Flora bakteryjna: Bogactwo mikroorganizmów w produktach mleczarskich

Produkty mleczarskie od wieków stanowią istotny element diety człowieka – nie tylko dzięki swoim walorom smakowym i odżywczym, ale również z powodu obecności zróżnicowanej mikroflory. Znajdują się w obszarze zainteresowań mikrobiologii żywności ze względu na obecność złożonych społeczności mikroorganizmów, które determinują ich właściwości biochemiczne, sensoryczne oraz prozdrowotne.

Mikroflora obecna w mleku i wykorzystywana w procesach technologicznych obejmuje liczne gatunki bakterii, drożdży, a w niektórych przypadkach także pleśni. Choć niewidoczne gołym okiem, odgrywają kluczową rolę w procesach fermentacji, kształtując smak, konsystencję i trwałość produktów, a nierzadko wpływając także na zdrowie konsumentów. Ponadto coraz większą uwagę poświęca się ich potencjalnym właściwościom probiotycznym i wspomagającym pracę układu odpornościowego. 

Produkty mleczarskie można podzielić na kilka głównych kategorii w zależności od sposobu ich przetworzenia, obecności żywych kultur bakteryjnych oraz właściwości fizykochemicznych. Do podstawowych grup należą: 

• mleko (m.in. surowe, spożywcze, skondensowane, w proszku),
• mleczne napoje fermentowane (m.in. jogurt, kefir, maślanka, mleko acidofilne),
• sery podpuszczkowe (m.in. miękki, półtwarde, twarde, bardzo twarde),
• sery twarogowe (m.in. twaróg, serki kanapkowe),
• tłuszcze mleczne (m.in. masło, śmietana),
• produkty deserowe/mrożone (lody mleczne, puddingi, desery mleczne).

W każdej z tych kategorii produktów występują charakterystyczne mikroorganizmy, które odgrywają określoną rolę.

Mleko surowe wydzielane ze zdrowych komórek jest jałowe, a następnie zostaje skolonizowane przez mikroorganizmy z różnych źródeł, w tym ze szczytu strzyków, sprzętu udojowego, powietrza, wody, paszy, trawy, gleby i innych środowisk. Każdy z tych elementów może zawierać dużą różnorodność mikroorganizmów. Ich skład może różnić się w zależności od gospodarstwa, lokalizacji, a przede wszystkim od zasad higieny wprowadzanych w jego obrębie. Mikroorganizmy te stanowią mikroflorę mleka surowego, która w zdecydowanej większości jest dezaktywowana w trakcie obróbki termicznej mleka (np. w trakcie pasteryzacji czy sterylizacji). Niektóre mikroorganizmy obecne w mleku surowym mogą jednak odgrywać ważną rolę technologiczną. Mikroorganizmy te są izolowane z mleka surowego i wykorzystywane w przemyśle mleczarskim jako kultury starterowe, wywołując pożądane zmiany w mleku i generując zróżnicowane produkty, takie jak mleka fermentowane i sery. 

W mleku surowym spotkamy szeroką gamę bakterii, wśród których dominują bakterie kwasu mlekowego, bakterie psychrotrofowe oraz bakterie saprofityczne. Do bakterii kwasu mlekowego zaliczamy głównie różne gatunki bakterii z rodzajów Lactococcus, Lactobacillus, Streptococcus i Leuconostoc. Występują one na skórze krowy, w ściółce i w paszy. Nie rozwijają się w niskich temperaturach, dlatego szybkie schłodzenie mleka w gospodarstwie zapobiegnie ich rozwojowi w mleku surowym. Bakterie kwasu mlekowego fermentują laktozę do kwasu mlekowego, powodując zakwaszenie mleka i obniżenie jego pH. W niektórych przypadkach jest to celowe działanie w celu produkcji fermentowanych produktów mlecznych, ale jeśli nie zostają dodane celowo, mogą mieć szkodliwy wpływ na przetwarzalność mleka. 

Bakterie psychrotrofowe (np. bakterie z rodzajów Pseudomonas i Acinetobacter) często dostają się do mleka w wyniku kontaktu z zanieczyszczoną wodą lub powierzchniami urządzeń udojowych, które nie są odpowiednio czyszczone. Chociaż optymalnie rosną w cieplejszych warunkach, mogą również rozwijać się w temperaturach chłodniczych. Z tego powodu w znacznym stopniu przyczyniają się do całkowitej liczby drobnoustrojów w schłodzonym surowym mleku, zwłaszcza gdy było ono zbyt długo przechowywane i bakterie miały czas na rozwój. Bakterie te nie fermentują laktozy i dlatego nie obniżają pH mleka, ale wytwarzają enzymy odporne na wysoką temperaturę, które mają szkodliwy wpływ na mleko podczas przechowywania, np. poprzez wywoływanie powstawania niepożądanych smaków, oddzielania się tłuszczu i żelowania mleka. Im większa liczba bakterii psychrotrofowych w surowym mleku i im dłużej są one obecne w mleku, tym krótszy będzie okres przydatności produktu do spożycia, co jest szczególnie problematyczne w przypadku produktów mlecznych o długim okresie przydatności.

Bakterie saprofityczne dostają się naturalnie do mleka w wyniku kontaktu ze strzykami wymienia, a także ze środowiska doju, sprzętu udojowego, naczyń, powietrza. Należy do nich szeroka gama drobnoustrojów, w tym m.in. różne gatunki z rodzajów Micrococcus, Bacillus czy Corynebacterium. Nie stanowią zagrożenia dla zdrowia człowieka, jednak są wskaźnikiem higieny doju, ponieważ ich liczba i skład zależą od utrzymywania czystości w gospodarstwie, higieny sprzętu i szybkości schłodzenia mleka po udoju. W sprzyjających warunkach (np. podczas przechowywania mleka w ciepłych temperaturach) mogą się szybko namnażać. 

W mleku surowym mogą być obecne również bakterie patogenne, stanowiące zagrożenie dla zdrowia, a nawet życia człowieka. Dostają się do niego w wyniku braku zachowania odpowiedniej higieny doju lub obecności zakażeń bakteryjnych u krów. Wśród nich można wyróżnić m.in. bakterie Brucella abortus, Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Salmonella spp., Staphylococcus aureus czy Yersinia enterocolitica, które mogą powodować poważne choroby, zwłaszcza u dzieci, kobiet w ciąży, osób starszych i osób z obniżoną odpornością. Prawie wszystkie bakterie patogenne są zabijane w temperaturach pasteryzacji, ale toksyny wytwarzane przed obróbką termiczną (np. te wytwarzane przez Staphylococcus aureus) mogą być odporne na ciepło, nawet na temperatury powyżej 100°C. Ponadto niektóre z bakterii (np. Bacillus cereus) mają zdolność do wytwarzania przetrwalników, które mogą przetrwać obróbkę termiczną i rozwinąć się później, np. jeśli produkt jest przechowywany w temperaturze pokojowej. 

Przetrwalniki stanowią również poważny problem w produkcji sera, ponieważ niektóre ich rodzaje po rozwinięciu mogą powodować powstawanie tzw. późnych wzdęć serów. Z wyjątkiem Listeria monocytogenes patogeny nie mogą się rozwijać w niskich temperaturach. Dlatego też przechowywanie w niskiej temperaturze, higieniczne warunki dojenia i czyste zbiorniki magazynowe są ważnymi czynnikami ograniczającymi rozwój patogenów w mleku surowym.

Główne grupy bakterii, które odgrywają ważną rolę w wytwarzaniu produktów mleczarskich, to bakterie z rodzajów Lactococcus, Lactobacillus, Streptococcus, Propionibacterium i Leuconostoc. Najważniejszą aktywnością tych mikroorganizmów jest fermentacja, czyli proces wytwarzania energii przez komórki bakteryjne, w którym cukry przekształcane są w różnego rodzaju związki chemiczne zmieniające smak, wygląd i strukturę mleka. Wśród tych związków najważniejszymi są kwasy organiczne (przede wszystkim kwas mlekowy), diacetyl, dwutlenek węgla, etanol oraz różnego rodzaju aminokwasy i aldehydy. Ponadto wiele gatunków tych bakterii wytwarza enzymy rozkładające białka i tłuszcze, które wpływają na powstawanie związków aromatycznych i inicjują dojrzewanie produktów, kształtując profil smakowy i zapachowy. Niektóre bakterie kwasu mlekowego mają również zdolność produkcji bakteriocyn, czyli peptydów o szerokim pozytywnym wpływie na organizm ludzki. Ponadto wiele bakterii kwasu mlekowego jest uznawanych za probiotyki, czyli żywe mikroorganizmy, które podane w odpowiedniej ilości wywierają korzystny efekt zdrowotny na organizm gospodarza. Badania donoszą, że ich regularne spożycie może mieć pozytywny wpływ m.in. na równowagę mikroflory jelitowej, wspieranie pracy układu pokarmowego i układu odpornościowego. 

Poza bakteriami bardzo istotne znaczenie w mikrobiologii produktów mleczarskich mają drożdże i pleśnie. Mogą być zarówno obecne w mleku surowym, jak i celowo dodawane do produktu po obróbce termicznej, aby osiągnąć określony efekt technologiczny. Drożdże obecne w mleku surowym to m.in. rodzaje Kluyveromyces, Rhodotorula, Debaryomyces, Geotrichum, Pichia, Candida i Cryptococcus. Mogą odgrywać ważną rolę w fermentacji mlekowej ze względu na szereg cech fizjologicznych i biochemicznych, w tym zdolność do wykorzystywania cukrów oraz możliwość rozkładu białek i tłuszczów z wytworzeniem szerokiej gamy związków aromatycznych. 

W serze drożdże wydzielają enzymy, które odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu tekstury i wytwarzają różnorodne aromaty podczas dojrzewania. Pleśnie są zazwyczaj obecne w niższych stężeniach niż drożdże. Mają zdolność do wzmacniania smaku i aromatu oraz modyfikowania tekstury produktów mlecznych w wyniku intensywnego rozkładu białek i tłuszczów. Rodzaje pleśni najczęściej wykrywane w surowym mleku to Penicillium, Geotrichum, Aspergillus, Mucor i Fusarium. 

Drożdże i pleśnie obecne w mleku surowym w większości dezaktywowane są w czasie obróbki cieplnej. Problem mogą stanowić toksyny wytwarzane przez niektóre z pleśni. Mogą one dostawać się do mleka np. w wyniku spożywania przez krowę paszy zanieczyszczonej toksynami pleśniowymi, np. aflatoksynami wytwarzanymi przez niektóre gatunki pleśni z rodzaju Aspergillus. W związku z tym niezwykle istotna jest jakość paszy podawanej krowom mlecznym. Ze względu na to, że drożdże i pleśnie nie są odporne na wysoką temperaturę, najczęściej dostają się jednak do produktów mlecznych już po ich wytwarzaniu, ponieważ mogą znajdować się w powietrzu i środowisku przetwarzania produktów. Ich obecność w produktach mlecznych może powodować kilka rodzajów psucia się żywności, np. widoczny wzrost na powierzchni produktu czy produkcję metabolitów powodujących nieprzyjemne zapachy i smaki, a także widoczne zmiany koloru i/lub tekstury. Niezwykle istotna w miejscu przetwarzania produktów jest odpowiednia higiena, która pozwoli na zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia po obróbce cieplnej, szczególnie produktów przechowywanych przez dłuższy czas, jak np. sery dojrzewające. Drożdże i pleśnie mogą rozwijać się w niskich temperaturach, co wpływa na jakość sensoryczną produktu, skracając jego okres przydatności do spożycia. 

Wiele gatunków drożdży i pleśni traktowanych jest jako niezbędne dla otrzymania poszczególnych grup produktów. Drożdże i pleśnie odgrywają istotną rolę w produkcji wybranych wyrobów mleczarskich, wpływając zarówno na smak czy zapach, jak i konsystencję gotowych produktów. Pleśnie, zwłaszcza z rodzaju Penicillium, są wykorzystywane przy dojrzewaniu serów pleśniowych, takich jak camembert (Penicillium camemberti) czy roquefort (Penicillium roqueforti), nadając im charakterystyczną strukturę i aromat. Z kolei niektóre drożdże, m.in. Geotrichum candidum, wspomagają proces dojrzewania serów i wpływają na rozwój odpowiedniej mikroflory na ich powierzchni. Drożdże są także wykorzystywane w fermentacji kefiru, gdzie wraz z bakteriami kwasu mlekowego tworzą unikalną symbiotyczną kulturę, odpowiedzialną za delikatnie musujący smak i lekko alkoholowy posmak napoju. Dzięki zastosowaniu tych mikroorganizmów produkty mleczarskie zyskują wyjątkowe cechy sensoryczne oraz wartości prozdrowotne.

Najważniejsze grupy produktów mleczarskich, w których występują różnego rodzaju mikroorganizmy, oraz rolę, jaką w nich pełnią, przedstawiono w tabeli. 

Niektóre z fermentowanych produktów mleczarskich zawierających bakterie probiotyczne możemy zaliczyć również do żywności funkcjonalnej. Jest to żywność, która poza podstawową wartością odżywczą wywiera korzystny wpływ na zdrowie człowieka lub zmniejsza ryzyko wystąpienia niektórych chorób, jeśli jest spożywana regularnie. Zazwyczaj są to produkty zawierające odpowiednią ilość probiotycznych szczepów bakteriiz rodzajów Lactobacillus i Bifidobacterium. Najczęściej wykorzystuje się je w jogurtach, kefirach, mleku fermentowanym oraz serkach probiotycznych. Ich obecność wpływa korzystnie nie tylko na właściwości zdrowotne produktu, ale także na jego cechy sensoryczne – mogą łagodzić kwaśny smak, poprawiać konsystencję i zwiększać trwałość. 

Głównym celem dodawania tego typu probiotycznych szczepów bakterii jest wspieranie równowagi mikroflory jelitowej człowieka, wspomaganie trawienia laktozy oraz wzmacnianie odporności. Dzięki temu produkty zawierające te mikroorganizmy zyskują miano żywności probiotycznej, cenionej przez konsumentów dbających o zdrowie i prawidłowe funkcjonowanie układu pokarmowego.

Bogactwo mikroorganizmów w produktach mleczarskich stanowi kluczowy element decydujący o ich jakości, różnorodności i właściwościach prozdrowotnych. Dzięki obecności pożytecznych bakterii kwasu mlekowego, drożdży i pleśni produkty te nie tylko zyskują charakterystyczny smak, aromat i konsystencję, ale także mogą wspierać mikrobiotę jelitową człowieka oraz układ odpornościowy. Jednocześnie odpowiednia kontrola mikroflory – poprzez procesy pasteryzacji, fermentacji czy dojrzewania – jest niezbędna dla zapewnienia bezpieczeństwa mikrobiologicznego i trwałości wyrobów mleczarskich. Wiedza o mikroorganizmach obecnych w mleku i jego przetworach pozwala więc nie tylko lepiej zrozumieć ich znaczenie w technologii żywności, ale również świadomie wybierać produkty, które korzystnie wpływają na zdrowie i samopoczucie konsumenta.

Literatura:

1. Garnier L. i wsp., Diversity and Control of Spoilage Fungi in Dairy Products: An Update, „Microorganisms” 2017, 5, 42.
2. https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/chapter/raw-milk-quality
3. Mahendra P. i wsp., Bacterial Contamination of Dairy Products, „Beverage & Food World” 2016, 43(9), s. 40–43.
4. Quigley L. i wsp., The complex microbiota of raw milk, „FEMS Microbiology Reviews” 2013, 37(5), 664–698.