Lactic acid bacteria in food products – part II

Jak opisano w pierwszej części artykułu, bakterie fermentacji mlekowej są szeroko wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Ich wielokierunkowe zastosowanie wynika nie tylko z ich funkcji ściśle technologicznych, ale także udokumentowanych właściwości prozdrowotnych.

Przemysł mleczarski

Przemysł mleczarski w największym stopniu wykorzystuje potencjał bakterii fermentacji mlekowej. Także wśród konsumentów, wyroby tego typu cieszą się dużą popularnością tym bardziej, że cechuje je duża różnorodność. Występują zarówno w postaci stałej jak i płynnej. Do najbardziej popularnych artykułów przemysłu mleczarskiego, które możemy spotkać w postaci stałej należą różnego rodzaju sery żółte oraz ser biały. Natomiast wśród płynnych należy wskazać kefir, maślankę, kumys, jogurt, ukwaszone mleko oraz napoje takie jak biojogurt, mleko acidofilne czy mleko bifidusowe.

Mleczne napoje fermentowane dzielą się na cztery generacje. Do pierwszej z nich zaliczamy między innymi zsiadłe mleko uzyskiwane w wyniku spontanicznej fermentacji mikroorganizmów autochtonicznych mleka, czyli bakterii należących głównie do rodzaju Lactobacillus. Drugi typ to produkty typu kefir, jogurt czy kumys. Produkowane są z wykorzystaniem odpowiednich kultur starterowych. Zarówno kefir jak i kumys produkuje się z wykorzystaniem procesu fermentacji mleczno-alkoholowej. Różnią się one przede wszystkim surowcem z którego są wytwarzane. Kumys tradycyjnie uzyskuje się z mleka kobylego bądź wielbłądziego, natomiast kefir z mleka krowiego.

Bakteriami stosowanymi w produkcji kefiru są najczęściej bakterie z rodzaju Lactobacillus oraz Leuconostoc, a do otrzymywania kumysu najpopularniejszy jest gatunek Lactobacillus delbrueckii sp. bulgaricus. Tymczasem, aby uzyskać popularny jogurt dodawane do mleka są gatunki Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophilus. Napoje III generacji oprócz wspomnianych wcześniej gatunków zawierają bakterie probiotyczne jak Lactobacillus casei. Na rynku konsument może łatwo rozpoznać napoje należące do III generacji, ponieważ w nazwie posiadają przedrostek „bio”. Czwarta generacja mlecznych napojów fermentowanych to ta, do której zalicza się mleko acidofilne i mleko bifiusowe. Produkowane są wyłącznie z zastosowaniem bakterii fermentacji mlekowej o potencjale probiotycznym Mleko acidofilne uzyskujemy dzięki procesowi prowadzonemu przez Lactobacillus acidophilus, natomiast mleko bifidusowe przy udziale bakterii z rodzaju Bifidobacterium. Fermentowane wyroby przemysłu mleczarskiego o konsystencji stałej, uzyskuje się przez dodatek starannie obranych kultur starterowych. Swoje zastosowanie mają one głównie przy produkcji serów żółtych dojrzewających i serów białych. W serach twardych występują paciorkowce z rodzaju Lactococcus. W zależności od rodzaju sera stosuje się dodatkowo inne bakterie fermentacji mlekowej, na przykład pałeczki z rodzaju Lactobacillus, a także pleśnie i drożdże. W produkcji sera białego wykorzystuje się głownie paciorkowce Lactococcus lactis, które są odpowiedzialne za proces koagulacji mleka.

Fermentowane surowce roślinne

Zarówno owoce jak i warzywa stanowią niezbędny element diety każdego człowieka. Dostarczają wielu składników odżywczych, koniecznych do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Zaleca się ich spożywanie w ilości pięciu porcji dziennie, stanowiących łącznie około 400 gramów. Mowa tu o surowych warzywach, które krótko zachowują świeżość i bardzo szybko ulegają zepsuciu. Dlatego szuka się sposobów na przedłużenie ich trwałości. Jedną z takich metod jest fermentacja mlekowa surowców roślinnych. Taka forma ich utrwalania jest akceptowana przez konsumentów, ze względu na potwierdzone bezpieczeństwo spożycia i wyjątkowe cechy sensoryczne, a także aspekt związany z tradycją. Oprócz działania konserwującego, fermentacja prowadzona przez bakterie mlekowe pozwala na uzyskanie nowych grup produktów nie tylko o atrakcyjnych cechach sensorycznych, ale także o wysokiej zawartości witamin, przeciwutleniaczy i innych ważnych związków, które w przypadku innego typu utrwalania, np. obróbki termicznej mogą ulegać degradacji. Najczęściej na drodze fermentacji mlekowej surowców roślinnych uzyskuje się produkty kiszone. Największą popularnością w naszym kraju cieszą się kiszone ogórki i kapusta, nierzadko można też spotkać kiszone buraki. W Polsce i wielu innych krajach, fermentacji poddaje się także soki owocowe i warzywne. Produkty te zyskują cały czas na popularności, ze względu na problem związany z nietolerancją laktozy spotykaną u części populacji oraz rosnącą liczbę osób stosujących dietę wegańską.

Coraz częściej utrwalanie przez zakwaszanie jest wykorzystywane przy produkcji paszy dla zwierząt w gospodarstwach ekologicznych. W ten sposób pasza jest zabezpieczana przed rozwojem niepożądanych grup drobnoustrojów, a jej spożycie wpływa korzystnie na stan odżywienia zwierząt.

Przy produkcji kiszonek wykorzystuje się na ogół drobnoustroje naturalnie zasiedlające surowce. Zwykle w tych procesach uczestniczą takie gatunki jak Lactobacillus brevis czy Lactobacillus plantarum, a także Leuconostoc mesenteroides. W kapuście nierzadko obecne są gatunki Lactococcus lactis oraz Lactobacillus pentoaceticus. Natomiast w przypadku soków przygotowuje się odpowiednią kulturę starterową. Jej skład zależy od rodzaju przetwarzanych owoców i warzyw, jednak najczęściej są to szczepy zaliczane do probiotyków. Jak już wcześniej wspomniano, bakterie fermentacji mlekowej wpływają pozytywnie na jakość uzyskanych produktów końcowych.

Główne działanie konserwujące wykazuje kwas mlekowy będący produktem metabolizmu bakterii fermentacji mlekowej. Jego działanie związane jest bezpośrednio ze zwiększeniem kwasowości środowiska. Powstaje on w wyniku przemian węglowodanów. Ponadto nadaje kiszonkom rześki smak, zatrzymuje rozwój drobnoustrojów patogennych w jelitach przy jednoczesnej stymulacji wzrostu drobnoustrojów pożądanych. Oprócz tego fermentowane surowce roślinne mogą zawierać zwiększoną ilość witamin w porównaniu z surowcami, z których zostały otrzymane. Uzyskują również charakterystyczny zapach i co ważne, są to produkty o obniżonej kaloryczności.

Fermentacja pieczywa

Najczęściej pieczywo produkuje się z mąki pszennej oraz żytniej. W Polsce największym uznaniem cieszy się chleb z mąki mieszanej (pszenno-żytniej). Przy produkcji pieczywa pszennego główną rolę odgrywają drożdże i prowadzona przez nie fermentacja alkoholowa. Bakterie kwasu mlekowego przyczyniają się do powstawania pieczywa żytniego oraz wyrobów otrzymywanych z wykorzystaniem mąk niechlebowych, jak np. owies czy jęczmień. Różnice te wynikają ze swoistych cech obu mąk. Bakterie fermentacji mlekowej, a dokładniej produkowane przez nie metabolity, decydują o specyficznych cechach smakowo-zapachowych, a także wpływają na poprawę wartości odżywczej i lepszą przyswajalność składników mineralnych.

Do produkcji pieczywa żytniego czy mieszanego stosuje się specjalnie wyselekcjonowane kultury starterowe. Rzadko wykorzystuje się jedynie mikroorganizmy autochtoniczne mąk. W skład kultur starterowych stosowanych w produkcji pieczywa żytniego oraz mieszanego przeważnie wchodzą pałeczki z rodzaju Lactobacillus oraz drożdże, przy czym ich stosunek liczbowy wynosi 100:1. Tylko ich synergistyczne działanie pozwala na otrzymanie pieczywa wysokiej jakości. Szczególne znaczenie mają gatunki Lactobacillus sanfranciscensis i Lactobacillus plantarum. Pierwszy hydrolizuje maltozę, drugi wpływa na sprężystość i wytrzymałość miąższu. Oprócz tego w skład kultur starterowych wchodzą głownie bakterie z rodzaju Lactobacillus, Lactococcus czy Leuconostoc. Bakterie mlekowe mają za zadanie ukwaszenie ciasta, co oprócz nadania charakterystycznego smaku, gwarantuje także pożądaną strukturę otrzymanego wyrobu. Na popularności cały czas zyskuje pieczywo zawierające w swoim składzie zboża niechlebowe. Zarówno owies, jak i jęczmień mają bardzo korzystne oddziaływanie na zdrowie człowieka, zwłaszcza przy istniejących już nieprawidłowościach.

Główne metabolity bakterii fermentacji mlekowej

Kwas mlekowy

Jest metabolitem wytwarzanym przez bakterie fermentacji mlekowej. Jego charakterystyczne działanie polega na zakwaszaniu środowiska. Obniżone pH wpływa hamująco na rozwój niepożądanych drobnoustrojów w produktach spożywczych. Działanie konserwujące kwasu mlekowego jest skutecznie wykorzystywane w przetwórstwie mięsnym i owocowo-warzywnym. Stanowi substancję dodatkową, prawnie dozwoloną do stosowania w żywności i określaną symbolem E 270 (Dz. U. nr 232 poz. 1525). Najbardziej pożądany w produkcji przemysłowej jest enancjomer kwasu mlekowego L(+). Wytwarzany jest on głównie przez homofermentatywne bakterie fermentacji mlekowej należące do rodzaju Lactobacillus, w szczególności gatunki Lactobacillus casei i Lactobacillus delbruckii. Jako surowce do produkcji kwasu mlekowego stosuje się na ogół glukozę, sacharozę oraz odpady z przemysłu cukrowniczego i serowarskiego.

Dekstrany

Dekstrany zaliczane do α-D-glukanów są produkowane przez bakterie fermentacji mlekowej, należące do egzopolisacharydów bakteryjnych. Produkowane są przez bakterie fermentacji mlekowej należące do rodzajów Streptococcus oraz Leuconostoc, głównie gatunku Leuconostoc mesenteroides. Niestety dekstran wytwarzany przez bakterie fermentacji mlekowej z rodzaju Leuconostoc wpływa negatywnie na właściwości soków dyfuzyjnych, stąd też unika się obecności tych bakterii w przemyśle cukrowniczym.

Bakteriocyny

Bakteriocyny to produkty metabolizmu gram dodatnich bakterii fermentacji mlekowej, które zostały podzielone na cztery klasy. Najpopularniejszą z nich jest należąca do pierwszej klasy, czyli do lantybiotyków – nizyna. Substancja ta jako jedyna spośród wszystkich bakteriocyn posiada status GRAS, potwierdzający jej bezpieczeństwo użycia. W Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 22 listopada 2010 roku w sprawie dozwolonych substancji dodatkowych z późniejszymi zmianami z dnia 22 kwietnia 2011 roku, nizyna została określona jako konserwant o symbolu E 234. Zamieszczono w nim również informację o jej maksymalnej dozwolonej dawce w poszczególnych produktach żywnościowych (Dz. U. nr 232 poz. 1525; Dz. U. nr 91 poz. 525).

Ogólnie związki te nie stanowią zagrożenia dla zdrowia człowieka, ponieważ są hydrolizowane przez enzymy przewodu pokarmowego do łatwo przyswajalnych i nieszkodliwych aminokwasów. Bakteriocyny posiadają silne właściwości przeciwdrobnoustrojowe, dzięki czemu znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu spożywczego, na przykład w przemyśle fermentacyjnym oraz mleczarskim. Mają również właściwości zapobiegające rozwojowi grzybów strzępkowych. Warto zaznaczyć, że w przetwórstwie mięsnym oprócz nizyny wykorzystywane są także bakteriocyny takie jak reuteryna, laktocyna czy sakacyna. Podstawowy kierunek ich wykorzystania to hamowanie rozwoju Listeria monocytogenes. Głównymi producentami bakteriocyn na skalę przemysłową są bakterie z rodzaju Lactobacillus, Lactococcus, a także Leuconostoc. Tylko bakteriocyny wytworzone przez bakterie fermentacji mlekowej traktowane są przez przemysł spożywczy jako nieszkodliwe. Za produkcję nizyny odpowiedzialne są paciorkowce Lactococcus lactis. Nizyna wykazuje działanie hamujące na różnego rodzaju bakterie zarówno należące do bakterii fermentacji mlekowej, jak i typowe patogeny żywności, w tym bakterie z rodzaju Salmonella, Listeria czy Clostridium. W przypadku tych ostatnich dodatkowo uniemożliwia wytwarzanie przez nie przetrwalników.

Preparaty probiotyczne

Probiotyki według obecnie obowiązującej definicji ustalonej przez FAO/WHO to żywe drobnoustroje, które wywierają pozytywne oddziaływanie na organizm konsumenta. Do probiotyków zaliczamy bakterie fermentacji mlekowej naturalnie bytujące w przewodzie pokarmowym człowieka, z którego są izolowane.

Najważniejsze działanie prozdrowotne probiotyków opiera się o zasiedlanie przewodu pokarmowego, zwiększenie odporności organizmu, minimalizację negatywnych skutków przyjmowania antybiotyków, jak na przykład występowanie biegunek, zapobieganie hipercholesterolemii czy produkcji enzymu rozkładającego laktozę, co jest szczególnie korzystne dla osób cierpiących na nietolerancję tego dwucukru. Ponadto przypisuje im się także działanie przeciwnowotworowe. Preparaty te oddziałują także na organizmy zwierząt, dlatego nierzadko znajdują zastosowanie w ich skarmianiu.

Aby szczep mógł zostać uznany za probiotyczny, konieczne jest naukowe udowodnienie jego prozdrowotnych właściwości. Aktualnie są one potwierdzone dla niewielu gatunków bakterii, głównie zaliczanych do rodzajów Lactobacillus i Bifidobacterium. Najbardziej rozpowszechnione w przemyśle spożywczym są szczepy Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium lactis Bb-12, Lactobacillus johnsonii LA1, Lactobacillus acidophilus CRL639, Lactobacillus casei Shirota, Streptococcus thermophilus i inne. Najczęściej dodawane są do mlecznych napojów fermentowanych, ale zasięg ich użycia cały czas się powiększa. Nierzadko występują w produktach pochodzenia roślinnego, na przykład różnego rodzaju sokach. Także przemysł mięsny prowadzi badania nad ich wykorzystaniem w produkcji wędlin. Do pożywienia są dodawane w postaci liofilizatów. Dla prawidłowego działania bakterii fermentacji mlekowej o charakterze probiotyków ważna jest ich liczebność oraz sposób obróbki technologicznej. Przyjmuje się, że minimalna liczba żywych bakterii probiotycznych w gotowym produkcie to 10^6 jtk/g lub ml produktu.

Bibliografia:

Babuchowski A., Wzorek W., 2003. Technologie fermentacyjne, w Bednarski W., Reps A.. Biotechnologia żywności. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
Chabłowska B., Piasecka-Jóźwiak K., Stecka K., 2009. Rola drobnoustrojów w produkcji żywności. Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego, Warszawa.
Górska S., Grycko P., Rybka J., Gamian A., 2007. Egzopolisacharydy bakterii kwasu mlekowego – biosynteza i struktura. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, nr 61, s. 805-818.
Grzegorczyk A., 2010. Z cyklu napoje fermentowane – Mleko acidofilne, lody jogurtowe, szampan serwatkowy. Część trzecia. Aptekarz Polski. Pismo Naczelnej Izby Aptekarskiej, nr 45/23.
Gwiazdowska D., Trojanowska K., 2005. Bakteriocyny – właściwości i aktywność przeciwdrobnoustrojowa. Biotechnologia, tom 68, nr 1, s. 114-130.
Heczko P. B., Strus M., Jawień M., Szymański H., 2005. Medyczne zastosowanie probiotyków. Wiadomości lekarskie, nr 58, s. 11-12.
Jach M., Łoś R., Maj M., Malm A., 2013. Probiotyki – aspekty funkcjonalne i technologiczne. Postępy Mikrobiologii, tom 52, nr 2, s. 161-170.
Jurkowski M., Błaszczyk M., 2012. Charakterystyka fizjologiczno-biochemiczna bakterii fermentacji mlekowej. Kosmos. Problemy nauk biologicznych, tom 61, nr 3, s. 493-504.
Kawka A., Rausch P., Świerczyński J., 2007. Możliwości stosowania kultur starterowych do produkcji pieczywa pszenno-ję Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 55, nr 6, s. 219-233.
Kołożyn-Krajewska D., 2010. Jakość mikrobiologiczna mięsa i jego przetworów. Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie.
Kraszewska J., Wzorek W., Sztando E., Raczyńska-Cabaj A., 2005. Aktywność antagonistyczna bakterii fermentacji mlekowej z gatunku Lactobacillus plantarum. Acta Scientiarum Polonorum, tom 1, nr 4, s. 39-52.
Lada E. H., 2008. Agro biznes. Podstawy przetwórstwa spoży Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna.
Libudzisz Z., 2004. Mikroflora jelitowa człowieka a probiotyki. Zakażenia, nr 6, s. 49-51.
Libudzisz Z., 2013. Bakterie fermentacji mlekowej, w Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z.. Mikrobiologia techniczna. Tom 2. Mikroorganizmy w biotechnologii, ochronie środowiska i produkcji żywności. Wydawnictwo Naukowe PWN.
Mojka K., 2013. Charakterystyka mlecznych napojów fermentowanych. Problemy Higieny i Epidemiologii, tom 94, nr 4, s. 722-729.
Nowak A., Śliżewska K., Libudzisz Z., 2010. Probiotyki – historia i mechanizmy działania. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 71, nr 4, s.5-19.
Nowak M., Trziszka T., Szołtysik M., 2007. Preferencje konsumentów mlecznych napojów fermentowanych. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 50, nr 1, s. 77-83.
Piasecka-Jóźwiak K., Chabłowska B., Słowik E., Rozmierska J., Stecka K. M., 2006. Zastosowanie kultur starterowych (wyselekcjonowanych szczepów bakterii mlekowych) do poprawy jakości pieczywa mieszanego i ży Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 46, nr 1, s. 100-113.
Reps A., 2003. Biotechnologia składników żywności, w Bednarski W., Reps A.. Biotechnologia żywności. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
Rozmierska J., Uzar A., Stecka K. M., Chabłowska B., Piasecka–Jóźwiak K., Słowik E., Szkudzińska–Rzeszowiak E., 2013. Zastosowanie kultur starterowych bakterii fermentacji mlekowej do produkcji pieczywa z wysokim udziałem mąki owsianej. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 86, nr 1, s. 166-180.
Staruch L., Walczycka M., 2011. Projektowanie cech jakościowych mięsnych wyrobów fermentowanych poprzez dodatek kultur starterowych. Żywność projektowana designed food, część I, rozdział 12, s. 161-178.
Steinka I., 2009. Innowacje technologiczne a bezpieczeństwo żywności. Annales Academiae Medicae Gedanensis, nr 39, s. 123-132.
Steinka I., 2011. Wybrane aspekty stosowania probiotyków. Annales Academiae Medicae Gedanensis, nr 41, s. 97-108.
Strus M., 1998. Nowa metoda oceny antagonistycznego działania bakterii kwasu mlekowego (LAB) na wybrane, chorobotwórcze bakterie wskaźnikowe. Medycyna Doświadczalna i Mikrobiologia, nr 50, s. 123-130.
Szydłowska A., Kołożyn–Krajewska D., 2010. Zastosowanie bakterii potencjalnie probiotycznych do fermentacji przecieru z dyni. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 73, nr 6, s. 109-119.
Śliżewska K., Biernasiak J., Libudzisz Z., 2006. Probiotyki jako alternatywa dla antybiotyków. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej. Chemia spożywcza i biotechnologia, z. 70, nr 984.
Trafalska E., Grzybowska K., 2004. Probiotyki – alternatywa dla antybiotyków? Wiadomości lekarskie, tom 57, nr. 9-10, s. 491-498.
Trojanowska K., Giebel H., Gołębiowska B., 2009. Mikrobiologia żywności. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
Trząskowska M., 2013. Probiotyki w produktach pochodzenia roślinnego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 89, nr 4, s. 5-20.
Walczycka M., 2005. Metody inaktywacji i hamowania wzrostu Listeria monocytogenes w przetworach mięs Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., tom 43, nr 2, s. 61-72.
Zaręba D., Ziarno M., 2011. Alternatywne probiotyczne napoje warzywne i owocowe. Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, tom 54, nr 2, s. 160-168.
Zielińska K., Fabiszewska A., Stecka K., Wróbel B., 2013. Rola bakterii fermentacji mlekowej w poprawie jakości mikrobiologicznej kiszonek z runi łąkowej w gospodarstwach ekologicznych. Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie, tom 13, zeszyt 1, s. 171-182.