Twarogi: Produkcja serów twarogowych – dobór kultur startowych

Sery twarogowe są serami miękkimi, zwykle niedojrzewającymi. Uznaje się, że miejscem ich pochodzenia jest Europa Środkowa i Wschodnia, gdzie są niezwykle popularnymi składnikami codziennej diety. Wyróżnia się wiele rodzajów serów twarogowych, m.in. zależnie od rodzaju surowca użytego do produkcji, technologii, a także zawartości tłuszczu w końcowym produkcie. W zależności od zawartości tłuszczu sery twarogowe dzieli się na: śmietankowe, pełnotłuste, tłuste, półtłuste i chude. Mogą być one otrzymywane z mleka krowiego, koziego, owczego lub innych rodzajów mleka przerabianych na skalę przemysłową lub rzemieślniczą. Niekiedy sery twarogowe są otrzymywane z mieszanki mleka i maślanki lub kefiru.

Czym są sery twarogowe?

Technologia serów twarogowych kwasowych, potocznie nazywanych serami białymi, jest znana od wieków. Taka tradycyjna forma serów twarogowych nie wymaga użycia enzymów koagulujących, zaś produkt końcowy jest uzyskiwany poprzez specjalistyczną obróbkę skrzepu (tzn. krojenie, dogrzewanie, płukanie, ociekanie, prasowanie, porcjowanie/formowanie, pakowanie) wytrąconego na drodze kwasowej koagulacji białek mleka pod wypływem kwasu mlekowego wytworzonego przez bakterie fermentacji mlekowej. Pierwotnie sery twarogowe kwasowe były otrzymywane z mleka surowego, a do kwasowej koagulacji wykorzystywano bakterie fermentacji mlekowej naturalnie bytujące w surowcu mleczarskim. W produkcji przemysłowej serów twarogowych mleko najpierw poddaje się pasteryzacji, a następnie dodaje do niego wyselekcjonowane kultury starterowe bakterii fermentacji mlekowej przeznaczone do tej technologii. Intensywny rozwój technologiczny pozwala obecnie na pełną automatyzację procesu produkcji serów twarogowych kwasowych (por. Ziarno M., Zaręba D. 2020. Nowe technologie w produkcji serów twarogowych. Forum Mleczarskie Biznes, 3, 36-39). Umożliwia to nie tylko zwiększenie efektywności i poprawę jakości produktu końcowego, ale także zwiększenie jego walorów odżywczych (m.in. poprzez wytrącanie wszystkich białek mleka, a nie tylko frakcji kazeinowych).

Sery twarogowe kwasowe oferowane są konsumentom jako produkty świeże, sery niedojrzewające, o limitowanym terminie przydatności do spożycia, jednakże możliwe jest poddanie ich procesowi dojrzewania. W ten sposób otrzymuje się sery twarogowe dojrzewające. Procesowi dojrzewania (tzw. gliwienia) poddawane są zwykle sery twarogowe chude, naturalne lub po wymieszaniu z przyprawami. W warunkach rzemieślniczych dojrzewanie serów twarogowych może być procesem spontanicznym lub w pełni kontrolowanym poprzez użycie wyselekcjonowanych kultur bakteryjnych lub pleśniowych (niekiedy również z udziałem wybranych gatunków drożdży). Końcowe produkty charakteryzują się zmienionymi cechami organoleptycznymi, w porównaniu do serów twarogowych kwasowych – intensywniejszym smakiem i zapachem, zmienioną barwą i konsystencją, mazistą lub pleśniową powierzchnią.

Nieco inaczej wygląda produkcja serów twarogowych typu twarożek. Są to sery miękkie (o różnej zawartości wody i tłuszczu), zwykle niedojrzewające, o barwie śnieżnobiałej lub kremowej, najczęściej gładkiej konsystencji, nadające się do smarowania. Są oferowane jako sery naturalne w smaku lub smakowe (często mieszane ze śmietaną, maślanką, masłem, owocami, warzywami, ziołami lub przyprawami). Inne nazwy tego typu produktów w różnych krajach to tvarog, tworog, sauermilchquark, speisequark, kvarg, quarg, fromage frais, chakka i shrikhand (pisane również Srikhand). Sery twarogowe typu twarożek mogą być wytwarzane w tradycyjny sposób jako świeże sery twarogowe kwasowe, ale obecnie coraz więcej tego typu produktów wytwarza się technikami separacyjnymi (wykorzystując metody wirówkowe lub szczególnie ultrafiltrację), co oczywiście wymaga pewnej modyfikacji technologii. Częściej stosuje się wysoką temperaturę pasteryzacji mleka, co pozwala na zwiększenie wydajności produkcji, dzięki denaturacji części białek serwatkowych i ich wytrąceniu wraz z frakcjami kazeinowymi białek. Często razem z bakteryjnymi kulturami starterowymi stosuje się niewielką ilość podpuszczki lub innego preparatu koagulującego. Z kolei przed oddzieleniem skrzepu od serwatki praktykuje się kolejną obróbkę cieplną (zwykle jest to termizacja), co także ma zwiększyć odzysk białek mleka. Po oddzieleniu serwatki, a przed pakowaniem końcowego produktu w wersji smakowej, dopuszcza się dodatek odpowiednich stabilizatorów. Wymienione rozwiązania technologiczne prowadzą nie tylko do zwiększenia wydajności produkcji serów, ale również zmiany tekstury, cech smakowo-zapachowych oraz walorów żywieniowych. Dodatkowo, często proces produkcji obejmuje obróbkę cieplną (termizację), tuż przed pakowaniem końcowego produktu (z zachowaniem warunków aseptycznych), w celu inaktywacji wszystkich potencjalnie zanieczyszczających mikroorganizmów, jak również celem uaktywnienia stabilizatorów skrobiowych, jeśli takowe były wcześniej dodane.

Zastosowanie kombinowanej metody wytrącania białek mleka, opierającej się na połączeniu aktywności bakterii fermentacji mlekowej (wchodzących w skład kultury startowej) z działaniem enzymu koagulującego (np. podpuszczki), daje możliwość otrzymywania serów twarogowych, które już nie są klasyfikowane jako kwasowe, ale jako kwasowo-podpuszczkowe. Mają one bardzo wysoki potencjał aplikacyjny, zarówno w gastronomii, jak i produkcji innego rodzaju żywności. Mogą służyć jako nośniki smaku, łagodnego, lekko kwaśnego, który może być uzupełniony lub zmodyfikowany poprzez zastosowanie wielu innych składników smakowych. Lekka, miękka konsystencja tych serów jest atrakcyjna sama w sobie, ale może także być podstawą wykorzystania produktu w deserach, słodkich i wytrawnych pastach kanapkowych albo farszach, jak również do zwiększania lepkości różnych produktów lub potraw kulinarnych. Wysoka zawartość wilgoci w serach tego typu pozwala również na wykorzystanie ich do utrzymania wilgotności wielu produktu (np. wypieków).

Najpopularniejszymi i typowymi przykładami serów kwasowo-podpuszczkowych są serki wiejskie (tzw. cottage cheese), twarożki typu grani oraz serki homogenizowane. Sery typu cottage cheese są oferowane najczęściej jako produkty o naturalnym smaku, chociaż coraz częściej producenci poszerzają ofertę o warianty smakowe (np. z dodatkiem miodu, owoców lub zbóż). Cechą charakterystyczną serów typu cottage cheese jest ziarnista konsystencja wynikająca z zatopienia niezlepionych ziaren grubo pokrojonego skrzepu kwasowo-podpuszczkowego w lekko osolonej śmietance. Nieco podobnymi do cottage cheese są twarożki typu grani, jednakże różnicuje je wielkość ziarna skrzepu zawieszonego w śmietance – w przypadku twarożków typu grani ziarno twarogowe jest mocniej rozdrobnione i niejednokrotnie posklejane. Z kolei serki homogenizowane charakteryzują się całkowicie homogenną konsystencją wynikającą z zastosowania metody wirówkowej do oddzielenia skrzepu od serwatki. Otrzymana w ten sposób masa twarogowa jest mieszana ze śmietanką, ewentualnie z różnymi dodatkami smakowymi. Powstała homogenna mieszanina jest doskonała zarówno do bezpośredniego spożycia, jak i do produkcji smakowitych potraw i deserów.

Kultury starterowe (startowe)

Kultury starterowe definiuje się jako preparaty żywych komórek wyselekcjonowanych mikroorganizmów, które są celowo stosowane do rozpoczęcia lub wspomagania procesu fermentacji, skutkując pożądanymi i przewidywalnymi zmianami w układzie fizyko-chemicznym i otrzymaniem końcowego produktu.

W obecnych warunkach przemysłowych kultury starterowe są niezbędnym składnikiem prawie wszystkich produktów fermentowanych oferowanych na rynku spożywczym (por. Ziarno M., Zaręba D. 2020. Produkcja twarogów – nowe możliwości i stare zagrożenia. Forum Mleczarskie Biznes, 1-2, 23-27). W przypadku branży mleczarskiej trudno nawet wyobrazić sobie produkcję większości asortymentu, chociażby mleka fermentowanego czy serów, bez zastosowania starterów, szczególnie bakterii fermentacji mlekowej. Jak wiadomo, bakterie kwasu mlekowego (LAB) są szeroko stosowane w produkcji żywności fermentowanej i należą do najlepiej przebadanych mikroorganizmów, tymczasem historia ich stosowania w formie starterów mleczarskich wcale nie jest taka długa. Pierwsze czyste kultury mikroorganizmów (drożdży piekarskich) zostały opracowane dopiero w latach 60. XIX w., a bakterie kwasu mlekowego zidentyfikowano po raz pierwszy dopiero w latach 70. XIX wieku. Produkcja czystych kultur bakterii fermentacji mlekowej miała swoje początki nieco później – pod koniec lat 80. XIX wieku V. Storch w Danii, H. Weigman w Niemczech i H.W. Conn w USA wykazali, że czyste kultury LAB mogą być stosowane do fermentacji śmietany kierowanej do produkcji masła; szybko wykazano istotną rolę tych bakterii w tworzeniu cech smakowo-zapachowych (tj. produkcji diacetylu na drodze fermentacji cytrynianów). Już w 1878 r. Chr. Hansen rozpoczął produkcję pierwszych kultur starterowych bakterii mlekowych przeznaczonych m.in. dla przemysłu mleczarskiego. Początkowo kultury starterowe były przygotowywane przez hodowanie czystych szczepów w sterylizowanym mleku. Często dodawano węglan wapnia w celu utrzymania obojętnego pH. Były to kultury płynne, o stosunkowo krótkim okresie trwałości. Aby takiej kulturze nadać właściwą żywotność i aktywność fermentacyjną należało wykonać kilka pasaży, w ten sposób otrzymywano zakwasy – macierzyste, pośrednie i robocze. Wkrótce dostępne stały się również kultury starterowe suszone. One także wymagały pasażowania w mleku, celem przywrócenia do stanu aktywnego. Kultury mrożone, obecnie najczęstsza forma kultur mlecznych, zostały wprowadzone dopiero w latach 60. XX wieku. Znaczące udoskonalenia w technologiach zamrażania i liofilizacji sprawiły, że tego typu kultury zdominowały rynek kultur starterowych. Współczesny przemysł biotechnologiczny dostarcza kultur starterowych do prawie każdego rodzaju żywności fermentowanej. Większość firm oferuje również pożywki stosowane do namnażania i ożywiania kultur starterowych, enzymy do koagulacji mleka, inne materiały pomocnicze, a ponadto zapewnia fachową obsługę techniczną i wsparcie naukowe w przypadku pojawienia się problemów związanych ze stosowanymi kulturami starterowymi.

Skład kultur startowych do produkcji twarogów jest efektem tradycji. Pierwotnie, twarogi były efektem fermentacji spontanicznej, prowadzonej przez mikroorganizmy obecne w surowym mleku. W warunkach przemysłowych, mleko po pasteryzacji jest poddawane kontrolowanej fermentacji przez bakterie fermentacji mlekowej. Podstawową właściwością tych bakterii jest produkcja kwasów organicznych, przede wszystkim kwasu mlekowego. Na etapie fermentacji, oprócz kwasu mlekowego powstaje również wiele związków chemicznych o znaczeniu istotnym dla powstania akceptowalnego smaku i zapachu końcowego produktu (por. Zaręba D., Ziarno M. 2017. Bakterie w produkcji twarogów. Forum Mleczarskie Biznes, 2, 38-42).

Współczesne kultury starterowe stosowane do przemysłowej produkcji twarogów są wielogatunkowymi mieszankami wyselekcjonowanych bakterii mlekowych, co oznacza, że w jednej porcji takiego startera znajdują się co najmniej dwa szczepy z co najmniej dwóch gatunków LAB. Jako startery do twarogów najczęściej wykorzystywane są mezofilne bakterie mlekowe. Jednakże zależnie od oczekiwanego efektu, kultury starterowe mogą się znacznie od siebie różnić np.: zdolnością i szybkością rozkładu laktozy, tempem ukwaszania, zdolnością tworzenia różnych metabolitów smakowo-zapachowych czy determinujących konsystencję produktu końcowego, a nawet jego trwałość i bezpieczeństwo mikrobiologiczne i wartość prozdrowotną.

Startery odgrywają ważną rolę w produkcji serów twarogowych przede wszystkim ze względu na cechy smakowo-zapachowe. Dlatego dobór odpowiedniej kultury starterowej jest ważny dla końcowego profilu organoleptycznego i oczekiwanej konsystencji, a te – jak wiadomo – zależą od rodzaju produkowanego sera twarogowego (por. Ziarno M., Zaręba D. 2017. Kultury bakteryjne do twarogów. Forum Mleczarskie Biznes, 4, 16-22). W produkcji serów twarogowych kwasowych zastosowanie znajdują kultury typu O – zawierające Lactococcus lactis subsp. lactis i Lactococcus lactis subsp. cremoris, kwaszące, ale słabo aromatyzujące i niegazujące; lub częściej kultury typu L – zawierające Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus. lactis subsp. cremoris, Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides, kwaszące, ale i zdolne do powolnej fermentacji cytrynianów, czyli o nieznacznym działaniu aromatotwórczym. Warto podkreślić, że do produkcji tzw. polskiej odmiany twarogu idealnie nadają się kultury starterowe typu LD – zawierające Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris, Leuconostoc lactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum, Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides, charakteryzujące się szybką fermentacją z intensywnym gazowaniem i aromatyzowaniem. Tymczasem w produkcji serów twarogowych typu twarożek, w tym wielu serów kwasowo-podpuszczkowych i serów twarogowych smakowych są stosowane startery typu O lub ewentualnie startery typu L.

Innym zagadnieniem istotnym pod względem doboru kultur starterowych w produkcji serów twarogowych jest możliwość przedłużenia ich trwałości bez konieczności stosowania dodatkowych zabiegów termicznych czy dodatków konserwujących. W tym względzie przydatne stają się tzw. kultury ochronne. Umożliwiają one otrzymywanie wysokiej jakości serów twarogowych wszelkiego rodzaju, o długim okresie przydatności do spożycia, bez negatywnego oddziaływania na cechy smakowo-zapachowe, konsystencję i skład produktu (por. Zaręba D., Ziarno M., 2018. Kultury ochronne w mleczarstwie. Forum Mleczarskie Biznes, 3, 58-60). Najważniejszą cechą, która różni kultury ochronne od kultur starterowych, jest działanie przeciwdrobnoustrojowe. Składnikami kultur ochronnych, wykorzystywanych w branży mleczarskiej, są wybrane szczepy LAB (np. z rodzajów Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus), niekiedy wyselekcjonowane szczepy bakterii fermentacji propionowej (np. z gatunków Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii i Propionibacterium jensenii) czy bifidobakterii. Niektóre z mikroorganizmów stosowanych w kulturach ochronnych wykazują również właściwości prozdrowotne, czy też probiotyczne. Kultury probiotyczne są definiowane przez FAO/WHO jako kultury żywych mikroorganizmów, które po podaniu w odpowiednich ilościach, przynoszą korzyści zdrowotne gospodarzowi (por. Ziarno M., Zaręba D., 2018. Probiotyki. Forum Mleczarskie Handel, 3, 24-28). Wprawdzie do chwili obecnej żaden szczep potencjalnie probiotyczny nie znalazł uznania EFSA w zakresie oświadczeń zdrowotnych, jednakże powszechnie uważa się kultury probiotyczne za korzystne dla ludzkiego organizmu i nic nie stoi na przeszkodzie, aby stosować je jako kultury dodatkowe w produkcji serów twarogowych. Dane literaturowe, jak również portfolio wielu zakładów mleczarskich, zawierają mnóstwo informacji o możliwości produkcji probiotycznych serów twarogowych. Zwykle do takiej produkcji stosuje się wybrane szczepy LAB i bifidobakterii, głównie z gatunków Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei (obecnie klasyfikowane jako Lacticaseibacillus casei), Lactobacillus reuteri (obecnie klasyfikowane jako Limosilactobacillus reuteri), Lactobacillus johnsonii, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium lactis, Bifidobacterium bifidum (por. Ziarno M., Zaręba D., 2018. Probiotyki i prebiotyki jako dodatki do żywności – co się zmieniło. Forum Mleczarskie Biznes, 2, 46-49).