ÉLELMISZERIPARI ERJESZTÉSEK, ERJESZTETT ÉLELMISZEREK

ÉLELMISZERIPARI ERJESZTÉSEK, ERJESZTETT ÉLELMISZEREK

Élelmiszeripari fermentáció = állati vagy növényi eredetű alapanyagok módosítása a mikroorganizmusok tevékenysége révén  Fermentációs ipar: bizonyos mikroorganizmusok elszaporítása és tevékenységük elősegítése  Fermentációval előállított legfontosabb termékek 

Alkoholosan erjesztett élelmiszerek 2. Tejsavasan erjesztett élelmiszerek 3. Szerves vegyületek a) Élelmiszer adalékok b) Enzimek c) Antimikrobiális anyagok 1.

ELŐNYÖK 1.

Az élelmiszerek választékának növelése 

2.

Tej: több mint 1000 különböző tejtermék

Tápérték és minőség növekedése Egészségesebb  Emészthetőbb (számos nehezen emészthető anyag lebomlik) 

3.

Eltarthatóság növekedése

1.

Tejsavasan erjesztett termékek – tejsav baktériumok    

2.

Alkoholosan erjesztett termékek – élesztőgombák  

3.

Tejtermékek Fermentált hústermékek Erjesztett zöldségfélék Kovászos kenyér

Alkoholos italok Élesztővel készült sütőipari termékek kenyér

Vegyes erjesztés – többféle mikroorganizmus (penészgombák, tejsavbaktériumok, élesztők, más baktériumok)

TEJSAVASAN ERJESZTETT TERMÉKEK

A TEJSAVAS ERJESZTÉS MIKROBIOLÓGIÁJA  

Gram pozitív, nem spóraképző Tejsavbaktériumok típusai hőmérsékleti igény szempontjából: Mezofil tejsavbaktériumok: 20-30 oC között erjesztenek. Pl. Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Pediococcus – sajtok, erjesztett zöldségek, hústermékek előállítása  Termofil tejsavbaktériumok: 40-45 oC között erjesztenek. Pl. Streptococcus salivarius subsp. thermophilus - joghurt előállítása 

Lactococcus lactis



Tejsavbaktériumok anyagcsere típusai: Homofermentatív (homolaktikus) tejsavbaktériumok: csak tejsav keletkezik (pl. Lactococcus, Pediococcus)  Heterofermentatív (heterolaktikus) tejsavbaktériumok: tejsav, CO2 és etanol/ ecetsav keletkezik (pl. Lactobacillus brevis, Leuconostoc spp.)  Aromaképző tejsavbaktériumok: nem szénhidrát komponensek átalakítása aroma anyagokká. Pl. citrát → diacetil (Lactococcus lactis var. diacetylactis); treonin → acetaldehid (Lactobacillus delbruekii subsp. bulgaricus) 

FERMENTÁLT TEJTERMÉKEK  

Sterilizált tej + starterkultúrák Joghurt: Streptobacillus salivarius subsp. termophillus + Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Egészségvédő készítmények: a két alap kultúra mellé más fajok tiszta tenyészetei is (Enterobacterium aerogenes, Bifidobacterium, stb.)  A friss joghurt 109 baktériumsejt/ ml 





Kefir: többféle tejsavbaktérium (Lb. kefiranofaciens) + ecetsavbaktériumok + élesztőgombák szimbiózisban Sajt: különböző sajtok, különböző baktérium vagy gombakultúrák – közös lépés, hogy először a tejet megalvasztó enzimmel és starterkultúrával beoltják

HOGYAN KÉSZÜL A SAJT?

FERMENTÁLT HÚSKÉSZÍTMÉNYEK szalámi- és kolbászfélék  Különböző tejsavbaktériumok: jelentősen hozzájárulnak az íz és aromaanyagok kialakításában  sózás, nitrit/nitrát adagolása, cukor, fűszerek, starterek adagolása  Leggyakoribb starterek: Lb. plantarum, Pediococcus acidilacti  Általában hosszú ideig érlelik őket 

FERMENTÁLT ZÖLDSÉGEK   



Több mint 20 féle zöldség Legfontosabb: káposzta, uborka, paprika, olajbogyó Általában spontán erjedés, ritkán használnak starterkultúrákat, inkább a körülmények alakításával (sózás, tömörítés) indítják el az erjedést Gyártási folyamat lépései: A zöldségek tisztítása, sérült részek eltávolítása Aprítás, szeletelés, esetleg előfőzés Sózás vagy sós lé adagolása

1.

2. 3. 

4.

Só: ozmózis útján tápanyagokat juttat ki a zöldségek belsejéből a baktériumok számára és szelektálja a baktérium fajokat

Erjesztés tejsavbaktériumok segítségével

MIKROBIÁLIS SZUKCESSZIÓ A SAVANYÚKÁPOSZTA FERMENTÁCIÓJA SORÁN

I. szakasz  Az obligát aerob baktériumok fokozatosan kiszorulnak/ elpusztulnak, míg a fakultatív anaerobok/ anaerobok vállnak dominánsá  Tejsavbaktériumok: csökken a pH, tejsav ecetsav és borostyánkősav termelődik  Leuconostoc fajok:    

Tejsav + ecetsav: gátolja a rothasztó baktériumok és a puhulást okozó enzimek tevékenységét CO2 termelés: gyorsítja az anaerob viszonyok kialakulását Növekedési faktorokat termelnek a következő szakaszok baktériumfajai számára Aromatermelés

II. Szakasz  Csökkenő pH → kiszorulnak a Leuconostoc fajok  Alacsony pH-t toleráló Lb. brevis, Lb. plantarum → erőteljes erjesztés kb. 10 napon keresztül III. Szakasz  A Lb. brevis eltűnik, a Lb. plantarum mellett megjelennek a Lb. sake és curvatus  Befejeződik az erjedés folyamata, a tejsav: ecetsav arány 4: 1-hez, savtartalom 1,7-2,3%

ERJESZTETT ZÖLDSÉGEK MIKROBIOLÓGIAI PROBLÉMÁI

Magas hőmérséklet – Leuconostoc fajok nem szaporodnak  Nem megfelelő sókoncentráció: rothasztó baktériumok elszaporodása  Aerob körülmények (fedőlé elpárolog): élesztő és penészgombák → élesztőszag, alkoholos erjedés, puhulás, elszíneződés  !! Nagy nitrát tartalmú alapanyagok: a tejsavbaktériumok nitrátot nitritté, amely savas körülmények között nitrózamin (rákkeltő) 

ALKOHOLOSAN ERJESZTETT TERMÉKEK



Élesztőgombák: cukor → etilalkohol + CO2 + Energia

Spontán is végbemegy  Anaerob körülmények  Erjesztésiparban használatos élesztőfajok: 

Saccharomyces cerevisiae: sör, bor, pezsgő  S. bayanus: bor, pezsgő  S. paradoxus: bor  S. pastorianus: sör 



Alkoholos erjedés mellett egyéb anyagcsere folyamatok → aroma (észterek, szerves savak, aldehidek, stb.)

Forrás: Kereszt és Maróti 2011

A SÖRGYÁRTÁS TECHNOLÓGIÁJA Alapanyagok: árpa, víz  Pót és ízanyagok: 

különböző keményítő tartalmú növények (árpa, kukorica, búza, zab, rozs, stb.)  Cukrok és cukorszirupok  Komló (a legfontosabb ízanyag) vagy komlókészítmények 



Technológiai segédanyagok: 



Élesztőkultúrák, enzimek

1. Malátázás → 2. cefrézés → 3. sörléfőzés → 4. erjesztés → 5. érlelés → 6. fejtés

A MALÁTÁZÁS MŰVELETEI  Áztatás: 

A csírázáshoz szükséges vízmennyiség felvétele*

 Csíráztatás:  

Enzimaktiválás** A tartaléktápanyagok (keményítő, fehérjék) oldatba mennek át

 Aszalás 

(szárítás)

A csírákban zajló biokémiai folyamatok megállítása

Forrás: Kereszt és Maróti 2011

1

  



2

3

4

1: Pilseni típusú maláta, az aszalási hőmérséklet 66-88ºC 2. Bécsi típusú maláta, az aszalási hőmérséklet 88-100ºC 3. Bajor típusú maláta, az aszalási hőmérséklet 88-100ºC 4. Barna sörök: 120-130 °C-ig történő hevítéssel előállított pörkölt malátát is adnak a cefréhez

CEFRÉZÉS Maláta + víz → melegítés kb. 70○C-ra: keményítőbontás (glükóz és maltodextrinek), fehérjebontás (aminosavak, peptidek)  Szűrés: sörlé  A keményítő lebontásának befejeződését jódpróbával lehet ellenőrizni (a cefre nem adja a keményítőre jellemző kék elszíneződést). 

Forrás: Kereszt és Maróti 2011

A keményítő mennyisége balról jobbra csökken.

A képek forrása: Kereszt és Maróti 2011

SÖRLÉFŐZÉS 

Előtte: komlóhozzáadás 



gyantát, csersavat és más keserű anyagokat tartalmaz*

Főzés 1,5 – 2 órán át

Forrás: Kereszt és Maróti 2011

ERJESZTÉS

+ fajélesztő  Ale: S. cerevisisae, 9-12 ○C  Lager: S. pastorianus, 16-20○C  Főerjedés: 5-7 nap  Felső erjesztésű sörök (ale): az erjedés vége fele az élesztősejtek „felúsznak” a sör felszínére  Alsó erjesztésű (lager) sörök: az élesztősejtek a főerjedés után kiülepednek az élesztőkád aljára (flokkulálnak) 

ÉRLELÉS (LAGER SÖRÖKNÉL ÁSZOKOLÁS) A főérlelés után nem alakultak még ki a jellegzetes ízanyagok, kevés a CO2  1-2○C-on az élesztősejtek folytatják az aktivitást (nagyon alacsony intenzitáson)  3-5 hét 

FEJTÉS, KISZERELÉS Forrás: Kereszt és Maróti 2011

Szűrés, pasztőrözés  CO2 tartalom kellő szintre emelése 

A SÖRGYÁRTÁS MIKROBIOLÓGIAI PROBLÉMÁI

Vízminőség  Mikotoxinokkal (elsősorban ochratoxinnal) szennyezett árpa  Idegen mikroorganizmusokkal való szennyeződés 

„vad” élesztők – nem sörélesztő Saccharomyces fajok: jó alkoholtűrő képesség, de az aromaanyagok nem azonosak  Romlás: 

Nyúlósodás – Gluconobacter oxydans  Savanyodás – Acetobacter fajok  Zavarosodás – főleg élesztő fajok 

HOGYAN KÉSZÜL A SÖR?

BORÁSZATI MIKROBIOLÓGIA 

Kevésbé ellenőrizhető, nehezebb, mint a sörgyártás A must és a bor minőségében nagy szerepet játszanak a szőlőfajták tulajdonságai, termesztési technológia és a helyi termőviszonyok  Ritkábban alkalmaznak starter kultúrákat (általában a nagyüzemi gyártásban) – spontán erjedés sokkal elterjedtebb 

szőlő

Fajtaélesztők adagolása (vörösbor) Fajtaélesztők adagolása (fehérbor, rozé)

Szőlő-préselés, szulfit adagolás

• lényerés • Szulfit: gátolja az ecetsav keletkezését és a nem Saccharomyces élesztőfajok szaporodását

• Színanyagok, csersavak, fenolos vegyületek kinyerése Macerálás • Erjedés beindulása

• Must nyerése Préselés, hélyeltávolítás

erjesztés

Malolaktános kezelés

• A must cukrotartalmának etanollá és széndioxiddá erjesztése

• Almasav bontása tejsavvá Oenococcus oenos baktériumfajjal

• Vörösbor: 5-8 nap, 20-30○C, fehérbor: 10-14 nap 10○C 18 Érlelés

Stabiliz álás

• A fermentáció befejezése

SPONTÁN ERJEDÉSŰ BOROK  

erjedés: a feldolgozás során a mustba kerülő élesztőgombák sokféle élesztőgomba faj a mustban, ezek száma és diverzitása az etanol tartalom növekedésével csökken: 1-2 % etanol: Candida és Pichia fajok  5-6 % etanol: Kloeckera fajok  9% etanol: Brettanomyces fajok  12-16 % etanol: Saccharomyces fajok 



A nem Saccharomyces fajok kedvezőtlenek a bor íz- és aromaanyag összetételére nézve, borbetegségeket okozhatnak: fontos a főerjedés gyors elindulása és hogy a must 2-3 nap alatt elérje a 6-8 % etanol tartalmat 

Hátráltató tényezők: kis hőmérséklet, nagy sav és cukortartalom, növényvédőszer maradványok, a többi faj által termelt gátló anyagok

IRÁNYÍTOTT ERJEDÉS  



Saccharomyces cerevisiae, S. bayanus különböző borvidékekről izolált, kedvező technológiai tulajdonságokkal rendelkező, általában szárított készítmények Fontos tuajdonságok          



Cukortűrés Alkoholtűrés Kén-dioxid tűrés Savtűrés Erős erjesztő képesség Stabil és kedvező erjedési-aroma termelés (illósavak, észterek terpének, glicerin, borostyánkősav) Csökkent kéntartalmú aromatermelés (kén-hidrogén) Csökkent acetaldehid termelés Csökkent urea termelés (etil-karbamát keletkezik) Killer tulajdonság (zimocin termelés, a fajélesztő gyors dominanciáját biztosítja)

Az erjedés elején gyorsan megnövelik az alkoholtartalmat – sokszor a must saját Saccharomyces fajai túlnövik

BIOLÓGIAI ALMASAV BONTÁS (MALOLAKTIKUS FERMENTÁCIÓ): Vörösborok és hidegebb vidékeken készült borok erjedése végén biológiai almasavbontás megy végbe spontán mikrobiológiai folyamatként.  malolaktátos anyagcsere-folyamat: L-almasav → tejsavbaktériumok → tejsav + CO2 



Oenococcus oenos: jól szaporodik a bor pH-ján (3,5 – 3,8)  elvisel 10%-os etanol tartalmat 



mérsékeli az almasav erős hatását, ami 5 g/l feletti koncentrációban erősen savas jelleget kölcsönöz a bornak

BORBETEGSÉGEK 

Mikroorganizmusok okozzák  

 

  

Ecetesedés: ecetsav baktériumok (Acetobacter aceti) Virágosodás: virágélesztők (Candida és Pichia fajok) elaszaporodása – általában alacsony alkoholtartalom mellett Zavarosodás, ízhibák: Dekkera fajok Egéríz: Brettanomyces fajok Nyúlósodás: tejsavbaktériumok Barnatörés: penészgombák

Borhibák: technológiai hiba

MÁSODLAGOSAN ERJESZTETT BORKÜLÖNLEGESSÉGEK 

Pezsgő: kierjedt száraz bor, amelyhez cukrot és fajélesztőt adnak 



S. cerevisiae, S. bayanus fajok olyan törzsei, amelyek kimagaslóan jól bírják a magasabb alkoholtartalmat és a hideget valamint az erjedés végén flokkulálnak

Tokai aszú – Botrytis cinerea: a szőlő cukortartalmának egy részét szerves savakká és glicerinné alakítja 

Aszúszemeket különválogatják, péppé zúzzák (aszútészta) majd a kierjedt borhoz adják 

 

3, 4, 5, 6 puttonyos- hány puttonyi aszúszemet kevertek össze egy Gönczi hordónyi borral

2-3 nap áztatás után – kipréselés majd erjesztés Érlelés tölgyfahordókban – legalább 3 év

A TOKAI ASZÚ

MIKROORGANIZMUSOK FELHASZNÁLÁSA A KÖRNYEZETVÉDELEMBEN: BIOREMEDIÁCIÓ

a szennyezett talaj, talajvíz, felszíni víz, vagy felszíni víz üledékének a (toxikus) szennyező anyagoktól való megtisztítására biológiai rendszerek segítségével  az ökoszisztéma endogén tagjai vagy közösségei, a közülük izolált és laboratóriumi illetve ipari körülmények között felszaporított, esetleg genetikailag módosított mikroorganizmusok és/vagy növények 

BIODEGRADÁCIÓ





szerves anyagok biológiai úton történő teljes elbontása, mely során szén-dioxid, víz és biomassza keletkezik egyes anyagok lebontása, átalakítása gyakran nem egyetlen faj, hanem egy közösség aktivitásának eredménye Nyers olaj lebontására képes baktérium

BIOTRANSZFORMÁCIÓ

 

Egy veszélyes, toxikus anyag átalakítása nem toxikus formára Egy mikotoxin, a zearalenon lebontása egy nem toxikus metabolittá, amit a Trichosporon mycotoxinivorans faj enzimei katalizálnak

EX-SITU BIOREMEDIÁCIÓS TECHNIKÁK  

a szennyezett talajt illetve vizet kitermelik (kiássák, kipumpálják) és nem a szennyezés helyén kezelik Landfarming technika agrotechnológiai eljáráson alapuló módszer, melynek során a szennyezett talajt 0,5-0,8 méter vastagságban egy előre elkészített vízzáró rétegre hordják, majd időszakonként forgatják vagy szántják, hogy levegőzzön 





a szennyeződések aerob, azaz oxigén jelenlétében történő lebontása

Komposztálás: a szennyezett talajt veszélytelen szerves anyaggal, pl. trágyával illetve mezőgazdasági hulladékkal keverik - gazdag mikrobiális populáció és a komposztálásra jellemző magasabb hőmérséklet kialakulása Bioreaktorban a szennyezett vizet, illetve vízzel elegyített talajt (iszapot) valamint a biomasszát (a szennyezett anyaggal bekerült vagy hozzáadott mikroorganizmusokat) összekeverik, hogy a talajhoz kötött és a vízoldékony szennyeződések minél gyorsabban lebomoljanak

IN SITU BIOREMEDIÁCIÓS TECHNIKÁK  





Helyben történő szennyezőanyag lebontás Biostimuláció: ventilláció és tápanyagok hozzáadásával serkenteni a helyi mikroflóra működését Bioaugmentációt: máshonnan származó, a szennyezést lebontó mikroorganizmusok Fitoremediáció: szennyezés eltávolítás különböző növények segítségével

BIOSTIMULÁCIÓ





a környezeti feltételek javításával, például a tápanyag mennyiségének, a szennyező anyag biológiai hozzáférésének növelésével elősegítjük annak lebontását a „bennszülött” mikroflóra életfeltételeit javítjuk

(Forrás: Ecocycle Corporation).

BIOAUGMENTÁCIÓ



A szennyező anyag biológiai lebontására képes mikroorganizmusok bejuttatásával elősegítjük a szennyezés lebontását

BIOREMEDIÁCIÓ SZEMPONTJÁBÓL A MIKROORGANIZMUSOK

1.

aerob baktériumok: oxigén jelenlétében növekednek, s gyakran a szennyező anyagot használják kizárólagos szén- és energiaforrásként. •

2.

3. 4.

A Pseudomonas, Alcaligenes, Sphingomonas, Rhodococcus, és Mycobacterium fajok többek között peszticidek és alifás illetve poliaromás szénhidrogének lebontására képesek

metilotróf baktériumok: a metánt használnak fel – a metán lebontásának során számos szennyező anyagot képesek felhasználni (alifás halogénezett szénhidrogének) anaerob baktériumok: klór tartalmú szennyező anyagok eltávolítása fonalas gombák: számos toxikus anyag lebontása 

ligninbontó gombák