Бактериальные культуры, известные как закваски, используются в производстве йогуртов, кефира и других кисломолочных продуктов, а также в маслоделии и сыроделии. Закваску вносят в продукт и позволяют развиваться в нем в контролируемых условиях. В процессе проходящей таким образом ферментации бактерии образуют вещества, которые придают кисломолочному продукту его характерные свойства, такие как кислотность (pH), вкус, аромат и консистенция. Снижение активной кислотности при сбраживании бактериями лактозы до молочной кислоты оказывает консервирующее действие на продукт, одновременно улучшая питательную ценность и усвояемость.
Кисломолочные продукты имеют различные
характеристики, поэтому при их производстве
используют различные заквасочные культуры.
Заквасочные культуры можно классифицировать
в соответствии с оптимальными температурными
границами развития :
• Мезофильные бактерии — оптимальная
температура роста от 20 до 30°С
• Термофильные бактерии — оптимальная
температура роста от 40 до 45°С.
Заквасочные культуры могут быть:
• Одноштаммовые (содержащие только
один штамм бактерий)
• Многоштаммовые (смесь различных штаммов, каждый из
которых оказывает свое собственное влияние)
Мезофильные микроорганизмы могут далее делиться на О, L, D и LD культуры. В таблице 1 воспроизводится
бюллетень Bulletin of the IDF (263/1991), в котором перечислены новые и старые названия различных
заквасочных культур. В настоящей главе используются старые названия.
Некоторые штаммы Str. diacetylactis являются настолько активными кислотообразователями, что могут быть использованы как кислотообразующие микроорганизмы без добавления других бактериальных культур.
вырабатывающих кислоту бактерий рост Leuc. citrovorum в молоке значительно замедляется, и в таких условиях они не могут вырабатывать ароматические вещества.
Такие характеристики бактерий, как оптимальная температура роста и солеустойчивость. очень важны при подборе состава заквасочной культуры. Назначение составляющих штаммов состоит в получении нужного результата в симбиозе, а не для дополнения одного штамма другим. Следовательно, их характеристики в этих отношениях должны быть дополняющими друг друга. В таблице 2 перечислены основные данные для наиболее важных заквасочных культур микроорганизмов.
Молочные заводы обычно покупают готовые смеси заквасок — промышленных заквасочных культур — у специальных лабораторий. Эти лаборатории прилагают большие усилия по исследованиям и разработкам составов специальных заквасочных культур для указанного продукта — например, масла, сыра и широкого ряда кисломолочных продуктов. Таким образом, молочные заводы могут получать заквасочные культуры, обладающие свойствами, выбранными для определенных характеристик продукта, таких как текстура, вкус и вязкость.
Молокозаводы могут покупать производственные заквасочные культуры в различном виде:
• В жидком виде для получения маточной закваски (в настоящее время довольно редко)
• В состоянии глубокой заморозки — концентрированные заквасочные культуры для получения производственной закваски
• Концентрированные заквасочные культуры после сублимационной сушки в виде порошка — для получения производственной закваски
• В состоянии глубокой заморозки — сверхконцентрированные закваски в готовом растворимом виде для непосредственного введения в продукт.
Этапы приготовления
В последние годы концентрированные закваски в основном использовались для непосредственного изготовления производственной закваски (см. рис.2), а также для непосредственного использования в производстве.
В будущем применение заквасок будет, по всей вероятности, основано на специально разработанных концентрированных заквасках, которые можно использовать непосредственно в производстве, без какого бы то ни было приготовления на молочном заводе.
Однако есть молочные заводы, которые еще получают свою собственную производственную закваску через последовательные стадии из материнской закваски, как показано на рис.3, поэтому здесь приводится описание этого метода.
Процесс может состоять из двух и более стадий. Закваски на различных этапах приготовления имеют определенные названия:
• Промышленная закваска, оригинальная закваска — исходная культура, которую молокозаводы покупают у лаборатории
• Материнская закваска — эта закваска приготавливается из оригинальной культуры на молочном заводе. Материнская закваска готовится ежедневно и является, как указывает ее название, исходной для всех заквасок, приготавливаемых на молочном заводе
• Промежуточная закваска — промежуточный этап производства больших
объемов производственной закваски
• Производственная закваска — закваска, используемая в производстве.
Технологический процесс
Производство заквасок является одним из наиболее важных, а также самых трудных процессов на молочном заводе. Неудачное производство может привести к большим финансовым потерям, так как современные молокозаводы перерабатывают большие объемы молока.
Поэтому большое внимание следует уделять технологии производства и выбору производственного оборудования. Производство заквасок должно осуществляться в строгих санитарных условиях. Риск попадания через воздух дрожжей, плесеней и бактериофага следует свести к абсолютному минимуму. Материнские закваски должны приготавливаться в отдельном помещении, обеспечиваемом отфильтрованным воздухом под давлением, несколько более высоким, чем обычное атмосферное давление. Система мойки оборудования должна также быть тщательно продумана, чтобы предотвратить соприкосновение остатков моющих и стерилизующих средств с заквасками и их порчу.
Изготовление промежуточной и производственной заквасок может выполняться на месте производства, или в том же самом помещении, где приготавливается материнская закваска. Необходимо, чтобы каждый перенос закваски на следующую стадию производства осуществлялся при асептических условиях.
Стадии процесса
Процесс, представленный на рис.4, практически одинаков для производства материнской, промежуточной и производственной заквасок. Он состоит из следующих стадий:
• Тепловая обработка питательной среды
• Охлаждение до температуры заквашивания
• Заквашивание
• Сквашивание
• Охлаждение готовой закваски
• Хранение закваски.
Обезжиренное молоко — это питательная среда, наиболее часто используемая для производства заквасок, а другим вариантом является восстановленное обезжиренное молоко с содержанием сухих веществ 9-12% (СВ), полученное из высококачественного сухого обезжиренного молока.
Основание для использования свежего или восстановленного обезжиренного молока состоит в том, что нарушение вкуса закваски заметить гораздо легче.
На некоторых молочных заводах также используется свежее молоко, полученное от выбранных хозяйств.
Питательная среда с постоянным составом, такая как восстановленное молоко без антибиотиков, является более надежной, чем обычное обезжиренное молоко.
Питательную среду также можно изменить, добавив стимуляторы роста, такие как Мn2 (марганец), например: 0,2 г MnS04 на литр закваски, соль, как предполагается, способствует росту Leuc. citrovorum. Фаго-ингибирующая питательная среда (ФИС) является альтернативой для производства одноштаммовых и многоштаммовых заквасок. Эти питательные среды содержат фосфаты, цитраты или другие хелатообразующие агенты, которые переводят Са2+ (кальция) в нерастворимую форму. Смысл этого состоит в том, что большинство фагов требуют для размножения Са2+. Удаление Са2+ из питательной среды защищает молочнокислые бактерии от воздействия бактериофагов и, таким образом, позволяет избежать снижения активности заквасок. На некоторых рынках имеется сухое обезжиренное молоко с добавлением ФИС.
Тепловая обработка питательной среды
Первым этапом производства заквасок является тепловая обработка питательной среды. Ее нагревают до 90-95°С и выдерживают при этой температуре от 30 до 45 минут. Эта обработка улучшает свойства питательной среды посредством:
• Уничтожения бактериофагов
• Устранения ингибирующих веществ
• Некоторого расщепления белка
• Удаления растворенного кислорода
• Уничтожения присутствующих микроорганизмов.
Охлаждение до температуры заквашивания
После тепловой обработки питательную среду охлаждают до температуры заквашивания, которая применяется в зависимости от типа используемых культур бактерий. Важно, чтобы поддерживались температуры, рекомендованные производителем промышленной культуры, или эмпирически определенные оптимальные температуры.
При наращивании многоштаммов культур даже небольшие отклонения от требуемой температуры культивирования могут благоприятствовать росту одного штамма в ущерб другому (другим), что приводит к изменению типовых характеристик конечного продукта. На рис.6 показано, что происходит, когда культивирование закваски для йогурта происходит при постепенном повышении температуры.
Температурные границы для культивирования составляют от 20-30°С для мезофильных типов бактерий и 42-45° С для термофильных типов.
Заквашивание
При заквашивании определенное количество бактериальной культуры переносится в термообработанную питательную среду после того, как температура достигла нужного уровня.
Чтобы предотвратить отклонения развития микроорганизмов закваски, очень важно, чтобы дозатор закваски, температура и время сквашивания были постоянными на всех стадиях: материнская закваска, промежуточная закваска и производственная закваска.
Количество используемой закваски также может влиять на соотношение в ней бактерий, которые вырабатывают молочную кислоту и ароматические соединения Изменение вносимого количества закваски может, следовательно, повлиять на изменение свойств продукта. Каждый производитель должен определить оптимальные практические условия, соответствующие конкретному процессу его производства. На рис.5 показано, как количество используемой для заквашивания закваски влияет на процесс нарастания кислотности в закваске.
На графиках представлены дозировки 0,5% и 2,5% соответственно. Температура сквашивания в обоих случаях составляет 21°С.
Сквашивание
По завершении заквашивания, после того как закваска была смешана с питательной средой, бактерии начинают размножаться — начинается сквашивание.
Продолжительность сквашивания определяется типами бактерий закваски, дозой вносимой закваски и т. д. и может составлять от 3 до 20 часов. Важнее всего то, что температуру тщательно контролируют и что исключается любой контакт с закваской.
Во время культивирования бактерии размножаются быстро и сбраживают лактозу до молочной кислоты. Закваска, содержащая ароматообразующие бактерии, также будет вырабатывать ароматические вещества, такие как диацетил, уксусную и пропионовую кислоты, кетоны и альдегиды, спирты, эфиры и жирные кислоты, а также двуокись углерода.
Важность выбора корректной температуры культивирования
иллюстрируется кривой графика, описывающего соотношение культур микроорганизмов в закваске на рис.6. Закваска содержит два штамма микроорганизмов. Str. thermophilus и Lb. bulgaricus. которые сосуществуют в симбиозе и совместно образуют нужные характеристики йогурта, такие как кислотность (pH), вкус, аромат и консистенция. Большинство типов йогурта имеет соотношение кокки и бациллы от 1:1 до 2:1. Нельзя допускать, чтобы количество бацилл достигло верхнего предела, так как тогда вкус станет слишком кислым.
Пример развития Str. thermophilus и Lb. bulgaricus с окончательной степенью ароматообразования показан на рис.7.
В этом контексте можно упомянуть, что уксусный альдегид
признается (Pette and Lolkema, 1950; Schultz and Hingst, 1954)
в качестве основного вкусового компонента йогурта. Основным
продуктом уксусного альдегида является Lb. bulgaricus, хотя
количество образуемого соединения изменяется в зависимости
от типа используемого штамма. При совместном выращивании
Str. thermophilus и Lb. bulgaricusинтенсивность образования
уксусного альдегида значительно больше, чем при культивировании
чистой культуры Lb. bulgaricus(Bottazzi & al.,1973). Таким образом,
симбиотическая взаимосвязь между этими видами благотворно
влияет на образование уксусного альдегида при производстве
йогурта. Во время производства образование уксусного альдегида
не становится очевидным, пока не будет достигнут определенный
уровень кислотности — pH 5,0. Оно достигает максимума при pH 4,2
и стабилизируется при pH 4,0 (A.Y.Tamime & R.K.Robinson. Йогурт —
наука и технология).
Оптимальный вкус и аромат йогурта обычно получают при
содержании уксусного альдегида от 23.0 до 41 ppm и значении рН от 4,40 до 4,00.
Одним из факторов, пагубно влияющих на соотношение кокков и бацилл,
является температура культивирования. При температуре 40°С это соотношение
составляет приблизительно 4:1. в то время как при 45°С оно приблизительно 1:2
(см. рис.6). Для достижения соотношения кокки — бациллы 1:1 оптимальная
температура заквашивания (сквашивания) при производстве йогурта составляет
приблизительно 43°С при дозе вносимой закваски инокуляции 2.5-3% и времени
сквашивания 2,5-3 часа.
Во время сквашивания существенно, чтобы лица, ответственные за производство, регулярно проверяли увеличение кислотности и другие важные параметры, обеспечивающие получение оптимальных результатов.
Бережное обращение со всеми заквасочными культурами является очень важным вопросом производства кисломолочных продуктов — следовательно, эту работу всегда должен выполнять квалифицированный персонал.
Охлаждение закваски
Охлаждение начинается при достижении эмпирически определяемой кислотности определенного значения для прекращения роста бактерий и, таким образом, для предотвращения роста активности закваски до высокого уровня. На рис.8 показан ход развития обычной закваски, образующей молочную кислоту, доза внесенной материнской закваски составила 1%, температура заквашивания 20°С.
Охлаждение до 10-12°С часто практикуют, когда заквасочная культура будет использована в течение ближайших 6 часов. Если закваску нужно сохранить на более длительный срок, рекомендуется охладить ее приблизительно до 5°С.
При массовом производстве или производстве в течение более чем одной смены удобнее готовить закваску с регулярным интервалом, скажем, каждые 4 часа Это означает, что активные заквасочные культуры будут в наличии все время, облегчая выполнение предписанного графика производства и обеспечивая постоянно высокое качество конечного продукта.
Хранение заквасок
Большая часть исследовательских работ связана с поиском наилучшего способа обработки заквасок с целью сохранения их активности во время хранения. Одним из таких способов является замораживание Чем ниже температура, тем лучше сохраняется заквасочная культура. Наилучшее сохранение закваски достигается замораживанием в среде жидкого азота при температуре -160°С и хранении при этой температуре. Современные формы заквасочных культур — концентрированные, находящиеся в состоянии глубокой заморозки или после сублимационной сушки (лиофилизированные) — можно хранить значительное время при условии, что соблюдаются рекомендации производителей.
В таблице 3 даны рекомендации, представленные Chr HansenА/S, Копенгаген, Дания.
Следует отметить, что заквасочные культуры, находящиеся в состоянии глубокой заморозки, требуют более низких температур хранения, чем лиофилизированные заквасочные культуры. Первые, более того, поставляются в изолированных ящиках из полистирола, упакованными в сухой лед; время перевозки не должно превышать 12 часов. Последние же, напротив, можно транспортировать при температурах до 20°С не более 10 дней без сокращения установленного срока годности — при условии, что они хранятся при рекомендованной температуре после доставки к покупателю.
Производство заквасочных культур в асептических условиях
С тех пор как в производство было внедрено новое поколение концентрированных, замороженных и лиофилизированных заквасочных культур, спрос на специальное оборудование для асептического производства заквасок на молочных заводах снизился. Но это не означает, что при приготовлении заквасок можно пренебрегать существующими санитарными требованиями. Чтобы получить оптимальные результаты, следует тщательно соблюдать рекомендации, предоставляемые поставщиками новых типов заквасок.
В случае сохранения традиционного способа приготовления заквасок процедуру можно выполнять в соответствии с описанным ниже способом.
Типовая схема приготовления производственной закваски в асептических условиях через этап приготовления промежуточной закваски, также получаемой при асептических условиях, показана на рис. 10 и 11. Должны быть соблюдены следующие условия.
1 Материнская закваска готовится традиционным способом в бутылках вместимостью 100 мл, снабженных крышками с мембраной
2 Бутылку заполняют обезжиренным молоком, стерилизуют в автоклаве, а затем охлаждают до соответствующей температуры заквашивания.
Рис.9 Термостат с четырьмя контейнерами для промежуточной закваски и четырьмя отделениями для бутылей с материнской закваской. Температура, поддерживаемая в водяной бане, точно контролируется с пульта (Лаборатория Wiesby, Германия).
3 Промышленная закваска впрыскивается в бутылку для получения материнской закваски с помощью стерилизованного шприца, вводимого через мембрану
4 Вслед за соответствующим периодом культивирования и последующего охлаждения материнская закваска вводится в молоко (обычно обезжиренное), используемое для получения промежуточной закваски; молоко сначала выдерживают при температуре минимум 95°С в течение 30-45 минут, а затем охлаждают до необходимой температуры заквашивания. Нагревание и охлаждение выполняют в специально сконструированном термостате.
5 После соответствующего периода сквашивания и охлаждения до температуры 10-12°C промежуточную закваску переносят в танк для производственной закваски вытесняя отфильтрованным воздухом через трубку.
6 Перед заквашиванием молоко (часто обезжиренное) нагревают с помощью циркулирующего теплоносителя и охладителя через рубашку танка. Воздух, подаваемый и выкачиваемый из бака, проходит через стерильный фильтр НЕРА (High Efficiency Particle Air — высокоэффективный воздушный фильтр).
Заквасочный танк
Обычно для приготовления производственной закваски поочередно используются два танка. Один содержит готовую закваску для использования в производстве в этот день, в то время как закваска на следующий день готовится в другом танке. Танки должны иметь асептическую конструкцию, т. е. герметичное уплотнение и тройную рубашку. Они должны также выдерживать разрежение до 30 кПа (0,3 бара) и избыточное давление до 100 кПа (1 бар). Мешалки должны иметь двойное уплотнение и приводиться в действие двухскоростными двигателями. Кроме того, они должны быть оборудованы фильтрами НЕРА (4), чтобы исключить попадание микроорганизмов при втягивании воздуха во время охлаждения танка после мойки, а также когда нагретая питательная среда охлаждается до температуры заквашивания.
Заквасочный танк может быть оборудован стационарным встроенным измерителем pH (7). конструкция которого способна выдерживать большие перепады температур во время мойки и тепловой обработки питательной среды.
