Одержання та підбір чистих культур мікроорганізмів для виробництва молочнокислих продуктів

 

Чисті культури молочнокислих бактерій одержують у спеціально обладнаних лабораторіях при науково-дослідних інститутах.

Основними етапами одержання чистих культур молочнокислих бактерій є:

· Селекція із природніх середовищ мешкання. Особливе значення має селекція місцевих штамів молочнокислих бактерій, тобто штамів, що відповідають географічному діапазону застосування. Такі штами краще адаптуються до молока, яке використовується в даній місцевості.

· Одержання накопичувальної культури. Зразки, отримані з різних джерел, збагачують молочнокислими бактеріями шляхом 2-3 кратного пересіву в стерильному знежиреному молоці.

· Виділення чистих культур. Накопичувальну культуру молочнокислих бактерій пересівають із відповідного розведення на щільні поживні середовища (наприклад, агар з гідролізованим молоком) в чашки Петрі і проводять культивування при певній температурі. Розведення для посіву вибирають з розрахунку, щоб в чашці виросло не більше 20-30 ізольованих колоній.

· Диференціація та ідентифікація. Виділені штами молочнокислих бактерій характеризують по мікроскопічній картині, активності сквашування (тривалості згортання молока) і органолептичних показниках. Одержані штами досліджують також на резистентність (стійкість до антибиотиків), перевіряють на чутливість до бактеріофага. Непридатні штами відбраковують.

· Перевірка на сталість ознак. Штами молочнокислих бактерій, виділених із природніх джерел, володіють різною стійкістю при пересівах в стерильне знежирене молоко. Цінними вважаються штами, які тривалий час зберігають біохімічну активність.

· Практичні дослідження.

· Колекціонування відібраних штамів чистих культур молочнокислих бактерій. Зберігаються чисті культури в музейних колекціях чистих культур галузевих науково-дослідних інститутів.

Однак, молочнокислі бактерії, які володіють виробничо-цінними властивостями, в природніх умовах зустрічаються рідко. Інтенсифікувати процес сквашування молока можна при використанні молочнокислих бактерій з підвищеною біохімічною активністю. Одержання таких штамів здійснюється дією мутагенних факторів (ультрафіолетових, гамма- і рентгенівських променів, хімічних речовин – нітрозосполук, формальдегіду, етиленаміна та ін.).

1.3. Заквашувальні препарати для молочнокислих продуктів

 

Різноманітні процеси ферментації молока проводять сьогодні в контрольованих умовах. Протягом багатьох тисячоліть вони здійснювалися за участю бактерій, присутніх у молоці. Для заквашування молока і вершків здавна застосовували відбірні простоквашу або вершки, в якості природніх заквасок використовували пахту, сквашені вершки або кисле молоко. Однак, вони не гарантували одержання продукту високої якості, так як містили різні мікроорганізми і часто піддавалися контамінації сторонньою мікрофлорою, що спричинювала псування продукта.

Нині для одержання молочних продуктів необхідної якості та типу використовують різноманітні закваски. Вибір та склад використовуваних комбінацій штамів і видів бактерій визначаються бажаними властивостями і умовами одержання готового продукту (табл. 1.2).

Таблиця 1.2.

Функціональна роль деяких бактерій, що використовуються

при переробці молока

Культура мікроорганізмів	Функція	Використання
Propionibacterium P. shermanii P. petersonii	Формування смаку, утворення вічок	Виробництво швейцарського сиру
Lactobacillus L. casei L. helveticus L. bulgaricus	Утворення кислоти	Виробництво швейцарського сиру
Leuconostoc L. dextranicum L.citrovorum	Утворення смакових речовин із лимонної кислоти (переважно із диацетилу)	Виробництво сметани, вершкового масла, заквасок
Lactococcus L. thermophilus L. lactis L. cremoris	Утворення кислоти	Виробництво йогурту, швейцарського сиру

 

Якість і харчова цінність молочних продуктів залежать від видів і штамів мікроорганізмів, які входять до складу заквашувального препарату.

Заквасками називають чисті культури або суміші культур мікроорганізмів, що використовують при виготовленні кисломолочних продуктів, кисловершкового масла і сирів.

Склад мікрофлори підбирають таким чином, щоб забезпечити для кожного виду продукту властивий йому запах, смак, консистенцію.

Для виробництва кисломолочних продуктів зазвичай застосовують закваски, які складаються із різних штамів, а часто – і з різних видів та родів мікроорганізмів. Це дозволяє одержати закваску, стійку до несприятливих впливів.

При підборі культур для заквасок враховують наступні фактори:

1. Специфічні властивості продукту. Наприклад, для продуктів, в яких передбачено відділення частини сироватки від згустка (сир кисломолочний), відбирають культури, що утворюють міцні згустки. Для надання продукту аромату в закваску вносять ароматутворюючі стрептококи;

2. Температурні режими;

3. Взаємовідносини між молочнокислими бактеріями. Види і штами молочнокислих бактерій повинні поєднуватися, тобто антагоністичні взаємовідносини повинні бути виключені;

4. Можливість розвитку бактеріофага. При підборі культур з метою попередження розвику бактеріофага необхідно враховувати специфічність впливу фага і підбирати культури таким чином, щоб при можливому інфікуванні закваски бактеріофагом процес сквашування молока не сповільнювався.

Найчастіше в якості заквасок використовують молочнокислі та пропіоновокислі бактерії, іноді – плісняві гриби. До складу природної симбіотичної закваски для кефіру крім молочнокислих бактерій входять також дріжджі та оцтовокислі бактерії.

Молочнокислі закваски завжди містять бактерії, що перетворюють лактозу на молочну кислоту. До них відносять L. lactis subsp. lactis, L. lactis subsp. cremoris, L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis. Якщо ароматичні сполуки, такі як диацетил, є бажаними для закваски, то в неї включають гетероферментативні культури, наприклад Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris, L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum.

Залежно від кількості культур мікроорганізмів, які при цьому використовуються, закваски можуть бути як моноштамові, так і багатоштамові.

Закваски виробляють без упакування і зберігають шляхом заморожування у рідкому азоті. Від усіх культур, що знаходяться в заквасці, 90% становлять лактококи. Титруєма кислотність може досягати 0,8-1,0 %, зазвичай при рН на рівні 4,3 - 4,5.

Одержанням різних комбінацій заквасок для виробництва кисломолочних продуктів займаються спеціальні лабораторії чи заводи по одержанню бактеріальних препаратів, звідки закваски поступають безпосередньо на молочні виробництва.

Основні правила приготування заквасок. Закваску готують на цільному або зжиреному молоці доброї якості, яке стерилізують за температури 121 °С з витримкою 15-20 хв (при приготуванні лабораторної закваски) або пастеризують при 92-95 °С з витримкою 20-30 хв (при приготуванні виробничої закваски). Відразу ж після термічної обробки молоко охолоджують до температури заквашування і вносять в нього закваску в кількості 1-3 % залежно від умов.

У результаті біохімічних процесів у молоці відбувається утворення білого згустку, частково розщеплюються білки молока, формується смак і аромат продукту. При приготуванні лабораторної закваски проводять декілька послідовних пересівів щодоби у більші об’єми (1:10), до доведення об’єму, необхідного у виробництві.

Після кожного пересіву і перед випуском у виробництво закваску контролюють за органолептичними, хімічними і мікробіологічними показниками.

Види заквашувальних препаратів. У молочній промисловості застосовують в основному рідкі закваски та закваски, висушені сублімаційно, а також сухі, рідкі і глибоко заморожені бактеріальні концентрати, бактеріальні препарати. Термін зберігання сухих заквасок, бактеріальних препаратів і концентратів складає 3-4 місяці, рідких заквасок – 10 діб (в умовах холодильника).

Рідкі закваски готують на стерильному молоці. Фасують рідкі закваски у флакони по 20, 50 і 100 см³. Перевагою таких заквасок є висока активність мікрофлори, бактеріальна чистота, недоліком – незначний термін зберігання (до 3 тижнів при 4-6 °С і до 5 діб за кімнатної температури). Використовують такі закваски на молочних підприємствах, розташованих недалеко від лабораторій з виробництва бактеріальних препаратів. Концентрація живих клітин у рідких заквасках становить 10⁷-10⁸ клітин в 1 см³.

Сухі закваски – знезводнені рідкі закваски в захисному середовищі. Рідку закваску в кількості 30% вносять у захисне середовище – водний розчин, що містить: сахарозу (10%), цитрат натрію (5%), глутамат натрію (2,5%) і желатозу (5%). Суміш перемішують, фасують у флакони по 1 см³ (одна порція), заморожують і висушують шляхом сублімаційного сушіння. Суху закваску можна зберігати не більше 8 місяців за температури 3-8 °С. Кількість молочнокислих бактерій в 1 г сухої закваски становить 10⁷-10⁸ клітин. Допускається наявність сторонніх мікроорганізмів (не більше 1-2 клітин в 1 г закваски). Наявність БГКП в 1 г сухої закваски недопустимо. До недоліків сухих заквасок відносяться зниження активності молочнокислих бактерій і можливість потрапляння сторонньої мікрофлори.

Сухі і рідкі бактеріальні концентрати готують шляхом культивування чистих культур молочнокислих бактерій на спеціальних рідких поживних середовищах з наступним відділенням клітин від культуральної рідини. Далі отриманий концентрат вносять у захисне середовище, охолоджують, розливають по пеніцилінових флаконах і для отримання сухих концентратів проводять видалення вологи способом сублімаційного висушування. В якості поживних середовищ використовують молочну сироватку з додаванням кукурудзяного екстракту (або амінокислотно-мінерально-вітамінного комплексу), буферних солей (цитрату або ацетату натрію) і стимуляторів росту (сульфату марганцю, аскорбінової кислоти та ін.) Концентрація клітин молочнокислих бактерій в рідких концентратах не менше 1,5•10¹¹ в 1 см³, у сухих – не менше 1,5-3,0•10¹¹ в 1 г. Термін зберігання сухих концентратів – не більше 8 місяців за температури 3-8 °С, рідких – до 2 місяців при тій же температурі.

Деякі сухі закваски готують з бактеріальної маси (бактеріального концентрату) в захисному середовищі. Такі сухі закваски за складом мікрофлори ідентичні сухому бактеріальному концентрату і відрізняються від нього лише за кількістю клітин бактерій – містять приблизно в 100 разів менше бактеріальних клітин, ніж бактеріальний концентрат (за причини великого розведення бактеріальної маси захисним середовищем).

Кефірні грибки. Отримують шляхом культивування на знежиреному пастеризованому молоці безпосередньо на молочних підприємствах. У міру зростання грибків один-два рази на тиждень їх відділяють від культуральної закваски, фасують у стерильні флакони, заливають знежиреним молоком або сироваткою. Термін зберігання кефірного грибка – не більше 10 діб за температури 8-10 °С.

Сухі кефірні грибки отримують з натуральних (живих) кефірних грибків шляхом їх висушування в захисному середовищі, що складається з молочної сироватки з додаванням цукру (0,5 %) і аскорбінової кислоти (0,01 %). Відокремлені від культуральної рідини грибки поміщають у захисне середовище в співвідношенні 1:20 і витримують 5-6 год за температури 20-22 °С для накопичення дріжджів, які є найбільш чутливими до заморожування і висушування. Після цього грибки відокремлюють від захисного середовища, укладають у стерильні лотки шаром 8 мм, закривають стерильною марлею і сушать після заморожування способом сублімаційного висушування.

Сухі кефірні грибки фасують порціями по 10, 20, 50 і 100 г в пакети з поліетилен-целофану і запаюють. Термін зберігання кефірних грибків 3 місяці за температури не вище 8 °С.

Заквашувальні препарати прямого внесення. Якість кисломолочної продукції в значній мірі визначається властивостями бактеріальних заквасок, що застосовуються. Тому отримання заквасок з виробничо-ціннними властивостями завжди було найважливішим завданням фахівців, що забезпечують промисловість бактеріальними заквасками.

Заквашувальні препарати прямого внесення порівняно із звичайними бактеріальними концентратами характеризуються рядом переваг: мають сталий склад мікрофлори та гарантовану молокозгортаючу активність. Їх застосування виключає необхідність приготування материнської і виробничої заквасок, що суттєво зменшує ймовірність вторинної контамінації, а також дозволяє скоротити заквашувальні відділення. Використання заквашувальних препаратів прямого внесення навіть на основі багатовидових бактеріальних композицій виключає можливість зміни співвідношення між штамами протягом технологічного процесу, що гарантує відповідність продуктів розробленим на них нормативно-технічним документам – НТД.

Використання заквашувальних препаратів прямого внесення зменшує матеріальні витрати на виробництво продукції і збільшує можливості випуску молочних продуктів гарантованої якості. Найбільш розповсюдженим методом їх виготовлення є метод сублімаційного висушування бактеріальної маси, оскільки дозволяє отримати життєздатні клітини мікроорганізмів і забезпечити їх виживання при зберіганні, крім цього сухі бактеріальні концентрати зручні в транспортуванні.

Таким чином, проблема одержання концентратів молочнокислих бактерій з високим титром клітин, стійких при збереженні в доступних умовах, є важливою ланкою в стабілізації та поліпшенні якості кисломолочних продуктів.

 

1.4. Класификація кисломолочних продуктів залежно від складу

мікроорганізмів закваски

 

Залежно від складу мікрофлори заквасок і способу приготування кисломолочні продукти поділяють на такі, які одержують з використанням:

w багатокомпонентних заквасок (кефір, кумис). Мікрофлора цієї групи продуктів складається із молочнокислих бактерій (одного чи декількох видів), дріжджів і нерідко оцтовокислих бактерій. Дріжджі і оцтовокислі бактерії надають продуктам специфічні смак і аромат. При виробництві кефіру застосовують природню симбіотичну закваску – кефірні грибки, до складу яких входять молочнокислі бактерії Lactobacillus, дріжджі Saccharomyces kefir і деякі види стрептококів. Кумис одержують із кобилячого молока з використанням молочнокислих бактерій (наприклад Lactobacillus casei), стрептококів і дріжджів, що зброджують лактозу. Сквашування молока при використанні таких заквасок проводять за температури 20-22 °С протягом 10-12 год.

w мезофільних молочнокислих стрептококів (сир кисломолочний, сметана, простокваша звичайна). Основними представниками мікрофлори таких продуктів є молочнокислі стрептококи: Lactococcus lactis, Streptococcus acetoinicus, Lactococcus cremoris, Streptococcus diacetylactis. Сквашування молока відбувається через 6-8 год при 30 °С.

w термофільних молочнокислих бактерій (ряженка, варенець, йогурт, простокваша Південна, Мечніковська). Для приготування цих кисломолочних продуктів використовують суміш молочнокислих бактерій (10:1) Streptococcus thermophillus і Lactobacillus bulgaricus (болгарська паличка). Заквашування молока цими культурами проводять при 40-42 °С протягом 3 год.

w термофільних і мезофільних молочнокислих бактерій (любительська сметана, сметана зі зниженим вмістом жиру, напої «Любительський» «Ювілейний»). Основними представниками мікрофлори таких продуктів є мезофільні і термофільні молочнокислі стрептококи. Температура сквашування молока при використанні змішаних заквасок – 33-38 °С.

w ацидофільних бактерій і біфідобактерій: ацидофільне молоко, афидофілін, біфідопродукти – продукти лікувально-профілактичного харчування. До складу мкрофлори цих продуктів входять: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactococcus lactis, Streptococcus thermophillus з додаванням кефірної закваски; Bifidobacterium bifidum та ін.

Таким чином, розрізняють одноштамові закваски, що складаються з одного штаму, багатоштамові – з декількох штамів одного виду і змішані закваски, до складу яких входять багато штамів різних видів мікроорганізмів.

За складом мікрофлори основні закваски, що використовуються у молочній галузі, поділяють на 3 групи: бактеріальні, грибні та змішані (табл. 1.3).

Таблиця 1.3