Sery twarogowe: Dobroczynne bakterie w ciągu produkcyjnym

Współczesna oferta serów twarogowych obejmuje liczny i zróżnicowany asortyment. Cechą wspólną wszystkich serów twarogowych jest otrzymywanie ich na skutek odpowiedniej obróbki białek mleka (głównie kazeiny) wytrącanych metodą kwasową (tzn. poprzez fermentację mlekową) lub kwasowo-podpuszczkową (tzn. poprzez jednoczesne działanie enzymu koagulującego, w połączeniu z rozwojem bakterii fermentacji mlekowej), a następnie obróbkę otrzymanego skrzepu.

Klasyczny twaróg kwasowy jest to silnie odwodniony skrzep z mleka pełnego, częściowo bądź całkowicie odtłuszczonego, koagulowanego metodą kwasową bez lub z niewielkim dodatkiem podpuszczki. Serki twarogowe (tzw. twarożki) są otrzymywane w wyniku mielenia lub przecierania twarogów kwasowych, a następnie zmieszania ze śmietanką, mlekiem, wodą, maślanką lub masłem, ewentualnie z dodatkiem soli i/lub przypraw smakowych. Serki homogenizowane są produkowane przez wydzielenie skrzepu kwasowo-podpuszczkowego z serwatki metodą wirówkową i uzyskanie w ten sposób silnie rozdrobnionej masy twarogowej. W każdym przypadku podstawą produkcji są bakterie fermentacji mlekowej, niekiedy wspierane mikroflorą dodatkową lub ochronną.

Mikroflora starterowa

Do produkcji serów twarogowych zazwyczaj stosuje się kultury mezofilnych paciorkowców mlekowych, na które składają się przede wszystkim gatunki Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis, a niekiedy również Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris i  Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum. Działanie tych kultur polega na przeprowadzeniu fermentacji mlekowej (za co odpowiedziane są mezofilne bakterie kwaszące z gatunku Lactococcus lactis) i wytworzeniu skrzepu kazeinowego, a także nadaniu właściwego aromatu i smaku (za co odpowiedziane są bakterie aromatyzujące i fermentujące cytryniany – Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris i Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum).

Kultury starterowe mają również pewne właściwości antagonistyczne wobec bakterii gnilnych i patogenów. Cecha ta wynika z właściwości bakterii z rodzaju Lactococcus do szybkiego przeprowadzania procesu fermentacji mlekowej, w wyniku której laktoza znajdująca się w mleku zostaje przekształcona do kwasu mlekowego. Skutkuje to obniżeniem wartości pH, co z kolei uniemożliwia rozwój większości niepożądanej mikroflory. Ponadto, wybrane szczepy z rodzaju Lactococcus produkują bakteriocyny, a wiele z nich wykazuje również oporność na infekcje bakteriofagami, co jest istotne w ich aplikacji w warunkach przemysłowych.

Na skalę przemysłową sery twarogowe produkuje się z mleka wyselekcjonowanego i poddanego procesowi pasteryzacji. Na etapie selekcji surowca mleczarskiego niezwykle istotne są: brak substancji hamujących, mogących zakłócić proces rozwoju bakterii fermentacji mlekowej, a także zawartość białka, istotna dla wydajności produkcji. Mleko jest poddawane oczyszczaniu i odtłuszczaniu bądź standaryzacji zawartości tłuszczu, a następnie pasteryzacji (zwykle w temperaturze 80°C/15 sek.). Zawartość tłuszczu standaryzuje się głównie w produkcji twarogu tłustego (klinka, krajanka). Normalizację zawartości tłuszczu prowadzi się przez dodatek mleka odtłuszczonego do mleka pełnego bądź śmietanki do mleka odtłuszczonego. W pozostałych przypadkach na tłuszcz standaryzuje się gotową masę twarogową. Przygotowane mleko zaszczepia się uprzednio przygotowaną kulturą starterową (startową), która powoduje ukwaszenie mleka w czasie zależnym od temperatury procesu i dawki startera. Po dodaniu kultury starterowej liczba komórek paciorkowców mlekowych wynosi kilkanaście-kilkaset milionów w 1 g mleka i zwiększa się z upływem czasu fermentacji. W efekcie aktywności fermentacyjnej tych bakterii powstaje kwas mlekowy prowadzący do zakwaszenia środowiska, ścięcia białek mleka (przede wszystkim kazeiny) i wytrącenia ich w postaci skrzepu. Otrzymany skrzep powinien charakteryzować się konsystencją delikatnej galarety, bez pęknięć i wydzielania serwatki. Powinien dawać przełom o równych krawędziach i gładkich ściankach. Dalsza obróbka skrzepu polega na delikatnym wymieszaniu i pokrojeniu go na prostopadłościany i stopniowym wydzielaniu z niego serwatki. W momencie obróbki skrzepu liczba komórek bakterii pochodzących ze startera sięga ponad kilkuset milionów, a nawet miliarda, w 1 g skrzepu i na tym poziomie utrzymuje się do chwili silnego schłodzenia gotowej masy twarogowej. Wydzielona masa twarogowa (tzw. gęstwa twarogowa) jest przenoszona do form, gdzie następuje dalsze ociekanie masy z serwatki (por. Ziarno M., Zaręba D. 2020. Produkcja twarogów – nowe możliwości i stare zagrożenia. Forum Mleczarskie Biznes, 1-2, 23-27 oraz Ziarno M., Zaręba D. 2020. Nowe technologie w produkcji serów twarogowych. Forum Mleczarskie Biznes, 3, 36-39). Finalny produkt, klasyczny twaróg, jest formowany w postaci płaskiego bloku lub w postaci klinków. Istotne jest, aby produkt został szybko schłodzony do temperatury poniżej 8°C, co ma zapobiec dalszemu rozwojowi i aktywności kwaszącej bakterii starterowych.

Trwałość i jakość sera twarogowego zależą przede wszystkim od aktywności mikroflory obecnej w serze. Wiadomo że mikroflorą dominującą w finalnym produkcie są bakterie pochodzące z kultur starterowych, a więc mezofilne paciorkowce mlekowe, chętne do wznowienia aktywności fermentacyjnej i enzymatycznej w temperaturze pokojowej. Z tego powodu, finalny produkt musi być bezwzględnie przechowywany w warunkach chłodniczych. W warunkach chłodniczego przechowywania twarogów aktywność fermentacyjna i enzymatyczna paciorkowców mlekowych jest spowolniona, a wręcz obserwuje się niewielką redukcję populacji tych bakterii (chociaż zaledwie do poziomu kilkunastu milionów w 1 g produktu). Nieprawidłowe warunki przechowywania sera twarogowego w zbyt wysokiej temperaturze będą prowadzić do wznowienia aktywności fermentacyjnej bakterii mlekowych, co w pierwszej kolejności spowoduje pogorszenie się cech organoleptycznych produktu (głównie smaku, zapachu, konsystencji, w skrajnych przypadkach również wyglądu).

Metodami zalecanymi do przedłużania trwałości serów twarogowych i jednocześnie utrwalenia ich cech jakościowych jest obniżanie temperatury przechowywania produktu gotowego (najlepiej do temperatury poniżej 4°C) lub termizacja masy twarogowej (celem inaktywacji żywych komórek mikroorganizmów starterowych). Ta druga metoda może sugerować, że nie zawsze mikroflora starterowa jest mikroflorą dominującą w wyprodukowanym świeżym serze twarogowym. W przypadku produkcji serów twarogowych typu twarożek czy serków homogenizowanych można zastosować dodatkowy zabieg technologiczny zwany termizacją. Jest to obróbka termiczna, polegająca na podgrzaniu masy finalnego produktu do temperatury nieco ponad 60-75°C przez kilka minut, w celu inaktywacji obecnej mikroflory (starterowej i ewentualnie zanieczyszczającej, która mogła dostać się we wcześniejszych etapach produkcji). Ten zabieg pozwala na przedłużenie trwałości twarożków i ustabilizowanie ich jakości, ale jednocześnie powoduje eliminację żywych komórek bakterii mlekowych, co jest niezwykle ważne z żywieniowego punktu widzenia.

Mikroflora dodatkowa

W ostatnim czasie coraz częściej daje się zauważyć stosowanie także termofilnych bakterii jogurtowych (np. Streptococcus thermophilus i Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus), a także szczepów probiotycznych w produkcji serów twarogowych oprócz tradycyjnych szczepionek maślarskich. Zabieg ten stosowany jest celem przyspieszenia procesu produkcyjnego (szczególnie skróceniu etapu fermentacji), modyfikacji cech sensorycznych i konsystencji produktu, a także, co wydaje się najistotniejsze, celem uzyskania produktu, który można określić mianem prozdrowotnego lub funkcjonalnego.

W piśmiennictwie niewiele jest danych dotyczących wpływu dodatku probiotycznych kultur na stabilność jakości czy trwałości serów twarogowych. Chociaż wiadomo już, że zastosowanie dodatku probiotyków, wraz z kulturą starterową, powoduje znaczące zmiany w parametrach procesu technologicznego. Zróżnicowana aktywność metaboliczna szczepów probiotycznych wywołuje zmiany zarówno kwasowości skrzepu twarogowego, jak i jego cech smakowo-zapachowych, a nawet tekstury, konsystencji i zdolności do utrzymania wody. Szczepy probiotyczne, a szczególnie te wykazujące zdolność do fermentacji laktozy, mogą w pewnych warunkach środowiskowych współuczestniczyć z typową mikroflorą starterową w procesie fermentacji, a więc zwiększać zakwaszenie produktu. Do zmian kwasowości twarogów przyczyniać się mogą także szczepy probiotyczne z rodzaju Bifidobacterium wytwarzające kwas octowy. Jak wiadomo, kwasowość sera determinuje zawartość wody i cechy reologiczne (zakwaszenie wpływa na obkurczenie skrzepu kazeinowego oraz ilość uwalnianej serwatki, a wraz ze zmniejszaniem zawartości wody w twarogu obserwuje się zwiększanie jego twardości).

Niezwykle istotne jest, aby mikroflora dodatkowa nie wpływała negatywnie na cechy organoleptyczne. Wiadomo że aktywność fermentacyjna i enzymatyczna szczepu probiotycznego może oddziaływać na cechy organoleptyczne, przy czym wpływ ten może być pozytywny, negatywny albo neutralny. Już parę lat temu badania realizowane m.in. w ZUT w Szczecinie pozwoliły dowieść, że kultury probiotyczne wpływają na jakość sensoryczną serów twarogowych. Dlatego firmy biotechnologiczne, zajmujące się doborem szczepów do kultur startowych, analizują ich aktywność kwaszącą, proteolityczną czy aromatotwórczą, a jednocześnie opracowują zasady modyfikacji parametrów technologii serów twarogowych z dodatkiem probiotyków.

Niezaprzeczalne jest, że zastosowanie probiotyków może zwiększyć wartość prozdrowotną produktu. Jednakże, szczepy probiotyczne muszą charakteryzować się dobrą przeżywalnością w toku produkcji i zdolnością do kształtowania określonych cech sensorycznych. Dlatego prawdziwym wyzwaniem biotechnologicznym jest utrzymanie odpowiednio wysokiej liczby żywych komórek szczepów probiotycznych, zarówno na etapie procesu produkcyjnego, jak i w łańcuchu przechowalniczym, aż do ostatniego dnia zadeklarowanej przydatności produktu do spożycia. Należy zauważyć, że przeżywalność komórek szczepów probiotycznych w twarogach zależy od wielu czynników, w tym końcowego pH produktu, temperatury przechowywania, a także obecności innej mikroflory (w tym ostatnim przypadku ważne są zarówno pozytywne, jak i negatywne oddziaływania między mikroorganizmami). Co bardziej interesujące, niewiele jest dostępnych badań z tego zakresu w literaturze fachowej. Wiadomo, że szczepy z gatunku Lb. acidophilus są bardziej wrażliwe na kwaśne środowisko niż komórki z rodzaju Bifidobacterium. Już ta jedna informacja może sugerować, jak starannie należy dobierać drobnoustroje probiotyczne do procesu produkcyjnego konkretnego wyrobu mleczarskiego. Tymczasem obecność żywych komórek szczepu probiotycznego decyduje o właściwościach prozdrowotnych produktu zawierającego takie mikroorganizmy. Zgodnie z wytycznymi FAO/WHO produkt można uznać za probiotyczny, jeśli liczba żywych komórek zadeklarowanej mikroflory dodatkowej (w tym probiotyków) wynosi co najmniej milion komórek w 1 g.

Mikroflora ochronna

Niektóre szczepy bakterii fermentacji mlekowej, a nawet szczepy probiotyczne, wytwarzają substancje antybakteryjne takie jak bakteriocyny ograniczające rozwój m.in.: niestarterowych bakterii mlekowych (nonstarter lactic acid bacteria, NSLAB) oraz mikroflory zanieczyszczającej i potencjalnie patogennej (np. Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes). Wykorzystanie takich bakterii fermentacji mlekowej i probiotyków może być narzędziem do kontroli jakości higienicznej serów twarogowych.

Taka mikroflora jest wykorzystywana i określana mianem kultury ochronne. Według Europejskiego Stowarzyszenia Kultur do Żywności i Pasz (European Food and Feed Cultures Association, EFFCA) kultury ochronne są to preparaty składające się z żywych mikroorganizmów (czystych kultur lub koncentratów kultur), które są dodawane do żywności w celu zmniejszenia ryzyka powodowanego przez mikroorganizmy chorobotwórcze lub toksynotwórcze. Są integralną częścią kultur startowych i nie powinny być traktowane jako dodatki do żywności.

Zgodnie z definicją EFFCA, kultury ochronne zapobiegają rozwojowi mikroflory technicznie szkodliwej (tzn. psującej produkt, w tym pleśni i drożdży) i/lub patogennej dla ludzi. Tym samym wydłużają trwałość produktów. Kultury ochronne mogą być stosowane w produkcji równolegle z kulturami starterowymi, a czasami mogą jednocześnie pełnić funkcję kultur starterowych i ochronnych (wtedy uczestniczą w procesie fermentacji i mogą przyczyniać się do powstawania korzystnych cech sensorycznych biologicznie chronionego produktu).

Dobór szczepów bakteryjnych do kultur ochronnych jest bardzo starannie przemyślany i potwierdzany wieloma próbami doświadczalnymi, zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i przemysłowych. Od kultur ochronnych oczekuje się bezpieczeństwa zdrowotnego, braku współzawodnictwa o substancje odżywcze z podstawową mikroflorą starterową, dostosowania potrzeb metabolicznych do substratów obecnych w przetwarzanym surowcu, stabilności w warunkach produkcyjnych i podczas przechowywania żywności, dobrej przeżywalności w finalnym produkcie, braku negatywnego wpływu na cechy organoleptyczne produktu, a przede wszystkim ekonomiczności zastosowania.

Podsumowanie

Produkcja sera twarogowego jest znana od wieków, ale ostatnie dziesięciolecia umożliwiły pełną modernizację i automatyzację tego procesu. W rezultacie branża mleczarska jest w stanie zaoferować niesamowicie bogaty asortyment serów twarogowych o cechach jakościowych zgodnych z tymi oczekiwanymi przez konsumentów, a jednocześnie zapewniając długą trwałość i prozdrowotność wyrobów. Postęp, w tym w doborze bakterii wykorzystywanych w cyklu produkcyjnym, nie tylko ułatwia pracę producentom, ale również pozwala na oferowanie wyrobów o cechach atrakcyjnych dla konsumentów.