Napoje fermentowane: Produkcja napojów fermentowanych – najczęstsze problemy i nowe rozwiązania

Współczesny świadomy konsument przywiązuje wagę do tego, co nabywa i spożywa, czyta etykiety i poszukuje informacji na temat wartości odżywczej produktów żywnościowych. Mleczne produkty fermentowane są cenione nie tylko ze względu na walory smakowe, ale również postrzegane jako wykazujące właściwości lecznicze, odżywcze i profilaktyczne. Żywa mikroflora zawarta w mlecznych napojach fermentowanych wpływa hamująco na rozwój mikroflory gnilnej i chorobotwórczej przewodu pokarmowego. Co więcej, dzięki aktywności mikroflory, mleczne napoje fermentowane są łatwiej przyswajalne, utrzymują prawidłowy stan mikroflory w jelicie, wzmacniają system immunologiczny, mogą łagodzić objawy nietolerancji laktozy, poprawiać perystaltykę jelit lub obniżać poziom cholesterolu.

Grupa mlecznych napojów fermentowanych obejmuje m.in. jogurt, kefir, maślankę, mleko zsiadłe, mleko acidofilne, mleko bifidusowe, ayran, kumys, a także produkty mleczne nowej generacji fermentowane szczepami probiotycznymi. Asortyment mlecznych napojów fermentowanych na rynku krajowym jest bardzo urozmaicony i każdy konsument znajdzie dla siebie coś odpowiedniego. Konsumenci sięgają najchętniej po produkty smakowe (jako doskonałą przekąskę, deser, dodatek do owoców, składnik śniadania) i naturalne (jako np. dodatek do sałatek lub sosów). Obecnie mleczne napoje fermentowane są produkowane w wielu odmianach różniących się między sobą strukturą, konsystencją, przeznaczeniem i sposobem utrwalania. Także parametry fermentacji (czas i temperatura inkubacji) oraz stopień ukwaszenia mleka zależą od rodzaju produkowanego mleka fermentowanego. Mleczne napoje fermentowane mogą mieć konsystencję płynną (produkowane metodą zbiornikową) lub stałą (produkowane metodą termostatową), mogą również mieć „śmietankową” teksturę, w wyniku zwiększenia zawartości suchej masy przez odparowanie, dodatek mleka w proszku lub ultrafiltrację.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO) oraz Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej (FIL/IDF) mleczne napoje fermentowane są definiowane jako produkty otrzymane z mleka pełnego, częściowo lub całkowicie odtłuszczonego, regenerowanego z proszku bądź zagęszczonego, poddanego fermentacji z wykorzystaniem mikroflory fermentującej laktozę, obniżającej pH mleka, a także powodującej koagulację jego białek. Mikroflora użyta do produkcji powinna pozostać żywa, aktywna i odpowiednio liczna w produkcie, do ostatniego dnia przydatności do spożycia. Rodzaj wykorzystywanej mikroflory jest głównym kryterium podziału mlecznych napojów fermentowanych, na: mleczne napoje fermentowane przez mikroflorę termofilną (przykładem tej grupy jest jogurt), mleczne napoje fermentowane przez mikroflorę mezofilną (maślanka, mleko zsiadłe), mleczne napoje fermentowane przez mikroflorę pochodzenia jelitowego (np. mleko acidofilne, mleko bifidusowe), mleczne napoje fermentowane otrzymywane przez fermentację mieszaną, alkoholową i mlekową (kefir, kumys), a także mleczne napoje fermentowane przy zastosowaniu charakterystycznych mikroorganizmów o właściwościach probiotycznych.

Jogurt

Według definicji FAO/WHO, jogurt jest mlekiem fermentowanym przez bakterie Streptococcus thermophilus i Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Gatunek Streptococcus thermophilus jest jedynym gatunkiem z rodzaju Streptococcus stosowanym w przemyśle spożywczym. Z uwagi na to, że są to bakterie spożywane przez ludzi od stuleci, bez stwierdzonego efektu wywoływania choroby, zostały uznane przez amerykańską agencję FDA (Food and Drug Administration) za powszechnie bezpieczną, czyli mającą status GRAS. W produkcji jogurtu, główną rolą Streptococcus thermophilus jest szybkie ukwaszenie związane z wytwarzaniem kwasu mlekowego oraz produktów wtórnej fermentacji tj. mrówczanów, aldehydu octowego lub diacetylu, które wpływają na kształtowanie aromatu i tekstury fermentowanych produktów. Bakterie te wykazują również zdolność do wytwarzania i akumulacji kwasu foliowego. Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus także zostały uznane za powszechnie bezpieczne i od tysiącleci znajdują zastosowanie w licznych fermentacjach produktów żywnościowych. W czasie fermentacji mleka Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (jak również wiele innych pałeczek z rodzaju Lactobacillus) zazwyczaj absorbują nadmiar folianów, zmniejszając ich zawartość w końcowym produkcie, dlatego do produkcji jogurtów selekcjonuje się szczepy pałeczek mlekowych pozbawione zdolności do zużywania tych związków. Od pewnego czasu oferowane są jogurtowe kultury starterowe zawierające szczepy bakterii z gatunku Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, zdolne do syntezowania folianów w dużych ilościach, co pozwala, zwłaszcza w połączeniu ze Streptococcus thermophilus, na otrzymywanie jogurtów naturalnie zasobnych w foliany. Streptococcus thermophilus i Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus wytwarzają w jogurcie β-D-galaktozydazę, korzystną dla osób cierpiących na nietolerancję laktozy, to dzięki tej zdolności EFSA zaakceptowała dla tej kultury oświadczenie zdrowotne: „Żywe kultury bakterii jogurtowych poprawiają trawienie laktozy z jogurtów u osób ze złym trawieniem laktozy”, ale aby spełnić to wymaganie, jogurt powinien zawierać co najmniej 108 żywych komórek bakterii starterowych (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus i Streptococcus thermophilus) w 1 gramie produktu. Zalecana proporcja obu gatunków bakterii w jogurcie wynosi 1:1 lub 2:1. Możliwa jest także obecność innych gatunków, np. Lb. acidophilus, Bifidobacterium (najczęściej stosowane gatunki bifidobakterii są to: Bif. animalis, Bif. longum, Bif. breve, Bif. bifidum, Bif. infantis, Bif. adolescentis), ale wówczas zalecane jest stosowanie innego nazewnictwa produktu.

Paweł Karendys

Dyrektor Działu Inżynierii Procesowej w firmie Tetra Pak

Firma Tetra Pak ma ponad 45 lat doświadczenia w zakresie tech­nologii związanych z mlecznymi produktami fermentowanymi. Dotyczy to zarówno tradycyj­nych jogurtów, jak i jogurtów typu greckiego, skyr, ayran, leban, rjażenka, kefirów i innych produktów z tej kategorii. Technologie te związane są zarówno z produktami, które należy przechowywać w lodów­ce, ale także z tymi, które mogą być przechowywane w temperaturze pokojowej. Zapewniamy rozwiązania, które są ekonomiczne, a jednocześnie wygodne dla konsumenta. Dzięki temu może on zdecydować, czy wybiera jogurt w tradycyjnym opakowaniu, który jest przeznaczony do konsumpcji łyżeczką, czy pitną przekąskę typu on the go. Technolodzy i inżynierowie Tetra Pak współpracują blisko z instytutami rozwoju, producentami szczepionek oraz dostawcami dodatków funkcjonalnych – wszystko po to, by wspierać klientów w zakresie wprowadzania innowacji oraz tworzenia no­wych produktów fermentowanych. Szeroka wiedza na temat tego sektora produktów mleczarskich pozwala nam wdrażać rozwiązania technologiczne, które za­pewniają najlepsze walory smakowe, teksturę, sta­bilność formy i wygląd produktu. Warto wspomnieć, że mając na względzie rynkowe trendy, pracujemy także nad fermentowanymi produktami o pochodze­niu w pełni roślinnym. Jesteśmy gotowi, by wesprzeć naszych klientów we wdrażaniu związanych z tym no­wych rozwiązań technologicznych i inżynieryjnych.

Do produkcji jogurtu stosowane są dwie technologie: termostatowa i zbiornikowa. W metodzie termostatowej fermentacja mleka przebiega w opakowaniach jednostkowych, które zamyka się i poddaje fermentacji w komorach termostatowych, aż do uzyskania odpowiedniej kwasowości. Zazwyczaj fermentacja mleka na jogurt trwa parę godzin w temperaturze z zakresu 42-45°C. Następnie gotowy produkt schładza się, zwykle przez nadmuch bardzo zimnego powietrza. Jogurty wyprodukowane metodą termostatową charakteryzują się gęstym zwartym, jednolitym skrzepem (są spożywane za pomocą łyżeczki). W metodzie zbiornikowej fermentacja mleka przebiega w tanku procesowym. Następnie produkt schładza się w rurowych lub płytowych wymiennikach ciepła do temperatury ok. 20-25°C, ewentualnie homogenizuje i rozlewa do opakowań jednostkowych. Jeśli technologia uwzględnia dodatek smakowy, tuż przed rozlewem dokonuje się mieszania w przepływie jogurtu z wsadem smakowym (ilość wsadu smakowego owoców zależy od charakteru produktu końcowego). W tym miejscu należy nadmienić, że wszelkie zabiegi mechaniczne realizowane na skrzepie jogurtowym powodują jego mieszanie, a trzeba wiedzieć, że zbyt intensywne mieszanie skrzepu wpływa negatywnie na jego strukturę (powoduje nadmierne rozdrobnienie i obniżenie lepkości). Dlatego bardzo ważne jest właściwe dobranie mieszadeł, wymienników ciepła i pomp instalowanych w linii technologicznej. Dalej następuje dochłodzenie gotowego produktu do temperatury poniżej 8°C i to możliwie jak najszybciej, w przeciwnym razie będzie zachodzić dalsza fermentacja, wpływając negatywnie na cechy sensoryczne produktu końcowego (niska temperatura obniża aktywność proteolityczną bakterii fermentacji mlekowej, w wyniku której mogą pojawić się gorzkie peptydy oraz ryzyko przekwaszenia produktu). Jogurty wyprodukowane metodą zbiornikową charakteryzują się rozbitym skrzepem, płynną lub półpłynną konsystencją. W łagodnie traktowanym skrzepie silniej odznacza się zjawisko „odbudowy” struktury i odzyskania lepkości w czasie chłodniczego przechowywania produktu.

Niezależnie od użytej technologii otrzymywania jogurtu, finalnie powinien on cechować się zawartością suchej masy beztłuszczowej co najmniej 11,5%, w tym minimalną zawartością suchej masy beztłuszczowej z mleka 8,2%. Należy zauważyć, że zwiększenie suchej masy mleka przerobowego przynosi korzyści: zwiększenie zawartości białka zwiększa lepkość jogurtu oraz zwiększa jego buforowość; zwiększenie zaś buforowości skraca czas fermentacji, gdyż bakterie fermentujące laktozę mogą wytwarzać więcej kwasów. Aktywność bakterii jogurtowych w czasie procesu fermentacji skutkuje powstaniem odpowiednich substancji smakowo-zapachowych: aldehydu octowego (wytwarzanego w większej ilości przez Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus niż Streptococcus thermophilus), lotnych kwasów tłuszczowych (octowego, propionowego, masłowego, kaprylowego, kaprynowego, mrówkowego), acetonu, 2-butanolu i innych. Odpowiedni smak i zapach jogurtu są osiągane głównie dzięki zrównoważonej mieszaninie kwasów i aldehydu octowego. Jest to możliwe przy zastosowaniu wyselekcjonowanych kultur starterowych o zbalansowanym stosunku liczby pałeczek i paciorkowców, wybraniu właściwych szczepów bakterii mlekowych, a także dzięki kontroli fermentacji (temperatury i tempa fermentacji mleka, ilości dodanego startera). Oznacza to, że zmiana proporcji między liczbą pałeczek i paciorkowców mlekowych w czasie fermentacji mleka na jogurt powoduje zmianę cech sensorycznych finalnego jogurtu. Ponadto, wiadomo że rozwój bakterii jogurtowych jest korzystniejszy w przypadku wspólnej hodowli, co jest efektem symbiozy jaka między tymi bakteriami jest obserwowana. Początkowo szybciej rozwijają się Streptococcus thermophilus, które lekko zakwaszają mleko, a także obniżają potencjał oksydoredukcyjny i wytwarzają małe ilości kwasu mrówkowego. Czynniki te pobudzają do rozwoju bakterie Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, a uwalniane przez nie aminokwasy i peptydy niskocząsteczkowe powodują dalszy rozwój bakterii Streptococcus thermophilus. Dzięki szczepom zdolnym do syntezy EPS, jogurty charakteryzują się lepszą reologią i lepkością, a także konsystencją. Według badań naukowych, zastosowanie bakterii jogurtowych mających zdolność do produkowania egzopolisacharydów poprawia stabilność przechowalniczą jogurtów.

Obecna oferta jogurtowych kultur starterowych jest poszerzana także o szczepy Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus i Streptococcus thermophilus wykazujące się zdolnością do syntezy witamin z grupy B (w tym innych niż foliany) czy wit. K, ograniczonym rozkładem laktozy (jogurty nieprzekwaszające się) czy wykorzystaniem glukozy (jogurty o naturalnie podwyższonej słodkości).

Codex Alimentarius zwraca uwagę, że mleko fermentowane nazywane jogurtem nie może zawierać mniej niż 107 jtk/g lub cm3 żywych komórek bakterii starterowych, zaś mikroflory dodatkowej nie mniej niż 106 jtk/g lub cm3. Mikroflora dodatkowa może być dodawana w postaci zespolonej kultury starterowej, zawierającej ponadto Streptococcus thermophilus i Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus lub w postaci dwóch niezależnych kultur, będącymi oddzielnymi hodowlami tych bakterii.

Ostatnimi czasu intensywnie była rozwijana technologia jogurtów bezlaktozowych. W najprostszy sposób produkcja takich jogurtów polega na wykorzystaniu do produkcji mleka o enzymatycznie rozłożonej laktozie. Proces enzymatycznego rozkładu laktozy może być prowadzony w różny sposób. Najpopularniejsze metody uwzględniają użycie oczyszczonej β-galaktozydazy w formie wolnej lub immobilizowanej. Chociaż forma immobilizowana umożliwia lepszą kontrolę reakcji oraz ponowne użycie enzymu, to na skalę przemysłową najczęściej wykorzystana jest forma wolna enzymu. Dzięki enzymowi β-galaktozydazy laktoza rozkładana jest do D-galaktozy i D-glukozy. Jogurt otrzymany z mleka z enzymatycznie rozłożoną laktozą wykazuje lepszy, słodszy smak (niż wyrób z mleka standardowego) ze względu na podwyższoną zawartość glukozy. Stwierdza się jednak pogorszenie cech teksturalnych produktu (słabszy skrzep, separacja serwatki i podwyższenie wskaźnika penetracji) z tego wynika, że powstałe monosacharydy mają mniejszą lepkość niż laktoza.

Kefir

Należy do napojów mlecznych fermentowanych wytwarzanych w wyniku mieszanej fermentacji mleka (mlekowej i alkoholowej), która zachodzi dzięki mikroorganizmom obecnym w starterze, odpowiednio: bakteriom mlekowym i drożdżom. Tradycyjna produkcja kefiru opierała się na spontanicznej fermentacji mleka surowego i powstałych tą drogą grzybkach kefirowych. Grzybki kefirowe są konglomeratami (zlepieńcami) o wielkości 2-5 cm. Tworzą je komórki drobnoustrojów, produkty ich autolizy, białko mleka i produkty jego proteolizy, węglowodany oraz polisacharydy wytwarzane przez bakterie. Wyglądem przypominają małe cząstki kalafiora lub rozgotowane ziarna ryżu, są sprężyste w dotyku, mają kształt nieregularny i są koloru żółtawego. W mleku pęcznieją i przybierają biały kolor. W skład mikroflory grzybków kefirowych wchodzą: heterofermentatywne lub homofermentatywne bakterie mlekowe z rodzaju Lactobacillus, paciorkowce mlekowe (Lactococcus lactis subsp. lactis, L. lactis subsp. lactis var. diacetylactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Leuconostoc), drożdże fermentujące laktozę (Candida kefir, C. pseudotropicalis, Bretanomyces anomalus) i niefermentujące laktozy (Saccharomyces uvarum, S. carlsbergensis, S. unisporus, S. delbrueckii, S. globosus, Kluyveromyces lactis), a niekiedy zdarzają się również bakterie fermentacji octowej (Acetobacter).

Współczesna produkcja kefiru opiera się na kulturach starterowych zawierających mikroorganizmy wyizolowane z tradycyjnych grzybków kefirowych, jednak o składzie mikrobiologicznym znacznie uboższym, w porównaniu do mikroflory grzybków kefirowych. Stosowanie takiej szczepionki ułatwia produkcję i zmniejsza ryzyko mikrobiologicznego zakażenia produktu. Fermentację mleka prowadzi się w temperaturze 18-23°C przez kilkanaście godzin, po czym produkt schładza do ok. 10°C, celem przeprowadzenia jego dojrzewania (tj. powstania odpowiedniego bukietu smakowo-zapachowego i nasycenia dwutlenkiem węgla). Na koniec produkt jest dochładzany do temperatury poniżej 8°C.

Produkt końcowy powinien cechować się odpowiednimi cechami smakowo-zapachowymi, wywołanymi przez obecność takich substancji jak kwas mlekowy, alkohol, diacetyl, acetoina, aldehyd octowy. O zawartości tych składników decydują cechy zakwasu kefirowego, temperatura i czas fermentacji, a także parametry dojrzewania kefiru (wyższa temperatura dojrzewania sprzyja aktywności bakterii mlekowych, niższa – aktywności drożdży).

Inne mleka fermentowane

Oprócz wyżej omówionych (jogurtu i kefiru), wytwarzane są także inne mleczne napoje fermentowane. Ich technologia i skład mikrobiologicznych, a co za tym idzie, również cechy jakościowe, zdrowotne oraz trwałość są determinowane recepturą.

Mleko zsiadłe

W warunkach gospodarstw wiejskich jest otrzymywane z mleka surowego pozyskanego od zdrowych krów, z zachowaniem właściwej higieny, zaś fermentacja mleka surowego zachodzi na skutek aktywności naturalnie występujących w nim mezofilnych paciorkowców mlekowych. W warunkach przemysłowych produkt ten otrzymuje się z mleka pasteryzowanego, z wykorzystaniem kultur starterowych, których główną składową są mezofilne paciorkowce mlekowe z gatunku Lactococcus lactis subsp. lactis. Po zakończeniu fermentacji produkt jest schładzany do temperatury poniżej 8°C, celem zatrzymania procesu fermentacji.

Maślanka

Jest ubocznym produktem otrzymywanym podczas produkcji masła ze śmietanki lub śmietany. Wykazuje wysoką wartość odżywczą, ze względu na zawartość lecytyny i łatwostrawność. Obecnie maślankę wytwarza się również na drodze fermentacji z odtłuszczonego mleka pasteryzowanego z wykorzystaniem maślarskich kultur starterowych. Skład mikroflory starterowej jest zbliżony do składu kultury starterowej wykorzystywanej w produkcji śmietany lub serów twarogowych.

Marek Dobosz

Menedżer Produktu w firmie Hortimex

Rosnąca świadomość kon­sumentów sprawia, że uważ­niej czytają etykiety i zwracają większą uwagę na produkty o prozdrowotnych właściwo­ściach. Produkty fermentowane są lekkostrawne, odżywcze oraz wspierają odporność, dzięki właściwo­ściom probiotycznym, jednak bardzo duża konkurencja wymaga wyróżnienia się na rynku użytymi składnika­mi funkcjonalnymi, odczuciami sensorycznymi lub atrakcyjnym ekologicznym opakowaniem. Konsument poszukuje produktu ready-to-go zastępującego pełno­wartościowy posiłek skierowany do danej grupy do­celowej. Redukcja lub eliminacja cukru jest wiodącym trendem, jednak istotne jest użycie zamiennika o natu­ralnym pochodzeniu. Wg badań, 90% klientów postrze­ga produkty o zredukowanej ilości cukru jako zdrowsze, a 80% postrzega cukier jako zły składnik żywności. Pro­ducenci chcący skupić uwagę kobiet mogą zaoferować korzyści dla urody lub poprawy trawienia, dla mężczyzn – produkty wzbogacone w białko i składniki mineral­ne. Rosnącą grupą docelową stają się ludzie aktywni, weganie albo osoby szukające produktów bez laktozy lub sztucznych barwników. Rynek produktów alter­natywnych dla mleka rośnie z roku na rok – produkty wegańskie weszły już do standardowej oferty większo­ści dyskontów. Jako firma zajmująca się wsparciem w procesie projektowania żywności, oferujemy szereg rozwiązań pozwalających na dostosowanie składu do oczekiwań konsumenckich (eliminowanie składników niepożądanych oraz fortyfikacja w składniki funkcjo­nalne). Do tworzenia stabilnych kolorów polecamy żywność barwiącą, kolagen lub wapń z alg będący od­powiedzią na potrzebę posiadania zdrowych kości, sta­wów i elastycznej skóry. Redukcję cukru uzyskujemy dzięki inulinie – prebiotycznemu błonnikowi z cykorii. Do aplikacji wegańskich oferujemy produkt ryżowy – zastępujący mleko oraz szereg białek roślinnych. Dzięki powyższym składnikom mamy możliwość uży­cia oświadczeń zdrowotnych i żywieniowych (np. pre-biotyk, korzystny wpływ na trawienie, wysoka zawar­tość błonnika/białka/wapnia, redukcja cukru). Produkty mleczarskie stają się żywnością premium, skupioną na właściwościach funkcjonalnych produktu. Dotychczas producenci w Polsce obawiali się wdrożeń tego typu produktów, ponieważ trudno było je utrzymać na ryn­ku. W ciągu pierwszego roku z półek „znikało” ok. 80% nowych wdrożeń. Obecnie rynek zmienia się i otwar­ty jest na nowości. Producent musi szybko reagować na oczekiwania klientów i proponować dopasowane rozwiązania.

Kumys

Jest to mleczny napój fermentowany, otrzymywany oryginalnie z mleka klaczy, a coraz częściej również z innych rodzajów mleka, w tym z mleka krowiego. Skład mikroflory charakterystycznej dla tego produktu obejmuje przede wszystkim pałeczki mlekowe: Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, a także drożdże fermentujące laktozę. Dzięki aktywności drożdży, finalny produkt może zawierać około 2,5% alkoholu.

Mleko ciągliwe

Jest to mleczny napój fermentowany wytwarzany głównie w krajach skandynawskich. Ma charakterystyczną ciągliwą i śluzowatą konsystencję, co jest efektem wykorzystania charakterystycznej mikroflory: Lactococcus lactis i Lactococcus cremoris.

Mleko acidofilne

Jest to przykład mlecznego napoju fermentowanego nowej generacji, otrzymywanego poprzez fermentację mleka termofilnym gatunkiem bakterii mlekowych, Lactobacillus acidophilus, znanych z wielu właściwości prozdrowotnych. Mleko przerobowe, po zadozowaniu startera, fermentuje się w temperaturze 38-40°C przez kilka-kilkanaście godzin, po czym schładza do temperatury poniżej 8°C, celem zatrzymania procesu fermentacji.

Mleko bifidusowe

W produkcji mleka bafidusowego, nieznanego polskim konsumentom, stosuje się wyłącznie bakterie z rodzaju Bifidobacterium. Zawartość suchej masy beztłuszczowej i parametry pasteryzacji mleka przerobowego są podobne jak w przypadku produkcji mleka acidofilnego. Fermentację mleka prowadzi się w temperaturze z zakresu 37-39°C, aż do otrzymania skrzepu, po czym schładza, w celu zatrzymania aktywności startera.