Каждый раз, когда вы наслаждаетесь ложкой йогурта, ломтиком сыра или стаканом пахты, вы ощущаете действие заквасок – особых групп полезных бактерий, которые превращают обычное молоко в ароматные, безопасные и долго хранящиеся ферментированные молочные продукты. Эти микроскопические организмы являются движущей силой молочнокислого брожения , осуществляя ряд биохимических реакций, которые придают ферментированным продуктам их характерный вкус, текстуру, аромат и длительный срок хранения. Понимание того, как функционируют закваски, имеет важное значение для всех, кто изучает или работает в молочной промышленности.

Что такое стартовые культуры?

Закваски — это тщательно отобранные микроорганизмы, в основном молочнокислые бактерии (МКБ) , которые целенаправленно добавляются в молоко для инициирования и контроля процесса ферментации. Естественная микрофлора сырого молока непредсказуема и часто разрушается в процессе пастеризации. Закваска заменяет эту неопределенность контролируемой и предсказуемой ферментацией , обеспечивая неизменно высокое качество продукта.

Молочнокислые бактерии (МКБ) классифицируются как грамположительные, не образующие спор и неподвижные бактерии. Они бывают палочковидной (бациллы) или сферической (кокки) формы и могут образовывать цепочки различной длины. Их отличительной характеристикой является способность ферментировать лактозу — основной сахар молока — в молочную кислоту.

В продаже имеются закваски в двух основных формах: глубоко замороженные концентрированные культуры и лиофилизированные культуры . Их также называют культурами DVS (Direct Vat Set) и можно добавлять непосредственно в емкость с продуктом или использовать для приготовления закваски в больших объемах.

Основная функция: производство кислоты.

Наиболее важная роль заквасочных культур — производство кислоты. При добавлении молочнокислых бактерий в молоко они начинают потреблять лактозу и превращать её в молочную кислоту. Этот процесс, называемый молочнокислым брожением , постепенно снижает pH молока.

Снижение pH запускает несколько важных изменений. Во-первых, молочные белки, особенно казеин, начинают коагулировать. В производстве йогурта это создает густую, гелеобразную консистенцию, которая определяет продукт. В сыроварении выработка кислоты работает совместно с сычужным ферментом, образуя плотный творожный сгусток. Во-вторых, по мере дальнейшего снижения pH из сгустка удаляется влага — процесс, известный как синерезис . Это крайне важно в производстве сыра, где правильное количество удаленной влаги определяет конечную текстуру и плотность сыра.

Согласно справочнику по переработке молочной продукции , превращение лактозы в молочную кислоту оказывает консервирующее действие на готовый продукт, одновременно улучшая его пищевую ценность и усвояемость. Большинство штаммов молочнокислых бактерий производят от 0,5% до 1,5% молочной кислоты в процессе ферментации, хотя некоторые могут производить до 3%.

Развитие вкуса и аромата

Помимо подкисления, закваски https://полезнаяпартия.рф также отвечают за образование характерных вкусовых и ароматических соединений, присутствующих в ферментированных молочных продуктах. Различные виды и штаммы молочнокислых бактерий производят разные метаболиты в процессе ферментации, и именно это придает йогурту, сыру, пахте и кефиру их уникальные вкусовые качества.

Ключевые вкусовые соединения

К основным ароматическим соединениям, образующимся в результате брожения заквасок, относятся ацетальдегид , диацетил , уксусная кислота и углекислый газ . Ацетальдегид — это соединение, в первую очередь отвечающее за характерный кисловатый вкус йогурта. Диацетил придает сливочному маслу и пахте их характерный маслянистый аромат. Углекислый газ, образующийся в результате брожения некоторых гетероферментативных штаммов, способствует легкому шипению некоторых кисломолочных напитков.

Молочнокислые бактерии также расщепляют молочный жир посредством липолиза и молочный белок посредством протеолиза . Эти процессы высвобождают свободные жирные кислоты, аминокислоты и пептиды, которые в совокупности формируют сложный вкусовой профиль выдержанных сыров. Три основных метаболических пути, посредством которых молочнокислые бактерии влияют на вкус, — это гликолиз (ферментация сахаров), липолиз (расщепление жиров) и протеолиз (расщепление белков).

Формирование текстуры и экзополисахариды

Текстура ферментированных молочных продуктов — это не просто результат коагуляции, вызванной кислотой. Многие штаммы молочнокислых бактерий продуцируют экзополисахариды (ЭПС) — длинные цепочки молекул сахара, которые выделяются за пределы бактериальной клетки. Эти ЭПС напрямую влияют на вязкость, консистенцию и вкусовые ощущения таких продуктов, как йогурт и ферментированные молочные напитки.

Когда вы замечаете, что одни йогурты гуще и кремовее других, разница часто связана с типом используемой закваски и ее способностью производить экзополисахариды (ЭПС). Это ключевой фактор для производителей молочной продукции при выборе штаммов закваски для конкретного продукта. Как отмечается в исследовании, опубликованном в журнале Food and Nutrition Sciences , молочнокислые бактерии производят экзополисахариды, которые необходимы для формирования текстуры кисломолочных продуктов.

Распространенные организмы для закваски

Для различных ферментированных молочных продуктов требуются разные типы заквасок. Их можно условно разделить на две категории в зависимости от предпочтительной температуры роста.

Мезофильные культуры

Мезофильные закваски лучше всего растут при температуре от 20°C до 30°C . Они широко используются в производстве таких сортов сыра, как чеддер, гауда, эдам и творог, а также в производстве пахты и сметаны. К наиболее важным мезофильным видам относятся Lactococcus lactis subsp. lactis , Lactococcus lactis subsp. cremoris , Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis и Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris .

Среди них Lactococcus lactis subsp. lactis является одной из наиболее часто используемых заквасок. Ее основная роль заключается в быстром образовании кислоты в молоке и преобразовании молочного жира и белка в ароматические соединения. Биотип diacetylactis особенно ценится за производство диацетила и CO₂, которые придают сливочный вкус и легкую карбонизацию таким продуктам, как кисломолочная пахта.

Термофильные культуры

Термофильные закваски лучше всего работают при более высоких температурах, обычно от 40°C до 45°C . Они необходимы для производства йогурта, а также некоторых итальянских и швейцарских сыров, таких как моцарелла, пармезан и эмменталь. Двумя наиболее известными термофильными видами являются Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus .

В процессе производства йогурта эти два организма находятся в симбиотических (протокооперативных) отношениях . L. bulgaricus расщепляет казеин, высвобождая свободные аминокислоты и пептиды, которые поддерживают рост S. thermophilus . В свою очередь, S. thermophilus производит муравьиную кислоту, CO₂ и фолиевую кислоту, которые стимулируют рост L. bulgaricus . Этот взаимный обмен метаболитами ускоряет общий процесс ферментации и приводит к более быстрому образованию кислоты по сравнению с любым из организмов, растущих по отдельности.

Сохранение и безопасность: защита от патогенов.

Одна из важнейших функций заквасок — это их способность продлевать срок хранения молочных продуктов и защищать их от вредных микроорганизмов. Эта биоконсервативная функция реализуется посредством множества механизмов.

Конкурентное исключение и закисление

Быстрое образование молочной кислоты заквасочными культурами быстро снижает pH продукта, создавая кислую среду , неблагоприятную для большинства бактерий, вызывающих порчу и патогенных микроорганизмов. К числу ключевых патогенов, подавляемых этим процессом подкисления, относятся Listeria monocytogenes , Staphylococcus aureus , Escherichia coli и Salmonella spp. Кроме того, заквасочные молочнокислые бактерии конкурируют с нежелательными микроорганизмами за питательные вещества, фактически лишая их питания – механизм, известный как конкурентное исключение .

Производство антимикробных соединений

Помимо молочной кислоты, многие штаммы молочнокислых бактерий продуцируют целый ряд других антимикробных соединений , подавляющих рост патогенов. К ним относятся уксусная кислота, перекись водорода, диацетил, ацетоин и, что наиболее важно, бактериоцины .

Бактериоцины — это синтезируемые рибосомами антимикробные пептиды, вырабатываемые некоторыми штаммами молочнокислых бактерий. Они способны убивать или подавлять рост близкородственных или даже неродственных видов бактерий. Наиболее изученным бактериоцином является низин , который вырабатывается Lactococcus lactis и одобрен для использования в качестве пищевого консерванта во многих странах. Как отмечается в исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Microbiology , бактериоцины являются безопасной альтернативой химическим консервантам, поскольку они легко расщепляются пищеварительными ферментами в кишечнике человека. Штаммы молочнокислых бактерий, продуцирующие бактериоцины, все чаще используются в качестве защитных культур в молочных продуктах, таких как сыр, йогурт и пастеризованное молоко, для повышения безопасности и увеличения срока хранения.

Роль заквасок в производстве конкретных молочных продуктов

Выбор закваски значительно варьируется в зависимости от конечного продукта. Ниже представлен краткий обзор того, как закваски функционируют в некоторых распространенных ферментированных молочных продуктах.

Йогурт

Производство йогурта основано на совместном действии S. thermophilus и L. bulgaricus . Молоко обычно нагревают примерно до 85°C в течение 30 минут (или эквивалентного времени) для денатурации сывороточных белков, что улучшает консистенцию йогурта. После охлаждения до 42-45°C добавляют закваску. Ферментация занимает приблизительно 4-6 часов, в течение которых pH снижается примерно до 4,6, в результате чего молоко застывает в плотный гель. В процессе ферментации также образуется ацетальдегид, который придает йогурту характерный кисловатый вкус.

Сыр

В сыроварении мезофильные или термофильные закваски (или их смеси) выбираются в зависимости от сорта сыра. Закваски подкисляют молоко, способствуя образованию творожной массы, удаляют сыворотку при прессовании и продолжают работать в течение периода созревания, развивая вкус. Незаквасочные молочнокислые бактерии (НМКБ), которые естественным образом присутствуют в сыром молоке или молочной среде, также играют важную роль в процессе созревания сыра, способствуя развитию более сложных и насыщенных вкусов.

Культивированная пахта и сметана

В этих продуктах используются мезофильные закваски, часто включающие Lc. lactis subsp. lactis , Lc. lactis subsp. cremoris и виды Leuconostoc . Штаммы Leuconostoc и diacetylactis здесь особенно важны, поскольку они продуцируют диацетил и CO₂, которые придают напитку характерный маслянистый вкус и легкую газированность.

Факторы, влияющие на эффективность закваски.

На эффективность закваски в процессе ферментации может влиять ряд факторов, и управление этими факторами имеет решающее значение для обеспечения стабильного качества продукции.

Температура является одной из важнейших переменных. Даже небольшие отклонения от оптимальной температуры инкубации могут нарушить баланс между штаммами в смешанной культуре, что приведет к изменению характеристик конечного продукта. Количество инокулята – количество добавляемой закваски – также имеет значение; слишком большое или слишком малое количество может изменить скорость подкисления и соотношение различных образующихся метаболитов.

Атака бактериофагов (фагов) представляет собой наиболее серьезную угрозу для активности закваски на молочном заводе. Бактериофаги — это вирусы, которые специфически инфицируют и разрушают клетки молочнокислых бактерий, что приводит к замедлению или прекращению брожения — ситуация, известная в сыроварении как «мертвый чан». Производители молочной продукции борются с атаками фагов с помощью строгих гигиенических мер, программ ротации культур и использования фаг-ингибирующих сред , содержащих хелатирующие агенты, которые делают кальций недоступным, поскольку большинству фагов для инфицирования бактериальных клеток необходим кальций.

Состав самого молока также играет роль. Наличие природных ингибиторов, таких как лактопероксидазная система, остаточные антибиотики или остатки дезинфицирующих средств, могут замедлить или полностью подавить активность закваски.

Закваски и улучшение питательных свойств

Ферментация с помощью заквасок не только сохраняет молоко, но и улучшает его питательный состав. Расщепление лактозы делает ферментированные молочные продукты более усваиваемыми для людей с непереносимостью лактозы . Протеолитическая активность молочнокислых бактерий высвобождает из казеина биоактивные пептиды, которые, как было показано, обладают антигипертензивными, иммуномодулирующими и антиоксидантными свойствами.

Кроме того, некоторые штаммы закваски и пробиотики, такие как Lactobacillus acidophilus , Lacticaseibacillus rhamnosus и виды Bifidobacterium , все чаще добавляются наряду с традиционными заквасками для обеспечения конкретных преимуществ для здоровья, включая улучшение здоровья кишечника, укрепление иммунной системы и лучшее усвоение питательных веществ.

Современные тенденции в технологии заквасочных культур

Молочная промышленность прошла долгий путь от традиционного метода «заполнения запасов», когда часть продукции предыдущего дня использовалась для инокуляции следующей партии. Сегодня нормой являются культуры определенных штаммов с полностью охарактеризованными свойствами. Достижения в области геномики и молекулярной биологии позволили составить полную генетическую карту ключевых видов молочнокислых бактерий, что дает возможность отбирать и разрабатывать штаммы с целевыми характеристиками – более быстрым подкислением, улучшенным вкусом, повышенной выработкой внеклеточных полисахаридов или встроенной устойчивостью к фагам.

В настоящее время поставщики коммерческих заквасок предлагают индивидуально разработанные смеси заквасок, адаптированные к конкретным типам продукции, что позволяет производителям точно контролировать все параметры — от вкуса и текстуры до срока годности и содержания пробиотиков. Этот переход от искусства к науке представляет собой один из наиболее значительных достижений в молочной промышленности.