ćwiczenie 7 fermentacja mlekowa

Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, inżynieria środowiska od 2014/2015
ĆWICZENIE 7 FERMENTACJA MLEKOWA – OTRZYMYWANIE JOGURTU
Bakterie fermentacji mlekowej (ang. lactic acid bacteria, LAB) są grupą mikroorganizmów wyróżnioną ze względu na właściwości
metaboliczne – fermentację cukrów w warunkach mikroaerofilnych lub ściśle beztlenowych z kwasem mlekowym jako głównym
produktem fermentacji glukozy.
Cechy charakterystyczne LAB:
- grupa silnie zróżnicowana morfologicznie (pałeczki, laseczki, formy kuliste),
- nie wytwarzają przetrwalników,
- są Gram-dodatnie,
- są beztlenowcami bądź względnymi beztlenowcami,
- mają zdolność rozkładu laktozy do kwasu mlekowego
dzięki wytwarzaniu enzymu β-galaktozydazy,
- są katalazo-ujemne,
- tolerują niskie pH,
- nie posiadają cytochromów i funkcjonalnego Cyklu
Krebsa
- nie posiadają rzęsek,
- nie redukują azotanów,
- nie są zdolne do wzrostu na podłożach minimalnych,
wymagają dodatku do podłoża większości witamin i
aminokwasów.
Do grupy LAB zaliczane są: ziarniaki gramdodatnie
(Streptococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus,
Pediococcus), gramdodatnie pałeczki z rodzaju Lactobacillus
oraz rodzaj Bifidobacterium.
Naturalnym środowiskiem występowania LAB jest mleko,
rośliny, kiszonki, a także błony śluzowe oraz przewód
pokarmowy człowieka i zwierząt. Stanowią zanieczyszczenia
produktów fermentacji alkoholowej (piwo, wino),
produktów mleczarskich i przetworów mięsnych.
Bakterie fermentacji mlekowej różnią się między sobą:
- ilością produkowanego kwasu mlekowego zależnie od
gatunku od 0,6 do 3%,
- tolerancją na niskie pH środowiska,
- optymalnymi temperaturami rozwoju,
- sposobem metabolizowania cukrów,
- środowiskiem bytowania.
Podział LAB
Podział bakterii fermentacji mlekowej ze względu na wymagania temperaturowe:
- mezofile - optymalna temp. 20-28°C, produkcja do 1,5% kwasu mlekowego, Lactococcus lactis (paciorkowiec mlekowy),
Lactococcus cremoris (paciorkowiec śmietanowy), Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum, Leuconostoc (Leuconostoc
citrovorum - bywa używany jako dodatek do zakwasów przy wyrobie masła),
- termofile – optymalna temp. 40-45°C, produkcja do 3% kwasu mlekowego, Lactobacillus delbrueckii, Streptococcus
thermophilus
Podział bakterii mlekowych ze względu na szlaki przemian cukrów:
- homofermentatywne (produkt końcowy: kwas mlekowy), Lactococcus lactis, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus
plantarum (gatunek względnie homofermentatywny), Lactobacillus acidophilus,
- heterofermentatywne (produkt końcowy: kwas mlekowy, kwas octowy i alkohol etylowy), Leuconostoc, niektóre z rodzaju
Lactobacillus, np.: Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum.
Bakterie pseudomlekowe (Micrococcus i Microbacterium) p.: Bacterium gracile, Bacterium mannitopeum - biologiczne
odkwaszanie wina, zmętnienie, nieprzyjemny zapach i smak.
Homo- i heterofermentacja mlekowa
W homofermentacji, przebiegającej wg szlaku EMP, z jednego mola glukozy powstają dwa mole pirogronianu ulegającego redukcji
do kwasu mlekowego (pod wpływem dehydrogenazy mleczanowej i w obecności NADH). Kwas mlekowy jest więc głównym
produktem końcowym homofermentacji – stanowi ponad 85-90% metabolitów przy niewielkim udziale kwasu octowego i CO 2
(powstają w wyniku dekarboksylacji niewielkiej ilości pirogronianu).
Hydroliza laktozy u bakterii LAB. Wolna laktoza (u bakterii termofilnych) hydrolizowana wewnątrz komórki do glukozy i galaktozy
(β-galaktozydaza), glukoza wchodzi w szlak glikolityczny (EMP)bezpośrednio, galaktoza jest przekształcana w ufosforylowaną
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, inżynieria środowiska od 2014/2015
ĆWICZENIE 7 FERMENTACJA MLEKOWA – OTRZYMYWANIE JOGURTU
glukozę w szlaku Leloira. Ufosforylowana laktoza (u bakterii mezofilnych) jest hydrolizowana przez fosfo-β-galaktozydazę do
glukozy i galaktozo-6-fosforanu, który następnie jest przekształcany do fosfodihydroksyacetonu i aldehydu
trifosfoglecerynowego (szlak tagatozowy) i w takiej postaci są włączane do szlaku EMP.
W przypadku heterofermentacji glukoza ulega glikolizie w szlaku HMP, a częściowo w szlaku EMP. W wyniku tych przemian na
każdy mol kwasu mlekowego powstaje dodatkowo 1 mol etanolu lub kwasu octowego oraz 1 mol dwutlenku węgla. Końcowym
produktem heterofermentacji jest więc tylko w około 50% kwas mlekowy. Pozostałe metabolity stanowią głównie kwas octowy,
etanol i CO2.
Ponadto, w trakcie fermentacji mlekowej u obu typów bakterii powstają śladowe ilości dodatkowych produktów ubocznych
nadających charakterystyczne cechy organoleptyczne powstającym produktom fermentacji: diacetyl, acetoina, aldehyd octowy,
w mniejszych ilościach: kwasy lotne (propionowy, mrówkowy), lotne kwasy tłuszczowe, alkohole, aceton i estry.
Na przykład Streptococcus diacetilactis, pałeczka heterofermentatywna, wytwarza niewielkie ilości kwasu octowego, etanolu oraz
diacetylu – związek ten odpowiada za powstawanie świeżego zapachu masła.
Specyficzny rodzaj heterofermentacji mlekowej przeprowadzają bifidobakterie – jest to to szlak fosfoketolazy pentozowej. Ten
odrębny szlak jest wynikiem obecności u bifidobakterii specyficznych enzymów zastępujących kluczowe enzymy odpowiedzialne
za przeprowadzanie typowej fermentacji mlekowej. Sumaryczny schemat heterofermentacji typu Bifidobacterium przedstawia się
następująco:
2 C6H12O6 → 2 CH3-CHOH-COOH + 3 CH3COOH
glukoza kwas mlekowy
kwas octowy
Charakterystyka LAB
Rodzaj Lactobacillus: L. acidophilus, L. amylovorus, L. casei, L. crispatus, L. gasseri, L. johnsonii, L. paracasei, L. plantarum, L. reuteri,
L. rhamnosus.
- Grupa I bezwzględnie homofermentatywne (fermentują heksozy do kwasu mlekowego, pentozy i glukonian nie fermentują).
Obejmuje 15 gatunków, z których tylko: L. delbrueckii, L. helveticus, L. acidophilus są wykorzystywane w mleczarstwie.
- Grupa II względnie heterofermentatywne (fermentują heksozy do kwasu mlekowego, pentozy do kwasu mlekowego i kwasu
octowego z udziałem indukowanej fosfoketolazy). Obejmuje 11 gatunków, z których tylko L. casei jest wykorzystywany w
mleczarstwie.
- Grupa III bezwzględne heterofermentatywne (fermentują heksozy do kwasu mlekowego, kwasu octowego lub etanolu i CO2,
pentozy do kwasu mlekowego i kwasu octowego. W obu drogachmetabolicznych uczestniczy fosfoketolaza. Obejmuje 18
gatunków, spośród których: L. brevis, L. fermentum, często wykorzystywane w mleczarstwie.
Rodzaj Lactococcus:
Optymalna temp. wzrostu 20-30°C. Wykorzystanie:
- L. lactis ssp. lactis zdolne do fermentowania cytrynianu i tworzenia diacetylu - istotne znaczenie dla uzyskania aromatu masła;
- składnik szczepionek mleczarskich wykorzystywanych w produkcji serów dojrzewających, twarogowych, masła, napojów
fermentowanych.
Rodzaj Leuconostoc:
Optymalna temp. wzrostu 20-30°C; heterofermentatywne (produkcja kwasu mlekowego i etanolu). Wykorzystanie:
- produkcja serów typu holenderskiego (edam, gouda)
- tworzenie CO2 zdolność tworzenia diacetylu
- produkcja kiszonek roślinnych - odpowiada za pierwsze etapy fermentacji
- produkcja dekstranu (L. dextranicum)
Rodzaj Bifidobacterium:
Naturalnym środowiskiem ich występowania jest przewód pokarmowy człowieka i zwierząt. Wykorzystanie:
- składnik szczepionek
- do produkcji mlecznych napojów fermentowanych, mieszanek mlecznych przeznaczonych dla dzieci.
Właściwości Bifidobacterium bifidum:
- hamują rozwój bakterii Salmonella i Shigella, E. coli, odpowiedzialnych za biegunki u niemowląt i dzieci, a także
Campylobacter i Helicobacter pylori wywołujących stany zapalne i owrzodzenia żołądka i dwunastnicy;
- regulują nieprawidłowości fizjologiczne;
- eliminują wzdęcia, zaparcia, niestrawność;
- obniżają zawartość cholesterolu we krwi;
- przywracają równowagę biologiczną po leczeniu antybiotykami;
- nie wywołują reakcji alergicznych;
- nie syntetyzują związków toksycznych.
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, inżynieria środowiska od 2014/2015
ĆWICZENIE 7 FERMENTACJA MLEKOWA – OTRZYMYWANIE JOGURTU
Otrzymywanie i zastosowanie kwasu mlekowego
Do celów spożywczych i farmaceutycznych kwas mlekowy pozyskiwany jest na drodze biologicznej z hodowli czystych kultur
bakterii fermentacji mlekowej przeprowadzających homofermentację. Maksymalne stężenia kwasu mlekowego powstającego w
pożywce hodowlanej sięgają 0,6-3,0%. Stosowane podłoża zawierają dodatek węglanu wapnia, dzięki czemu powstający kwas
mlekowy jest neutralizowany, a po zakończeniu fermentacji odzyskiwany z mleczanu wapnia za pomocą kwasu siarkowego.
Roztwór kwasu mlekowego po oddzieleniu od gipsu poddawany jest oczyszczaniu i zagęszczeniu do 50% - jest to gotowa postać
trafiająca na rynek. Wydajność praktyczna tego bioprocesu wynosi 80-90% wydajności teoretycznej. Podłoża przemysłowe
zawierają jako główny składnik cukier spożywczy (sacharozę) lub melasę buraczaną oraz skiełkowany jęczmień (słód) będący
stymulatorem wzrostu. W wyniku naturalnej fermentacji sacharozy powstaje właśnie kwas mlekowy.
Naturalny kwas mlekowy służy jako środek zakwaszający, konserwujący (właściwości bakteriostatyczne i bakteriobójcze) oraz
poprawiający walory smakowe. Właściwości bakteriostatyczne (przy pH=5,0-6,8) i bakteriobójcze (pH<5,0) kwasu mlekowego
wykazano wobec takich patogenów, jak E. coli, Salmonella sp., Pseudomonas aeruginosa i in.
W przemyśle spożywczym stosowany jest do następujących celów:
- produkcja przetworów owocowych i warzywnych (ogórki konserwowe, dodatek do ogórków kiszonych, papryka konserwowa,
pieczarki i warzywa marynowane, mizerie, sałatki warzywne, dżemy, marmolady),
- produkcja przetworów rybnych,
- produkcja napojów (poprawa smaku, uwydatnienie naturalnego aromatu owocowego, właściwości konserwujące –
stosowany jako zamiennik kwasu benzoesowego i askorbowego),
- piwowarstwo, winiarstwo,
- piekarnictwo (do korygowania kwasowości ciasta),
- mleczarstwo (do korygowania kwasowości mleka przy wyrobie serów, do zakwaszania śmietany),
- produkcja przetworów mięsnych.
Ponadto, w rolnictwie kwas mlekowy używany jest w żywieniu trzody chlewnej, drobiu, w przygotowaniu kiszonek paszowych oraz
w lecznictwie zwierząt (preparaty przeciwko biegunce prosiąt). Zastosowanie kwasu mlekowego do produkcji kiszonek paszowych
powoduje szybkie obniżenie pH środowiska, a dzięki temu hamuje rozwój pleśni i innych szkodliwych mikroorganizmów gnilnych.
Ogranicza to istotnie straty w produkcji kiszonek.
Naturalna mikroflora mleka i proces metabiozy
Głównymi mikroorganizmami tworzącymi naturalną mikroflorę mleka są bakterie fermentacji mlekowej i pseudomlekowej,
bakterie gnilne oraz bakterie fermentacji masłowej. W trakcie przechowywania mleka zachodzi jego naturalne kwaśnienie oparte
na fermentacji mlekowej. Zmiany jakościowe i ilościowe drobnoustrojów z poszczególnych grup w trakcie kwaszenia mleka mają
charakter metabiozy, czyli typowej sukcesji ekologicznej. Polega ona na następczym rozwoju danych gatunków mikroflory po
zakończeniu rozwoju innych mikroorganizmów.
W pierwszym etapie kwaszenia zachodzi rozwój bakterii tzw. niewłaściwej fermentacji mlekowej. Powodują one zakwaszenie
środowiska, co ułatwia rozwój bakterii z gatunków przeprowadzających właściwą fermentację mlekową. Jako pierwsze rozwijają
się bakterie z grupy paciorkowców (tolerujących stężenie kwasu mlekowego na poziomie nie przekraczającym 1% – przede
wszystkim Streptococcus lactis), a następnie pałeczki kwasu mlekowego bardziej oporne na wyższe stężenia kwasu mlekowego typu Lactobacillus lactis. W końcu zaczynają się pojawiać bakterie fermentacji propionowej z rodzaju Propionibacterium, a
wreszcie – w szerokim zakresie temperatur – Oidium lactis, a na samym końcu zaczynają dominować bakterie proteolityczne.
Bakterie kwasu propionowego produkują w wyniku fermentacji laktozy i innych cukrów głównie kwas propionowy, a także inne
składniki (np. kwas octowy) nadające charakterystyczny zapach i smak dojrzewającym serom oraz sprzyjają powstawaniu „oczek”.
Po zakończeniu fermentacji mlekowej należy odciąć fermentowany produkt od dostępu powietrza z uwagi na możliwość rozwoju
nadmiernych ilości drożdżaków oraz grzybów pleśniowych. Działalność tych drobnoustrojów prowadzi do spadku kwasowości
środowiska, a konsekwencji ułatwia rozwój bakterii gnilnych. Jednym z końcowych etapów sukcesji w kwaśniejącym mleku są tzw.
„białe pleśnie” z gatunku Oidium lactis (syn. Oospora lactis) należące do grzybów niedoskonałych. Grzyby te wykorzystują laktozę,
jak i kwas mlekowy jako źródło węgla i energii, przez co stwarzają
bezpośrednio warunki dla wzrostu bakterii proteolitycznych bezpośrednio prowadzących do psucia się mleka.
Konserwacja i obróbka mleka
Do produkcji mlecznych napojów fermentowanych oraz innych przetworów mlecznych (serów) stosowane jest obecnie wyłącznie
mleko o odpowiednich parametrach fizykochemicznych oraz konserwowane dzięki procesowi pasteryzacji lub krótkotrwałej
sterylizacji. Mleko służące do produkcji przetworów jest także zwykle poddawane homogenizacji lub zagęszczaniu. Stosowane są
następujące typy mleka:
1. mleko pasteryzowane: jest to surowe mleko poddane działaniu wysokiej temperatury rzędu 100°C. Taka obróbka jest
wystarczająca do wyeliminowania większości bakterii chorobotwórczych, a pozostawienia mikroflory ciepłoopornej
przetrwalnikującej – stanowiącej naturalną mikroflorę mleka.
Są 3 rodzaje takiej obróbki:
a. niska długotrwała: 20-40 min. w temp. 62-65°C (klasyczna pasteryzacja) – stosowana do przygotowania mleka w produkcji
serów.
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, inżynieria środowiska od 2014/2015
ĆWICZENIE 7 FERMENTACJA MLEKOWA – OTRZYMYWANIE JOGURTU
b. wysoka krótkotrwała: 15-45 s w temp. 70-75°C.
c. wysoka momentalna: 2-5 s w temp. 85-90°C – stosowana do produkcji mleka w proszku.
2. Mleko sterylizowane: jest to mleko poddawane działaniu temperatury 115-130°C przez kilka sekund. Tzw. mleko UHT to
odmiana poddawana działaniu temp. 132°C przez 1-2 s. Mleko sterylizowane ma długi termin przydatności do spożycia, jest jałowe
w znaczeniu mikrobiologicznym, jednak zawartość witamin jest zmieniona w porównaniu z mlekiem pasteryzowanym.
3. Mleko homogenizowane: mleko powstające przez rozbicie kropelek tłuszczu do małych rozmiarów. Jest dzięki temu procesowi
łatwiej trawione i przyswajane.
4. Mleko zagęszczone: powstaje z mleka pełnotłustego, poddawanego homogenizacji. Następnie wyznacza się dokładną zawartość
tłuszczu i poddaje sterylizacji. Stanowi bogate źródło wapnia i fosforu. Produkowana jest także odmiana słodzona – zawierająca
45% glukozy – w tym przypadku nie jest konieczna sterylizacja ani pasteryzacja.
5. Śmietanka: jest to produkt wzbogacony w tłuszcz (9-36%) otrzymywany przez wirowanie. Zawiera dużo witaminy A oraz wapnia
i fosforu.
Produkcja fermentowanych napojów mlecznych
Na świecie znanych jest około 400 napojów otrzymywanych na bazie fermentowanego mleka. Najpopularniejszymi
fermentowanymi napojami mlecznymi są zsiadłe mleko, maślanka, jogurty oraz kefiry. Proces produkcji wszystkich tych napojów
polega na przeprowadzeniu fermentacji mlekowej, czyli ukwaszeniu mleka za pomocą odpowiednich zaszczepów mleczarskich. W
przypadku produkcji kefiru prowadzona jest fermentacja mlekowo-alkoholowa.
Najprostszą technologię stanowi produkcja zsiadłego mleka i maślanki. Proces prowadzony jest w temperaturze ok. 25°C. W skład
zaszczepów wchodzą głównie ziarniaki Lactococcus lactis, Lactococcus cremoris oraz rzadziej Lactococcus diacetilactis.
Tradycyjne jogurty przygotowywane są natomiast z zaszczepów dwóch gatunków: Streptococcus thermophilus i Lactobacillus
bulgaricus. Oba szczepy tworzą w procesie otrzymywania jogurtu układ symbiotyczny – ziarniaki wytwarzają niewielkie ilości kwasu
mrówkowego i CO2 (z obecnego w mleku mocznika) będące stymulatorami wzrostu pałeczek Lactobacillus. Pałeczki z kolei
dostarczają ziarniakom aminokwasy i peptydy powstałe w wyniku ich wysokiej aktywności proteolitycznej, której ziarniaki są
pozbawione. Kwaszenie mleka w produkcji jogurtu trwa bardzo krótko – 4-5 h – z uwagi na wysoką temperaturę procesu (43°C).
Do zagęszczania jogurtu stosuje się dodatek odtłuszczonego mleka w proszku lub białek mleka. Najnowsze tendencje w produkcji
jogurtów to tzw. biojogurty czyli jogurty łagodne. Produkuje się w sposób tradycyjny, jednak szczepionki mają zmieniony skład
mikroflory (zawierają dodatkowo m.in. Lactobacillus acidophilus i Bifidobacterium sp.). W efekcie uzyskuje się jogurty o
delikatniejszym smaku, prawie pozbawione kwaskowości i charakterystycznego zapachu pochodzących od aldehydu octowego.
W produkcji kefiru stosuje się najbardziej skomplikowane struktury zaszczepowe zwane grzybkami kefirowymi lub ziarnami
kefirowymi. Grzybki kefirowe są strukturami symbiotycznymi, w których skład wchodzi wiele gatunków bakterii (85% mikroflory)
oraz grzybów z grupy drożdżaków (15% mikroflory). Najliczniejsze gatunki tworzące grzybki kefirowe stanowią:
- pałeczki: L. acidophilus, L. brevis, L. casei, L. fermentum, L. delbrueckii, L. helveticus, L. kefiri, L. kefiranofaciens, L. plantarum,
- paciorkowce: Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Leuconostoc mesenteroides,
- drożdże: Candida kefyr, C. crusei, C. lambica, Cryptococcus humicolus, Debaromyces hansenii, Geotrichum candidum,
Kluyveromyces marxianus, Saccharomyces unisporus, S. cerevisiae, S. exiguus, Zygosaccharomyces sp.
Charakterystyczne walory smakowo-zapachowe kefiru są wynikiem mieszanej fermentacji mlekowo-alkoholowej zachodzącej w
trakcie jego kiszenia. Kefir młody (słabo kwaśny) otrzymuje się w czasie 5-24 h fermentacji, kefir średni po 48 h, a kefir mocny, o
największej kwasowości i lekko alkoholowym posmaku (do 0,8% alkoholu), po 72 h fermentacji. Produkcja prowadzona jest w
temperaturze 20-23oC.
Produkcja kiszonek spożywczych i paszowych
Kiszenie warzyw i pasz służy do zakonserwowania produktu roślinnego. Polega to na pobudzeniu fermentacji mlekowej w kiszonej
masie roślinnej. Powstający w jej wyniku kwas mlekowy w odpowiedniej ilości (stężeniu) staje się podstawowym czynnikiem
konserwującym kiszonkę. Prawidłowe kiszenie ma więc za zadanie stworzenie optymalnych warunków do rozwoju naturalnej
mikroflory roślinnej zdominowanej przez bakterie mlekowe. Uzyskuje się to poprzez odpowiednie przygotowanie materiału
roślinnego – rozdrobnienie (uzyskanie homogennej pod względem składu chemicznego masy roślinnej), dokładne ubicie masy
(indukowanie warunków beztlenowych) oraz dostarczenie odpowiedniej ilości substratów do fermentacji mlekowej – zwykle
odpowiednia ilość cukru, ewentualnie także dodatek stymulatorów wzrostu bakterii (substancje azotowe – rośliny o dużej
zawartości białka lub serwatka). Konieczne jest zwłaszcza zapewnienie tzw. minimum cukrowego, które stanowi ilość cukru
pozwalająca na szybkie wytworzenie kwasu mlekowego zapewniającego spadek pH środowiska do wartości około 4,2. Jest to
odczyn skutecznie hamujący rozwój większości mikroorganizmów szkodliwych w procesie kiszenia żywności. W przypadku
produktów trudno poddających się kiszeniu (np. ogórki) stosuje się dodatkowo solenie, które zabezpiecza materiał przed rozwojem
szkodliwych drobnoustrojów, natomiast nie hamuje istotnie rozwoju bakterii mlekowych tolerujących dość wysokie zasolenie.
Do mikroorganizmów szkodliwych mogących się pojawiać w nieprawidłowo przygotowywanych kiszonkach należą głównie:
- bakterie gnilne – zarówno tlenowe, jak i beztlenowe (Pseudomonas, Bacillus, Serratia – bakterie te powodują psucie się
żywności dzięki właściwościom proteolitycznym),
- bakterie fermentacji masłowej (różne gatunki Clostridium),
- bakterie celulolityczne i pektynolityczne (wywołują „mazistość” poprzez naruszenie struktury tkanek roślinnych),
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, inżynieria środowiska od 2014/2015
ĆWICZENIE 7 FERMENTACJA MLEKOWA – OTRZYMYWANIE JOGURTU
-
bakterie rzekomej fermentacji mlekowej (gł. E. coli i Aerobacter aerogenes – produkują dwutlenek węgla oraz niepożądane
produkty o charakterze kwasów organicznych).
Ponadto mogą się rozwijać drożdże i pleśnie. Rozwój pleśni jest zawsze szkodliwy dla produktów kiszenia – produkują substancje
toksyczne, rozkładają tkanki roślinne (dzięki wytwarzaniu proteaz, pektynaz i celulaz), mogą wykorzystywać jako substraty
pokarmowe kwasy organiczne powodując w ten sposób wtórny spadek kwasowości środowiska mogący prowadzić do rozwoju
bakterii gnilnych. Natomiast obecność niewielkich ilości drożdży jest czynnikiem stabilizującym mikroflorę kiszonki, ponieważ
produkują alkohol zaostrzający smak i działający jako dodatkowy konserwant oraz wytwarzają wiele witamin i substancji
wzrostowych dla bakterii mlekowych. Problemem staje się nadmierny rozwój drożdży w kiszonce; wtedy drożdże stają się
dominującym składnikiem mikroflory skutecznie konkurującym z bakteriami fermentacji mlekowej. Do fermentowanych
produktów roślinnych zaliczamy także zakwas buraczany (otrzymywany przez spontaniczną fermentację rozdrobnionych buraków
czerwonych), sosy sojowe, herbaty czarne i czerwone, fermentowane liście winogron, fermentowane oliwki i inne.
Fermentowane produkty mięsne
Fermentacja jest również metodą konserwacji surowego mięsa stanowiącą alternatywę dla utrwalania mięsa za pomocą solenia,
suszenia, bądź wędzenia. Obecnie fermentację wykorzystuje się do produkcji wędlin dojrzewających np. salami (produkowana od
250 lat), metka. W mięsie występuje zbyt mała ilość cukrów, aby efektywnie przebiegała fermentacja mlekowa. Z tego względu do
rozpoczęcia procesu fermentacji konieczny jest dodatek cukrów prostych w ilości 0,4-0,8%. W wyniku fermentacji mlekowej
następuje szybkie obniżenie pH w mięsie zapobiegające rozwojowi szkodliwych bakterii gnilnych rozkładających aminokwasy. Jako
zaszczepy stosowane są obecnie czyste kultury bakterii mlekowych z rodzaju Lactobacillus sp. (głównie L. sakei, L. curvatus, L.
plantarum), a także Pediococcus sp. (P. acidilactici, P. pentosaceus). Dodatkowo, na etapie dojrzewania, stosuje się zaszczepy
zawierające czyste kultury drożdży (Debaromyces hansenii, Candida famata) i pleśni (głównie Penicillium sp.). Temperatura
fermentacji jest dość niska - mieści się zazwyczaj w zakresie 15-26°C. W wyższych temperaturach oraz przy wysokiej wilgotności
zachodzi niebezpieczeństwo rozwoju drobnoustrojów chorobotwórczych. Cały proces „dojrzewania” wędlin trwa od kilku dni do
8 tygodni. Właściwości organoleptyczne gotowych produktów fermentowanych są unikatowe i bardzo cenione.
Wykonanie ćwiczenia.
1.1. Około 300 cm surowego mleka (można użyć również mleka pasteryzowanego) przelać do zlewki i podgrzać do temperatury
40-450C.
1.2. Kolejno przeprowadzić:
proces homogenizacji pogrzanego wcześniej mleka,
proces pasteryzacji – w temp. 93-950C (gotując mleko w zlewce przez ok. 10 sek.).
1.3. Następnie mleko schłodzić do temp. 450C (zimna woda), rozlać do dwóch jałowych kolb o pojemności 100 lub 250 cm3. Do
jednej kolby dodać zliofilizowane bakterie Lactobacillus bulgaricus, a do drugiej 2-3 łyżeczki jogurtu naturalnego.
1.4. Zmierzyć pH w obydwu kolbach.
1.5. Opisać kolby wg wzoru:
HODOWLA: imię i nazwisko; nr grupy, kierunek i rok studiów; data nastawienia hodowli; rodzaj użytych bakterii.
KONTROLA: imię i nazwisko; numer grupy, kierunek i rok studiów; data nastawienia hodowli.
1.6. Wloty kolb zabezpieczyć szczelnie folią aluminiową i odstawić w miejsce wskazane przez prowadzącego.
1.7. Opracowanie wyników.
Po tygodniu zmierzyć ponownie pH w obydwu kolbach i opisać zmiany skrzepu.
3
2.
-
Materiał do ćwiczeń, które zapewnia student:
ok. 300 ml mleka (najlepiej niepasteryzowanego, ostatecznie może być pasteryzowane)
2% mały jogurt naturalny.
3.
-
Literatura
Chmiel A., Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne; Wyd. PWN, Warszawa; 1998.
Kunicki-Goldfinger W.; Życie bakterii; Wyd. PWN; Warszawa; 1998
Libudzisz Z. Kowal K.; Mikrobiologia techniczna; Wyd. Politechniki Łódzkiej; 2000
Bednarski W., Reps A.; Biotechnologia żywności; WNT; Warszawa; 2003.
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba