Получение заквасок молочной промышленности

Основными микроорганизмами, используемыми при производстве молочных продуктов, являются молочнокислые бактерии. Это специфическая группа микроорганизмов, обусловливающих молочнокислое брожение, т.е. распад углеводов до молочной кислоты, так же образуются побочные продукты: уксусная кислота, углекислый газ, ароматические вещества, этиловый спирт.

Субстратом для приготовления молочных продуктов является молоко. Для процессов ферментации молока используются чистые культуры микроорганизмов, называемые заквасками. Исключение составляют закваски для кефиров, которые представляют естественный симбиоз нескольких видов молочнокислых грибков и молочнокислых бактерий.

Закваска– основная и наиболее важная часть первичной микрофлоры кисломолочных продуктов. С внесением её молоко обогащается микроорганизмами в 10 – 100 раз, биохимическая активность которых в совокупности с технологическими манипуляциями позволяет получить готовый продукт с различными орнолиптическими свойствами. От качественного состава заквасок в значительной мере зависит весь ход процесса выработки кисломолочных продуктов.

Характеристика микроорганизмов, входящих в состав заквасок. К основным группам микроорганизмов, используемым при производстве молочных продуктов, относят молочнокислые, пропионовокислые бактерии, бифидобактерии, уксуснокислые бактерии и дрожжи. В созревании сыров со слизевой поверхностью участвует незаквасочный пигментообразующий микроорганизм слизи Brevibacterium lines.

Молочнокислые бактериипо характеру вызываемого ими брожения делят на 2 группы: гомо- и гетероферментативные.

Гомоферментативные – образуют из сбраживаемых сахаров молочную кислоту и незначительное количество других продуктов.

Гетероферментативные – кроме молочной кислоты образуют значительное количество уксусной кислоты, этилового спирта, глицерина, углекислого газа, ароматических и других веществ.

К возбудителям гомоферментативного молочнокислого брожения относятся следующие молочнокислые бактерии: Lactococcus lactis, Lactococcus cremoris, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum.

Возбудителями гетероферментативного молочнокислого брожения являются: Lactococcus diacetylactis, Lactococcus acetoinicus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum, все виды рода Leuconostoc.

Lactococcus lactis Оптимальная температура развития 25 –30 °С, максимальная 40 °С, минимальная 10 °С и ниже. При оптимальной температуре активные штаммы свертывают молоко за 10 –12 ч, образуя плотный ровный сгусток. Через 18 ч кислотность сгустка достигает 80 –90 °Т, а через 5 –7 дней –100 –125 °Т. Lac. lactis – основной компонент состав микрофлоры кефирного грибка, заквасок для творога, сметаны, простокваши. Благодаря относительно низкому конечному пределу кислотообразования можно получить продукт со сравнительно невысокой кислотностью.

Lac. Сremoris (сливочные лактококки). Морфология и форма колоний такая же, как и у Lac. lactis. Оптимальная температура развития 25 –30 °С. максимальная 36 °С, предельная кислотность молока 110 –115 °С. При пониженных температурах культивирования (15 – 20 °С) некоторые штаммы Lac. cremoris образуют значительное количество летучих кислот. Развиваясь в молоке, Lac. cremoris образует сгусток, напоминающий по консистенции сметану. Это свойство Lac. cremoris можно использовать при подборе заквасок для продуктов, характеризующихся густой консистенцией (сметана).

Lac. diacetilactis (ароматобразующие лактококки). Клетки расположены чаще всего в виде диплококков и коротких цепочек. На питательных средах образуют колонии: поверхностные, крупные, каплевидные, глубинные–чечевицеобразные. Оптимальная температура развития в молоке 25 –30 °С. Lac. diacetilactis растет при 39 –40 °С, при температуре 45 °С рост отсутствует. Предельная кислотность 90 –100 °Т. Сгусток молока плотный, часто с наличием пузырьков газа. Вкус чистый, кисловатый, слегка щиплющий, иногда сладковатый. Аромат специфический, обусловленный накоплением диацетила. Штаммы Lac. diacetilactis сбраживают лактозу, соли лимонной кислоты с образованием СО₂, а также и диацетила и ацетоина. До сих пор нет единого мнения о том, относятся ли Lac. diacetilactis к группе гетероферментативных или гомоферментативных стрептококков. По способности образовывать значительное количество молочной кислоты они приближаются к Lac. lactis, а по способности образовывать побочные продукты брожения – к гетероферментативным стрептококкам.

Род Leuconostoc объединяет 9 видов. В молочной промышленности имеет значение вид Leu. mesenteroides: он включает два три подвида: Leuc. dextranicum, Leuc. сremoris, Leu. mesenteroides. Лейконостоки имеют сферические, несколько вытянутые клетки. Располагаются парами или цепочками. По Граму красятся положительно, неподвижные, спор не образуют. Leu. cremoris имеет клетки, которые обычно выстраиваются в длинные двойные цепочки. Лейконостоки на плотных средах образуют мелкие (до 1 мм в диаметре) гладкие круглые серовато-белые колонии; на средах, содержащих сахарозу, образуют мелкие слизистые колонии. Лейконостоки являются факультативными анаэробами. Растут на специальных питательных средах. Оптимальная температура роста 20 –30°С, а минимальная составляет 5 °С. Молоко является бедной питательной средой для развития лейконостоков. Большинство штаммов растет в молоке при добавлении ростовых факторов, экстракта дрожжей и глюкозы. Применение Leu. cremoris наиболее целесообразно там, где необходимо получить мягкий долговременный аромат, например, в производстве стойкого к хранению масла. Leu. dextranicum вместе с другим ароматобразующими стрептококками чаще вводят в состав заквасок для сыров. Входит в состав микрофлоры естественной кефирной закваски. Играет большую роль в образовании вкуса и аромата кефира. В случае излишнего их развития наблюдается вспучивание.

Str. thermophilus(термофильные молочнокислые стрептококки) включает один вид молочнокислых кокков – Streptococcus thermophilus. Форма клеток в молоке – кокки, часто соединенные в длинные цепочки. На агаре с гидролизованным молоком термофильные молочнокислые стрептококки развиваются медленнее, чем мезофильные (через 48 ч), и дают более мелкие колонии – темные, зернистые, иногда локонообразные. Оптимальная температура развития 40 –45° С; свертывает молоко при 50° С. При оптимальной температуре активные штаммы свертывают молоко за 12 –14 ч. Предел кислотообразования отдельных штаммов Str. thermophilus – 100 –115 °Т. Термофильные стрептококки применяют при производстве южной и мечниковской простокваши, йогурта, ряженки, варенца. Многие культуры отличаются способностью образовывать вязкие, иногда тягучие сгустки, но встречаются штаммы, образующие колющиеся сгустки. Из-за сравнительно низкой энергии кислотообразования Str. thermophilus редко используют в чистой культуре, чаще их применяют в комбинации с молочнокислыми палочками – болгарской и ацидофильной или мезофильными молочнокислыми стрептококками.

Lactobacillus bulgaricus(болгарская палочка) выделена Григоровым из болгарского кислого молока в 1905 г. Форма клеток в молоке – длинные и короткие палочки от 5 до 20 мкм, толщиной 1 –1,5 мкм. По Граму окрашиваются положительно, спор не образуют. На плотных питательных средах образуют колонии: поверхностные – более или менее крупные (диаметром 1,5 –3 мм), локонообразные, светлые; глубинные – в виде кусочков ваты («паучки»). Оптимальная температура развития 40 –45 °С, максимальная 60 – 62 °С, минимальная 20 °С. Свертывают молоко при 40 –45 °С за 8 –12 ч. Максимальная кислотность достигает через 7 суток 200 –350 °Т. В молоке образуют преимущественно D (—) или DL молочную кислоту, иногда в небольшом количестве летучие кислоты. Некоторые штаммы болгарской палочки образуют также ацетальдегид, который придает продуктам специфический вкус и аромат и антибиотические вещества, подавляющие нежелательную микрофлору Болгарскую палочку в сочетании с термофильным стрептококком применяют в качестве энергичного кислотообразователя для улучшения вкуса и аромата при производстве южной и мечниковской простокваши, а также йогурта и ряженки.

Lactobacillus acidophilus (ацидофильная палочка) – термофильные бактерии. Температурный оптимум роста 37 –40 °С, минимум около 20 °С. При сквашивании в молоке накапливается 2,2 % кислоты. В молоке образуют молочную кислоту. Основным отличительным свойством ацидофильных бактерий является их антибиотическая активность. Ацидофильные бактерии способны подавлять развитие ряда микроорганизмов, в том числе бактерий группы кишечной палочки, дизентерийной, паратифозной и других. Культуры и ацидофильной палочки наряду с молочной кислотой образуют специфические вещества, оказывающие антибиотическое действие на кишечную палочку. Эти вещества термостабильны: не разрушаются даже при кипячении и проходят через бактериальные (мембранные) фильтры. Антибиотические вещества, выделяемые ацидофильной палочкой, угнетающе действуют на ряд патогенных представителей бактерий группы кишечной палочки и дизентерийных палочек, гнилостных бактерий и ряд других микроорганизмов. Штаммы ацидофильных бактерий применяют для приготовления ацидофильных кисломолочных продуктов, кумыса из коровьего молока.

Другие микроорганизмы, входящие в состав кисломолочных продуктов. К представителям технически полезной микрофлоры кроме молочнокислых бактерий можно отнести бифидобактерии, осуществляющие полезные для организма функций (синтезируют витамины группы В, некоторые незаменимые аминокислоты, обладают антагонистической активностью против патогенных микроорганизмов); дрожжи и уксуснокислые бактерии, входящие в состав естественной симбиотической закваски для кефира; а также специфические сырные микроорганизмы - бактерии, вырабатывающие красную слизь, пропионовокислые бактерии и плесневые грибы.

Bifidobacterium. В настоящее время идентифицировано 24 вида бифидобактерий. Представляют собой чрезвычайно вариабельные по форме палочки – прямые, изогнутые, разветвленные, раздвоенные Y– или V–формы, булавовидные. Располагаются одиночно, парами, иногда цепочками. Размер клеток 0,5 – 1,3 х 1,5 –8 мкм. Грамположительные, не образуют спор капсул, неподвижные. На плотных питательных средах бифидобактерии образуют разнообразные колонии: плоские, полушаровидные, блестящие, шероховатые, окруженные валиком, имеющие более темный центр и т.д. Цвет колоний изменяется от белого и серого до темно-коричневого.

Все виды бифидобактерий при первичном выделении являются строгими анаэробами. В присутствии углекислого газа они могут быть толерантными к кислороду. При лабораторном культивировании эти микроорганизмы приобретают способность развиваться в присутствии некоторого количества кислорода, а в высокопитательных средах – расти в полностью аэробных условиях. Чувствительность к кислороду у многих штаммов бифидобактерий варьирует, что обусловлено различиями в механизме брожения. Оптимальной является температура 37 –41 °С. Бифидобактерии применяют при изготовлении кисломолочных продуктов для детей раннего возраста и пробиотиков для людей и животных, так как способствуют нормализации микрофлоры кишечника. Они сообщают продукту диетические и лечебные свойства, так как синтезируют витамины группы В (В₁, В₂, В₆, В₁₂, фолиевую кислоту), витамин К, также незаменимые аминокислоты, при этом в качестве азота используют аммиак. Эти микроорганизмы разрушают канцерогенные вещества, образуемые некоторыми представителями кишечной микрофлоры при азотном обмене, выполняя, таким образом, роль «второй печени». Бифидофлора играет важную роль в жизнедеятельности человека, поддерживая его здоровье на оптимальном, уровне, это облигатная и доминирующая часть кишечной микрофлоры здорового человека и теплокровных животных. Она проявляет антагонистическую активность по отношению к патогенным, условно-патогенным и нежелательным микроорганизмам в кишечнике.

Acetobacter (уксуснокислые бактерии) – микроорганизмы, окисляющие этиловый спирт в уксусную кислоту, называют уксуснокислыми бактериями или ацетобактериями. Типовым видом является Acetobacter aceti. Ацетобактерии представляют собой мелкие прямые или слегка изогнутые палочки. Встречаются эллипсовидные, удлиненные, нитевидные, разветвленные или имеющие вздутия формы. По Граму окрашиваются отрицательно. Спор и капсул не образуют. Уксуснокислые бактерии являются облигатными аэробами. Оптимальная температура роста 25 –30 °С, хорошо растут при 20 °С и слабо при 37 –38 °С. В молоке в чистой культуре ацетобактерии практически не развиваются, так как лактозу не усваивают. Совместно с молочнокислыми бактериями, образующими молочную кислоту и лактаты, развиваются очень активно, при этом некоторые штаммы могут синтезировать флавин, в результате чего на поверхности, свернувшегося молока появляется оранжевое кольцо. Некоторые штаммы ацетобактерии способны синтезировать витамин В₁₂.

Уксуснокислые бактерии входят в состав постоянной микрофлоры кефирной грибковой закваски (кефирного грибка), участвуют и формировании специфического вкуса и консистенции кефира. При излишнем развитии вызывают порок – ослизнение и тягучесть кефирной закваски.

Brevibacterium linens – бактерии, вырабатывающие красный пигмент участвующие в образовании слизи на сырах со слизевой поверхностью наряду с пигментообразующими микрококками и дрожжами. Род Brevibacterium объединяет четыре вида бактерий, он выделен в группу коринебактерий, которая охватывает различные протеолитически активные микроорганизмы.Бревибактерии представляют собой грамположительные палочки неправильной формы, располагаются одиночно или в парах, часто V-образно, т.е. под углом друг к другу. Встречаются разветвленные клетки. Спор не образуют, неподвижные. При инкубации на свету бревибактерии образуют слизистые округлые, различного цвета колонии – желтые, кремовые, оранжевые, красные, красно-коричневые, желто-коричневые, белые и серые, Пигментация колоний зависит от состава питательных сред и условий культивирования. По отношению к кислороду бревибактерии являются облигатными аэробами. Оптимальная температура развития 20 –35 °С. На мягком сыре с плесенью (камамбер и др.) бревибактерии развиваются на более поздних стадиях созревания, после тогокак произойдет раскисление поверхности сыра, вызванное плесенью рода Penicillium. При этом сначала слизеобразующие бактерии развиваются в виде красновато-желтой кромки, а затем на всей поверхности сыра. Они продуцируют протеолитические и липолитические ферменты, диффундирующие в сыр и вызывающие в результате расщепления белка и жиров характерный слегка пикантный запах.

Бактерии, вырабатывающие красную слизь, обычно не культивируют на молочных предприятиях, а применяют непосредственно при изготовлении кисломолочного сыра, камамбера и других сыров со слизью. При этом считается, что добавить культуру в молоко при производстве сыра неэкономично; более целесообразно опрыскивать сыр или обтирать (сыр с плесенью) разбавленной культурой.

Propionibacterium (пропионовокислые бактерии) являются возбудителями пропионовокислого брожения, при котором углеводы ферментируются с образованием главных продуктов брожения – пропионовой кислоты и её солей – пропионатов. Бактерии пропионовокислого брожения представляют собой неподвижные, не образующие спор и капсул грамположительные полиморфные палочки. Клетки могут быть кокковидными, удлиненными, раздвоенными или разветвлёнными, встречаются булавовидные формы. Располагаются одиночно, парами, короткими цепочками, в виде букв Y или V. Пропионовокислые бактерии являются факультативными анаэробами и хемоорганотрофами. Продукты ферментации включают большие количества пропионовой и уксусной кислот, и меньшие количества муравьиной, янтарной, молочной кислот и диоксида углерода. В молоке пропионовокислые бактерии развиваются медленно свёртывают его через 5 –7 дней. Пропионовокислые бактерии используют в составе заквасок при производстве твёрдых сыров с длительным сроком хранения. После окончания молочнокислого брожения лактозы в созревающем сыре наступает стадия пропионовокислого брожения, сопровождающаяся сбраживанием молочной кислоты в уксусную и пропионовую кислоты. Эти кислоты придают сырам острый вкус, а образующийся диоксид углерода формирует рисунок сыра (глазки). Пропионовокислые бактерии способны синтезировать витамин В₁₂ и обогащать им молочные продукты.

Saccharomyces(дрожжи) – являются основными возбудителями спиртового брожения. К этому роду относятся и молочные дрожжи S. lactis, S. casei, которые могут развиваться в сырах и кисломолочных продуктах.

В молоке и молочных продуктах выявляются и другие как спорообразующие, так и неспорообразующие дрожжи. Дрожжи являются факультативными анаэробами, но лучше развиваются при наличии в среде кислорода. Оптимальная температура развития 25 –30 °С, минимальная 5 –12 °С. Большинство дрожжей предпочитают для своего развития кислую реакцию среды, поэтому они широко распространены в кисломолочных продуктах и могут быть обнаружены почти в любом образце продукта, приготовленного на естественных заквасках. Большинство видов дрожжей, развивающихся на молочных продуктах, обладают липолитической способностью. В связи с этим размножение дрожжей в жирсодержащих продуктах при холодильном хранении вызывает их порчу: прогоркание, осаливание, появление неприятного запаха. Роль дрожжей в производстве кисломолочных продуктов исключительно велика. Дрожжи формируют специфические вкус и запах, витаминизируют продукты, стимулируют размножение молочнокислых бактерий, подавляют вредную микрофлору. Дрожжи используют также при повышения стойкости масла. Они способны вырабатывать антибиотические вещества, подавляющие развитие возбудителя туберкулеза, бактерий группы кишечных палочек и других нежелательных микроорганизмов.

Penicillium (плесневые грибы) относится к порядку гифомицетов (Hyphomycetales) из класса несовершенных грибов (Deuteromycota). Естественное местообитание этих грибов – почва, они часто обнаруживаются на самых разных субстратах, главным образом растительного происхождения. Большое значение имеют пенициллы вида P.roqueforti, которые используются при изготовлении сыров, характеризующихся «мраморностью»: «Рокфор», «Горгонцола» «Стилон» и др. Всем этим сырам свойственны рыхлая структура, специфический «плесневелый» вид (прожилки и пятна голубовато-зеленого цвета) и характерный аромат. P.roqueforti является микроаэрофильным микроорганизмом. При приготовлении мягких французских сыров «Камамбер», «Бри» и некоторых других используются P.camamberti и P.caseicolum, которые образуют на поверхности сыра характерный белый «войлочный» налет. под воздействием ферментов этих грибов сыр приобретает сочность, маслянистость, специфические вкус и аромат.