Microbiologie branzeturilor

Click here to load reader

  • date post

    20-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    515
  • download

    11

Embed Size (px)

Transcript of Microbiologie branzeturilor

Microbiologia branzeturilorIstoricul utilizarii culturilor starter Nevoia obtinerii culturilor starter a aparut odata cu observarea faptului ca se realizeaza o fermentatie mai buna la fabricarea branzeturilor, daca in laptele proaspat se adauga zerul din ziua precedenta. La inceput transferul culturii se realiza prin insamantari pe zer, si astfel era propagata o anumita cultura de microorganisme. Deoarece cultura transferata era folosita pentru a incepe fermentatia si a imbunatati activitatea culturii existente ea a fost denumita cultura starter. La inceputul secolului XX oamenii de stiinta au inceput studierea microorganismelor implicate in fabricarea branzeturilor. Asa cum era de asteptat in afara de bacterii lactice s-a gasit si un numar mare de contaminati. Culturile au fost purificate progresiv si mentinute astfel prin insamantari in medii sterile. Din aceste culturi cele mai active au fost selectionate si comercializate sub forma de culturi starter comerciale. Micoorganisme utilizate Microorganismele adaugate la fabricarea branzeturilor pot fi impartite in doua mari grupe microorganisme starter si microflora secundara. Pe langa acestea in timpul fabricatiei se mai pot dezvolta in branza si microorganisme non-starter provenite din lapte, sau din contaminari in timpul prelucrarii. Microflora starter este formata cu precadere din bacterii ce produc fermentatia lactica, proces anarob de metabolizare a glucidelor sub actiunea echipamentului enzimatic al microorganismelor, avand ca produs principal acidul lactic.

Microorganismele din cultura secundara nu contribuie la formarea acidului lactic, dar in general joaca un rol important in timpul maturarii. Bacteriile lactice intalnite frecvent in culturile starter sunt: Lactoccocus lactis, Streptococcus therpmophillus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus delbrueckii, utilizate fie individual, fie in combinatii in functie de sortimentul de branza. O serie de microorganisme cunoscute sub denumirea de microflora secundara, pot fi adaugate alaturi de cultura starter. Din aceasta categorie fac parte porpionibacterii, brevibacterii si specii de mucegaiuri (Penicillim). Aceste microorganisme sunt utilizate impreuna cu bacteriile lactice si sunt specifice unui anumit sortiment de branzeturi (de exemplu in branza Elvetiana gaurile specifice se datoraeza propionibacteriilor, culoarea galbena si aroma tipica branzei Brick se datoreaza lui Brevibacterium linens). Producerea de acid lactic de catre microflora starter in timpul fabricarii branzeturilor determina o reducere a pH-ului laptelui care combinata cu tratamentul termic si amestecarea promoveaza sinereza prin expulzarea zerului din cas (Walstra, 1993) contribuind semnificativ la unul din procesele de baza ale fabricarii branzeturilor. Maturarea branzeturilor este un proces complex care implica un numar de reactii biochimice la care iau parte si concentratii mari de microorganisme prezente in branza (Cogan, 2000). Atat continutul de acid lactic cat si procentul de transformare al lactozei in acid lactic reprezinta doi indicatori foarte importanti pentru evaluarea calitatii branzeturilor. In timpul maturarii, culturile de bacterii sufera procesul de autoliza, eliberand enzime intracelulare in reteaua de branza, iar aceste enzime vor continua sa actioneze asupra componentilor casului, dezvoltand aroma si producand modificarile dorite de textura in timpul maturarii. Bacteriile lactice (BL) Bacteriile producatoare de acid lactic (BL) indeplinesc mai multe functii: produc acid lactic si contribuie la coagularea laptelui; dau taria coagulului si influenteaza formarea branzeturilor;

dezvoltarea acidului determina prezenta cantitatilor reziduale de coagulant, care afecteaza maturarea; mai mult acid in cas inseamna mai mult coagulant rezidual legat nivelul formarii acidului influenteaza disocierea fosfatului de calciu coloidal, care la randul sau influenteaza proteoliza in timpul maturarii si determina proprietatile reologice ale branzeturilor; formarea acidului si producerea altor substante antimicrobiene controleaza cresterea bacteriilor patogene in branzeturi; formarea acidului lactic contribuie la proteoliza si la formarea aromei in branza; cresterea bacteriilor producatoare de acid lactic produce scaderea potentialului redox (Eh), necesar pentru producerea si reducerea compusilor cu sulf (metantiolul), care contribuie la formarea aromei branzei Cheddar. Caractere morfologice: bacteriile lactice prezinta heterogenitate morfologica. Principalele forme sunt derivate de la forma coccus si se gasesc sub forma de streptococi (g. Lactococcus si g. Streptococcus), de diplococi (g. Leuconostoc), de tetrade (g. Pediococcus), iar numeroase bacterii lactice se prezinta sub forma de bastonase (g. Lactobacillus). Caractere fiziologice: BL folosesc ca sursa de carbon si energie pentozele (riboza, xiloza, arabinoza), hexozele (glucoza, galactoza) si diglucidele (lactoza, maltoza, zaharoza). Dintre acizi, acidul malic poate fi transformat in acid lactic, iar acidul citric in acetoina si diacetil. Acidul lactic nu poate fi folosit de BL si acumularea sa prin fermentare conduce la inhibarea inmultirii si incetinirea vitezei de fermentatie. Ca surse de azot BL folosesc aminoacizii, peptidele si amidele. Echipamentul enzimatic intracelular proteolitic al BL contribuie semnificativ la maturare dupa autoliza celulelor microbiene. BL necesita ca factori de crestere vitaminele B1, B6, biotina, acidul paraaminobenzoic, acidul folic si acidul pantotenic. Acidotoleranta BL este exprimata de domeniul de pH in care are loc cresterea 4,3-4,8 pentru lactococi si 3,8-4,4 pentru lactobacili. In raport cu oxigenul din aer bacteriile lactice subt anaerobe sau facultativ anaerobe, iar in ceea ce priveste domeniul de temperatura BL sunt adaptate sa creasca intr-un domeniu larg de temperaturi (0-55 0C) cu valori optime: mezofile domeniu de crestere 15-40 0C - t opt 25-30 0C pentru streptobacterii - t opt 30-35 0C pentru lactococi termofile domeniu de crestere 30-50 0C - t opt 45-50 0C pentru lactobacterii Culturile mezofile au temperatura optima de crestere in jurul valorii de 30 0C si sunt utilizate in branzeturi care nu sunt tratate la mai mult de 400C. Caracteristicile culturilor mezofile starter sunt prezentate in tabelul 1.

Branzeturile care se prelucreaza la temperaturi de 50-56oC utilizeaza culturi termofile. Lactococcus lactis ssp. lactis O parte din tulpinile izolate din laptele crud produc o bacteriocina denumita nizina. Nizina cunoscuta si numele de lantibiotic (contine lantionina Ala-S-Ala si -metilantionina) este termostabila si este solubila la pH scazut, ceea ce reduce potentialul sau de utilizare. Producerea sa este legata de pretenta unei plasmide din gama de la 28 la 30 MDa. Plasmida este responsabila pentru abilitatea de a fermenta zaharoza si rezistenta nizinei. Nizina este activa impotriva sporilor de Clostridium botulinum si a altor cateva bacterii G (+) cum sunt Bacillus, Listeria si Streptococcus. Multe tulpini de Lactococcus lactis ssp. lactis din laptele crud produc un miros amar. Aceste tulpini metabolizeaza leucina si produc 3-metilbutanolul, care este un compus nedorit si o cantitate de 0,5 ppm este suficienta pentru a produce defectul de amareala. Lactococcus lactis ssp. cremoris Originea acestei bacterii nu este cunoscuta si ea nu a putu fi izolata din laptele crud. O serie de tulpini produc o gama restransa de bacteriocine, denumite diplocine. Aceste microorganisme nu cresc la 400C si sunt mult mai sensibile la prezenta sarii. Multe culturi comerciale contin predominant tulpini din aceasta specie. Amestecuri de lactococi sunt utilizate drept culturi starter pentru ranza Cheddar, Colby si Cottage, atunci cand producerea gazului si a texturii deschise nu sunt de dorit. Lactococcus lactis ssp. lactis var. diacetylactis este utilizata in combinatie cu alte culturi starter pentru producerea branzeturilor cu mucegai in pasta, maturate: Edam, Gouda si branzeturile crema. Aceste microorganisme sunt capabile sa produca CO2, diacetil, acetoina si acetati din citratii prezenti in lapte. Tabelul 1. Proprietatile culturilor starter mezofile Denumire Streptococcu Streptococcu Streptococcu Leuconosto Leuconostoc veche s lactis s cremoris s c lactis cremoris diacetylactis Denumire Lactococcus Lactococcus Lactococcus Leuconosto Leuconostoc noua lactis ssp. lactis ssp. lactis ssp. c lactis mesenteroide lactis cremoris lactis bvar. s ssp. diacetylactis cremoris To optima 30oC 30oC 30oC 30oC 30oC Crestere la + + + + + o 10 C + + + Crestere la o 40 C Crestere la + + + o 45 C + + + Supravietuir e la + +/72oC/15sec + + +

Crestere in + + + NaCl 2% L L L D D Crestere in 0,8 0,8 0,4-0,8 0,2 0,2 a a NaCl 4% Nizina Diplocina Crestere in + + + + +w NaCl 6,5% + + + + + Producere + + + + + de NH3 din arginina Metabolizar e citratului Producere CO2 Izomer al acidului lactic produs % acid lactic in lapte Producere de bacteriocine Lactoza Glucoza Galactoza a- nu toate tulpinile produc bacteriocine; + pozitive; -negative Genul Leuconostoc include bacterii heterofermentative sub forma de coci, diplococi, care produc prin fermentatie: acid lactic D(-), alcool etilic si CO2. Bacteriile din g. Leuconostoc se gasesc in culturile starter si sunt considerate importante in formarea aromei, datorita abilitatii de a descompune citratii si formarea diacetilului din piruvatul produs. Leuconostocii sunt mai putin activi decat Lactococcus lactis ssp. lactis var. diacetylactis, atacand citratul doar in mediu acid. Leuconostoc reprezinta max. 5-10% din cultura starter. Atunci cand in cultura de lactococi se adauga Leuconostoc pentru producerea aromei, cultura mixta este de tip B sau L, iar cand componentul de aroma este Lactococcus lactis ssp. lactis var. diacetylactis cultura este de tip D. Culturile de tip BD sau DL contin atat Leuconostoc cat si Lactococcus lactis ssp. lactis var. diacetylactis. Lactococii fara aroma sunt N sau O. Leuconostoc ssp. se diferentiaza de alte bacterii starter prin capacitatea de a metaboliza zaharurile pe calea fosfocetolazei si prin capacitatea redusa de a creste in lapte. Aceasta se datoreaza, probabil lipsei unui sistem de proteinaze, care sa degradeze proteinele laptelui si sa permita cresterea. Aceasta problema poate fi depasita prin adaugarea a 0,3 (w/v) extract de drojdie ca stimulent, iar daca lactoza nu poate fi catabolizata, se poate adauga glucoza sa fie necesara (1% w/v). Streptococcus salivarius ssp. thermophillus -microorganisme G(+), anaerobe, sub forma de streptococi care sunt utilizate la fabricarea iaurtului si a branzei Mozzarella. Streptococcus nu creste la temperaturi de 10oC dar se dezvolta bine

intre 40-45oC, iar majoritatea tulpinilor poate supravietui la 60oC timp de 30 minute. Bacteria este foarte sensibila la prezenta antibioticelor. Penicilina (0,05 UI/ml) poate interfera si bloca procesul de acidifiere a laptelui. Streptococcus salivarius ssp. thermophillus creste foarte bine in lapte si fermenteaza lactoza si zaharoza. O concentratie de 2% NaCl poate preveni dezvoltarea multor tulpini. Acesti streptococi poseda un sistem proteolitic slab, fiind adesea combinati cu lactobacilii proteolitici in cultura starter. Majoritatea streptococilor cresc mai rapid in lapte decat lactobacilii si produc acid mai repede. Tulpinile de streptococi poseda -galactozidaza si utilizeaza numai galactoza din lactoza, lasand glucoza in mediu. Un studiu recent care a urmarit activitatea proteolitica a tulpinilor de Streptococcus salivarius ssp. thermophillus si a noua tulpini de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus a aratat ca lactobacilii au prezentat activitate proteolitica intensa (14,6-61,0 g tirozina/ml lapte) si Streptococcus salivarius ssp. thermophillus a prezentat o activitate proteolitica mai redusa (2,4-14,8 g tirozina/ml lapte). Culturile in amestec, cu exceptia unei singure combinatii, au eliberat mai multa tirozina (92,6-419,9 g tirozina/ml lapte) decat suma cantitatilor produse de culturile individuale. Amestecurile de culturi produc de asemenea mai mult acid, scazand pH-ul. Din 81 de combinatii ale culturilor de Streptococcus salivarius ssp. thermophillus si Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus numai o combinatie s-a dovedit mai putin activa in ceea ce priveste proteoliza (92,6 g tirozina/ml lapte) decat cantitatea de tirozina produsa de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus (125 g tirozina/ml lapte). Lactobacillus -microorganisme G(+), catalazo-negative, anaerobe si acidotolerante (tabelul 2). Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus delbrueckii ssp. lactis sunt microorganisme homofermentative termofile care produc numai acid lactic si cantitati minore de substante de aroma si sunt utilizate in combinatie cu Streptococcus salivarius ssp. thermophillus drept culturi starter pentru branzeturile Elvetiene, Parmesan si Mozzarella. Lactobacillus helveticus si Lb. acidophillus sunt microorganisme homofermentative mezofile care prezinta topt = 30-35 0C. In genul Lactobacillus exita si tulpini de lactobacili heterofermentativi mezofili care produc acid lactic, acid acetic, diacetil si CO2: Lb. plantarum, Lb. casei si heterofermentativi termofili: Lb. brevis, Lb. fermenti, Lb. bifidum s.a. Proprietatile tulpinilor sunt prezentate in tabelul 2. Premi s.a., in 1972 au izolat tulpini si au gasit ca -galactozidaza este enzima dominanta in Lactobacillus helveticus, Lactobacillus delbrueckii ssp. lactis si Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus. Lactobacillus casei nu poseda activitate -galactozidazica. Acest tip de fermentatie influenteaza calitatea branzeturilor. Culturile cu activitate galactozidazica utilizeaza jumatate din cantitatea de lactoza, reprezentata de glucoza si elibereaza galactoza in mediu. Un exces de galactoza in branza Mozzarella poate cauza brunificarea branzei pentru pizza, iar galactoza poate servi ca sursa de energie pentru fermentatii nedorite produse de microorganismele rezidente din branzeturi. Se recomanda ca Lb. helveticus, care poate fermenta galactoza sa fie utilizat impreuna cu Streptococcus salivarius ssp. thermophillus.

O relatie de simbioza exista intre Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus si Streptococcus salivarius ssp. thermophillus. Intr-o cultura in amestec, cresterea asociata a bastonaselor si a cocilor duce la o producere mai mare de acid si o dezvoltare a aromei mai buna decat prin utilizarea culturilor singulare. S-a stabilit ca numerosi aminoacizi eliberati de proteazele din Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus prin actiunea asupra cazeinei stimuleaza cresterea lui Streptococcus salivarius ssp. thermophillus. In schimb Streptococcus salivarius ssp. thermophillus produce CO2 si acid formic care stimuleaza cresterea lui Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus. In timpul primei parti a incubarii, Streptococcus salivarius ssp. thermophillus creste repede, indeparteaza excesul de oxigen si produce stimulentii amintiti. Ulterior, cresterea lui Streptococcus salivarius ssp. thermophillus incetineste datorita acumularii acidului lactic, iar cresterea aciditatii permite dezvoltarea lui Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, care este mult mai acidotolerant (fig. 1). In branza Emmental densitatea maxima a streptococilor lactici 10 9 ufc/g la periferie si 108 ufc/g in mijloc este atinsa dupa aproximativ 3 ore de presare. Acidul lactic si formic produs de streptococi stimuleaza stimuleaza cresterea lactobacililor pana la atingerea densitatii de aprox. 109 ufc/g dupa 10-20 ore de presare. Populatia de lactobacili si streptococi scade apoi in timpul presarii si sararii. Pentru utilizarea unui inocul cu 1:1 raportul dintre coci si bastonase, cantitatea de inocul, timpul si temperatura de incubare trebuie controlate si tancul starter trebuie racit rapid. Multe tulpini de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus continua sa produca acid la temperatura ridicata. Numerosi lactobacili au fost identificati in timpul maturarii branzeturilor. Lactobacilii ocupa o nisa specifica in maturarea branzeturilor. Lactobacilii au fost izolati din branzeturi si supusi identificarii, iar cele mai raspandite sunt subspecii gasite au fost Lactobacillus casei, Lb. fermentum, Lb. brevis.

Fig. 1 Schema de metabolizare a lactozei de cultura starter Prezenta microorganismelor heterofermentative - Lb. fermentum, Lb. brevis (> 106 ufc/g) a determinat defecte de textura la branza Cheddar. Adaugarea lactobacililor homofermentativi determina imbunatatirea calitatii branzeturilor in special prin accelerarea proceselor de maturare.

Tabelul 2. Caracteristicile lactobacililor utilizati la fabricarea branzeturilor bacterii % Izomer Crestere Sensibilitate acid al 15oC 45oC 50oC la sare lactic acidului in lactic lapte Lactobacillus delbrueckii ssp. 1,8 D + +