14.2.2014
Suomenkarjan maidon mikrobiologia
Vesa Joutsjoki Erikoistutkija, FT MTT, Biotekniikka ja elintarviketutkimus [email protected]
Suomenkarjan maidon mikrobiologia
• Maito mikrobien kasvuympäristönä
• Maidon hyötymikrobit
• Mikrobit juustonvalmistuksessa
• Suomenkarjan maidon mikrobit
• Yhteenveto
14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 2
MAITO ~30-35 grammaa proteiinia/litra
pH 4.6 (20 C)
Saostuvat proteiinit:
• Kaseiinit: s1
s2
Saostumattomat proteiinit:
•Heraproteiinit:
-laktoglobuliini
-lactalbumiini
seerumin albumiini
immunoglubuliinit
Maitohappobakteerit
Gram-positiivisia
Ei-itiöiviä
Homofermentatiivisia tai hetero-
fermentatiivisia kokkeja tai sauvoja
Tuottavat maitohappoa (+ muita
orgaanisia happoja) hiilihydraattien
fermentaation lopputuotteena
Taksonomisesti heterogeeninen
ryhmä (paljon taksonomiamuutoksia
DNA-tunnistusmenetelmien
kehittymisen myötä)
Maitohappobakteerit elintarvikkeissa
Maitohappohapattaminen on vanhimpia tunnettuja elintarvikkeiden
prosessointitapoja Hapanmaitotuotteet
Juustot
Hapantaikinasta valmistettu leipä
Eräät alkoholijuomat
Lihanjalostustuotteet
Säilötyt vihannekset
Kotieläinten rehut
Maitohapon tuotto (+muut orgaaniset hapot) tuotteen pH muuttuu
lievästi happamaksi estäen pilaajabakteereiden kasvun
Antimikrobiset yhdisteet (nisiini tunnetuin) ehkäisevät
vahingollisten ja terveydelle vaarallisten mikrobien kasvua
Probioottiset maitohappobakteerit toimivat terveyttä ja hyvinvointia
edistävästi ruoansulatuskanavassa (terveysvaikutteiset eli
funktionaaliset tuotteet)
Maitohappobakteerit juustonvalmistuksessa
Kypsytetyn juuston rakenne ja aromi ovat
suurelta osin seurausta prosessissa käytetyistä
maitohappobakteereista
Lactococcus
Lactobacillus
Leuconostoc
Pediococcus
Streptococcus thermophilus
(muita bakteerilajeja ja homeita;
maidon omat mikrobit)
Maitohappobakteereiden vaikutusmekanismi
juustonvalmistuksessa perustuu kykyyn pilkkoa
hallitusti maidon sisältämiä valkuaisaineita, jolloin
lopputuloksena syntyy juuston makuun ja
rakenteeseen vaikuttavia molekyylejä
Juuston valmistus
MAITO
TUORE JUUSTO
KYPSYNYT JUUSTO
Haponmuodostus
Juoksettuminen
Heran erottuminen
Muotoilu
Suolaus
Hapatteiden entsyymit
Juoksete
Maidon bakteereiden entsyymit
(”non-startterit”)
Maidon omat entsyymit
The proteolytic system of lactic acid bacteria
Caseins
Oligopeptides
Free di- and tripeptides
Opp Aat Dtp
Proteinase
CYTOPLASM
Endopeptidases
General aminopeptidases
Proline-specific peptidases
Di- and tripeptidases
CELL WALL
Maitohappobakteereiden identifiointi
PFGE SmaI+PFGE NotI
Leukonostokit
100
80
60
100
100
89.8
74.7
93.3
91.3
94.1
100
100
97.3
95.8
92.9
92.1
86.7
100
87.5
82.7
65.3
43.9
PFGE SmaI PFGE NotI
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
L.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
mes.
lactis
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
cremoris
A4VK
A5VK
A1VK
A3VK
DSM20346
C6VK
C8VK
C1EVK
C7VK
C13EK
C3VK
C17EK
C2VK
C1EK
C16EK
C4VK
C1VK
Bc11VK
Bc12VK
Bc14VK
Bc15VK
Bc16VK
DSM20202
Kahala M., Mäki M., Lehtovaara A., Tapanainen
J.-M., Katiska R., Juuruskorpi M., Juhola J.,
Joutsjoki V. (2008)
Journal of Applied Microbiology 105, 1929-
1938
Perinteisesti metaboliaan, biokemiaan ja solumorfologiaan liittyvät menetelmät
Tunnistus lajitasolle; monimuotoisuudesta johtuvat ongelmat
Molekyylibiologiset tunnistusmenetelmät
Tunnistus kantatasolle; perustuvat useimmiten DNA:n sekvenssointiin sekä
spesifisten genomialueiden monistamiseen (PCR) tai restriktioon erityisillä
restriktioentsyymeillä, tai näiden yhdistettyyn käyttöön
Mikrobit suomenkarjan maidossa
• Maitonäytteet: syksy-talvi-kevät-kesä 2011-2012
• Koejuustot, näytteet: raakamaito
pastöroitu maito
tuorejuusto
juusto 2 vko
juusto 1 kk
juusto 3 kk
juusto 6 kk
• Mikrobimääritykset: viljelyt
DNA-diagnostiikka
14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 10
14.2.2014 11 © MTT Agrifood Research Finland
AgarF + irgasan
Talvi 2012 Kevät 2012 Kesä 2012
C NFC C NFC C NFC
raakamaito <100 6880 440 1570 <10 2050
pastöroitu
maito <10 <10 <10 <100 <10 <10
juusto 0 vk <100 <100 <100 <100
juusto 2vk
juusto 1kk
juusto 3 kk <100 <100 <100 <100 <100 <100
juusto 6 kk <100 <100 <100 <100 <100 <100
Klostridit Syksy Talvi Kevät Kesä
MPN kpl/l MPN kpl/l MPN kpl/l MPN kpl/l
raakamaito C <300 <300 <300 <300
raakamaito NFC <300 <300 3100 <300
pastöroitu maito C <300 <300 <300 <300
pastöroitu maito NFC <300 <300 400 <300
MPN kpl/g MPN kpl/g MPN kpl/g MPN kpl/g
0 vk juusto C <0,3 <0,3 <0,3 <0,3
0 vk juusto NFC <0,3 <0,3 <0,3 <0,3
2 vk juusto C <0,3 <0,3 <0,3 <0,3
2 vk juusto NFC <0,3 <0,3 <0,3 <0,3
Mikrobien lukumäärät C = valtarodut
NFC = Suomenkarja
14.2.2014 12 © MTT Agrifood Research Finland
MRS, LAB pmy/g
Syksy 2011 Talvi 2012 Kevät 2012 Kesä 2012
C NFC C NFC C NFC C NFC
raakamaito 8,50E+01 2,00E+01 <100 <100 <100 3,60E+02 <100 <10
pastöroitu maito 1,00E+00 1,00E+00 <10 <10 <10 <10 <10 <10
juusto 0 vko 1,36E+07 4,96E+06 8,40E+07 6,50E+07 1,09E+07 2,06E+07 4,50E+07 5,40E+07
juusto 2 vko 3,01E+06 3,54E+06 1,49E+07 2,85E+07 8,20E+07 4,95E+07 1,34E+07 1,28E+07
juusto 4 vko 1,24E+07 7,38E+06 3,95E+07 5,25E+07 6,52E+07 6,14E+07 1,10E+07 1,60E+07
juusto 3 kk 7,35E+06 1,11E+07 2,16E+07 2,12E+07 2,00E+07 2,42E+07 3,60E+06 6,90E+06
juusto 6 kk 2,62E+06 5,05E+06 6,86E+06 7,10E+06 1,03E+07 6,10E+06 6,25E+06 3,10E+06
Maitohappobakteerit, lukumäärät
14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 13
Syksy C Syksy NFC Talvi C Talvi NFC Kevät C Kevät NFC Kesä C Kesä NFC
Suku ja laji yht. kpl < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk
Lactococcus lactis subsp. cremoris 14 x x x x x x x x
Lactococcus lactis subsp. lactis 58 x x x x x x x x x x x x x x x
Leuconostoc mesenteroides
/pseudomesenteroides 20 x x x x x x x x x x
Lactobacillus curvatus 1 x
Lactobacillus oligofermentans 56 x x x x x x x x x x x x x
Lactobacillus plantarum 4 x x x
Pediococcus pentosaceus 2 x x
Bacillus sp. 9 x x x x
Brachybacterium 2 x x
Kocuria sp 3 x x x
Microbacterium lacticum 13 x x x x x
Micrococcus/Macrococcus 8 x x x x
Moraxella osloensis 5 x x x x x
Massilia sp. 1
196
Maitohappobakteerit, tunnistetut
14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 14
Yhteenveto:
Mikrobien lukumäärät ja lajijakaumat eivät eroa merkittävästi
valtarotujen ja Suomenkarjan maidoissa
Luontainen mikrobisto tuskin on avainroolissa Suomenkarjan
maidon teknologisissa erityispiirteissä (juuston nopeampi
kypsyminen)
Todennäköisempää on, että maidon proteiinirakenne on
entsyymien vaikutuksesta helpommin hajoavaa
14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 15
Minna Kahala Anneli Paloposki
Lucia Blasco Sari Lassila
Työryhmä:
14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 16
Kiitos!