Drożdże: Drożdże w produkcji mleczarskiej
Jednym z podstawowych procesów przetwórstwa żywności, zakorzenionym w wielu kulturach na całym świecie, jest fermentacja. Jest on stosowany od co najmniej 6 tysięcy lat, a jego nazwa pochodzi od łacińskiego słowa „fermentum”. Nauka o fermentacji to zymologia, a pierwszym zymologiem był francuski chemik i mikrobiolog Louis Pasteur, który w latach 50. i 60. XIX wieku badał zastosowanie drożdży w fermentacji. W dawnych czasach fermentacja żywności miała przede wszystkim konserwować ją i poprawiać smak. Obecnie proces ten jest stosowany głównie w celu przekształcenia nietrwałych surowców w produkty spożywcze o dodanej wartości prozdrowotnej, wyjątkowych właściwościach smakowych i wysokiej stabilności.
Najpopularniejszymi produktami otrzymywanymi w wyniku fermentacji są różnego rodzaju napoje alkoholowe (m.in. wina, piwa, destylaty), fermentowane produkty mleczne i produkty piekarnicze. Fermentacji poddaje się również różnego rodzaju produkty spożywcze, takie jak ocet, sos sojowy, owoce, warzywa, kawa i herbata. W wyniku fermentacji tego samego składnika możemy otrzymać produkty o różnym wyglądzie, smaku i teksturze. Mają na to wpływ przede wszystkim charakterystyka fermentowanego surowca, wykorzystane do fermentacji mikroorganizmy, temperatura i czas procesu.
Podczas fermentacji mikroorganizmy, głównie w postaci bakterii lub drożdży, przekształcają węglowodany w alkohol lub kwas. W przemyśle mleczarskim najszerzej rozpowszechniona jest fermentacja z wykorzystaniem bakterii kwasu mlekowego, jednak nie bez znaczenia pozostaje fermentacja z wykorzystaniem drożdży – mikroorganizmów, które naturalnie występują w wielu niszach ekologicznych, głównie w wodzie, glebie, powietrzu oraz na powierzchniach roślin. Przeprowadzają one fermentację w celu uzyskania energii poprzez przekształcanie cukru w alkohol. Charakteryzują się zdolnością do fermentacji szerokiego spektrum cukrów, przede wszystkim glukozy, fruktozy, sacharozy i maltozy. Drożdże tolerują kwaśne środowiska o wartościach pH około 3,5 lub nawet niższych. Najpowszechniejsze i najbardziej dostępne komercyjnie drożdże to gatunek Saccharomyces cerevisiae. Są one dobrze znane ze swoich cech technologicznych, które pozwalają na uzyskanie produktów o jednolitej i standardowej jakości.
Drożdże można podzielić się na dwie duże grupy, tj. Saccharomyces i non-Saccharomyces. S. cerevisiae jest gatunkiem najlepiej zbadanym i najczęściej wykorzystywanym w fermentacji win i piw ze względu na wysoką wydajność fermentacji, szybki wzrost i łatwą adaptację do środowiska. Drożdże non-Saccharomyces to grupa zróżnicowana pod względem metabolicznym, dlatego wykorzystuje się je w różnych procesach fermentacji. Z drugiej strony ich obecność w niektórych produktach fermentowanych może świadczyć o zanieczyszczeniu i prowadzić do powstawania wad technologicznych. Drożdże non-Saccharomyces posiadają cechy, których u S. cerevisiae brakuje, np. zdolność do produkcji wysokich stężeń związków aromatycznych takich jak estry, alkohole i kwasy tłuszczowe, które mogą wpływać na kształtowanie się unikalnych cech sensorycznych produktów. Do najlepiej przebadanych drożdży innych niż Saccharomyces, zaliczają się m.in. drożdże z rodzajów Candida, Kloeckera, Hanseniaspora, Brettanomyces, Pichia, Lanchacea i Kluyveromyces.
Drożdże podczas fermentacji żywności odgrywają kilka ważnych ról, takich jak:
- produkcja alkoholu,
- produkcja kwasów organicznych,
- poprawa smaku, aromatu i tekstury,
- modyfikacja wartości odżywczej,
- zmniejszenie zawartości składników antyodżywczych.
W fermentowanych produktach spożywczych drożdże zwiększają ilość składników bioaktywnych poprzez produkcję enzymów, metabolitów czy wspieranie rozwoju innych gatunków mikroorganizmów. Niektóre gatunki drożdży są również probiotykami, czyli mikroorganizmami, które spożywane w odpowiedniej ilości wywierają korzystny wpływ na zdrowie gospodarza. Wśród nich wyróżniamy m.in. niektóre szczepy gatunków Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces lactis, Debaryomyces hansenii, Saccharomyces boulardii, Torulaspora delbrueckii, Candida krusei, Yarrowia lipolytica, Pichia fermentase i Pichia kudriavzevii.
Obecność drożdży w produkcie może mieć zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na jego właściwości. Ze względu na swoją zdolność do przetwarzania różnych składników żywności, zdolność do namnażania się przy niskim pH, niskiej aktywności wody i temperaturze, a także przy wysokich stężeniach soli, niektóre drożdże mogą zanieczyszczać produkty fermentowane i powodować ich psucie. Mogą dostać się do nich poprzez zanieczyszczoną wodę, powietrze i urządzenia technologiczne, brak higieny personelu czy pochodzić z zanieczyszczonych dodatków do produktów fermentowanych (np. owoców, miodu). Przykładowo mleczne napoje fermentowane zanieczyszczone niepożądanymi drożdżami mogą wykazywać zmienioną teksturę i kolor, nieprawidłowy smak i zapach, może także dochodzić do produkcji gazu w opakowaniu.
Do wielu produktów spożywczych, w tym mlecznych, drożdże są jednak dodawane celowo, aby osiągnąć określony efekt. Istotne jest zastosowanie odpowiednich gatunków mikroorganizmów w kontrolowanych warunkach. Zdolność drożdży do produkcji etanolu, dwutlenku węgla i związków aromatycznych często jest uważana za korzystną, ponieważ przyczynia się do kształtowania ogólnej jakości końcowej fermentowanych napojów mlecznych, takich jak np. kefir czy kumys. Drożdże mogą również wspierać wzrost kultur bakterii kwasu mlekowego w fermentowanych produktach mlecznych. Ponadto określone gatunki drożdży mogą przeciwdziałać psuciu się produktu poprzez zapobieganie rozwojowi mikroorganizmów niepożądanych, produkcji kwasów organicznych, etanolu i różnego rodzaju składników przeciwdrobnoustrojowych.
Istnieje wiele szczepów drożdży, które są wykorzystywane w technologii produktów mlecznych. Bodaj najpopularniejszym produktem pozyskiwanym z ich wykorzystaniem jest kefir. To jeden z najstarszych mlecznych produktów fermentowanych, a samo słowo „kefir” pochodzi od tureckiego „keyif”, które oznacza dobre samopoczucie, szczęście lub satysfakcję. Napój ten pochodzi z gór Kaukazu i stanowi tradycyjny produkt powszechnie spożywany w Europie Wschodniej, Rosji i Azji Południowo-Zachodniej. Obecnie obserwuje się wzrost jego popularności również w wielu innych rejonach świata ze względu na wyjątkowe właściwości sensoryczne i długą historię związaną z korzystnym wpływem na zdrowie człowieka.
Kefir wytwarzany jest z mleka krowiego, koziego lub owczego. Ma lepką konsystencję, błyszczącą powierzchnię, świeży i kwaśny smak z lekko musującym posmakiem i delikatnym aromatem drożdżowym. Głównymi produktami fermentacji kefiru są kwas mlekowy, etanol i dwutlenek węgla, które nadają temu napojowi jego unikalnych cech. W tradycyjny sposób kefir otrzymuje się poprzez fermentację mleka z ziarnami (grzybkami) kefirowymi. Mają one postać nieregularnych zlepków w kształcie różyczek kalafiora, które składają się z mikroorganizmów unieruchomionych na matrycy polisacharydowej i białkowej, w której wiele gatunków bakterii i drożdży współistnieje w symbiotycznym związku. Ziarna kefiru mają jasnożółtą barwę, od 0,3 do 3 cm średnicy oraz lepką i jędrną konsystencję. Odgrywają rolę naturalnej kultury starterowej i są odzyskiwane po procesie fermentacji poprzez odcedzenie mleka.