Смешанные культуры микроорганизмов для получения ферментированных пищевых продуктов

Смешанное брожение различных культур микроорганизмов, используемое для получения ферментированных пищевых продуктов, имеют широкое распространение в мире, но наиболее заметно в странах Дальнего Востока: Японии, Индонезии, Индии, Пакистане, Таиланде, Филиппинах, Тайване, Китае, Корее. Эти технологии были изобретены задолго до письменной истории, некоторые из этих процессов до сих пор мало изучены, можно только догадываться, как на микроорганизмы используются.

Существуют большое количество древних письменных свидетельств, преимущественно китайского происхождения о продуктах, получаемых сбраживанием, однако первые научные исследования появились лишь около 100 лет назад. За несколько лет до начала Первой мировой войны, произошел взрыв статей и докладов, касающихся ферментированных пищевых продуктов и напитков. После войны исследования были почти прекращены из-за ограничения научных контактов я Японией и Китаем, и возобновились только в 50-х годах XX века, сохраняя до нашего времени повышенный интерес. Это связано с распространением моды на вегетарианские и натуральных продукты, поиском менее дорогих, с высоким содержанием белка источников питания.

Обычная практика смешанных культур включает в себя грибы, как источник гидролитических ферментов, дрожжи - этилового спирта и бактерии, продуцирующие молочную кислоту, как консервант.

В качестве грибных культур применяются микроорганизмы родов Rhizopus, Mucor, Amylomyces, Aspergillus, Monascus, и Neurospora, использующие в качестве питательного субстрата растительный материал.

Дрожжи, также относящиеся к грибам, представлены в основном родами Saccharomyces, Candida (Torulopsis), и Saccharomycopsis.

Молочнокислые бактерии - Pediococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Bacillus.

Микроорганизмы, участвующие в получении ферментированной пищи, можно разделить на следующие категории.

1. Монокультуры. Брожения, в котором участвует только один вид микроорганизмов, например, индонезийский продукт из сои, натто, приготовленный при участии Bacillus natto.

2. Мультикультуры. Используются более одного вида микроорганизмов, принадлежащих к таксономически различных видам, находящиеся в симбиозе[25] друг с другом. Примером этого является ragi, в сбраживании которого используются два гриба: Amylomyces и Rhizopus.

3. Юникультуры. Брожение, связанное с двумя или более штаммами микроорганизмов одного и того же вида. Например, соевый йогурт сбраживается двумя штаммами Lactobacillus Acidophilus, первый из которых дает аромат, второй кислоту.

4. Поликультура. При этом виде брожения используется такое большое количество микроорганизмов, что невозможно конкретно определить какое действие оказывает на продукты каждый из них. Примером может служить смесь микроорганизмов, обнаруживаемых при индокитайском способе ферментации рыбы.

5. Последовательные культуры (метабиоз). На начальном этапе используются одни культуры, как правило, источники гидролаз, которые затем убиваются, а продукты гидролиза сбраживаются другими. Наиболее яркий пример - сакэ. На начальном этапе изготавливают закваску коджи путем твердофазного аэробного культивирования Aspergillus oryzae, а затем глубинное анаэробное культивирование дрожжей и молочнокислых бактерий, предохраняющих среду от заражения другими видами микроорганизмов.

Кроме этих примеров, существуют также микроорганизмы, не несущие какой-либо полезной функции, а являющиеся фактически загрязнителями, которые характерны для большинства азиатских сброженных продуктов.

Смешение нескольких культур имеет целый ряд преимуществ по сравнению с обычными способами брожения монокультур.

1. Увеличение выхода продуктов метаболизма. Driessen изучал поведение смешанных культур йогурта Streptococcus thermophilics и Lactobacillus Bulgaricus, которые в изоляции продуцируют 24 и 20 ммоль / мл кислоты, соотвественно, а при совместном выращивании - 74.

2. Защита от загрязнения. Чистые культуры всегда более подвержены загрязнению, чем смешанные культуры. В природе, чистое состояние культуры редко, если вообще происходит.

3. Более высокие темпы роста. Как отмечалось выше, в смешанной культуре, различных микроорганизмов могут метаболироваться необходимые факторы роста или источники углерода или азота, которые полезны для второго организма.

4. Продукты, сделанные смесью микроорганизмов дополняют друг друга, препятствуя росту посторонних микроорганизмов. Дрожжи производят алкоголь, а молочнокислые бактерии вырабатывают кислоты, рост этих микроорганизмов проходит при повышенной кислотности и анаэробных условиях, что является неприемлемым для большинства плесеней и бактерий.

5. Многоступенчатые преобразования. Смешанная культура может привести целый ряд преобразований сусбтрата, что было бы невозможно для одного организма. Плесени коджи преобразуют крахмал риса в сахара, дрожжи, в свою очередь, использует сахара для создания алкоголя и других ароматических веществ.

6. Устойчивость к фагам. В чистой культуре брожения, особенно с бактериями и плесенями, фаги являются серьезной проблемой, способной полностью уничтожить производство. Смешанные культуры имеют более широкий спектр генетических антагонистов фагов, в таких культурах практически нет сбоев из-за развития инфекции.

Последовательное брожение, реализуемое при производстве сакэ, требует, однако, тщательно отобранных культурных рас чистых линий в качестве посевного материала. Использование непроверенных заквасок может привести к негативным результатам, таким как:

1. Нежелательные вкус и внешний вид.

2. В некоторых случаях неправильно подобранные культуры дрожжей способны выделять токсины. Например, использование вместо A. oryzae A. flavus может привести к образованию канцерогенные афлатоксинов.

3. Неправильное направление сбраживания или выделения ферментов может внести нежелательные изменениям в продукт, и нарушат дальнейший ход процесса.

4. Загрязнения первой культуры, например, гнилостными бактериями при излишнем содержании влаги может сделать коджи совершенно непригодным к дальнейшему применению.