Классический кефир с характерным резковатым вкусом, который выпускался 20—30 лет назад, уже почти никто не производит. Дело в том, что такой продукт содержал дрожжи, вырабатывающие большое количество углекислого газа, а также ряд других веществ придающих продукту характерный «кефирный» вкус. Современные реалии требуют длительных сроков хранения, что является невозможным при большом производстве углекислого газа. Поэтому для кефира в основном используются молочнокислые бактерии плюс «слабенькие» дрожжи, не вырабатывающие много углекислого газа, отсюда и другой вкус.
Если молоко некачественное, содержит какие-либо вредные вещества, то оно не скисает на кефир, либо скисает плохо. Как уже упоминалось выше — недостатки в таких продуктах скрыть сложнее, поэтому в этой категории большая вероятность выбрать качественный продукт.
Био-кефир — интересный продукт, заслуживающий внимания. Приставка «био» означает, что этот продукт помимо традиционных молочнокислых бактерий должен содержать в 1 см 3 не менее 10 7 клеток т.н. пробиотических бактерий. Пробиотическими бактериями или пробиотиками называют те, которые попадая в желудочно-кишечный тракт человека должны пройти живыми и невредимыми до толстого кишечника (а это не так уж просто) и там вступить в справедливый бой с вредными бактериями. Если вы не в курсе, то объясню, что на стенках толстого кишечника у здорового человека находится огромное количество бактерий, выполняющих очень важную роль, а именно поддержание иммунитета, выработка некоторых витаминов, борьба с кишечными инфекциями. Наверное, все слышали страшное слово — дисбактериоз, это как раз тот случай, когда вредные бактерии «побеждают» полезных.
Так что теоретически био-кефир придуман с очень хорошими намерениями. Что же на практике? Пробиотические бактерии, которых должно быть 10 7 в каждом кубическом сантиметре био-кефира не дешевое удовольствие, поэтому многие производители «экономят», добавляя таких бактерий меньше, чем необходимо. И хотя этот вопрос достаточно строго контролируется государственными органами, бывали случаи, когда под названием био-кефир скрывался обычный кисломолочный продукт, не содержащий пробиотиков. Как правило, крупные производители не экспериментируют с этим, поскольку находятся под постоянным прицелом у контролирующих органов.
Кроме того, хочу сказать, что современная индустрия пробиотических кисломолочных продуктов немного надумана. Все нацелено на яркую упаковку, красивые слова и приятный вкус. А о том, что коровье молоко является не самой лучшей средой для развития тех же бифидобактерий — история умалчивает.
Используемые в пищевой промышленности (закваски, бифидумбактерии, лактобактерии).
Цель работы
: Изучить особенности заквасочной и не заквасочной микрофлоры, встречающейся в кисломолочных продуктах.Исследовать состав микрофлоры кисломолочных продуктов, содержащих многокомпонентный симбиоз микроорганизмов. Ознакомиться с основными бактериальными препаратами пищевой промышленности.
Задание
:
Определить в кефире, полученном от разных производителей основные продукты метаболизма: сумму органических кислот (по титруемой кислотности) и содержание углекислого газа.
Изучить особенности микрофлоры представленных образцов творога и творожных изделий.
Определить соотношение молочнокислых стрептококков и палочек в представленных образцах сыра.
Изучить требования, предъявляемые СанПиН 2.3.2.1078-01 к жидким и сухим закваскам.
Провести оценку качества представленных образцов заквасок по содержанию заквасочных микроорганизмов и контаминантов - дрожжей и плесеней.
Дать качественную характеристику микроорганизмов, входящих в состав представленных образцов заквасок.
Провести количественный учет пробиотических микроорганизмов в продуктах «Био-Йогурт», «Бифилайф» и «Активия».
Материалы и оборудование: 1. Кефир 4 пробы разных производителей по 100 мл, раствор КОН 40% концентрации, пробирки на 50 мл 4 шт, фарфоровые чашки 4 шт, фильтры бумажные 4 шт, воронки 4 шт, пипетки градуированные на 1-2 мл – 40 шт, стерильный физиологический раствор (0,85% NaCl) –300 мл (разлитый в пробирки по 10 мл), молоко стерилизованное подкисленное до значений, рН=4,0-4,5 – 8 пробирок по 10 мл, раствор NаОН 0,1 N концентрации, 1% раствор фенолфталеина, спиртовки, спирт 74%, термостат на 30 о С, среда картофельно-лактозная, среда картофельно-сахарозная, среда КМАФанМ, стерильные чашки Петри 24 шт., баня водяная, творог, полученный от разных производителей 4 пробы по 50 г, творожные изделия, полученные от разных производителей 4 пробы по 50 г, сыр 4 пробы по 50 г, пипетки градуированные на 1-2 мл – 20 шт, стерильный физиологический раствор (0,85% NaCl) – 100 мл (разлитый в пробирки по 10 мл), среда Кесслер, среда Эндо, петли микробиологические 4 шт, предметные стекла, смесь спирта и эфира 1:1, микроскопы 4 шт.
Закваска сливочного стрептококка 100 мл, закваска термофильного стрептококка 100 мл, закваска ацидофильной палочки 100 мл, закваска пропионовокислых бактерий 100 мл, конические колбы емкостью 250 мл – 6 шт, пипетки градуированные на 1-2 мл – 40 шт, химические стерильные стаканы или конические (плоскодонные колбы) емкостью 100 мл – 6 шт, пипетки на 10 мл – 8 шт, стерильный физиологический раствор (0,85% NaCl) – 400 мл (разлитый в пробирки по 10 мл), краситель метиленовый синий, набор красителей по Грамму, спиртовки, предметные стекла, смесь спирта и эфира 1:1, раствор NаОН 0,1 N концентрации, термостаты на 30 о С и на 37 о С, 1% раствор фенолфталеина, микроскопы 4 шт, среда КМАФанМ, среда Кесслер, среда Сабуро, раствор КОН 40% концентрации, пробирки на 50 мл 4 шт, фарфоровые чашки 4 шт, фильтры бумажные 4 шт, воронки 4 шт, петли микробиологические 4 шт, вода дистиллированная , стерильные чашки Петри 8 шт, баня водяная.
Теоретическая часть
.
Микрофлора молочнокислых продуктов
В настоящее время в промышленном масштабе вырабатывается только один кисломолочный продукт, содержащий многокомпонентную симбиотическую микрофлору - это кефир.
Кефирные зерна являются примером стойкого симбиоза дрожжей, молочнокислых и уксуснокислых бактерий. Микрофлора кефира включает до 46 различных штаммов только молочнокислых микроорганизмов и до 23 штаммов дрожжей. В кефире присутствуют мезофильные молочнокислые стрептококки – молочный и сливочный, термофильные молочнокислые палочки и ароматобразующие стрептококки.
Среди дрожжей кефира преобладает группа не сбраживающих лактозу, но присутствуют также дрожжи сбраживающие лактозу, при чем от последних в большей степени зависит количество спирта и антибиотическая активность закваски. Соотношение в кефире дрожжей различных групп зависит от условий культивирования, качества сырья и времени года.
Уксуснокислые бактерии находятся в кефире в симбиозе с молочнокислыми. Они используют в качестве источника энергии молочную кислоту и тем самым снижают кислотность закваски и синтезируют ряд аминокислот и витаминов, в том числе большое количество витамина В12, что создает благоприятные условия для развития молочнокислых. Слишком интенсивное развитие уксуснокислых бактерий угнетает размножение дрожжей и приводит к появлению пороков вкуса, запаха и консистенции, поэтому необходимо строго контролировать их содержание в кефирной закваске. Среди кисломолочных молочных продуктов гетероферментативного брожения , курунга, айран и мацони. Трудность приготовления данных продуктов в промышленном масштабе заключается в многокомпонентности микрофлоры.
При изготовлении таких молочных продуктов, как творог, в качестве заквасок используют молочнокислые и ароматобразующие бактерии. В России при изготовлении творога применяются в основном мезофильные молочнокислые стрептококки Str. lactis, Str. сremoris, с добавлением ароматобразующего стрептококка Str. diacetilactis или Str. acetoinicus. При производстве творога используется также сычужный фермент – активностью 100000 ед. и хлористый кальций в количестве 0,4 кг на 1 м3 молока.
За рубежом для получения творога используют быстросквашивающие закваски, которые состоят преимущественно из штаммов Lb. bulgaricus, Lb. lactis, Lb. herveticum (палочковидные молочнокислые бактерии) и Str.termophilus (шаровидные).
При изготовлении творожных изделий используют творог, вкусовые наполнители (сахар, ванилин, цукаты, орехи, корицу, кофе, какао, шоколад, изюм, джем, варенье, повидло, соль, томат, укроп, тмин, перец и т. п.). Особую группу составляют творожные изделия, предназначенные для детского питания, а также включающие фруктовые, карамельные, растительные и другие добавки, к которым предъявляются особые санитарногигиенические требования. Белковые продукты содержат большое количество влаги, в связи с чем являются хорошей питательной для развития посторонней микрофлоры и в т.ч. БГКП.
Сыры вырабатывают с использованием чистых и смешанных культур молочнокислых бактерий, пропионовокислых бактерий, микроорганизмов сырной слизи и плесневых грибов. Для обеспечения условий формирования качественного состава микрофлоры сыра молоко подвергают бродильной и сычужно-бродильной пробам, позволяющим по характеру сгустка судить о присутствии различных групп микроорганизмов в молоке.
Основные биотехнологические превращения происходят при созревании сыров. Созревание – очень сложный многоэтапный процесс , на который оказывают влияние вид использованных культур, качество сырья, соблюдение технологических и санитарно-гигиенических требований при производстве.
Процессы созревания в химическом отношении весьма многообразны. В молодом сыре весь азот входит в состав нерастворимого белка, но по мере созревания сыра белок расщепляется на растворимые пептиды, а далее на свободные аминокислоты (протеолиз), интенсивность этого процесса зависит от протеолитической активности микрофлоры.
В некоторых сырах расщепление белка ограничено: в твердых сырах в растворимые продукты превращаются всего 25-35 % белка, в мягких практически весь белок. Помимо изменений в белковых компонентах, при созревании происходит гидролиз значительной части жира (липолиз) при этом основную роль играют липолитические ферменты содержащихся в сыре микроорганизмов.
Некоторые микроорганизмы играют весьма специфическую роль в созревании определенных сортов сыра. Синяя и зеленоватая окраска и неповторимый вкус Рокфора обусловлены ростом в толще сыра плесени Penicillium rogueforti. Иногда при созревании сыров, созревающих под действием плесени, используют бесцветный мутант Pen. rogueforti, чтобы учесть запросы тех потребителей, которым нравится вкус, но неприятна окраска сыра.
Бактериальные препараты, используемые в пищевой промышленности
Все микроорганизмы, встречающиеся в молоке и молочных продуктах, можно разделить в зависимости от их роли в формировании качества продукции на три основные группы: технически важная микрофлора , патогенные и санитарно-показательные микроорганизмы.
К первой группе относятся в первую очередь микроорганизмы, вводимые в закваски, а также посторонняя микрофлора, вызывающая пороки.
В состав микрофлоры заквасок на чистых культурах, используемых в производстве кисломолочных продуктов, входят следующие виды молочнокислых бактерий: S. lactis, S. cremoris, S. lactis subsp. diacetylactis, S. lactis subsp. acetoinicus, S. thermophilus, L. bulgaricus, L. acidophilus.
Бифидобактерии – палочки, чрезвычайно вариабельные по внешнему виду: на питательных средах для них характерны слегка изогнутые и разветвленные формы с булавовидными и гантелевидными утолщениями на концах. Клетки располагаются хаотично, отдельно или скоплениями.
Производство кисломолочных продуктов основано на применении одно- и многовидовых многоштаммовых заквасок.
Микрофлора кисломолочных продуктов определяется следующими факторами:
1) Температурой пастеризации молока. (После пастеризации в молоке преимущественно остаются термоустойчивые молочнокислые палочки и энтерококки. Эта микрофлора преобладает на оборудовании при производстве кисломолочных продуктов).
2) Видом заквасочных микроорганизмов. (Основная микрофлора, ведущая процесс сквашивания, вносится с закваской, но микрофлора пастеризованного молока и попадающая с оборудования также размножается в процессе сквашивания).
3) Интенсивностью развития незаквасочной микрофлоры. (При этом необходимо учитывать, что при ферментации происходит одновременно развитие микроорганизмов незаквасочного происхождения , которые могут активизироваться или подавляться микроорганизмами закваски).
4) Соблюдением режимов ферментации. (Интенсивность размножения микрофлоры кисломолочных продуктов и конечное соотношение между ее представителями зависит, прежде всего, от качества молока, но может определяться температурой и длительностью сквашивания (и созревания), а также соблюдением режимов охлаждения).
С точки зрения микробиологии основные кисломолочные продукты в зависимости от применяемых при производстве микроорганизмов могут быть разделены на следующие группы.
1) Продукты, приготовляемые с использованием многокомпонентных заквасок: кефир, кумыс.
2) Продукты, приготовляемые с использованием термофильных молочнокислых бактерий: йогурт, простокваша Южная, ряженка, варенец.
3) Продукты, приготовляемые с использованием мезофильных и термофильных молочнокислых бактерий: напитки малой жирности и обезжиренные с плодово-ягодными наполнителями.
4) Продукты, приготовляемые с использованием ацидофильных и бифидобактерий: ацидофильное молоко, ацидофилин, ацидофильно-дрожжевое молоко, ацидофильная паста, детские ацидофильные смеси, бифивит, бифидок и др.
В настоящее время растет ассортимент кисломолочных продуктов пробиотического значения. Пробиотики – живые микроорганизмы или ферментируемые ими продукты, которые оказывают благотворный эффект на здоровье человека и животных в большей степени реализующийся в желудочно-кишечном тракте. К числу таких микроорганизмов относятся: лактобактерии, бифидобактерии, и другие микроорганизмы, оказывающие положительное влияние на микрофлору кишечника, его ферментативную, витаминсинтезирующую, иммуномоделирующую и другие функции.
Практическая часть
Определить в кефире, полученном от разных производителей основные продукты метаболизма: сумму органических кислот (по титруемой кислотности) и содержание углекислого газа.
Количество углекислого газа в кефире необходимо определить следующим образом. В пробирку наливают 20 мл хорошо перемешанной закваски, отмечают ее уровень и помещают в водяную баню с холодной водой. Температуру воды в бане поднимают до 90 0 С и, не вынимая пробирки из бани, отмечают уровень поднятия сгустка. Если в закваске есть СО2, сгусток становится губчатым и поднимается над сывороткой на 0,6-3 см и больше. Это указывает на присутствие в закваске ароматобразующих стрептококков или дрожжей.
Кислотность определяют согласно ГОСТ 3624-92.
Изучить особенности микрофлоры представленных образцов творога и творожных изделий.
Микроскопирование творога проводят приготовлением препарата «отпечаток». Для чего берут щупом пробу из потребительской упаковки творога, прижимают к продукту предметное стекло, далее его высушивают, окрашивают метиленовым синим и просматривают в иммерсионном объективе. Результаты микроскопирования зарисовать. Сделать вывод о качестве продукта и наличии посторонней микрофлоры.
Определить соотношение молочнокислых стрептококков и палочек в представленных образцах сыра.
Произвести отбор проб сыра согласно ГОСТ 9225-84 и приготовить микроскопический препарат. Для чего из щупа берут 10 г сыра, отрезают тонкий кусочек стерильным ножом , сдавливают между двумя предметными стеклами, затем стекла разнимают и оставшийся на них мазок-отпечаток фиксируют спиртом, обезжиривают эфиром и красят. Результаты исследований отразить в виде рисунка микрокартины после проведения испытаний. Сделать вывод о соответствии состава микрофлоры испытуемого образца сыра требованиям НД.
Изучить требования, предъявляемые СанПиН 2.3.2.1078-01 к жидким и сухим закваскам.
Пользуясь СанПиН 2.3.2.1078-01 изучить и занести в лабораторный отчет микробиологические требования, предъявляемые к закваскам.
Провести оценку качества представленных образцов заквасок по содержанию заквасочных микроорганизмов и контаминантов - дрожжей и плесеней.
Изучить ГОСТ 9225-84 на проведение исследований по содержанию в заквасках молочнокислых микроорганизмов, дрожжей и плесеней. Провести анализ представленных образцов на соответствие требованиям СанПин и сделать заключение о качестве заквасок. Результаты представить в таблице 1.
Таблица 1 – Анализ соответствия качества заквасок требованиям СанПин
| № пробы | Качественный состав микрофлоры | Микрокартина | Содержание заквасочных микроорганиз- мов, КОЕ/г | Содержание дрожжей и плесеней, КОЕ/г | Заключение о качестве |
| 1. | |||||
| 2. | |||||
| 3. |
Дать качественную характеристику микроорганизмов, входящих в состав представленных образцов заквасок.
Провести качественный анализ представленных образцов заквасок (определить кислотность, содержание углекислого газа и диацетила) и сделать заключение о роли входящих в состав заквасок микроорганизмов в формировании качества молочных продуктов. Результаты оформить в виде таблицы 2.
Методика определения наличия диацетила в кисломолочных продуктах.
Три капли фильтрата закваски смешивают в фарфоровой чашке с тремя каплями 40%-ного раствора КОН. Если в закваске есть ацетоин и диацетил, через 10-15 мин появляется розовое окрашивание. Окрашивание через 30 минут не учитывается.
Методика определения наличия углекислого газа в кисломолочных продуктах.
В пробирку наливают 20 мл хорошо перемешанной закваски, отмечают ее уровень и помещают в водяную баню с холодной водой. Температуру воды в бане поднимают до 90 0 С и, не вынимая пробирки из бани, отмечают уровень поднятия сгустка. Если в закваске есть СО 2 , сгусток становится губчатым и поднимается над сывороткой на 0,6-3 см и больше. Это указывает на присутствие в закваске ароматобразующих стрептококков или дрожжей.
Таблица 2-Сравнительная характеристика заквасок
| № пробы | Качественный состав микрофлоры | Кислотность | Содержание углекислого газа, | Содержание диацетила | Роль в формировании качества продукта |
| 1. | |||||
| 2. | |||||
| 3. |
Провести количественный учет пробиотических микроорганизмов в продуктах «Био-Йогурт», «Бифилайф» и «Активия».
Методика определения наличия бифидобактерий в кисломолочных продуктах.
В асептических условиях отбирается стерильной пипеткой 1 мл продукта, из которого затем готовят разведения в физрастворе до предполагаемого содержания микроорганизмов (10 6 -10 12). Из соответсвующих разведений делают пересев 1 мл на питательную среду (гидролизат-молочно-кукурузная среда ГМК, питательный агар и др.) и ставят в термостат при соответствующей температуре на 24-72 часа. Количественную оценку проводят визуально, подсчитывая колонии на соответствующем разведении и промикроскопировав их.
2
. Для анализа бактериальных препаратов необходимо определить общее количество молочнокислых бактерий. При определение общего количества микроорганизмов рекомендуются следующие нормы разведения: 1,2,3,4,5.
Количество молочнокислых бактерий проводят чашечным методом и методом предельных разведений.
Студенты чашечным методом проводят количественный учет молочнокислых бактерий. Для этой цели после посева молочнокислых бактерий , чашки Петри заливают агаром с гидролизованным молоком и мелом. Посевы выдерживают в термостате при температуре 30˚С в течение 3 суток. Колонии молочнокислых бактерий распознают по зонам просветления, которые образуются в результате растворения мела молочной кислотой.
Вопросы для самоконтроля:
1) Какими факторами определяется микрофлора кисломолочных продуктов?
2) На какие группы делится современный ассортимент кисломолочных продуктов.
3) Как влияют продукты метаболизма на качество кефира?
5) Лечебно-профилактические свойства ацидофильных молочнокислых бактерий.
6) Что такое пробиотики?
7) Какие микроорганизмы можно отнести к пробиотикам?
8) Что представляет собой заквасочная микрофлора?
9) Какие микроорганизмы относят к контаминантам заквасок?
10) Какие микроорганизмы относятся к термофильным молочно-
кислым бактериям?
11) Какие микроорганизмы относятся к мезофильным молочно-
кислым бактериям?
12) Физиолого-биохимические свойства пропионовокислых бак-
13) Влияния заквасочных микроорганизмов на качество молоч-
ных продуктов.
14) Методы оценки качества заквасок.
15) Требования, предъявляемые СанПин к качеству заквасок.
Молочнокислые бактерии известны благодаря способности перерабатывать сахар в молочную кислоту. Этот процесс издавна применялся людьми для консервации продуктов питания, приготовления кормов, изготовления разнообразных молочных продуктов, вина.
Характеристика бактерий
Молочнокислые бактерии являются грамположительными анаэробами. Это означает, что для окислительных процессов и обмена веществ им не требуется кислород. Молочнокислые бактерии относятся к группе (семейству) Lactobacillaceae, которое включает в себя:
Первые два рода наиболее значимы для человека и его хозяйственной деятельности. Несмотря на близкое родство, представителей отряда Lactobacillales наподобие пневмонийных стрептококков обычно не относят к группе молочнокислых бактерий. А полезные бифидобактерии или микробы из рода Bacillus, являющиеся спорообразующими аэробами, иногда причисляют к группе лактобактерий из-за сходства в углеводном обмене и их роли в пищевой промышленности.
Классификация
Классификация молочнокислых бактерий разработана недостаточно. По характеру выделяемых продуктов брожения их разделяют на две группы.
- Гомоферментативные . В результате сбраживания углеводов выделяется в основном молочная кислота. В малых количествах процессу сопутствуют янтарная и фумаровая кислоты, углекислый газ и этанол.
- Гетероферментативные также образуют в результате разложения углеводов молочную кислоту. Наравне с этим примерно половину сахаров они используют на производство уксусной кислоты, диоксида углерода и этанола.
Классификация по форме затруднена, поскольку молочнокислые бактерии относятся к группе изменчивых микроорганизмов. Форма микробной клетки зависит от возраста бактерии, химической среды и условий обитания. Для определения вида лактобактериям создают конкретные условия, используют стандартную среду и проводят исследование культуры в определенном возрасте. Также оценивают тип сбраживания углеводов, потребность в источниках питания, оптическое вращение молекулы молочной кислоты.
Стрептококки
Виды рода Streptococcus по типу брожения относятся к гомоферментативным. При сбраживании более 90% исходных сахаров они превращают в молочную кислоту и лишь малое их количество - в уксусную кислоту и спирт. Наиболее известными представителями являются культуры:
- Str. lactis.
- Str. citrovorus.
- Str. diacetilactis.
- Str. paracitrovorus.
- Str. thermophilus.
- Str. cremoris.
- Str. liquefaciens.
Лактобациллы
В молочной промышленности лактобациллами называют молочнокислые палочки. Они сквашивают молоко намного быстрее, чем кокковые формы, достигая более низких значений рН (около 3,5). Оптимальное развитие лактобациллы показывают в условиях кислой среды с пониженным содержанием кислорода. В природе эти бактерии обитают на поверхности растений, выделяются из слюны и пищеварительного тракта человека и животных.
Отмечено, что стерильно выдоенное молоко не содержит молочнокислых палочек - они поступают в него из внешней среды. Лактобациллы выдерживают кратковременную пастеризацию, но погибают при высоких температурах стерилизации. Поэтому в пастеризованном молоке молочнокислые бактерии значительно снижены, но все-таки присутствуют. Самые распространенные представители рода Lactobacterium:
- L. bulgaricum.
- L. casei.
- L. plantarum.
- L. acidophilum.
- L. brevis.
Основные свойства
Кокковые формы лактобацилл имеют диаметр 0,6 - 1,1 мкм. В культуре кокки расположены одиночно, сдвоенно или цепочками различной длины. Палочки очень вариабельны по форме: от шаровидных до нитевидных форм длиной от 0,7 до 8,0 мкм, одиночные или в цепочках. На морфологию клеток значительно влияет химический состав среды обитания. Молочнокислые бактерии, фото которых представлено ниже, выделены из йогуртовой закваски.
Размножаются лактобактерии в основном делением, описаны случаи перешнуровывания клетки и размножения с помощью гонидий. Доказано наличие фильтрующихся форм и процесса спорообразования.
Где обитают молочнокислые бактерии
Лактобактерии не могут самостоятельно синтезировать аминокислоты и некоторые витамины. По этой причине их нет ни в почве, ни в воде. В естественных условиях их выделяют из содержимого кишечника человека и животных, с поверхности растений. Оптимальной средой для жизнедеятельности молочнокислых бактерий является молоко и молочные продукты.
Источники питания для лактобактерий - это моно- и дисахариды. Некоторые разновидности сбраживают полисахариды, например, декстрозу. Также в качестве источника энергии эти микроорганизмы при определенных условиях используют органические кислоты: яблочную, уксусную, пировиноградную, муравьиную, фумаровую и лимонную. При отсутствии углеродсодержащих субстратов для питания могут перерабатывать аминокислоты.
Молочнокислые бактерии не способны к синтезу органического азота, поэтому требовательны к его содержанию в питательной среде. Также нуждаются они в витаминах, особенно в пуриновых основаниях: биотине, тиамине, пантотеновой, фолиевой кислотах. Все формы лактобацилл устойчивы к повышенной концентрации спирта. При этом они медленнее размножаются, но дольше живут. Так, в осветленных винах молочнокислые бактерии сохраняются до 7 месяцев.
Микроб является мезофильным, реже термофильным. Оптимальная температура для жизнедеятельности составляет + 25 °С... + 30 °С. При + 15 °С брожение значительно замедляется, а при + 45 °С лактобациллы перестают размножаться. Среда обитания молочнокислых бактерий может быть как кислородной, так и без доступа воздуха. Кислород им не нужен, в большинстве случаев он угнетает развитие микробов и препятствует нормальному процессу брожения.
Молочнокислое брожение
Молочнокислым брожением называется процесс анаэробного окисления углеводов, при котором выделяется молочная кислота. В результате молочнокислого брожения бактерии получают энергию, реализуемую для роста и размножения в безкислородных условиях. При этом лактобактерии снижают рН до значений ниже 5, подавляя рост других микроорганизмов.
Гетероферментативное брожение - более сложный процесс. В зависимости от условий и микробной культуры из углеводов образуется различное сочетание молочной и уксусной кислоты с выделением диоксида углерода и этанола.
Молочнокислое брожение в чистом виде применяют в химической промышленности для получения молочной кислоты. Ее широко используют для выделки кожи, в красильном производстве, в фармацевтике, при изготовлении пластмассы и стиральных порошков. В пищевой промышленности молочная кислота требуется для производства кондитерских изделий и безалкогольных напитков.
Не всегда молочнокислое брожение полезно для человеческой деятельности. Самопроизвольно возникающий процесс, начинающийся в молоке, вине, безалкогольных напитках, приводит к порче продуктов. Органолептически это выражается в прокисании, помутнении и ослизнении субстрата.
Пищевая промышленность и лактобактерии
Для производства и консервации различных продуктов широко используются молочнокислые бактерии. Значение их особенно велико в молочном деле.
- Молочная промышленность.
Для получения молочнокислых продуктов стерилизованное молоко или сливки сквашивают путем внесения чистых культур. Они носят название «стартовых заквасок». В зависимости от типа закваски получают разные продукты.
Для производства кефира и кумыса применяют культуры, которые, кроме молочнокислого, обеспечивают и спиртовое брожение. Закваску готовят на основе кефирных зерен, являющихся источником обширного сообщества еще до конца не изученных микроорганизмов (молочнокислые палочки и стрептококки, микрококки и дрожжи).
В процессе изготовления сыров молочнокислые бактерии работают на первом этапе, обеспечивая сворачивание казеина, затем их сменяют пропионовокислые микроорганизмы.
Для получения кисломолочного масла в сливки вносят культуру Str. lactis, Str. cremoris и Leuconostoc cremoris. При добавлении в гомогенезированное молоко L. bulgaricus и Str. thermophilus получают йогурт.
В производстве творога и сыров немецкой группы в молоко вносят закваски, содержащие Str. lactis или L. bulgaricus и Str. thermophilus. А для изготовления твердых сыров на стадии созревания используют культуру L. casei и Str. lactis.
- Виноделие.
При производстве вин широко применяют три рода лактобактерий: Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc. В основном это гетероферментативные кокки, обеспечивающие брожение по яблочно-молочному типу в высококислотных винах. При этом они сбраживают яблочную кислоту и не затрагивают другие химические компоненты вина. Лактобактерии могут испортить напиток, вызвав молочнокислое брожение. В результате появляются такие пороки вина, как прогоркание, ожирение, разложение винной кислоты.
- Хлебопечение.
В хлебе обнаруживают около 70 вкусовых и ароматических веществ, среди них 28 кислот, 11 спиртов, 28 карбонильных соединений, 6 эфиров, метилмеркаптан и аммиак. Молочнокислые бактерии принимают участие в образовании большинства из них. Наибольшее значение лактобациллы имеют для производства ржаного хлеба. Закваска придает тесту упругость, разрыхляет его и способствует подъему. Кислотность теста - важный показатель качества. При производстве пшеничного хлеба лактобактерии играют незначительную роль, в основном процесс зависит от дрожжевых культур. Основными составляющими молочнокислых заквасок для подготовки теста являются L. brevis, L. plantarum и L. fermenti.
- Консервирование мяса и рыбы.
Молочнокислые бактерии применяются при изготовлении салями и сервелата, других колбасных изделий, при созревании рыбы слабого посола. Молочная кислота ускоряет процесс консервирования и придает продуктам ценные вкусовые качества.
- Биологическое консервирование овощей и фруктов.
Заготовки проводятся по тому же принципу, что и силосование корма. Углеводы растений под воздействием молочнокислых бактерий превращаются в молочную и уксусную кислоты, которые являются прекрасными консервантами.
Квашеная капуста и огурцы, моченые яблоки, помидоры и арбузы - вот пример простых заготовок на зиму. Так, в порезанной и хорошо утрамбованной капусте с небольшим добавлением соли начинается спонтанный процесс брожения, в котором принимают участие сначала Leuconostoc, а позднее L. plantarum.
Роль в сельском хозяйстве
Силосование корма - это лучший способ заготовки и сохранения зеленой массы. Для создания необходимых условий исходное сырье (траву, зеленую массу кукурузы, ботву) укладывают в специальные силосные ямы, тщательно утрамбовывают и накрывают слоем земли. При этом создаются условия, в которых основная часть микробов погибает, а молочнокислые бактерии перерабатывают углеводы растений до тех пор, пока концентрация молочной кислоты не составит 60 % и более, а кислотность силоса не достигнет рН 4.5. Кроме молочной, в силосе накапливается и уксусная кислота. Для завершения процесса требуется около одного месяца.
Микрофлора в кишечнике человека
В кишечном тракте человека обитает множество молочнокислых микроорганизмов, называемых лакто- и бифидобактериями. Продукт их метаболизма - молочная кислота - обладает рядом положительных моментов.
- Стимулирует перистальтику кишечника.
- Уменьшает газообразование.
- Стимулирует выделение пищеварительных соков.
- Улучшает усвояемость кальция, фосфора и железа.
Кроме того, лактобактерии обладают способностью противостоять различным патогенным микробам. За счет выработки биологически активных веществ (органические кислоты, перекись водорода, антибиотики и бактериоцины) происходит вытеснение опасных для деятельности кишечника микроорганизмов. Если в содержимом химуса молочнокислые бактерии снижены по количеству, то их место занимает условно-патогенная микрофлора. На основе выделенных из кишечника человека и животных штаммов разработаны лекарства, улучшающие состояние больного при многих инфекциях.
Что такое пробиотики
Еще в начале XX века знаменитый русский ученый Илья Ильич Мечников провел ряд экспериментов по восстановлению микрофлоры кишечного тракта человека с помощью культуры молочнокислой палочки L. bulgaricus . В результате исследований Мечников разработал первый пробиотик - «мечниковскую простоквашу», которую в течение многих лет употреблял сам, назначал пациентам и рекомендовал пить всем знакомым.
В настоящее время пробиотики - класс лекарственных препаратов, направленный на восстановление естественной среды организма. Многолетние изучения доказали эффективность применения пробиотиков (в том числе и лактобактерий) в различных клинических случаях.
Молочнокислые пробиотические бактерии широко применяются в медицине для профилактики и лечения острых и хронических заболеваний кишечника, дыхательных путей, для восстановления кишечной микрофлоры и стимуляции иммунитета. Принимать культуры пробиотиков можно как в виде таблеток и порошков, так и в натуральном виде (кефир, простокваша, ацидофильное молоко, йогурты и другие продукты молочной промышленности).
Кефир относится к жидким кисломолочным продуктам. Его полезные свойства очевидны для людей, имеющих серьезные проблемы в пищеварении или тем, кто восстанавливается после тяжелой болезни. Он содержит бифидобактерии, которые способствуют перевариванию пищи и устраняет даже самые тяжелые дисбактериозы и диареи инфекционного характера (и их чудовищные последствия). Давайте же узнаем, какова технология производства кефира, спасающего своими целебными свойствами уже не одно поколение людей.
Требования к обработке сырья, способы обработки и хранения
Существует множество требований к сырью и его хранению, есть множество различных способов хранения продукта, но мы с вами рассмотрим самые широко используемые. Чаще всего для производства кефира применяют резервуарный способ. При этом кефир синтезируют из натурального молока чаще всего второго сорта. Его кислотность должна составлять 19 0 Т. Что касается плотности, то она допустима не более 1, 0300кг/м 3 . Жирность может быть различной, так как в ходе производства кефира жирность снижают либо повышают до необходимого уровня. Если жирность нужно снизить, то его убирают с помощью сепарирования. Если жирность, наоборот, нужно увеличить, то к нему просто добавляют сливки.
Технология производства кефира включает в себя множество операций:
Как видите, стадии многочисленны, технология производства кефира сложна и требует значительных умений со стороны профессионального состава. Все вышеперечисленные операции проводятся в строго определенной последовательности и по заранее определенной технологии. Теперь мы рассмотрим основные стадии производства кефира более подробно.
Тепловая обработка сырья и гомогенизация
Первое, что делают с молоком при подготовке к производству кефира – это пастеризация или, проще говоря, тепловая обработка. Она нужна для того, чтобы уничтожить все болезнетворные бактерии, которые всегда имеются в продуктах, не прошедших тепловую обработку. Не верьте тем, кто говорит, что обработанные продукты становятся неполезными или даже вредными. Это помешанные люди, не заботящиеся о своей жизни и безопасности. Продукты, прошедшие подобную обработку теряют только вредные свойства, а не полезные. Пастеризация проводится следующим образом: молоко на протяжении 10 минут подвергают воздействию температуры от +85 0 С до +86 0 С – это идеальная температура для уничтожения патогенной микрофлоры, ее еще называют вегетативной. Температура может быть и выше – от +90 0 С до +93 0 С. В таком случае продолжительность теплового воздействия сокращается до 2–3 минут. После этого в обоих случаях смесь охлаждается до температуры, необходимой для начала закваски.
Такие температуры обусловлены необходимостью сохранения так называемых органолептических показателей –это вязкость, вкус и плотность сгустка, необходимые согласно технологии производства кефира. За процедурой пастеризации сырья всегда следят операторы, так как она может в любой момент подняться и тогда свернется сывороточный белок. Влажность продукта также резко упадет, и он станет непригодным к употреблению.
Гомогенизация
После пастеризации наступает стадия гомогенизации – это процесс дробление жировых сгустков, которое по технологии называется диспергирование. В настоящее время используются специальные агрегаты, которые оказывают на продукт значительные внешние усилия, приводящие к отделению этих жировых сгустков. Процедуру проводят при температуре от +60 0 С до +65 0 С и давлении в 16Мпа. Затем смесь опять охлаждается до температуры закваски.
Заквашивание и сквашивание молока
Закваску обычно готовят на кефирных грибках. Ее и применяют при изготовлении кефира. В состав закваски входят стрептококки, молочные дрожжи, и молочные палочки. Присутствуют и уксусные бактерии. Чтобы сделать кефирную закваску, кефирные зерна обычно помещают в теплую воду, с температурой около +30 0 С. Зерна остаются там в течение суток, но воду при этом нужно менять как минимум 2 раза. Когда последнюю воду сливают, зерна набухают и их заливают теплым уже пастеризованным молоком. Обычно берется объем молока в 10 раз превышающий объем зерен.
Охлаждение и созревание
Поле процедуры сквашивания уже почти готовый кефир охлаждают до температуры созревания, предварительно как следует перемешав. Перемешивание продукта – одна из самых важных стадий производства кефира, оно должна продолжаться не менее получаса. При этом кефир охлаждается до температуры +20 0 С. После перемешивания и охлаждения кефир уже не трогают. Начинается стадия созревания. Именно на стадии созревания в кефире появляется спирт и размножаются самые полезные бифидобактерии.
Перемешивание и розлив
После окончания созревания кефир перемещают в чистый резервуар и перемешивают еще раз, теперь уже в течение 10 минут. После этого готовый продукт разливают по упаковкам (пакетам, бутылкам) и отправляют в продажу.
Технология производства кефира, видео-обзор:
Кефир делают при помощи кефирных зерен, их еще часто называют кефирными грибками. Это микробное сообщество - смесь разных видов микроорганизмов, которые удерживаются вместе, вырабатывая что-то похожее на гель. Зерна похожи на маленькие соцветия цветной капусты или на разваренный рис.
Фото: Николай Акимов, Дмитрий Соколов / фотохроника ТАСС
В России кефир делают так: берут зерна, заливают молоком и держат сутки при температуре 20 градусов. Молоко становится более густым, образуются пузырьки углекислого газа, появляется характерный запах кисломолочных продуктов. Получившуюся закваску сливают, смешивают со свежим молоком и опять выдерживают при 20 градусах. Если держать сутки,- будет молодой кефир, трое - уже старый, с относительно высоким содержанием спирта - 2-3%. За рубежом, там, где делают нечто подобное, второй стадии нет - та закваска, которую сливают с кефирных зерен, и называется кефиром.
Затем кефирные зерна промывают и используют снова. На каждом производстве поддерживают свою «расу» зерен. Но если держать зерна на воздухе или промыть недостаточно чистой водой, они могут заплесневеть. Тогда их приходится выбрасывать. Новые можно взять, например, в Институте молочной промышленности. Частью нашей работы было выяснить, нельзя ли кефирные зерна высушить или заморозить, чтобы через год или несколько лет их можно было снова использовать.
Пока наш опыт показывает, что можно. Мы делали лиофильное высушивание кефирных зерен. При этой технике их сначала быстро замораживают, затем помещают в вакуумную камеру, где содержащаяся в геле вода сублимируется, переходя изо льда сразу в пар. В высушенном виде зерна хранили два года, после чего оказалось, что они сохраняют свои свойства и состав их не меняется.
Фото: I.B. Kotova et al. Russian Kefir Grains Microbial Composition and Its Changes during Production Process,
Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health, 2016
- Кто живет в кефирных зернах?
Кефирные зерна содержат молочнокислые бактерии, дрожжи и уксуснокислые бактерии. Молочнокислые бактерии образуют молочную кислоту, частично разрушают, гидролизируют, молочный белок и образуют молочную кислоту. Дрожжи ответственны за образование спирта. Уксуснокислые бактерии производят уксусную кислоту, хотя это необязательный компонент, он есть не во всех зернах.
Дрожжи и бактерии в зернах взаимно выгодны друг другу. Так, молочнокислым бактериям необходимы витамины и аминокислоты для роста. Сами они их синтезировать не могут, зато дрожжи вырабатывают витамины группы B. Дрожжи в свою очередь не способны сбраживать молочный сахар (лактозу), но под действием особого фермента молочнокислых бактерий этот сахар распадается на простые сахара, из которых дрожжи делают этиловый спирт. Дрожжи устойчивы как к активной кислотности среды, так и к высокому содержанию молочной кислоты в ней. Значительное число молочнокислых бактерий, в свою очередь, обладает высокой устойчивостью к продукту брожения дрожжей - этиловому спирту. Бактерицидное действие спирта на живые микроорганизмы, как правило, возрастает с увеличением кислотности среды.
Совместно дрожжи и молочнокислые бактерии вырабатывают спирт и молочную кислоту, которые не допускают развития посторонних микроорганизмов. Так, в некоторых кефирных зернах есть плесневые грибы в виде спор. Эти споры не развиваются, поскольку их подавляют продукты жизнедеятельности дрожжей и молочнокислых бактерий. А вот в кефире иногда плесневые грибы выявляются уже как полноценные члены микробиоты напитка. Хорошо это или плохо, трудно сказать. Они не образуют плесень в обывательском представлении, и возможно, выделяемые ими ферменты вносят вклад в расщепление сахаров и белков.
Поверхность кефирного зерна под сканирующим электронным микроскопом
Фото: I.B. Kotova et al. Russian Kefir Grains Microbial Composition and Its Changes during Production Process, Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health, 2016"
Мы также исследовали такой вопрос: положим, видовой состав кефирных зерен установлен, будет ли он таким же в закваске? Оказалось, что из зерен не все микроорганизмы переходят в молоко. Также интересно, что в кефирных зернах дрожжей существенно меньше, чем молочнокислых бактерий. А вот в закваске их становится больше - видимо, им такая среда больше подходит для размножения.
Знать, кто перешел из кефирного зерна в молоко, нужно, чтобы предсказать, как будет развиваться при изготовлении кефира микробное сообщество и какие вещества будут содержаться в готовом напитке.
- Но ведь этот состав - дрожжи и молочнокислые бактерии - известен, затем его исследовать?
В общих чертах состав известен, но когда дело доходит до определения конкретных видов микроорганизмов, кефир оказывается везде разный. Мы проанализировали несколько образцов из Средней России, в том числе используемых в кустарном производстве, и у всех оказался разный набор и соотношения видов молочнокислых бактерий и, соответственно, разный вкус.
Микробный состав кефирных зерен определяют двумя методами. Можно выделять чистые культуры микроорганизмов на питательных средах, получая отдельные колонии, и затем изучать их свойства. А можно выделить из них ДНК, секвенировать ее, сравнить с последовательностями, которые есть в базах данных, и таким образом определить принадлежность составляющих зерна микроорганизмов к различным видам. Мы применяли оба метода, и оба не дают абсолютной точности. В этом причина, почему до сих пор нет согласия по вопросу стандартного состава кефира.
- То есть, какие именно микроорганизмы мы получаем, когда пьем кефир, неизвестно?
Пока у микробиологов нет единого мнения, какие микроорганизмы в кефире обязательны, какие нет и в каких они должны быть пропорциях. Поэтому проводится много работ по определению микробного состава кефира: стандартен набор микроорганизмов в конкретном образце или нет, будет ли он меняться от условий производства или нет, как поддерживать такой состав, а не другой.
Фото: I.B. Kotova et al. Russian Kefir Grains Microbial Composition and Its Changes during Production Process, Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health, 2016
Поэтому же кефир нельзя официально назвать пробиотическим продуктом, как йогурт, например. Пробиотики - это живые микроорганизмы с определенным названием, которые дружественны нашей микробиоте и в определенных дозах улучшают наше здоровье. Кефир, являясь пробиотическим продуктом по сути, формально им назван быть не может, потому что состав его точно не определен.
Другие молочные продукты проще стандартизировать, так как для их производства применяют закваски определенного состава, как правило, из молочнокислых бактерий, а для производства кефира используют сложное естественно сложившееся микробное сообщество, включающее десятки видов молочнокислых бактерий и несколько видов дрожжей.
- А нужно ли его стандартизировать? Может, пусть будет разный кефир?
Мне лично разнообразие нравится: кому-то хочется кефир с более резким вкусом, кому-то - более нежный, кому-то - с более высоким содержанием спирта. Но стандартный продукт должен быть одинаков везде, в рамках оговоренных допусков: один и тот же микробный состав, вкус, одинаковая кислотность. Вдруг кому-то плохо станет, если, например, в кефире будет слишком высокое содержание уксуса. Стандартный напиток должен хорошо переноситься большинством людей.
- Может быть, можно взять нужные бактерии в чистом виде и сделать из них кефирные зерна?
Пока никому не удавалось реконструировать кефирные зерна из микроорганизмов. Может быть, потому что не все выделено в виде чистых культур, может быть, потому что пока не удалось подобрать правильные соотношения. Наконец, нам неизвестно, в каких физико-химических условиях кефирные зерна образовались изначально. Мы пробовали сделать кефирное зерно из тех культур дрожжей и молочнокислых бактерий, которые нам удалось получить в виде чистых культур и вырастить. Часть из них мы поместили в молоко, часть - в специальную среду для выращивания молочнокислых бактерий и посмотрели, что будет. Образовалась слизь и маленькие зерна, но настоящих кефирных зерен не получилось.
- Откуда тогда взялись кефирные зерна?
Это сообщество - природное. Проследить, как из отдельных микроорганизмов когда-то образовались кефирные зерна, уже невозможно - эта история теряется в веках. Некоторые считают, что был один источник, из которого они распространились по миру, возможно Кавказ, где кефирные зерна считались богатством и назывались «зернами Аллаха». Другие считают, что изначально было несколько центров возникновения. Но никаких археологических доказательств на этот счет нет.
- Почему кефир считается полезным?
Расщепленный бактериями молочный белок легче усваивается, в таком виде его могут употреблять даже люди с непереносимостью молочного белка или слабым желудком. Кроме того, у многих людей есть непереносимость лактозы, молочного сахара. Они могут употреблять кисломолочные продукты, потому что лактоза сбраживается в лактат и смесь органических кислот. Считается, что кефир способствует правильному пищеварению еще и потому, что содержит в себе живые молочнокислые бактерии, аналогичные тем, которые являются частью желудочно-кишечной микробиоты человека. Наличие таких бактерий и продуктов их жизнедеятельности также угнетает развитие условно патогенных и болезнетворных микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте человека.
- Кефир полезнее других молочнокислых продуктов?
В целом, они все полезны, но как практический микробиолог я считаю, что каждый человек должен найти свой продукт. Известно много случаев, когда нормальный качественный продукт, скажем йогурт, не подходит конкретному человеку, например у него начинается изжога.
Каждый человек индивидуален, у него своя микробиота. Значит, пришедшие извне вместе с молочнокислыми продуктами микроорганизмы могут ему подходить или не подходить.
Результаты исследования опубликованы в журнале Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health .