Mikroflora: Mikroflora napojów mlecznych

mgr inż. Patrycja Cichońska, Katedra Technologii i Oceny Żywności, Instytut Nauk o Żywności, SGGW Warszawa
Forum Mleczarskie Biznes 2/2022 (47)
calipro krasnystaw
© fm

Proces fermentacji jest stosowany od wieków jako najważniejsza, naturalna metoda konserwacji żywności. Fermentowane napoje mleczne były jednymi z pierwszych „przetworzonych” produktów spożywczych spożywanych przez ludzi i również w dzisiejszych czasach stanowią ważny składnik diety wielu populacji. Według Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa/Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO), mlecznym napojem fermentowanym nazywamy produkt mleczny otrzymany z mleka pełnego, częściowo lub całkowicie odtłuszczonego, zagęszczonego lub regenerowanego w proszku w wyniku fermentacji przez odpowiednie mikroorganizmy. To skutkuje obniżeniem pH produktu przy lub bez jego koagulacji. Mikroorganizmy wykorzystywane do procesu fermentacji muszą być żywe, a także pozostawać aktywne i liczne w całym okresie przydatności do spożycia.

Mleczne napoje fermentowane są wytwarzane z mleka różnych gatunków zwierząt. Do najważniejszych produktów z tej grupy zaliczamy m.in. jogurt, kefir, mleka acidofilne oraz kumys. Każdy z tych napojów charakteryzuje się unikalnymi właściwościami sensorycznymi, właściwościami prozdrowotnymi i wartością odżywczą. Wartości odżywcze mlecznych napojów fermentowanych przedstawiono w tabeli 1.

Mleczne napoje fermentowane wytwarza się głównie przez dodanie odpowiednich bakterii do poddanego obróbce cieplnej mleka, a następnie inkubację w podwyższonej temperaturze w celu obniżenia pH, z powstawaniem lub bez powstawania skrzepu. Proces fermentacji przebiega głównie z wykorzystaniem bakterii kwasu mlekowego, które wykorzystują obecną w mleku laktozę do produkcji kwasu mlekowego. Wytwarzane są również różnego rodzaju związki smakowo-zapachowe. W wyniku tego procesu dochodzi do obniżenia pH i ukształtowania się unikalnych właściwości smakowych, tekstury i aromatu produktu. Zakwaszenie mleka wpływa również na zwiększenie trwałości produktu, który wykazuje właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Bakterie kwasu mlekowego wytwarzają również bakteriocyny, które mają właściwości konserwujące i chronią produkt przed zepsuciem. Ponadto większość bakterii kwasu mlekowego posiada status GRAS (ang. Generally Recognized As Safe), czyli są ogólnie uważane za bezpieczne do spożycia przez ludzi.

wartości odżywcze mlecznych napojów fermentowanych

W formie tradycyjnej mleczne napoje fermentowane były wytwarzane poprzez fermentację spontaniczną, z wykorzystaniem mikroorganizmów obecnych w otoczeniu. W tej metodzie do fermentacji dochodzi głównie poprzez zaszczepienie mleka wcześniej sfermentowaną porcją produktu. W taki sposób otrzymuje się produkt o bardzo korzystnych właściwościach smakowych i prozdrowotnych, jednak procedura nie jest kontrolowana i powtarzalna. Obecnie w kontrolowanych warunkach produkcyjnych do wytwarzania mlecznych napojów fermentowanych stosowane są przemysłowe kultury starterowe zawierające różnego rodzaju bakterie kwasu mlekowego. Ich skład dostosowany jest w zależności od produktu, których ma zostać wytworzony. Wśród bakterii biorących udział w procesie fermentacji wyróżniamy bakterie homofermentatywne i heterofermentatywne. Bakterie homofermentatywne przekształcają laktozę w mleku głównie w kwas mlekowy. Bakterie heterofermentatywne przekształcają laktozę w kwas mlekowy, a także kwas octowy, etanol i dwutlenek węgla.

Mikroorganizmy biorące udział w procesie fermentacji często mają status probiotyków. Najczęściej są to różne szczepy bakterii z rodzajów Lactobacillus i Bifidobacterium. Probiotyki są to żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach przynoszą konsumentowi korzyści zdrowotne. Mleczne napoje fermentowane, w których występują probiotyki zaliczane są do żywności funkcjonalnej, czyli żywności, która poza dostarczaniem składników odżywczych ma udokumentowany i naukowo udowodniony pozytywny wpływ na zdrowie człowieka oraz może zmniejszać ryzyko występowania wielu chorób cywilizacyjnych.

Każdy z mlecznych napojów fermentowanych odznacza się wyjątkowymi właściwościami, które zawdzięcza głównie mikroorganizmom wykorzystywanym do procesu fermentacji. W zależności od rodzaju produktu w skład mikroflory mogą wchodzić nie tylko bakterie kwasu mlekowego, ale również bakterie octowe czy też drożdże. W tabeli 2 przedstawiono typową mikroflorę występującą w różnego rodzaju mlecznych napojach fermentowanych.

Jogurt

2.jpg
© fm

Jest otrzymywany na drodze fermentacji z wykorzystaniem bakterii Streptococcus thermophilus i Lactobacillus delbruckii subsp. bulgaricus. Obecność obu tych gatunków bakterii jednocześnie ma działanie stymulujące dla rozwoju każdego z nich. Bakterie z rodzaju Lactobacillus zwiększają ilość peptydów oraz wolnych aminokwasów w jogurcie, co stymulują metabolizm bakterii z rodzaju Streptococcus, zaś wytwarzane przez bakterie z rodzaju Streptococcus kwas pirogronowy i mrówkowy stymulują rozwój bakterii z rodzaju Lactobacillus. Czasem w produkcji jogurtów stosowany jest również dodatek innych bakterii z rodzajów Lactobacillus i Bifidobacterium, często o właściwościach probiotycznych. Może być otrzymywany z mleka różnych gatunków zwierząt, w tym mleka krowiego, owczego, bawolego i koziego. Największą popularnością cieszy się jogurt wytwarzany z mleka krowiego.

Proces wytwarzania jogurtu trwa około 4-5 godzin w temperaturze 40-50°C, podczas którego dochodzi do przekształcenia obecnej w mleku laktozy w kwas mlekowy, a także wytworzenia innych korzystnych metabolitów odpowiadających za unikalne cechy jogurtu. Podczas fermentacji dochodzi również do zwiększenia strawności białek, uwolnienia kwasów tłuszczowych oraz wzrostu przyswajalności niektórych witamin i składników mineralnych. Metabolity, w tym związki aromatyczne, wytwarzane podczas procesu fermentacji odpowiadają za smak i zapach jogurtu. Jogurty dostępne są w różnych wariantach dzięki stosowanym dodatkom i technologiom produkcyjnym. Dostępne są w różnych wariantach smakowych, a także w konsystencji płynnej lub stałej w wyniku procesu koagulacji. Wykorzystywane są zarówno jako samodzielny posiłek, jak i w formie dodatku do potraw, np. zup, sosów, deserów, napojów.

Kefir

Kefir jest to jeden z najstarszych napojów fermentowanych, który pochodzi z rejonów Kaukazu. Do jego tradycyjnej produkcji wykorzystywane są ziarna kefirowe, które prócz bakterii kwasu mlekowego zawierają również bakterie octowe i drożdże fermentujące (np. Kluyveromyces marxianus) i niefermentujące laktozy (np. Saccharomyces unisporus). Ziarna kefirowe to niewielkie, gąbczaste struktury o wielkości od 0,3 do 2 cm, barwy od białej do żółtej i nieregularnym kształcie przypominającym różyczki kalafiora. Struktura ziaren kefirowych jest utrzymywana w takiej formie dzięki obecności składnika polisacharydowego zwanego kefiranem, który złożony jest z cząsteczek glukozy i galaktozy.

kefir włoszczowa
© fm

Podczas tradycyjnego procesu produkcji kefiru dochodzi do fermentacji mlekowo-alkoholowej. Proces ten przebiega w temperaturze 18‑20°C i trwa około 24 godzin. Następnie w czasie 7-8 godzin i w temperaturze 9-10°C zachodzi dojrzewanie, podczas którego rozwijają się drożdże wytwarzające dwutlenek węgla. W przemysłowej metodzie produkcji kefiru nie są wykorzystywane tradycyjne ziarna kefirowe, a przemysłowe liofilizowane kultury starterowe. Podczas fermentacji wytwarzany jest kwas mlekowy, niewielka ilość alkoholu etylowego (około 1%), dwutlenek węgla, aldehydy i acetyl. Dzięki jednoczesnej obecności bakterii i drożdży. Kefir stanowi charakterystyczny, lekko gazowany i orzeźwiający napój. Ma lekko kremową barwę, umiarkowaną kwasowość i dość gęstą konsystencję. Jest bogaty w witaminy z grupy B, wapń i fosfor. W skład mikroflory kefiru wchodzą bakterie o właściwościach probiotycznych, dzięki czemu jego spożycie ma wiele dobroczynnych właściwości dla zdrowia człowieka. Spożywanie kefiru pozytywnie wpływa na funkcjonowanie układu pokarmowego, układ odpornościowy i wygląd skóry.

Mleko acidofilne

Jest to produkt otrzymywany na drodze fermentacji mleka z wykorzystaniem bakterii Lactobacillus acidophilus. Są to bakterie o właściwościach probiotycznych, które naturalnie występują w przewodzie pokarmowym człowieka. Mleko acidofilne wytwarzane jest z mleka zagęszczonego zdodatkiem mleka odtłuszczonego w proszku, które jest poddawane pasteryzacji i homogenizacji. Następnie dodawane są czyste kultury bakteryjne i prowadzony jest proces fermentacji w temperaturze około 39°C w czasie 6-10 godzin. Produkt ten charakteryzuje się lekko kwaśnym smakiem, jednolitą konsystencją, a także krótkim okresem przydatności do spożycia (około 24 godzin).

Kumys

To mleczny napój fermentowany najmniej popularny w Europie. Najbardziej rozpowszechniony był wśród koczowniczych plemion Azji środkowej, a w dzisiejszych czasach jest popularny na terenach Kazachstanu, Kirgistanu, Chin, Rosji i Ukrainy. Podobnie jak kefir, kumys otrzymywany jest w wyniku fermentacji mleczno-alkoholowej. Najczęściej produkowany jest z mleka kobylego, a czasem również z mleka oślego, wielbłądziego lub krowiego po odpowiednim rozcieńczeniu. Jest to napój o barwie białej z niebieskawym odcieniem, lekko kwaśnym smaku i drożdżowym zapachu.

1.jpg
© fm

Kumys powstaje na drodze fermentacji mleka z wykorzystaniem bakterii kwasu mlekowego (m.in. z rodzaju Lactobacillus) i drożdży (m.in. z rodzajów Kluyveromyces, Saccharomyces i Candida). W formie tradycyjnej kumys powstaje w skórzanych workach, w których fermentacja zachodzi przez okres około 2-3 dni. W międzyczasie jest energicznie mieszany w celu natlenienia dolnych warstw fermentowanego mleka. W efekcie powstają również grudki masła, po których oddzieleniu otrzymujemy czysty kumys. Zawiera on około 1-3% alkoholu etylowego i bywa nazywanym „mlecznym winem”. Od czasu fermentacji zależna jest zawartość alkoholu – kumys jednodniowy zawiera około 1% alkoholu, zaś kumys ośmiodniowy około 3%. W Mongolii i Rosji wykorzystywany jest do celów leczniczych w chorobach płuc, przy zatruciach pokarmowych i szkorbucie.

Wpływ mikroflory na zdrowie

Mleczne napoje fermentowane są produktami popularnymi wśród konsumentów nie tylko ze względu na swój smak i aromat, ale również ze względu na szerokie efekty zdrowotne wynikające z ich spożywania. Wiele z bakterii kwasu mlekowego wykorzystywanych do fermentacji napojów mlecznych ma jednocześnie status probiotyków. Probiotyki działają zarówno lokalnie poprzez poprawę stanu jelit, jak również w skali całego organizmu. Spożywanie probiotyków w diecie ma wiele korzyści dla zdrowia człowieka. Poprawiają stan zdrowia m.in. poprzez wzmacnianie naturalnej funkcji barierowej błony śluzowej jelita, modulację układu odpornościowego, utrzymanie zdrowia układu moczowo-płciowego, antagonizm w stosunku do patogenów, wytwarzanie enzymów i korzystnych metabolitów.

Bariera jelitowa odgrywa kluczową rolę w powstawaniu i przebiegu wielu chorób przewodu pokarmowego tj. nieswoiste zapalenie jelit, zespół jelita drażliwego, celiakia i zakaźne zapalenie jelit. W przypadku schorzeń tego typu spożywanie żywności bogatej w probiotyki może bezpośrednio przyczyniać się do ich zapobiegania lub łagodzenia przebiegu. Bakterie te również okazują się pomocne w różnego rodzaju infekcjach żołądkowo-jelitowych, w tym w biegunkach. Schorzenia te wynikają głównie ze zmiany mikroflory jelitowej spowodowanej przez szkodliwe patogeny. Bakterie kwasu mlekowego zaburzają kolonizację i późniejsze namnażanie się patogenów w jelicie, zapobiegając w ten sposób objawom infekcji. Takie działanie mogą wykazywać takie bakterie jak m.in. Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus acidophilus czy Streptococcus thermophilus, które stanowią mikroflorę większości fermentowanych napojów mlecznych.

Spożywanie mlecznych napojów fermentowanych wpływa na funkcjonowanie układu odpornościowego m.in. poprzez stymulację produkcji niektórych komórek odpornościowych tj. cytokiny i limfocyty T. Może również chronić przed rozwojem niektórych rodzajów nowotworów, w tym raka piersi i nowotworu jelita grubego. Spożywanie probiotyków wraz z mlecznymi napojami fermentowanymi może wpływać również na zapobieganie i łagodzenie przebiegu atopowego zapalenia skóry i alergii pokarmowych.

mikroflora mlecznych napojów fermentowanych

Bakterie kwasu mlekowego podczas procesu fermentacji produkują szereg składników, które pozytywnie wpływających na organizm gospodarza. Wśród nich znajdują się m.in. kwas mlekowy, witaminy, kwasy tłuszczowe, bakteriocyny i bioaktywne peptydy. Kwas mlekowy zakwasza środowisko, dzięki czemu zapobiega rozwojowi niekorzystnych bakterii gnilnych w jelitach. Związek ten wspomaga również produkcję śliny i wydzielanie kwasów żołądkowych. Bioaktywne peptydy wykazują działanie przeciwnadciśnieniowe, wspomagające odporność i przeciwnowotworowe. Metabolity bakterii kwasu mlekowego wykazują ponadto silne działanie przeciwutleniające w stosunku do wolnych rodników. W związku z tym mogą przyczyniać się do zapobiegania wielu chorobom cywilizacyjnym, w tym nowotworom.

Spożywanie mlecznych napojów fermentowanych jest wskazane w trakcie i po antybiotykoterapii. Antybiotyki oprócz patogenów niszczą również korzystne bakterie w organizmie człowieka, co często prowadzi do zakłócenia flory bakteryjnej. Może to skutkować występowaniem biegunek i zaburzeń jelitowych. Uzupełnianie flory jelitowej korzystnymi bakteriami probiotycznymi wchodzącymi w skład mlecznych napojów fermentowanych może minimalizować destrukcyjne skutki stosowania antybiotyków.

dziennik analiz fizykochemicznych
© fm

Dzięki procesowi fermentacji napoje mleczne mają znacznie obniżoną zawartość laktozy, która nie może być spożywana przez osoby z nietolerancją tego składnika. Nietolerancja laktozy wynika z niedoboru w organizmie laktazy, który odpowiada za rozkład laktozy do glukozy i galaktozy. Spożywanie laktozy przez osoby z nietolerancją może skutkować niekorzystnymi objawami m.in. w postaci biegunek, wzdęć i bólu brzucha. Wiele osób z nietolerancją laktozy jest w stanie spożywać sfermentowane produkty mleczne tj. jogurt, z mniejszą liczbą objawów niż po spożyciu takiej samej ilości niesfermentowanego mleka. Mleczne napoje fermentowane mają obniżoną zawartość laktozy, ponieważ cukier ten jest zużywany przez bakterie fermentacji mlekowej do produkcji kwasu mlekowego w procesie fermentacji.

 

Ze względu na tradycje kulturowe i dowody naukowe na korzystny wpływ mlecznych napojów fermentowanych na zdrowie, popularność tych produktów w Polsce utrzymuje się na wysokim poziomie. Na rynku można zakupić je w wielu formach i wariantach. Najpopularniejsze jogurty i kefiry można spotkać w różnych wariantach smakowych, dotyczy to także produktów funkcjonalnych. Dużą popularnością cieszą się produkty zawierające naturalne dodatki smakowe, które uznawane są za dobre źródło substancji przeciwutleniających. Spotkać można również produkty z dodatkiem zbóż, rodzynek i orzechów. Jogurty dostępne są w formie płynnej lub stałej, co uzależnione jest od zastosowanej technologii produkcji i receptury produktu.

6.jpg
© fm

Mleczne napoje fermentowane są bogatym źródłem składników odżywczych i stanowią bardzo dobry nośnik dla bakterii probiotycznych. Spożywanie sfermentowanej żywności mlecznej wiąże się z wymiernymi korzyściami dla zdrowia człowieka. Czynniki takie jak antybiotykoterapia, choroby i nieprawidłowa dieta mogą wpływać na zaburzenia mikroflory jelitowej, której stan w bardzo dużym stopniu wpływa na ogólny stan zdrowia. Mikroorganizmy, które biorą udział w procesie fermentacji napojów mlecznych, mogą bezpośrednio wpływać na poprawę równowagi mikroflory jelitowej, przez co ich obecność w diecie jest ważna dla zachowania dobrego zdrowia. Wyzwaniem dla producentów jest dobór szczepów drobnoustrojów do procesu fermentacji, które w połączeniu z zastosowaną technologią produkcji będą pozwalały na otrzymanie produktów atrakcyjnych dla konsumentów i jednocześnie o wysokiej zawartości żywych mikroorganizmów w całym okresie przydatności do spożycia. Pozwoli to na otrzymanie zdrowej żywności funkcjonalnej, atrakcyjnej dla konsumentów.

Literatura dostępna w redakcji.