Drożdże: Drożdże w produkcji mleczarskiej

W ziarnach kefirowych znajdują się przede wszystkim bakterie kwasu mlekowego (m.in. z rodzajów Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc i Streptococcus) oraz drożdże, które stanowią około 5–10% całkowitej mikroflory. W kefirze bakterie kwasu mlekowego są przede wszystkim odpowiedzialne za przekształcanie laktozy obecnej w mleku w kwas mlekowy, co powoduje obniżenie pH i utrwalenie mleka. Drożdże fermentujące laktozę (np. Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces lactis var. lactis, Debaryomyces hansenii) wytwarzają etanol i dwutlenek węgla. W procesie uczestniczą również drożdże niefermentujące laktozy (np. Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii, Pichia fermentans, Debaryomyces occidentalis) i bakterie kwasu octowego (z rodzaju Acetobacter). W trakcie fermentacji dochodzi do rozkładu części białek, czego wynikiem jest obecność drożdżowego posmaku w produkcie. 

Kwasowa i alkoholowa fermentacja kefiru jest realizowana dzięki współpracy mikroorganizmów. Wzrost bakterii kwasu mlekowego jest wspomagany przez czynniki wydzielane przez drożdże (takie jak aminokwasy i witaminy), podczas gdy wzrost drożdży jest stymulowany przez produkty metabolizmu bakterii. Złożone interakcje między drożdżami i bakteriami oraz ich współzależność w ziarnach kefiru nie są w pełni poznane. Obserwuje się jednak, że jeśli bakterie zostaną oddzielone od ziarna kefirowego, drożdże nie będą rosły tak wydajnie. 

Istnieją dwa główne sposoby produkcji kefiru, tj. tradycyjny (z zastosowaniem ziaren kefirowych) i komercyjny (z wykorzystaniem kultur starterowych). Tradycyjna produkcja rzemieślnicza obejmuje zaszczepianie mleka zmienną ilością grzybków kefirowych i fermentację przez okres od 18 do nawet 72 godzin w temperaturze 20–25°C. Pod koniec fermentacji ziarna są odcedzane i mogą być wykorzystane do nowej fermentacji, a gotowy do spożycia kefir jest schładzany i przechowywany w temperaturze 4°C. 

Etapy procesu komercyjnego są bardzo podobne do tych stosowanych w przypadku większości fermentowanych produktów mlecznych. Proces rozpoczyna się od standaryzacji tłuszczu w mleku, homogenizacji i pasteryzacji. Następnie mleko jest doprowadzane do temperatury około 23°C i zaszczepiane czystymi kulturami starterowymi, zawierającymi najczęściej bakterie wyizolowane z ziaren kefiru. Okres fermentacji jest zazwyczaj podzielony na dwa etapy: zakwaszanie i dojrzewanie. Etap zakwaszania trwa do momentu osiągnięcia wartości pH na poziomie 4,5, co zajmuje około 12 godzin. Następnie produkt jest mieszany i wstępnie schładzany, gdy nadal znajduje się w zbiorniku. W temperaturze 8–10°C zatrzymuje się chłodzenie i przerywa mieszanie. Następuje etap dojrzewania trwający nawet do 24 godzin, podczas którego namnażają się drożdże i zaczyna rozwijać się typowy, lekko drożdżowy smak. Końcowe chłodzenie rozpoczyna się, gdy pH osiągnie wartość około 4,4, co zapobiega dalszemu zwiększaniu kwasowości produktu.

Właściwości odżywcze i lecznicze kefiru od dziesięcioleci są przedmiotem wielu badań naukowych. Podczas fermentacji mleka przez ziarna kefiru powstaje wiele związków funkcjonalnych, takich jak bioaktywne peptydy (np. o działaniu przeciwnadciśnieniowym, antyoksydacyjnym, przeciwnowotworowym i przeciwzapalnym), związki przeciwdrobnoustrojowe (np. kwasy organiczne, alkohole, dwutlenek węgla i bakteriocyny) i heteropolisacharydy (np. kefiran) o potencjalnych właściwościach prebiotycznych. Kefir wykazuje również probiotyczne właściwości terapeutyczne ze względu na obecność szczepów bakterii i drożdży zaliczanych do probiotyków. Warto zaznaczyć, że właściwości kefiru produkowanego metodą komercyjną mogą różnić się od właściwości tego otrzymywanego metodą tradycyjną. W porównaniu do kultur starterowych w ziarnach kefirowych obserwuje się znacznie bardziej różnorodne konsorcja mikroorganizmów oraz korelacje między nimi, które mogą wpływać na zwiększenie produkcji składników prozdrowotnych. 

Innym mlecznym napojem fermentowanym otrzymanym z zastosowaniem dodatku drożdży jest kumys, znany również jako ajrag. To produkt wytwarzany w wyniku fermentacji mleczno-alkoholowej mleka klaczy, rzadziej mleka krowiego lub wielbłądziego. Był on rozpowszechniony już wśród Mongołów i Tatarów, a także wśród koczowniczych plemion azjatyckich, przede wszystkim Kazachów i Kirgizów. Charakteryzuje go mlecznobiała barwa, lekko kwaśny i lekko gorzki smak, a także dość gęsta konsystencja. Za jego właściwości odpowiadają przede wszystkim wykorzystywane do fermentacji bakterie kwasu mlekowego (głównie Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus) oraz drożdże (zwłaszcza Kluyveromyces marxianus i inne z rodzajów Saccharomyces i Candida). Tradycyjnie otrzymywany jest poprzez dodanie do świeżego mleka wcześniej sfermentowanego już produktu, zaś na większą skalę produkuje się go poprzez zaszczepienie mleka odpowiednio dobranymi kulturami starterowymi. Fermentacja trwa od jednego do nawet ośmiu dni, a gotowy produkt zawiera 2–3% alkoholu (w zależności od długości fermentacji). Regularne spożywanie kumysu wiąże się z wieloma korzyściami zdrowotnymi, wynikającymi przede wszystkim z obecności probiotycznych szczepów bakterii i drożdży, a także potencjalnych właściwości przeciwdrobnoustrojowych. Produkt ten jest również źródłem wapnia, ponieważ zawiera aż 94 mg tego składnika w 100 g. 

Kolejna grupa produktów mlecznych, które często wytwarza się z zastosowaniem dodatku drożdży, to sery podpuszczkowe. Są one produkowane i spożywane przez ludzi od tysięcy lat. Na całym świecie obserwujemy bogactwo ich odmian, a każda z nich wykazuje specyficzne cechy sensoryczne (wygląd, smak i teksturę). Sery podpuszczkowe otrzymywane są głównie poprzez ścinanie mleka lub śmietanki w wyniku zastosowania środka koagulującego – enzymu podpuszczki. W procesie powstawania skrzepu biorą również udział bakterie kwasu mlekowego, które w wyniku fermentacji laktozy z mleka wytwarzają kwas mlekowy, obniżający pH i wspierający powstawanie skrzepu. Następnie otrzymany stały skrzep oddziela się od płynnej serwatki, odpowiednio formuje i poddaje procesowi dojrzewania w określonych warunkach. W zależności od warunków prowadzenia procesów i mikroorganizmów zastosowanych w technologii produkcji serów możemy otrzymać różnego typu produkty o odmiennych właściwościach. 

Ekosystem sera to szczególne siedlisko, które wspiera współistnienie drożdży, bakterii i pleśni. Do drożdży najczęściej występujących w serach podpuszczkowych należą różne gatunki z rodzajów Candida, Debaromyces, Geotrichum, Kluyveromyces, a także gatunki Saccharomyces cerevisiae i Yarrovia lipolitica. Zostały one zidentyfikowane na wielu rodzajach sera, w tym głównie w serach twardych długodojrzewających (np. pecorino romano, gruyère), pleśniowych półmiękkich (np. camembert, brie) czy serów pielęgnowanych na maź (np. ser limburski).

Drożdże w serach podpuszczkowych mogą być dodawane zarówno jako element kultur starterowych na etapie fermentacji, jak również rozwijać się jako mikroorganizmy pomocnicze i niestartowe. Odgrywają ważną rolę w procesie dojrzewania sera ze względu na swoją zdolność do rozkładania białek i tłuszczów. Produkty tych reakcji przyczyniają się do kształtowania unikalnego smaku i zapachu produktu. Ponadto w niektórych serach biorą udział w budowaniu ich struktury jako efekt produkcji etanolu i aldehydów. Ich obecność może również sprzyjać wzrostowi innych mikroorganizmów biorących udział w dojrzewaniu (np. pleśni w serach pleśniowych), a także zapobiegać wzrostowi mikroorganizmów niepożądanych. Niektóre drożdże niestartowe mogą również stanowić mikroflorę niepożądaną w serze. Najczęściej pochodzą one z mleka, solanki, środowiska wytwarzania i dojrzewania sera, sprzętu do produkcji oraz od personelu. Takie mikroorganizmy mogą powodować powstawanie wad sera w postaci m.in. przebarwień, wytwarzania gorzkiego i zjełczałego posmaku, zmian w teksturze czy śluzowacenia.

Drożdże stanowią różnorodną grupę mikroorganimów, które znalazły szerokie zastosowanie w całym przemyśle spożywczym. Rozpowszechnianie zastosowania drożdży w produkcji mleczarskiej stanowi istotny kierunek współczesnego rozwoju branży. Wykorzystanie różnych szczepów tych mikroorganizmów do projektowania produktów fermentowanych może pozwolić na poszerzenie oferty o kolejne pozycje o walorach prozdrowotnych. Ważne jest pogłębianie wiedzy dotyczącej właściwości poszczególnych szczepów, które znajdą zastosowanie technologiczne – zwłaszcza w produkcji żywności probiotycznej i funkcjonalnej.

Literatura:

1. T. Bintsis, Yeasts in different types of cheese, „AIMS Microbiology” 2021, 7(4), s. 447–470.
2. https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/chapter/
   fermented-milk-products.
3. S. Maicas, The Role of Yeasts in Fermentation Processes, „Microorganisms” 2020, 8(8), 1142.
4. F. Nejati i wsp., A Big World in Small Grain: A Review of Natural Milk Kefir Starters, „Microorganisms” 2020, 8(2), 192.
5. R. Tofalo i wsp., The life and times of yeasts in traditional food fermentations, „Critical Reviews in Food Science and Nutrition” 2020, 60(18), s. 3103–3132.