krzepnięcie mleka, drobnoustroje wykorzystywane w przemyśle.doc

Zsiadanie się mleka (krzepnięcie). - HIGIENA MLEKA

Zdolność do koagulacji jest bardzo ważną cechą w przetwórstwie jest to przejście z zolu (koloidu) w żel (skrzep). Jest następstwem destabilizacji układu białek mleka pod wpływem:
• Ogrzewania – koagulacja cieplna.
Zależy od wysokości temperatury i czasu ogrzewania. Powoduje nieodwracalne zmiany wtórnych struktur bialek. Dochodzi do rozerwania wiązań hydrofobowych i wodorowych odpowiedzialnych za strukturę II, III i IV-rzędową białek. W konsekwencji dochodzi do destabilizacji stanu dyspersji (czyli denaturacji cieplnej). Najłatwiej denaturują białka serwatkowe mleka. Micele kazeinowe w świeżym mleku są oporne. Ich koagulację cieplną powoduje dopiero długotrwałe ogrzewanie w temperaturze ponad 100°C.
Wzrost kwasowości obniża radykalnie stabilizację cieplną kazeiny przy pH=6,2 denaturacja już w temperaturze pokojowej. Kwaśne mleko nie da się zagotować. Podobnie jak dodamy wapno jonowe (jego poziom jest wtedy podwyższony). W procesach technologicznych do jednoczesnego wytrącenia kazeiny i białek serwatkowych – koprecypitacja (stosowana przy produkcji serów). Można wytrącić w ten sposób ok. 96% białek, przez ogrzewanie do temperatury 90°C z wapnem jonowym.
• Zmiany kwasowości – koagulacja przez zakwaszanie.
Mechanizm kwasowej koagulacji kazeiny polega na doprowadzeniu mleka przegotowanego do punktu izoelektrycznego. Gdy mleko ma pH=4,6 w temperaturze 20°C ilość zdysocjowanych grup kwasowych i zasadowych kazeiny jest taka sama. Zewnętrzny ładunek miceli wynosi 0. Jony wapniowe (tworzące mostki w miceli kazeiny) oddysocjowują i przechodzą do fazy wodnej. Jest to utrata wapnia, który przechodzi do serwatki. Mostki pękają i micele kazeinowe są rozciągane. Wydłużają się, co ułatwia ich wzajemny kontakt i tworzenie międzymicelarnych wiązań – asocjacja miceli kazeinowych. W efekcie powstaje skrzep – żel kazeinowy, który zamyka w wolnych przestrzeniach sieci wszystkie pozostałe składniki mleka. Mleko o wyższej zawartości kazeiny daje skrzep twardy (zwarty); o wyższej zawartości tłuszczu – skrzep luźny, miękki. Kwasowa koagulacja mleka jest odwracalna podwyższenie pH, zobojętnienie spowoduje reakcję odwrotną. Kiedy pH przekroczy 6,6 nastąpi całkowity powrót kazeiny do stanu koloidalnego. Wykorzystywane w przetwórstwie mleka – produkcja fermentowanych produktów mlecznych, napojów mlecznych, serów twarogowych. Białe sery, twarogi mają bardzo mało wapnia, bo jest on w większości w serwatce.
• Działania enzymów – koagulacja enzymatyczna (na słodko).
Działające tu enzymy koagulujące to chymozyna (podpuszczka) pozyskiwana od cieląt karmionych mlekiem, pepsyna, renina, proteolityczne enzymy pochodzenia mikrobiologicznego. Wyróżnia się dwie fazy:
- faza enzymatyczna – proteoliza;
Odszczepienie od kazeiny κ części łańcucha polipeptydowego, tzw. makropeptydu. Kazeina ta pęka w miejscu najbardziej labilnego wiązania peptydowego – między 105 a 106 aminokwasem w łańcuchu (fenyloalaniną a metioniną). Makropeptyd ma 63 reszty aminokwasowe (od 106 do 169) i stanowi ok.30% masy kazeinowej. Jest łatworozpuszczalny w wodzie, więc przechodzi do roztworu. Pozostała część kazeiny – parakappa kazeina (od 1 do 105 aminokwasu) jest nierozpuszczalna w wodzie. Następuje destabilizacja układu koloidalnego, zmniejsza się lepkość mleka.
- faza żelyfikacji – tworzenie się skrzepu.
Powstaje trójwymiarowa sieć rozciągniętych splotów łańcuchów polipeptydowych. Struktura ta powstaje z micel kazeinowych powiązanych między sobą mocnymi wiązaniami – jonowymi, wodorowymi, hydrofobowymi. Interakcje między micelami spowodowane są odłączeniem makropeptydu. Micele bez powłoki hydratacyjnej tracą potencjał elektrokinetyczny. W wyniku tego siły odpychania międzycząsteczkowego spadają. Dochodzi do agregacji miceli. Wiązania, które tworzą strukturę przestrzenną, ulegają zanikowi. Cała przestrzeń jest wypełniona przez micele powiązane ze sobą w różnych kierunkach. Rozciągnięte w skrzepie tracą swój kulisty kształt i tworzą sieć wiązań polipeptydowych. Do wytworzenia tych wiązań musi być min. 20°C. Za dostateczną zwięzłość skrzepu odpowiadają jony wapnia (łączą sieć w skrzepie). Konieczny jest dodatek wapnia w postaci chlorku wapnia.
Koagulacja ta zachodzi szybciej, gdy mamy: obniżone pH mleka, podwyższoną temperaturę, wyższą zawartość kazeiny w mleku i dodatek wapnia.
Koagulacja enzymatyczna jest nieodwracalna. Przeprowadza się ją „na słodko” przy pH mleka świeżego. Skrzep taki ma dużo wapnia i fosforu. Proces ten wykorzystuje się przy produkcji serów i kazeiny podpuszczkowych (sery żółte).
• Oddziaływania sił jonowych – wysalanie.
Wprowadzenie do mleka dużych ilości dysocjujących soli (siarczan magnezu i amonu, chlorek sodu i wapnia). Koagulacja białek następuje przez utratę warstw hydratacyjnych. Robi się w ten sposób sery solone, np. feta.

Wtórnym zjawiskiem krzepnięcia jest stopniowe kurczenie się skrzepu i wydzielanie z niego klarownej serwatki – synereza.

Drobnoustroje wykorzystywane w przemyśle. - HIGIENA MLEKA –

Bakterie fermentacji mlekowej to bakterie fermentujące cukier do kwasu mlekowego. Jest to beztlenowy wewnątrzkomórkowy proces enzymatycznej przemiany cukru do kwasu mlekowego. Jest to sposób zdobywania energii przez bakterie w warunkach pozbawionych tlenu. Bakterie mają zdolność wykorzystywania laktozy (dwucukier – galaktoza i glukoza). Hydroliza laktozy przy udziale β-galaktozydyazy daje D-glukozę i D-galaktozę, a ta w dalszych przemianach – kwas mlekowy.
Bakterie mogą mieć formę pałeczki – Lactobacillus, lub ziarniniaków w formie łańcuszka – lub kostki. Potrzebują one bogatych i złożonych podłoży. Głównie są to względnie beztlenowe bakterie Gramm+, nie wytwarzające przetrwalników. Są wśród nich mezofile i termofile.
Na podstawie produktów fermentacji dzielimy je na:
• Homofermentatywne – 85% produktu końcowego stanowi kwas mlekowy, oprócz niego kwas octowy, metanol, acetoina, dwutlenek węgla.
Paciorkowce: Lactococcus lactis lactis, L. lactis cremoris, L. lactis diacetilactis; Streptococcus salivarius (sternophilus); Pediococcus acidilactici, P. damenosus.
Pałeczki: Lactobacillus delbruecki lactis, L. delbruecki bulgaricus, L. helveticus, L. casei, L. plantarum.
• Heterofermentatywne – oprócz kwasu mlekowego (50%), też etanol, kwas octowy, glicerol, mannitol, dwutlenek węgla, dwuacetyl.
Leukonostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, L. fermentum, Bifidobacterium bifidum.

Heterofermentacja mlekowe:
Leuconostoc mesenteroides: glukoza → kwas mlekowy + etanol
Lactobacillus brevis (przy udziale wody): glukoza → kwas mlekowy + kwas octowy + H2O + CO2
Bifidobacterium bifidum: glukoza → kwas mlekowy + kwas octowy

Galaktoza jest znacznie słabiej wykorzystywana (Lactobacillus nie fermentuje galaktozy).
Pentozy: arabinoza, ksyloza → kwas mlekowy + kwas octowy

Micrococcus, Bacillus, grzyby – powodują fermentację, tzw. fermentacja rzekomomlekowa.
Bakterie fermentacji mlekowej w przetwórstwie – ukwaszają mleko, kształtują cechy organoleptyczne produktów mleczarskich.

Wpływ bakterii na cechy organoleptyczne:
Ocena organoleptyczna smakowo-zapachowa zależy od nagromadzonych ubocznych produktów przemiany materii bakterii, które wchodzą w skład mleka.
- Kwas mlekowy – główny produkt; bezwonny, nadaje tylko kwaskowaty smak.
- Dwuacetyl – najważniejszy związek; nadaje mleku orzechowy posmak. Może być produkowany przez bakterie homo- i heterofermentatywne. Homofermentatywne bakterie, które niw wykorzystują cytrynianów, mogą produkować niewielkie ich ilości.
- Aldehyd octowy – w jogurcie; nadaje smak jogurtopodobny, tzw. „zielony” lub „trawiasty”. Niewielka ilość aldehydu jest dobra, bo łagodzi drapiący smak dwuacetylu. Część aldehydu jest rozkładana do etanolu.
- CO2 – wielostronne znaczenie. Nagromadzenie w dojrzewającym serze – dziurki. Rozpuszczalny w wodzie – słaby kwas węglowy, który wpływa na kwasowość mleka i jego przetworów. Nadaje produktom mleczarskim cechy musujące – kefir. Produkowany przez bakterie propionowe i drożdże.
- Dwumetylosiarczek – paciorkowce; podobnie jak aldehyd wygładza drapiący posmak dwuacetylu.

Bakterie fermentacji propionowej.
Propionibacterium – ok. 10 gatunków saprofitycznych. Gramm+, katalazo+, pałeczki komórki drobne, pałeczkowate, wykazują polimorfizm. Często są zdeformowane albo rozgałęzione. Przypominają literę V lub Y. Mogą rozwijać się w temperaturze 15-45°C. Bardzo pospolite w mleku jak bakterie kwasu mlekowego, ale rosną bardzo wolno i dopiero po kilku dniach tworzą drobne kolonie.
Fermentują glukozę, laktozę, sacharozę, pentozy, jabłczany, mleczany, glicerol z wytworzeniem kwasu octowego, dwutlenku węgla i kwasu propionowego.
Wykorzystuje się je jako substrat szlachetnych serów – szwajcarskich, holenderskich. Fermentacja mleczanów daje duże oczka w serze, a także nadaje charakterystyczny smak. Mogą stanowić dodatek do zakwasów jogurtowych i twarogów. Kwas propionowy ogranicza porost pleśni na powierzchni – trwalsze. Wzbogacają produkty o witaminę B12.

Bifidobacterium bifidum, Binfants.
Są saprofitami bytującymi w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt. Stanowią ok.99% flory przewodu pokarmowego niemowląt karmionych mlekiem matki. Także jest ich dużo u dorosłych. Zakwaszają antagonizm – antagonizm dla patogennych drobnoustrojów przewodu pokarmowego.
Gramm+, nieprzetrwalnikujące pałeczki, katalazo-, o różnych wariantach morfologicznych (agregaty polisacharydowe Y lub V). Są beztlenowcami. Optimum wzrostu w 37°C. Mogą rozkładać cukry proste i złożone. Końcowe produkty to kwas mlekowy i octowy (stosunek 2:3).
Dominują w przewodzie pokarmowym niemowląt karmionych piersią – rozwój ich następuje dzięki wysokiej zawartości laktozy, niskiej zawartości białek oraz małej pojemności buforowej mleka kobiecego. Sprzyja to utrzymaniu pH ok.5,0, co hamuje rozwój niepożądanych bakterii, a sprzyja Bifidobacterium.
Mleko krowie to o 50% mniej aktywny czynnik bifidogenny. Jest to przyczyną braku czynników bifidogennych u niemowląt karmionych sztucznie. Dwa czynniki bifidogenne:
- cukier złożony – wykorzystywany do budowy ścian komórkowych drobnoustrojów;
- substancja natury peptydowej.

Brevibacterium linens.
Właściwości proteolityczne niskie – wykorzystywany do produkcji serów miękkich. Pałeczki krótkie, czasem zdeformowane, oporny na NaCl, nawet 15%. Wytwarza czerwone i pomarańczowe barwniki.

Grzyby.
Głównie gatunki, które prowadzą fermentację alkoholową; wchodzą w skład grzybów kefirowych i mikroflory kumysu.
Sacharomyces – produkcja spirytusu z serwatki, produkcja szampanów. Komórki drożdży zawierają złożone systemy enzymów oddechowych i w warunkach beztlenowych prowadzą fermentację alkoholową. Z laktozy powstaje etanol i woda.
Pleśnie – fermentacja alkoholowa – Geotrichum, Mucor.
Grzyby nitkowate – produkty z przerostem pleśniowym (grzyb w środku, niska aktywność proteolityczna, wysoka aktywność lipolityczna) lub z porostem pleśniowym (na zewnątrz – Brie, Camembert; wysoka aktywność proteolityczna, niska lipolityczna).

Mikroflora saprofityczna w mleku i produktach:
- Enterobacteriaceae – względnie chorobotwórcze lub chorobotwórcze; przewód pokarmowy człowieka i zwierząt; obecność w serach, mleku – zakażenie florą jelitową.
- Bakterie z grupy Coli – Escherichia, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter – na ogół nie stanowią zagrożenia, choć mogą być patogenne i powodować biegunki. Wykrywanie pałeczek okrężnicy ma bardzo duże znaczenie – bakterie te powodują nieprawidłowe procesy fermentacyjne (dużo wodoru i dwutlenku węgla) – powodują „wczesne wzdęcia serów” – oborowy smak i zapach.
- E.coli – fermentuje laktozę z wytworzeniem kwasów, dwutlenku i wodoru (1:1). Jej stwierdzenie to wskaźnik sanitarny, który dyskwalifikuje produkt.
- Enterobacter – wytwarza mniej kwasów niż E.coli, a więcej gazów (2 więcej dwutlenku węgla niż wodoru). Jest wskaźnikiem sanitarnym, bo należy do flory jelitowej.
- Salmonella – powoduje zapalenie wymienia u krów; bardzo rzadko z wyraźnymi objawami klinicznymi. Częściej powoduje zanieczyszczenie mleka po doju: obornik, źle umyte wymiona, naczynia udojowe, owady, ludzie. Mleko i jego przetwory są dobrym środowiskiem do rozwoju.
- Shigella – powoduje chorobę brudnych rąk – czerwonkę. Staranne mycie, dezynfekcja maszyn, higiena osobista. Mleko jest doskonałym podłożem do namnażania, a z przetworów masło, śmietana, też produkty fermentowane.
- Proteus – szeroko rozpowszechniony, duże właściwości proteolityczne – psucie się składników białkowych. Składnik mikroflory jelitowej człowieka. Proteoliza białek – straty w przemyśle mleczarskim.
- Yersinia enterocolitica – ostre zaburzenia przewodu pokarmowego, objawy podobne do salmoneloz. Izolowana często z mleka i przetworów.
- Bacillus – gł. B.subtilis i B.brevis, najbardziej rozpowszechnione, mezofilne, niepożądane w mleku i przetworach, bo mogą rozkładać białka i powodować wady. Przetrwalnikuje. W surowym mleku, pasteryzowanym, maśle, serze – rozwój ograniczony, bo konkuruje z bakteriami kwaszącymi.
B.steatotermophilus – optimum 65°C, szczep testowy do oznaczania dodatku antybiotyku.
B.cereus – może wywołać zatrucie pokarmowe, we wczesnej fazie wzrostu wytwarza enterotoksynę; właściwości proteolityczne, ścina mleko, peptonizuje. Psychrotropowy B.cereus – w składowym mleku pasteryzowanym – skrócenie jego trwałości.
- Clostridium – beztlenowe, przetrwalnikujące. Bakterie fermentacji masłowej: C.butyricum i C.tyreobutyricum – fermentują do kwasu masłowego, a także powstaje kwas octowy, dwutlenek węgla, wodór i inne (metanol, etanol, aceton). W końcowym okresie dojrzewania serów dochodzi do fermentacji masłowej → odrażający zapach i wzdęcie.
Proteolityczne szczepy Clostridium w warunkach beztlenowych rozkładają białko. Produktami rozkładu białka są aminy, woda, amoniak. To nadaje im odrażający zapach. C.perfringens – bardzo rozpowszechniony w przyrodzie. Często w produktach żywnościowych – psucie; wytwarza toksynę, która powoduje zatrucia u zwierząt i ludzi.
- Microbacterium – bakterie fermentują laktozę z wytworzeniem kwasu mlekowego (mało); w mleku i produktach mleczarskich; w środowisku bytowania zwierząt, typowe ciepłooporne (wytrzymują 60°C przez 30 minut). Dominują w mikroflorze produktów pastreyzowanych.
- Grzyby – źródłem są surowce i zanieczyszczone gotowe produkty. Powodują psucie się żywności i schorzenia u ludzi. Psucie się żywności jest spowodowane wytwarzaniem alkoholu, proteaz, lipaz – wpływają na cechy organoleptyczne mleka. Jest ok.160 gatunków grzybów z 3 rodzajów: Aspergillus, Penicillum, Fusarium – mogą wytwarzać toksyny.
Do ich rozwoju konieczny jest tlen z powietrza – mogą się wtedy rozwijać wewnątrz produktu – w źle ugniecionym maśle, szczelinach serów (najbardziej pospolity Geotrichum candidum – pleśń mleczna). Geotrichum rośnie na powierzchni twarogów, śmietan, które fermentują – białe naloty, lekko zmarszczone kożuszki. Grzyby nitkowate dobrze rosną na kwaśnych produktach. Gatunki, które rozszczepiają tłuszcz, wpływają na jakość masła. Niektóre mogą też rozkładać białka.
- Wirusy – w mleku, żywności znajdują się chorobotwórcze dla człowieka. W Polsce nie są prowadzone badania. Źródłem jest chore zwierzę, człowiek. Najbardziej chorobotwórcze – wirus polio – polymyelitis, wirus koksackie – drogi oddechowe, zapalenie opon mózgowych, goraczka, wirus echo – zapalenie opon, gorączka, biegunki. Są to enterowirusy – powinowactwo z przewodu pokarmowego człowieka. Razem przenoszą się wirus żółtaczki zakaźnej i kleszczowe zapalenie mózgu.
75°C 15 sekund – pasteryzacja; nie gwarantuje inaktywacji wirusów, szczególnie w.koksackie – 85°C, 20s.