FERMENTATIA

LACTICA

în industria alimentară

Produse lactate fermentate

� Produsele lactate fermentate reprezinta, fara indoiala cele mai vechi produse alimentare obtinute cu ajutorul microorganismelor (bacterii lactice endogene);

� Laptele proaspat de vaca contine 5% lactoza, 3,3% proteine, are o activitate a apei de aprox.1 si un pH=6,6-6,7 – conditii perfecte pentru majoritatea microorganismelor.

� Bacteriile lactice fiind saccharolitice si fermentative, sunt ideale pentru a se dezvolta in lapte, inlaturand alte microorganisme concurente atat datorita afinitatii lor mari fata de lactoza, cat si a acidularii mediului, care devine, astfel, inospitalier pentru alte specii.

� Dintre produsele lactate fermentate cel mai consumat produs este iaurtul.

Consumul anual de iaurt/persoana

� Printre factorii care au contribuit la cresterea consumului de iaurt se numara efectul nutritional benefic al culturilor starter specifice (Streptococcus thermophilus si Lactobacillus delbrueckii, susbsp. bulgaricus, care contribuie la buna functionare a tractului gastrointestinal), dar si a altor microorganisme adaugate in iaurt, cunoscute sub denumirea de probiotice .

� Termenul de “probiotic” - utilizat din 1965 se refera la factori promotori de crestere produse de microorganisme (in opozitie cu antibioticele).

� In 1989 Fuller defineste probioticele ca “suplimente alimentare microbiene vii, care afecteaza benefic organismul gazda prin reglarea florei intestinale.”

� Definitia OMS: “microorganisme vii, care administrate in cantitati adecvate confera beneficii de sanatate organismului gazda”.

Efecte benefice de sanatate conferite de bacteriile probiotice

� Reducerea colesterolului din sange;� Reglarea florei intestinale;� Reducerea incidentelelor infectiilor gastro-intestinale, urinare;� Diminuarea intolerantei la lactoza;� Anticarcinogene si antitumorale;� Reduc incidenta bolilor diareice.

Lactobacillus acidiphilus Lactobacillus reuteri

Lactobacillus casei Lactobacillus rhamnosus

Lactobacillus fermentum Bifidobacterium longum

Lactobacillus plantarum Bifidobacterium breve

Bacterii probiotice din iaurt sau alte produse alim entare

Prebioticele sunt ingrediente alimentare, nedigerabile, care afecteaza benefic organismul gazda prin stimularea selectiva a cresterii sau/si activitatea unuia sau a unui numar limitat de bacterii din colon. Cu alte cuvinte, conduc la cresterea populatiei de microorganisme benefice, cum ar fi lactobacilii sau bifidobacteriile, in detrimentul altor specii.

Prebioticele sunt carbohidrati care nu sunt digerate in stomac si intestinul subtire, ajungand in colon, unde sunt metabolizati selectiv de anumite componente ale microflorei.

Majoritatea prebioticelor utilizate comercial sunt poli- sau oligozaharide, care deriva din materialul vegetal sau sunt sintetizate din dizaharide naturale precursoare.

Exemple: fructo-oligozaharide (ex. Inulina) sau galacto-oligozaharidele.

Fructo-oligozaharide; ex. inulina

Galacto-oligozaharide

Rolul bacteriilor lactice in obtinerea produselor lactate fermentate este de a transforma lactoza in acid lactic, provocand acidularea mediului, atingand punctul izoelectric al cazeinei (pH=4,6), provocand coagularea acestuia si obtinerea de coagul. Alaturi deacidul lactic se obtin cantitati mici de acetaldehida, diacetil, acid acetic si alcool etilic, care contribuie la definitivarea aromeispecifice produsului. Cultura starter poate produce si alti compusi, care sa contribuie la atingerea unor proprietati specifice produsului (viscozitate, consistenta, textura).

Principala problema in fabricarea produselor lactate fermentate, in special a iaurtului, este evitarea fenomenului de sinereza –separarea apei de laptele coagulat. Pentru evitarea acestui fenomen, producatorii parcurg cateva etape in scopul cresterii capacitatii de legarea apei de catre amestecul de lapte si anume:

1. cresterea continutului de solide, fie prin adaos de lapte praf fie de lapte concentrat;

2. incalzire in conditii de pasteurizare ordinara in vederea denaturarii proteinelor din zer;

3. incorporare de agenti de stabilizare si ingrosare.

Selectarea tulpinilor de microorganisme utilizate la obtinerea culturilor starter trebuie sa se faca tinand cont de cateva cerinte generale, dar si specifice, printre care:

� crestere rapida si viguroasa pentru a realiza acidularea mediului la valoarea dorita in 4-6 ore;

� rezistenta la bacteriofagi;� producere de arome specifice, fara o acidulare excesiva sau aroma

amaruie;� sa conduca la obtinerea unui produs cu consistenta si textura

corespunzatoare;� sa nu conduca la fenomenul de sinereza;� sa fie tolerante la conditiile de depozitare (inghetare, liofilizare) cu

mentinerea viabilitatii si evitarea unei etape de lag de lunga durata.Cele mai utilizate tulpini utilizate la fabricarea iaurtului sunt:

Streptococcus thermophilus si Lactobacillus delbrueckii, susbsp. bulgaricus, ambele microorganisme fiind homofermentative.

Schema bloc de

fabricare a iaurtului

Fermentatia lactica in fabricarea branzeturilor

FAO a dat urmatoarea definitie pentru branza: “Brânza este produsul proaspat sau maturat obtinut prin indepartarea lichidului rezultat dupa coagularea laptelui integral, partial sau total desmântânit, a smântânii sau combinatii ale acestora.”

Prepararea branzei din lapte reprezinta cea mai eleganta solutie de conservare a proteinelor si grasimilor din lapte. Brânzeturile pot fi privite ca produse in care cei mai importanti constituenti ai laptelui au fost concentrati si care se pot depozita pe un termen considerabil de mare.

Brânza este o importanta sursa nutritiva, furnizând aprox. 5% din proteinele consumate.

Brânza reprezinta un aliment concentrat, care se obtine cel mai frecvent din lapte de vaca, dar si din lapte de capra, oaie sau bivolita, fiind format din: cazeina, grasimi in cantitati variabile, saruri minerale si o parte din “serul” din lapte, in care sunt dizolvate lactoza, proteinele de zer si vitaminele.

Consumul anual de branza, kg/persoana

Nutrientii importanti din brânza, /100g

Sortiment Cont. caloric,

kcal

Proteine, g

Grasimi, g

Ca, mg Vit.A, mg

Vit.B2, mg

Cedar 410 25 33 800 310 0.5

Camembert 300 20 25 150 150 0.4

Brânza de vaca

95 14 4 60 32 0.3

Clasificarea brânzeturilor - functie de tipul de:

� tipul de lapte: - vaca, oaie, capra, bivolita;� continutul de grasime: - slabe (10%s.u.), semigrase

(min.20% s.u.), grase (min.40% s.u.), foarte grase (min.45% s.u.);

� consistenta: - moi, semitari, tari;� procesul de fabricatie: - proaspete, maturate (Olanda,

Tilsit, Sveiter etc), in saramura (feta, telemea), cu pasta oparita (Dalia, Rucar, Dobrogea), topite, framântate (brânza de burduf).

Principalele etape in fabricarea branzeturilor

Inainte de inoculare, materiei prime i se pot adauga CaCl2, care faciliteaza coagulare si NaNO3 cu rol in inhibarea bacteriilor butirice.

Inocularea se realizeaza fie la 2-30C/30-45 min, fie la 10-120C/10-12 h, sub agitare, prin adaugare de culturi pure de bacterii lactice, specifice fiecarui sortiment, la care se pot adauga microorganisme adjuvante.

Coagularea se realizeaza cu enzime coagulante de origine animala sau microbiana, la 25-350C/15-90 min. Se realizeaza in 2 etape, o faza enzimatica fara modificarea aspectului, cand au loc reactii de hidroliza enzimatica a cazeinei, distrugând miceliile si o faza neenzimatica, coagularea propriu-zisa, cu modificarea starii coloidale, rezultand o retea de gel, a carei formare este favorizata de prezenta ionilor de Ca (formare de paracazeinat de Ca).

Coagularea

laptelui

Prelucrarea cheagului se refera la reducerea dimensiunilor la 5-30 mm, prin taiere si maruntire, pentru a favoriza eliminarea zerului, adica fenomenul de sinereza. Eliminarea zerului, concentrarea proteinelor si grasimilor are loc sub efectul combinat al unor procese biochimice, biologice si fizico-chimice, multe având loc simultan, deseori având efecte complexe reciproce. De ex. expunerea cheagului la temperatura ridicata si pH scazut intensifica sinereza, dar daca temperatura este prea mare microorganismele acidulante se inactiveaza, rezultând o sinerezaslaba – calitate slaba a produsului finit. Un pH prea acid conduce la o pierdere semnificativa de minerale, in special Ca, obtinându-se un produs sfarâmicios. O eliminarea excesiva de zer din cheag este insotita si de eliminarea de substante dizolvate, se reduce cantitatea de lactoza, substrat al culturilor starter, produsul obtinut fiind uscat si cu defecte de aroma.

Adaugarea de sare reduce acidularea, favorizând inchegarea prin solubilizarea proteinelor. Sarea actioneaza si ca intaritor de aroma.

Modelarea presupune formarea pastei de brânza pentru produsele semitari, respectiv turnarea in forme de diferite sectiuni, pentru produsele tari.

Presarea are drept scop indepartarea zerului rezidual si de control al texturii.

Maturarea reprezinta etapa de transformare a brânzei crude in produs finit, prin modificare compozitiei chimice, aspectului, texturii si aromei, ca urmarea a activitatii enzimelor din lapte, a culturilor starter, a enzimelor de coagulare, a microflorei ce poate infecta laptele sau cheagul si a microorganismelor utilizate in fabricarea unor produse (drojdii, mucegaiuri). Cuprinde trei etape: - prematurarea (fermentare preliminara) cand are loc acidularea (fermentatia lactica), degradarea incipienta a cazeinei, formarea gaurior specifice;- maturarea prorpiu-zisa (fermentatia principala) cand au loc transformari ale proteinelor si grasimilor si- maturarea finala, in care au loc reactii biochimice cu viteza mica, cu rol in definitivarea aromei specifice.

Maturarea are loc la 15-200C pentru produsele cu format mic si 20-260C pentru cele cu format mare, iar definitivarea la 10-140C.

Fermentatia lactica in conservarea legumelorLegumele fermentate isi au originea in Asia si Orientul indepartat,

datând probabil de peste 2000 de ani, de unde au ajuns in Europa in anii 1500 e.n. Au constituit un component alimentar important nu numai datorita remarcabilei conservari, a texturii si aromei produselor, ci si datorita proprietatilor lor nutritionale. Cele mai utilizate legume conservate prin fermentatie sunt varza, castravetele si maslinele, in masura mai mica se folosesc gogonele, ardei, morcovi si alte legume specifice diferitelor zone geografice. Materia prima are un continut ridicat de umiditate, redus de proteine si grasimi (exceptie maslinele) si suficient de carbohidrati pentru a suporta fermentatia lactica.

Leguma Apa,% Hidrati C,% Proteine,% Grasimi,%

Varza 92-94 5-6 1 -

Castravete 95 2-3 1 -

Masline 78-80 2-4 1-2 12-14

Tehnologia de obtinere a legumelor fermentate se bazeaza pe aceleasi principii ca in cazul altor produse alimentare de fermentatie (lactate, carne), de transformare a hidratilor de carbon in acizi si obtinerea de produse cu proprietati organo-leptice diferite. Diferenta consta insa in faptul ca fermentatia nu se desfasoara sub actiunea unorculturi starter, ci se bazeaza pe microflora lactica naturala a produselor vegetale, care este extrem de variata, incluzând specii homo- si heterofermentative. Materialul vegetal contine insa o microflora complexa, ceea ce impune selectarea acelor conditii, factori care sa faciliteze activitatea bacteriilor lactice si sa fie ostile celorlalte specii. Acesti factori se rezuma la prezenta sarii, la temperatura si conditii anaerobe. In acest mediu, majoritatea microorganismelor nelactice vor creste foarte incet (daca supravietuiesc), in timp ce bacteriile lactice vor produce, prinfermentatie, acidularea mediului si eliminare de CO2, contribuind astfel la cresterea ostilitatii mediului pentru alte specii de microorganisme.

Microflora reprezentativa din legumeBacterii aerobe 4-6 log CFU/gPseudomonasFlavobateriumMicrococcusStaphylococcusBacillus

Enterobacterii 3-3.5 log CFU/gEnterococcusEnterobacterKlebsiellaEscherichia

Bacterii lactice 0.7-4 log CFU/gLactobacillusPediococcusStreptococcusTetragenococcusLeconostoc

Drojdii si fungi 0.3-4.6 log CFU/gFusariumAscochytaAspergillusPenicilliumRhodotorula

Principalele bacterii lactice implicate in

fermentatia legumelorMicroorganism Varza acra Muraturi in saramura Masline

Leuconostoc mesenteroides

X X X

Leuconostoc fallax X

Lactobacillus plantarum

X X X

Lactobacillus brevis X X X

Pediococcus pentosaceus

X X

Fermentatia depinde de cresterea succesiva a microorganismelor prezente natural in materialul vegetal. Unele apar in faza incipienta de fermentatie, jucând un rol particular, apoi dispar, in timp ce alte specii se dezvolta mai târziu, ramânând in concentratii de la medii la ridicate atât pe perioada fermentatiei cât si a postfermentatiei. Dezvoltarea acestora din urma este insa legata de cele din fazele incipiente. Activitatea microbiana incepe o data cu adaugarea saramurii. Initial mediul este aerob, dar datorita efectului combinat al dislocuirii fizice a aerului, cu respiratia reziduala si consumul de oxigen de catre celulele vegetale, treptat atmosfera va deveni anaeroba, oferind putine sanse de dezvoltare speciilor aerobe. Unele dintre acestea sunt sensibile si la sare, reducând sansele de crestere si supravietuire. In conditiile de temperatura (20-250C), unele specii facultativ aerobe (Enterobacter, Escherichia, Erwinia) si alti coliformi, pot supravietui, dar doar pentru o perioada scurta de timp, atât datorita competitiei cu bacteriile lactice cât si datorita acidularii mediului.

Fluxul tehnologic de

obtinere a verzei murate

Cresterea succesiva a bacteriilor lactice in

fermentatia verzei – model idealizat

In fermentatia verzei se disting urmatoarele faze:

- Faza heterolactica (faza gazoasa), marcata de cresterea de Leuconostoc mesenteroides, microorga-nism aerotolerant si tolerant la sare, având o perioada de lag scurta si viteza mare de crestere. Metabolizeaza zaharurile heterofermentativ, producand acid lactic, acetic, CO2, etanol. Mediul acid creat (0.6-0.8%) inhiba competitorii nelactici in favoarea bacteriilor lactice, iar producerea de CO2 conduce la anaerobizarea mediului. Pe masura ce aciditatea ajunge la 1% Leuconostoc mesenteroides se autoinhiba si devine nedetectabil in 4-6 zile.

- Faza homolactica (negazoasa), in care se dezvolta alte bacterii lactice L. plantarum si brevis, facultativ heterofermentative, metabolizând zaharurile pe diferite cai, provocând aproape dublarea aciditatii mediului, dominând fermentatia, chiar daca pot fi prezente si alte specii lactice.

In final aciditatea se apropie de 1.6%, pH= 4, conditii in care doar L. plantarum este capabil sa creasca. Fermentatia se considera terminata in cca o luna, când aciditatea mediului se apropie de 1.8% si pH=3.4-3.6.

In produsul finit predomina acidul lactic, dar sunt prezenti si alti metaboliti (acid acetic – 0.3%, etanol – 0.5%, cantitati mici de diacetil, acetaldehida, manitol), care contribuie la definirea aromei produsului. Acumularea de CO2 din etapa heterofermenatativa contribuie la rândul sau la intensificarea gustului.

Principalele reactii biochimice

Fermentatia muraturilor in general, deci si a castravetilor decurge diferit de cea a verzei. Formarea de CO2 fiind nedorita, se evita etapa hetero-fermentativa prin utilizarea unor concentratii saline ridicate (5-8%), care inhiba cresterea de Leuconostoc, fermentatia homolactica fiind declansata de Pediococcussp si Lactobacillus plan-tarum. Continutul ridicat de sare si aciditate a mediului (pH<4.5) inhiba cresterea coliformelor, bacteriilor ne-lactice si a altor micro-organisme.