MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2013
IVANA MEŠKOVÁ
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav Technologie potravin
Úloha a význam bakterií mléčného kysání v mlékařství Bakalářská práce
Vedoucí práce: Doc. Ing. Květoslava Šustová, Ph.D.
Brno 2013
Vypracovala: Ivana Mešková
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Úloha a význam bakterií mléčného kysání v mlékařství vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ................................................. podpis autora .................................
PODĚKOVÁNÍ Ráda bych na tomto místě poděkovala vedoucí mé práce, paní Doc. Ing. Květoslavě Šustové, Ph.D., za vstřícnost a pomoc při vypracování bakalářské práce. Dále bych také chtěla poděkovat mé rodině a svému příteli za podporu a pomoc při tvorbě této práce.
ABSTRAKT Bakalářská práce je zaměřena na bakterie mléčného kysání. Pojednává o charakteristice a základním rozdělení bakterií, které se využívají v mlékařství. Druhá polovina práce je zaměřena na mlékařské kultury a jejich využití. Čtenář se může informovat o využití bakterií mléčného kysání při výrobě fermentovaných mléčných výrobků, jako jsou např. jogurt, kefír, acidofilní mléko a mnoho dalších. V části práce je zahrnuta rovněž kapitola o příznivých účincích bakterií na střevní mikroflóru člověka.
Klíčová slova bakterie mléčného kysání, mlékařské kultury, kysání
ABSTRACT This Bachelor Thesis is focused on the lactic acid bacteria. This work deals with basic characteristics and distribution of bacteries that are used in dairy industry. The second part of the Bachelor Thesis is focused on dairy cultures and their use. The reader can be also informed about using of lactic acid bacteries in the production of fermented dairy products such as yogurt, kefir, acidophilus milk and many others. The work also includes a chapter of beneficial effects on the human intestinal mikroflora.
Key words Lactid acid bacteria, starters, fermentation
OBSAH 1
ÚVOD...................................................................................................................8
2
CÍL........................................................................................................................9
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED .....................................................................................10 3.1
Rozdělení mléčných bakterií ........................................................................10
3.1.1
Mléčná skupina, rod Streptococcus.......................................................10
3.1.2
Mléčná skupina, rod Lactococcus.........................................................11
3.1.3
Mléčná skupina, rod Enterococcus .......................................................12
3.1.4
Mléčná skupina, rod Leuconostoc.........................................................14
3.1.5
Mléčná skupina, rod Pediococcus.........................................................15
3.1.5.1 Druhy a vlastnosti rodu Pediococcus................................................16 3.1.6 Mléčná skupina, rod Lactobacillus .......................................................16 3.1.6.1 Výskyt laktobacilů v potravinářství a životním prostředí ...................17 3.1.6.2 Laktobacily v mléku a mléčných produktech .....................................17 3.1.6.3 Třídění laktobacilů ...........................................................................18 3.1.6.4 Kultivační vlastnosti a výživa laktobacilů .........................................19 3.1.7 Rod Bifidobacterium ............................................................................20 3.1.7.1 3.2
Vlivy ovlivňující působení baktérií mléčného kysání ...................................21
3.2.1 3.3
Vlastnosti a druhy bifidobakterií.......................................................20 Podmínky pro správnou funkci BMK ...................................................21
Účinky mléčných baktérií v organismu ........................................................22
3.3.1
Probiotika.............................................................................................22
3.3.1.1 Účinky probiotik...............................................................................23 3.3.2 Bifidobakterie ......................................................................................25 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 3.3.2.4 3.3.2.5 3.4
Charakteristika růstu bifidobakterií..................................................25 Terapeutické účinky..........................................................................26 Redukce cholesterolu........................................................................26 Léčení intestinálních infekcí .............................................................26 Příznivý účinek bifidobakterií na imunitní systém .............................27
Druhy kultur využívaných v mlékařství........................................................28
3.4.1
Mlékařské kultury ................................................................................28
3.4.2
Příprava čistých mlékařských kultur .....................................................29
3.4.3
Smetanová kultura................................................................................30
3.4.4
Jogurtová kultura..................................................................................31
3.4.5
Acidofilní kultura .................................................................................32
3.4.6
Kultura kefírová ...................................................................................32
3.5
Bakteriofágy a čisté mlékařské kultury.........................................................33
3.6
Působení baktérií mléčného kysání při výrobě mléčných výrobků ................34
3.6.1
Mlékárenské výrobky získané za využití bakterií mléčného kysání.......34
3.6.2
Bakterie mléčného kysání používané při výrobě másla .........................35
3.6.3
Použití bakterií mléčného kysání při výrobě fermentovaných mléčných
výrobků .............................................................................................................35
4
3.6.4
Použití bakterií mléčného kysání při výrobě sýrů..................................36
3.6.5
Použití bakterií mléčného kysání v ostatní mlékárenské výrobě ............37
POUŽITÍ MLÉKAŘSKÝCH KULTUR VE VYBRANÉ MLÉKÁRNĚ ..............38 4.1
Historie Lacrum ...........................................................................................38
4.2
Sortiment mlékárny......................................................................................38
4.3
Používané kultury ...........................................................................................39
4.3.1
Kultura C 351 a C 352..........................................................................39
4.3.2
Kultura PS 40.......................................................................................40
5
ZÁVĚR ...............................................................................................................41
6
POUŽITÁ LITERATURA ..................................................................................43
7
SEZNAM ZKRATEK .........................................................................................47
8
SEZNAM OBRÁZKŮ.........................................................................................49
1 ÚVOD Bakterie mléčného kysání se používají při výrobě fermentovaných výrobků již mnoho let. Jejich hlavní úloha spočívá v produkci kyseliny mléčné jako konečného produktu. Jsou velmi rozšířené v přírodě a nacházejí se i v lidském trávícím traktu. Dříve lidé používali tyto bakterie při přípravě potravin, které se déle uchovávaly, získaly svoji charakteristickou vůni, chuť a texturu odlišnou od původní potraviny. Pro produkci kyseliny mléčné jsou důležité vhodné suroviny. Mezi tyto suroviny řadíme glukózu, sacharózu, laktózu a škrob. Bakterie mléčného kysání vyžadují zdroje aminokyselin a vitamínů skupiny B pro splnění požadavků pro růst. Použití těchto bakterií v mlékařství je velmi rozsáhlé. Jsou využívány jako startovací kultury při výrobě různých mléčných výrobků zejména sýrů, jogurtů, kefírů aj. a to i po tepelném ošetření mléka. V moderní době se s výhodou využívá kombinace kultur, která zajistí požadované vlastnosti konečného výrobku. Přidávají se do suroviny, která je zbavená patogenní mikroflóry, s cílem vyvolat očekávaný průběh technologického procesu a tak dosáhnout požadované jakosti hotového výrobku. Ke zlepšení zdraví nejen člověka, ale i zvířat je stále více využíváno některých kmenů bakterií mléčného kysání jako probiotik do potravinových doplňků. Jedná se především o mikroorganismy z rodu Lactobacillus a Bifidobacterium. Mléčné bakterie jsou důležité pro správnou funkci střevní mikroflory a napomáhají její správné činnosti. Mezi další významné vlastnosti patří schopnost produkovat přímo ve střevním traktu vitamíny a další důležité látky, které si organismus nedokáže sám syntetizovat. Jsou důležité pro imunitní systém, zvyšují peristaltiku střev, čímž zabraňují udržování nežádoucích látek v organismu.
-8-
2 CÍL Cílem této bakalářské práce je přiblížit čtenářům používání bakterií mléčného kysání, seznámit je s jejich základním rozdělením a charakteristikami, poskytnout informace o způsobech užívání bakterií v různých technologiích a procesech výroby mléčných výrobků.
-9-
3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Rozdělení mléčných bakterií V současné době jsou do skupiny bakterií mléčného kysání řazeny rody Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus a Streptococcus. Z potravinářsko – mikrobiologického hlediska má tato skupina bakterií nezanedbatelný potravinářsko
–
technologický
funkční
význam.
Tvoří
přirozenou
skupinu
nepohyblivých, nesporulujících gram − pozitivních kok a tyčinek, které fermentují sacharidy za fakultativně anaerobních podmínek a tvoří přitom hlavně kyselinu mléčnou, která je společným znakem těchto bakterií. Podle hlavních a vedlejších produktů je můžeme rozdělit na homofermentativní, které přeměňují sacharidy skoro výlučně na kyselinu mléčnou a heterofermentativní které přeměňují fermentované sacharidy na kyselinu mléčnou, kyselinu octovou, CO2 a za určitých okolností i ethanol (Görner, Valík, 2004). Do
homofermentativní
mléčné
skupiny
zařazujeme
rody
Streptococcus,
Pediococcus, Enterococcus a Lactococcus, které mají pouze anaerobní katabolický metabolismus a vytváří kyselinu mléčnou téměř
jako jediný produkt metabolismu
cukrů. Do heterofermentativní mléčné skupiny patří rody Lactobacillus a Leuconostoc. Lactobacillus patří mezi grampozitivní pravidelné nesporulující tyčinky, ostatní rody tvoří koky (Šilhánková, 2002). 3.1.1 Mléčná skupina, rod Streptococcus Streptococcus thermophilus patří do skupiny termofilních bakterií mléčného kysání. Je tradičně používán společně s rodem Lactobacillus do startovacích kultur, zejména při výrobě jogurtů a při výrobě švýcarských a italských sýrů. Je gram – pozitivní. Optimálního růstu dosahuje při teplotách v rozmezí 40 až 45 °C.
Obr. 1 Streptococcus thermophilus (www.home.snafu.de)
- 10 -
Exopolysacharidy produkovány u některých vybraných kmenů mají rozhodující význam pro konečnou strukturu jogurtu (Harnett, et al., 2011). Výrobky, u kterých byl ke kysání použit Streptococcus thermophilus, jsou náchylnější k infekci bakteriofágy, kteří mohou způsobit zpomalení produkce kyseliny mléčné, a následně může dojít ke ztrátě výrobku (Harnett, et al., 2011). 3.1.2 Mléčná skupina, rod Lactococcus V této mléčné skupině streptokoků, tedy v rodě Lactococcus se nacházejí tyto druhy: Lactococcus lactis ssp. lactis, Lactococcus lactis ssp. cremoris, Lactococcus lactis ssp. hordniae, Lactococcus raffinolactis, Lactococcus garviae a Lactococcus plantarum (Görner, 2004). Lactococcus lactis ssp. lactis patří mezi nejrozšířenější mikroorganismy. V čerstvém, za hygienických podmínek nadojeném mléce, které je ochlazené jen tekoucí studniční vodou, se velmi dobře rozmnožuje až dojde ke kysání. Lactococcus lactis ssp. lactis je používán do ,,čistých mlékařských kultur“ na výrobu některých kyselých mlék, smetan a na výrobu všech druhů sýra. Charakteristické je, že neprobíhá fermentace sacharózy, pokud probíhá, tak jen v malé míře. V mléce tvoří 0,8 až 0,9 % kyseliny mléčné. Méně jak 10 % metabolitů jsou prchavé kyseliny, z toho je nejvíce zastoupena kyselina octová (Görner, Valík, 2004) Lactococcus lactis ssp. cremoris neboli také smetanový streptokok má některé charakteristické vlastnosti, kterými se liší od Lactococcus lactis ssp. lactis. Lactococcus lactis ssp. cremoris má nižší optimální teplotu, tvoří měřitelné množství CO2 a vyznačuje se většími buňkami. Tento druh se využívá hlavně jako jedna ze složek mezofilních zákysů. V mléce tvoří kolem 0,7 % kyseliny mléčné. Patří do skupiny homofermentativních bakterií, a proto tvoří málo vedlejších metabolitů, přičemž tvorba CO2 je proměnlivá. Roste ještě v médiu s obsahem 2 % NaCl, ale 4 % NaCl nepřežívá. Patří mezi typické smetanové nebo mléčné streptokoky, avšak nepatří k univerzálním sýrařským mikroorganismům (v sýrech jsou vyšší koncentrace NaCl) (Görner, Valík, 2004).
- 11 -
Lactococcus raffinolactis má sérologickou skupinu N. V mlékařské mikrobiologii nebývá běžný. Liší se od Lactococcus lactis ssp. lactis hlavně fermentací sacharózy. Jeho původním stanovištěm jsou přirozeně nakyslá mléka (Görner, Valík, 2004).
Obr. 2 Lactococcus lactis (www. jpkc.njau.edu.cn) 3.1.3 Mléčná skupina, rod Enterococcus Rod Enterococcus patří mezi nejkontroverznější skupinu bakterií mléčného kysání. Jsou součástí mikroflóry mnoha tradičních sýrů ve středomořských zemích. Hrají důležitou roli při dozrávání těchto sýrů, pravděpodobně díky proteolýze a lipolýze. Těmito procesy vytvářejí typickou chuť i aroma. Nachází se také v jiných potravinách, jako například párky či olivy. V dnešní době se enterokoky používají také jako probiotika (Foulquié, et al., 2006). Skupina Enterococcus
intenzivně
fermentuje
sacharidy,
připisuje se
jim
toxinogennost, tvorba biogenních aminů a využívají se v mikrobiologii pitné vody jako indikátory recentního fekálního znečištění (Görner, Valík, 2004). Rod Enterococcus má pojmenování podle svého původního stanoviště: střeva lidí a zvířat. Z tohoto důvodu je zastoupený v mikroflóře výkalů. Řadíme sem: Enterococcus faecalis a Enterococcus faecium, pro které jsou původním stanovištěm střeva lidí a zvířat, Enterococcus avium a Enterococcus gallinarum, které se vyskytují ve střevech drůbeže.
Obr. 3 Rod Enterococcus (www.nejm.org)
- 12 -
Dále potom Enterococcus casseliflavus, Enterococcus durans, Enterococcus hirae, Enterococcus malodoratus a Enterococcus mundtii. Z potravinářského hlediska je významná hlavně jejich odolnost vůči zvýšené koncentraci solí v potravinách a tím i nízké hodnoty aktivity vody (aw) a skutečnost, že mohou přežívat nižší pasterizační a termizační teploty. Mnoho potravin živočišného i rostlinného původu po mikrobiální fermentaci obsahují velké množství enterokoků, které se v nich považují za složku přirozené mikrobiální společnosti (Görner, Valík, 2004). Enterokoky fermentují sacharidy podobně jako jiné bakterie mléčného kysání. Neprobíhá u nich redukce dusičnanů na dusitany, nedochází u nich k rozkladu celulózy, pektinu a tuků. Enterococcus faecalis má sérologickou skupinu D, optimální teplotu 37 oC. Fermentuje glukózu za tvorby zejména kyseliny mléčné. Rychle redukuje TTC (2,3,5-tri-fenyl-tetrazolium-chlorid) na hnědočervený trifenyl formazán. Snese záhřev na 60 oC po dobu 30 minut, souvisí to s hodnotou pH prostředí a věkem buněk. Tento druh
enterokoka
můžeme
najít
ve
fekáliích
lidí,
dále
pak
teplokrevných
a studenokrevných zvířat, nachází se i v hmyzu a na rostlinách. Často se také nachází v nesterilizovaných a hlavně solených potravinách. V medicíně je tento druh dáván do souvislosti s původem infekcí močových cest a subakutních endokarditid. Enterococcus faecium má podobné vlastnosti jako Enterococcus faecalis. Vyskytuje se v mléku a mléčných produktech. Enterococcus avium se od dvou předešlých druhů liší tím, že se nachází ve střevech drůbeže a vyskytuje se v lidských a zvířecích výkalech. Enterococcus gallinarum zřejmě tvoří kyselinu ze škrobu. Hlavním místem kde se nachází, jsou střeva drůbeže. Enteroky tvoří mikroflóru sýrů, syrových fermentovaných klobás, šunky a jiných. Je zastoupen i v potravinách rostlinného původu. Důvodem jejich výskytu v těchto produktech je zvýšený obsah NaCl a tím snížená aktivita vody (Görner, Valík, 2004). Obsah enterokoků v mléčných produktech závisí: -
na počtu enterokoků na dojících strojích a na ostatním nářadí a zařízeních používaných při prvním ošetření mléka
-
na počtu enteroků, kteří se nacházejí v syrovém mléku
-
na rekontaminaci mléka po jeho pasterizaci
-
na množení enteroků během technologických procesů zpracování mléka na mléčné produkty
-
na frekvenci a účinnosti sanitace
-
na obsahu solí (Görner, Valík, 2004). - 13 -
3.1.4 Mléčná skupina, rod Leuconostoc Bakterie z rodu Leuconostoc můžeme tradičně najít v souvislosti s rostlinnými zbytky, dále pak ve fermentovaných mléčných výrobcích a víně. Více bakterií z rodu Leuconostoc bylo izolováno z masa. V roce 1983 přibylo do tohoto rodu šest nových kmenů (Thunell, 1995). Bakterie z rodu Leuconostoc patří do čeledi Streptococcaceae a mají stejně jako mléčná skupina streptokoků sérologickou skupinu N. Jejich optimální teploty jsou v širokém rozmezí 20 až 30 oC, některé rostou až pod 5 oC (Görner, Valík, 2004). Jedná se o mezofilní, gram – pozitivní, aerotolerantní obligátně heterofermentativní koky. Jsou nutričně náročné, vyžadují zdroj aminokyselin, vitamínů a minerálů pro svůj růst. Některé z vybraných druhů produkují dextrany a oligosacharidy. Bakterie z rodu Leuconostoc se používají při výrobě několika druhů sýra, při výrobě másla, podmáslí a zakysané smetany (Holland, Liu, 2011). Jejich růst je podmíněný přítomností fermentovatelného sacharidu. Tvoří kyselinu mléčnou, CO2 a etanol. Některé kmeny mají oxidativní mechanizmus, místo etanolu produkují kyselinu octovou. Samotné mléko je pro růst leukonostoků nevhodným médiem. Některé druhy leukonostoků snášejí v prostředí vysoké koncentrace sacharózy (55 až 60 %). (Görner, Valík, 2004). Leuconostoc
mesenteroides
ssp.
mesenteroides
se
vyznačuje
tvorbou
charakteristického dextranového slizu, který produkuje ze sacharózy, hlavně při teplotách 20 až 25 oC. Ve slizech snáší záhřev i na 80 až 85 oC. Jeho optimální teplota je mezi 20 až 30 oC, roste v rozmezí 10 až 37 oC (Görner, Valík, 2004). Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum se vyznačuje tvorbou dextranu, ale bývá méně aktivní než Leuconostoc mesenteroides ssp. mesenteroides. Není tak náročný na živiny a růstové faktory. Disimiluje citran, používá se většinou jako složka do smetanového zákysu na produkci aromatické látky diacetyl (Görner, Valík, 2004).
Obr. 4 Leuconostos mesenteroides (www.cache5.amanaimages.com)
- 14 -
Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris nevytváří ze sacharózy sliz. Je nejméně aktivní,
vyžaduje
velké
množství
růstových
faktorů,
vitamínů
skupiny
B a aminokyselin. Vyhovuje mu více redukční prostředí a teploty 18 až 25 oC. Jeho přírodním stanovištěm je mléko a mléčné produkty. Patří mezi složky mezofilních smetanových kultur (Görner, Valík, 2004). Leuconostoc lactis rychleji fermentuje laktózu, okyseluje a sráží i neobohacené mléko. Je termorezistentnější jako jiné druhy. Snáší záhřev na 60 oC trvající 30 minut. Leuconostoc oenos se vyskytuje pouze ve víně. Dobře roste v kyselém prostředí. Snáší prostředí s 10 % etanolu. Jeho růst je pomalý (Görner, Valík, 2004). 3.1.5 Mléčná skupina, rod Pediococcus Bakterie z rodu Pediococcus patří mezi homofermentativní bakterie mléčného kysání. Jejich hlavním metabolitem při fermentaci sacharidů je racemická a pravotočivá kyselina mléčná. Jejich přírodním stanovištěm jsou rostliny, z kterých se pak dále dostávají do příslušných poživatin. Pokud se pediokoky nacházejí ve víně, zúčastňují se při odbourávání dikarboxylové kyseliny jablečné malátolaktátovým enzymem na monokarboxylovou kyselinu mléčnou a CO2, čímž se ve víně docílí toho, že se sníží obsah kyselin. Pokud se však pediokoky nacházejí v nepřiměřeném množství, mohou produkovat nevítaný aceton a diacetyl. Vedle jiných bakterií a kvasinek se pediokoky podílejí na kažení majonéz. Mají pozitivní úlohu při fermentaci rostlinných poživatin jako kapusty, okurek a zeleninových směsí. Pediokoky se také využívají jako složka bakteriálních kultur používaných při výrobě a zrání klobás a salámů (Görner, Valík, 2004). Mohou se vyskytovat u některých sýrů jako cizí kultury a jsou občas používány při fermentaci mléka. Některé kmeny mají antimikrobiální aktivitu, která se vyznačuje hlavně produkcí bakteriocinů (Holland, et al., 2011).
Obr. 5 Rod Pediococcus (2.bp.blogspot.com)
- 15 -
3.1.5.1 Druhy a vlastnosti rodu Pediococcus Jako všechny bakterie mléčného kysání jsou náročné na růstové faktory, aminokyseliny
a
vitamíny
skupiny
B.
Jejich
růst
závisí
na
přítomnosti
fermentovatelného sacharidu. Glukózu fermentují všechny. Nepatří mezi proteolytické bakterie. Nejsou patogenní pro člověka a zvířata. Mezi druhy patří: Pediococcus damnosus, Pediococcus parvulus, Pediococcus pentosaceus, Pediococcus acidilactici, Pediococcus halophilus (Görner, Valík, 2004). Pediococcus damnosus se nachází v kazícím se pivu, mladině a v pivovarských kvasnicích. Pediococcus acidilactici se nachází ve zkaženém rmutu a v nechmelené mladině (Görner, Valík, 2004). Pediococcus halophilus se aktivně zúčastňuje při fermentaci sójové zápary a sójových bobů při výrobě asijského rostlinného sýra miso. Nejlépe roste při 6 až 8 % NaCl, snáší ale i 18 % NaCl. Jeho optimální teplota je mezi 30 až 35 oC (Görner, Valík, 2004). 3.1.6 Mléčná skupina, rod Lactobacillus Rod Lactobacillus patří mezi největší rod v rámci skupiny bakterií mléčného kysání. K nejvíce prospěšným rolím laktobacilů patří jejich užití jako startovací kultury a probiotické kultury. Řadíme je mezi jedny z mála kontaminujících bakterií, které jsou schopné růst v sýrech i po jejich výrobě (De Angelis, Gobbeti, 2011). Laktobacily
patří
mezi
mikroaerofilní
mikrooganismy.
Mikroaerofilní
mikroorganismy mají anaerobní metabolismus, avšak nízké koncentrace kyslíku urychlují jejich rozmnožování (Šilhánková, 2002). Jedná se o heterogenní rod, zahrnující druhy s velkou paletou fenotypických, biochemických a fyziologických vlastností (www.textbacteriology.net). Jsou fakultativně anaerobní nebo mikroaerofilní nepohyblivé paličkovité bakterie mléčného kysání. Jejich hlavním metabolitem při fermentaci sacharidů je kyselina mléčná, pak také kyselina octová, etanol a CO2. Můžeme je najít ve fermentovaných rostlinných a živočišných materiálech, méně se nacházejí v trávícím traktu lidí a zvířat. Patří mezi saprofyty a jen velmi zřídka jsou patogenní (Görner, Valík, 2004). Chceme – li získat žádoucí vlastnosti při výrobě potravinářských výrobků, musí být LAB přizpůsobeny vlastnostem rostlinných surovin, ve kterých se nachází velké množství fenolických sloučenin. Fenolické sloučeniny mohou mít vliv na růst
- 16 -
a životaschopnost Lactobacillus plantarum a jiných druhů LAB (Rodríguez, et al., 2009). Jsou široce používány v potravinářském průmyslu, zejména jako součást startovacích kultur pro fermentované mléčné výrobky a masné výrobky, ale také v humánní a veterinární medicíně jako probiotika. Je dokázáno, že laktobacily jsou rezistentní vůči antimikrobiálním látkám (Dušková, Karpíšková, 2013). 3.1.6.1 Výskyt laktobacilů v potravinářství a životním prostředí Laktobacily rostou, rozmnožují se a metabolizují za anaerobních podmínek, ale daří se jim i v prostředí s nižším obsahem kyslíku. Ke svému růstu a množení potřebují dostatek fermentovatelných sacharidů, štěpných produktů bílkovin, nukleových kyselin a vitamínů skupiny B. Více jim vyhovují mezofilní a termofilní teploty. Některé druhy jako
Lactobacillus
viridescens,
Lactobacillus
sake,
Lactobacillus
curvatus,
Lactobacillus plantarum rostou i při teplotách, které se blíží bodu mrazu (www.textbookbacteriology.net). 3.1.6.2 Laktobacily v mléku a mléčných produktech Do mléka se laktobacily dostávají z okolního prostředí prachem, při styku s mlékárenským nářadím a zařízením. Mléčné streptokoky rostou v mléku rychleji než laktobacily, proto je v čerstvém mléku laktobacilů v poměru k laktotokům málo. V nativní kyselé syrovátce se nejvíce množí Lactobacillus helveticus, který v ní tvoří až 3% kyseliny mléčné. Tento druh je stálou složkou tzv. ementálského zákysu, který se používá při výrobě tvrdých sýrů (www.textbookbacteriology.net). Lactobacillus helveticus je členem homofermentativní skupiny s optimálním růstem v rozmezí teplot 40 až 45 °C a při pH 5,5 až 5,8. Tento druh je považován za velmi náročný, vyžaduje komplexní nutriční požadavky na aminokyseliny, peptidy, vitamíny, minerály, mastné kyseliny a sacharidy.
Obr. 6 Lactobacillus helveticus (http://www.hopeland-cn.com) - 17 -
Narozdíl od ostatních laktobacilů je auxotropní pro mnoho aminokyselin (Slattery, et al., 2010). Velmi specifický na mléko adaptovaný laktobacilus je Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, který je složkou mikrobiální kultury na výrobu rozšířeného kysaného mléčného jogurtu. Lactobacillus kefir je složkou mikrobiální kultury na výrobu kefíru. Při kažení mléka působí Lactobacillus maltaromicus, který způsobuje sladovou pachuť mléka a Lactobacillus bifermentans, který způsobuje za určitých podmínek nafukování sýrů holandského typu (www.textbookbacteriology.net). Lactobacillus acidophilus je jedním z nejčastěji uznávaných druhů rodu Lactobacillus. Jedná se o gram – pozitivní, nesporolující koky, většinou se zaoblenými konci. Mohou se vyskytovat jednotlivě, ve dvojicích nebo tvořit řetězce. Patří mezi náročné bakterie, vyžadující ke svému růstu komplexní organický substrát (Gopal, 2011). 3.1.6.3 Třídění laktobacilů Rod byl rozdělen do tří hlavních podskupin a více než 70 druhů bylo uznáno (www.textbookbacteriology.net). Do skupiny obligátně heterofermentativních a homofermentativních laktobacilů patří druhy, které jsou aktivní pouze v prostředí s dostatečnou koncentrací kyslíku. Fakultativní druhy laktobacilů nejsou na koncentraci kyslíku přímo vázáni (www. wikipedia.org). 1. Obligátní homofermentativní laktobacily L. delbrueckii ssp. delbrueckii
-
rostlinný materiál
L. delbrueckii ssp. bulgaricus
-
jogurty, sýry
L. delbrueckii ssp. lactis
-
zakysané mléko, syry, kvasnice, zápary
L. helveticus
-
tvrdé sýry, ementálská kultura
L. acidophilus
-
intestinální trakt lidí a zvířat, ústní dutina
L. salivarus
-
ústní dutina lidí, trakt lidí a drůbeže
L. farciminis
-
neotvírané uzeniny, pekárenský kvas
L. yamanashiensis
-
jablečný mošt a víno, hroznový mošt
2. Fakultativně heterofermentativní laktobacily L. alimentarius
-
marinované ryby, masové produkty
L. bavaricus
-
kysané zelí - 18 -
L. casei ssp. casei
-
mléko, sýry, pekárenský kvas, siláž
L. casei ssp. pseudoplantarum
-
mléko, sýry, kravský hnuj, siláž
L. casei ssp. rhamnosus
-
mléko, sýry, pekárenský kvas, siláž
L. casei ssp tolerans
-
mléko, sýry, přežívá pasteraci při 72 oC 40s
L. curvatus
-
siláž, kysané zelí, masové produkty
L. maltaromaticus
-
izolovaný z mléka se sladovou pachutí
L. plantarum
-
kvašená zelenina, intestinální trakt
L. sake
-
kysané zelí, masové produkty, kvas
3. Obligátní heterofermentativní laktobacily L. bifermentas
-
izolovaný z holandských sýrů s trhlinami
L. brevis
-
mléko, sýry, siláž, intestinální trakt
L. buchneri
-
mléko, sýry, lidská ústní dutina
L. confusus
-
cukrová třtina, mrkvová šťáva, sliny
L. divergens
-
vakuově balené chlazené maso
L. fermentum
-
kvasnice, mléčné produkty, pek. kvas
L. fructivorans
-
ve zkažené majonéze, salátové dresingy
L. halotolerans
-
masové produkty, roste při 12 % NaCl
L. kandleri
-
produkce slizu ze sacharózy
L. kefir
-
kefírová zrna, kefír
L. reuteri
-
masové produkty, humánní fekálie
L. sanfrancisciscensis
-
pekárenský kvas
L. viridescens
-
pasterizované mléko, masové výrobky (Görner,
Valík, 2004). 3.1.6.4 Kultivační vlastnosti a výživa laktobacilů Pokud laktobacily rostou v běžném médiu, nevytváří charakteristický pach. V potravinách však mohou přispívat k tvorbě charakteristickách chuťových a vonných vlastností tím, že tvoří prchavé látky jako acetaldehyd, diacetyl, kyselinu octovou, aminokyseliny a v sýrech i H2S (Görner, Valík, 2004). Laktobacily potřebují ke svému růstu i množení velký přísun živin. Kromě fermentujících sacharidů jako zdroj uhlíku vyžadují nukleotidy, aminokyseliny a vitamíny skupiny B (Görner, Valík, 2004).
- 19 -
Laktobacily nejlépe rostou v slabě kyselých mediích s počáteční hodnotou pH 4,5 až 6,4. Optimální růst dosahují v mikroaerofilních nebo anaerobních podmínkách (Görner, Valík, 2004). 3.1.7 Rod Bifidobacterium Bifidobakterie
mají
hlavní
úlohu
v intestinálním
traktu
kojenců.
Rod
Bifidobacterium řadíme mezi probiotika. Z fermentovatelných sacharidů tvoří kyselinu octovou a kyselinu mléčnou, které inhibují nežádoucí bakterie a stimulují intestinální peristaltiku. Růst bifidobakterií podporují tzv. bifidogenní faktory, mezi které patří laktulóza, N – acetyl – D – glukosamin, transgalaktozylované oligosacharidy. Tyto látky napomáhají při růstu bifidobakterií v tlustém střevě (Görner, Valík, 2004). Pro výživu lidí a kojenců se vyrábí kysané mléčné produkty s obsahem bifidobakterií i farmaceutické preparáty z bifidobakterií a látek stimulujících jejich růst a metabolismus. V současnosti se vyrábí tzv. probiotická kysaná mléka jogurtového typu (Görner, Valík, 2004). 3.1.7.1 Vlastnosti a druhy bifidobakterií Bifidobakterie patří mezi grampozitivní, zpravidla anaerobní a katalázo – negativní paličky, které jsou nesporolující. Jsou nepohyblivé a nesnášejí velmi kyselé prostředí. Rostou jednotlivě, v řetízkách (Görner, Valík, 2004). Jejich optimální růst je v rozmezí 37 až 41 oC, optimální hodnota pH je 6,5 až 7,0; nerostou při pH 4,5 až 5,0 a 8,0 až 8,5 (Görner, Valík, 2004). Vytváří ze 2 molů hexózy 3 moly kyseliny octové a 2 moly L(+)-kyseliny mléčné, CO2 netvoří. Jako vedlejší produkty tvoří malé množství kyseliny mravenčí, etanolu a kyseliny jantarové. Některé kmeny vykazují mírnou proteolytickou aktivitu. Mezi nejčastěji využívané druhy rodu Bifidobacterium v mlékařství lze zařadit Bifidobacterium longum a Bifidobacterium bifidum (www.textbookbacteriology.net).
Obr. 7 Bifidobacterium longum (www. microbewiki.kenyon.edu)
- 20 -
3.2 Vlivy ovlivňující působení baktérií mléčného kysání Bakterie mléčného kysání mají omezenou schopnost biosyntézy. Pro svůj růst a optimální aktivitu vyžadují přísun aminokyselin, vitamínů skupiny B, purinů, pyrimidinů a typický cukr jako zdroj energie a uhlíku. Tyto rozmanité požadavky omezují jejich stanoviště, kde jsou požadované sloučeniny v hojném množství (zvířata, rostliny, mnohobuněčné organismy) (www.inst.bact.wisc.edu). Bakterie mléčného kysání mohou růst při teplotách 5 až 45 °C a jsou tolerantní ke kyselému
prostředí.
Většina
kmenů
je
schopných
růst
při
pH
4,4.
(www.inst.bact.wisc.edu) 3.2.1 Podmínky pro správnou funkci BMK Bakterie rodu Lactobacillus jsou tyčinky, které mohou být heterofermentativní nebo homofermentativní (www.inst.bact.wisc.edu). Laktobacily jsou více tolerantní ke kyselinám než ostatní rody bakterií mléčného kysání. Tato vlastnost je pro ně důležitá v konečných fázích potravinářského kysání, kdy jiné bakterie mléčného kysání jsou inhibovány nízkým pH. Nejlépe rostou ve slabokyselých mediích s počáteční hodnotou pH 4,5 až 6,4. Zvýšený obsah CO2 jejich růst stimuluje. Většina laktobacilů roste při mezofilních teplotách, které dosahují 40 °C (www.inst.bact.wisc.edu). Leuconostoc jsou vejcovité koky, které se nacházejí často v řetězcích. Všechny bakterie tohoto rodu mají heterofermentativní režim metabolismu. Jejich optimální teploty jsou v širokém rozmezí 20 až 30 °C, některé mohou růst až pod 5 °C. Pokud se pěstují na médiích, které obsahují sacharózu, je vyráběno velké množství slizovitých polysacharidů
–
dextranů.
Dextrany
jsou
využívány
hlavně
v mlékařství
a biotechnologiích (www.inst.bact.wisc.edu). Pediococcus jsou koky, vyskytující se především v párech. Mají homofermentativní režim metabolismu. Jejich stanoviště je omezeno převážně na rostliny. Pozitivní roli mají při fermentaci rostlinných potravin jako např. zelí, okurek. Jsou acidotolerantní. Rozmnožují se při nižších teplotách, když je v prostředí 1,5 až 2 % kyselin. Všechny druhy rostou při teplotách 30 °C. Jako všechny bakterie mléčného kysání jsou náročné na růstové faktory. Jejich růst je podmíněný přítomností fermentovatelného sacharidu (www.inst.bact.wisc.edu). Původní stanoviště enterokoků je trávící a zažívací trakt lidí a zvířat. Nachází se i na rostlinách a ve velkém množství v silážových krmivech. Enterokoky jsou - 21 -
termorezistentní bakterie, některé kmeny přežívají i vysoké pasterační záhřevy. Mohou růst i při teplotách 45 °C a pH 9,6. Jsou odolné vůči vysokému osmotickému tlaku. Mohou růst i při 6,5 % NaCl (www.inst.bact.wisc.edu). Lactococcus zahrnuje kmeny, které jsou gram − pozitivní, kulaté buňky, které se nejčastěji vyskytují v párech. Jsou homofermentativní. Nejlépe roste při pH 4,0 až 4,5 a teplotách dosahujících 30 °C. Charakteristické pro ně je, že nefermentují sacharózu. V mléku tvoří 0,8 až 0,9 % kyseliny mléčné (www.inst.bact.wisc.edu). Bakterie mléčného kysání patří mezi nejvýznamnější skupiny mikroorganismů, které se používají v potravinářství. Přispívají k chuti a struktuře fermentovaných výrobků a inhibují bakterie, které způsobují kažení potravin. Jsou zapojeny do tvorby jogurtů, sýrů, másla, zakysané smetany, klobásy, zelí, okurek aj. Některé druhy však mohou způsobovat kažení piva, vína či masa. (www.inst.bact.wisc.edu)
3.3 Účinky mléčných baktérií v organismu V nynější době roste zájem o používání různých kmenů bakterií mléčného kysání jako probiotik, tj. jako životaschopných přípravků v potravinách či potravinových doplňcích ke zlepšení zdraví člověka i zvířat. Několik druhů bakterií mléčného kysání se používá komerčně pro výrobu fermentovaných mléčných výrobků, masných výrobků a dalších produktů. Mezi tyto produtky patří: jogurt, podmáslí, salám, párky, nakládaná zelenina (Salminem, 1998). 3.3.1 Probiotika Mezi
probiotika
patří
bakterie
mléčného
kysání,
zejména
laktobacily
a bifidobakterie. Jsou součástí přirozené ochranné bariéry trávicího traktu proti nepříznivým podmínkám vnějšího prostředí. Mohou chránit vnitřní prostředí organismu a to
cestou
degradace
kaseinu
na
peptidy,
inhibují
proliferaci
lymfocytů
a prozánětlivých cytokinů. Při dlouhodobé konzumaci kysaných výrobků se snižuje koncentrace hnilobných bakterií v gastrointestinálním traktu. Tím dojde i ke snížení nežádoucích metabolitů - toxických enzymů, které jsou hnilobnými bakteriemi produkovány. Probiotické mikroorganismy jsou nepatogenní a netoxické. Pokud jsou aplikovány v dostatečném množství, příznivě působí na lidský organismus jako prevence, ale i jako terapeutický prostředek v léčbě některých chorob. V mléčných výrobcích s obsahem probiotik je kladen důraz na vysoké počty živých mikroorganismů
- 22 -
a na jejich dobrou životaschopnost po celou dobu minimální trvanlivosti výrobku (www.mlekarskelisty.cz). Aktivita bakterií mléčného kysání je druhově specifická a závisí při tom na množství bakterií, které jsou ve střevech dostupné. Působení mléčných bakterií má mnoho výhod. Mohou zlepšit trávení laktózy, hrají velmi důležitou roli při prevenci a léčbě průjmů, působí na imunitní systém, pomáhají tělu bránit se a bojovat proti infekci (www.bcdairy.ca). 3.3.1.1 Účinky probiotik Probiotika mohou sehrát důležitou roli při prevenci nebo zpomalení růstu rakoviny tlustého střeva, snížení hladiny cholesterolu, prevenci urogenitální infekce, léčbě zácpy a potravinové alergie (www.bcdairy.ca). Měla by být schopna přežít žaludeční kyselost. Kvůli těmto vlastnostem jsou vhodnými kandidáty pro použití ve funkčních potravinách pro řízení specifických chorob trávícího traktu (Salminem, 1998). Funkční potraviny obsahují řadu biologicky aktivních látek, které poskytují zdravotní výhody. Mezi některé skupiny funkčních potravin můžeme zařadit tyto mléčné výrobky: - jogurty a ostatní zakysané mléčné výrobky, které obsahují bakterie mléčného kysání a mohou zvýšit gastrointestinální funkce - jogurty a zakysané mléčné výrobky tvoří významnou podskupinu funkčních potravin: probiotické potraviny (www.bcdairy.ca) Aby účinek probiotik byl co největší, musí být schopné přežít v přítomnosti žaludečních kyselin, kde je velmi nízké pH 1,5 a žlučových kyselin (pH nižší jak 2) (www.bcdairy.ca).
Zavedené výhody probiotik: 1. Trávení laktózy Laktosa je využívána v těle jako zdroj energie. Způsobuje zvýšení hladiny glukosy v krvi. Má poměrně malé kariogenní a laxativní účinky (Gajdůšek, 2003). Je známo, že přítomnost Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophilus v jogurtu působí příznivě při trávení laktosy. Buněčná stěna bakterií musí být neporušená, aby bylo dosaženo co největšího účinku (www.bcdairy.ca).
- 23 -
2. Obrana proti průjmu Bakterie mléčného kysání mohou být užitečné při prevenci a zkrácení doby trvajícího průjmu. Studie prokazují, že kysané mléčné výrobky pomáhají předcházet vzniku infantilního průjmu. Účinky byly zaznamenány s Lactobacillus casei a Bifidobacterium bifidum (www.bcdairy.ca). Několik málo studií ukazuje, že bakterie mléčného kysání mohou snížit výskyt průjmu způsobeného užíváním antibiotik. To naznačuje úlohu bakterií mléčného kysání u imunosuprimovaných pacientů, kteří běžně užívají antibiotika (www.bcdairy.ca).
3. Působení na imunitní systém Bakterie mléčného kysání mohou zvýšit funkci imunitního systému na střevní a systémové úrovni (www.bcdairy.ca). Vyznačují se fagocytární aktivitou, která působí při ničení cizích částic v těle. Napomáhají ke zvýšení hladiny γ – interferonu, který spolu s bílými krvinkami bojuje proti nemoci. Bakterie mléčného kysání stimulují imunitní aktivitu ve střevní sliznici. Sliznice poskytuje fyzickou bariéru, která brání před vstupem cizích částic. Ve střevní sliznici se také nachází velké množství imunitních buněk. Mnoho probiotických bakterií hraje také důležitou roli při léčbě potravinové alergie (www.bcdairy.ca). V Tab. 1 je uveden přehled probiotických BMK, jejich efekt a použití v mlékařství. Tab. 1 Probiotické bakterie a jejich působení (www.bcdairy.ca) Bakterie
L. acidophilus
Lactobacillus GG
L. casei
Probiotický efekt - bojuje proti střevní infekci - snižuje střevní tranzitní čas - zabraňuje rakovině tlustého střeva - je hypocholesterický - zabraňuje růstu patogenních MO - zpomaluje rozvoj nádorů - zabraňuje vzniku průjmů - mění činnost střevní mikroflóry - snižuje výskyt a trvání průjmů - zvyšuje hladinu imunoglobulinů
- 24 -
Použití
- acidofilní mléko, jogurt, kefír
- některé nové mléčné výrobky - ke kolonizaci : 108buněk v mléce 109buněk ve ferment. mléce 1010buněk v kapslích
- v kefíru, mnoha sýrech
Bifidobacterium
- změní složení střevní mikroflóry - omezuje růst patogenů - snižuje výskyt a trvání průjmů - jogurty - snižuje střevní tranzitní čas
3.3.2 Bifidobakterie Bakterie mléčného kysání se skládají z fylogeneticky příbuzné skupiny bakterií, které sdílejí společnou závislost na fermentaci kyseliny mléčné jako hlavního konečného produktu. Bifidobakterie jsou fylogeneticky odlišné, ale mají mnoho fenotypových vlastností, včetně fermentace kyseliny mléčné jako konečného produktu, a proto jsou často součástí LAB. Ekonomický význam této skupiny bakterií v potravinářském kysání a využití probiotických kultur je velmi rozsáhlý (O´Sullivan, et al., 2011). Bifidobakterie, tzv. probiotika, jsou přirozenou součástí bakteriální flóry v lidském těle. Bifidobacterium longum podporuje trávení, posiluje imunitní systém, a produkuje mléčnou a octovou kyselinu, která řídí střevní pH. Tyto bakterie také inhibují růst Candida albicans, Escherichia coli a jiných bakterií (www.microbewiki.kenyon.edu). Nejvyšší počty jsou sledovány ve výkalech kojenců, kde se nacházejí především druhy Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium breve a Bifidobacterium longum, zatímco u dospělých převládají druhy B. adolescentis a B. longum. U telat a kuřat převládají druhy Bifidobacterium pseudolongum typ A, resp. A, B, C. U selat se po narození vyskytuje především Bifidobacterium pseudolongum a později pak Bifidobacterium thermophilum, který byl rovněž izolován z trávícího traktu prasat, telat a kuřat (Maxa, Rada, 1996). Bifidobakteriím se lépe daří v mléku mateřském než kravském. To je způsobeno tím, že mateřské mléko obsahuje více proteinů, tuků a růstových faktorů, které podporují růst bifidobakterií. V této době se přistupuje k tzv. humanizaci kravského mléka pomocí proteinů a minerálních látek, tak aby se výsledný produkt podobal co nejvíce mateřskému mléku (Maxa, Rada, 1996). 3.3.2.1 Charakteristika růstu bifidobakterií Jedná se o striktní anaeroby, avšak přítomností CO2 krátkou dobu tolerují kyslík. Bifidobakterie netvoří CO2, kyselinu máselnou ani kyselinu propionovou. Jejich optimální teplota se pohybuje v rozmezí od 37 °C do 45 °C a pH živných médií
- 25 -
je 6,5 – 7,0. Bifidobakterie mohou produkovat zejména thiamin a laktoflavin a některé vitamíny skupiny B a K. Hlavními produkty fermentace jsou kyselina mléčná a octová. Bifidobakterie vyžadují uhličitany, neutrální i kyselé, případně CO2 jako zdroj uhlíku. Jsou morfologicky vysoce variabilní. Typické pro ně jsou tyčinky, které se tvarují do podoby písmene Y. Jsou uspořádány jednotlivě či v řetězcích (Maxa, Rada, 1996). 3.3.2.2 Terapeutické účinky Bifidobakterie působí na střevní mikroflóru a tím ovlivňují pochody probíhající v intestinálním traktu. Intestinální mikroflóra je dána druhem zvířete, tělesnou kondicí, stářím, pohlavím, podnebím, zda zvíře drží nějakou dietu, prožívá stres, exogenními mikroorganismy a imunitním systémem hostitele. Pokud je intestinální mikroflóra v pořádku, podílí se také na ovlivnění chutě k jídlu, stimuluje imunitní systém, pohyblivost střev, správnou funkci jater, ledvin a ostatních vnitřních orgánů. Preventivně působí proti rakovině a anémii. Rovnováha je však často narušena užíváním antibiotik, která jsou podávána per os. Bifidobakterie jsou velmi odolné vůči streptomycinu, ale jsou citlivé na penicilin, tetracyklin, neomycin a novobiocin (Maxa, Rada, 1996). 3.3.2.3 Redukce cholesterolu Při konzumaci mléčných výrobků, které obsahují určité množství bifidobakterií a jiné čisté mlékařské kultury, dochází k redukci sérového cholesterolu. Produkcí hydroxymetylglutarátu
dochází
k
inhibici
hydroxymetylglutaryl
–
koenzym
A reduktázy, což je enzym, který se účastní syntézy cholesterolu. Při pravidelné konzumaci jogurtu dochází ke snížování cholesterolu v krvi (Maxa, Rada, 1996). 3.3.2.4 Léčení intestinálních infekcí Zánět je fyziologická reakce těla na infekci a poranění tkání, nicméně abnormální imunitní reakce může vést k chronickému zánětu a přispívat k vývoji onemocnění. Různé dietní složky včetně probiotických bakterií mléčného kysání a prebiotik mají potenciál modulovat střevní zánětlivé procesy. Probiotické bifidobakterie a bakterie mléčného kysání mají protizánětlivé účinky (Carey, Kostrzynska, 2013). Kejmarová, et al (2011) uvádí, že bifidobakterie i BMK se mohou používat k preventivní i vlastní léčbě gastrointestinálních nemocí. Probiotika, která obsahovala laktobacily a byla podávána profylakticky, výrazně redukovala různé intenzivní stupně - 26 -
průjmů, které se u pacientů vyskytovaly a došlo k výraznému snížení ze 14 % na 0 %. Ušlechtilé bakterie mléčného kysání a zvláště pak laktobacily a bifidobakterie inhibují v trávícím traktu růst mikrobů, které mohou způsobovat průjmy, dyspepsie, dismikrobie a kolitidy. Kmeny
testovaných
bakterií
Bifidobacterium
animalis
subsp.
lactis,
Bifidobacterium longum, Bifidobacterium species, Bifidobacterium dentium ze Sbírky mlékařských mikroorganismů Laktoflora, jak uvádí Kejmarová et al (2011), jsou rezistentní nebo tolerantní vůči simulovaným podmínkám v trávícím traktu. Z hodnot hydrofobicity můžeme usoudit, že více než polovina všech buněk kmenů bifidobakterií je schopna se adhezovat na sliznici střeva a tím příznivě ovlivnit zdraví konzumenta. Testované bakterie mají dobré růstové schopnosti při zachování anaerobního prostředí. Bifidobakterie mají antikarcinogenní, imunostimulační a protiprůjmové vlastnosti. Pomáhají při zmírnění nesnášenlivosti laktózy a mají schopnost snižovat hladinu cholesterolu (Russell, et al., 2011). V Tab. 2 jsou uvedeny antibakteriální látky produkované BMK. Tab.2 Antibakteriální látky produkované BMK (Maxa, Rada, 1996) Bakterie Lactobacillus acidophilus Lactobacillus GG Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus brevis Lactobacillus plantarum Lactobacillus reuteri Lactobacillus helveticus Lactobacillus casei Lactococcus lactis Lactococcus lactis ssp. cremoris
Antimikrobiální látka acidolin, acidophilin, laktocidin nespecifická látka bulgaricin laktobacilin, laktobrevin laktolin reuterin, reutericin laktocin látka podobná laktocinu nisin diplokocin
V ČR byly zatím nejvíce prostudovány antimikrobiální účinky nisinu, který produkují určité kmeny bakterií jako Lactococcus lactis. Jedná se o polypeptid, který potlačuje růst clostrídií. Nisin také inhibuje stafylokoky, streptokoky, neisserie, korynobakterie, mikrokoky, propionové bakterie a dále i ušlechtilé mlékařské kultury (Maxa, Rada, 1996). 3.3.2.5 Příznivý účinek bifidobakterií na imunitní systém Bifidobakterie a laktobacily, které se používají při výrobě mléčně kysaných výrobků, pomáhají zlepšovat imunitní systém. K bakteriím, které výrazně zlepšují
- 27 -
imunitní systém, patří hlavně Bifidobacterium longum a Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei ssp. rhamnosus a Lactobacillus helveticus. BMK a bifidobakterie ve střevě neustále stimulují imunitu. Tohoto jevu je možné využít např. při léčbě imunodeficientních stavů. Vyšší účinek je také pozorován, když působí současně bakterie a přitom jsou dodávány některé vitamíny, které zvyšují proteosyntézu a buněčné dělení jako je vitamín C, pyridoxin, kyselina listová a vitamín B12 (Maxa, Rada, 1996). Většina ušlechtilých kultur BMK zvyšuje obsah kyseliny listové v mléce. Kysané mléčné výrobky oproti mléku mohou obsahovat zvýšené koncentrace kyseliny nikotinové a panthotenové. To platí také o vitamínu B1 a B2, avšak během skladování obsah vitamínů klesá až na původní hodnotu, která se vyskytuje v mléce (Maxa, Rada, 1996).
3.4 Druhy kultur využívaných v mlékařství Nejběžnější použití mlékařských kultur je hlavně pro výrobu kyseliny mléčné z laktózy, která ve většině případů způsobuje nebo napomáhá srážení mléčných bílkovin tím, že sníží hodnotu jejich pH. Některé startovací kultury mají schopnost vytvářet sloučeniny, které se podílejí na chuti a vůni konečného výrobku jako je např. diacetyl. Startovací kultury mohou ovlivnit chuť a texturu hotového výrobku prostřednictvím rozpadu bílkovin, tuků či jiných složek mléka (www.foodscience.cornell.edu). Vedle tradičních forem kultur mléčných bakterií, které se používají přes mateční a provozní zákysy, se ve výrobě používají i nové formy pro přímé zaočkování do tanku, výrobníku nebo zákysníku. Jedná se o vysoce koncentrované a standardizované kultury, které nevyžadují žádnou předaktivaci před použitím. Kultury jsou buď hluboko mražené nebo lyofilizované (usušené vymražením) (www.madeta.cz). Užitečné mikroorganismy mají v mlékarenském průmyslu mimořádně důležitou roli.
Pod
pojem
čisté
mlékařské
kultury
zahrnujeme
druhy
specifických
mikroorganismů, které se přidávají do suroviny zbavené patogenní mikroflóry, s cílem vyvolat očekávaný průběh technologického procesu a tak dosáhnout požadované jakosti hotového výrobku (Grieger, Holec, et al., 1990). 3.4.1 Mlékařské kultury Čisté mlékařské kultury zajišťují biochemické procesy při výrobě mléčných výrobků. Čisté je nazýváme proto, že jsou to čistě vykultivované jednotlivé kmeny bez jakýchkoliv "divokých" mikroorganismů, které bychom nalezli např. u samovolně - 28 -
zkysaného mléka. Mezi biochemické pochody, které probíhají v mléce či produktu, patří zejména kysání, rozklad bílkovin, rozklad tuku a další. U nás se využívá čtyř základních typů mlékařských kultur jako smetanová, jogurtová, acidofilní a kefírová. Existují však i další mlékařské kultury např. ementálská, aj. (Hylmar, Havlová, 1989). Pod
pojmem
čisté
mlékařské
kultury
zahrnujeme
druhy
specifických
mikroorganismů, které se přidávají do suroviny, která je zbavená patogenní mikroflory s cílem vyvolat očekávaný průběh technologického procesu a tak dosáhnout požadované jakosti hotového výrobku (Grieger, Holec et al., 1990). Čisté mlékařské kultury patří mezi hlavní prostředky mlékárenského průmyslu a jejich hlavní role spočívá v ovlivnění finální jakosti výrobků, zkracování výrobních procesů, lepší využití strojní techniky. Dochází ke zvýšení výtěžnosti při výrobě a ke snížení ztrát na živinách, které přecházejí do vedlejších produktů. Čisté mlékařské kultury musí splňovat určité základní vlastnosti, které zajistí správný průběh biochemických pochodů během výroby. Hlavními vlastnostmi jsou prokysávání a zrání výrobků
a
s tím
související
správný
vývoj
senzorických
vlastností.
Jsou
to mikroorganismy, které se díky své enzymatické činnosti podílí na vytváření chuti, konzistenci a vůni jednotlivých výrobků. Pro řádný průběh biochemického procesu je nutné mikroorganismům zajistit vhodné podmínky pro jejich růst. (Teplý, 1984). U
kultur
požadujeme
zvýšené
antimikrobiální
účinky
vůči
patogenním
mikroorganismům, jejich odolnost vůči působení antibiotik a jiným inhibičním látkám. Důležitá je jejich adaptace v trávícím traktu a schopnost tvorby některých důležitých enzymů, které jsou důležité především z výživově fyziologického hlediska. Významnou roli u mlékařských kultur hraje odolnost vůči působení bakteriofágů. Pokud kombinujeme určité kmeny, jde nám o to, aby mezi sebou nevykazovaly antagonismus, ale aby byly v symbióze, která zajišťuje vzájemné působení na růst a aktivitu (Teplý, 1984). 3.4.2 Příprava čistých mlékařských kultur Příprava ČMK v provozních podmínkách patří mezi hlavní operace, na jejichž provedení závisí zdar výroby fermentovaných mléčných výrobků i přírodních sýrů. Bakteriální ČMK se dosud v ČR používají především v tekutém stavu (Gajdůšek, Klíčník, 1991). Tradiční formy kultur mléčných baktérií se používaly na přípravu matečního a provozního zákysu. Pokud chceme tyto kultury použít, musíme znát jejich růstovou
- 29 -
křivku a vlastnosti – titrační kyselost, senzorické parametry, produkty fermentace a podmínky fermentace, fágorezistenci apod. Dodané kultury, které jsou ve formě expedičního zákysu se přeočkují zpravidla v množství 1 %
do sterilního mléka
a fermentací vznikne tzv. matečný zákys (Šustová, Sýkora, 2013). Pro provozní výrobu je nutné velké množství zákysu, proto se matečným zákysem zaočkovává větší množství mléka, ošetřeného záhřevem na 95 °C po dobu 30 minut. Vzniká tak tzv. poloprovozní nebo provozní zákys, který se uchovává při 5 °C, aby nedošlo k překysání. Provozní zákys se pak přidává do připraveného mléka pro výrobu (Šustová, Sýkora, 2013). 3.4.3 Smetanová kultura Využívá se k výrobě zakysaného mléka a smetany. Hlavní část smetanové kultury tvoří kyselinotvorné baktérie, zastoupené převážně druhy Lactococcus lactis a Lactococcus cremoris a další část tvoří aromatvorné bakterie, zastoupené převážně druhy Leuconostoc citrovorum a Leuconostoc dextranicum. Zmíněné mikroorganismy se v různých typech smetanové kultury vyskytují v různých kombinacích a poměru. Lactococcus lactis se nachází v našich typech smetanové kultury a patří mezi její nejdůležitější složky (Teplý, 1968). Lactococcus cremoris je další důležitou složkou smetanové kultury. Vytváří kulaté buňky. V optimálních podmínkách tvoří čerstvá kultura dlouhé řetízky. Některé kmeny, pokud mají příznivé podmínky pro svůj růst, vytvářejí diacetyl (Teplý, 1968). Leuconostoc citrovorum tvoří za přítomnosti kyseliny citronové a laktózy acetoin a diacetyl. Z fermentované laktózy tvoří 25 až 50 % těkavých kyselin a 10 až 15 % etanolu. Tvoří menší množství kyseliny mléčné (Teplý, 1968). Leuconostoc
dextranicum
tvoří
aromatvornou
složku
smetanové
kultury.
V přítomnosti kyseliny citronové tvoří acetoin a diacetyl. Kromě menšího množství kyseliny mléčné vytváří velké množství těkavých látek. Z uhlohydrátů štěpí glukózu, sacharózu, galaktózu, fruktózu a také laktózu a manózu (Teplý, 1968). Streptococcus diacetilactis je uváděn jako složka většiny evropských typů smetanové kultury. Má odlišnou biochemickou aktivitu. Vyznačuje se jak aromatvornou tak kyselinotvornou aktivitou. V mléce tvoří 0,8 % kyseliny mléčné za současného vzniku těkavých látek a CO2 má však schopnost vytvářet z kyseliny citronové určité množství aromatických látek (Teplý, 1968).
- 30 -
Aroma smetanové kultury mohou vytvářet i jiné mikroorganismy jako např. Leuconostoc mesenteroides a Pediococcus cerevisiae. Pokud se Pediococcus cerevisiae kombinuje se Lactococcus lactis nebo Lactococcus cremoris je vhodným typem pro výrobu ušlechtile kyselých, armatických nápojů jako např. mlék, smetan, šlehaného podmáslí. Po přidání mléka se výrobek homogenizuje, pro zajištěni stability výrobků. Jednokmenné smetanové kultury jsou snadněji napadány bakteriofágy než směsné. Proto se používá kombinace různých kmenů týchž streptokoků. Tím se dosáhne zvýšené obranyschopnosti proti fágům a kombinací kmenů s pomalejší a rychlejší tvorbou aromatu a kyseliny mléčné se získá typ kultury s větší stálostí. Tato kultura je pak aktivní v delším časovém období (Teplý, 1968). 3.4.4 Jogurtová kultura Používá se k výrobě jogurtu, jogurtu s přídavkem bifidobakterií a acidofilního jogurtu. Jogurtovou kulturu tvoří termofilní tyčinka Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus a termofilní streptokok Streptococcus thermophilus nejčastěji v poměru 1:1, nejvýše 2:1 (Teplý, 1968). Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus je termofilní tyčinka, která patří do skupiny bakterií mléčného kysání. Při 40 oC sráží mléko za 2,5 až 4,5 hodiny. Tento druh je citlivý na podmínky, v nichž se pěstuje. V mléce tvoří zpravidla kyselinu mléčnou, ale také tvoří menší množství kyseliny octové, mravenčí a jantarové. Z uhlohydrátů fermentuje laktózu, glukózu a galaktózu (Teplý, 1968). Streptococcus thermophilus je termofilní streptokok mléčného kysání. Zvlášť virulentní kmeny přežívají záhřev na 80 oC po dobu 15minut. Pokud je dodržena správná teplota, mléko sráží za 16 až 20 hodin. Tvoří kyselinu mléčnou a štěpí kasein. Jogurtová kultura patří k druhům, které jsou velmi citlivé na složení mléka a na obsah cizorodých látek, zvláště pokud se v mléce nacházejí antibiotika (Teplý, 1968). Mezi citlivější složku jogurtové kultury patří Streptococcus thermophilus, i když druhá složka Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus má na růst těchto streptokoků příznivý vliv. Pokud je každý z těchto mikrooganismů sám, kysání probíhá pomaleji. Zajistíme-li kombinaci těchto dvou druhů, kysání je rychlejší. Nejdříve se v jogurtové kultuře začínají množit streptokoky, jelikož Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus stimuluje jejich růst tím, že rozkládá bílkoviny mléka za uvolnění aminokyselin, které jsou důležité pro růst streptokoků. V porovnání se smetanovou kulturou je jogurtová kultura hustší, má kyselejší, typicky jogurtovou vůni a chuť (Teplý, 1968).
- 31 -
3.4.5 Acidofilní kultura Acidofilní kultura se využívá při výrobě acidofilních mléčných výrobků nejen v mlékárenském průmyslu, ale také ve zdravotnictví (Teplý, 1968). Základní mikroflóru acidofilní kultury tvoří Lactobacillus acidophilus. Hůře roste při nižších teplotách než 20 oC a vyšších než 48 oC. Pokud se nachází v mladé kultuře, tak je značně odolný vůči fenolu. Pro zdravotnické účely se pěstují speciální kmeny, které jsou vysoce odolné vůči některým druhům antibiotik, které se používají ve zdravotnictví. Je odolný i proti kyselému prostředí, ale dobře se množí i v prostředí neutrálním či alkalickém (Teplý, 1968). Kmeny Lactobacillus acidophilus lze nejlépe izolovat ze syrových mlék, přírodních kyšek nebo z lidských fekálií a zvířecích fekálií mláďat ve stádiu sání. Acidofilní kultura se vyrábí ve třech typech:
typ A
- netáhlovitý
typ AT
- táhlovitý
typ AL
- lékařský, směs A a AT
Různé kmeny Lactobacillus acidophilus mají různé účinky, mezi které patří např. rychlost prokysávání, tvorba antibiotik nebo vitamínu B, C a PP, a proto je kombinace většího počtu kmenů vždy účelná. Lactobacillus acidophilus má z mlékařských mikroorganismů nejširší využití ve zdravotnictví (Teplý, 1968). Acidofilní kultura má čistě kyselou chuť i vůni, hustou jogurtovou konzistenci a titrační kyselost dosahuje 60 až 70 SH, ale i 90 SH (Šustová, 2005). 3.4.6 Kultura kefírová Využívá se zejména na výrobu kefíru a kefírového mléka. Kefírová kultura má zvláštní úlohu mezi čistými mlékařskými kulturami. K přípravě kefírové kultury se používají kefírová zrna nebo se na výrobu čistých mlékařských kultur uměle sestavuje z mikroorganismů určitého druhu. Složení kefírových zrn nebývá proto stejné (Teplý, 1968). K základním mikroorganismům v kefírové kultuře patří Streptococcus lactis, Lactobacillus caucasicus, Lactobacillus brevis, Torula kefir a Sacharomyces fragilis. K výrobě kefírové kultury se používají kefírová zrna vysušená, nebo v živném roztoku. Pokud použijeme suchá kefírová zrna, musí se nejdříve aktivovat tím, že se vloží na 24 hodin do předvařené vody. To se opakuje tak dlouho, dokud kefírová zrna nejsou měkká. Kefírová zrna o vybrané jakosti se promyjí sterilní vodou a v Erlenmayerově - 32 -
baňce se zalijí 15krát až 25krát větším množstvím pasterovaného mléka. Pak probíhá kultivace při 16 až 20 oC po dobu 24 až 72 hodin do doby, než se mléko srazí. Sražená kefírová zrna se pak přelijí přes sterilní síto. Tak získáme čistou kulturu, kterou se pak plní expediční lahvičky.Uměle sestavená čistá kefírová kultura má oproti kultuře, která byla získána ze zrn, tu výhodu, že při správném ošetření a použití nemá takové vady, ke kterým dochází u kultury připravené z kefírových zrn (Teplý, 1968).
3.5 Bakteriofágy a čisté mlékařské kultury Termín bakteriofág je složen ze slov bakterie a slova řeckého původu “phagein” – “jíst”, zkráceně fág a označuje virus infikující bakterie. Hostitelem nejsou vyšší eukaryotní organismy,
nýbrž
prokaryotické
bakterie.
Jednou z hlavních rolí
bakteriofágů je vyrovnat bakteriální populaci v daném prostředí a umožnit tak růst náročnějším bakteriálním kmenům. Jedná se o nukleoproteinové částice, které mají genetickou
informaci,
ale
nejsou
enzymaticky
vybaveny.
Aby
nedocházelo
ke kontaminaci bakteriofágy, je dobré volit kultury, které jsou vůči těmto virům odolné (www.mlekarskelisty.cz). Vyskytují se v široké paletě druhů, z nichž každý druh působí specificky na určité bakterie nebo kmen. Nejsou vybaveny metabolickým systémem. Zvyšování jejich počtu, závisí na biochemické výbavě buňky hostitele. Mají jen jeden typ nukleové kyseliny (DNA nebo RNA) (Walstra, Wouters, Geurts, 2006). Mezi zdroje bakteriofágů patří surové mléko, ovzduší, voda nebo různá zařízení používaná v mlékárně, dále pak např. nedostatečně pasterizované mléko, zákvas, syrovátka a jiné (Salminem, 1998). Bakteriofágy představují nebezpečí pro mlékárny, protože jsou většinou odolnější proti působení vyšších teplot než mikroorganismy čistých mlékařských kultur. Za určitých podmínek mohou bakteriofágy snášet i pasterační teploty, jsou odolné i vůči mrazu a při vyhovující kyselosti prostředí dokonce i proti vysušení. Bakteriofágy mohou být velmi škodlivé při výrobě fermentovaných mléčných výrobků, kde můžou zničit většinu přítomných bakterií (Salminem, 1998). Pokud došlo k výskytu bakteriofágů v kultuře, projevuje se to zpomalenou fermentací a tím i sníženou titrační kyselostí, nebo dojde k úplnému zastavení kysání následkem rozkladu všech buněk (Salminem, 1998). Rozeznáváme
dva druhy
kontaminace
zákvasu
bakteriofágy –
primární
a sekundární. Při primární kontaminaci dochází k postihnutí čisté mlékařské kultury, - 33 -
sekundárdní kontaminace vzniká kontaminací zákvasu v mlékařském závodě. Největší pozornost věnují mlékaři bakteriofágům v sýrařství, protože z kontaminovaného mléka, které se používá na výrobů sýrů, mohou bakteriofágy přecházet do syrovátky, která byla hlavním zdrojem kontaminace celého provozu (Salminem, 1998). K hlavním
preventivním
opatřením
proti
pronikání
bakteriofágů
a jejich
nepříznivému působení patří dodržování vysoké úrovně hygieny, dodržování sanitace a výroba bakteriálních kultur, které jsou odolné vůči působení bakteriofágů (Grieger, Holec, et al., 1990).
3.6 Působení baktérií mléčného kysání při výrobě mléčných výrobků Kysané mléčné výrobky patří mezi biologicky aktivní mléka. Pokud srovnáme kysané mléčné výrobky se sladkým mlékem, mají mnoho předností. Výroba kysaných mléčných výrobků oproti dřívějším dobám neustále stoupá. Předností kysaných mléčných
výrobků
ve
srovnání
se
sladkým
mlékem
je
jejich
trvanlivost
a skladovatelnost. Vydrží v teplém klimatu delší dobu než jiné mléčné výrobky. Jejich lahodná a osvěžující chuť je zajištěná přítomností kyselin a oxidu uhličitého, které napomáhají rozšiřování a růstu bakterií. Další předností je, že kysané mléčné výrobky obsahují všechny složky mléka, jsou sytivé a nepřetěžují trávící orgány (Houška, et al., 1991). 3.6.1 Mlékárenské výrobky získané za využití bakterií mléčného kysání V mlékařství se užívají čisté mlékařské kultury, které obsahují bakterie mléčného kysání při výrobě másla, kysaných mléčných výrobků, tvarohů, sýrů, speciálních mražených a sušených výrobků nebo při fermentaci syrovátky (Houška, et al., 1991). Podrobně se člení mlékárenské výrobky, které jsou získávány za použití kultur bakterií mléčného kysání: (Houška, et al., 1991) a) máslo vyrobené ze zakysané smetany nebo s dodatečným obohacením bakterií mléčného kysání b) tvarohy a pasty c) přírodní sýry čerstvé d) přírodní sýry zrající e) kasein f) produkty vzniklé zkvašováním syrovátky g) přírodní a šlehané podmáslí
- 34 -
h) kysané smetany i) kysané mléčné výrobky ia) čerstvé ib) zmrazené ic) sušené id) pasterované 3.6.2 Bakterie mléčného kysání používané při výrobě másla Výroba másla závisí na druhu smetanové kultury. Záleží na tom, zda chceme vyrobit máslo pro přímou spotřebu či ke skladování. Pro zajištění nejlepších vlastností másla je dobré kombinovat různé druhy smetanových kultur, neboť jediná univerzální smetanová kultura nezajistí požadované vlastnosti pro oba dva druhy másla (Hylmar, 1985). Máslo, které chceme vyrábět pro přímou spotřebu, má být velmi aromatické. Toho docílíme tím, že použijeme smetanovou kulturu, která kromě tvorby kyseliny mléčné vytváří také aromatické látky. Používá se smetanová kultura obsahující kyselinotvorné mezofilní streptokoky Lactococcus lactis ssp. lactis a Lactococcus lactis ssp. cremoris a aromatické Leuconostoc cremoris, Leuconostoc dextranicum i Lactococcus lactis ssp. diacetylactis, který vedle tvorby kyseliny mléčné produkuje také velké množství aromatických látek. Máslo učené pro skladování má být trvanlivé a k jeho výrobě se používají smetanové kultury s omezenou tvorbou aromatických látek a lepší redukční schopností (Hylmar, 1985). 3.6.3 Použití bakterií mléčného kysání při výrobě fermentovaných mléčných výrobků Fermentované mléčné výrobky mají svůj původ v četných lidových mléčných nápojích, které jsou rozšířeny po celém světě. Tyto nápoje vznikaly kysáním mléka přirozenou cestou, tj. působením mikroflóry obsažené v syrovém mléce. Tato mikroflóra byla pro různé oblasti typická a dodávala v různých podmínkách při tradičním postupu přípravy lidovým mléčným nápojům charakteristický ráz (Gajdůšek, 2000). Kysané mléčné výrobky se vyrábějí za použití kultur, které obsahují mezofilní bakterie mléčného kysání, termofilní bakterie mléčného kysání a bakterie mléčného kysání v kombinaci s kvasinkami zkvašující laktózu (Hylmar, 1985).
- 35 -
Mezi testovacími kmeny a smíšenou kulturou Lactococcus lactis ssp. lactis a Lactococcus rafinolactis byla pozorována větší produkce kyseliny mléčné během fermentace než při čistém kysání. Fermentované mléko, které obsahuje směsné kultury je kyselejší a je v něm cítit více hořkosti a svíravosti než mléko obsahující jednotlivé kultury (Aoki, Mizumachi, et al., 2012). Jogurt dnes patří mezi nejznámější mléčné výrobky v celosvětovém měřítku. Jogurt byl po tisíce let velmi populární na Blízkém východě. Znalosti o mikrobiologii neexistovaly, ale díky používání stejného náčiní a nádobí den co den, se začala postupně vytvářet typická mikroflóra. Dokonce i dnes se tradiční vlastnosti jogurtu nemění. Zlepšilo se řízení kvasného procesu, aby konečné produkty měly stálou kvalitu a konzistenci. (Robinson, 2002) Získává se pomocí kysání bakterií typu Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophilus, které přeměňují laktózu na kyselinu mléčnou. Jogurty jsou u nás převážně vyráběny pomocí základní jogurtové kultury a liší se od sebe zpravidla tučností, délkou zrání a ochucením (www.viscojis.cz). 3.6.4 Použití bakterií mléčného kysání při výrobě sýrů Při výrobě sýrů používáme řadu čistých mlékařských kultur; základní kulturou bývá smetanová kultura a ostatní kultury jsou využívány jako doplňkové. Použité druhy a kmeny kultur se významným způsobem podílejí na vytváření charakteristických vlastností i jakostních senzorických znacích jednotlivých typů a druhů sýrů (Hylmar, 1985). Non – startovací bakterie mléčného kysání jsou bakterie, které nejsou součástí běžných startovacích kultur přidávaných do mléka při výrobě sýrů. Patři mezi ně zejména laktobacily, enterokoky, pediokoky a leukonostoky a byly poprvé izolovány v sýru v roce 1912. Pravděpodobně se nacházejí ve všech typech sýrů během jejich zrání. Ve většině sýrů jsou dominujícími organismy fakultativně homofermentativní laktobacily zejména Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum a Lactobacillus curvatus. Obligátně heterofermentativní laktobacily zejména Lactobacillus brevis byly nalezeny v menším množství (Cogan, Beresford, et al., 2007). Non – startovací bakterie mléčného kysání jsou dominující mikroflórou v sýrech během jejich zrání. Tolerují nepřátelské prostředí a silně ovlivňují zrání tvarohu, přispívají k rozvoji konečných vlastností sýra. . Několik non – startovacích bakterií mléčného kysání je vybíráno na základě jejich zdravotních výhod (výroba bioaktivních
- 36 -
peptidů, inaktivace antigenotoxinů). Použití těchto non – startovacích bakterií má za cíl zvýšit proces zrání a podpořit zdravotní výhody (Settanni, Moschetti, 2010). Pro výrobu měkkého a tvrdého tvarohu se používají smetanové kultury, které rychle prokysávají mléko a jsou málo aromatické. Bílé sýry v solném nálevu se vyrábějí za použití smetanové kultury, která bývá doplněna u pařených sýrů přídavkem kultury Lactobacillus helveticus (Hylmar, 1985). Při výrobě sýrů čerstvých se většinou uplatňují jen aromatické kultury smetanové, které neobsahují Lactococcus lactis ssp. diacetylactis, neboť produkuje více CO2. K očkování mléka při výrobě měkkých sýrů, které zrají pod mazem, se uplatňuje smetanová kultura nearomatická, která obsahuje především streptokoky mléčného kysání. Kromě bakterií mléčného kysání se používá k ošetření na povrchu mazová kultura, jejímiž složkami jsou Brevibacterium linens, asporogenní kvasinky a barevné mikrokoky. Sýry měkké málo prozrálé se vyrábějí za použití nearomatické smetanové kultury. Mohou se však použít i doplňkové kultury, např. Lactococcus lactis a Lactobacillus casei. Sýry s nízkodohřívanou sýřeninou se vyrábějí pomocí smetanové kultury, nebo v kombinaci s doplňkovými kulturami Lactobacillus casei a Lactococcus lactis. Sýry s vysokodohřívanou sýřeninou se vyrábějí zaočkováním mléka smetanovou kulturou, kulturou ementálskou a kulturou propionovou. Mléko k výrobě sýrů typu parmazán bývá zaočkováno vedle smetanové kultury také kulturami Lactobacillus helveticus, Lactobacillus fermenti a Streptococcus thermophilus. Při výrobě plísňových sýrů se používá smetanová kultura nearomatická nebo monokultura Lactococcus lactis. Dále se zde používají u sýrů s plísní na povrchu plísňové kultury Penicillium caseicolum i Penicillium camemberti a u sýrů s plísní v sýřenině kultura Penicillium roqueforti (Hylmar, 1985). 3.6.5 Použití bakterií mléčného kysání v ostatní mlékárenské výrobě Kultury používané v mlékárenském průmyslu se uplatňují i při výrobě zmrazených výrobků. Rozsáhlá je také výroba sušených mléčných výrobků s kulturami bakterií mléčného kysání. Mohou se vyrábět různé sušené kysané výrobky a především sušená kojenecká a dětská mléčná výživa. Též do některých krmných směsí se přidává kultura Lactococcus lactis, produkující nisin. K fermentaci syrovátky za účelem získávání biomasy nebo jednotlivých metabolitů se používá velká škála mikroorganismů, ale jen výjimečně baktérie mléčného kysání (např. při výrobě kyseliny mléčné kultura Lactobacillus acidophilus) (Hylmar, 1985).
- 37 -
Kultury bakterií mléčného kysání se však uplatňují i při výrobě jiných potravinových produktů, jako uzenin v masném průmyslu, chleba v pekárenském průmyslu, výrobků z rostlinných tuků v tukovém průmyslu aj. (Hylmar, 1985).
4 POUŽITÍ MLÉKAŘSKÝCH KULTUR VE VYBRANÉ MLÉKÁRNĚ Praxi jsem absolvovala v mlékárně Lacrum ve Velkém Meziříčí. Mimo jiné jsem měla možnost seznámit se s jakými kulturami v mlékárně pracují a jak se využívají. Získané poznatky posloužily jako podklady k praktické části BP. Mlékárna Lacrum patří k menším regionálním mlékárnám a svoji budoucnost staví na tradičním osvědčeném sortimentu. Vyrábí se zde sýry holandského typu a sýry, které jsou uzené bukovým dřevem. Do základní nabídky také patří stloukané máslo a tvarohy (www.lacrumvm.cz).
4.1 Historie Lacrum Mlékárna Lacrum byla od roku 1960 přes 30 let součástí koncernového podniku Lacrum Brno. Jejím úkolem bylo zásobovat prodejny Jednoty v blízkém i vzdálenějším okolí. Po sametové revoluci v roce 1989 se v mlékárně vystřídala řada vlastníků, naposledy v letech 2003 až 2011 patřila mlékárna ve Velkém Meziříčí významné německé společnosti s názvem Bayerische Milchindustrie eG (www.lacrumvm.cz). V květnu 2011 se mlékárna opět vrátila do rukou zemědělských vlastníků. Tím se obnovila tradice Rolnické družstevní mlékárny ve Velkém Meziřící, která byla založena v roce 1933 (www.lacrumvm.cz).
4.2 Sortiment mlékárny V mlékárně se nejvíce vyrábí sýry holandského typu, např. nejznámější Eidam. Velmi oblíbená je eidamská cihla s 30 % tuku v sušině, zákazníci take oceňují variantu s 45 % nebo Goudu s 48 % tuku v sušině. Velmi oblíbené jsou i bukovým dřevem uzené sýry. Všechny sýry jsou plátkovány a hygienicky baleny. Kromě standartního sortimentu, který je určen pro maloobchod, mlékárna vyrábí i speciality určené pro gastronomii a další potravinářské výroby (www.lacrumvm.cz). V následující tabulce je uvedený základní sortiment, který mlékárna poskytuje.
- 38 -
Tab.3 Základní sortiment mlékárny (www.lacrumvm.cz) Druh výrobku
% tuku v sušině
sušina %
Eidam cihla 45 % plátky - 200g Gouda 48 % - plátky 100g Eidam se zeleným pepřem 45 % plátky 100g Eidam se směsným kořením 45 % plátky 100g Ementaler sýr s oky 45 % plátky 100g Eidamska cihla 30 % plátky 100g Eidamská cihla 45 % plátky 100g Eidamská cihla 30 % uzená plátky 100g Eidamská cihla 45 % uzená plátky 100g Eidamská cihla 45 % uzená 2,8kg Eidamská cihla 45 % se směsným kořením - plátky Eidamská cihla 30 % uzená plátky 100g Ementaler sýr s oky 45 % s chilli Eidamská cihla 30 % 2,7kg Eidamská cihla 45 % 2,7kg Eidam cihla 45 % s pepřem Ementaler sýr s oky 20 %light 2,7kg Eidamská cihla 20 % Eidamská cihla 20 % Gouda 48 % Uzená Gouda 48 % Eidamská cihla 45 % se směsným kořením Ementaler sýr s oky 45 % s chilli Eidamská cihla 30 % bloček Eidamská cihla 45 % - plátky 150g Ementaler sýr s oky 20 %light Eidamská cihla 45 % se směsným kořením - plátky
45 % 48 % 45 % 45 % 45 % 30 % 45 % 30 % 45 % 45 % 45 % 30 % 45 % 30 % 45 % 45 % 20 % 20 % 20 % 48 % 48 % 45 % 45 % 30 % 45 % 20 % 45 %
56 % 55 % 55 % 55 % 55 % 50 % 56 % 50 % 56 % 56 % 55 % 50 % 55 % 50 % 56 % 55 % 50 % 50 % 50 % 55 % 55 % 55 % 55 % 50 % 56 % 50 % 55 %
4.3 Používané kultury Při výrobě Eidamu, Čedaru, Goudy a tvarohu se používají kultury C 351 a C 352. Při výrobě sýrů s oky – Ementáleru se navíc k těmto kulturám přidává ještě kultura PS 40. Tyto kultury nabízí firma CHR – HANSEN. 4.3.1 Kultura C 351 a C 352 Mezofilní aromatická kultura typu LD. Kultura vytváří aroma a CO2. Taxonomie: Lactococcus lactis subsp. cremoris Leuconostoc species Lactococcus lactis subsp. lactis Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis
- 39 -
Aplikace:
Kultura je primárně používána při výrobě sýrů typů Gouda, Eidam,
Maasdam, Raclette a Samsoe. Barva: špinavě bílá až hnědá Skladování: < -45 °C/ < -49 °C (www.chr-hansen.com) 4.3.2 Kultura PS 40 Vybraná propionická bakterie mléčného kysání. Taxonomie: propionická kultura Aplikace: kultura je primárně používána při výrobě sýrů švýcarského typu, např. Ementál, Gruyere, Greve a podobných typů, kdy je požadováno typické propionové aroma a tvorba ok. Kultura je běžně používaná v kombinaci s jinými kulturami jako Streptococcus thermophilus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus a LD. Kultura fermentuje laktáty, výsledkem tohoto procesu je tvorba kyseliny propionové, kyseliny octové a velkého množství oxidu uhličitého. Barva: špinavě bílá až hnědá Skladování: < -45 °C/ < -49 °C (www.chr-hansen.com)
- 40 -
5 ZÁVĚR Cílem této práce bylo seznámit čtenáře s používáním bakterií mléčného kysání v mlékařství, přiblížit jim jejich základní rozdělení, charakteristiku a poskytnout informace o způsobech užívání bakterií v různých technologiích a procesech výroby mléčných výrobků. Bakterie mléčného kysání mají široké využití. Používají se při výrobě fermentovaných mléčných výrobků, jako startovací kultury při výrobě sýrů, kefírů, jogurtů aj. Je to skupina užitečných bakterií, které jako konečný produkt vytváří kyselinu mléčnou. V přírodě jsou velmi rozšířené, nalézají se však i v lidském zažívacím traktu. Lidé používali bakterie mléčného kysání po tisíciletí při přípravě potravin, které se lépe uchovávaly, získaly svoji charakteristickou vůni, chuť a texturu odlišnou od původní potraviny. Mezi rody, které se používají v mlékařství a při výrobě mlékařských výrobků patří zejména Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Enterococcus a Bifidobacterium. Při výrobě jogurtu se nejvíce uplatňuje Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophilus. U výroby másla jsou používány Leuconostoc dextranicus a Leuconostoc cremoris. Dominujícími mikroorganismy při výrobě sýrů jsou fakultativně homofermentativní laktobacily zejména Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum a Lactobacillus curvatus. Pediokoky se vyskytují u některých sýrů jako cizí kultury a občas se používají při fermentaci mléka. Enterokoky tvoří mikroflóru sýrů, populárních ve středomořských zemích. Díky proteolýze a lipolýze vytvářejí typickou chuť a aroma těchto sýrů. Lactococcus lactis ssp. lactis je používán do ,,čistých mlékařských kultur“ na výrobu některých kyselých mlék, smetan a na výrobu všech druhů sýra. V této době roste používání bakterií mléčného kysání také jako probiotik do potravinových doplňků ke zlepšení zdravotního stavu nejen člověka, ale i zvířat. Do probiotik řadíme zejména bakterie rodu Lactobacillus a Bifidobacterium. Jsou součástí přirozené ochranné bariéry trávícího traktu proti nepříznivým podmínkám vnějšího prostředí. Při dlouhodobé konzumaci kysaných výrobků se snižuje koncentrace hnilobných bakterií v gastrointestinálním traktu. V rámci nových technologií a zlepšení procesů výroby se využívá mnoho startovacích kultur. Kultury je vhodné kombinovat a tím se dosáhne požadovaných vlastností konečných výrobků.
- 41 -
Při kombinaci některých vybraných kultur se docílí zvýšené produkce kyseliny mléčné. Aby byla produkce kyseliny mléčné co nejvyšší, musí mít bakterie mléčného kysání dostatečný přísun živin, vitamínů skupiny B, aminokyselin, purinů a vhodné živné médium, které zajistí jejich optimální růst a množení. Postupem času se jejich využití bakterií mléčného kysání rozšířilo a dnes jsou využívány v mnoha odvětvích potravinářského odvětví. V mnoha studiích je sledován účinek mléčných bakterií na zažívací trakt lidí i zvířat. Bylo zjištěno, že užíváním bakterií mléčného kysání v mléčných výrobcích se snižuje výskyt průjmů, hladina cholesterolu, zlepšuje se trávení laktózy a také vznik rakoviny tlustého střeva. Pro zajištění kvality a jakosti konečného výrobku hraje významnou roli výběr vhodné kultury. U kultur požadujeme zvýšené antimikrobiální účinky vůči patogenním mikroorganismům, jejich odolnost vůči působení antibiotik a jiným inhibičním látkám. Důležitou roli u mlékařských kultur hraje odolnost vůči působení bakteriofágů. Bakteriofágy mohou způsobit snížení produkce kyseliny mléčné, zastavují fermentaci a jsou nežádoucí při výrobě fermentovaných výrobků, kde narušují prostředí přítomných baktérií. Při použití kultur do fermentovaných výrobků volíme takové kultury, které jsou vůči působení bakteriofágů odolné. Kvůli bakteriofágům může docházet až k úplně ztrátě konečného výrobku. Pokud kombinujeme určité kmeny, jde nám o to, aby mezi sebou nevykazovaly antagonismus, ale aby byly v symbióze, která zajišťuje vzájemné působení na růst a aktivitu. Pokud podpoříme vzájemné působení různých kmenů, docílíme požadovaných senzorických vlastností a zajištění charakteristické vůně a aroma pro daný výrobek.
- 42 -
6 POUŽITÁ LITERATURA ANGELIS, M., GOBETTI, M. Lactic Acid Bacteria, Lactobacillus spp.: General, Characteristics, Encyclopedia of Dairy Science, 2011, p. 78 – 90
CAREY, M.C., KOSTRZYNSKA, M. Lactic Acid Bacteria and Bifidobacteria attenuate the proinflammatory response in intestinal epithelial cells induced by Salmonella enterica serovar Typhimurium, Canadian Journal of Microbiology, 2013, vol.59 (1), p. 9 -17
COGAN, M.T., BERESFORD, P. T., STEELE, J. a kol. Advances in Starter Cultures and Cultured Foods, Journal of Dairy Science, 2007, vol.90(9). p. 4005 – 4021
DUŠKOVÁ, M., KARPÍŠKOVÁ, R. Antimicrobial resitance of lactobacilli isolated from food, Czech Journal of Food Sciences, 2013, vol.31(1), p. 27 – 32
FOULGUIÉ MORENO, R.M., SARANTINOPOULOS, P., TSAKALIDOU, E., DE VUYST, L. The role and application of enterococci in food and health, International Journal of Food Microbiology, 2006, vol.106(1). p. 1 – 24
GAJDŮŠEK, S. Laktologie. 1.vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2003, 78 s. ISBN 80-7157-657-3
GAJDŮŠEK, S. Mlékařství. 1.vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 1998, 135 s. ISBN 80-7157-342-6.
GOPAL, K.R. Lactobacillus acidophilus, Encyklopedia of Dairy Sciences, 2011, p. 91 – 95
GÖRNER, F., VALÍK, L. Aplikovaná mikrobiológia požívatín : principy mikrobiológie požívatín, potravinársky významné mikroorganizmy a ich skupiny, mikrobiológia potravinárskych výrob, ochorenia mikrobiálného pôvodu, ktorých zárodky sú prenášané poživatinami. 1. vyd. Bratislava: Malé Centrum, 2004, s. 528, ISBN 80-967064-9-7.
- 43 -
GRIEGER, C., HOLEC, J. a kol. Hygiena mlieka a mliečnych výrobkov, Praha, 1990, s. 399, ISBN 80 – 07 – 00253 – 7
HARNETT, J., DAVEY, G., PATRICK, A., CADDICK, C., PEARCE, L. Lactic Acid Bacteria, Streptococcus thermophilus, Encyklopedia of Dairy Sciences, 2011, p. 143 – 148
HOLLAND, R. LIU, S. Lactic Acid Bacteria, Leuconostoc spp., Encyklopedia of Dairy Sciences, 2011. p. 138 – 142
HOLLAND, R., CROW, V., CURRY, B. Lactic Acid Bacteria, Pediococcus spp., Encyklopedia of Dairy Sciences, 2011, p. 149 – 152
HOUŠKA, M. a kol. Mléko, mléčné výrobky a polotovary. 1. vyd. Praha, 1991., s. 198 ISBN 80-85120-08-9.
HYLMAR, B. Zvyšování nutričních dietetických vlastností mléka bakteriemi mléčného kysání, Praha 1985, 1. vyd., s. 139
HYLMAR, B., HAVLOVÁ, J. Koncentráty čistých mlékařských kultur, Praha 1989, Výzkumný ústav potravinářského průmyslu, 1.vyd., s. 138
KEJMAROVÁ,
M.,
DRBOHLAV,
J.,
ŠALAKOVÁ,
A.,
KUNOVÁ,
G.,
PEROUTKOVÁ, J. Sledování rezistence kmenů bifidobakterií vůči modelovým podmínkám zažívacího traktu, Mlékařské listy, 2011, č. 127, s. 22-24,
KEJMAROVÁ M., DRBOHLAV J., ŠALAKOVÁ A., KUNOVÁ G. Stanovení odolnosti vybraných kmenů laktobacilů vůči modelovým podmínkám trávícího traktu, Mlékařské listy, 2010, č. 122. s. 9 – 11
KENNETH, T. 2008. Fermentation of Foods by Lactic acid bacteria. Todar´s Online textbook
of
bacteriology.
online
[cit.2012-10-16].
.
- 44 -
Dostupné
z
www:
KIMOTO – NIRA, H., MIZUMACHI, K. SASAKI, K., NAITO, H. SAWADA, T., SUZUKI, C. Interaction between Lactoccocus lactis and Lactococcus raffinolactis during growth in milk: development of a new starter culture, Journal of Dairy Science, 2012, vol.95(4). p. 2176 -2185
MAXA, V., RADA, V. Význam bifidobakterií a bakterií mléčného kysání pro výživu a zdraví. 1. vyd. Praha, 1996, s.42 ISBN 80-85120-57-7.
MULLAN M., 2009. Probiotics microorganisms in food. Properties, benefits, safety, enumeration, Dairy science and Food Technology, online [cit. 2013-2-12]. Dostupné z www: .
O´SULLIVAN, J.D., LEE, H. J., DOMINGUEZ, W. Lactic Acid Bacteria, Genomics, Genetics Engineering, Encyklopedia of Dairy science, 2011. p. 67 – 77
PEROUTKOVÁ, J., PECHAČOVÁ, M., ŠALAKOVÁ, A. Indikace bakteriofágů v mlékařských provozech a minimalizace jejich ztrát, Mlékařské listy, 2012. č. 130. s. 5 -8
ROBINSON, K.R. Fermented Milks, Yogurt: Role of starter culture, Encyklopedia of Dairy Sciences, 2002. p. 529 – 532
RODRÍGUEZ, H., CURIEL, A.J., LANDETE, M.J. a kol. Food phenolics and lactic acid bacteria, International Journal of Food Microbiology, 2009. vol.132(2-3). p. 79 -90
RUSSELL, A.D., ROSS P.R., FITZGERALD, F.G., STANTON, C. Metabolic activities and probiotic potential of bifidobacteria, International Journal of Food Microbiology, 2011. vol. 149(1). p. 88 – 105
SALMINEM, S. Lactic acid Bacteria: Microbiology and Functional Aspects, New York, 1998, 2.vyd., s. 13617, ISBN 0-8247-0133-x. SETTANI, L., MOSCHETTI, G. Non – starter lactic acid bacteria used to improve cheese quality and provide health benefits, Food Microbiology, 2010, vol.27(6), p. 691 – 697
- 45 -
ŠUSTOVÁ, K., SÝKORA V., Mlékárenské technologie. 1. vyd. Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2013, s. 223, ISBN 978-80-7375-704-5.
ŠUSTOVÁ, K. Mlékárenské technologie (návody do cvičení). 1.vyd. Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2005, s. 97
TEPLÝ, M. Čisté mlékařské kultury – výroba, kontrola, použití. Praha 1984, SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1. vyd., s. 295
TEPLÝ, M. Kefír, jogurt, acidofilní a jiné kyšky. SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha 1., 1.vyd., 1968, s. 188
THUNELL, K.R. Taxonomy of the Leuconostocs, Journal of Dairy Science, 1995, vol. 78(11). p. 2514 – 2522
WALSTRA, P., WOUTERS, T.J., GEURTS, T. Dairy science and technology. 2nd ed. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2006, 782 s. ISBN 0-8247-2763-0.
Bc Dairy Association 2013. The Probiotic Effects of Lactic Acid Bacteria. online [cit. 2013-2-20]. Dostupné z www: .
www.chr-hansen.com 2013 Dairy cultures. online [cit. 2013-3-29] Dostupné z http://www.chr-hansen.com/products/product-areas/dairy-cultures.html
Lacrumvm.cz
2013
O
firmě.
online
[cit.
2013-3-29]
Dostupné
z
http://www.lacrumvm.cz/new/files/o-podniku.pdf
Madeta.cz 2013. Čisté mlékařské kultury. online [cit. 2012-3-24]. Dostupné z www: . Microbe Wiki 2013. Bifidobacterium. [cit. 2013-2-27].
Dostupné z www:
.
- 46 -
Microbiology laboratories 2013. An introduction to Lactic Acid Bacteria. online [cit. 2013-12-3].Dostupné z www :.
Ministerstvo zemedělství 1999. Mléčné bakterie, kysané výrobky, čím jsou užitečné. online [cit.2012-10-2]. Dostupné z
www:
kysane-vyrobky-co-nam-pinaeji>.
Wikipedia.org 2013. Microorganismus. online [cit. 2013-4-16]. Dostupné z www:
7 SEZNAM ZKRATEK LAB
Lactobacillus
BMK
bakterie mléčného kysání
- 47 -
aw
aktivita vody
BP
Bakalářská práce
- 48 -
8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Streptococcus thermophilus (www.home.snafu.de). Dostupné z www:
Obr. 2 Lactococcus lactis (www. jpkc.njau.edu.cn). Dostupné z www:
Obr. 3 Rod Enterococcus (www.nejm.org) Dostupné z www:
Obr. 4 Leuconostos mesenteroides (www.cache5.amanaimages.com). Dostupné z www:
Obr. 5 Rod Pediococcus (2.bp.blogspot.com) Dostupné z www:
Obr. 6 Lactobacillus helveticus (www.hopelandcn.com) Dostupné z www:
Obr. 7 Bifidobacterium longum (www. microbewiki.kenyon.edu) Dostupné z www:
- 49 -
- 50 -
