Mikrobiologia: Kultury bakteryjne do twarogów

Charakterystyka technologiczna starterów twarogowych

Kombinacja i wzajemne proporcje gatunków bakterii kwasu mlekowego, obecnych w kulturze startowej, decydują o przeznaczeniu startera, a efektem jest produkt finalny wyprodukowany w określonym czasie i wykazujący się określonymi cechami sensorycznymi i teksturalnymi. Stąd wynika poszukiwanie takich modyfikacji składu kultur startowych wykorzystywanych w produkcji serów kwasowych, które spełnią oczekiwania innowacyjnych technologii, potrzeby zarówno zakładów mleczarskich, jak i konsumentów.

Teoretycznie, w skład kultur bakteryjnych do twarogów mogą wchodzić różne bakterie mlekowe, o odmiennych zdolnościach metabolicznych, i tym samym osiągać różne cele technologiczne. Warto przy okazji przypomnieć, że bakterie fermentacji mlekowej dzieli się według optymalnych temperatur wzrostu, na termofilne i mezofilne. Gatunki mezofilne bakterii mlekowych chętnie rozwijają się w zakresie temperatury 20-28°C, zaś termofilne bakterie mlekowe charakteryzują się optimum wzrostu w zakresie temperatury 40-45°C. W przypadku produkcji klasycznych twarogów w największej ilości są wykorzystywane gatunki mezofilne tj.: wymienione wcześniej Lc. lactis i Leuc. mesenteroides. Istnieją pewne modyfikacje technologii produkcji serów kwasowych, polegające na znacznym skróceniu czasu fermentacji poprzez podwyższenie temperatury procesu i wykorzystanie termofilnych bakterii mlekowych. Generalnie, w branży mleczarskiej najczęściej wykorzystywanymi termofilami są gatunki Lactobacillus delbrueckii i Streptococcus thermophilus (stosowane w produkcji jogurtów) oraz Lacto- bacillus helveticus stosowany do serów dojrzewających. Z wymienionych termofili, gatunek Str. thermophilus najczęściej był testowany w kierunku wykorzystania w produkcji serów kwasowych.

Bakterie mlekowe różnicuje się także pod względem zdolności do tworzenia metabolitów, na homofermentatywne i heterofermentatywne. Jest to istotny podział tych bakterii ze względu na możliwość aplikacji do bakteryjnych kultur serowarskich. Gatunki homofermentatywne to te, które są wyposażone w zestaw enzymów ukierunkowujących na szlak metaboliczny rozkładający cukry prawie wyłącznie do kwasu mlekowego. Bakterie takie produkują od 0,6% do 3% kwasu mlekowego (zależnie od gatunku). Do takich gatunków homofermentatywnych zaliczają się Lc. lactis subsp. lactis, Lc. lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis i Lc. lactis subsp. cremoris.

Gatunki heterofermentatywne dysponują większą gamą enzymów, które pozwalają rozkładać cukry, jak i inne składniki, nie tylko do kwasu mlekowego, ale także do kwasu octowego, alkoholu etylowego, diacetylu, aldehydu octowego i ditlenku węgla. Ze względu na zdolność do tworzenia diacetylu, ditlenku węgla i tym podobnych substancji, to właśnie bakterie mlekowe heterofermentatywne najczęściej stosowane są w technologii twarogów. Do gatunków heterofermentatywnych zaliczane są: Leuc. mesenteroides subsp. cremoris i Leuc. mesenteroides subsp. mesenteroides.

Należy nadmienić, że nadmierne zdolności metaboliczne nie są w pełni akceptowane w produkcji twarogu. Dotyczy to przede wszystkich zdolności proteolitycznych i lipolitycznych gatunków wchodzących w skład kultur startowych. Zbyt duża aktywność proteolityczna ukierunkowałaby proces technologiczny w stronę produkcji serów dojrzewających. Rozkład białka prowadzi do intensywnych zmian zapachowych i smakowych, charakterystycznych dla serów podpuszczkowych dojrzewających. Z kolei niekontrolowana proteoliza może skutkować pojawieniem się gorzkiego posmaku nie- akceptowalnego w przypadku twarogów tradycyjnych. Podobny wpływ mają nadmierne przemiany lipolityczne, jednak wśród bakterii fermentacji mlekowej nie ma tendencji do nadmiernych przemian lipolitycznych.

Istotna, ze względu na smak i zapach twarogu, jest obecność diacetylu, który nadaje twarogom pożądany charakterystyczny zapach. Substratem do syntezy diacetylu są cytryniany (sole kwasu cytrynowego) występujące naturalnie w mleku, dlatego mleko kierowane do produkcji twarogu kwasowego powinno cechować się wysoką zawartością cytrynianów. Cytryniany metabolizowane są przez niektóre heterofermentatywne bakterie mlekowe (Lc. lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis i Leuc. mesenteroides subsp. cremoris) w pierwszej kolejności do octanu, pirogronianu i ditlenku węgla. Następnie, pirogronian może ulegać przemianom pośrednim do octanu, acetaldehydu, butanodionu i etanolu lub do acetomleczanu, wtórnie do diacetylu i dalej do acetoiny. Obecność odpowiedniego poziomu diacetylu jest odbierana jako zapach świeżego sera, zapach śmietankowy lub maślany. Według danych doświadczalnych największą akceptacją cieszą się twarogi, w których poziom diacetylu wynosi 1-2 mg/kg. W czasie fermentacji w temperaturze z zakresu 20-25°C już po 15 godzinach obserwuje się maksymalny poziom diacetylu. Niestety, jest to składnik dosyć niestabilny, przede wszystkim gdy w kulturze startowej są obecne bakterie produkujące enzym o nazwie reduktaza diacetylu. Enzym ten przekształca diacetyl do bezwonnej acetoiny, a następnie do 2,3-butanodionu. Jaki z tego wniosek? Bakterie fermentacji mlekowej wchodzące w skład twarogowych kultur startowych powinny charakteryzować się zdolnością do przekształcania cytrynianów do diacetylu i jednocześnie niską aktywnością reduktazy diacetylu.

Z drugiej strony, na pożądane cechy smakowo-zapachowe finalnego produktu wpływa także niewielka zawartość acetaldehydu, którego optymalny udział w stosunku do diacetylu wykazano na poziomie 1:4. Nadmiar, powyżej 1 mg na kg masy twarogu, jest odbierany przez konsumentów niekorzystnie i określany jest jako tzw. posmak trawiasty. Badania dowodzą istotnego znaczenia bakterii z rodzaju Leuconostoc w redukcji nadmiaru powstającego diacetylu, co uzasadnia istotność obecności tych bakterii w składzie twarogowej kultury startowej.

Ponadto, w niektórych rodzajach serów kwasowych, klasycznych twarogach, cennym produktem fermentacji mlekowej jest ditlenek węgla, który wpływa pośrednio na odczuwanie smaku i zapachu świeżego twarogu, jak i decyduje o cechach strukturalnych produktu finalnego. Za wytwarzanie ditlenku węgla podczas fermentacji mleka w produkcji twarogu odpowiadają trzy gatunki: Lc. lactis subsp. lactis biovar. Diacetylactis, Leuc. mesenteroides subsp. cremoris i Leuc. mesenteroides subsp. mesenteroides.