Kultury i enzymy: Dobór kultur i enzymów mleczarskich

Obecnie wzrasta popyt na żywność o właściwościach funkcjonalnych. Coraz częściej szczepy bakterii o udokumentowanym działaniu, np. probiotycznym, mają zastosowanie w produkcji serów z porostem i przerostem pleśni jako wzbogacenie kultur starterowych. Do produkcji serów (głównie z porostem pleśni) na zachodzie Europy, ale również i w Polsce stosowane są wyselekcjonowane szczepy bakterii z gatunku Lactobacillus acidophilus oraz Bifidobacterium bifidum. Drobnoustroje te wywierają korzystny wpływ na organizm człowieka (oczywiście przy właściwej liczbie żywych komórek) poprzez „odbudowę” mikroflory jelitowej po kuracji antybiotykowej, regulację pracy jelit, wspomaganie przemiany materii oraz łagodzenie objawów nietolerancji laktozy.

Do produkcji twarogów mają zastosowanie mezofilne paciorkowce takie jak: Lactococcus lactis ssp. lactis, Lactococcus lactis ssp. cremoris, Lactococcus lactis ssp. lactis biovar diacetylactis oraz Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris. Działalność tych drobnoustrojów ma ogromny wpływ na zakwaszanie i powstawanie skrzepu mleka w wyniku fermentacji mlekowej. Oprócz tego głównego działania powstaje związek organiczny – diacetyl (kreujący zapach, smak) oraz kwas mlekowy (wpływający destrukcyjnie wobec bakterii chorobotwórczych i powodujących psucie).

Kultury serowarskie, w których skład wchodzą niewłaściwie dobrane szczepy paciorkowców mogą powodować powstawanie specyficznych peptydów z białka, nadając serom gorzki posmak.

Dobór enzymów serowarskich

Najczęściej stosowanym preparatem do produkcji serów jest podpuszczka (jest to nazwa handlowa mieszaniny enzymów, której główny składnik stanowi chymozyna). Naturalnie chymozyna znajduje się w dużych ilościach w śluzówce żołądka cielęcego. Enzym ten należy do proteinaz serynowych (sklasyfikowanych jako hydrolazy, podklasa proteazy).

W ciągu ostatnich 20 lat nastąpił wzrost produkcji sera na świecie o kilkadziesiąt procent. Spowodowało to olbrzymie zapotrzebowanie na podpuszczkę, której produkcja paradoksalnie malała ze względu na nastawienie stad krów na produkcję mleczną. Do produkcji podpuszczki wykorzystywano żołądki z uboju młodych cieląt, których chów stał się nieekonomiczny.

W wyniku tych przemian podczas produkcji serów mogą mieć zastosowanie preparaty koagulujące białka mleka pochodzenia nie tylko zwierzęcego, ale również roślinnego i mikrobiologicznego. Muszą one jednak posiadać podobną zdolność do koagulacji i przemian proteolitycznych kazeiny. Poza tym ser wyprodukowany z użyciem preparatów pochodzenia roślinnego i mikrobiologicznego powinien charakteryzować się porównywalnymi cechami organoleptycznymi i wydatkiem jak wyrób uzyskany w wyniku działania podpuszczki pochodzenia zwierzęcego. Ponadto użycie preparatów wyprodukowanych na bazie roślin i drobnoustrojów nie powinno powodować nadmiernego działania o charakterze lipolitycznym.

Preparaty enzymatyczne pochodzenia roślinnego nie mają zbyt dużego znaczenia w produkcji serów dojrzewających, ze względu na ich silny charakter proteolityczny w stosunku do preparatów pochodzenia zwierzęcego.

Enzymy roślinne zdolne do koagulacji białek mleka to głównie papaina (należąca do klasy hydrolaz, otrzymywana z owoców papai (Carica papaya)) i ficyna (enzym z grupy proteinaz pozyskiwany z mleczka figi Ficus carica) stosowane w niektórych krajach południowej Europy do produkcji serów o charakterze regionalnym.

Lepszymi właściwościami koagulującymi białka mleka stosowanymi powszechniej niż preparaty pochodzenia roślinnego charakteryzują się enzymy syntetyzowane przez pewne gatunki drobnoustrojów. Zdolność do produkcji takich enzymów majà zarówno bakterie jak i pleśnie. Niestety preparaty pochodzenia bakteryjnego nie spełniały założeń technologicznych produkowanych serów, ze względu na ich słabą przydatność do koagulacji białek, a zbyt wysoką zdolność do ich proteolizy podczas dojrzewania.

Dobrymi zdolnościami koagulującymi i proteolitycznymi (porównywalne do preparatów uzyskanych z trawieńców cieląt) wykazały grzyby pleśniowe. Przykładem pleśni, które produkują enzymy o właściwościach proteolitycznych i koagulujących jest Rhizomucor miehei i Rhizomucor pusillus. Już w latach 70. ubiegłego wieku preparaty enzymatyczne uzyskane z tych gatunków grzybów (głównie chymozyna) były wykorzystywane do produkcji serów typu Mozzarella oraz Emmentaler. Istnieje kilka firm produkujących z dużym powodzeniem różne preparaty koagulujące o pożądanych właściwościach, w których skład wchodzą enzymy powstające w wyniku działalności tych gatunków pleśni.

Właściwie dopracowane procesy biotechnologiczne umożliwiły uzyskanie bardzo zbliżonych parametrów aktywności tych enzymów w stosunku do podpuszczki zwierzęcej. Produkcja serów z ich wykorzystaniem została szeroko rozpowszechniona; w Polsce, Europie i na świecie. Jakość serów produkowanych z ich zastosowaniem jest również na wysokim poziomie. Dominującą rolę na rynku preparatów pochodzenia mikrobiologicznego odgrywa pleśń z gatunku Rhizomucor miehei, którego „produkty” w postaci enzymów stanowią około 80% całej produkcji podpuszczki pochodzenia mikrobiologicznego i mają zastosowanie do produkcji serów miękkich, półtwardych i twardych.

Badania ostatnich lat dowiodły, że niektóre genetycznie modyfikowane drobnoustroje majà zdolność produkcji chymozyny o dość przydatnych serowarskich zdolnościach; na dużą skalę. Należą do nich drobnoustroje takie jak: Kluyveromyces marxianus, Saccharomyces cerevisiae (drożdże) oraz Aspergillus Niger i Aspergillus oryzae (pleśnie).

Podsumowanie

Stosowanie różnorodnych wyselekcjonowanych kultur starterowych w przemyśle mleczarskim ma za zadanie nie tylko wstępnie ukwasić mleko, ale głównie ukierunkować dalsze etapy przemian zachodzących w serze podczas jego dojrzewania.

Właściwie dobrane kultury starterowe umożliwiają podczas etapów produkcji uzyskiwanie pożądanych cech organoleptycznych (m.in. smak, zapach, konsystencja i barwa). Zastosowane kultury starterowe decydują o długiej i bezpiecznej trwałości produktu (sery z tego względu są nazywane „konserwami mlecznymi”), głównie za sprawą antymikrobiologicznego działania wobec drobnoustrojów chorobotwórczych oraz powodujących psucie. Poza tym stosowanie właściwie dobranych mikroorganizmów (odpornych na wirusy bakteryjne tzw. bakteriofagi) daje możliwości kontroli i powtarzalności produktów przy założeniu, że szczepy kultur starterowych będą dobrane w taki sposób, aby w określonych warunkach technologii produkcji sera (w zależności od jego typu) wykazywały dobrą aktywność (jak np. reakcja na zmianę temperatury procesu, pH, aktywność wody).

Przemyślany przez serowara dobór właściwego preparatu koagulującego (oferowanych przez wiele firm biotechnologicznych) ma ogromne znaczenie podczas produkcji sera. Poprzez regulację ilości i rodzaju preparatu (w zależności od aktywności koagulującej i proteolitycznej) istnieje możliwość zaprognozowania np. czasu dojrzewania sera.

Szerokie możliwości wyboru preparatów koagulujących oraz kultur starterowych (w tym również szczepów o właściwościach probiotycznych) w serowarstwie pozwalają wzbogacać istniejący asortyment, rozwijać nowe produkty o właściwościach żywności funkcjonalnej, a także zapewniać bezpieczeństwo zdrowotne konsumenta.