CULTURI STARTER

Culturile starter sunt definite ca acele culturi care se obţin

plecând de la o cultură pură stoc şi care prin trecere prin

culturi intermediare (pasaje) devin apte de a fi folosite

pentru producţia unor alimente fermentate. Culturile starter

pot fi formate numai dintr-un singur microorganism sau din

mai multe microorganisme.

Culturile starter de microorganisme sunt utilizate în

vederea:

dirijării unor procese biochimice prin care se asigură

produsului un anumit grad de inocuitate (inclusiv

capacitatea de conservare);

asigurării unor însuşiri senzoriale;

asigurării, în unele cazuri, şi a unor însuşiri nutritive.

La folosirea culturilor starter în industria alimentară trebuie

să se aibă în vedere următoarele:

să conţină un anumit număr de microorganisme viabile

(g/ml) şi un număr cât mai redus de germeni nedoriţi;

produşii metabolici, primari şi secundari, să nu prezinte

pericol pentru sănătatea oamenilor;

să nu conţină şi să nu producă antibiotice care se

utilizează în scop terapeutic la oameni;

să aibă o anumită (anumite) activităţi specifice: de

producere a acidului lactic, de reducere a azotului etc;

microorganismele existente în cultură să fie declarate cu

numele ştiinţific întreg;

speciile (suşele) noi care se introduc în producţie, trebuie

să fie înregistrate la MS şi să fie depozitate în colecţii cu

nomenclator; înainte de utilizare în producţie să fie testate

din punct de vedere al inocuităţii în conformitate cu

legislaţia în vigoare;

suşele declarate a fi sigure trebuie controlate la intervale

regulate de către institute specializate, în ceea ce priveşte

puritatea lor;

speciile, care pe baza noilor cunoştinţe ştiinţifice au fost

recunoscute ca având potenţial patogen sau toxicogen,

trebuie să fie supuse unui control riguros pentru fiecare

suşă, realizându-se studii de toxicitate pe termen lung, de

carcinogenitate şi mutagenitate.

Toate cele menţionate trebuie să se constituie ca o

obligativitate absolută deoarece:

culturile starter se pot consuma în stare vie, odată cu

produsul alimentar, aşa cum este cazul produselor lactate

acide, brânzeturilor, salamurilor şi cârnaţilor cruzi, a unor

sortimente de bere, a unor produse vegetale: varză murată,

castraveţi muraţi, gogonele murate, măsline verzi;

culturile starter se pot consuma după distrugerea lor,

rămânând în produsul alimentar atât ele cât şi produşii lor

de metabolism, aşa cum este cazul brânzei proaspete de

vaci şi a iaurtului care au fost pasteurizate, brânzeturilor

topite, produselor de panificaţie etc.;

produşii de metabolism ai culturilor starter se consumă

odată cu produsele alimentare, însă microorganismele sunt

eliminate în cea mai mare parte, aşa cum este cazul berii,

vinului, alcoolului, oţetului, acidului citric, acidului lactic

etc.

Microorganismele sunt utilizate în industria alimentară

pentru:

BACTERIILE utilizate în industria alimentară aparţin

următoarelor genuri:

Genul Streptococcus Acest gen cuprinde specii de bacterii

sub formă de coci sferici sau ovali cu 2, grupate în

diplo sau formă de lanţuri. Sunt Gram pozitive, facultativ

anaerobe, neciliate, nesporulate, unele specii fiind

capsulate.

Importanţi pentru industria alimentară sunt:

Streptococii mezofili : Streptococcus lactis (Lactococcus

lactis subsp. lactis), Str. cremoris (Lactococcus lactis

subsp. cremoris), Str. diacetilactis (Lactococcus lactis

subsp. diacetilactis);

Streptococii termofili: Str. thermophilus.

Aceşti streptococi lactici sunt homofermentativi, produc

acid lactic L(+) şi prezintă următoarele activităţi:

- activitate fermentativă: fermentează lactoza şi glucoza;

- activitate proteolitică;

- produc diacetil şi acetoină din acid citric ( în principal Str.

diacetilactis).

Fermentarea lactozei de către streptococii lactici se face

prin transformarea iniţială a acesteia în glucoză şi galactoză

– 6P prin intermediul fosfo--galactozidazei. În continuare,

glucoza este apoi fermentată pe calea hexozo – difosfatului

în acid lactic, iar galactoza – 6P este utilizată pe calea

tagatozei în vederea producerii unei cantităţi suplimentare

de acid lactic (fig. 1.11.).

Figura 1.11. Calea tagatozei de degradare a lactozei de

către streptococii lactici

Fermentarea glucozei de către streptococii lactici poate fi

făcută pe cale homofermentativă cu producerea în principal

de acid lactic şi pe cale heterofermentativă, în condiţile în

care glucoza este limitată, calea heterofermentativă fiind

calea ribulozei – 5P cu formare de acid acetic, etanol şi

acid lactic (fig. 1.12.).

2

Figura 1.12. Calea homo şi heterofermentativă de

degradare a glucozei de către bacteriile lactice

Fermentarea acidului citric cu formare de diacetil, acetoină

şi 2,3 butilenglicol este arătată în figura 1.13. Acelaşi

mecanism îl folosesc şi leuconostocii.

Figura 1.13. Transformarea citratului de către Str. lactis

subsp. diacetilactis şi Leuconostoc

Genul Leuconostoc Acest gen cuprinde bacterii cu formă

sferică, lenticulară, grupate în perechi sau lanţuri, imobile,

asporogene, Gram negative, facultativ anaerobe.

Pentru dezvoltare, leuconostocii au nevoie de vitamine

(acid nicotinic, tiamină, biotină) şi zaharuri

fermentescibile. Nu sunt proteolitici şi nu reduc azotaţii.

Specii de Leuconostoc formează polimeri (dextran). Se

dezvoltă bine la 20-30C.

Genul Leuconostoc cuprinde speciile: Leuconostoc

cremoris (citrovorum); Leuconostoc lactis; Leuconostoc

dextranicum; Leuconostoc mezenteroides.

Aceste specii sunt heterofermentative şi se dezvoltă greu în

laptele fără adaos de stimulatori. În produsele lactate,

leuconostocii au două funcţii de bază:

- produc compuşi de aromă (diacetil, acetoină);

- produc ochiuri de fermentare prin formare de CO2 în

unele tipuri de brânzeturi (Edam, Goude, Tilsit).

Ambele funcţii sunt realizate prin metabolismul citratului,

dar leuconostocii produc CO2 şi din lactoză. Leuconostocii

intervin deci în metabolismul glucidelor şi al citratului.

Metabolismul glucidelor Fermentarea glucidelor de către

leuconostoci se face pe calea fosfocetohexozelor, dintr-un

mol de hexoză regenerându-se câte un mol de ATP. Genele

care codifică etapele iniţiale ale fermentării lactozei (ca de

altfel şi ale metabolizării citratului, producerii de proteaze)

sunt localizate în plasmide.

Metabolismul citratului Metabolismul citratului de către

leuconostoci este acelaşi ca şi la streptococi cu menţiunea

că leuconostocii produc diacetil şi acetoină la pH scăzut.

Acetoina se poate forma pe două căi:

- prin decarboxilarea acetolactatului;

- din diacetil prin intermediul diacetil reductazei, într-o

reacţie care necesită NADH sau NADPH. Această ultimă

cale este redusă sau chiar lipseşte în cazul lui Str.

diacetilactis, din cauza capacităţii limitate a acestuia de a

produce acetil- CoA, unul din precursorii diacetilului.

Leuconostocii (ca de altfel şi lactobacilii) pot produce la

unele brânzeturi unele defecte şi anume:

- crăparea pastei la brânza Cheddar ( defect numit “Blit

opennes”);

- apariţia timpurie de gaze la brânza Goude (Str.

diacetilactis poate produce şi el defectul de “plutire” a

coagulului, la brânza Cottage).

Aceste defecte se datorează formării de CO2. Pentru a se

preveni defectul de “plutire” a coagulului, brânza Cottage

se fabrică cu o cultură care nu conţine Str. diacetilactis,

adăugându-se apoi în brânza obţinută o cultură de

Leuconostoc citrovorum cultivată pe lapte cu adaos de

citrat sau o cultură concentrată de Leuconostoc citrovorum.

În afară de industria laptelui, leuconostocii se utilizează şi

pentru:

- fermentarea unor produse vegetale (varză, castraveţi,

măsline) intervenind în cadrul microflorei spontane sau sub

formă de culturi concentrate;

- fermentarea malolactică a vinurilor;

3

- producţia de dextran.

În industria laptelui se folosesc culturi lactice care conţin

streptococi acidifianţi (Str. lactis şi Str. cremoris), precum

şi bacterii producătoare de aromă şi unele specii de

Leuconostoc şi Str. diacetilactis, ultimul fiind aromatizant

şi acidifiant.

Genul Pediococcus. Acest gen aparţine familiei

Streptococaceae şi cuprinde bacterii sub formă de coci

perechi sau tetrade. Metabolismul acestor bacterii este

predominant fermentativ, homolactic. Se produce acid

lactic racemic (DL) din glucoză, fructoză, manoză.

Sorbitolul şi amidonul nu sunt fermentaţi. Multe specii sunt

catalază-negative, dar se întâlnesc şi specii care au

activitate catalazică independentă de hem.

Principalele criterii de diferenţiere între diferitele specii de

pediococi sunt menţionate în tabelul 3.8

P. acidilacti, în culturi starter, este utilizat pentru obţinerea

de produse din carne fermentate la temperaturi mai ridicate,

deoarece are o dezvoltare bună la 42-52C, producând

rapid acidul lactic şi deci scade efectiv pH-ul, produsul

obţinut având gust acrişor. Atunci când se utilizează la

fermentarea unor produse de carne la temperatura de 16-

27C, producţia de acid lactic este mai lentă şi implicit se

pot dezvolta şi microorganismele care contaminează

carnea, durata de fermentaţie fiind mai mare.

P. pentosaceus produce o fermentaţie rapidă când

substratul conţine un glucid fermentescibil, temperatura de

fermentare fiind cuprinsă între 15-27C.

Din tabelul de mai sus rezultă că P. pentosaceus este mai

eficace în ceea ce priveşte producţia de acid lactic atât la

26,7C cât şi 29,4C în comparaţie cu P. acidilactici.

Având în vedere că pediococii produc acid lactic şi

bacteriocine, ei exercită o acţiune inhibitoare faţă de

microorganismele patogene şi cele de alterare (stafilocici,

salmonele, Cl. botulinum, bacili, enterobacterii gram

negative, drojdii).

În produsele de carne fermentate, pediococii pot scade pH-

ul de la 5,6 la 4,5-5,2 ceea ce face ca proteinele să fie aduse

aproape de punctul izoelectric fapt ce favorizează sinereza

şi deci uscarea produsului.

Acidul lactic produs contribuie la denaturarea proteinelor

din carne ceea ce contribuie la realizarea unei texturi ferme

a produsului finit.

Genul Lactobacillus. Acest gen aparţine familiei

Lactobacillaceae. Această familie cuprinde bacterii sub

formă de bastonaşe de lungimi şi grosimi variabile, precum

şi cocobacili scurţi, aşezaţi obişnuit în lanţuri în faza de

înmulţire logaritmică.

Sunt asporogene, imobile, Gram pozitive, anaerobe sau

facultativ anaerobe. În general sunt catalază –negative

citocrom-oxidază –negative, nu reduc azotaţii, nu lichefiază

gelatina. Au activitate proteolitică şi lipolitică redusă.

Glucidele cele mai bine fermentate sunt: lactoza, maltoza,

zaharoza (mai ales în faza de dezvoltare), apoi hexozele

(glucoza, fructoza, galactoza).

Pentru dezvoltare necesită substanţe minerale şi toate

vitaminele din grupul B. Se dezvoltă bine în mediu cu pH

5,5-5,8, dar şi la pH 5 . Se pot dezvolta în limite largi de

temperatură (5-53C), dar temperatura optimă este cuprinsă

între 30 şi 45C.

În funcţie de temperatura optimă de dezvoltare lactobacilii

pot fi:

termofili: L. lactis, L. helveticus, L. bulgaricus, L.

acidophilus, temperatura optimă fiind 37-45C;

mezofili: L. casei, L. plantarum, L. brevis etc.; temperatura

optimă de dezvoltare fiind 26-30C.

Orla Jensen a împărţit genul Lactobacillus în următoarele

grupe:

1. grupa Thermobacterium care cuprinde lactobacili

homofermentativi termofili: L. lactis, L. helveticus, L.

bulgaricus, L. acidophilus, L. delbrueckii; L. leichmanii;

2. grupa Streptobacterium – care cuprinde lactobacilii

homofermentativi mezofili: L. casei, L, plantarum;

3. grupa: Betabacterium – care cuprinde lactobacili

heterofermentativi, ce contaminează frecvent brânzeturile:

L fermenti, L. buchneri, L. brevis, L. viridiscens.

Streptobacteriile la rândul lor, au fost clasificate de către

unii autori în neacidorezistente şi acidorezistente.

Lactobacilii neacidorezistenţi produc compuşi aromatici

(diacetil, acetoină). Se prezintă sub formă de bastonaşe de

lungimi variabile şi rar formează lanţuri .

Se pot dezvolta la 2-15C. Nu se dezvoltă la pH 5,6. Se

utilizează în culturi starter la fermentarea salamurilor crude

cu pH = 5,6 – 6,1, produsele având o durată mare de

maturare, iar gustul final fiind slab acrişor dulceag.

Lactobacilii acidorezistenţi au formă de bastonaşe scurte

care formează lanţuri. Se dezvoltă bine la pH 5,0.

Activitatea metabolică a lactobacililor în produsele

alimentare fermentate se referă la metabolismul lactozei,

galactozei şi glucozei. Zaharoza este fermentată numai

după hidroliza acesteia în glucoză şi fructoză.

Metabolismul lactozei Pentru a se dezvolta în lapte,

lactobacilii homofermentativi hidrolizează lactoza cu

ajutorul -galactozidazei şi/sau -D–fosfogalactozid–

galactohidrolazei, aşa cum arată în schema din figura 1.14.

Figura 1.14. Transformarea lactozei în glucoză şi

galactoză respectiv glucoza şi galactoza 6P de către

lactobacilii homofermentativi

Culturi starter Temperatura de

incubare, C

Durata,

ore

pH-ul

P. pentosaceus

P. acidilacti

P. pentosaceus

P. pentosaceus

26,7

26,7

29,4

29,4

20

38

13

28

5,00

5,65

5,00

5,40

4

-D-galactozid–galactohidrolaza este utilizată de Lb. casei

iar -galactozidaza este utilizată de majoritatea

lactobacililor (L. bulgaricus, L. lactis, L. helveticus etc.),

deşi aceştia din urmă au şi activitate -D–fosfogalactozid–

galactohidrolazică, însă mai redusă.

L. bulgaricus are -galactozidază activă la pH = 7,0 şi este

activată de Mg2+

, Mn2+

şi Fe2+

. În cele mai multe cazuri,

lactobacilii folosesc mai mult glucoza ca sursă de energie

în comparaţie cu lactoza şi galactoza. Unii lactobacili

eliberează în mediu galactoză care se acumulează.

Metabolismul hexozelor După hidroliza lactozei în celulele

lactobacililor homofermentativi, hexozele rezultate sunt

metabolizate pe calea Embden – Meyerhof.

Lactobacilii heterofermentativi fermentează hexozele pe

calea hexozomonofosfatului, aceşti lactobacili neavând

aldolază şi triozofosfat izomerază care sunt enzime cheie în

calea Embden – Meyerhof. Aceasta este de fapt şi diferenţa

dintre cele două grupe de microorganisme, adică

lactobacilii homofermentativi posedă atât aldolază cât şi

triozofosfatizomerază, în timp ce lactobacilii

heterofermentativi nu posedă aceste enzime.

Galactoza, rezultată din lactoză, pentru a fi fermentată

trebuie mai întâi să fie transformată într-un derivat

fosforilat al glucozei (glucozo-6P), care apoi suferă

transformări pe calea Embden – Meyerhof (fig. 1.15.).

Figura 1.15. Transformarea galactozei în glucoză-6P de

către lactobacili

Activitatea proteolitică. Activitatea proteolitică a

lactobacililor contribuie atât la textura cât şi la aroma unor

produse alimentare (produse lactate, produse vegetale

fermentate, produse din carne fermentate etc.), dar şi la

eliberarea unor aminoacizi care stimulează creşterea şi

activitatea altor bacterii lactice folosite în culturile starter în

amestec cu lactobacilii. Se consideră că activitatea

endoproteinazică a lactobacililor este asociată cu

membrana celulelor, iar activitatea exopeptidazică este

localizată intracelular. Enzimele din membrana celulelor

produc hidroliza parţială a macromoleculelor proteice, din

care se formează peptide suficient de mici pentru a fi

transportate în interiorul celulelor unde se continuă

degradarea lor până la aminoacizi, necesari creşterii (figura

1.16.).

Activitatea proteolitică a lactobacililor este optimă la pH

5,2- 5,8 şi temperatura de 45-50C. La temperaturi mai

mari de 55C activitatea proteolitică este mult redusă

datorită termodenaturării enzimei iar la 70C/1min

enzimele sunt complet inactivate.

În cazul laptelui, proteinazele extracelulare ale L.

bulgaricus sunt active faţă de -cazeină, apoi în ordine

descrescătoare şi faţă de Қ şi cazeină.

Figura 1.16. Acţiunea endoproteinazelor extracelulare şi a

exopetidazelor intracelulare în cazul lactobacililor

Producerea de compuşi de aromă şi H2O2 Principala

contribuţie a lactobacililor este producţia de acid lactic. În

cazul produselor lactate acide, deşi speciile de lactobacili

implicate sunt homofermentative, acestea însă produc şi alţi

metaboliţi, printre care produşi volatili ca: acetaldehida,

diacetil şi alcool. In cantitate mai mare fiind produsă

acetaldehida. În plus, L. casei produce diacetil din citrat,

mai ales atunci când laptele se suplimentează cu citrat (L.

casei nu este însă un producător major de diacetil). Anumiţi

lactobacili produc H2O2 care se acumulează în mediul şi

jenează dezvoltarea altora. Acumularea H2O2 în mediul de

cultură este posibilă pentru ca lactobacilii sunt catalază –

negativi. Incapacitatea lactobacililor de a distruge

metabolic H2O2 explică de ce aceştia nu se dezvoltă bine în

condiţii puternic aerobe, oxigenul fiind toxic pentru

lactobacili care nu posedă superoxiddismutază, enzimă care

se constituie ca un sistem de protecţie faţă de toxicitatea

oxigenului, cum este cazul altor bacterii.

Acţiunea lactobacililor este îmbunătăţită prin interacţiuni

cu alte bacterii lactice. De exemplu, cultura mixtă formată

din L. bulgaricus şi Str. thermophilus este adecvată pentru

fabricarea iaurtului, deoarece cultura mixtă produce mai

rapid acid lactic.

Interacţiunea dintre cele două bacterii lactice este benefică

din următoarele motive:

- L. bulgaricus produce aminoacizi liberi, în particular

histidină, care stimulează producţia de acid lactic a lui Str.

thermophilus;

- Str. thermophilus, pe de altă parte, produce acid formic,

care stimulează activitatea lui L. bulgaricus;

- Str. thermophilus, deşi produce o cantitate suficientă şi

de CO2 care stimulează dezvoltarea lui L. bulgaricus, totuşi

dezvoltarea acestuia este mai redusă, deoarece Str.

thermophilus utilizează mai rapid anumite substanţe

nutritive esenţiale pentru dezvoltarea lui L. bulgaricus. În

plus, lactobacilii, în general, sunt sensibili chiar la niveluri

foarte reduse de antibiotice, în comparaţie cu Str.

thermophilus ( de aici şi necesitatea ca laptele să nu conţină

urme de antibiotice).

Utilizarea culturilor de lactobacili:

5

În industria laptelui se utilizează Lactobacillus lactis şi

Lactobacillus bulgaricus, singuri sau în amestec la

fabricarea iaurtului, chefirului, cumâsului, brânzei

Ementhal, brânzeturilor italiene. Lactobacillus helveticus

este şi el implicat în unele din aceste produse.

Lactobacillus acidophilus este folosit la fabricarea laptelui

acidofil, laptelui acidofil nefermentat şi a altor produse

acidofile. Lactobacillus casei se utilizează pentru obţinerea

produsului yakult.

În industria cărnii interesează Lactobacillus sake,

Lactobacillus curvatus şi în special Lactobacillus

plantarum care se caracterizează prin faptul că nu produce

CO2 la fermentarea glucozei dar produce CO2 din gluconat.

Riboza este fermentată la acid lactic şi acid acetic. Posedă

activitate aldolazică, glucozo – 6P – dehidrogenazică. Prin

fermentaţie lactică se produce acid lactic racemic (DL).

Lactobacillus plantarum este facultativ anaerob, nu

produce NH3 din arginină. Poate acidifica laptele şi are

temperatura optimă de dezvoltare la 30-35C. Nu necesită

pantotenat, tiamină, niacină pentru dezvoltare.

Lactobacillus plantarum ca şi Lactobacillus sake pot

descompune acidul gluconic cu formare de acid acetic ceea

ce este dezavantajos în cazul salamurilor la care se

foloseşte glucono – delta – lactona ca acidifiant chimic.

Lactobacillus plantarum poate reduce NaNO3 dacă pH-ul

mediului este mai mare de 6,0 şi nu există zaharuri

fermentescibile în mediul de cultură. Lactobacillus sake şi

Lactobacillus curvatus produc H2O2 în prezenţa O2

atmosferic. Cei doi lactobacili se întâlnesc frecvent în

salamurile crude fără adaos de culturi starter (sunt

componenţi ai microflorei spontane a compoziţiei de

carne).

Alte utilizări Lactobacilii interesează şi în fermentarea

măslinelor, verzii, castraveţilor, gogonelelor, în producerea

spirtului şi drojdiei presate în vederea acidifierii

plămezilor, la fermentarea unor produse fermentate din

cereale (bragă, cvas), la fabricarea acidului lactic prin

fermentare etc.

Genul Micrococcus şi Staphylococcus Microorganismele

din genurile Micrococcus şi Staphylococcus aparţin

familiei Micrococaceae care cuprinde bacterii sub formă de

coci. Se pot dezvolta în medii care conţin 15% NaCl.

Pentru industria cărnii interesează anumite specii de

micrococi şi stafilococi care sunt folosite pentru:

- capacitatea lor de a reduce azotaţii la azotiţi (contribuie

la formarea culorii cărnii sărate în prezenţă de azotaţi);

- activitatea lor catalazică;

- activitatea de acidificare, proteolitică şi lipolitică.

Dintre speciile de micrococci interesează Micrococcus

aurantiacus şi Micrococcus varians.

Pentru industria laptelui, micrococii formează partea

principală a populaţiei nelactice din laptele crud şi

respectiv brânzeturile fabricate din laptele crud. Din brânza

Cheddar fabricată din lapte crud a fost izolat Micrococcus

freundenreichii, care a fost ulterior utilizat sub formă de

cultură pură în scopul accelerării formării aromei brânzei

fabricate din lapte pasteurizat datorită activităţii proteolitice

şi lipolitice. Tot în scopul maturării unor brânzeturi cu

pastă presată s-a utilizat un preparat enzimatic şi anume

Rulactina ce conţine o metal-protează cu activitate strict

endoproteinazică obţinută din Micrococcus caseolyticus.

Din genul Staphylococcus interesează speciile de

stafilococi coagulază-negativi, nepatogeni cum ar fi:

Staphylococcus carnosus, Staphylococcus xilosus,

Staphylococcus simulans.

Combinaţiile de micrococi şi stafilococi sunt eficace pentru

activitatea azotat-reductazică şi catalazică. În aceste

combinaţii, Staphylococcus carnosus acţionează mai bine

decât micrococii în formarea culorii, reducând azotaţii la

azotiţi şi respectiv azotiţii la oxid de azot, chiar în condiţii

de aciditate ridicată a substratului. Aroma produselor la

care este utilizată cultura starter de Staphylococcus

carnosus este superioară.

Genul Streptomyces. Specii din genul Streptomyces pot

altera alimentele, producând mirosuri şi gusturi

dezagreabile, altele (puţine la număr) sunt patogene.

Streptomyces griseus senso Hötter este însă inofensiv şi a

fost folosit pentru capacitatea sa de a reduce azotatul la

azotit, putându-se dezvolta bine în substraturi care conţin ~

8% NaCl şi care au pH = 5,8-8,5. Temperatura optimă de

dezvoltare este la 30C. Este catalază – pozitiv având

capacitate proteolitică dar nu şi lipolitică. Poate fi asociat

cu micrococii şi/sau lactobacilii. În salamurile crude se

inoculează la nivel de 5·103 /g compoziţie.

Genul Propionibacterium. Bacterile din genul

Propionibacterium fac parte din familia

Propionibacteriaceae. Bacteriile propionice fermentează

carbohidraţii, piruvatul/lactatul. Bacteriile propionice “tip

lapte” sunt: Propionibacterium freundreichii (cu

subspeciile freundreichii, globosum şi shermani),

Propionibacterium theonii, acidipropionici şi jensenii.

Principalii produşi de fermentaţie a bacteriilor propionice

sunt CO2, cantităţi mari de acid propionic şi acetic şi

cantităţi mici de acid izovalerianic, formic, succinic, lactic.

Toate speciile produc acid lactic din glucoză. Se dezvoltă

foarte bine la 30-37C şi la pH = 7,0.

Producerea de propionat, acetat şi CO2 Lactatul (respectiv

piruvatul) este transformat în propionat prin reacţia:

3CH3-CHOH-COOH

2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + H2O

Propionatul, acetatul şi CO2 se formează în proporţie de

2/1/1. Diferitele tulpini de bacterii propionice se deosebesc

între ele prin raportul acid propionic /acid acetic format, o

influenţă în acest sens având şi aciditatea substratului,

cantitatea de lactat şi adaosul de carbonat şi succinat.

Producerea de prolină Prolina este considerată ca

principalul component care conferă aromă dulceagă

brânzeturilor de tip şvaiţer, prezenţa prolinei fiind asociată

cu dezvoltarea bacteriilor propionice la maturarea

brânzeturilor de tip şvaiţer. Se consideră că există trei căi

pentru producerea de prolină:

- proteoliza generală;

6

- hidroliza peptidelor care conţin prolină;

- biosinteza prolinei.

La prima cale se ia în considerare producerea de prolină

prin hidroliza cazeinei.

La a doua cale se ia în considerare formarea de prolină din

hidrolizatul cazeinic prin acţiunea peptidazelor

(Propionibacterium shermanii posedă imidopeptidază şi

proliniminopeptidază intracelulare cu optim de pH la 5,5-

6,0).

La a treia cale se are în vedere biosinteza prolinei din

arginină şi mai puţin din acid glutamic, dar calea de

biosinteză este nesemnificativă în raport cu cea de-a doua

cale menţionată.

În orice caz, concentraţia de prolină din interiorul celulelor

este mai mică decât cea a prolinei din mediul de cultură .

Eliberarea prolinei din peptide coincide cu eliberarea

enzimelor celulare în mediu. Bacteriile propionice singure

hidrolizează încet cazeina, dar producerea de prolină în

brânzeturi este sporită prin dezvoltarea anterioară sau

concomitentă a bacteriilor lactice. Viteza formării prolinei

la valorile pH şi concentraţia de NaCl atinsă în brânza

şvaiţer este temporar încetinită, dar maturarea prelungită

anulează efectele de inhibare ale pH-ului şi concentraţia de

NaCl. Se consideră că ionii de cupru ar inhiba producerea

de prolină pe unele căi, această inhibare parţială fiind

benefică, deoarece permite evoluarea altor procese de

aromatizare.

Producerea de diacetil şi acetoină Bacteriile propionice

pot produce diacetil şi acetoină, cantităţile formate fiind

mai mari la 21C decât la 32-37C. Producţia de diacetil

este urmată de reducerea acestuia la acetoină şi 2,3

butilenglicol. Cantitatea de diacetil creşte prin adaos de

citrat, piruvat sau glucoză în mediu de cultură. În culturile

mixte de Str. lactis şi bacterii propionice, producţia de

diacetil se intensifică ca o consecinţă a scăderii pH-ului de

către streptococi. Bacteriile propionice produc şi alte

substanţe care contribuie la aroma brânzeturilor: aldehidă

acetică, aldehidă propionică, alcool etilic, alcool propilic,

dimetilsulfură, acid izovalerianic.

Alte activităţi metabolice Bacteriile propionice pot avea şi

activitate proteolitică şi lipolitică.

Bacteriile propionice pot contribui într-o măsură mai mică

la activitatea proteolitică din brânza Şvaiţer prin enzimele

proteinazice (~12 enzime) şi peptidazice (~ 7 enzime), dar

activitatea proteolitică a bacteriilor propionice este

inferioară bacteriilor lactice (L. bulgaricus, L. helveticus,

Str. thermophilus).

Bacteriile propionice pot contribui şi la lipoliza

trigliceridelor, eliberând acizi graşi cu lanţ lung, dar această

activitate lipolitică este nesemnificativă.

DROJDIILE, ciuperci unicelulare care se înmulţesc prin

înmugurire, mai rar prin sciziparitate şi care formează

ascospori (sunt şi drojdii care nu formează spori, acestea

denumindu-se drojdii/false torule şi micoderme), sunt

agenţi tipici ai fermentaţiei alcoolice.

Se prezintă sub formă de celule rotunde sau ovoide

(Saccharomyces cerevisiae), eliptice (Saccharomyces

elipsoideus), foarte alungite (Saccharomyces pasteurianus),

de forma unei lămâi (Saccharomyces apiculans), de forma

unei sticle (Saccharomyces ludwigii) sau sub formă de

cilindru (Pichia).

Dintre drojdii interesează (în sens util) cele aparţinând

familiei Saccharomycetaceae, genul Saccharomyces care

cuprinde drojdii alcooligene folosite în industria berii,

vinului, pâinii, spirtului, genul Kluyveromices care

fermentează lactoza, genul Debaryomices care se utilizează

în industria cărnii.

Mai interesează drojdiile familiei Cryptococcaceae

(genurile Candida, Torulopsis) care se folosesc ca agenţi

de fermentare şi producători de biomasă.

Utilizări ale drojdiilor

1. Utilizarea pentru fermentarea alcoolică Pentru

fermentaţia alcoolică se folosesc drojdiile adevărate care

aparţin genului Saccharomyces (Meyen) Ress şi care se

caracterizează prin aceea că nu formează micelii tipic,

produc 1-4 spori, iar puterea de fermentare depăşeşte

puterea de respiraţie. Sunt adaptate la condiţii de

anaerobioză şi prin urmare nu formează voaluri la

suprafaţă.

După modul de comportare în timpul fermentaţiei drojdiile

pot fi:

de fermentaţie superioară care se ridică în cantităţi

mari la suprafaţa lichidului de fermentare sub forma unui

strat gros de spumă care se păstrează astfel până la sfârşitul

fermentării. După sedimentare aceste drojdii rar dau un

precipitat dens. Au optim de temperatură la 28…30C şi

fermentează 1/3 din rafinoză. În categoria drojdiilor de

fermentare superioară se încadrează cele care produc

fermentarea alcoolică în cazul obţinerii alcoolului etilic,

pâinii şi unele suşe pentru bere (Saccharomyces

cerevisiae);

de fermentaţie inferioară care se dezvoltă în

lichidul fermentat, nu se ridică la suprafaţă în spumă, dar

formează flocoane şi se sedimentează repede. Au optim la

temperatura de 8…12C şi fermentează complet rafinoza.

Drojdiile de fermentare inferioară se folosesc la obţinerea

berii, vinului, cidrului (Saccharomyces carlsbergensis,

Saccharomyces oviformis, Saccharomyces vini,

Saccharomyces uvarum).

Fermentaţia alcoolică produsă de drojdii este

influenţată de:

- concentraţia zahărului fermentescibil din mediu;

- temperatură ;

7

- conţinutul în alcool din substrat;

- felul drojdiei.

Concentraţia favorabilă de zahăr fermentescibil este de 10-

15%. Fermentaţia alcoolică se desfăşoară lent la pH 4-4,5,

în mediu alcalin sensul fermentaţiei fiind schimbat.

Viteza maximă de fermentare este la 30C, dar în practică

se realizează la 4…28C. Alcoolul pe măsura acumulării în

mediu devine toxic pentru drojdii. Există drojdii care se

dezvoltă la 16-18% alcool (Saccharomyces chevalieri

Guilliermond, Saccharomyces oviformis), însă în cele mai

multe cazuri fermentaţia se opreşte la 12-14%

(Saccharomyces uvarum, Saccharomyces carlsbergensis,

Saccharomyces vini, Saccharomyces cerevisiae).

Odată cu creşterea temperaturii de fermentare se măreşte

toxicitatea alcoolului. Fermentaţia alcoolică este un proces

anaerob. Prin trecerea la aerobioză, drojdiile se înmulţesc

rapid şi produc biomasă.

Fermentarea alcoolică nu este o fermentaţie pură. Se mai

formează glicerină ( 8% din totalul zaharurilor existente în

mediu), acid lactic, acid acetic, substanţe acetoinice (acetil

metil carbinol = acetoină şi diacetil), acid malic, acid

succinic, acid propionic, acid citramalic, acid

dimetilgliceric, alcooli superiori: izobutilic, izoamilic,

amilic, care provin din aminoacizii rezultaţi la degradarea

substanţelor pectice din musturi şi plămezi.

Aceşti alcooli superiori se formează prin reacţii de

dezaminare şi decarboxilare ale aminoacizilor leucină,

izoleucină şi valină.

Fermentaţia alcoolică se aplică la:

obţinerea alcoolului din produse amidonoase (cartofi,

porumb, secară), produse care conţin zaharoză (sfeclă,

melasă), produse care conţin lactoză (zer), produse care

conţin glucoză (hidrolizate celulozice, leşii sulfitice);

obţinerea berii şi vinului, cidrului inclusiv cvas din

pâine, rom, whisky;

obţinerea de băuturi fermentate pe bază de cereale şi

leguminoase;

obţinerea unor tipuri de produse lactate (chefir);

obţinerea de băuturi fermentate pe bază de zer.

2. Utilizarea pentru obţinerea de biomasă (s-a menţionat

anterior);

3. Utilizarea în industria cărnii, în care caz se foloseşte

drojdia Debaromyces hansenii care este tolerantă la NaCl,

nu reduce NaNO3 şi necesită oxigen atmosferic pentru

dezvoltare.

Se dezvoltă bine în straturile periferice ale salamurilor

neafumate sau puţin afumate. Această drojdie are

capacitatea de a consuma oxigenul din pastă şi de a

distruge peroxizii produşi de bacteriile lactice. De regulă,

Debaromyces hansenii se foloseşte în combinaţie cu

Staphylococcus carnosus şi Lactobacillus plantarum sau

Staphylococcus xilosus şi Lactobacillus sake. Se consideră

că prin folosirea drojdiei menţionate produsele capătă o

aromă cu totul deosebită.

4. Utilizarea în industria laptelui La fabricarea

brânzeturilor, drojdiile se dezvoltă la suprafaţa

brânzeturilor dar şi în interiorul brânzeturilor cu pastă

moale sau cu mucegai în pastă în timpul presării, zvântării

şi maturării, având următoarele acţiuni pozitive:

consumă lactatul şi în acest fel contribuie la neutralizarea

pastei, îmbunătăţind prin aceasta consistenţa şi favorizând

implantarea bacteriilor;

produc factori de creştere pentru dezvoltarea bacteriilor;

produc o peliculă de “acoperire” la anumite tipuri de

brânzeturi;

produc proteoliză şi lipoliză şi prin urmare contribuie la

consistenţa şi aroma brânzei respective;

produc compuşi volatili de aromă.

Dintre drojdii, Candida hansei a fost cultivată în asociaţie

cu lactobacili şi Str. thermophilus, favorizând oxidarea

lactatului, scăderea potenţialului de oxidoreducere şi

producerea de factori de creştere, precum şi dezvoltarea

culturilor starter în care este asociată. Drojdia Candida

lipolitica este uneori folosită la fabricarea brânzeturilor cu

mucegai în pastă, datorită faptului că prin lipazele

conţinute realizează o hidroliză a lipidelor din brânză, fapt

ce favorizează utilizarea acizilor graşi de către Penicillium

în reacţiile de -oxidare. Drojdia Torulopsis candida găsită

pe brânzeturi se dezvoltă bine în medii acide şi suportă

concentraţii de NaCl până la 10%. Drojdia Candida kefir şi

alte drojdii din granula de chefir realizează fermentaţia

alcoolică în produsul lactat acid dietetic chefir.

Kluyveromices lactis şi Kluyveromices fragilis se utilizează

la obţinerea de lactază care are multe utilizări.

Kluyveromices lactis şi Kluyveromices fragilis se utilizează

la obţinerea de biomasă prin cultivare aerobă pe zer

(procedeul Bell – Franţa).

Kluyveromices fragilis şi Candida pseudotropicalis se

utilizează pentru obţinerea alcoolului etilic din zer

(procedeul Carbery –Irlanda).

MUCEGAIURILE Pentru industria alimentară interesează

clasa Phycomycetes cu următoarele genuri:

Genul Mucor şi Rhizopus aparţinând familiei

Mucoraceae. Aceste mucegaiuri care se întâlnesc pentru

diferite produse vegetale şi alimentare, sub formă de

colonii pufoase, au o acţiune fermentativă netă.

Specii de Mucor şi Rhizopus se folosesc pentru:

- obţinerea unor produse alimentare fermentate în Orientul

Îndepărtat, pe bază de cereale şi leguminoase;

- în producţia de spirt prin zaharificarea amidonului

(procedeul Amilo care foloseşte Amylomyces rouxi –

Mucor rouxianus);

- în producţia de enzime, în principal amilolitice şi

proteolitice.

Din clasa Ascomycetes interesează ordinul Plectascales cu

genurile Aspergillus şi Penicillium.

Mucegaiurile din genul Aspergillus se utilizează în:

8

- producţia de şuncă în SUA şi Spania (mai puţin);

- obţinerea de produse fermentate tradiţionale în Orientul

Îndepărtat (ceva mai mult);

- obţinerea de enzime: amilaze, proteaze, enzime

pectolitice.

Mucegaiurile din genul Penicillium se utilizează în:

- industria brânzeturilor cu mucegai la suprafaţă şi în pastă

(Penicillium camemberti şi Penicillium roqueforti);

- industria cărnii cu mucegaiuri de acoperire (Penicillium

nalgiovensis şi Penicillium exposus);

- obţinerea de enzime amilolitice, proteolitice, pectolitice.

În industria cărnii, culturile de spori de mucegai se

utilizează pentru maturarea unor şunci, care se

însămânţează cu spori de Penicillium netoxicogen, în

special P. nalgiovensis, P. exposum, şi P. chrysogenum,

respectiv Country curred ham şi Jambon Serano, care se

însămânţează cu spori de Aspergillus glaucus şi a unor

tipuri de salamuri crude fabricate în România , Italia,

Ungaria, Elveţia, Spania, Franţa, Bulgaria; Austria, Belgia,

Germania (şi mai puţin în SUA, Israel, Iugoslavia,

Polonia).

În cazul salamurilor crude afumate/neafumate,

mucegaiurile de acoperire contribuie la:

- reglarea eliminării apei din produs şi a schimbului de

gaze;

- formarea aromei;

- îmbunătăţirea aspectului comercial al produsului.

Aroma este mai evidentă la salamurile cu diametru mai

mic. Produsele pot fi livrate cu mucegaiul de acoperire

intact sau după “ periere”. Culoarea miceliului rămas este

dependentă de varietatea mucegaiului folosit: alb-ivorie

(preferabilă în Italia); gri (preferabilă în Ungaria); alb-mat

(preferabilă în România).

Prin utilizarea culturilor pure de mucegai se suprimă

apariţia la suprafaţa salamurilor a mucegaiurilor

toxicogene, în special a celor producătoare de aflatoxine

precum şi a mucegaiurilor de “pătare” care produc spoturi

de culoare verde sau neagră.

Penicillium nalgiovensis Se utilizează spori de Penicillium

nalgiovensis pentru salamurile crude cu miceliu alb la

suprafaţă. Sporii, în suspensie, se pulverizează la suprafaţa

produselor. După 3-4 zile de la însămânţare se formează

micelii, iar după 5-6 zile de la însămânţare apar corpii de

fructificaţie purtători de conidii. Temperatura optimă de

dezvoltare a mucegaiului este de 22-23C.

Penicillium nalgiovensis foloseşte ca substrat nutritiv

glucidele dar are şi activitate proteolitică şi lipolitică. Nu

are activitate celulazică şi nu produce micotoxine.

Penicillium expansum se dezvoltă bine la 22C şi

umiditatea relativă a aerului este de ~ 82% pentru sporulare

şi ~ 88% pentru germinare. Dezvoltarea bună este la =

92-95%. Sporii pulverizaţi la suprafaţa batoanelor

formează un miceliu pufos în circa 8 zile de la însămânţare,

maturizarea deplină având loc după 30 zile de la

însămânţare. Penicillum expansum nu produce micotoxine

dacă substratul conţine proteine cu sulf (cazul pastei

salamurilor crude).

În industria laptelui culturile de spori de mucegai se

utilizează, aşa cum deja s-a menţionat, la fabricarea

brânzeturilor cu mucegai în pastă cât şi cu mucegai la

suprafaţă (brânzeturi cu pastă moale).

Pentru brânzeturile cu mucegai în pastă (Brânza Roquefort,

Gorgonzola, Stilton, Gammelost) se utilizează spori de

Penicillium roquefort. Pentru brânzeturile de tip

Camembert se utilizează sporii de la două specii de

Penicillium: P. camemberti şi P. caseicolum.

Mucegaiurile dezvoltate în/pe aceste brânzeturi au rol

fundamental în:

- formarea aromei şi gustului;

- formarea consistenţei;

- definitivarea aspectului, procesele care intervin în

formarea aromei şi consistenţei fiind proteoliza, lipoliza şi

-oxidarea acizilor graşi.

Suspensiile de spori se pot adăuga/folosi:

- în laptele destinat brânzeturilor sau amestecarea cu

coagulul obţinut în cazul brânzei cu mucegai în pastă;

- în laptele destinat fabricării brânzei, sau pulverizare la

suprafaţa brânzei formate în cazul brânzeturilor cu mucegai

la suprafaţă. Mucegaiurile mai importante pentru industria

laptelui sunt:

Penicillium roqueforti Thom se dezvoltă bine la 20-25C şi

pH 4,5-7,5. Tolerează concentraţii de 5-8% NaCl. Are

activitate proteolitică, lipolitică şi de -oxidare a acizilor

graşi. Activitatea mucegaiului este stânjenită de prezenţa

acidului propionic în brânză, la concentraţii mari de 30%

CO2 în aerul depozitului. Pentru intensificarea formării

aromei se recomandă ca lipidele din lapte să fie în prealabil

lipolizate cu esterază pregastrică, astfel ca pe măsură ce

mucegaiul sporulează, acizii graşi liberi să fie -oxidaţi

până la metilcetone. P. roqueforti se dezvoltă în canalele şi

golurile practicate în pasta brânzei, sporii formaţi având

culoare verde închis care conferă brânzei un aspect

marmorat.

Penicillium camemberti şi Penicillium caseicolum Sporii

acestor mucegaiuri se utilizează în producţia brânzeturilor

de tip Camembert incluzând Camembert, Brie, Neufchatel,

Coulommier, Garré de l’Est, Olivet.

Penicillium camemberti Thom (Penicillium album) se

utilizează la brânzeturile tip Camembert cu pastă mai

untoasă, mai parfumată, de culoare gri – alburie.

Penicillium caseicolum Bainer (Penicillium candidum) se

utilizează la brânzeturile de tip Camembert cu pasta mai

compactă, o aromă mai delicată, mai discretă şi de culoare

alb – imaculat.

La însămânţare prin pulverizare de spori la suprafaţă a

brânzeturilor cu umiditate ~ 55-60% se formează miceliile

de mucegai care consumă din aciditatea pastei, consecinţa

fiind creşterea pH-ului începând cu a 12 –a zi, iar după 27

de zile pH-ul rămâne constant.

Mucegaiurile din genul Penicillium au activitate

9

endoproteinazică faţă de - şi cazeină, dar au şi activitate

exopeptidazică importantă, fiind demonstrat faptul că atât

P. roqueforti cât şi P. camemberti sintetizează 2

endopeptidaze (o metal proteinază şi o aspartil proteinază)

precum şi două exopeptidaze cu acţiune carboxi- şi

aminopeptidazică, activitatea celor două grupe de enzime

fiind relativ echivalentă în stratul de suprafaţă al

brânzeturilor.

Unele specii de Penicillium camemberti pot produce o

micotoxinâ (acidul ciclopiazonic, dar activitatea toxicogenă

a mucegaiului este aproape nulă la temperatura tehnologică

de maturare a brânzei (14-16C).

La brânza Camembert se pot utiliza şi spori de Geotricum

candidum care se introduc în lapte. Geotricum reduce

pericolul formării peptidelor amare, inhibă dezvoltarea lui

Penicillium, consumă acidul lactic şi deci contribuie la

neutralizarea pastei, având şi acţiune protolitică şi

lipolitică. Brânza Camembert obţinută din lapte pasteurizat

cu adaos de Geotricum candidum are o aromă

asemănătoare cu cea a brânzei Camembert tradiţionale,

adică fabricată din lapte crud.

Culturi starter de bacterii lactice

Culturile starter de bacterii lactice sunt folosite în diferite

domenii: industria laptelui, cărnii, produselor vegetale

murate, industria vinului, industria panificaţiei, industria

sucurilor de fructe şi legume fermentate etc.

Folosirea culturilor starter de bacterii lactice asigură

produselor alimentare în care se introduc un anumit grad de

inocuitate. Această asigurare este realizată deoarece

bacteriile lactice produc:

acizi organici, în principal acid lactic, dar şi acid acetic,

alcool, CO2;

substanţe bacteriocine eliberate în mediul de cultură;

peroxizi organici (H2O2).

În plus, bacteriile lactice intră în competiţie cu

microorganismele patogene şi cele de alterare în ceea ce

priveşte consumul de substanţe nutritive, iar datorită şi

acidifierii mediului, consecinţă a acumulării acizilor

organici, bacteriile patogene şi de alterare sunt inhibate în

dezvoltarea lor. Dintre bacteriile patogene sunt inhibate

stafilococii, salmonelele, Listeria monocytogenes, Cl.

botulinum etc.

Datorită acidităţii se inhibă şi dezvoltarea microflorei cu

activitate proteolitică şi decarboxilazică, deci se formează

cantităţi mai reduse de amine biogene, iar în cazul

cărnurilor sărate în prezenţă de azotiţi, datorită acidităţii se

favorizează descompunerea mai completă a azotiţilor, deci

scade producţia de nitrozamine, mai ales la produsele care

se supun coacerii şi prăjirii.

Culturile starter de bacterii lactice folosite ca atare sau sub

formă de produse lactate dietetice acide sunt benefice

pentru sănătatea oamenilor deoarece:

aciditatea lactică favorizează acţiunea pepsinei ce

produce hidroliza proteinelor, respectiv coagularea cazeinei

laptelui care este în continuare degradată de tripsina

pancreatică;

aciditatea mediului intestinal blochează dezvoltarea

microflorei cu activitate patogenă şi favorizează

implantarea bifidobacteriilor cu consecinţe pozitive pentru

organismul uman (vezi capitolul probiotice).

În legătură cu bacteriocinele, în continuare se fac

următoarele precizări:

- bacteriocinele sunt secretate de bacteriile Gram negative;

- bacteriocinele sunt proteine şi activitatea lor dispare prin

hidroliza lor de către proteaze;

- bacteriocinele au acţiune bactericidă, dar nizina este şi

bacteriostatic. Multe bacteriocine sunt bacteriostatice la

aplicarea lor în produsele alimentare;

- bacteriocinele sunt excretate în mediu în cea mai mare

parte; o mică parte rămân în celulele bacteriene;

- bacteriocinele diferă de antibiotice prin natura speciilor

şi suşelor producătoare, modalităţile de producere şi natura

lor chimică;

- bacteriocinele secretate de bacteriile lactice din culturile

starter sau de protecţie au un spectru de acţiune relativ

limitat în raport cu mai multe specii sau mai multe suşe ale

aceleiaşi specii.

- bacteriocinele sunt sensibile la acţiunea enzimelor

proteolitice metabolice, ceea ce înseamnă că ingerarea de

produse ce conţin bacteriocine nu modifică microbiota

tractului intestinal şi nu va conduce la riscuri în ceea ce

priveşte folosirea de antibiotice comune;

- bacteriocinele sunt stabile la căldură, deci rezistă în

laptele pasteurizat la 63C/30s minimum sau la 72C/15 s;

rezistenţa lor termică se datorează structurii moleculare

simple (excepţie face helveticina J care are o structură

proteică mai elaborată);

- bacteriocinele sunt stabile la pH neutru sau acid, ceea ce

înseamnă că sunt adaptate la condiţiile de mediu ale

bacteriilor producătoare;

- eficacitatea bacteriocinelor în produsele fermentate este

limitată de condiţiile de conducere a fermentaţiei

(temperatură, pH, aw)

Culturi starter utilizate in industria laptelui

La obţinerea culturilor starter trebuie să avem în vedere în

mod deosebit următoarele:

- mediul de cultură (laptele);

- tratamentul termic aplicat laptelui;

- condiţiile de incubare;

- interacţiunile dintre speciile/tulpinile din cultura starter;

- eventualele infectări cu bacteriofagi;

- instabilitatea culturilor starter de bacterii lactice.

De la început, facem precizarea că prin cultură starter

înţelegem culturile obţinute din cultura pură stoc

(inoculum) prin diferite pasaje. Culturile starter sunt

folosite la fabricarea unor produse lactate acide, smântână,

unt, brânzeturi.

10

Culturile starter de bacterii lactice utilizate în industria

laptelui pot fi clasificate în mezofile şi termofile.

Culturile starter mezofile, care la rândul lor, pot fi

clasificate în:

a) Culturi starter singulare (single strain starter) care

conţin numai Str. lactis subsp. lactis şi respectiv Str. lactis

subsp. cremoris (Lactococcus lactis şi Lactococcus

cremoris) ambii homofermentaticvi care produc acid lactic

(L+) în proporţie de 0,8%. Folosirea acestor culturi starter

singulare a apărut ca o necesitate de a se evita formarea

“ochiurilor” de fermentare la unele brânzeturi, “ochiuri”

formate în urma producerii de CO2 de către bacteriile

aromatizante.

Culturile starter singulare mezofile prezintă următoarele

avantaje:

- se poate utiliza continuu aceeaşi cultură cu activitate

relativ constantă şi previzibilă;

- nu este necesară alternarea culturilor, eliminându-se

riscul deprecierii acestora de către fagi,

- se folosesc cantităţi mai mici de inoculum pentru

obţinerea de cultură primară şi secundară;

- influenţele compoziţionale sezoniere ale laptelui sunt mai

reduse;

- se creează condiţii de realizare a unei producţii

standardizate de produse lactate de calitate superioară;

- cultura poate fi controlată şi supravegheată din punct de

vedere al caracteristicilor sale (sensibilitate la fagi,

producerea de acid lactic, compatibilitatea ei, aglutinarea şi

eventual lisogenia).

Culturile starter singulare mezofile prezintă însă

următoarele dezavantaje:

- pot fi depreciate de tulpinile producătoare de

bacteriocine;

- pot fi depreciate de fagi, deci sunt predispuse la liză

fagică;

- pot suferi pierderi de plasmide şi deci pot pierde una sau mai

multe din funcţiile lor.

b) Culturi starter multiple mezofile sunt acele culturi care

se bazează pe folosirea a 5-6 tulpini selecţionate, neînrudite

pe plan fagic şi cultivate separat până la stadiul de cultură

primară sau chiar până la stadiul de cultură starter de

producţie când se amestecă între ele. În aceste condiţii,

tulpinile nu se dezvoltă împreună decât cel mult timp de

10 generaţii, ceea ce face ca nici o tulpină să nu devină

dominantă. Asemenea culturi pot fi folosite mai multe luni

în şir fără a-şi pierde capacitatea de acidifiere.

c) Culturi starter mezofile mixte Aceste culturi sunt

formate, de regulă, din două tipuri de bacterii lactice:

- bacterii lactice acidifiante: Str. lactis sau Str. cremoris;

- bacterii lactice producătoare de aromă: Str. diacetilactis

(Lactococcus lactis var. diacetilactis) sau specii de

leuconostoci.

După tipul bacteriilor aromatizante culturile starter mixte

mezofile pot fi clasificate în următoarele grupe:

culturi starter mixte tip L care conţin numai specii din

genul Leuconostoc: Leuconostoc cremoris (citrovorum),

Leuconostoc dextranicum şi/sau Leuconostoc lactis care

sunt toţi heterofermentativi şi produc acid lactic D(-);

culturi starter mixte de tip D care conţin Str. lactis biov.

diacetilactis ca singură specie producătoare de aromă;

culturi starter mixte tip LD care conţin atât specii de

leuconostoci cât şi Str. lactis subsp. diacetilactis ca

producători de aromă.

La folosirea culturilor starter mixte trebuie să avem în

vedere că:

- streptococii acidifianţi mezofili homofermentativi produc

acid lactic din lactoză;

- leuconostocii, cei heterofermentativi, şi Str. lactis subsp.

diacetilactis (homofermentativ) produc diacetil şi acetoină

din citrat, dar produc şi acid lactic, acetic prin fermentarea

lactozei şi glucozei;

Culturi starter termofile

Culturile starter termofile pot fi:

acidifiante: Lactobacillus acidophilus;

acidifiante/aromatizante care la rândul lor pot fi

constituite din unul sau mai multe specii de lactobacili şi

dintr-o specie de streptococi. În această direcţie amintim:

- cultura starter termofilă pentru iaurt: Lactobacillus

bulgaricus şi Str. therrmophilus;

- cultura starter termofilă pentru brânzeturi: Lactobacillus

bulgaricus + Lactobacillus lactis + Lactobacillus

helveticus + Str. thermophilus. Această cultură starter se

foloseşte la fabricarea brânzeturilor cu pastă tare şi

semitare, deci la care se practică încălzirea a doua a bobului

de coagul.

Utilizarea culturilor starter termofile este benefică

deoarece:

produc acid lactic deci scad pH-ul laptelui şi determină

coagularea acestuia (cazul iaurtului); la brânzeturi

acidifierea favorizează eliminarea zerului din coagul;

au activitate proteolitică şi prin urmare contribuie la

ameliorarea proprietăţilor reologice şi la aroma produselor

fermentate; ca urmare a activităţii proteolitice rezultă şi

aminoacizi din proteine care stimulează dezvoltarea

celorlalte bacterii din culturile starter termofile;

produc şi compuşi de aromă, dar în principal aldehidă

acetică, acetonă, precum şi urme de acetoină;

produc şi substanţe cu caracter filant care influenţează

vâscozitatea produsului (Str. thermophilus în cultura pentru

iaurt);

produc o serie de bacteriocine (Lactobacillus helveticus,

Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei etc.);

produc H2O2 (Lactobacillus bulgaricus).

Având în vedere cantităţile mari de iaurt ce se fabrică pe

plan mondial, este necesar să cunoaştem factorii care

influenţează performanţa optimă a culturilor pentru iaurt.

Aceşti factori se referă la:

11

temperatura de incubare care este de 41-42C (apropiată

de temperatura optimă de dezvoltare a lui Lactobacillus

bulgaricus ). După 3 ore de incubare se ajunge la ~ 500 mil

bacterii/g, raportul dintre L. bulgaricus şi Str. thermophilus

fiind 1/1;

tratamentul laptelui – pasteurizarea influenţează pozitiv

dezvoltarea lui L. bulgaricus prin:

- modificarea structurii proteinelor;

- eliminarea parţială a oxigenului şi realizarea unei

microaerofilii propice;

- distrugerea inhibitorilor din lapte;

- formarea de acid formic care favorizează dezvoltarea

culturii;

disponibilitatea substratului Laptele este un bun substrat

dar trebuie arătat că Lactobacillus bulgaricus are preferinţă

faţă de glucoză şi deci ar trebui ca lactoza să fie

prehidrolizată la -galactozidaza;

metaboliţi produşi în mediu. Lactobacillus bulgaricus

produce H2O2 în mediul de cultură şi deci adausul de

catalază va stimula producţia de acid lactic de către Str.

thermophilus care este mai sensibil la H2O2 decât

Lactobacillus bulgaricus. Laptele destinat iaurtului nu

trebuie să fie agitat prea mult ca să nu includă aer (oxigen)

care ar strica condiţiile de microaerofilie pentru L.

bulgaricus şi ar deveni toxic pentru Str. thermophilus.

Lactobacillus bulgaricus se apără de acţiunea oxigenului

prin intermediul manganului intracelular care înlocuieşte

acţiunea superoxiddismutazei;

interacţiunile dintre bacterii din cultura pură (inoculum)

sau cultura starter. Între cele două microorganisme există

un sinergism deosebit. Lactobacillus bulgaricus produce

aminoacizi din cazeină care sunt necesari dezvoltării lui

Str. thermophilus care, la rândul său, favorizează

dezvoltarea lui L. bulgaricus prin producerea de acid

formic şi CO2;

calitatea laptelui ca substrat de fermentare. Acesta nu

trebuie să conţină antibiotice, substanţe conservante,

dezinfectante şi să provină de la animale sănătoase cu

maximum 400000 leucocite/ml.

Controlul culturilor starter de bacterii lactice

Controlul culturilor starter implică următoarele

determinări:

examenul microscopic care trebuie să arate raportul

dintre coci şi bacili, raport care trebuie să se situeze în

limitele 1/1-1,5/1;

activitatea acidifiantă care se urmăreşte prin

determinarea acidităţii titrabile atunci când cultura se află

în fază logaritmică. În acest fel se pot pune în evidenţă

culturile “rapide” şi “lente” (fast and slow);

rezistenţa la aciditate, ţinându-se seama că Lactobacillus

bulgaricus rezistă până la ~ 1,7% aciditate iar Str.

thermophilus până la 0,8%. Rezistenţa la aciditate se

urmăreşte prin determinarea supravieţuitorilor după ce în

mediul de cultură se atinge o aciditate critică;

rezistenţa la răcire care este importantă pentru produsele

lactate ce se congelează (iaurt, îngheţata de iaurt).

Rezistenţa la răcire se urmăreşte la – 6 - 9C şi apoi la -

18C sau -25C ;

producerea de substanţe filante care constă în măsurarea

vâscozităţii pe o probă inoculată de lapte cu 12% s.u., cu

adaos de CaCl2 0,012%, incubată 4 ore/37C până ce se

atinge un pH de 4,2-4,3. Se pot depista în acest fel culturile

filante;

activitatea proteolitică se poate urmări pe o cultură

păstrată la 4C la care se determină tirozina sau aminoacizii

liberi prin metoda formol titrimetrică;

activitatea lipolitică se poate determina prin măsurarea

indicelui de aciditate din grăsimea culturii (lapte);

proprietăţile senzoriale se determină la culturile de 24-48

ore la 20C (se pot determina şi substanţele de aromă

respectiv diacetilul, acetaldehida, acetoina).

CULTURI STARTER CONCENTRATE DE

MICROORGANISME

Definiţie

Culturile starter concentrate sunt definite ca acele culturi

dezvoltate în condiţii controlate, concentrate într-un volum

mic şi conservate prin congelare sau uscare în vederea

depozitării şi transportului.

Culturile concentrate pot fi de bacterii, drojdii, spori de

mucegai. În ceea ce priveşte culturile starter concentrate de

bacterii cele mai des utilizate sunt culturile de bacterii

lactice. Pe lângă acestea se folosesc şi alte culturi de

bacterii concentrate: micrococi, pediococi, stafilococi,

streptomicii, bacterii propionice etc.

Culturile concentrate de bacterii pot fi utilizate pentru:

obţinerea culturilor starter de producţie (maiele de

producţie);

obţinerea produselor fermentate prin utilizare

directă în lapte, compoziţii carnate etc.

Indiferent de domeniul de utilizare, culturile starter

concentrate pot fi obţinute prin două procedee:

procedeul de cultivare periodică;

procedeul de cultivare continuă.

Tehnologia de obţinere a culturilor starter concentrate

Tehnologia de obţinere include următoarele operaţii de

bază:

inocularea mediului de cultură cu

microorganismul din cultura stoc;

incubare pentru multiplicare la nivel maxim;

concentrarea mediului împreună cu celulele sau

separarea celulelor, de regulă prin centrifugare şi

resuspendare într-un lichid adecvat,

12

conservare prin congelare şi uscare;

depozitare în stare congelată şi uscată.

În tehnologia de obţinere a culturilor starter concentrate

trebuie ales un mediu de cultură care să asigure toate

substanţele pentru dezvoltarea (multiplicarea) culturii,

realizându-se un control riguros al temperaturii şi

menţinerii pH-ului la valori optime.

Pentru eventuala neutralizare a acidităţii se utilizează

hidroxid de amoniu şi/sau hidroxid de calciu.

Conservarea prin congelare a concentratului de

microorganisme se face în două moduri:

- sub formă lichidă, în care caz, concentratul de

bacterii se suspendă într-un antigel solubil în apă (alcooli

polihidrici) care se utilizează în proporţie de 40-50% faţă

de concentrat. Congelarea se face la -40C (de fapt se

realizează o subrăcire).

Acest gen de conservare prezintă următoarele avantaje:

se împiedică acţiunea dăunătoare a gheţii asupra

celulelor de bacterii;

manipularea concentratului este mai uşoară;

concentratul se poate încălzi până la temperatura

de utilizare chiar în timpul manipulării fără ca celulele să-şi

piardă viabilitatea şi activitatea;

- congelarea în azot lichid (-196C) în care caz

concentratul se amestecă cu un agent crioprotector: 10%

glicerol, 7,5% lactoză în cazul bacteriilor lactice.

Pentru culturile starter concentrate de pediococi s-a propus

ca la concentrat să se adauge agenţi de stabilizare cum ar fi:

glicerolul, lapte praf degresat, extract de malţ,

metalglicerofosfaţi alcalini, glutamat monosodic, acid

glutamic, cistină şi/sau dextran. Amestecul respectiv se

introduce în pungi de plastic care se congelează în azot

lichid.

Depozitarea culturilor starter concentrate se poate face:

a) la temperaturi de –20…-40C;

b) la temperatura de -196C (în azot lichid);

- conservarea prin reducerea conţinutului de apă se face prin liofilizare, în care caz concentratul de bacterii

se amestecă cu un suport adecvat (lapte praf degresat,

lactoproteine pulbere lactoză, zaharoză) după care se

liofilizează. La liofilizare (faza de desicare secundară)

temperatura produsului nu trebuie să depăşească 40-45C.

După liofilizare se face ambalarea sub vid sau în

atmosferă de gaz inert. Depozitarea produselor liofilizate

trebuie să se facă la temperaturi scăzute (-18C).

Culturile starter concentrate trebuie să conţină între

2,5·1010

– 5,5·1010

celule viabile-active/ g sau ml.

Utilizarea culturilor starter concentrate de bacterii

lactice în industria laptelui

Culturile starter concentrate de bacterii lactice care se

folosesc în industria laptelui sunt acelea destinate:

pentru brânza Cheddar, brânzeturi tip italian şi

elveţian;

pentru brânza de vaci, smântână, lapte bătut, iaurt.

Avantajele şi dezavantajele folosirii culturilor starter de

bacterii lactice în industria laptelui sunt arătate în tabelul de

mai jos.

Avantajele şi dezavantajele folosirii culturilor starter de

bacterii acterii lactice

Culturi starter concentrate de bacterii propionice

pentru industria laptelui

Mediul de cultură pentru realizarea culturilor starter

concentrate de bacterii propionice poate fi laptele degresat

cu adaos de 1% tripticază, 1% extract de drojdie ca sursă de

vitamine şi factori suplimentari de creştere 1% lactat de

sodiu; 0,025% KH2PO4; 0,0005% MnSO4. Mediul de

cultură se ajustează la pH = 7,0 şi se sterilizează.

Incubarea mediului de cultură inoculat cu bacterii

propionice din cultura stoc se face la 32C/3 zile.

Dacă mediul de cultură conţinând bacterii propionice

dezvoltate după incubare se utilizează ca o cultură (maia)

de producţie, atunci dezvoltarea bacteriilor propionice se

opreşte înainte de coagularea laptelui, deoarece în stare de

coagul, cultura starter se repartizează greu în laptele

destinat fabricării brânzeturilor.

Celelalte operaţii de obţinere a culturii starter concentrate

de bacterii propionice sunt aceleaşi ca cele descrise la

celelalte tipuri de culturi starter concentrate.

Depozitarea culturilor starter concentrate de bacterii

propionice se face la 5C în care caz celulele îşi păstrează

viabilitatea şi activitatea 8 săptămâni. Depozitarea la 25C

poate fi făcută pentru cel mult 2 săptămâni.

Avantaje Dezavantaje

Activitatea culturilor

poate fi controlată şi

supravegheată înainte de

expediere

Se elimină operaţiile de

întreţinere şi de preparare a

maielelor intermediare

(primară, secundară, terţiară)

Se face economie la forţa

de muncă

Se pot stabili uşor

sistemele de rotaţie în

vederea evitării infecţiei cu

bacteriofagi

Se obţin produse de

calitate mai constantă

Se scurtează procesele

tehnologice ale fabricării

produselor prin accelerarea

acidifierii, deoarece se

suprimă faza de dezvoltare

logaritmică în laptele de

fabricaţie

Necesită spaţii de

depozitare la temperaturi

scăzute atât la producător

cât şi la cumpărător

pentru păstrare până la

folosire

Concentrarea nu este

posibilă la toate culturile

starter

Depozitarea în stare

congelată sau uscată, în

funcţie de timp, poate

conduce la micşorarea

drastică a numărului de

celule viabile

Culturile pot să fie

influenţate negativ în ceea

ce priveşte unele plasmide

ce codifică anumite

funcţiuni

13

Culturile starter concentrate se adaugă direct în laptele

destinat fabricării brânzeturilor (deci nu se mai folosesc

obţinerea de culturi intermediare).

Utilizarea culturilor starter concentrate de bacterii în

industria cărnii

Culturile starter concentrate de bacterii folosite în industria

cărnii pot fi singulare sau în amestec. Ele pot fi formate din

bacterii lactice (L. plantarum, L. sake, L. pentosus, L.

alimentarius), pediococi (P. acidilacti, P. pentosaceus),

stafilococi (S. carnosus, S. xilosus), micrococi (M.

varians), streptomicii (Streptomyces griseus).

În literatura de specialitate sunt menţionate următoarele

culturi starter concentrate de bacterii singulare sau în

amestec:

S. carnosus

S. carnosus + P. pentosaceus;

S. xylosus + P. pentosaceus;

M. varians;

M. varians + P. pentosaceus + P. acidilacti;

M. varians + P. pentosaceus;

S. carnosus + Streptomyces griseus.

Culturile starter de micrococi sau stafilococi sunt

recomandate la maturarea lentă a salamurilor crude unde se

realizează o scădere lentă a pH-ului şi deci consistenţa

produsului se realizează în timp. Gustul acestor produse

este puţin acrişor (pH 5,6-6,1).

Culturile starter mixte (micrococi/stafilococi/lactobacili) se

utilizează la maturarea rapidă a salamurilor crude în care

caz realizarea consistenţei merge paralel cu acidifierea.

Culturile starter concentrate de utilizare în industria cărnii

pot fi livrate în stare lichidă subrăcită sau uscată. Adaosul

în compoziţie trebuie să asigure o concentraţie de cel puţin

106-10

7/g pastă. Modul de folosire al culturilor starter

concentrate este în funcţie de modul lor de conservare.

Cele congelate în antigel se utilizează ca atare; cele

liofilizate se suspend în apă pentru o distribuţie mai

uniformă în compoziţie.

Culturile starter concentrate de bacterii lactice pentru

industria cărnii nu se amestecă cu sare, condimente, acid

ascorbic, acizi alimentari şi nici nu se păstrează în amestec

cu substanţele menţionate deoarece se inactivează rapid.

De asemenea trebuie să se aibă în vedere două situaţii

particulare:

Folosirea culturilor starter concentrate în pasta cu adaos

de GDL (glucono delta lactona). În condiţiile folosirii GDL

pH-ul pastei scade rapid, proteinele sunt aduse la pH

izolelectric şi pierd apa de hidratare, azotitul de reduce bine

la NO, se favorizează dezvoltarea bacteriilor lactice care

produc şi H2O2. Acidifierea rapidă împiedică însă

dezvoltarea micrococilor care sunt necesari dacă se

lucrează cu NaNO3. La folosirea GDL este deci recomandat

să se folosească culturi starter concentrate de stafilococi

care produc catalază, reduc azotatul la azotit şi se pot

dezvolta la pH 4,7 fiind şi un bun producător de aromă;

Folosirea culturilor starter în pasta cu adaos de uleiuri

eterice. Aceste uleiuri eterice au acţiune bacteriostatică,

mai ales dacă solventul lor este şi alcoolul etilic şi, deci,

inhibă culturile starter. În acest caz se recomandă să se

folosească o cantitate mult mai mare de cultură starter, pe

de altă parte uleiurile eterice să fie încapsulate.

Culturile starter concentrate folosite în industria cărnii

trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- să fie tolerante la NaCl (concentraţie 2,5-3%);

- să se dezvolte bine în saramura de concentraţie 6%;

- să se dezvolte bine în prezenţă de 80-100 mg NaNO2/kg

compoziţie dar să acţioneze şi la temperatură mai scăzută

(14-24C);

- să producă numai acid lactic (culturile starter

concentrate de bacterii lactice să cuprindă numai specii

homofermentative);

- să fie puţin lipolitice şi proteolitice;

- să nu producă mirosuri şi gusturi nedorite din cauza

produşilor secundari de metabolism;

- să fie nepatogene (să nu producă infecţii şi să nu producă

toxine);

- să se adapteze compoziţiei de carne utilizată şi condiţiilor

de fermentare a produselor, respectiv la creşterea

concentraţiei de NaCl, la temperatura de afumare rece şi de

uscare, de activitate a apei care scade progresiv pe măsura

uscării produsului;

- să producă catalază şi nitratreductază (cele cu micrococi,

streptomicii, stafilococi);

- să fie inactivate la 57-60C.

Folosirea culturilor starter concentrate de bacterii (în

special lactice şi pediococi) prezintă următoarele avantaje:

- se micşorează durata de maturare a produselor carnate;

- se îmbunătăţesc proprietăţile senzoriale (gust, miros,

consistenţă);

- se asigură un grad înalt de inocuitate produsului carnat

(salamurile şi cârnaţi cruzi) prin controlul dezvoltării

microorganismelor patogene şi de alterare şi prin limitarea

folosirii unor substanţe cu caracter toxic (amine şi

nitrozamine).

Lactobacilii din culturile starter concentrate produc în

compoziţia salamurilor crude următoarele efecte:

acidifierea pastei cu următoarele consecinţe:

- scăderea pH-ului şi deci aducerea proteinelor la punctul

izoelectric deci şi la starea de hidratare minimă,

favorizându-se în acest fel uscarea;

- reducerea mai rapidă şi mai completă a NaNO2;

- inhibarea microorganismelor patogene: Staphilococcus

aureus, Salmonella, Cl. botulinum;

producerea de substanţe de aromă;

controlul producţiei de amine biogene prin inhibarea

bacteriilor cu activitate decarboxilazică (inhibare prin

competiţie faţă de nutrienţi şi, respectiv, prin acidifiere);

14

controlul producţiei de nitrozamine (aciditate formată,

respectiv pH-ul scăzut favorizează transformarea NaNO2 în

NO şi deci rămâne în produs o cantitate mai mică de

NaNO2 care ar putea intra în combinaţie cu aminele

secundare pentru a forma nitrozaminele;

controlul microflorei de alterare şi patogene prin

producţia de H2O2, bacteriocine.

Pediococii din culturile starter concentrate produc în

compoziţia salamurilor crude următoarele efecte:

acidifierea mai redusă a pastei la temperaturi mai ridicate

fără formarea de produşi care să afecteze negativ gustul şi

mirosul;

producerea de H2O2, bacteriocine cu acţiune inhibitoare

faţă de microorganismele patogene.

Culturi starter concentrate de spori de mucegai

Tehnologia de obţinere include următoarele operaţii:

prepararea mediului de cultură, sterilizarea acestuia şi

repartizarea în eprubete (agar înclinat);

însămânţarea mediului în eprubete cu spori de mucegai

ce se doreşte a se cultiva;

termostatare pentru germinare spori cu organe purtătoare

de spori şi sporulare;

preluare spori cu 2 ml ser fiziologic 0,8% şi însămânţare

medii de cultură Czapek cu 2% agar aflate în vase Roux;

recoltare spori din vase Roux cu ser fiziologic 0,8%

astfel ca să se asigure în suspensie 108-10

10 spori/ml;

păstrare suspensie la 0-4C.

Cultura cu spori de mucegai concentrată poate fi livrată şi

sub formă de emulsie liofilizată, emulgatorul fiind

polietilsorbitanul .

Se pot realiza culturi starter concentrate de spori cu

mucegaiurile utilizate în industria laptelui şi cărnii,

utilizarea lor fiind în funcţie de produsul alimentar în care

se foloseşte cultura respectivă de spori de mucegai.

Pentru industria cărnii, la utilizare suspensia de spori de

mucegai concentrată se diluează cu apă fiartă şi răcită în

raport de 1/3.