1,0-1,5 мкм, розташовуються поодиноко або короткими ланцюжками. Оптимальна температура росту 42±2°С. Молоко згортає за 5-6 год, гранична кислотність 300-350 °Т. Штами L. helveticus можна виділити із сичуга телят. Даний вид використовується в заквасках для сирів з високою температурою другого нагрівання.

Lactobacillus casei subsp. casei (L. casei) – палички з прямокутними кінцями розміром (0,7-1,1)×(2-4) мкм, розташовуються частіше всього ланцюжками. Оптимальна температура росту близько 30°С. Не росте при температурі 45°С.

Lactobacillus casei subsp. rhamnosus (L. rhamnosus) росте в молоці у вигляді довгих або коротких паличок товщиною 1,5 мкм, з’єднаних в ланцюжки. Часто виявляється зернистість клітин. Оптимальна температура росту близько 30°С. На відміну від L. сasei здатен рости при температурі 45°С, розмножуватися в середовищі, що містить 6% NaCl і 20% жовчі. Порівняно із мезофільними лактококами протеолітична активність L. rhamnosus в 2 рази вища. Гранична кислотність у молоці 80-180 °Т.

Використовується в заквасках для виробництва сирів ементальського, едам, честер та ін. Зустрічається в різних видах сирів як супутня мікрофлора.

Lactobacillus plantarum. Палички різної довжини, з’єднані в довгі та короткі ланцюжки. Оптимальна температура близько 30°С, гранична кислотність при розвитку в молоці досягає 180 °Т. Відіграють позитивну роль при дозріванні сирів, так як можуть розмножуватись після зброджуванні лактози заквасочною мікрофлорою і при концентрації NaCl до 6%. L. plantarum використовується в складі заквасок для приготування силосу, квашеної капусти. Цей вид синтезує бактеріоцин лактолін, що пригнічує ріст маслянокислих бактерій і кишечної мікрофлори.

Lactobacillus brevis. Дрібні палички із заокругленими кінцями розміром (0,7-1,0)×(2-4) мкм. Цей вид продукує бактеріоцин лактобревін.

Lactobacillus fermentum – товсті короткі палички довжиною 0,5-0,9 мкм.

Lactobacillus buchneri – палички із заокругленими кінцями (0,7-1,0)×(2-4) мкм.

Палички видів L. brevis, L. fermentum, L. buchneri відносяться до підроду Betabacterium. Вони входять до складу групи облігатно гетероферментативних молочнокислих бактерій. Оптимальна температура росту 30±2°С. Бета-бактерії не згортають молоко, однак при додаванні до нього дріжджового автолізату утворюється згусток, гранична кислотність якого може досягати 150-160 °Т.

Зброджують глюкозу з утворенням молочної кислоти, СО₂, етанолу і незначної кількості летких кислот. Утворюють DL-ізомери молочної кислоти.

Бета-бактерії приймають участь у дозріванні сирів з низькою температурою другого нагрівання, сприяють формуванню рисунку та аромату сиру. Вони також зустрічаються в стромі кефірного грибка.

Оцтовокислі бактерії

Систематична приналежність.Відносяться до роду Acetobacter, в який входять 11 видів, типовим з яких є Acetobacter aceti (рис 1.5)

Рис 1.5.Acetobacter aceti, х900

Морфологічні властивості. Оцтовокислі бактерії (ацетобактерії), виділені з молочних продуктів, є рухомими грамнегативними паличками, які розташовуються поодинці, попарно, ланцюжками. Спор і капсул не утворюють.

Фізіологічні властивості.Оцтовокислі бактерії є строгими аеробами. Оптимальна температура росту 30 ⁰С, температурні межі розвитку 5-42 ⁰С. Ацидофіли – оптимум рН 5,4-6,3, але можуть рости при рН 4,0-4,5. Ростуть на простих і складних поживних середовищах, більшість штамів не потребують вітамінів. Етанол і молочна кислота є хорошими джерелами вуглецю. Здатні окиснювати молочну і оцтову кислоту до діоксиду вуглецю і води (надоокиснення). Добре окиснюють також багато амінокислот, лактозу не гідролізують.

Ацетобактерії здійснюють оцтовокисле бродіння – окислення спирту в аеробних умовах в оцтову кислоту:

СН₃СН₂ОН + О₂ ® СН₃СООН + Н₂О + Е

етиловий спирт оцтова кислота

Пігментів не утворюють, але клітинна маса може бути рожевою через наявність порфіринів; деякі штами утворють коричневий водорозчинний пігмент.

На рідких середовищах, що підкиснюють, утворюють плівку. У молоці розвиваються погано і кислоти не утворюють.

Місцезнаходження: на фруктах, овочах, у скислих фруктових соках, в оцті, алкогольних напоях.

Роль ацетобактерій у формуванні якості молочних продуктів може бути як позитивною, так і негативною. З одного боку, оцтовокислі бактерії входять до складу природної симбіотичної закваски для кефіру і додають кефіру при помірному розвитку специфічного смаку і аромату. З іншого боку, розвиток цих бактерій у сметані, сирі, кислому молоці призводить до появи небажаного запаху і присмаку оцтової кислоти.

Поиск по сайту: