Молочнокислые бактерии и продукты, приготовленные с их помощью

С незапамятных времен люди готовили большое количество кисломолочных продуктов. Эти продукты различались вкусом, ароматом и питательными свойствами, однако все содержали большое количество молочной кислоты, полученной при сбраживании сахара, что приводило к снижению pH и предотвращало развитие гнилостных микроорганизмов.

Молоко — это один из основных сельскохозяйственных продуктов, обладающих высокой питательной ценностью и являющихся источником белка, углеводов, минералов и витаминов для человека. Однако эти же качества делают молоко прекрасной средой для роста микроорганизмов. Сырое молоко содержит микробные клетки, попавшие в него при дойке, а также при перевозке и хранении. Сбраживание (сквашивание) сырого молока в течение тысячелетий использовалось людьми для сохранения этого продукта без охлаждения в виде напитков с приятным вкусом и ароматом. К тому же кисломолочные продукты усваиваются в организме человека втрое быстрее обычного молока. В настоящее время производят большое количество разных видов кисломолочных продуктов, некоторые из которых приведены в табл. 17.2.

Таблица 17.2

Некоторые кисломолочные продукты и микроорганизмы, применяемые при их изготовлении

Сквашенное молоко образуется после добавления в него стартовых культур молочнокислых бактерий (МКБ). Стартовые культуры в процессе брожения не только подкисляют молоко, но и образуют ароматические вещества. Так, при получении простокваши и сметаны Lactococcus lactis subsp. cremoris и lactis применяют для образования молочной кислоты, а бактерии рода Leuconostoc — для синтеза ароматизаторов (ацетата и ацетилметилкарбинола). Для приготовления йогурта снятое молоко сначала концентрируют упариванием, а затем добавляют Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и смесь выдерживают при 45 °C несколько часов. Характерный вкус йогурта складывается из сочетания вкусов молочной кислоты и ацетальдегида, образуемого Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Чтобы замаскировать резкий вкус ацетальдегида, в йогурты часто добавляют фрукты. Для приготовления ацидофилина используют стерильное молоко с добавлением Lactobacillus acidophilus. Необходимость стерилизации молока перед добавлением стартовой культуры объясняется тем, что рост L. acidophilus легко подавляется другими культурами. Кефир готовят из коровьего, овечьего или козьего молока в процессе одновременного молочнокислого и спиртового брожений. МКБ образуют молочную кислоту, а дрожжи — этанол. Эти смешанные культуры растут в виде консорциумов кефирных зерен, которые могут быть отделены от продукта, сохранены и вновь использованы как стартовые культуры. Кефирные зерна (рис. 17.1) представляют собой тесное микробное сообщество, где клетки бактерий и дрожжей погружены в полисахаридный матрикс (рис. 17.2). Они имеют вид слизистых беловатых гранул, похожих на разваренный рис.

Рис. 17.1. Кефирные зерна.

Кумыс готовят по той же технологии, но из кобыльего молока. И кефир, и кумыс являются слабоалкогольными напитками, содержащими обычно 1—2% спирта (крепкий кумыс может содержать до 10% спирта). Особенностью бифидопродуктов является наличие в стартовых культурах представителей рода Bifidobacterium либо внесение живых клеток этих микроорганизмов в уже сквашенные молочные продукты.

Приготовление масла является распространенным методом хранения молочного жира. Масло готовят путем взбивания сливок до момента, когда глобулы молочного жира хорошо отделяются от остального содержимого. Для получения масла можно использовать как свежие сливки, так и сливки, сквашенные с помощью МКБ, обычно лактококков (например, Lactococcus lactis subsp. diacetilactis или lactis). При брожении белки молока теряют свою структуру, что облегчает их удаление из продукта, а диацетил, образуемый этими бактериями, придает маслу его характерный запах, цвет и вкус. Масло хранится дольше, чем свежее молоко, так как высокое содержание жира и низкая активность воды препятствуют микробной порче.

Сыроделие возникло в Азии более 8 тыс. лет назад. В настоящее время известно около 2 тыс. разновидностей сыра, изготавливаемых во всем мире. Большинство сыров готовят из коровьего молока (цельного или снятого),.

Рис. 17.2. Сканирующая электронная микроскопия кефирного зерна:

а — матрикс; 6, в — морфотипы клеток, но есть сорта, приготовленные из сливок или молока других животных. В Европе и Юго-Западной Азии в основном используют овечье или козье молоко, а в некоторых странах для приготовления сыра применяют буйволиное, верблюжье и молоко лам. Тип используемого молока влияет на его аромат и цвет. Овечьи и козьи сыры более острые и ароматные по сравнению с сырами из коровьего молока из-за значительного содержания особых жирных кислот, придающих резкий вкус молоку. Цвет сыра зависит от количества p-каротина в нем. Сыры из коровьего молока имеют желтоватый оттенок, тогда как сыры, изготовленные на основе молока других животных (коз, овец, буйволов и т. д.), обычно белого цвета. Сыры различаются по периоду созревания (табл. 17.3) и делятся на незрелые (невыдержанные) и зрелые (выдержанные). Выдержанные сыры созревают от 1.

до 16 мес., невыдержанные используют сразу после отделения молочнобелкового сгустка.

Таблица 17.3

Некоторые сорта сыров и микроорганизмы, используемые при их изготовлении.

Стартовые культуры МКБ добавляют к свежему молоку для образования творожистого сгустка. Молоко подогревают до температуры, оптимальной для роста бактерий. Lc. lactis subsp. cremoris и lac Lis обычно развиваются при 20—27°С. Некоторые сыры (например, Швейцарский) готовят при нагревании сгустка до высоких температур (50—54°С). В таких случаях стартовые культуры содержат бактерии, выдерживающие такой нагрев (S. thermophilus, Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus или Lb. helveticus). Для образования гладкого и твердого сгустка в молоко также добавляют фермент ренин, который помогает коагулировать белки молока. Раньше ренин добывали из желудка телят, сейчас его получают из специальных микроскопических грибов. Сырный сгусток отделяют от молочной сыворотки, перед созреванием прессуют и помещают в солевой раствор. Просаливание сыров снижает вероятность роста нежелательных микроорганизмов, а также придает им необходимый вкус и аромат. Затем сыр определенное время выдерживают. Микроорганизмы, участвующие в приготовлении сыра на стадии его созревания, могут быть введены в процесс в разное время. Например, пропионовые бактерии, лактобациллы и лактококки для швейцарских сыров добавляют в молоко до стадии образования сгустка, а Р. roqueforti для Рокфора и прочих голубых сыров вводят в уже сформированный сгусток.

При созревании многие МКБ стартовых культур погибают, выделяя внеклеточные ферменты, которые участвуют в превращениях жиров, углеводов и белков в сгустке. Микроорганизмы стадии созревания, добавленные к уже сформированному сгустку, сбраживают остающиеся в сгустке углеводы и молочную кислоту с образованием характерных ароматических и вкусовых веществ. Микробные продукты влияют и на физические особенности сыра. Так, «глазки» Швейцарского сыра образуются как пузыри углекислого газа, выделяемые при развитии пропионовых бактерий. Голубой цвет и характерный вкус Рокфора и других голубых сыров обусловлены ростом на поверхности сгустка голубой плесени Р. roqueforti. Настоящий сыр Рокфор готовят и выдерживают в известняковых пещерах в области Рокфор во Франции. Твердость сыра определяется длительностью его выдержки. Твердые сыры выдерживают от 2 до 16 мес., полутвердые — от 2 до 3 мес., а мягкие сыры — еще меньше. Невыдержанные мягкие сыры (творожные, сливочные, рикотта) нс требуют выдержки и могут употребляться в пищу сразу после образования сгустка.

МКБ используют в качестве заквасок для мясных и рыбных продуктов, часто являющихся принадлежностью национальной кухни. Так готовят некоторые сорта сосисок, колбасы типа салями, сервелат и различные мясные и рыбные блюда японской и корейской кухни. Стартовые культуры для этих процессов включают некоторые штаммы видов Pediococcus cerevisiae и Lactobacillus plantarum, а на стадии дозревания иногда используют плесневые грибы Aspergillus glaucus. Кислоты, образуемые в результате гетероферментативного молочнокислого брожения, снижают pH, защищают мясо и рыбу от порчи и придают им характерный резкий привкус.

При приготовлении квашеных овощей и кислой капусты также происходит молочнокислое брожение. Образованная молочная кислота и низкие значения pH выступают в этих продуктах в качестве естественных консервантов. Молочнокислому брожению традиционно подвергают такие овощи, как капуста, морковь, огурцы, зеленые томаты, листовые овощи, зелень и оливки. При переработке соевых бобов применяют несколько видов брожений, в том числе и с участием МКБ, для получения специфического вкуса, аромата и физического состояния у готового продукта.

Квашеную капусту готовят путем молочнокислого сбраживания нарезанных и перетертых с солью капустных листьев. Для хорошего выделения капустного сока и предотвращения роста нежелательных микроорганизмов к капустным листьям добавляют от 2,25 до 2,5% но массе поваренной соли. В результате продолжающегося дыхания самих листьев и потребления кислорода аэробными микроорганизмами, всегда присутствующими на листьях, в нарезанных капустных листьях и в окружающем их соке быстро создаются анаэробные условия. Процесс сквашивания капусты сопровождается сукцессией бактериальной популяции. В начальный период в бродящей массе капусты могут преобладать колиформные бактерии Enterobacter cloacae, образующие углекислый газ, смесь летучих жирных кислот и небольшое количество лактата. Постепенное накопление молочной кислоты приводит к подавлению роста энтеробактеров и преобладанию Leuconostoc, mesenteroides, который растет при 2 ГС и устойчив к действию 2,5% NaCl. При содержании лактата до 1% по объему на поверхности бродильного чана могут расти дрожжи и некоторые бактерии. Дальнейшее накопление молочной кислоты стимулирует рост Lactobacillus plantarum, которая образует кислоты, но не газы. Развитие этих микроорганизмов приводит к возрастанию концентрации лактата до 1,5—2%, а также к снижению содержания образованного лейконостоком горького маннитола. Обычно на этой стадии процесс сквашивания останавливают, охлаждая бродящую массу. В случае продолжения процесса брожения преимущественное развитие получает Lactobacillus brevis, повышающая концентрацию лактата до 2,4% с одновременным появлением горького вкуса у капусты и образованием газа. Высококачественная квашеная капуста имеет содержание молочной кислоты 1,7% и низкую концентрацию диацетила, придающего вкус и аромат конечному продукту.

Соленые огурцы получают традиционным методом засолки с использованием природной микробиоты, находящейся на поверхности этих овощей. Для контроля за процессом брожения необходимо строго выдерживать температуру и соленость раствора для засолки. Контролируемый процесс засолки происходит при введении в бродильный чан L. plantarum и Pediococcus cerevisiae. В течение в 6—8 недель концентрацию соли постепенно увеличивают, доводя ее до 15,9% NaCl. В начале брожения при небольшой концентрации соли в засолочной массе могут развиваться представители псевдомонад, флавобактерий и бацилл. С увеличением содержания соли получают преимущества в развитии L. mesenteroides, Enterococcus faecalis и Р. cerevisiae. При повышении концентрации лактата и соли начинают доминировать Lb. plantarum. На поздних стадиях брожения преимущества в росте получают дрожжи, которые способны расти при высоких (> 10%) концентрациях соли и некоторые углеводы превращать в этанол. Рост пленкообразующих дрожжей родов Debaryomyces, Pichia, Endomycopsis и Candida снижает концентрацию лактата. Из-за сложности смены доминирующих популяций микроорганизмов при таком естественном брожении процесс часто заканчивается порчей продукта. Из-за избыточного газообразования огурцы могут всплывать и взрываться. Некачественные «пустые» огурцы образуются при сжатии их внутреннего содержимого из-за высокой концентрации соли или уксусной кислоты. Дурно пахнущие овощи получаются при повышенном образовании сероводорода. Огурцы могут окрашиваться в черный цвет синтезируемым бактериями пигментом и размягчаться иод действием грибных протеаз. Развитие на поверхности соленых огурцов капсульных форм бактерий приводит к их ослизнению. Перед внесением заквасок с поверхности огурцов при помощи фумигации или хлорирования удаляют естественную микробиоту. Некоторые виды солений производят с изменением основной технологии. Например, при пониженном содержании соли для предотвращения развития нежелательных микробов добавляют уксус, а также различные специи. Кислотность солений отражает количество молочной кислоты, образующейся при брожении.

Молочнокислое брожение при приготовлении оливок длится в течение 2—10 мес. Собранные плоды промывают раствором едкого натра, который удаляет большую часть олеуропеина, горького фенольного гликозида, придающего свежим оливкам очень неприятный вкус. Затем плоды помещают в солевой раствор, где через две недели начинается развитие микробной популяции, использующей экстрагируемые из оливок вещества. На промежуточной стадии, длящейся от 2 до 3 недель, доминирующим бактериальным родом является Leuconostoc и происходит накопление молочной кислоты. На конечном этапе брожения преобладают Lb. plantarum и Lb. brevis, встречаются также дрожжи и различные бактерии. В готовом продукте содержится около 7,1% молочной кислоты.

В современной кулинарии широкое распространение получил соевый соус — коричневая соленая жидкость с резким вкусом, которую используют как приправу или как основу для приготовления других соусов. Закваску для приготовления соевого соуса готовят путем сбраживания влажной смеси соевых бобов и зерен пшеницы. Смесь засевают спорами плесневого гриба Aspergillus oryzae, который, развиваясь на се поверхности, выделяет различные внеклеточные ферменты, в том числе протеазы и амилазы. Одновременно в смеси присутствуют и разные бактерии, среди которых преобладают МКБ. Готовую закваску высушивают и экстрагируют. Экстракт вносят в смесь размолотых соевых бобов, размолотой и разваренной пшеницы и пропаренных отрубей и выдерживают несколько дней при 30 °C на плоских поддонах, а затем смачивают концентрированным солевым раствором. Дальнейшее выдерживание смеси может продолжаться от нескольких недель до года в зависимости от температуры. При созревании вступают в действие амилазы, протеазы и другие ферменты закваски, а также происходит смена микробных популяций. Сначала преобладают МКБ, в том числе Pediococcus soyae, а затем развиваются этанолобразующие дрожжи Saccharomyces rouxii, Zygosaccharomyces soyae и Tomlopsis spp. Образование значительного количества естественного консерванта лактата и спирта усиливает специфический вкус конечного продукта.

Популярное на островах Полинезии блюдо — пои, готовят из растения таро, части которого кипятят, размалывают и смесь подвергают брожению от 1 до б дней. В течение первых нескольких часов в бродящей массе развиваются колиформные энтеробактерии, псевдомонады и другие микроорганизмы. Затем в результате сукцессионного процесса начинают доминировать представители родов Lactobacillus, Streptococcus и Leuconostoc. В конце процесса развиваются дрожжи и гриб Geotnchum candidum. Продукты брожения, в основном, молочная, уксусная и муравьиная кислоты, этанол и углекислота привносят в готовый аромат, вкус и характерную консистенцию.

С помощью молочнокислого брожения растительный материал (трава, сочные корма, а также капуста, огурцы и помидоры) можно сохранить для скармливания скоту в виде силоса. Брожение происходит под действием природных популяций микроорганизмов, населяющих наземные части растений. Образующаяся при силосовании молочная кислота снижает pH корма и тем самым консервирует его. После силосования корма могут храниться довольно долго, но, как правило, их хранят до следующего урожая. Самый хороший силос получается из зеленой массы кукурузы, большинства зерновых, подсолнечника и турнепса, которые богаты углеводами и содержат относительно немного белка и воды. Медоносные травы, клевер, сено обычно силосовать труднее, а вика и горох не подвергаются силосованию. Скошенную траву или сочные корма, приготовленные для силосования, режут, подсушивают, прессуют и закладывают в силосные башни, наземные хранилища или в силосные ямы для создания анаэробных условий. Кислород, находящийся в растительной массе, быстро потребляется аэробами и факультативными анаэробами (энтеробактериями). Развивающиеся далее гомоферментативные лактобациллы, лактококки и лейконостоки образуют молочную кислоту и постепенно снижают pH до 4,0. Если закисление происходит недостаточно быстро, то может начаться рост Clostridium butyricum, который превращает лактат в масляную кислоту, имеющую неприятный вкус и запах. Силос становится несъедобным для животных. Уменьшение значения pH ниже 4,5 препятствует развитию этих клостридий. Па более поздних стадиях процесса приготовления силоса преобладают кислотоустойчивые Lactobacillus plantamm_} L. fermentum и L. brevis. Хороший силос характеризуется высокой концентрацией молочной кислоты (до 72 г/кг) и pH 3,7. Содержание масляной кислоты должно быть низким (не более 0,12 г/кг). При хранении силос не должен соприкасаться с кислородом.

Другой вид корма — сенаж, готовится из подсушенной растительной массы с влажностью 50—65%. При пониженной активности воды преимущества в росте получают лактобациллы, а развитие гнилостных бактерий подавляется, хотя значение pH составляет около 5. Сенаж содержит умеренные количества молочной и уксусной кислот.