FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Dr. Maráz Anna egyetemi tanár

Mikrobiológia és Biotechnológia TanszékÉlelmiszertudományi Kar

Budapesti Corvinus Egyetem

Ipari fermentációkSejtek (általában mikroorganizmusok) elszaporítása ipari léptékben aerob, ritkábban anaerob körülmények között.

A cél termék előállításaszabályozott fermentációs körülmények között.

Példák ipari fermentációra

1. Szerves vegyületek előállítása, amelyeket élelmiszer adalékokként, enzimekként, antibiotikumokként, motor hajtóanyagokként használnak.

2. Mikróba sejttömeg (biomassza, egysejtfehérje=SCP) vagy sejtkivonat (protein, peptidek, aminosavak, nukleotidok) előállítása céljából.

♦Pl. takarmányélesztő, élesztőkivonat, mikoprotein (Fusarium graminearumgombamicélium fermentálása étkezési célra).♦Sütőélesztő előállítása

3. Fermentált élelmiszeripari termékekelőállítása ipari léptékben (pl. joghurt, kefír, sajt, kenyér)

4. Alkoholos italok előállítása (pl. sör, bor)

Fermentált élelmiszerek

Állati vagy növényi eredetű alapanyagok módosítása a mikroorganizmusok

(baktériumok, élesztőgombák, fonalasgombák) anyagcsere tevékenysége

révén.

A fermentált élelmiszerek táplálkozási előnyei

♦Élelmiszerek választékának növelése (pl. több, mint 1000 féle sajt előállítása)

♦Élelmiszer adalékként való alkalmazásuk (pl. szójaszósz, sajtok)

♦Tápérték és minőség növelése: - élesztő és élesztőkivonat növeli a fehérje és aminosav, B vitamin tartalmat; - antinutritív anyagok (pl. fitát, lektinek) lebontása; - ásványi anyagok hozzáférésének növelése.♦Eltarthatóság javítása: Anyagcseretermékek megnövelik az alapanyag eltarthatóságát, visszaszorítják a patogéneket (pl. tejtermékek előállítása tejsavas erjesztéssel)

♦Egészségesebb termékek előállítása: Pl. kefir, joghurt, probiotikus tejtermékek előállítása

♦Emészthetőség javítása: Pl. hüvelyesek (szója, bab) antinutritívoligoszacharidjainak lebontása emészthető monoszacharidokká; laktóz lebontása tejsavvá (laktóz intolerancia!)

♦Toxikus anyagok lebontása:Pl. enzim-inhibitorok lebomlása fermentáció során

Élelmiszeripari erjesztések (fermentációk) típusai

1/ (Tej)savasan erjesztett termékek:♦Tejtermékek: pl. joghurt, kefir, vaj, sajtok♦Fermentált hústermékek: pl. szalámi-és kolbászfélék ♦Erjesztett zöldségfélék: pl. savanyú káposzta, uborka, olívabogyó♦Savanyú kovászos kenyér

2/ Alkoholosan (élesztőkkel) erjesztett termékek: etanol és CO2 termelése♦Sütőipari termékek: pl. kenyér ♦Alkoholos italok: pl. bor, sör

3/ „Szilárd” fermentációk:általában keleti szójatermékek (pl. tempeh) előállítása

A tejsavas erjesztés mikrobiológiája

A tejsavas erjesztést elsősorban a tejsavbaktériumok végzik.

Tejsavas erjesztés: Szénhidrátok lebontása anaerob úton tejsavvá.

Tejsavbaktériumok anyagcsere típusai

♦Homofermentatív (homolaktikus) tejsavbaktériumok: csak tejsav keletkezik (pl. Lactococcus, Pediococcus)

♦Heterofermentatív (heterolaktikus) tejsavbaktériumok: tejsav, CO2 és etanol keletkezik (pl. Lactobacillusbrevis, Leuconostoc spp.)

Tejsavas erjedés típusaiHomofermentativ- Heterofermentativ-(homolaktikus ferm.) (heterolaktikus ferm.)Glikolitikus út Foszfoketoláz ut

glükóz

Fruktóz -1,6-P

2 trióz-3-P

2 piruvát

2 tejsav

glükóz

xilulóz-P+CO2

trióz-3-P + acetil-P acetát

piruvát

tejsav Etanol

Tejsav:etanol/acetat: CO2=1:1:1

Glukonsav-P

foszfoketoláz

aldoláz GSP-dehidrogenáz

Példa tejsavbakteriumokra

Homofermentativ: Heterofermentativ:

Lactococcus spp. Lactobacillus brevisStreptococcus spp. Leuconostoc mesenteroidesLactobacillus spp Pediococcus spp.

♦Aromaképző tejsavbaktériumok: nem szénhidrát komponensek átalakítása aroma anyagokká. Pl. citrát → diacetil(Lactococcus lactis var. diacetylactis); treonin → acetaldehid (Lactobacillusdelbrueckii subsp. bulgaricus)

♦Nyálkaképző tejsavbaktériumok:extracelluláris poliszacharidok (nyálka) képzése (lebomló csomagolóanyagok!)

Tejsavbaktériumok típusai hőmérsékleti igény szempontjából♦Mezofil tejsavbaktériumok: 20-30 oC között erjesztenek. Pl. Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Pediococcus – sajtok, erjesztett zöldségek, hústermékek előállítása

♦Termofil tejsavbaktériumok: 40-45 oC között erjesztenek. Pl. Streptococcus salivarius subsp. thermophilus - joghurt előállítása

Tejipari starterkultúrák I.

•Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris var. diacetylactis

Vaj

•Kluyveromyces marxianus•Saccharomyces cerevisiae•Candida kefir

•Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris •Lactobacillus acidophilus •Lactobacillus kefir •Lactobacillus casei

Kefír

Bifidobacterium bifidum•Lactobacillus acidophilus •Streptococcus salivarius subsp. thermophilus

„probiotikus” joghurt (ABT típusú)

Bifidobacterium bifidum•Lactobacillus acidophilus„probiotikus” joghurt (AB típusú)

•Streptococcus salivarius subsp. thermophilus•Lactobacillus bulgaricus

Joghurt

KíSÉRŐ MIKRÓBÁKSTARTERTERMÉK

Tejipari starterkultúrák II.

PropionibacteriumshermaniiPr. freundenreichii

Streptococcus thermophilusLb.bulgaricusLb. helveticus

Emmentáli sajt

PenicilliumrocquefortiiP. glaucum

Leuconostoc sp. Rokfort-típusúsajtok

PenicilliumcamembertiP. candidumP. caseicolum

Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris var. diacetylactis

Camembert/Briesajtok

Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris var. diacetylactis

Gomolyasajt

KÍSÉRŐMIKRÓBA

STARTERTERMÉK

Penészes érlelésű sajtok

Penicillium camembertiPenicillium rocquefortii

Camembert-típusú sajt Rokfort-típusú sajt

Gyenge, lassú vagy elmaradt tejsavtermelés termék

minőségének romlása, romlást okozó és/vagy patogén mikróbák

elszaporodása

Tejipari starterkultúrák működését gátló hatások

Okok lehetnek♦Bakteriofággal való fertőződés –általában a nyers tejtől ered, főként a félfolytonos sajtgyártásnál jelentkezik.

♦Antibiotikum maradványok a tejben –elsősorban a mastitis (tőgygyulladás) kezelésére adagolt antibiotikumok okozzák. Főként a Streptococcussalivarius subsp. thermophilus érzékeny.Kivárás!!!!

♦Berendezésekben lévő fertőtlenítőszer maradványok

♦Agglutininek (ellenanyagok) jelenléte –tejbe választódnak ki

♦Plazmidok elvesztése – plazmid által hordozott gének a laktózbontásért, proteáz termelésért, fág-rezisztenciáértlehetnek felelősek

Tejtermékek mikrobiológiai problémái

A savas pH-ból eredően (pH 3,7-4,4) a fermentált tejkészítmények mikrobiológia biztonsága jó!

Mikrobiológiai problémák yoghurt, kefir esetében

♦Gyengébben erjesztett („mild”) joghurt, kefir esetében patogénnel való fertőződésfelléphet.

♦Yoghurtok ízesítése (gyümölcsök, magvak) mikrobiológiai eredetű minőségromlást, esetenként patogénnel való fertőződéstokozhat. Pl. élesztőgombák, penészgombák –gázképzés, C. botulinum – botulizmus

Védekezés ♦Töltőgépek sterilizálása♦Csomagolóanyagok megfelelő tárolása♦Sterilre szűrt levegő beáramoltatása a töltőhelyiségekbe♦UV lámpák alkalmazása a töltő-helyiségben ♦Gyümölcsök, szirupok megfelelő kezelése (szulfit adagolás, sterilizálás) ♦A végtermék hőkezelése vagy konzerváló-szer alkalmazása

Mikrobiológiai problémák sajtok esetében

♦Coliform baktériumokkal való fertőződés → gázképzés, ürülék szag. Higiénés rendszabályok betartása!

♦Klosztridiumokkal való fertőződés → gázképződés. Nisin adagolással kivédhető!

Folyt.

♦Felületi penészedés. Védekezés: alacsony páratartalmú helyiségben való tárolás, viasz vagy műanyag burkolat alkalmazása; tartósítószer (pl. szorbát, pimaricin) adagolása

♦Pseudomonas fertőződés – magas nedvességtartalom/magas pH esetében

♦Patogének elszaporodása (pl. Salmonella, Listeria, E. coli, Staph. aureus) – elsősorban lágy és félkemény sajtok esetében. Védekezés:megfelelő higiénia, pasztőrözött tej, jó minőségű starterek alkalmazása.

Fermentált húskészítmények

Fermentáció előnye:

tápérték nő (protein-tartalom nő), biztonság nő, eltarthatósági idő nő

(néhány naptól évekig), tárolási hőmérséklet magasabb lehet

Fermentált húskészítmények jellegét meghatározza

♦Az alkalmazott hús típusa (sertés, marha, ritkán szárnyas vagy egyéb)♦Termék előállítás technológiája (sózás, nitrit/nitrát adagolása, cukortartalom, fűszerek adagolása).- Nitrit a Gram negatív baktériumokat gátolja - Gram

pozítív baktériumok dominálnak (sztreptokokkuszok, mikrokokkuszok, laktobacilluszok, pediokokkuszok)

-Természetes cukortartalom 0,1%, 0,3-2%szükséges - pH csökkentése (~ 4,8), tejsav vízmegkötő hatású - Fűszerek antimikróbás hatást fejtenek ki

♦Természetes mikrobióta vagy starterkultúra jellege. Starterek: Lb. plantarum, Pediococcus acidilacti(Debaryomyces sp, Micrococcus spp.)

♦A fermentáció hőmérséklete♦A termék kezelése – hőkezelés, füstölés

♦A termék szárítása

♦A termék penészes érlelése – proteázok és lipázokhatására az aromaanyag termelés nő. Tejsav asszmilálása → pH nő (6,0-6,2). Penicilliumcamemberti, P. roquefortii, P. nalgiovense

Fermentált hústermékek mikrobiológiai problémái

Alacsony pH (min. 5,29) és alacsony vízaktivitás (<0,95) esetén a mikrobiológiai biztonság jó!

Fermentált húskészítmények romlása

♦Felületi nyálkásodás: Pediococcus♦Penészesedés - zöld és fekete penész a felületen: proteázok termelése miatt romlás♦Savanyodás – túlzott tejsavtermelés♦Gázosodás - heterofermentaívtejsavbaktériumok okozzák♦Hús zöldülése – Lb. viridans hidrogén-peroxid termelése okozza

Mérgezés, fertőzés

Helytelen gyártási gyakorlat esetén!

Salmonella, Staphylococcus aureuselszaporodása

♦Nitrit adagolása vagy termelése (nitrát nitrit)

♦Bakteriocinek termelése (LAB)♦Fűszerek antimikróbás és antioxidánshatása♦Füst fenolvegyületek antimikróbás és antioxidáns hatása♦Újabb termékeknél főzés♦Tartósítószerek (pl. szorbát) adagolása

Biztonságot és eltarthatóságot növeli

Micrococcus spp.

Fermentált zöldségfélékFolyamat:

Zöldségfélék leszedése, begyűjtése

Tisztítás, sérült részek eltávolítása

Sózás – célja lé nyeréséhez a zöldség víztartalmának kivonása vagy lé adagolása

- Ozmózis útján a sejtek víztartalmának leadása

- A sejtek plazmolízisével tápanyagok kerülnek a lébe – baktériumok számára növekedési faktorok

- Az erjesztő mikrobiótát szelektálja – előnyös a tejsavbaktériumok elszaporodásához

-Tejsavas erjesztésLactobacillus brevisLactobacillus plantarumLeuconostoc mesenteroides

Pediococcus pentocaseus- Tárolás, csomagolás

Uborka tejsavas erjedése

A jellemző mikróba csoportok számának változása a pH függvényében

Etanolos erjesztés

Glükóz piroszőlősav acetaldehid etanol glikolizis

Piruvát-dekarboxiláz

Alkohol-dehidrogenáz

CO2NADH2 NAD

A sörgyártás technológiájaÁrpamaláta Csiráztatás Szárítás Őrlés Cefrézés

Sörléfőzés

Erjesztés

Ászokolás

Fejtés

Kiszerelés

Beoltás élesztővel

Európai sörtípusok• Alsó erjesztésű (lager) sörök

– az erjesztés végén az élesztősejtek kiülepedve a kád/tank alján gyűlnek össze

– Az élesztő törzsek flokkulációs (csomósodó) képességgel rendelkeznek

– A sör CO2 tartalma magas– A főerjedést hosszú ászokolás (érlelés) követi

• Felső erjesztésű (ale) sörök– Az élesztősejtek a főerjedés végén a sör tetejére

felúszva a habban gyűlnek össze– Az élesztő törzsek nem rendelkeznek flokkulációs

(csomósodó) képességgel– A sör CO2 tartalma alacsony

A sörerjedés mikrobiológiai folyamataiØ Sörlé előkészítése: hűtés, szűrés, levegővel telítésØ Főerjedés

1/ sörlé beoltása, élesztő elszaporodása (biomassza termelés)

2/ erjesztés- maltóz sörélesztő 2 glükóz sörélesztő etanol + CO2- erjedési aromák termelése (vicinális diketonok, főként

diacetil)Ø Utóerjedés

Élesztősejtek kiülepedése (láger sörök) vagy a habban való összegyűlése („ale” sörök)

Ø Ászokolás (láger söröknél)A diacetil lebontása, íz- és illatanyagok átalakítása, termelése, sör stabilizálódása

Oltóélesztő (starter) fajok

Sacch. pastorianus Sacch. cerevisaeés S. cerevisae

(melibiózt hasznosítják) (melibiózt nem hasznosítják)

alsóerjedésű felsőerjedésű(lager) sör (ale) sör

Borászati mikrobiológia

Szőlő mikrob. Erjedés mikrob. Termék mikrob.

A borkészítés technológiája

szőlő zúzás, préselés must

must beoltása

erjesztésbor lefejtése, kezelése

érleléspalackozás

Sacch. cerevisiae/bayanus

A BORERJEDÉS MIKROBIOLÓGIÁJA

Must: 150-300 g/l cukor (glükóz, fruktóz)- SO2 adagolása (baktériumok gátlása)

1.Spontán erjedés: A mustban lévő élesztőgombák végzik az erjesztést. Az erjesztő élesztőbióta összetételét a növekvő etanol koncentráció határozza meg. Élesztőgombák eredete: szőlő, talaj (Saccharomycesekkörnyezetből)♦1-2% EtOH-ig: Candida és Pichia fajok ♦ 5-6% EtOH-ig: Kloeckera (Hanseniaspora) fajok♦ 9% EtOH-ig: Brettanomyces fajok♦ 12-16% EtOH-ig: Saccharomyces fajok

2. Irányított erjedés:

A mustot fajélesztőkkel oltják be, amelyek átveszik az erjesztést

Fajélesztők: különböző borvidékekről izolált, kedvező technológiai tulajdonságú Saccharomyces cerevisiaeés S. bayanus törzsek (általában szárított készítmények)

Biológiai almasavbontás(főleg vörösboroknál)

Az almasav erős savhatású, ezért 5g/l feletti koncentrációban erősen savas ízhatást eredményez.

Almasav eredete: szőlő. A borélesztők nem bontják le

Malolaktikus fermentáció:Tejsavbaktériumok az almasavat tejsavvá erjesztik. Oenococcus (Leuconostoc) oenos színtenyészetek alkalmazása

Sütőélesztő gyártásSaccharomyces cerevisiae

Sütőélesztő gyártás: Ipari fermentációval – élesztő elszaporítása aerob körülmények között

Alapanyag: melasz –szacharóz szénforrás

Szaporitás: levegőztetett, fed-bach (hozzávezetéses) fermentációval. Melasz adagolása az erjedés megindulásáig (katabolit represszió); pH 5-5,5

Termék: présélesztő és aktiv szárított élesztő

Sütőélesztő felhasználása

Tészta kelesztése etanolos erjesztéssel – CO2 és etanol keletkezik

Élesztő kelesztőképességét a hajtóerővel mérik (adott térfogat eléréséhez szükséges idő)