Curs 9 - Culturi Starter

CULTURI STARTERcurs 9

Biotehnologii Alimentare

Culturile starter sunt culturi de microorganisme cu

punct de plecare cultura pură stoc (de laborator), care prin pasaje repetate conduce la obţinerea culturilor intermediare, utilizate la prepararea unor alimente fermentate.

CULTURA pasaje repetate CULTURI STOC INTERMEDIARE

Aceste culturi pot conţine o singură specie microbiană sau mai multe specii.

Definiţie

Culturile starter sau produşii lor de metabolism, se

pot regăsi în produsul finit, sub următoarele forme: culturi starter vii, care se consumă odată cu

produsul: produse lactate acide, brânzeturi, salamuri şi cârnaţi cruzi, unele produse vegetale în stare murată (castraveţi, varză, murături);

culturi starter inactivate, împreună cu produşii lor de metabolism, care se consumă odată cu produsul: brânza proaspătă de vaci, iaurtul - care au fost pasteurizate, brânzeturile topite, produsele de panificaţie;

metaboliţii culturilor starter, rămaşi în produs după îndepărtarea microorganismelor: acid citric, acid lactic, bere, vin, alcool, oţet.

Date generale

Condiţii pe care trebuie să le îndeplinească culturile

starter, utilizate în industria alimentară: să conţină un anumit număr de germeni vii/ ml sau g de produs; să nu conţină germeni nedoriţi; tulpinile microbiene respective să nu sintetizeze antibiotice (de tipul

celor utilizate în antibioterapia umană), iar produşii lor de metabolism să nu prezinte risc pentru sănătatea omului;

să manifeste o activitate specifică (producerea de acid lactic, reducerea azotatului);

tulpinile microbiene conţinute de culturile starter, trebuie declarate sub denumirea ştiinţifică şi vor fi controlate periodic pentru puritate, de către laboratoare specializate;

noile tulpini introduse în activitatea de producţie trebuie înregistrate la Ministerul Sănătăţii, se păstrează în colecţii cu nomenclator şi se testează;

la tulpinile pentru care există semnalări în literatura de specialitate că ar avea potenţial toxigen sau patogen, se efectuează teste riguroase de toxicitate pe termen lung, carcinogenitate şi mutageneză.

Date generale

Fermentarea glucidelor de către bacteriile din culturile starter

este dependentă de mai mulţi factori: temperatura de incubaţie, concentraţia NaCl, concentraţia bacteriilor lactice din cultura starter, forma sub care se găseşte cultura starter, tipul şi cantitatea de glucid adaugat, activitatea apei, pH, temperatură, etc . Temperatura de fermentare trebuie stabilită în funcţie de

temperatura optimă de dezvoltare a bacteriilor din cultura starter.

Adaosul de NaCl. Concentraţia de NaCl în apa liberă a compoziţiei (şi nu conţinutul total în NaCl), nu influenţează în egală măsură, dezvoltarea microorganismelor din cultura starter. Astfel, o cultură starter alcătuită din stafilococi şi lactobacili este mai toleranta fata de NaCl, decat o cultura constituita din stafilococi şi pediococi.

Factorii care influenţează activitatea fermentativă a bacteriilor din

culturile starter

Tipul de glucid adaugat influenţează, de asemenea, viteza

de fermentaţie şi cantitatea de acid lactic produsă. Glucoza determină viteza cea mai mare de fermentaţie şi acumularea cea mai crescută de acid lactic, fiind urmată de zaharoză, maltoză, maltodextrină, galactoză şi rafinoză.

Creşterea cantităţii de glucid adăugată influenţează acumularea de acid lactic în cazul lactobacililor, pe când în cazul pediococilor pH-ul nu este influenţat de cantitatea de glucid.

Factorul aw sau valoarea aw reprezintă raportul dintre apa liberă şi apa pură din aliment şi semnifică activitatea apei (aw-water activity).

aw=p/ p0

unde: p - cantitatea de vapori de apă din aliment; p0 - cantitatea de apă pură din aliment.


culturile starter

Activitatea apei este invers proporţională cu

presiunea osmotică a produsului. Valorile minime ale aw la care se pot multiplica microorganismele, diferă de la o specie microbiană la alta.

Microorganismele capabile să se multiplice la valori scăzute aw se numesc osmotolerante (Staphylococcus, Micrococcus, Sarcina). Există şi bacterii care s-au adaptat la medii cu concentraţii crescute de NaCl (12-15%) şi se dezvoltă numai în aceste condiţii. Aceste bacterii sunt definite ca bacterii halofile obligatorii şi dintre acestea, prezintă interes pentru industria alimentară genurile Halobacterium şi Halococcus, izolate din preparate de pescărie foarte sărate.


culturile starter

awmaximă

Microorganisme care se pot dezvolta

Produs alimentar; conţinut apă

1,00-0,90 Majoritatea bacteriilor Salamuri, şuncă

0,90-0,87 Majoritatea drojdiilor Salamuri, brânză veche

0,87-0,80 Majoritatea mucegaiurilor Staphylococcus aureus

Lapte condensat, îndulcit

0,80-0,75 Majoritatea bact. halofîle Marţipan cu 15-17% apă

0,75-0,65 Mucegaiuri xerofile Fulgi de ovăz cu 10% apă

0,65-0,60 Drodiile osmofile Fructe uscate cu 15-20% apă Bomboane caramel cu 8% apă

0,50 Nu mai este posibilădezvoltareamicroorganismelor

Macaroane cu 12% apă

0,40 Praf de ouă cu 3-5% apă

0,30 Produse de panificaţie cu 3-5% apă

0,20 Lapte praf cu 2-3% apă

0,10 Zahăr cu 1% apă

Limitele valorii activităţii apei la 20°C

(după N. Buchner, 1999)

Microorganismele care se pot dezvolta în produse cu

valoarea aw scăzută (mai mici de 0,90), sunt definite: halofile, xerofile, osmofile. Microorganismele halofile se pot dezvolta în medii cu aw

redusă, dar nu în medii cu aw ridicată, ele necesită prezenţa unei anumite concentraţii de NaCl în substrat.

Microorganismele xerofile se dezvoltă în medii cu aw sub 0,85. Ex. mucegaiurile xerofile - Xeromyces bisporus este capabil de multiplicare până la aw = 0,75.

Microorganismele osmofile se multiplică în medii cu presiunea osmotică crescută. Ex. drojdiile tolerante faţă de zahăr.

Marea majoritate a produselor alimentare complexe au la 20°C activitatea apei mai mică de 0,50, la care nu se înregistrează modificări microbiologice.


culturile starter

Efectul activităţii apei asupra microorganismelor trebuie

analizat în ansamblu, cu alţi factori de mediu.

Astfel, temperatura poate influenţa semnificativ efectul activităţii apei asupra unei populaţii microbiene. Spre exemplu, numărul de celule de Salmonella typhimurium scade de 10 ori, la 60°C, în 0,18 minute, la o activitate a apei mediului de suspensie de 0,995. Dacă activitatea apei scade sub 0,94, sunt necesare 4,3 min. pentru a reduce de 10 ori populaţia bacteriană.

De asemenea, pH-ul poate influenţa efectul activităţii apei asupra microorganismelor. Alimentele cu un pH 5,0 (valoare situată în intervalul de pH care permite dezvoltarea speciei Clostridium botulinum) şi cu activitatea apei de 0,935 (peste valoarea minimă pentru acesta specie bacteriană), nu permit dezvoltarea acestei bacterii.


culturile starter


culturile starter

In funcţie de acţiunea combinată a aw,

pH-ului şi temperaturii de conservare, preparatele de carne după puterea lor de conservare, au fost clasificate în 3 categorii: uşor perisabile, perisabile şi stabile .

Metode de reducere a aw a

alimentelor:• sărarea sau conservarea în saramură a

legumelor, brânzei, peştelui;• fierberea fructelor în siropuri de zahăr

- obţinerea de dulceţuri, gemuri etc;• uscarea; liofilizarea;• concentrarea (lapte condensat, pastă

de tomate).

Factori Preparate de came

uşor perisabile

perisabile stabile

pH >5,2 5,0-5,2 <5,2 <5,0

aw >0,95 0,90-0,95 ≤0,95 <0,90

temperatura de

depozitare

≥5°C ≥10°C Nu necesită refrigerare

Clasificarea preparatelor de carne în funcţie de pH şi

activitatea apei

Aciditatea si pH-ul. pH-ul alimentelor este in

relatie directă cu concentraţia ionilor de hidrogen. Astfel, dacă un aliment are pH 5,0, atunci concentraţia ionilor de hidrogen este 10-5 (0,00001) moli/litru. Intervalul valorilor de pH este cuprins între 0 şi 14. pH-ul neutru este 7,0 (pentru că apa pură are pH 7,0). Valorile sub 7,0 sunt considerate acide, iar cele mai mari decât 7 sunt considerate bazice sau alcaline.

Unele alimente pot avea pH alcalin: albuşul de ou, porumbul dulce, însă majoritatea alimentelor sunt acide.


culturile starter

Alimentele, în funcţie de valoarea pH, sunt încadrate în două

categorii: alimente cu aciditate scăzută, cu pH > 4,6; alimente cu aciditate crescută, al căror pH < 4,6.

Valoarea de 4,6 este considerata o valoare critica, deoarece sporii de Clostridium botulinum nu germinează la valori de pH ≤ 4,6.

La alimentele cu aciditate scăzută, cu pH > 4,6, trebuie ca sporii să fie inactivaţi prin căldură: la 115,6°C, timp de 20 minute.

Pentru alimentele cu aciditate crescută, tratarea termică prin pasteurizare este suficientă, deoarece sporii de Clostridium botulinum, eventual prezenţi, nu vor germina în aceste produse. Microorganismele se pot dezvolta în medii cu pH cuprins între 3,8 şi

11, însă valorile optime se situează între 6,5 şi 7,5. Intervalele convenabile de pH diferă de la un gen la altul şi uneori de la o specie la alta. Mucegaiurile tolerează limite mai largi de pH.


culturile starter

Nitraţii se utilizează la obţinerea unor produse alimentare. De exemplu, nitraţii (NO3") se adaugă în laptele destinat fabricării brânzeturilor sub formă de KNO3 sau NaNO3, în special în sortimentele Olanda, Edam şi Gouda pentru a preveni dezvoltarea speciei Clostridium tyrobutyricum, care fermentează lactatul la butirat, H2 şi CO2:

2 lactat -» 1 butirat + 2 CO2 + 2 H2

Gazele H2 şi CO2 sunt responsabile pentru ochiurile mari şi lipsa aromei. La aceste sortimente de brânzeturi, rata migrării NaCl este relativ lentă şi egalizarea concentraţiei de sare în brânzeturi poate lua câteva săptămâni. In plus, conţinutul de umiditate este mare. De aceea, inhibarea creşterii microorganismelor de alterare, precum Clostridium tyrobutyricum este necesară, în principal până se atinge echilibrul salin, iar nitraţii joacă rolul de inhibitor pentru clostridii.


culturile starter

In timpul maturării, nitratul se reduce la nitrit (inhibitorul

real al creşterii) sub acţiunea enzimei nitratreductazei, de origine indigenă.

Nitriţii nu afectează dezvoltarea bacteriilor lactice dar inhibă proprionibacteriile responsabile de formarea ochiurilor de fermentare în brânza Emmental şi de aceea nu se utilizează pentru controlul speciei Clostridium tyrobutyricum, acolo unde este dorită prezenţa golurilor de fermentare.

Nitriţii pot reacţiona cu aminoacizi aromatici din brânzeturi producând nitrozamine. Majoritatea nitratului adăugat la fabricarea brânzeturilor se regăseşte în zer sau difuzează în saramură. Odată ce brânzeturile sunt gata de consum, nivelul nitritului se situează mult sub nivelul admis (50 mg/kg), conform prevederilor pentru brânza Olanda.


culturile starter

In industria alimentară, culturile starter sunt utilizate în diferite domenii: industria laptelui şi cărnii, obţinerea produselor vegetale murate, a vinului, a produselor de panificaţie, a sucurilor fermentate din fructe şi legume.

Acţiunea culturilor starter, este direcţională în două sensuri: optimizarea tehnologiei de obţinere a produsului

alimentar şi influenţarea favorabilă a organismului uman

consumator. In ceea ce priveşte prima direcţie, menţionăm că:

Culturi starter constituite

din bacterii lactice

- Bacteriile lactice produc acid lactic din glucidele prezente în

substratul pe care se dezvoltă şi totodata crează un mediu acid favorabil dezvoltării altor microorganisme care furnizează compuşi aromatici. Nivelul formării acidului influenţează disocierea fosfatului de calciu coloidal, care la rândul sau influenţează proteoliza în timpul maturării si determină proprietăţile reologice ale brânzeturilor;

- Bacteriile lactice intră în competiţie cu diferite bacterii patogene (stafilococi, salmonele, Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum), dar şi cu bacterii de alterare.

- Unele bacterii lactice sintetizează bacteriocine cu spectru antibacterian, de regulă îngust, însă unele bacteriocine (reuterina sintetizată de Lactobacillus reuteri) au spectru de acţiune larg faţă de bacterii Gram pozitive şi Gram negative, dar şi chiar fata de unele ciuperci microscopice şi protozoare.

Culturi starter constituite din bacterii lactice

Dezvoltarea bacteriilor producătoare de acid lactic induce

scăderea potenţialului redox (Eh), necesar pentru producerea şi reducerea compuşilor cu sulf (metantiolul), care contribuie la formarea aromei unor produse (brânza Cheddar). Dintre acţiunile benefice ale culturilor

starter asupra organismului uman amintim: aciditatea lactică stimulează activarea pepsinogenului

gastric în pepsină şi crează un mediu favorabil acţiunii pepsinei asupra proteinelor alimentare;

acidifierea mediului intestinal conduce la inhibarea dezvoltării unor microorganisme patogene, favorizând dezvoltarea bifido-bacteriilor, cu actiune favorabilă pentru organism.

Culturi starter constituite din bacterii lactice

Specia Temperatura de dezvoltare °C

Tip fermentativ

Acid lactic %

pH final

Minim Optim Maxim Homo Hetero

Lb.* delbrueckii subsp. bulgaricus

22 45 52 + 1,5-1,8 3,8

Lb.* delbrueckii subsp. lactis

18 40 50 + 1,5-1,8 3,8

Lb.* helveticus 22 42 54 + 1,5-2,2 3,8

Lb.* acidophilus 27 37 48 + 0,3-1,9 4,2

Lb.* kefir 8 32 43 + 1,2-1,5 -

Lb.* brevis 8 30 42 + 1,2-1,5 -

Lb.* casei subsp. casei

30 + 1,2-1,5 -

Streptococcus thermophilus

22 40 52 + 0,6-0,8 4,5

Lc.** lactis subsp. lactis

8 30 40 + 0,5-0,7 4,6

Lc.** lactis subsp. cremoris

8 22 37 + 0,5-0,7 4,6

Lc**.lactis subsp. lactis

biovar. diacetilactis

8 22-28 40 + 0,5-0,7 4,6

Ln.*** mezenteroides subsp. cremoris

4 20-28 37 + 0,1-0,2 5,6

Ln.*** mezenteroidessubsp. dextranicum

4 20-28 37 + 0,1-0,2 5,6

Microorganisme utilizate în culturi starter pentru obţinerea

produselor lactate

* Lb. - Lactobacillus ** Lc. - Lactococcus *** Ln. - Leuconostoc

Curs 9 - Culturi Starter

Documents

Transcript of Curs 9 - Culturi Starter