Bezpieczeństwo: Jakość i bezpieczeństwo serów podpuszczkowych

Sery podpuszczkowe to bardzo różnorodna grupa produktów mleczarskich, która wytwarzana jest przez ludzi od ponad 8000 lat. Tradycyjnie produkty te powstawały w celu utrwalenia mleka, jako efekt zastosowania procesu fermentacji i koagulacji. Obecnie na rynku światowym produkuje się ponad 1000 gatunków serów, co jest wynikiem stosowania różnych operacji technologicznych i procesów produkcyjnych. Produkty te otrzymywane są w wyniku oddziaływania na białka mleka enzymów podpuszczki. Charakteryzują się różnymi formami, rozmiarami, konsystencją, aromatem i smakiem. Do ich wytwarzania wykorzystuje się mleka różnych gatunków ssaków, takich jak krowy, owce, kozy, jaki, bawoły czy lamy.

Właściwości sensoryczne serów podpuszczkowych zależą od rodzaju użytego mleka, paszy podawanej zwierzęciu, stosowanych praktyk produkcyjnych, środowiska i czasu dojrzewania oraz rodzaju, liczebności i aktywności mikroorganizmów w produkcie. Sery klasyfikowane są najczęściej według zawartości wody i tłuszczu, co przedstawiono na rysunku 1. Produkty te charakteryzują się wysoką zawartością tłuszczu i soli, jednak zawierają również szereg składników odżywczych o korzystnym wpływie na zdrowie. Stanowią bardzo ważne źródło wapnia w codziennej diecie, dostarczają również kwasu linolowego oraz fosfolipidów. Ponadto podczas procesu fermentacji sera powstają składniki bioaktywne, takie jak kwas gamma-aminomasłowy, który ma pozytywny wpływ na zdrowie układu nerwowego. Ser zawiera również łatwo przyswajalne białka o wysokiej wartości biologicznej oraz witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i niektóre witaminy z grupy B.

Proces produkcji serów podpuszczkowych różni się w zależności od rodzaju wytwarzanego sera, jednak można wyróżnić kilka głównych etapów, które są wspólne dla większości ich rodzajów (rysunek 2). Początkowo mleko surowe jest oczyszczane i normalizowane w celu dostosowania zawartości tłuszczu, która uzależniona jest od rodzaju sera, który chcemy otrzymać. Następnie mleko poddawane jest procesowi pasteryzacji w celu inaktywacji mikroorganizmów chorobotwórczych i rodzimych enzymów, które mogą negatywnie wpływać na późniejszy proces dojrzewania. Najczęściej stosuje się pasteryzację HTST (ang. High Temperature Short Time) w temperaturze 72–73°C przez 15–20 sekund. W trakcie pasteryzacji tracona jest część wolnych jonów wapnia, których obecność jest niezwykle ważna dla prawidłowego formowania się skrzepu. W związku z tym konieczne jest ich uzupełnienie poprzez dodanie chlorku wapnia do mleka. Następnie do mleka dodawany jest zakwas mleczarski zawierający bakterie kwasu mlekowego lub skoncentrowane kultury starterowe. Ma to na celu zapoczątkowanie procesu fermentacji laktozy do kwasu mlekowego, w wyniku której dochodzi do zwiększenia kwasowości mleka, co ułatwia kształtowanie się skrzepu, zapewnia bezpieczeństwo mikrobiologiczne produktu końcowego i wpływa na kształtowanie się cech sensorycznych. W kolejnym etapie produkcji sera do wstępnie sfermentowanego mleka dodaje się enzym – podpuszczkę, która powoduje koagulację skrzepu. Tradycyjnie enzym ten pozyskiwany był z żołądków cieląt, jednak obecnie na szeroką skalę pozyskuje się go głównie ze źródeł mikrobiologicznych.

Kluczowe znaczenie dla powstawania skrzepu mają białka mleka. W ich skład wchodzą dwie główne frakcje – kazeiny i białka serwatkowe. Do białek kazeinowych należą głównie αs1-kazeina, αs2-kazeina, β-kazeina, κ-kazeina i γ-kazeina. Stanowią one około 80% wszystkich białek mleka – pozostałe to białka serwatkowe, w tym m.in. α-laktoalbuminy, β-laktoglobuliny i albuminy serum. W trakcie procesu koagulacji mleka dochodzi do wytrącenia się kazein, które po odpowiedniej obróbce będą tworzyć skrzep stanowiący bazę do wytworzenia sera, podczas gdy białka serwatkowe są oddzielane od skrzepu w formie płynnej serwatki. Proces podpuszczkowego krzepnięcia mleka jest złożony i składa się z dwóch głównych etapów – fazy enzymatycznej i fizykochemicznej. Podczas fazy enzymatycznej podpuszczka oddziałuje na cząsteczki -kazeiny będącej częścią miceli kazeinowych, powodując oddzielenie od niej hydrofilowej cząsteczki glikomakropeptydu. Po tym procesie rozpoczyna się faza fizykochemiczna koagulacji mleka. Micele kazeinowe stają się hydrofobowe i zaczynają się wzajemnie „przyciągać”, wiążąc jednocześnie w swojej strukturze jony wapnia zawarte w mleku. W taki sposób otrzymujemy skrzep oraz fazę płynną, oddzielaną od skrzepu w postaci serwatki.

Otrzymany skrzep jest krojony na mniejsze ziarna, o wielkości 3–6 mm. Proces krojenia kształtuje jego dalsze cechy i umożliwia dokładniejsze oddzielenie serwatki. Pokrojony skrzep jest dogrzewany i mieszany. Następnie dochodzi do odczerpania serwatki, która najczęściej ulega dalszemu przerobowi, głównie poprzez suszenie. Otrzymany skrzep jest dodatkowo osuszany i dogrzewany w temperaturze około 38°C w celu usunięcia pozostałości serwatki i ułatwienia jego dalszego przetwarzania. Następnie dochodzi do wstępnego prasowania ziarna serowego, które ma na celu przekształcenie go w jednolitą masę. Umieszcza się ją w formach serowarskich, najczęściej wykonanych z tworzywa sztucznego, które decydują o kształcie i wielkości gotowego sera. Następnie masa jest prasowana w celu otrzymania produktu jednorodnego, bez pustych przestrzeni wewnątrz. Sprasowany ser jest dodatkowo solony, a następnie poddawany procesowi dojrzewania, który jest niezwykle istotny dla kształtowania się finalnych właściwości produktu. Podczas tego procesu zachodzi szereg reakcji biochemicznych, w tym głównie reakcje rozkładu tłuszczów (lipoliza) i białek (proteoliza). Kształtują się unikalne właściwości smakowe i zapachowe zarówno w wyniku dodatku enzymu podpuszczki do sera, jak również w wyniku obecności szerokiej gamy mikroorganizmów.

Mikroflora sera składa się z konsorcjum różnych mikroorganizmów i różni się znacznie w zależności od rodzaju produktu. Na różnorodność i liczebność drobnoustrojów w serach mają wpływ m.in. rodzaj fermentacji mleka (spontaniczna lub z zastosowaniem kultur starterowych), obecność drobnoustrojów zanieczyszczających i metabolitów tych drobnoustrojów, zastosowane procesy technologiczne i warunki przechowywania produktu. Wymienione czynniki wpływają na wzrost i funkcje mikroorganizmów, a tym samym niektóre kluczowe zmiany biochemiczne, które zachodzą podczas dojrzewania i prowadzą do kształtowania się wyjątkowych cech sensorycznych i bezpieczeństwa. Różnorodność mikroorganizmów może być również przyczyną powstawania niektórych wad serów i problemów z utrzymaniem ich jakości.

W serach obecne są dwie główne grupy mikroorganizmów – starterowe i niestarterowe. Drobnoustroje starterowe są dodawane do mleka na różnych etapach produkcji w celu ukierunkowania przebiegu procesu wytwarzania i dojrzewania sera. Na mikroflorę starterową składają się mikroorganizmy podstawowe i pomocnicze. Drobnoustroje pomocnicze to głównie bakterie propionowe, pleśnie, drożdże i mikroorganizmy probiotyczne. Drobnoustroje niestarterowe nie są dodawane celowo w produkcji sera i dostają się do niego głównie w sposób niekontrolowany. Ich obecność wynika głównie z zanieczyszczeń surowców, urządzeń produkcyjnych, a nawet z kontaktu z powietrzem.

Do mikroorganizmów starterowych podstawowych zalicza się głównie bakterie kwasu mlekowego, w tym m.in. bakterie z rodzajów Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc i Streptococcus. Mikroflora ta ma za zadanie przeprowadzać proces fermentacji laktozy do kwasu mlekowego, bierze udział w kształtowaniu struktury i cech organoleptycznych sera (w tym m.in. smaku, barwy i tektury), kształtuje proces oczkowania, a także hamuje rozwój mikroflory szkodliwej. Bakterie kwasu mlekowego wpływają na modyfikację składników mleka (węglowodanów, białka i tłuszczów), co skutkuje zwiększeniem ich biodostępności i różnorodności oraz poprawia jakość i złożoność profili smakowych produktu. Są stosowane głównie w formie kultur starterowych, czyli wybranych szczepów różnych gatunków bakterii dodawanych do mleka w celu kontroli fermentacji i standaryzacji jakości fermentowanego produktu. Starterowe bakterie kwasu mlekowego są obecne w serach na początku procesu dojrzewania w liczebności około 108–109 jtk/g, a wartość ta systematycznie spada w czasie. Jest to wynik niesprzyjających warunków środowiskowych, tj. wilgotności, pH, temperatury czy wysokiego stężenia soli i kwasów organicznych (Kołakowski i wsp. 2013; Mayo i wsp. 2021).

Wśród mikroflory pomocniczej w produkcji serów stosowane są różnego rodzaju bakterie, pleśnie oraz drożdże. Do najczęściej stosowanych bakterii zaliczamy propionibakterie i brevibakterie. Bakterie propionowe (np. Propionibacterium freudenreichii) dodawane są w procesie wytwarzania serów twardych i półtwardych głównie w celu wytworzenia oczek i kształtowania cech smakowych. Brevibakterie (np. Brevibacterium lines i Brevibacterium casei) są stosowane w produkcji serów maziowych, np. sera limburskiego, gdzie kształtują barwę, związki smakowo-zapachowe i chronią przed rozwojem mikroflory niepożądanej. Drożdże (np. Debaryomyces hansenii, Kluyveromyces marxianus) wykorzystuje się najczęściej w produkcji serów pleśniowych (miękkich, pielęgnowanych na maź i z przerostem pleśni). Odgrywają wiele ważnych ról w procesie dojrzewania, w tym obniżają kwasowość na powierzchni sera, zwiększają przeżywalność bakterii kwasu mlekowego, ograniczają rozwój mikroflory niepożądanej i kształtują cechy organoleptyczne, w tym teksturę, smak i zapach. Pleśnie znalazły zastosowanie w produkcji serów z porostem pleśni (np. Penicillium camemberti stosowany w produkcji sera camembert) i przerostem pleśni (np. Penicillium roqueforti stosowany w produkcji sera roquefort). Wykorzystuje się je w procesie dojrzewania, gdzie kształtują wygląd i cechy smakowo-zapachowe sera, a także zapobiegają rozwojowi innych, niepożądanych pleśni.

Niezwykle istotna dla jakości i charakterystyki sera jest również jego mikroflora niestarterowa. W jej skład wchodzą głównie niestarterowe bakterie kwasu mlekowego (m.in. bakterie z rodzajów Lactobacillus, Pediococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus), a także bakterie propionowe i drożdże (np. Debaryomyces hansenii, Candida versatilis, Yarrowia lipolytica). Mikroorganizmy te nie biorą udziału w procesie ukwaszania mleka i namnażają się głównie w czasie procesu dojrzewania, gdzie swoją populacją mogą przewyższać liczebność mikroorganizmów starterowych. Mogą one skracać proces dojrzewania i kształtować jakość sera, wytwarzając szeroki wachlarz enzymów, które rozkładają białka i tłuszcze. Z drugiej strony mogą wpływać również negatywnie na jakość wyrobu ze względu na produkcję substancji nadających nieprzyjemny smak i zapach, a także powodowanie wad serów, w tym np. białych lub brązowych plam czy wzdęć i pęknięć. Niestarterowe drożdże dostają się do serów głównie wraz z solanką. Najczęściej występują w serach z przerostem i porostem pleśni. Podobnie jak bakterie kwasu mlekowego mogą mieć pozytywny wpływ na dojrzewanie, jednak często są przyczyną powstawania wad serów. Ich obecność może wywoływać powstawanie przebarwień, niekorzystnych posmaków, zmiany tekstury czy wytwarzanie śluzu.

Obecność w serach mikroflory niestarterowej, jak i innych mikroorganizmów, które nie zostały celowo dodane w procesie produkcji, ma kluczowe znaczenie dla jakości i bezpieczeństwa produktu końcowego. Środowisko zakładów produkcyjnych, niewłaściwe procesy czyszczenia urządzeń produkcyjnych i personel mający kontakt z żywnością są głównymi źródłami zanieczyszczeń. Prawidłowa higiena procesu i jakość mikrobiologiczna surowców mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia wysokiej jakości produktu końcowego. Kontrola tych parametrów rozpoczyna się od nadzoru jakości mleka surowego, z którego wytwarzany będzie ser. Mleko jest zasadniczo sterylne, gdy jest wydzielane do wymienia, jednak już w momencie doju zostaje zanieczyszczone mikroorganizmami pochodzącymi ze środowiska gospodarstwa, pasz, ludzi i sprzętu do dojenia. Poziom zanieczyszczenia mleka jest bardzo istotny dla producentów sera, ponieważ tylko z mleka wysokiej jakości możliwe jest otrzymanie wysokiej wydajności procesu wytwarzania sera, a także wysokiej jakości i bezpieczeństwa produktu.

W samej ocenie jakości mleka surowego niezwykle istotna jest liczba komórek somatycznych. Jej wartość jest zróżnicowana i ma na nią wpływ wiele czynników, takich jak choroby zakaźne, urazy wymion, liczba porodów, etap laktacji, zmienność środowiskowa, wiek i gatunek zwierzęcia. W mleku zdrowych krów liczba komórek somatycznych wynosi 100–150 tysięcy w 1 ml. Ich zwiększona liczebność może świadczyć o zapaleniu wymienia i pozostaje nie bez znaczenia dla jakości produktów otrzymywanych z takiego mleka. Wysoka liczba komórek somatycznych opóźnia wzrost kultur starterowych i hamuje obniżanie pH mleka, przedłużając w ten sposób proces fermentacji. Może to również wpływać na enzymy podpuszczki, których aktywność jest zależna od pH, wydłużając czas krzepnięcia i szybkość kształtowania się skrzepu.

Obecnie większość serów dostępnych na rynku wytwarzanych jest z mleka pasteryzowanego, aby zminimalizować niekorzystny wpływ niepożądanej mikroflory. Większość zanieczyszczeń dostaje się do sera podczas produkcji i dojrzewania. Mleko pasteryzowane, jeśli jest wytworzone z wysokiej jakości surowego mleka, a następnie odpowiednio schładzane i przetwarzane w higienicznych warunkach, powinno charakteryzować się bardzo niską ogólną liczbą bakterii. Sytuacja zmienia się, gdy urządzenia do przetwarzania mleka surowego nie podlegają regularnym i efektywnym systemom czyszczenia. Źródłem zanieczyszczeń mogą być różnego rodzaju mikroorganizmy, w tym bakterie psychrotrofowe, które są zdolne do wzrostu w temp. 7°C lub niższej, niezależnie od ich optymalnej temperatury wzrostu. Są to m.in. bakterie z rodzajów Microbacterium, Micrococcus i Pseudomonas, Achromobacter, Corynebacterium, Acinetotbacter. Występują powszechnie w przyrodzie i mogą rozwijać się w rurociągach, paszy, trawie, ściółce, kale, na powierzchni strzyków czy sprzętu mleczarskiego. Do tej grupy zaliczane są również niektóre szczepy bakterii z rodzajów Bacillus i Clostridium, które wykazują zdolność do wytwarzania przetrwalników odpornych na proces pasteryzacji. Mikroorganizmy te, rozwijając się w czasie dojrzewania, mogą być odpowiedzialne za powstawanie późnych wzdęć (np. w serach gouda, ementaler) i niekorzystnych zjełczałych posmaków.

Gdy sprzęt jest czyszczony w zbyt niskich temperaturach i/lub bez wystarczających stężeń środków odkażających, mogą gromadzić się w nim pozostałości mleka, co pozwala niepożądanym organizmom przylegać do powierzchni urządzeń i gromadzić się np. w popękanych elementach gumowych, takich jak uszczelki. W takiej sytuacji sprzęt może stanowić główne źródło zanieczyszczenia mleka, zarówno surowego, jak i pasteryzowanego. Ponadto enzymy wydzielane przez psychrotrofy są stabilne termicznie i nie ulegają łatwej dezaktywacji przez pasteryzację. Obecność i wzrost psychrotrofów w mleku i/lub serze oraz wytwarzanie i obecność ich termostabilnych enzymów są odpowiedzialne za liczne wady sera, w tym odbarwienia powierzchni, nieprawidłowy smak (gorzki, zjełczały) i zapach. Chociaż właściwe czyszczenie i warunki sanitarne pomagają zminimalizować zanieczyszczenie, mleko powinno być przede wszystkim przetwarzane tak szybko, jak to możliwe, aby ograniczyć wzrost bakterii psychrotrofowych. Ponieważ woda jest możliwym źródłem zanieczyszczenia, należy również zadbać o to, aby woda używana do solanek i innych roztworów była wolna od mikroorganizmów. Ponadto istotne jest korzystanie z wysokiej jakości paszy, w której rozwój niepożądanych mikroorganizmów jest ograniczony do minimum.

Inną grupą organizmów związanych z wodą oraz niewłaściwie oczyszczonym i odkażonym sprzętem są bakterie z grupy coli. Typowe rodzaje w tej grupie to Citrobacter, Escherichia, Enterobacter i Klebsiella. Podobnie jak w przypadku wyżej wymienionych psychrotrofów, obecność bakterii z tej grupy w produktach mleczarskich wytwarzanych z mleka pasteryzowanego jest zazwyczaj spowodowana zanieczyszczeniem po pasteryzacji. Utrzymanie ich niskiego poziomu w mleku serowarskim ma kluczowe znaczenie, ponieważ bakterie te mogą się szybko namnażać na wczesnych etapach produkcji sera, kiedy pH i temperatura są korzystne. Wzrost ten jest często związany z wytwarzaniem „drożdżowego”, „gnijącego”, „gazowego” i „nieczystego” zapachu, a także nadmierną produkcją dwutlenku węgla i wodoru wpływającą na powstawanie defektów tekstury.

Mleko może ulegać również zakażeniom popasteryzacyjnym wynikającym z obecności drożdży i pleśni. Mikroorganizmy te są przenoszone zwykle drogą powietrzną i są powszechne w środowisku mleczarskim. Rozwój drożdży i pleśni w mleku powoduje powstanie odpowiednio owocowego i stęchłego zapachu. W serze mogą one metabolizować kwas mlekowy i hydrolizować białka, uwalniając amoniak i aminokwasy, co wpływa na zmiany pH i tekstury. Głównym czynnikiem przyczyniającym się do osiadania tych mikroorganizmów na serze jest mokra powierzchnia i solanka. Dla zapobiegania tym zakażeniom skuteczne mogą być filtracja powietrza, stosowanie promieniowania UV i regularna higiena powierzchni produkcyjnych. Właściwa wentylacja pomaga usuwać wilgoć powstałą podczas produkcji, a także zapobiega skraplaniu i późniejszemu rozwojowi drożdży i pleśni na powierzchniach.

Na jakość serów podpuszczkowych wpływ ma również obecność amin biogennych, czyli związków azotowych wytwarzanych w wynikuprzemian aminokwasów, aldehydów i ketonów. Zaliczamy do nich m.in. histaminę, tyraminę, fenyloetyloaminę i tryptaminę. Substancje te mogą być wytwarzane w wielu produktach mlecznych ze względu na obecność aminokwasów w mleku, które w wyniku reakcji enzymatycznych są przekształcane w aminy biogenne. W serach są wytwarzane w dużej ilości ze względu na procesy technologiczne (fermentacja, dojrzewanie), w których białka mleka są rozkładane przez szeroki wachlarz enzymów proteolitycznych. Związki te pełnią wiele funkcji w organizmie, w tym m.in. biorą udział w syntezie hormonów, białek czy kwasów nukleinowych, wpływają na regulowanie ciśnienia krwi czy na komórkową kontrolę wzrostu. Spożycie dużej ilości amin biogennych może jednak skutkować objawami zatrucia, zwłaszcza u osób wykazujących dużą wrażliwość na te substancje. Niektóre czynniki w czasie wytwarzania sera mogą wpływać na ilość produkowanych amin biogennych. Największa ich produkcja przypada na proces dojrzewania, gdzie dochodzi do degradacji białek. Istotne jest, aby na tym etapie stale kontrolować temperaturę i wilgotność procesu. Wytwarzanie dużej ilości amin może być także efektem przetwarzania mleka o niskiej jakości i niehigienicznych warunków produkcji. Istotne jest również dobranie odpowiednich kultur starterowych do wytwarzania sera oraz kontrolowanie warunków fermentacji, ponieważ powstawanie amin w dużej mierze jest związane z aktywnością metaboliczną mikroorganizmów.

Na jakość i bezpieczeństwo serów podpuszczkowych składa się wiele czynników, a ich wytwarzanie wymaga kontroli na każdym etapie. Zapewnienie wysokiej jakości produktów końcowych powinno być priorytetem dla producentów serów, ponieważ zapewnia zaufanie konsumentów i wydajność ekonomiczną. Specyfika produkcji serów podpuszczkowych sprawia, że w ich składzie i otoczeniu obecny jest szeroki wachlarz różnego rodzaju mikroorganizmów, które kształtują ich właściwości. Priorytetem jest takie dostosowanie procesu produkcyjnego i jego warunków higienicznych, aby móc otrzymać produkt o powtarzalnych i pożądanych przez konsumentów cechach.

Literatura:

1. D’amico D.J., Microbiological Quality and Safety Issues in Cheesemaking, „Microbiology Spectrum” 2014, 2(1), 251.
2. https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/chapter/cheese
3. Kołakowski P. i wsp., Mikroflora serów dojrzewających, „Innowacyjne Mleczarstwo” 2013, 1, s. 6–13.
4. Madejska A. i wsp., Aminy biogenne w serach podpuszczkowych dojrzewających jako zagrożenie zdrowia konsumentów, „Medycyna Weterynaryjna” 2017, 73(4), s. 214–219.
5. Mayo B. i wsp., Microbial Interactions within the Cheese Ecosystem and Their Application to Improve Quality and Safety, „Foods” 2021, 10, 602.
6. Moradi M. i wsp., The relationship between milk somatic cell count and cheese production, quality and safety: A review, „International Dairy Journal” 2021, 113, 104884.
7. Nájera A. i wsp., A Review of the Preservation of Hard and Semi-Hard Cheeses: Quality and Safety, „International Journal of Environmental Research and Public Health” 2021, 18, 9789.