Napoje fermentowane: Dobór kultur starterowych dla napojów fermentowanych

Mleka fermentowane są definiowane w dokumentach Organizacji ds. Wyżywienia i Rolnictwa/Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO) oraz Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej (IDF/FIL) jako produkty powstałe z mleka (pełnego, częściowo odtłuszczonego lub całkowicie pozbawionego tłuszczu), mleka zagęszczonego lub mleka odtworzonego z mleka w proszku, które zostały poddane fermentacji przez specyficzne mikroorganizmy, które, fermentując laktozę, obniżają pH mleka i powodują jego koagulację. Mikroflora starterowa użyta w produkcji tych napojów musi pozostać żywa, aktywna i liczna w produkcie finalnym, aż do ostatniego dnia przydatności do spożycia. Zróżnicowanie wykorzystywanej mikroflory sprawia, że produkowane napoje charakteryzują się różnymi cechami sensorycznymi.

Spośród mlecznych napojów fermentowanych można wymienić m.in. jogurt, kefir, mleko acidofilne, maślankę, mleko fermentowane, a także kumys, leben, ayran. Są produkowane nie tylko w postaci napojów, ale również żeli, past, lodów, innych wyrobów mrożonych lub suszy. Konsumentom oferowane są w wersji naturalnej (bez dodatku niemlecznych składników smakowych i/lub aromatów) lub z dodatkiem substancji smakowych i/lub aromatów. W Polsce, największą skalą produkcji i największą popularnością charakteryzują się jogurty, kefiry, maślanki, zsiadłe mleko, jak również różnego rodzaju mleczne napoje fermentowane zawierające mikroflorę dodatkową.

Jogurty

Są produkowane z wykorzystaniem charakterystycznej termofilnej mikroflory, zawierającej paciorkowce mlekowe z gatunku Streptococcus thermophilus oraz pałeczki mlekowe z gatunku Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Możliwa jest modyfikacja składu mikrobiologicznego kultury starterowej stosowanej w produkcji jogurtów. Jogurt o zmodyfikowanej mikroflorze jest otrzymywany z wykorzystaniem kultury starterowej zawierającej bakterie z gatunku Streptococcus thermophilus oraz pałeczki mlekowe z rodzaju Lactobacillus inne niż z gatunku Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Zgodnie z zaleceniami Organizacji ds. Wyżywienia i Rolnictwa/Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO) oraz Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej (IDF/FIL), łączna populacja żywych komórek mikroorganizmów starterowych powinna wynosić co najmniej 107 komórek w 1 g produktu końcowego (w ostatnim dniu przydatności wyrobu do spożycia).

Zalecenia Organizacji ds. Wyżywienia i Rolnictwa/Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO) oraz Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej (IDF/FIL) podają, że wzajemny stosunek liczbowy żywych komórek paciorkowców mlekowych do liczby komórek pałeczek mlekowych w typowym jogurcie powinien wynosić 1:1 lub 2:1. Utrzymanie właściwych proporcji w populacji mikroflory starterowej determinuje nie tylko cechy jakościowe, ale przede wszystkim decyduje o właściwościach prozdrowotnych jogurtów. Dominacja Streptococcus thermophilus w mikroflorze starterowej jogurtów może dać możliwość otrzymania jogurtów o mniej wyraźnym aromacie i mniejszej lepkości, z kolei przewaga pałeczek mlekowych z rodzaju Lactobacillus może sprzyjać większej wartości żywieniowej produktu, ale jednocześnie przekwaszeniu w dystrybucji i handlu. Utrzymanie właściwej proporcji w populacji mikroflory starterowej zależy m.in. od zastosowanej kultury starterowej, parametrów prowadzenia produkcji i dystrybucji (np. temperatury i czasu), jak również finalnej kwasowości produktu. Dowodzi to konieczności doboru odpowiedniej kultury starterowej cechującej się stabilnością składu w trakcie produkcji jogurtów, a także ich dystrybucji. Tymczasem gatunkiem mikroflory charakterystycznej, najczęściej dominującym w rynkowych jogurtach jest właśnie Streptococcus thermophilus. Najczęściej jego populacja jest o 1-3 rzędy logarytmiczne większa niż liczba komórek pałeczek mlekowych z rodzaju Lactobacillus.

Jogurt powinien charakteryzować się zawartością suchej masy beztłuszczowej na poziomie co najmniej 11,5%, z czego sucha masa beztłuszczowa pochodząca z mleka powinna wynosić co najmniej 8,2%. Zwykle w produkcji jogurtów praktykuje się zagęszczanie zawartości suchej masy beztłuszczowej mleka kierowanego do fermentacji. Zagęszczenie może być realizowane poprzez dodatek odtłuszczonego mleka w proszku lub odparowanie z mleka części wody w wyparkach próżniowych (por. Zaręba D., Ziarno M., 2018. Systemy stabilizujące: mleczne napoje fermentowane. Forum Mleczarskie Biznes 1/18, 54-58 oraz Zaręba D., Ziarno M., 2019. Stabilizacja produktów fermentowanych. Forum Mleczarskie Biznes 1/19, 32-35). Wytwarzane są również mleka jogurtowe lub napoje jogurtowe otrzymywane podobnie jak klasyczne jogurty, jednak bez zastosowania etapu zagęszczenia zawartości suchej masy beztłuszczowej mleka kierowanego do fermentacji. Produkty takie mają konsystencję bardzo płynną. Konsystencję finalnego wyrobu można oczywiście modyfikować również przez odpowiedni dobór kultury starterowej i wykorzystanie naturalnych właściwości biochemicznych mikroflory obecnej w kulturze. Wiadomo, że w czasie fermentacji niektóre szczepy bakterii fermentacji mlekowej tworzą egzopolisacharydy (EPS) nadające końcowemu produktowi aksamitną i zwięzłą strukturę (por. Zaręba D., Ziarno M. 2017. Egzopolisacharydy bakteryjne. Forum Mleczarskie Biznes, 4, 48-51). Egzopolisacharydy są to substancje polisacharydowe składające się z różnych sacharydów (cukrów), o rozgałęzionej lub nie strukturze łańcucha węglowego, wydzielane przez komórki mikroorganizmów na zewnątrz i charakteryzujące się zdolnością do wiązania wody. Oferowane dla przemysłu kultury starterowe wykazujące zdolność do wytwarzania EPS w czasie procesu produkcji jogurtów mogą zawierać albo szczepy Streptococcus thermophilus i/lub pałeczki mlekowe z rodzaju Lactobacillus zdolne do takiej aktywności, albo mikroflorę dodatkową z gatunku Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum syntetyzującą egzopolisacharyd o nazwie dekstran.

Inną mikroflorą dodatkową stosowaną praktycznie w kulturze starterowej przeznaczonej do produkcji jogurtów są mezofilne paciorkowce mlekowe z gatunków Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris, zwykle stosowane w produkcji innych mlek fermentowanych niż jogurt, ale pozwalające na modyfikację lepkości, kwasowości i aromatu finalnego produktu. Możliwy jest również dodatek tzw. mikroflory dodatkowej, zwiększającej wartość prozdrowotną jogurtów (por. Ziarno M., Zaręba D., 2018. Probiotyki. Forum Mleczarskie Handel 3/18, 24-28) – są to zwykle wyselekcjonowane szczepy bakterii z gatunków: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus casei subsp. rhamnosus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium bifidum.

Kefiry

Kefir jest mlekiem fermentowanym cechującym się zawartością charakterystycznej mikroflory prowadzącej fermentację mlekową (heterofermentatywne lub homofermentatywne bakterie z rodzajów Lactobacillus, Lactococcus i Leuconostoc) oraz alkoholową (drożdże fermentujące i niefermentujące laktozy z gatunków Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces exiguus, Saccharomyces omnisporus, Kluyveromyces marxianus). Zgodnie z zaleceniami Organizacji ds. Wyżywienia i Rolnictwa/Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO) oraz Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej (IDF/FIL), łączna populacja żywych komórek bakterii mlekowych powinna wynosić co najmniej 107 komórek w 1 g produktu końcowego, zaś drożdży co najmniej 104 komórek w 1 g produktu końcowego (w ostatnim dniu przydatności wyrobu do spożycia).

Tradycyjna produkcja kefirów opierała się na wykorzystaniu mikroflory grzybków kefirowych, natomiast obecnie wytwarzanie tych wyrobów jest realizowane z zastosowaniem kultur starterowych składanych z mikroflory pozyskanej z grzybków kefirowych. Mikroflora grzybków kefirowych jest bardzo złożona i obejmuje heterofermentatywne lub homofermentatywne pałeczki z rodzajów Lactobacillus (m.in. Lactobacillus caucasicus, Lactobacillus desidosus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus celebiosus, Lactobacillus casei, Lactobacillus casei subsp. alactosus), paciorkowce mlekowe m.in. z gatunków Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. lactis var. diacetylactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, bakterii mlekowych z rodzaju Leuconostoc, drożdże fermentujące laktozę (Candida kefir, Candida pseudotropicalis, Bretanomyces anomalus) i niefermentujące laktozy (Saccharomyces uvarum, Saccharomyces carlsbergensis, Saccharomyces unisporus, Saccharomyces delbrueckii, Saccharomyces globosus, Kluyveromyces lactis), niekiedy zdarzają się bakterie fermentacji octowej (bakterie z rodzaju Acetobacter). Skład mikrobiologiczny kefirowych kultur starterowych jest mniej złożony i obejmuje zwykle podstawowe bakterie mlekowe i drożdże (często niefermentujące laktozy). Stosowanie takich kultur ułatwia produkcję, zmniejsza ryzyko mikrobiologicznego zakażenia produktu, a także pozwala na utrzymywanie wysokiej powtarzalności cech jakościowych kefirów.

Kultury starterowe oferowane do produkcji kefirów różnicują się obecnością i aktywnością poszczególnych mikroorganizmów prowadzących fermentację, dzięki czemu można modyfikować jakość produkowanego kefiru i otrzymywać wyroby o niskiej lub wysokiej lepkości, silnie gazujące lub niegazujące w ogóle. Spośród bakterii z rodzaju Lactococcus najczęściej są wykorzystywane mezofilne bakterie z gatunków Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis, zaś niekiedy termofilne bakterie z gatunku Streptococcus thermophilus. Spośród bakterii z rodzaju Leuconostoc najczęściej wykorzystywany jest gatunek Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris, spośród bakterii z rodzaju Lactobacillus – termofilny gatunek Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, natomiast spośród drożdży Kluyveromyces marxianus, Saccharomyces unisporus i Saccharomyces cerevisiae. Jednakże, badania rynkowych kefirów wskazują, że wśród mikroflory starterowej mezofilne paciorkowce mlekowe znacznie dominują nad populacją drożdży.

Maślanka

Maślanka jest produktem otrzymanym jako produkt uboczny przy produkcji masła lub w wyniku fermentacji mleka (albo mieszaniny mleka i maślanki powstałej przy produkcji masła) z wykorzystaniem mezofilnej kultury starterowej zawierającej kwaszące i aromatyzujące bakterie fermentacji mlekowej. Niezależnie od toku produkcji, maślanka jest zaliczana do mlek fermentowanych, zatem zgodnie z zaleceniami Organizacji ds. Wyżywienia i Rolnictwa/Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO) oraz Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej (IDF/FIL), łączna populacja żywych komórek bakterii mlekowych powinna wynosić w finalnym produkcie co najmniej 107 komórek w 1 g produktu końcowego (w ostatnim dniu przydatności wyrobu do spożycia).

Zwykle w produkcji maślanki stosuje się maślarskie kultury starterowe szybko fermentujące mleko z wytworzeniem aromatu i gazu (głównie dwutlenku węgla) i najczęściej zawierające bakterie z gatunków Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris. Możliwe jest również wytwarzanie maślanki z mikroflorą dodatkową, np. wybranymi szczepami bakterii z rodzaju Bifidobacterium lub gatunku Lactobacillus acidophilus. Mikroflora taka, jeśli jest etykietowana na opakowaniu wyrobu, powinna być żywa i aktywna w ostatnim dniu przydatności do spożycia, a jej populacja powinna wynosić co najmniej 106 komórek w 1 g produktu końcowego.

Zsiadłe mleko

Skład mikroflory charakterystycznej wykorzystywanej w przemysłowej produkcji zsiadłego mleka może obejmować zaledwie jeden gatunek: Lactococcus lactis subsp. lactis. Jak wiadomo, mleko zsiadłe jest wytwarzane w wielu krajach (szczególnie słowiańskich), a w Polsce jest uważane za tradycyjny napój mleczny fermentowany. W warunkach gospodarstw wiejskich mleko zsiadłe jest otrzymywane z mleka surowego pozyskanego od zdrowych krów z zachowaniem właściwej higieny, zaś fermentacja zachodzi z wykorzystaniem naturalnie bytujących w mleku surowym paciorkowców mlekowych z gatunku Lactococcus lactis. Są to bakterie mezofilne, dlatego wystarczy pozostawić mleko surowe na kilkanaście godzin w temperaturze pokojowej do samoczynnego ukwaszenia. W warunkach przemysłowych, gdy mleko surowe jest poddawane pasteryzacji, która niszczy termicznie m.in. bakterie z gatunku Lactococcus lactis, mleko zsiadłe otrzymuje się z wykorzystaniem kultur starterowych.

Mleka fermentowane z dodatkową mikroflorą

Mleczne napoje fermentowane są cenione przez konsumentów m.in. dzięki wysoko ocenianym walorom smakowo-zapachowym, jak również wysokim wartościom dietetycznym i zdrowotnym. Z tego względu istotna staje się obecność odpowiedniej liczby żywych komórek mikroflory starterowej. Populacja tej mikroflory może być zwiększona i wzbogacona poprzez zastosowanie dodatkowych starterów (np. mikroflory probiotycznej) lub tzw. kultur zespolonych składających się z mikroorganizmów odpowiedzialnych za proces fermentacji i odpowiednio wybranych mikroorganizmów o właściwościach prozdrowotnych. Taką dodatkową mikroflorą mogą być wyselekcjonowane szczepy z gatunków Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus casei subsp. rhamnosus, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium lactis, Bifidobacterium breve, jak również Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii, Enterococcus faecium. Należy pamiętać, że mikroflora charakterystyczna i dodatkowa powinna być żywa i aktywna w ostatnim dniu przydatności do spożycia.

Rodzaj mikroflory obecnej w używanych kulturach starterowych decyduje o sposobie klasyfikacji mleka fermentowanego. Na zakończenie należy przypomnieć, że wśród mlecznych napojów fermentowanych wyróżnia się 4 generacje: I generacja – fermentacja spontaniczna mleka; II generacja – fermentacja kontrolowana mleka (jogurt, kefir, mleko fermentowane); III generacja – fermentacja kontrolowana mleka z użyciem mikroflory dodatkowej (Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium); IV generacja – fermentacja z wykorzystaniem szczepów bakterii mających potwierdzony, pozytywny wpływ na zdrowie człowieka (np. Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Bifidobacterium).

Podsumowanie

Przemysł mleczarski wykorzystuje w tym zakresie kultury starterowe nie tylko bakterii mlekowych (mezofilnych czy termofilnych), ale także drożdży. Warto podkreślić, że dobór kultury starterowej do produkcji mlecznych napojów fermentowanych zależy od potrzeb technologicznych oraz wymaganych parametrów jakościowych i zdrowotnych produktu finalnego. Aby otrzymać produkt finalny o pożądanych cechach i jakości, konieczne jest użycie kultury starterowej właściwie dobranej dla danego produktu.