จุลินทรียที่มีประโยชนในการผลิตอาหาร● จุลินทรียที่ใชในการผลิตอาหารหมัก

● จุลินทรียที่มีประโยชนในระบบทางเดินอาหารของมนุษย

โดยอ. ดร. ธนัท อมาตยกุล

วอภ 321 จุลชีววิทยาอาหารคณะเทคโนโลยีและนวัตกรรมผลิตภัณฑการเกษตร

Fermented foods

https://www.google.co.th/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiH3KmYj4vWAhUYTY8KHVBXB70QjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.bbc.co.uk%2Fnews%2Fhealth-35780468&psig=AFQjCNGVGX_EwCiwj8lrUpXL7Hyd2KAn8Q&ust=1504600301976052

https://www.google.co.th/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjDvNG2j4vWAhXDp48KHfhMBIMQjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.eatthis.com%2Ffermented-foods&psig=AFQjCNGVGX_EwCiwj8lrUpXL7Hyd2KAn8Q&ust=1504600301976052

Fermented foods: what is it?Definition: เปนผลิตภัณฑอาหารที่เกิดจากการใชเชื้อจุลินทรียเปลี่ยนแปลงสารอาหารตา◌่งๆจากวัตถุดิบที่ใชเพื่อการสรางพลังงาน สรางเซลลของเชื้อจุลินทรียและได by-product ออกมา ซึ่งสงผลใหอาหารนั้นมีกลิ่นรสที่ดีขึ้น สามารถเก็บไวไดนานขึ้น มีคุณคาทางอาหารมากขึ้น ปรับปรุงลักษณะทางกายภาพของอาหาร เพิ่มมูลคาของวัตถุดิบ และไดผลิตภัณฑใหมๆขึ้นมา

ตัวอยางเชน ไวน, เนยแข็ง, นํ้าปลา, ซีอิ๊ว, ขาวหมาก, สาเก, สาโท, เบียร, ผักดอง, ไสกรอก เปนตน

การหมักอาหารหมักTraditional Food Fermentation

● ใชหัวเชื้อที่มีในธรรมชาติ หรือจากอาหารหมักกอนหนา

● มักไมทําการฆาเชื้อกอนการหมัก แตเปนการสรางสภาวะที่เหมาะสมใหหัวเชื้อเจริญเติบโต

● mixed cultures ที่ไมรูสวนประกอบที่แนนอน

● ผลิตผลที่ไดคุณภาพไมคงที่ ● อุปกรณที่ใชเปนแบบพื้นบาน อาจ

ทําใหเกิดการปนเปอนไดงาย● ใชตนทุนนอยทาดานสถานที่และ

อุปกรณ

Modern Food Fermentation

● ทําการฆาเชื้อที่ปนเปอนในวัตถุดิบกอนการหมัก

● เติมหัวเชื้อที่ตองการลงไป● มักเปนหัวเชื้อเดี่ยวๆ● ผลผลิตที่ไดมีคุณภาพที่คงที่● อุปกรณที่ใชคอนขางทันสมัย ปองกันการ

ปนเปอน● ใชตนทุนสูงในเรื่องของสถานที่และ

อุปกรณ

เชื้อจุลินทรียที่ใชในการผลิตอาหารหมักBacteria Yeast Mold

Lactic acid bacteriaAcetic acid bacteriaBacillus subtilisBifidobacteriumPropionibacteriumBrevibacterium

Saccharomyces cerevisiaeCandidaKluveromyces

Aspergillus RhizopusPenicilliumMucor

Lactic acid bacteria● เปนกลุมเชื้อแบคทีเรีย (12 genera) ที่มีความสามารถในการเปลี่ยนนํ้าตาลใหกลายเปน

กรดแลกติกในปริมาณมาก● Ex. Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Lactobacillus,

Enterococcus, Aerococcus, Vagococcus, Tetragenococcus, Carnobacterium, Weissella และ Oenococcus

● มักถูกใชเปน Starter culture ในอาหารหมักจาก นม เนื้อสัตว ผัก เปนตน● อาจแบงไดเปน 2 กลุม คือ 1. สรางกรด และ 2. สรางสารใหกลิ่น● โดยเฉพาะ genus Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus,

และ Lactobacillus ที่มักถูกใชเปนหัวเชื้อในการผลิตอาหารหมัก●

Lactococcus● Lacctococcus เปนเชื้อแลกติกแอซิดแบคทีเรียสายพันธ◌ุหนึ่งที่ถูกใช

เปนหัวเชื้อในอุตสาหกรรมนมหมัก● Lactococcus lactis ● มี 2 subspecies ที่นิยมใชคือ ssp. cremoris และ ssp. lactis ● ลักษณะ: รูปทรงรี เสนผานศูนยกลางขนาด 0.5-1 ไมโครเมตร อยูเปน

คูหรือสายสั้นๆ ไมเคลื่อนที่ ไมสรางสปอร และจัดเปน facultative anaerobe ถึง microaerophilic อุณหภูมิที่โตไดดีอยูระหวาง 20-30oC แตไมเจริญเติบโตในสภาวะที่มีเกลือ 6.5% หรือที่ pH 9.6

● ในอาหารที่เหมาะสม สามารถผลิตกรดไดถึง 1% (L-lactic acid) และลด pH ไดถึง 4.5

● เชื้อ subsp. cremoris จะตางจาก subsp. lactis ที่ไมสามารถเจริญเติบโตไดในสภาวะ 40oC ในเกลือ 4% ไมสามารถใชนํ้าตาล ribose หรือยอย arginine ใหได NH3

Lactococcus lactis. Magnification 1500X

Lactococcus● Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis สามารถใช citrate เพื่อสราง

CO2 และ diacetyl ไดในปริมาณมาก● เชื้อในกลุมนี้สามารถยอยแลคโทสและเคซีน และยังสามารถใชนํ้าตาล galactose

sucrose และ maltose ได ● แหลงที่มักพบเชื้อกลุมนี้คือ ผัก กองหญาหมัก ในสิ่งแวดลอมของการผลิตนม และใน

นํ้านมดิบ

Streptococcus● มีเพียง Streptococcus thermophilus สายพันธุเดียวที่ถูกนํา

มาใชเปนหัวเชื้อจุลินทรียในอุตสาหกรรมนมหมักถูกใชในการผลิตโยเกิรต รวมกับ Lactobacillus delbrucekii ssp. bulgaricus แบบ synergistic

● กรัมบวก เซลลมีลักษณะกลมถึงวงรี เสนผานศูนยกลางขนาด 0.7-0.9 ไมโครเมตร แบงตัวแลวเปนเสนยาว หรือ เปนคูสั้นๆ โตไดดีที่ 37 – 40oC และโตไดที่ 52oC ไมสามารถใช galactose และ sucrose ได แตสามารถใช fructose mannose และ lactose ผลิต L-lactic acid ได

● สวนใหญพบในนํ้านม● ถูกจัดใหเปน probiotic เนื่องจากความสามารถในการลด

lactose intolerance● Homolactic fermentation

http://www.accobio.com/Images/UpFile/201322017226435.jpg

Leuconostoc● กรัมบวก Hetero lacticfermentation เซลลมีลักษณะกลม อยู

เปนคูหรือเปนสายยาว ไมเคลื่อนที่ ไมสรางสปอร catalase ใหผลลบ จัดเปน facultative anaerobe เจริญเติบโตไดดีที่อุณหภูมิระหวาง 20-30oC โดยสวนใหญสรางสารใหกลิ่น

● Glucose จะถูกใชสราง D-lactic acid, CO2, ethanol และ acetic acid ลด pH ลงถึง 4.5-5.0 บางสายพันธุสราง dextran เมื่อใช sucrose เปนอาหาร

● สามารถใช citrate สราง diacetyl และ CO2 ได ● พบเชื้อกลุมนี้คือ ผัก กองหญาหมัก ในสิ่งแวดลอมของการผลิต

นม และในนํ้านมดิบ ผลิตภัณฑเนื้อแปรรูป● สามารถเจริญเติบโตไดในนํ้านม● Citrate สามารถถูกใชในการสราง diacetyl และ CO2● เชื้อที่เดนๆ เชน Leuconostoc mesenteroides ssp.

mesenteroides and Leu. mesenteroides ssp. cremoris

http://genome.jgi.doe.gov/leume/leume.jpg

Pediococcus● กรัมบวก เซลลทรงกลม จับกันเปนกลุมๆละ 4 เซลล ไม

เคลื่อนที่ ไมสรางสปอร facultative anaerobe เจริญเติบโตไดดีที่ชวงอุณหภูมิ 25-40oC

● ใช glucose ผลิต L และ DL-lactic acid บางสายพันธุลด pH ลงถึง 3.6

● บางสายพันธุสามารถใช sucrose arabinose xylose ribose และสวนใหญจะไมสามารถใช lactose ได จึงไมเจริญเติบโตในนํ้านม

● สามารถพบไดในพืช กองหญาหมัก เบียร หรือผลิตภัณฑหมักของผัก เนื้อ และ ปลา

● Pediococcus pentocaceous และ Ped. acidilactici เปน 2 สายพันธ◌ุที่พบในอาหารหมัก

● เชื้อทั้ง 2 สายพันธุนี้ยังพบวาสามารถสรางสารใหกลิ่นกับอาหาร

https://vinumvine.files.wordpress.com/2012/04/pediococcus-in-wine.jpg

Lactobacillus● มีเชื้อจุลินทรียในกลุมนี้คอนขางมาก● มีรูปรางเปนแทง (ยาว สั้น หนา บาง โคง มีหลายลักษณะ) ไมสรางสปอร ไมเเคลื่อนที่

เปน facultative anaerobe อาจอยูแยกเปนเซลลเดี่ยวหรือตอเปนสาย● จะเปน hetero หรือ homo lacticfermentation ขึ้นกับ species ซึ่งรวมถึงกรด lactic ที่

ผลิตจะเปน D, L หรือ DL บางสายพันธุสามารถผลิต diacetyl ethanol CO2 acetic acid เชื้อโดยสวนใหญเจริญระหวาง 25-40oC

● Many species utilize lactose, sucrose, fructose, or galactose, and some species can ferment pentoses.

● ผลิตกรด lactic ทําให pH อยูระหวาง 3.5 – 5.0● สามารถพบเชื้อจุลินทรียกลุมนี้ไดเกือยทุกที่ ● บางสายพันธุเกี่ยวของกับการทําใหอาหารเนาเสีย บางสายพันธุจัดเปน probiotic

ที่มา : Ray et al., 2004)

Use of Lactobcillus sp.

BifidobacteriumRod with various shape and sizeY shapeAnaerobic grow between 37-41oCNot grow below pH 4.5 and above 8.0Produce lactic acid: acetic acid at 2:3 molar ratio without producing CO2Isolated from human and animal fecesUse as probioticFound high amount in infant (2-3 day after birth)Examples: B. longum, B. animalis, B. bifidum, B. brevis, B. infantis, B. adolescentis.

Other bacterial starter culturesPropionibacterium : produce large amount of propionic acid and acetic acid from glucoseกรัมบวก ไมเคลื่อนที่ แทง ไมสรางสปอร anaerobe เจริญเติบโตไดดีระหวางอุณหภูมิ 30-37oC Propionibacterium freudenreichii, Pro. jensenii, Pro. thoenii, and Pro. acidipropionici. All four are associated with natural fermentation of Swiss-type cheeses, but Pro. freudenreichii has been used as a starter culture in controlled fermentationBrevibacterium : Brevibacterium linens can be used in cheese production from its ability to produce protease (use in cheese ripening)

Other bacterial starter culturesAcetobacter : Acetobacter aceti is used to produce vinegar from alcohol. Obligate aerobe,/ some species produce cellulose (วุนมะพราว). กรัมลบ แทง obligate aerobe ใช ethanol เปลี่ยนเปน acetic acid และ lactic acid เปน CO2 และ H2O เจริญเติบโตไดดีในชวง 25-30oC

Yeast starter culture● สวนใหญใชเปนหัวเชื้อยีสตในการหมักแอลกอฮอลตามดวย SCP และการเพิ่มรสชาติ

(Flavor enhancer) นอกจากนี้ยังสามารถใชในการผลิตเอนไซม● Saccharomyces cerevisiae● ยีสตสําหรับการหมักแอลกอฮอลสามารถแบงออกเปน 1 ยีสตดานบนและ 2 ยีสตดานลาง● ยีสตดานบน (top yeast: Saccharomyces cerevisiae ใชในการหมัก ale beer เมื่อ

หมักเสร็จแลวยีสตจะลอยตัวดานบนเนื่องจาก CO2 ที่ผลิตเยอะ ใหแอลกอฮอลสูง) เติบโตไดรวดเร็วมากที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส [ผลิตแอลกอฮอลและ CO2]

● ยีสตดานลางโตไดดีที่สุดระหวาง 10 ถึง 15 องศาเซลเซียส เชื้อยีสตโตชา เชน Saccharomyces calsbergensis

● Candida utilis ใชเพื่อผลิต single cell protein (SCP) และยังเกี่ยวของกับการเนาเสียของอาหาร

Yeast starter cultureKlyyeromyces marxianus พบเปนหัวเชื้อรวมในการผลิต kefir สรางแอลกอฮอลเล็กนอยในผลิตภัณฑ และยังพบวาอาจกอใหเกิดการเนาเสียในผลิตภัณฑนมหมักอื่นๆได ในปจจุบัน เชื้อนี้ถูกใชในการผลิต beta-galactosidase เพื่อยอย lactose ในนํ้านมใชในการผลิตนมปราศจากแลคโทส

Yeasts involve in fermentation should possess:● Rapid and relevant carbohydrate fermentation ability;● appropriate flocculation and sedimentation characteristics;● genetic stability;● Osmotolerance● ethanol tolerance● ability to produce elevated concentration of ethanol;● high cell viability for recycling;● temperature tolerance.●

Mold● Aspergillus and Penicillium, and a few from Rhizopus and Mucor, have been

used for beneficial purposes in food● Strains used should not produce mycotoxin● Aspergillus oryzae is used to produce sake, soy sauce, miso. It also produce

food enzyme such as amylase and protease● Penicillium roqueferti is used to produce blue cheese● Penicillium camemberti is used in Camembert cheese production●

เชื้อจุลินทรียกับอาหารหมักในกรณีที่มีเชื้อจุลินทรียมากกวา 1 ชนิด กระบวนการหมักและกระบวนการเก็บรักษาอาจสงผลถึงลักษณะ/คุณสมบัติผลิตภัณฑที่ได

เชน หากหัวเชื้อทั้ง 2 สายพันธุชอบอุณหภูมิไมเหมือนกัน การบมที่อุณหภูมิสูงจะทําใหเชื้อที่ชอบอุณหภูมิสูงเจริญไดดีกวาอีกสายพันธุหนึ่ง

หรือหากใชกระบวนการ back slopping หลายๆครั้ง สัดสวนของหัวเชื้อจุลินทรียจะเปลี่ยนไป

Dairy Processing Handbook, 2003

Sequence of acid fermentation in sauerkraut manufacture

http://users.sa.chariot.net.au/~dna/images/kraut-evolution.jpg