Deák Tibor (szerk.) Élelmiszer mikrobiológia Mezőgazda Kiadó, Budapest, Élelmiszeripari erjesztések, fermentált élelmiszerek (Maráz Anna)

Átírás

1 Deák Tibor (szerk.) Élelmiszer mikrobiológia Mezőgazda Kiadó, Budapest, Élelmiszeripari erjesztések, fermentált élelmiszerek (Maráz Anna) Ez a fejezet az élelmiszerek készítésére és tartósítására használt mikrobiológiai erjesztési folyamatokat és a fermentált élelmiszereket tárgyalja. E vonatkozásban szöges ellentétben áll az előzőekben tárgyalt feldolgozási és tartósítási technológiákkal, amelyek fő célja az élelmiszer élvezeti- és tápértékének kialakításán kívül a fogyasztó egészségét veszélyeztető és a termék romlását okozó mikroorganizmusok tevékenységének megakadályozása, sőt, azok elpusztítása. Az élelmiszer fermentációkban ezzel szemben arra törekszünk, hogy az említett célok elérése érdekében a mikroorganizmusok bizonyos csoportjainak elszaporodását és tevékenységét elősegítsük. Ilyen értelemben az élelmiszer fermentációkat biológiai tartósítási módszernek lehet tekinteni. A fermentációs iparokban tágabb értelemben is a mikroorganizmusok ipari léptékű elszaporítását valósítják meg aerob, ritkábban anaerob körülmények között. Ennek célja különböző termékek előállítása szabályozott fermentációs körülmények között. Az élelmiszeripar vagy maga állít elő fermentált termékeket élelmezési célra, vagy pedig más fermentációs ipari termékeket használ fel az élelmiszerek előállításához segédanyagként vagy adalékanyagként. A legfontosabb fermentációs ipari termékek: 1. Szerves vegyületek, amelyek hasznosításuk szerint lehetnek élelmiszer adalékok (pl. színezékek, aromák, szerves savak), enzimek (pl. amilázok, glükanázok, β-galaktozidáz), antimikrobás anyagok (pl. tartósítószerek, antibiotikumok, vakcinák), vagy pedig motor hajtóanyagok (pl. etanol). 2. Mikroba sejttömeg (biomassza) vagy sejtkivonat (fehérjék, peptidek, aminosavak, nukleotidok). Példaként említhető a sütőélesztő és a takarmányélesztő, vagy pedig az étkezési célra fermentorban elszaporított F. graminearum gomba micéliuma, amelyet mikoproteinként gyártanak. Az élesztőkivonatot különböző mértékben frakcionálva élelmiszer adalékanyagként (ízfokozóként, aminosav, mikroelem és vitamin forrásként) vagy pedig mikroba táptalaj komponensként alkalmazzák. 3. Tejsavasan erjesztett (fermentált) élelmiszeripari termékek. Ide tartoznak az erjesztett tejtermékek, húskészítmények, zöldség- és gabonafélék. 4. Alkoholosan erjesztett (fermentált) élelmiszeripari termékek. Legfontosabbak az alkohol tartalmú italok, de alkoholos erjedés megy végbe a kenyértészta kelesztésekor is. A mikroorganizmusok segítségével lejátszódó erjesztések az élelmiszer tartósítás, illetve feldolgozás legősibb eljárásai közé tartoznak. A kenyér, sör, bor, sajt előállítása az emberi kultúrák kezdetéig visszavezethető, és a mai modern élelmiszeripari technológiáknak is ezek a mikrobiológiai folyamatok képezik az alapját. Az élelmiszeripar rohamos fejlődése magával hozta a feldolgozási technológiák magas szintű (esetenként a gyógyszeripari fermentációkkal vetekedő) szabályozottságát, melynek segítségével változatos, jó minőségű és biztonságos élelmiszereket állítanak elő világszerte. A világ kevésbé fejlett részein, elsősorban a trópusi területeken még ma is az erjesztés képviseli a legfontosabb élelmiszer feldolgozási technológiát, melynek segítségével hosszabban eltartható, táplálkozási szempontból előnyösebb (pl. természetes toxikus anyagoktól megszabadított, fehérjében, vitaminokban és ásványi anyagokban gazdagabb), biztonságos (kórokozó mikrobáktól mentes) élelmiszereket állítanak elő. Az élelmiszeripari fermentációk célja az állati vagy növényi eredetű alapanyagok módosítása a mikroorganizmusok (baktériumok, élesztőgombák, fonalasgombák) anyagcsere 1

2 tevékenysége révén. A fermentált élelmiszerek számos előnnyel rendelkeznek a friss élelmiszerekkel, illetve alapanyagokkal szemben. A legfontosabbak: - Az élelmiszerek választékának növekedése. Míg például emberi fogyasztásra néhányféle tejet (többnyire tehéntejet) termelnek, addig ezekből, mint alapanyagokból több, mint ezerféle sajtot és más tejterméket állítanak elő; - Élelmiszer adalékként való alkalmazásukkal változatosabbá tehetők az ételek (pl. szójaszósz, sajtok); - Tápérték és minőség növelése: Az élesztő és élesztőkivonat növeli a fehérje és aminosav, illetve B vitamin tartalmat. Az erjesztés során a mikroorganizmusok számos antinutritív anyagot (pl. fitát, lektinek) lebontanak, valamint növelik az alapanyagokban található ásványi anyagok hozzáférhetőségét; - Eltarthatóság növekedése: A mikrobák anyagcseretermékei megnövelik az eltarthatóságot, visszaszorítják a patogén mikroorganizmusokat. Míg a tej hűtés nélkül csak néhány óráig tartható el biztonságosan, a tejsavasan erjesztett tejtermékek hetekig, sőt hónapokig is tárolhatók anélkül, hogy megromlanának. Míg a tej a legtöbb baktérium számára kiváló táptalaj, az erjesztett tejtermékekben a kis ph-nak köszönhetően a patogén mikroorganizmusok nem képesek elszaporodni, sőt a tárolás során el is pusztulnak. A zöldségek frissen csak korlátozott ideig tárolhatók, míg tejsavasan erjesztve hosszú ideig eltartható, vitaminban és ásványi anyagokban gazdag termékeket állítanak elő belőlük (pl. savanyú káposzta, uborka, olívabogyó); - Egészségesebb termékek előállítása. Számos erjesztett élelmiszer az immunrendszert erősítő, vagy az egészséges bélrendszer mikrobiotájának megőrzését szolgáló összetevőt tartalmaz (pl. kefir, joghurt, probiotikus tejtermékek); - Emészthetőség javítása. Például a joghurt proteinjei könnyebben emészthetők, mint a tejfehérjék, ami különösen a csökkent emésztési funkcióban szenvedő embereknél lényeges. Laktóz intoleranciás egyének az erjesztett tejtermékeket szinte korlátlanul fogyaszthatják, mivel ezek laktóz tartalmát a tejsavbaktériumok nagyrészt tejsavvá erjesztették; - Toxikus anyagok lebontása. Számos növényi élelmiszer alapanyag tartalmaz antinutritív (az emésztőrendszer működését gátló) vagy toxikus összetevőket. Ilyenek különösen nagy mennyiségben fordulnak elő a hüvelyesek magjaiban. A szójában található protein természetű enzim-inhibitort a fermentált termékekben (pl. tempeh) a mikroorganizmusok lebontják, ezáltal hatástalanítják. A gabonafélék héjában általában nagy mennyiségben jelenlévő fitinsavat számos erjesztő mikroorganizmus bontja. 6.1 Az élelmiszeripari erjesztések típusai Az élelmezési célra előállított termékek az uralkodó mikrobiota jellemző anyagcseretermékei alapján három csoportba sorolhatók: 1. Tejsavasan erjesztett termékek. A termék jellegét a tejsavbaktériumok által termelt tejsav határozza meg, az alapanyag lehet tej, hús, zöldség és gabona. Ilyenek: - Tejtermékek: pl. joghurt, kefir, vaj, sajtok - Fermentált hústermékek: pl. szalámi- és kolbászfélék - Erjesztett zöldségfélék: pl. savanyú káposzta, uborka, olívabogyó - Savanyú kovászos kenyér 2. Alkoholosan erjesztett termékek. Az élesztőgombák az alapanyagokban található szénhidrátokat az anaerob alkoholos erjedés során etanollá és CO 2 -dá alakítják. - Alkoholos italok: pl. bor, sör - Sütőipari termékek: pl. kenyér 3. Vegyes fermentációk. A többnyire szilárd halmazállapotú, egy vagy többféle nyersanyagot mikrobákkal erjesztik, amelyek között penészgombák, élesztők, tejsavbaktériumok, olykor 2

3 más baktériumok is szerepelnek. Ilyenek az ún. keleti (orientális) termékek (pl. szójaszósz, tempeh), de sokféle népies, hagyományos fermentált termék készül világszerte, amelyek előállítása még távol áll a szabályozott (beoltással történő) erjesztés szintjétől. Vegyes mikrobás tevékenység megy végbe a kávé és a kakaó erjesztéses érlelésénél is Tejsavasan erjesztett élelmiszerek A legősibb eredetű, mindmáig a legnagyobb mennyiségben és a legszélesebb termékválasztékban készülő erjesztett élelmiszerek, amelyek közt megtalálhatók mindennapi táplálékaink (fermentált tej-, hús, zöldség- és gabonafélék). Döntő mértékben a különböző tejsavbaktériumok termékei, de az erjesztésben gyakran más mikroorganizmusok is közreműködnek A tejsavas erjedés mikrobiológiája A tejsavas erjedés a tejsavbaktériumok jellemző anyagcsere-folyamata. A tejsavbaktériumok Gram pozitív, oxidáz és kataláz negatív, pálcika vagy kokkusz alakú, nem spórázó baktériumok (bővebben lásd a pont alatt). A tejsavbaktériumok erjesztésük során a különböző szénhidrátokat (elsősorban a glükózt és a laktózt) anaerob úton tejsavvá bontják. A keletkező tejsav a termék ph-ját a savas tartományba lecsökkenti, amit maguk a tejsavbaktérium fajok is különböző mértékben tolerálnak, viszont számos más baktérium, köztük kórokozók, nem viselnek el. A tejsavasan erjesztett élelmiszerek esetében a következő nemzetségekhez tartozó fajok játsszák a kulcsszerepet: Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Pediococcus, Oenococcus és Carnobacterium. Meg kell még említeni a tejsavbaktériumokhoz közelálló, probiotikus hatású Bifidobacterium fajokat is. A legfontosabb tejsavasan erjesztett élelmiszerekről és a jellemző tejsavbaktériumokról ad áttekintést a 6.1. táblázat. A tejsavbaktériumok energiaforrásai a szénhidrátok, amelyeket mind aerob, mind pedig anaerob körülmények között tejsavasan erjesztenek (obligát erjesztők). Jóllehet kataláz negatívok, azonban az oxigént elviselik, ún. aerotoleráns baktériumok. Tápanyagigényük összetett, számos aminosavat, vitamint és nukleotidokat igényelnek a szaporodásukhoz; csak glükózt és szervetlen sókat tartalmazó ún. minimál táptalajon nem képesek szaporodni. Fehérjét, mint nitrogénforrást csak azok a fajok tudják lebontani, amelyek sejtfalhoz kötött proteázt termelnek. A hidrolizált fehérjetermékeket azonban a proteáz negatív tejsavbaktériumok is hasznosítják, ezért ilyen körülmények között (pl. tejben) a tejsavbaktériumok jellegzetes kommenzalista asszociációja alakul ki. A tejsavbaktériumok lebontó anyagcseréjük alapján a homofermentatív (homolaktikus) vagy a heterofermentatív (heterolaktikus) csoportba tartoznak. Előbbieknél a glikolízisben keletkező piruvát a laktát-dehidrogenáz enzim segítségével teljes mértékben tejsavvá redukálódik, míg utóbbiaknál a tejsav mellett ekvimoláris mennyiségben CO 2 és etanol (kisebb mennyiségben acetát, formát és glicerin) keletkezik. A legtöbb Lactobacillus faj és a Lactococcus, Streptococcus és Pediococcus fajok homofermentatívek, míg néhány Lactobacillus (pl. Lb. brevis, Lb. fermentum, Lb. viridescens) és a Leuconostoc fajok heterofermentatív anyagcserét folytatnak. A tejtermékek fermentációjában különleges szerep jut az aromaképző tejsavbaktériumoknak. Ezek a nem-szénhidrát komponenseket aroma anyagokká alakítják át. Ilyen például a citrátnak piruváttá, majd pedig diacetillé történő konverziója, amire a Lc. lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis, a Str. salivarius subsp. thermophilus és a Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus törzsek képesek. A citromsavbontás végterméke diacetil, amely azonban a citrát elfogyása után tovább redukálódik acetoinná. Ennek következtében az optimálisnál hosszabb erjesztés az aromaképzés csökkenésével jár. A 3

4 Lb. delbruekii subsp. bulgaricus törzsek treoninból is képesek acetaldehidet létrehozni a treonin aldoláz enzim segítségével. A nyálkaképző tejsavbaktériumok extracelluláris poliszacharidokat termelnek, amelyek a közegben felszaporodva jellegzetes nyálkás konzisztenciát eredményeznek. Ez különösen a joghurt és a kefír állagának kialakításában fontos. Hőmérsékleti igény szempontjából a tejsavbaktériumok mezofil és termofil csoportjait különítjük el. A mezofil tejsavbaktériumok szaporodási optimuma o C között van (pl. Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Pediococcus fajok), amelyeknek a sajtok, erjesztett zöldségek, hústermékek előállításában van nagy jelentőségük. A termofil tejsavbaktériumok szaporodási optimuma o C közötti (pl. Str. salivarius subsp. thermophilus, Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus, Lb. helveticus), ezeket a joghurt és bizonyos sajtok (pl. ementáli) előállításánál használják fel Erjesztett tejtermékek A sajtok, a joghurt és a kefír közismert erjesztett tejtermékek, de tejsavas erjesztés szerepel a vaj, a tejföl, a tejszín és más tejtermékek előállításában is. A tej egykor spontán tejsavas erjedését (pl. aludttej) az iparban már régóta felváltotta a szabályozott, irányított erjesztés, amelyhez tejsavbaktériumok tiszta tenyészeteit, ún. starterkultúrákat használnak. Főleg a sajtok érlelésében más baktériumok és gombák is résztvesznek; ezeket is tiszta tenyészetekben alkalmazzák Tejipari starterkultúrák Állandó jó minőségű, biztonságos erjesztett tejtermékek előállításához jól jellemzett, genetikailag stabil törzseket, ún. oltó vagy indító tenyészeteket, más néven starterkultúrákat (röviden kultúrákat) használnak. Már az ipari szintű gyártási technológiák kifejlesztése előtt is jellemző gyakorlat volt, hogy a tejet az előző erjesztési folyamatban keletkezett mikrobatömeggel oltották be, amelyet többnyire tejben igyekeztek is fenntartani. A starterkultúrák egy vagy több tejsavbaktérium keverékét tartalmazzák meghatározott arányban. Bizonyos termékek esetében nem-tejsavbaktériumokat is tartalmaz az indító tenyészet. Esetenként az utóbbiakat külön tenyészetként adagolják. A mezofil starterek esetében, ha egyetlen törzsből áll az indítótenyészet, akkor az többnyire a Lc. lactis subsp. cremoris, vagy a Lc. lactis subsp. lactis, illetve utóbbinak az aromaképző változata, a biovar. diacetylactis. Kevert tenyészetek esetében ezekhez legtöbbször a Ln. mesenteroides subsp. cremoris, vagy a Ln. lactis törzseit adagolják. Az egyes tejtermékek jellegének megfelelően fejlesztették ki az ipari starterkultúrákat, amelyek jellemző példáit a 6.2 táblázat tartalmazza. Az erjesztett tejtermékek gyártásának mikrobiológiailag legkritikusabb folyamata a kultúrakészítés. A tenyészetnek csak a starter törzseket szabad tartalmaznia és fontos, hogy a tenyészet életerős legyen, azaz a baktériumok exponenciális szaporodási fázisban legyenek. A starterkultúrákat friss tenyészetként, fagyasztva szárítva (liofilezve), vagy folyékony nitrogénben tartósítva hozzák forgalomba. A kultúrakészítés az ilyen tartósított, vagy laboratóriumban fenntartott friss tenyészetekből indul ki, amelyeket lombikban elszaporítva kapják az ún. anyasavanyítót. Ebből léptéknöveléssel kapják a beoltásra használt tömegsavanyítót Erjesztett tejtermékek gyártásának mikrobiológiai háttere Az erjesztett tejtermékek alapanyaga, a tej, többnyire tehéntej. Átlagos összetételét tekintve a tej 3,5% fehérjét (főként kazeint), 3,5-5,0% zsírt, 4,9% szénhidrátot (elsősorban laktózt) és 4

5 0,7% ásványi anyagot (hamut) tartalmaz. A friss tej ph-ja 6,6 körüli. B vitaminokban (pantoténsavban és riboflavinban) gazdag. A joghurt kétféle termofil tejsavbaktérium (Str. salivarius subsp. thermophilus és Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus) keverékével készül. Síma joghurtként, vagy különböző anyagokkal (pl. gyümölcsök, dzsemek, müzli) kiegészítve gyártják. Az egyes termékek zsírtartalmukat, állományukat, viszkozitásukat tekintve is különböznek. Joghurt készítéséhez a kétféle baktériumot azonos arányban adagolva oltják be a pasztőrözött tejbe, majd 45 o C-on inkubálják néhány óráig. A laktobacilus proteáz pozitív, míg a sztreptokokkusz proteáz negatív, ezért a kokkusz számára az előbbi képezi az aminosavakat. Ezért cserébe a sztreptokokkusz anaerob körülmények között hangyasavat és CO 2 -ot termel. A kölcsönös stimulálásnak köszönhetően a tejsavtermelés gyors lesz és a termék néhány óra alatt eléri a szükséges savfokot. A sztreptokokkusz kb. 0,5%, míg a laktobacilus kb. 0,6-0,8% tejsavat termel, így a ph 4,2-4,5 értékre csökken. A sztreptokokkusz érzékenyebb a tejsav okozta ph csökkenésre, mint a laktobacillusz, ezért szaporodása áll le előbb. Mindkét baktérium a laktóznak csak a glükóz részét erjeszti tejsavvá, a galaktóz megmarad, amelyből viszont nyálkás polimer képződik. A joghurt aromája szempontjából lényeges a megfelelő mennyiségű acetaldehid-tartalom is, amelyet a Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus termel treoninból. A friss joghurt mintegy 10 9 sejt/ml élő tejsavbaktériumot tartalmaz, számuk a tárolás során nagyságrendekkel csökken. A gyártási folyamat legfontosabb lépéseit a 6.1 ábra mutatja. Az egészségvédő tejtermékek reneszánszukat élik. A joghurt az Enterobacteriaceae család fajainak, köztük az Eb. aerogenes és az E. coli szaporodását bizonyítottan gátolja. A probiotikus joghurtok a Lb. acidophilus-on kívül Bifidobacterium bifidum vagy Bif. longum törzset tartalmaznak (ún. AB joghurt), emellett beolthatják még a normál joghurt jellemző tejsavbaktériumának, a Str. salivarius subsp. thermophilus egyik törzsével is (ún. ABT joghurt). Ide tartozik az erősen savtűrő Lb. acidophilus segítségével megsavanyított acidophilus tej is, amelyet a tejnek a lassan növő tejsavbaktériummal való beoltása után 38 o C-on órás inkubálásával állítanak elő. A kefir erjesztésében többféle tejsavbaktérium, valamint ecetsavbaktériumok és élesztőgombák is részt vesznek, amelyek sajátságos szimbiózisban élnek a koagulált tejfehérje gömböcskékhez tapadva. A Lb. kefiranofaciens felelős a a kefírgömböcske poliszacharid tartalmát képező kefiran termeléséért. A gyártását lásd a 6.1 ábrán. A kumisz hasonló a kefírhez, de kancatejből készül, nincsenek benne kefír gömbök és alkoholtartalma elérheti a 2%-ot is. A legtöbb sajt készítése is tejsavas erjesztésen alapszik. Jóllehet a különféle sajtokhoz sajátos startereket és eljárásokat alkalmaznak, közös bennük az, hogy első lépésként a (többnyire pasztőrözött) tejet tejalvasztó enzimmel (renninnel) és starterkultúrával beoltják. Az alkalmazott hőmérsékletet a starterkultúra hőmérséklet igénye határozza meg, termofil tejsavbaktériumok esetében ez 60 o C-ra is felmehet. Az inkubálás alatt a tejfehérje koagulálódik (kicsapódik) és alvadék keletkezik. Ezt a második lépésben kiszűrik és összepréselik, majd sózzák, így friss oltós sajtokat kapnak. Az érlelt sajtokat meghatározott körülmények között és ideig érlelik (6.2.ábra). Víztartalmuk alapján a sajtokat 3 csoportba osztják: kemény (45-56% víz), félkemény (54-64% víz) és lágy (61-73% víz). Az érlelt sajtok jellegét a kísérő mikrobiota határozza meg. A kemény sajtokban a mikroorganizmusok eloszolva, a sajt belsejében is tevékenykednek. A fehérjebontás csak kismértékű, 25-35%-os. A svájci (pl. ementáli típusú) sajtok esetében Propionibacterium shermanii és Prop. freundenreichii tenyészetet is adagolnak a tejsavbaktériumokkal együtt, amelyek a sajátságos aroma és a lyukacsosság 5

6 kialakulásáért felelősek. A propionsav baktériumok a tejsavat széndioxid fejlődése mellett propionsavvá és ecetsavvá alakítják. A lágy sajtoknál a fehérjebontás csaknem teljes. Az erősen fehérjebontó Brevibacterium linens, valamint a nemespenészek a koagulált kazeinből peptideket, aminosavakat, sőt ammóniát képeznek. Az ún. rúzskultúrával érlelt sajtok felületén sárgásvörös bevonat alakul ki, amiben a Brevibacterium fajoknak (elsősorban a B. linens-nek) van szerepük. Anyagcsere termékeik a sajtnak jellegzetes pikáns ízt és aromát adnak. Az ún. kék (rokfort típusú) sajtok esetében az alvadékot P. roqueforti vagy P. glaucum konidiumokkal oltják be, amelyek a sajt belsejében a rendelkezésre álló kevés oxigén felhasználásával elszaporodva jellegzetes kék erezetet alakítanak ki. A camembert és brie sajtok esetében az alvadékot vagy felületét P. camemberti konidiumokkal oltják be, amelyekből dús gombamicélium fejlődik ki a felszínen. A gomba szaporodásához a tejsavat használja fel, ezért a penészréteg kialakulása során a ph kismértékben növekszik. A gomba proteázok a fehérjék, a lipázok pedig a zsírok részleges lebontásával jellegzetes aroma anyagokat hoznak létre, mint például a zsírokból kialakuló kapron-, kapril- és vajsav Tejipari starterkultúrák működését gátló hatások Jó minőségű és biztonságos tejtermék előállításnak legfőbb kulcsa a technológiában előírt gyorsaságú és mennyiségű tejsav termelése a fermentáció során. A gyenge, lassú vagy elmaradt tejsavtermelés a termék minőségének romlását, romlást okozó és/vagy patogén mikrobák elszaporodását eredményezheti. Ennek többféle oka lehet. a. Bakteriofággal való fertőződés. A bakteriofágok a baktériumok vírusai, amelyek a baktériumfajok széles skáláját képesek megfertőzni és a sejtekben elszaporodni. A megfertőzött sejtek anyagcsere folyamatainak visszaszorításával gátolják azokat, nem ritkán lizálják is a sejteket. A bakteriofágok általában fajspecifikusak, de az is előfordul, hogy egy fajon belül csak egyes törzsek érzékenyek a fágokra. Gyors elszaporodásukat elősegítik a nagy tömegben növő gazdasejtek, így a starterkultúrák ideális helyzetet jelentenek számukra. Egy-egy baktériumfajnak többféle fágja is lehet. Különösen érzékenyek a fágfertőzéssel szemben a laktokokkuszok, de a sztreptokokkuszok és laktobacillusok is gyakran hordoznak fágokat. A baktériumokat nemesítéssel ellenállóvá lehet tenni a fágfertőzéssel szemben, ezért a starterkultúrák minőségének megítélésénél fontos szempont a törzsek fágérzékenysége, illetve rezisztenciája a leggyakoribb fertőző fágokkal szemben. A fágfertőzés általában a nyers tejtől ered. Enyhe pasztőrözés nem pusztítja el őket, a biztos fágmentesítéshez legalább 1 perces 95 o C-os pasztőrözés szükséges. Fontos a megfelelő higiéniai rendszabályok betartása a technológiai folyamatoknál, valamint a megbízható startertenyészetek alkalmazása. Különböző startertenyészetek váltogatása is eredményes lehet. Számos fertőtlenítőszer inaktiválja a bakteriofágokat is. Ilyenek például a hipoklorit tartalmú fertőtlenítőszerek, azonban a koncentráció, hőmérséklet, hatásidő és a fág érzékenysége a hatékonyság fontos tényezői. A fágfertőzés veszélye különösen a folytonos joghurtgyártásnál és a félfolytonos sajtgyártásnál jelentkezik. b. Antibiotikum maradványok a tejben. Elsősorban a masztitisz (tőgygyulladás) kezelésénél használt antibiotikumok jelentenek veszélyt a starterkultúrák szaporodására. Mivel a tőgygyulladást leggyakrabban Streptococcus fajok okozzák (Str. agalactiae, Str. uberis), ezért nem meglepő, hogy főként a Str. salivarius subsp. thermophilus érzékeny az ellenük használt antibiotikumokkal szemben. Ezért is fontos a rendeletileg szabályozott várakozási idő betartása az antibiotikum kezelést követően, ami után a kezelt állat tejét fel szabad használni. 6

7 c. Fertőtlenítőszer maradványok a berendezésekben. A fertőtlenítőszerek nem megfelelő eltávolítása vagy a CIP rendszer nem megfelelő működése (pl. vízkimaradás) esetén a nyomokban lévő fertőtlenítőszerek is gátolhatják a starterek tejsavtermelését. d. Agglutininek (ellenanyagok) jelenléte. A szarvasmarha szervezete a fertőző (patogén) tejsavbaktériumok ellen ellenanyagot termel, amely a tejbe kiválasztódva inaktiválhatja a starter tejsavbaktériumot is. Az ellenanyag a tejsavbaktériumokat összecsapja, agglutinálja. e. Plazmidok elvesztése. A tejsavbaktériumok számos olyan gént hordoznak plazmidokon, amelyek a starterkultúrák technológiai szempontból fontos tulajdonságait határozzák meg. Ilyenek lehetnek a laktóz transzportért, a laktóz bontásért, a proteáz termelésért, a fág- és antibiotikum-rezisztenciáért felelős gének. A baktériumok szaporodásának kismértékű gátlása is okozhat plazmid vesztést, ami genetikai instabilitásban jelentkezik. Génsebészeti úton genetikailag stabil törzseket állítottak elő a plazmid géneknek a kromoszómába való integrációjával (beépítésével), ilyen genetikailag módosított törzseket azonban a termelésben jelenleg nem használnak Erjesztett tejtermékek mikrobiológiai problémái, biztonsága A starterkultúráknál említetteken túl a késztermékeknél mikrobiológia problémákat az alapanyagok mikrobás fertőzöttsége vagy a technológia során történő szennyeződés, fertőződés okozhat. Általánosan elmondható azonban, hogy a savas ph-ból eredően (ph 3,7-4,4) a fermentált tejkészítmények mikrobiológia biztonsága jó. Az egészséges állat teje elméletileg mentes mindenfajta mikroorganizmustól, a valóságban azonban a nyers tejben többszáz vagy -ezer mikroorganizmus is előfordulhat mlenként. A tejelő állatok számos olyan baktériumot hordozhatnak, amelyek az emberre nézve patogének, ezért a nyers tejben számos patogén baktérium is előfordulhat. Mivel a tej a baktériumok kiváló táptalaja, ezért fontos a tejkezelés általános és higiéniai szabályainak betartása. A nyers tej különösen veszélyes a Cb. jejuni, Ye. enterocolitica, Li. monocytogenes, Salmonella spp., és az E. coli O157:H7 előfordulása szempontjából, újabban pedig a Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis esetében mutatták ki, hogy nemcsak a kérődzőkre patogén, hanem emberre is veszélyes (ún. Chron-féle betegséget okoz). Ezeket a patogén baktériumokat a megfelelő pasztőrözés elpusztítja, ezért fontos szabály, hogy az erjesztett tejtermékek előállítására csak megfelelően pasztőrözött tejet szabad használni. Egyetlen kivételt jelentenek az érlelt sajtok, ezeket azonban csak 1-2 hónapos tárolás után szabad forgalomba hozni. A Cl. botulinum, Cl. sporogenes és B. cereus endospórákkal szemben azonban hatástalan a pasztőrözés, ezért ezekre külön figyelmet kell fordítani abban az esetben, ha a termék kis redoxpotenciálja lehetővé teszi a szaporodásukat. Mikrobiológiai problémák a joghurt és a kefir esetében: - Gyengébben erjesztett ( mild ) joghurtnál, kefirnél a nagyobb ph miatt nő a patogénekkel való fertőződés veszélye. - A joghurtok ízesítése (gyümölcsök, magvak) mikrobiológiai eredetű minőségromlást, esetenként patogénnel való fertőződést okozhat. Az erjeszthető cukortartalom az élesztőgombák, penészgombák elszaporodásához és gázképzéshez vezethet. A botulizmust okozó Cl. botulinum is előfordulhat. A potenciális veszélyek elleni védekezés lehetőségei: - Töltőgépek sterilizálása - Csomagolóanyagok megfelelő tárolása - Sterilre szűrt levegő beáramoltatása a töltőhelyiségekbe - UV lámpák alkalmazása a töltőhelyiségben - Gyümölcsök, szirupok megfelelő kezelése (szulfit adagolás, sterilizálás) - A végtermék hőkezelése vagy konzerválószer alkalmazása 7

8 Mikrobiológiai problémák sajtoknál: A sajtok mikrobiológiai szempontból több problémát jelenthetnek, mint a joghurt és kefír, mivel az első technológiai lépésben keletkező alvadéknak nagy a pufferkapacitása, ezért a ph még megfelelő starterkultúrák esetében is csak lassan és kisebb mértékben csökken. - Koliform baktériumokkal való fertőződés gázképzéshez, ürülékszag kialakulásához vezethet, amit a higiénés rendszabályok betartásával lehet kiküszöbölni. - Klosztrídiumokkal való fertőződés gázképződéshez vezet (pl. Cl. butyricum), ami nizin adagolással kivédhető. - Felületi penészedés. A penészgombák elszaporodása kivédhető tiszta és kis páratartalmú helyiségben való tárolással, viasz vagy műanyag burkolat alkalmazásával, illetve tartósítószer (pl. szorbát, pimaricin) adagolással. Bár a felületen elszaporodó élesztő- és élesztőszerű gombák (pl. Candida, Torulaspora, Geotrichum, Trichosporon) savfogyasztása előnyös az 5-nél nagyobb ph-t kedvelő Brevibacterium-ok tevékenységéhez, ilyenkor azonban megnő a klosztridiumok okozta romlás veszélye. - Nagy nedvességtartalmú és ph-jú sajtok (pl. túrósajt, gomolyasajt) esetében a Pseudomonas és élesztőgombás szennyeződés jelenthet problémát, ami elsősorban a gyártás során történhet; a szennyeződés a jó mikrobiológiai minőségű mosóvíz alkalmazásával előzhető meg. A csípős ízt zsírbontó, míg a keserű ízt fehérjebontó baktériumok elszaporodása okozza. - Bár a sajtok mikrobiológiai szempontból kevésbé kockázatos termékek, néhány patogén baktérium elszaporodásával mégis számolni kell (pl. Salmonella, Listeria, E. coli, Sta. aureus). Ezek elsősorban lágy és félkemény sajtoknál fordulnak elő. A védekezés lehetőségei: megfelelő higiéniai gyakorlat, pasztőrözött tej felhasználása és jó minőségű (gyors tejsavtermelő) starterek alkalmazása Fermentált húskészítmények A tejsavasan erjesztett hústermékek már az ősi kultúrákban is lényeges szerepet játszottak az egyébként nagyon romlandó hús eltarthatóságának növelésében. Az ókori leírásokban úgy szerepelnek ezek, mint a katonaság legfontosabb élelmiszerei. Bár világszerte többféle fermentált húskészítmény ismert, legfontosabbak közülük és a legnagyobb mennyiségben készülnek a szalámi- és kolbászfélék. Számos előnyük közül a legfontosabb, hogy a tejsavas erjesztés következtében megnő az alapanyag tápértéke (proteinben gazdagabb lesz, a hús fehérjetartalma könnyebben emészthetővé válik) és az eltarthatóság lényegesen meghosszabbodik, akár 1-2 évre is megnőhet. Egyes termékek (pl. száraz szalámi, füstölt kolbász) tárolásához hűtés sem szükséges. Az így készült termékek mikrobiológiai szempontból biztonságosak lesznek, sokszor még abban az esetben is, ha az alapanyag patogén baktériummal vagy parazitával volt fertőzött. Lényegesek azonban a a fermentált hústermékek gyártásának higiéniai körülményei, valamint a megfelelő mikrobiológiai minőségű hús és adalékanyagok (pl. fűszerek) felhasználása. Ezek a termékek ugyanis hőkezelés nélkül készülnek és általában főzés nélkül fogyasztják őket, bár néhány esetben előfordul a termék pasztőrözése is (pl. német Koch szalámi). Sokféle élvezeti értékű, tápanyagban és aromában gazdag termékeket állítanak így elő világszerte. Legnagyobb termelők és fogyasztók az európaiak és amerikaiak, közülük is kiemelkednek a németek az átlagosan 5 kg/éves fogyasztásukkal A fermentált húskészítmények gyártásának mikrobiológiai háttere A fermentált húskészítmények víztartalmuk (vízaktivitásuk) alapján két csoportba sorolhatók: 8

9 - Száraz kolbászok és szalámik (levegőn vagy füstöléssel szárítva): 25-40% víztartalommal, vízaktivitásuk kb. 0,91, a ph érték 4,5-5,2, átlagosan 4,8 körüli. - Félszáraz kolbászok és szalámik: 40-60% víztartalommal, vízaktivitásuk kb A ph hasonló, mint a szárazáruk esetében. Ezeknél a termékeknél a befejező füstölés során o C-os hőkezelést is alkalmaznak. A fermentált húskészítmények jellegét meghatározza (i) az alkalmazott hús fajtája (sertés, marha, ritkán szárnyas vagy egyéb); (ii) a termék előállításának technológiája (sózás, nitrit/nitrát adagolása, cukortartalom, fűszerek adagolása); (iii) a fermentációt végző természetes mikrobiota vagy starterkultúra jellege és a fermentáció hőmérséklete; (iv) a termék további kezelése: hőkezelés, füstölés, szárítás, vagy penészes érlelés. A termékek előállításához leggyakrabban sertéshúst használnak, de nem ritkán marhahúst, és újabban a szárnyashúsok felhasználása is növekszik. Helyi specialitásként más háziállatokból vagy vadállatokból is készítenek fermentált termékeket. A húshoz a biztonság növelése céljából 2-3% konyhasót (NaCl-ot) és mg/kg Na-nitritet vagy Na-nitrátot adnak. Ezek nagymértékben gátolják a romlást okozó és patogén mikroorganizmusokat és hozzájárulnak az íz- és illatanyagok kialakulásához. A nitrit elsősorban a Gram-negatív baktériumokat gátolja, ezért a Gram-pozítív baktériumok (sztreptokokkuszok, mikrokokkuszok, laktobacilluszok, pediokokkuszok) dominálnak az erjesztés során. A nitritnek lényeges szerepe van a hús piros színének megőrzésében is, aszkorbinsav jelenlétében a mélyvörös színt okozó nitrozo-mioglobin kialakulását eredményezi a pácolás során. A fermentációban a homofermentatív tejsavbaktériumok játsszák a főszerepet. A legtöbb terméknél starter kultúrákat alkalmaznak. A starterek iránti elvárás, hogy gyors és jó tejsavtermelő képességűek legyenek, ne termeljenek biogén aminokat és jelentősen hozzájáruljanak a termékek aromájának kialakításához. Egyre fontosabb szelekciós szempontnak tartják a bakteriocin termelési képességet is. A leggyakoribb starterek: Lb. plantarum, Lb. sakei, Lb. curvatus, Pc. acidilactici, Pc. pentosaceus, Sta. carnosus és Sta. xylosus. Néhány terméknél Deb. hansenii élesztőgombát is tartalmaz a startertenyészet, amely jellegzetes színt és aromát kölcsönöz a terméknek. A nitritnek bizonyítottan mutagén hatása van, ezért bizonyos termékeknél helyette nitrátot alkalmaznak a pácolásnál. Antimikrobás és a nitrozo-mioglobint kialakító hatása azonban csak a nitritnek van. Egyes baktériumok, főként a Micrococcus fajok képesek a nitrátot nitritté redukálni, ezért nitrát esetében a starterkultúrák valamilyen Micrococcus törzset (pl. Micr. varians, Micr. aurantiacus) is tartalmaznak. A Micrococcus törzsek kataláz enzime a tejsavbaktériumok által termelt hidrogénperoxid lebontásával elősegíti a tejsavtermelést is. 5,4-nél kisebb ph azonban gátolja a nitrát redukciót, ezért a nitrit csak az ennél nagyobb ph-jú termékeknél helyettesíthető nitráttal, és várt hatása csak az efölötti ph tartományban érvényesül. A hús természetes cukortartalma 0,1% körül van, amely nem elegendő a tejsavbaktériumok megfelelő tejsavtermeléséhez, ezért 0,3-2% erjeszthető cukrot (glükózt, maltodextrint, szacharózt, laktózt) is adnak az alapanyaghoz. Ahhoz ugyanis, hogy a termék mikrobiológiai szempontból biztonságos legyen, a ph-nak 4,8 körüli értékre kell csökkennie. A tejsav vízmegkötő hatású, ezért fontos szerepe van a hús szöveteiben lévő víz kivonásában, a száradás gyorsításában. A fűszerek jelentős antimikrobás hatást fejtenek ki, emellett gátolják a lipidek oxidációját (az avasodást) is. Mangán tartalmuk (főként a borsé) serkenti a tejsavbaktériumok anyagcseréjét. Az érlelés alatt a tejsavbaktériumok által termelt proteázok (aminopeptidázok) és lipázok hatására az aromaanyag termelés nő. A fermentált kolbász gyártástechnológiájának menetét és legfőbb jellemzőit mutatja be a 6.3. ábra. 9

10 Számos száraztermék (pl. magyar szalámi) jellegéhez hozzátartozik a felületi penészbevonat kialakulása is. A penészgombák szaporodásuk során a tejsavat asszimilálják, aminek hatására a ph 6,0-6,2 értékre emelkedik a felületen. A penészbevonat kialakulásáért a P. camemberti, P. roquefortii és P. nalgiovensis felelős, amelyeknek jól jellemzett, biztonságos törzseit használják startertenyészetekként. A spontán kialakuló penészbevonatokból potenciális mikotoxin termelő fajokat is izoláltak, a gyakorlatban azonban nem tudtak kimutatni jelentős mikotoxin mennyiséget a termékekben. Ez a tejsavbaktériumokon kívül a bors, a nitrit és a konyhasó gátló hatásának is tulajdonítható. A nemkívánatos felületi penészedés gátlására pimaricint és szorbátot használnak. Gyakran alkalmazzák a termékek füstölését is, aminek célja egyrészt a jellegzetes aroma kialakítása, másrészt mikrobiológiai szempontból lényeges a füstben lévő fenolok és savak antimikrobás hatása. A penészedés gátlása mellett a fenolok antioxidáns hatást is kifejtenek Fermentált hústermékek mikrobiológiai problémái A gyártás során kialakuló megfelelő mértékű ph csökkenés (ph 5,2), a víztartalom, illetve vízaktivitás kívánt mértékű csökkenése (a w <0,95), valamint a romlást okozó patogén mikrobák gátlása (konyhasó, Na-nitrit, fűszerek, fenolok, bakteriocinek) alapvetően jó minőségű és biztonságos termékeket eredményeznek. Fontos azonban, hogy az alapanyagok mikrobiológiai szempontból kifogástalanok legyenek és a gyártás során betartsák a helyes higiéniai és gyártási gyakorlat követelményeit. A problémák általában az utóbbi hiányosságok miatt következnek be (pl. túl nagy, vagy túl kis só- és cukorkoncentráció, nem megfelelő páratartalmú és hőmérsékletű légtér, nem megfelelő starterkultúra, a gyártási folyamatok során nem megfelelő hűtés, stb.). A fermentált hússzítmények romlásának leggyakoribb okai: - Felületi nyálkásodás, amit baktériumok, elsősorban Pediococcus fajok elszaporodása okoz; - Hús zöldülése: Lb. viridans hidrogén-peroxid termelése okozza; - Felületi penészesedés: zöld és fekete penészgombáknak (Penicillium, Aspergillus) a felületen való elszaporodása okozza, amelyek proteázai romlást váltanak ki; - Savanyodás, a túlzott mértékű tejsavtermelés miatt; - Gázosodás: a heterofermentatív tejsavbaktériumok elszaporodása okozza. Biztonságot veszélyeztető mikroorganizmusok és paraziták - mérgezés, fertőzés fellépése: Leggyakoribb problémát az enterotoxin termelő Sta. aureus elszaporodása jelenti, amely szaporodni képes a kis vízaktivitású és ph-jú környezetben, valamint anaerob körülmények között is. A tejsavbaktériumok megfelelő sejtkoncentrációja esetén visszaszorul. Legfőbb veszélyt a kevésbé savanyított, nagyobb hőmérsékleten erjesztett készítmények jelentik. Az enterotoxin-képzés gátlódik, ha a tejsavtermelés következtében a ph az első 48 órában 5,3 alá csökken. Kevésbé savanyított termékeknél is jelentősen csökken a baktérium elszaporodásának és toxintermelésének veszéle, ha a fermentálást viszonylag kis hőmérsékleten (<12 o C) végzik. Salmonella és más enterobaktériumok elszaporodása esetenként előfordulhat, bár ezek sejtszáma lényegesen csökken a fermentáció és szárítás során. Nem lehet előre megítélni a patogén E. coli törzsek (pl. O157:H7) és a multidrog rezisztens Salmonella törzsek túlélésének veszélyét, ezért fontos, hogy az alapanyagok mentesek legyenek ezektől. Kiemelt figyelmet érdemelnek a zoonózist okozó paraziták, ezek közül is a férgek. A háziállatok egy része, a vadállatoknak pedig nagy része fertőzött ilyenekkel. A paraziták, főként a petéik túlélhetnek a húsban és súlyos járvány kitörését okozhatják. A nem hőkezelt húsokból készült fermentált termékeknél csökkenti a veszélyt, ha a fagyasztott húst legalább 10

11 két hétig -18 o C-on tárolják. Legtöbb problémát világszerte a Trichinella spiralis okozta trichinellózis jelenti. Ez a parazita inaktiválódik a termék 60 o C-os belső hőmérsékletén (mikrohullámú melegítés esetén 71 o C-os hőmérséklet szükséges). Egyes állati vírusok (pl. sertéspestis vírusa) egy hónapig is fertőzőképes maradhat a fermentált kolbászban, ezért fontos a beteg állatok kiszűrése a feldolgozás előtt Fermentált zöldségek A zöldségfélék erjesztése más tejsavas fermentációkhoz hasonlóan az őskorig nyúlik vissza. Valószínűleg a kínaiak alkalmazták először, az európai kultúrákban az időszámítás kezdetének idejéről van írásos feljegyzés a káposztának agyagedényekben való savanyításáról. A modern fagyasztásos, hőtartósításos és tárolási módszerek elterjedése előtt az erjesztett termékeknek nagy jelentősége volt a vegetációs időn kívüli időszakban a zöldségfélékkel való ellátásban, így az egészséges táplálkozásban. Mint tartósítási módszer jelenleg is nagy szerepet tölt be nemcsak a gazdaságilag fejletlenebb régiókban, hanem a fejlett élelmiszertechnológiájú országokban is. A fermentált zöldségek népszerűsége annak köszönhető, hogy a tartósításon kívül számos egyéb előnnyel is rendelkeznek. A lényegesebbek: - kedvező érzékszervi tulajdonságok és állomány - a természetes toxinok és antinutritív anyagok lebomlanak - megnő az emészthetőség, főként a pillangósok esetében - tápérték növekedése - a termékekben táplálkozási szempontból előnyös mikrobás anyagcsere termékek felhalmozódása (pl. L(+) tejsav, aminosavak, szerves savak) - új típusú termékeket előállítása (pl. szójából készült joghurt-típusú ital, szójasajt, erjesztett zöldség- és gyümölcsitalok) Világszerte több, mint húszféle zöldséget használnak fel az ipari szintű fermentációk alapanyagául, amelyek közül legfontosabbak a káposzta, az uborka, a paprika és az olívabogyó. A zöldségek fermentációja összetett folyamat, amelyben mikrobiológiai, kémiai és fizikai tényezők, biokémiai és enzimes folyamatok kölcsönhatása érvényesül. Pontos technológiai szabályozásuk és az egyenletes jó minőség elérése nehéz, mivel a starter tenyészetek használata még elenyésző és a legtöbb terméket spontán erjesztéssel állítják elő, továbbá az alapanyagok fajtája és minősége is nagyon eltérő. Mindezek ellenére gyártástechnológiájuk fő lépései az alábbiakban foglalhatók össze: 1. A zöldségek begyűjtése 2. Tisztítás, mosás, a sérült és beteg részek eltávolítása 3. Hámozás, aprítás, szeletelés, előfőzés (blansírozás), esetleg főzés 3. Sózás vagy sós lé adagolása; ennek célja a fermentlé nyerése a zöldség víztartalmának kivonásával. Ennek következtében ozmózis útján és a sejtek plazmolízisével tápanyagok kerülnek a lébe a baktériumok számára. A só továbbá a mikrobiotát szelektálja, előnyös az erjesztést végző tejsavbaktériumok elszaporodásához. 4. Erjesztés homofermentatív és heterofermentatív tejsavbaktériumok segítségével. A legfontosabbak fajok a Ln. mesenteroides, Lb. brevis, Lb. plantarum, Pc. pentosaceus. 5. Csomagolás, pasztőrözés, tárolás Az erjesztett zöldségek gyártásának mikrobiológiája Az egyes termékek nagymértékben különböznek egymástól az alapanyagok sokfélesége, a tápanyagok elérhetősége, az erjedő anyag pufferkapacitása, az egymással versengő 11

12 mikroorganizmusok miatt, ezért a fermentáció során fennálló ökológiai tényezők is különböznek. Ezeket mutatja be a 6.3. táblázat. Az erjesztés növényi alapanyagai általában kis mennyiségben tartalmaznak tejsavbaktériumokat (6.4. táblázat), azonban a szaporodásukat elősegítő szelektív körülmények között gyorsan elszaporodnak, majd dominánssá válnak. A spontán erjesztés során megfigyelhető az egyes tejsavbaktérium fajok populációinak egymást követő kifejlődése, bizonyos fajok dominánssá válása, majd háttérbe szorulása és más fajok előtérbe kerülése, azaz a mikrobiális szukcesszió. Jól megfigyelhető ez a savanyú káposzta erjedésének példáján, amelynek három szakaszát figyelhetjük meg (6.5 táblázat). 1.szakasz. A káposzta erjedése rögtön megkezdődik, amint azt szorosan összetömörítve, sózva edényekbe töltik. Az obligát aerob mikrobák háttérbe szorulnak és rövidesen el is pusztulnak, míg a fakultatív anaerobok 2-3 napig szaporodnak. Közben elfogy a rendelkezésre álló oxigén és anaerob viszonyok alakulnak ki. A tejsavbaktériumok anyagcsere tevékenysége következtében csökken a ph, felszaporodik a tejsav, ecetsav, hangyasav és borostyánkősav. Ugyancsak nagy mennyiségben keletkezik szén-dioxid, ami habzást eredményez a termék felületén. A tejsavas erjedést a Leuconostoc fajok (Ln. mesenteroides és Ln. fallax) indítják el, amelyek heterofermentatív tejsavbaktériumok lévén a tejsav mellett etanolt, ecetsavat és széndioxidot termelnek. Szerepük és tevékenységük meghatározó a jó minőségű savanyú káposzta előállításához. Fő tevékenységük: - Gyors és intenzív tejsav és ecetsav termelésük következtében a ph két nap alatt 4,0 körüli értékre csökken, ami gátolja a rothasztó baktériumokat és a káposzta puhulását előidéző enzimek működését. - A termelt szén-dioxid kiűzi az oxigént a közegből, ami meggyorsítja az anaerob tejsavbaktériumok elszaporodását és gátló hatású több Gram-negatív baktériumra. - Az anaerob körülmények csökkentik a C-vitamin bomlását, ezért a termék C-vitaminban gazdag marad. - A Leuconostoc fajok a szacharóz hidrolízise következtében keletkező glükózt dextránná polimerizálják, a fruktózt pedig mannittá alakítják. Ez meggátolja azt a barnulási folyamatot, amit a glükóznak és fruktóznak a szabad aminosavakkal való reakciója (Maillard reakció) okoz. A dextrán felhalmozódása (nyálkaképződés) azonban csak időleges, mert ezt és a mannitot a később elszaporodó tejsavbaktériumok szénforrásként felhasználják. - A Leuconostoc fajok a később megjelenő tápanyag-igényes tejsavbaktériumok számára növekedési faktorokat termelnek. - Aromatermelésükkel nagyban hozzájárulnak a késztermék jellemző érzékszervi tulajdonságaihoz. Az erjesztés első 15 órájában megfigyelhető bizonyos Gram-negatív baktériumok (elsősorban koliformok) elszaporodása, amelyek elősegítik az oxigén felhasználását, azonban rövidesen (1-2 nap alatt) eltűnnek. 2. szakasz. A ph csökkenésével a Leuconostoc-ok háttérbe szorulnak és az erősebben savtűrő hetrofermentatív Lb. brevis és a homofermentatív Lb. plantarum populációi növekedésnek indulnak, és rövidesen (6-8 nap után) dominánssá válnak. Erőteljes erjesztést végeznek mintegy 10 napon keresztül. 3. szakasz nap elteltével a Lb. brevis sejtszáma csökken és uralkodóvá válik a Lb. plantarum, mellette pedig a szintén homofermentatív Lb. sake és Lb. curvatus szaporodik fel. Ezek teljesen kierjesztik a terméket, valamennyi szénhidrátot tejsavvá alakítanak. Ezáltal a ph 3,8 körüli értékre és a termék savtartalma 1,7-2,3 %-ra áll be, amelyben az ecetsav:tejsav arány 1:4. A jellegzetes aroma- és ízkaraktert az előbbi két savon kívül a diacetil, az acetaldehid és a különböző észterek adják. 12

13 Amennyiben a terméket nem pasztőrözik, hanem o C-on tárolják, egy negyedik szakasz is következik. Ennek során ismét felszaporodik a Lb. brevis, amely a sejtfal hidrolízisével felszabaduló pentózokat használja fel szénforrásként. Így a ph 2,5 értékre csökken. A zöldségek savanyításához kevés kivételtől eltekintve - nem használnak starter tenyészeteket, hanem a környezeti körülmények beállításával (sózás, tömörítés) indítják el a mikrobiológiai tevékenységet, és az erjedés okozta további változások alakítják a folyamatot. A fermentált zöldségek starterkultúrás erjesztésének egyik fékje ezen termékek előállításának alacsony profitja. Próbálkoztak ún. páros starter alkalmazásával, Ln. mesenteroides és Lc. lactis törzsek kombinációjával. A természetes (endogén) tejsavbaktériumok elnyomását a Lc. lactis által termelt nizinnel próbálják megoldani, ezért nizin-rezisztens Ln. mesenteroides törzset alkalmaznak. Kivételt jelent egy újfajta savanyúkáposzta és a fermentált zöldséglevek előállítása. Az ún. L(+) savanyú káposztát a homofermentatív Lb. bavaricus starterkultúrával erjesztik, amely többségében L(+) tejsavat termel. Az L(+) tejsav élettani szempontból kedvezőbb, mint a tejsavbaktériumok által termelt másik sztereoizomer, a D(-) tejsav, ugyanis előbbi gyorsan és teljes mértéken metabolizálódik, míg a a másik lassan, és ha túl sok D(-) tejsav kerül a szervezetbe, acidózis alakul ki, ami szöveti károsodást okozhat. Különösen érzékenyek az acidózisra a csecsemők. Mindenféle tejsavasan erjesztett élelmiszer esetében kívánatos a D(-) tejsav mennyiségét minimálisra szorítani. Az L(+) savanyú káposztát Németországban fejlesztették ki és a Lb. bavaricus starterkultúra sikere annak köszönhető, hogy erőteljesen elnyomja a Leuconostoc és a más homofermentatív tejsavbaktériumok szaporodását, ezért a termék tejsavtartalmának 90%-a L(+) izomer. A Leuconostoc szaporodásának visszaszorítása következtében a termék aromában szegényebb, mint a szokásos termékek, azonban fokozottan egészséges volta miatt nagy népszerűségnek örvend Németországban. A fermentált zöldségleveket általában pasztőrözött alapanyagokból állítják elő, ezért ezek tejsavas erjesztése starterkultúrák nélkül nem oldható meg. A leggyakoribb starterek: Lb. plantarum vagy Lb. casei, Lc. lactis, Ln. mesenteroides. Az uborka tejsavas erjesztése hasonló a káposzta savanyításához, azonban ebben az esetben a heterofermentatív tejsavbaktériumok (Ln. mesenteroides, Lb. brevis) elszaporodása nem kívánatos, mivel a termelt szén-dioxid az uborka belsejében felszaporodva annak üregesedését, puhulását okozza. A technológia annyiban tér el a káposzta savanyításától, hogy a darabos uborkát nem sóval keverik, hanem sós lébe helyezik. A só az uborka víztartalmának és szárazanyagainak egy részét extrahálja, ezért a tejsavbaktériumok elszaporodnak. A legnagyobb mértékű tejsavtermelést a Lb. plantarum végzi, mellette az Ec. faecalis és a Pc. acidilactici játszik szerepet. Az erjedés mikrobiológiai folyamatait a 6.4. ábra mutatja be. A fermentáció irányítására kidolgoztak egy biztonságosabb technológiát is, amelynek során 6%- os konyhasó, ecetsav és Na-acetát oldatot használnak a léhez, amelyet Pc. acidilactici és/vagy Lb. plantarum törzsekkel oltanak be. A fermentált olívabogyó eredetileg spontán erjesztéssel készült, amelyben különböző baktériumok, élesztőgombák és penészgombák vesznek részt. Erjesztése a savanyúkáposztához hasonló, azzal a különbséggel, hogy az erjesztés előtt az olívabogyót lúggal kezelik, az erjedési folyamat lassú, bár ma már általában starter kultúrát használnak. A zöld olívabogyót szüretelés után o C-on, 4-7 óráig 1,6-2%-os lúggal kezelik a benne lévő keserű oleuropein glikozid lebontása céljából. A lúg kimosása és semlegesítés után az olivabogyót 7,5% NaCl-ot tartalmazó lébe teszik és Lb. plantarum színtenyészettel beoltják. Az erjesztés 6-10 hónapig tart, mely alatt kb. 1% tejsav képződik és a ph 3,8-4.0 értékre csökken. Az erjesztésben a starter fajon kívül a Lb. mesenteroides, Lb. plantarum és Pc. pentosaceus is résztvesz. 13

14 Erjesztett zöldségek mikrobiológiai problémái és biztonsága A termékek nagy só- és savtartalma és kis ph-ja miatt mikrobiológiai szempontból biztonságosak. A problémát elsősorban a termékek romlása jelenti, amit főként a nagyobb hőmérséklet, a nem megfelelő sókoncentráció és az aerob körülmények okozhatnak. Savanyú káposztánál 32 o C feletti hőmérsékleten a Leuconostoc fajok már nem szaporodnak, ezért a Lb. plantarum és a Pc. pentosaceus válik dominánssá. A Maillard reakció következtében a termék megbarnul és aromában szegény lesz, valamint nyálkásodás következik be. Aerob körülmények között (ha pl. a fedőlé elpárolog) elszaporodnak az élesztő- és penészgombák, így alkoholos erjedés indul meg, élesztőszagú lesz a termék, és a penészek által termelt pektinázok puhulást okoznak. Gyakori az elszíneződés is, a Rhodotorula élesztőgombák például piros színt okoznak. Kis sókoncentráció esetén a rothasztó baktériumok elszaporodása jelenthet problémát. Az uborka fermentációjánál a széndioxid képződés a leggyakoribb romlási tényező. A széndioxid elsősorban a heterofermentatív tejsavbaktériumok elszaporodása következtében az uborka belsejében halmozódik fel és puffadást okoz. A B. nigrificans feketedést, penészgombák és más Bacillus fajok pedig pektináz termelésük miatt puhulást okoznak. A fermentált olívabogyónál is felléphetnek romlási folymatok. A propionsav baktériumok erjedési termékei kellemetlen szagot idéznek elő. Puhulás is gyakran fellép, amit elsősorban a poligalakturonáz termelő Rhodotorula fajok okoznak. Számos baktérium (Cellulomonas, Xanthomonas, Enterobacter) termel cellulázt, amely héjleválást és puhulást idéz elő. A zöldség alapanyagoknál előfordulhat nagy nitrát tartalom, amely a tejsavbaktériumok anyagcsere tevékenysége következtében az erjedés alatt nitritté redukálódik. A nitritből savas körülmények között nagyon veszélyes karcinogén vegyületek, nitrozaminok jönnek létre. Ezért nagyon fontos, hogy erjesztésre kis nitrát tartalmú alapanyagokat használjanak fel Probiotikumok és prebiotikumok A probiotikum elnevezést a 60-as években alkalmazták először olyan élő mikroorganizmusokra, amelyek elfogyasztása jótékony hatást fejt ki az emésztőrendszerre. Jóllehet nincs teljesen egységes felfogás azt illetően, hogy valóban élő mikrobáknak kell-e jelen lenni a probiotikus élelmiszerben a várt hatás kifejtéséhez, ennek ellenére általában az a cél, hogy a probiotikus mikrobának minél több élő sejtje érje el a vastagbelet. Egyértelműen igaz ez a probiotikus joghurtokra. Az ilyen joghurt a tejsavtermelő tejsavbaktérium(ok)on kívül valamilyen humán Bifidobacterium faj (leggyakrabban Bifidobacterium bifidum vagy Bif. longum) törzsét tartalmazza élő állapotban, sejt/ml koncentrációban. A Bifidobacterium fajok az egészséges vastagbél mikrobiotájának aktív tagjai, amelyeknek az immunrendszert stimuláló és a patogén baktériumokat gátló antibiotikus hatást tulajdonítanak. A patogén baktériumok gátlásában a tejsavtermelésen kívül egyéb szerves savak, valamint a bakteriocin termelésnek is szerepe van. Kísérletek bizonyítják, hogy a probiotikus joghurt fermentációja során a Ye. enterocolitica koncentrációja 4-5 nagyságrenddel csökkent, de más patogén baktériumokkal szemben is kimutattak hasonló gátló hatást. A bifidobaktériumok a gyomorsav és az epe mikrobaölő hatásának jól ellenállnak. Obligát anaerob baktériumok, amelyek negatív elektrokémiai potenciált igényelnek a szaporodáshoz és viszonylag érzékenyek a savas ph-val szemben, ezért a probiotikus joghurt tárolása során koncentrációjuk gyorsan csökken. A tejsavbaktériumokon és bifidobaktériumokon kívül más baktériumoknál is kimutattak probiotikus hatást. Néhány Bacillus faj (többnyire a B. clausii, B. pumilus, B. 14

15 cereus) élő spórái az immunrendszert stimuláló hatást fejtenek ki, ami azonban a vegetatív sejtekre nem jellemző. A prebiotikumok olyan vegyületek, amelyek nem bomlanak le az emésztőrendszerben, hanem a vastagbelet elérve a bifidobaktériumoknak és a probiotikus tejsavbaktériumoknak növekedési szubsztrátumként szolgálnak. Ezek többnyire oligoszacharidok, mint amilyenek pl. az inulin fruktooligoszacharidjai. A prebiotikumokat közvetlenül az élelmiszerhez adagolják Biogén aminok és eredetük tejsavasan erjesztett termékeknél A biogén aminok gyengén toxikus vegyületek, amelyek elsősorban aminosavak dekarboxilezésével keletkeznek. Előfordulásuk különösen a tejsavasan erjesztett termékekben gyakori, mivel képződésüket elősegíti a kis ph és a nagy NaCl tartalom. A legfontosabb biogén aminokat és prekurzoraikat a 6.6. táblázat mutatja. Átlagosan 1000 µg/mg biogén amin tartalom vált ki toxikus tüneteket, jó gyártási gyakorlat esetén azonban mennyiségük nem haladja meg a µg/mg-ot. A leggyakoribb biogén aminok esetében a következő értékek tekinthetők elfogadhatónak: hisztamin µg/mg; tiramin µg/mg; feniletilamin 30 µg/mg. Elsősorban sajtokban, fermentált hústermékekben, malolaktikusan erjesztett borban, ritkábban erjesztett zöldségfélékben kell számítani rájuk. Biogén aminokat gyakran képeznek az enterobaktériumok és az enterokokkuszok, míg az erjesztésekben kulcsszerepet játszó tejsavbaktériumok dekarboxiláz aktivitása általában kicsi. Starter tenyészetek szelektálásánál fontos szempont a kis dekarboxiláz aktivitás. Sajtok közül elsősorban a lágy sajtoknál fordul elő nagy biogén amin tartalom a baktériumok tevékenysége következtében. Leggyakrabban a brie, a camembert és a kék (pl. rokfort) sajttípusoknál találtak a toxikus határértékhez közeli, vagy azt meghaladó biogén amin tartalmat, sőt mérgezési haláleset is előfordult. Hústermékek biogén amin tartalmáért elsősorban az Enterobacteriaceae fajok kadaverin és a heterofermentatív tejsavbaktériumok tiramin termelése felelős. Néhány fermentált zöldségnél, elsősorban a savanyú káposztánál és az olivabogyónál előfordulhat nagy biogén amin tartalom, ami a romlást okozó és baktériumok és bizonyos tejsavbaktériumok elszaporodásának következménye. Elsősorban putreszcin, kadaverin, hisztamin és tiramin halmozódhat fel. Az előidéző baktériumok az erjedés kezdetén az Enterobacteriaceae egyes fajai, néhány Bacillus faj, az erjedés végén pedig a Lactobacillus, Pediococcus és Streptococcus nemzetségek egyes fajai. Kimutatták, hogy Lb. plantarum straterkultúrával való beoltás csökkenti a biogén amin szintet Alkoholosan erjesztett termékek Az élesztőgombák anaerob energianyerő folyamatuk, az alkoholos (etanolos) erjesztés során szénhidrátokból főként etanolt és szén-dioxidot állítanak elő. Ezt a tevékenységüket használja fel számos élelmiszeripari technológia, amelyek közül legjelentősebb a kenyérgyártás és az alkoholos erjesztett italok, a sör-, bor- és szeszgyártás. Ezekben a folyamatokban a Saccharomyces nemzetség fajai játsszák a kulcsszerepet, közülük is az ember háziasítási tevékenysége következtében kifejlődött, egymással szoros rokonságot mutató, az ún. Saccharomyces sensu stricto csoport fajai (6.7. táblázat). Az alkoholos erjedés anaerob körülmények között játszódik le, az élesztőgombák azonban szigorúan anaerob körülmények között nem képesek szaporodni. Ennek fő oka az, hogy egyes intracelluláris enzimes folyamatok csak az oxigénnek legalább nyomokban való jelenlétében mennek végbe. Ilyen például a membránokat felépítő foszfolipidek és ergoszterol bioszintézise. Ezt bizonyítja, hogy a membránba beépülő, annak intakt szerkezetéhez 15

16 szükséges vegyületek (pl. TWEEN-80, ergoszterol) kiegészítésével az élesztők szigorúan anaerob körülmények között is a szokásos módon szaporíthatók. A Saccharomyces sensu stricto fajokra általánosságban jellemző, hogy aerob körülmények között is csak kis glükóz koncentrációnál (< 0,1%) képesek a légzési energianyerésre. Ha a glükóz koncentráció ezt az értéket meghaladja, az élesztő a légzésről az erjesztésre tér át. Ez a jelenség a glükóz vagy katabolit represszió, amelyet az élesztőknél Crabtree hatásnak neveznek. A Saccharomyces fajok glükóz érzékenységének valószínű magyarázata az, hogy ezek az élesztőgombák elsősorban a nagy cukortartalmú gyümölcslevek erjesztéséhez alkalmazkodtak úgy, hogy a légzési kapacitásuk lecsökkent, ezért a glikolízisben keletkezett felesleges piroszőlősav (piruvát) az alkoholos erjedés irányában halad tovább. A 6.5. ábra összefoglaja az etanolos erjedés biokémiai folyamatának főbb lépéseit. Az alkoholos erjedés mellett olyan anyagcsere folyamatok is lejátszódnak, amelyek az alkoholosan erjesztett italokra jellemző, elsősorban aroma szempontjából fontos termékeket eredményeznek. A termékek skálája és mennyisége az alapanyag összetételén kívül nagymértékben függ az erjesztő élesztőtörzsektől is. Ilyen íz- és illatanyagok a kozmaolajok (pl. izoamil-alkohol, propanol, butanol), az észterek (pl. etil-acetát), a szerves savak (pl. citromsav, borostyánkősav, ecetsav) és az aldehidek (pl. acetaldehid), amelyek elsősorban szénhidrátokból és aminosavakból keletkeznek. Általánosságban elmondható, hogy aminosavak esetében transzaminálási reakcióval oxosavak jönnek létre, amelyek dekarboxilezésével aldehid, majd ennek enzimes redukálásával alkohol keletkezik. Fontos aromavegyületeket képviselnek az ún. vicinális diketonok (diacetil és pentán-2,3-diol), mennyiségük különösen söröknél fontos. A diacetil (bután-2,3-diol) és a pentán-2,3-diol az elágazó szénláncú aminosavak (valin és izoleucin) lebontásával jönnek létre az élesztőben, amely kiválasztja őket a közegbe. A különböző erjesztett alkoholos italok eltérő alapanyagokból, eltérő technológiákkal készülnek, bár van bennük néhány közös vonás is. Legfőbb jellemzőiket a 6.8. táblázat mutatja A sörgyártás technológiája Sörnek tekintik a gabonafőzetekből alkoholos erjesztéssel előállított italokat, amelyek készítésének nyomait már az ősi emberi civilizációknál kimutatták. A sumérok az i.e körüli időszakból fennmaradt agyagtábláikon már megjelenítették a sörkészítés műveleteit, az egyiptomi piramisokban pedig számos sírfelirat és rajz ábrázolja a sörkészítést. A jelenleg gyártott sörtípusok készítésének eredete a középkorba nyúlik vissza, fő bölcsői Anglia, Németalföld (főként a mai Belgium) és Csehország egyes vidékei voltak. Lényeges különbség van az angol és a kontinentális sörök között; az előbbi a felsőerjesztésű (ún. ale típusú), míg az utóbbiak az alsóerjesztésű (ún. láger vagy ászok) sörkészítési eljárással készülnek. Mint a nevekből is kitűnik, az ale (ejtsd él) sörök esetében az erjedés vége felé az élesztősejtek felúsznak a sör felső részébe és itt folytatják tovább az erjedést. A lager sörök esetében ezzel ellentétesen viselkednek az élesztők: a főerjedés végén kiülepednek az erjesztőkád vagy -tank aljára, és itt folytatják tovább az erjesztést. A kétféle technológia csak kismértékben különbözik egymástól, az alábbiakban a lager típusú sörök előállításának technológiáját ismertetjük, kihangsúlyozva a mikrobiológiai folyamatok alapjait, illetve az erjesztés folyamatát. Az erjesztéshez használt sörlét viszonylag egyszerű, azonban pontosan vezetett technológiai lépésekkel állítják elő. A legfontosabb cél az, hogy az alapanyagként használt sörárpa keményítőtartalmát annak saját endogén enzimei (amilázai) a sörélesztő számára erjeszthető szénforrásokká, cukrokká bontsák le. Az enzimek indukciója az árpa 16

17 csíráztatásával történik, a megfelelő mértékű keményítőbontás után azonban hővel (forralással) inaktiválják az enzimeket, amelyek a kész sörlében már nem működnek. A technológiai folyamat 6 fő szakaszra bontható: malátázás, cefrézés, sörlé főzés, erjesztés, érlelés (ászokolás) és fejtés. Ezek legfontosabb lépéseit a 6.6. ábra mutatja. I. Malátázás: A sörárpát áztatják, majd csíráztatják. Ennek során a csírában a keményítőbontó (α- és β-amilázok), valamint a fehérjebontó (proteáz) enzimek aktiválódnak, valamint a tartalék tápanyagok (keményítő, fehérje) oldatba mennek. A sejtfal glükán széttörik és részben ez is kioldódik. A malátát szárítják (aszalják), ezáltal a csírát inaktiválják (leáll a légzése). II. Cefrézés: A megőrölt malátához vizet adnak és 70 o C körüli hőmérsékletre melegítik. Ekkor az α-amiláz hatására a keményítő elfolyósodik, a β-amiláz pedig maltózra bontja. Kisebb mennyiségben glükóz és maltodextrinek is keletkeznek. A keményítőbontás gyorsítása és fokozása céljából gyakran alkalmaznak penész eredetű glükoamiláz enzimet is. A proteázok a fehérjéket peptidekre és aminosavakra bontják. Lényeges még a foszfatáz enzim tevékenysége is. Az enzimes folyamatok optimális ph-ja 5,4, hőmérsékleti optimuma pedig 67 o C. A folyamat gyors, elméletileg 5 perc alatt lezajlik. Különböző cefrézési eljárásokat dolgoztak ki, amelyek egy- vagy több lépéses hőkezelést alkalmaznak az enzimes folyamatok minél hatékonyabb lejátszódása céljából. Végül a sörlét szűréssel nyerik. A sörlé oldott cukortartalma kb. 10%, amelyből legtöbb a maltóz (kb. 4%), kevesebb a glükóz és a maltotrióz (kb. 2-2%), a maradék pedig maltodextrin. III. Sörléfőzés: A sörléhez a forralás előtt komlót adnak, amelyből a komlósavak (humolon, kohumulon és adhumulon) kioldódnak és a forralás következtében keserű ízt adó izo-savakká alakulnak. A sörlét 1,5-2,5 óráig főzik az enzimek inaktiválása, a fehérjék kicsapása és eltávolítása, valamint a mikrobák elpusztítása céljából. A sörlét szűrik, majd lehűtik. IV. Erjesztés: A sörlét levegővel telítik, majd fajélesztővel beoltják (0,03-0,05%, kb sejt/ml). Ez a szaporítási fázis, amelynek során az élesztő 3-4 generációt osztódik, a sejtszám kb. egy nagyságrenddel nő. A beoltásra használt élesztőnek jó fiziológiai állapotban kell lennie, amit a membránok épségén kívül a tartalék szénhidrátok (glikogén, trehalóz) megfelelő mennyisége és a holt sejtek kis száma mutat. A főerjedés viszonylag gyorsan, 5-7 nap alatt lezajlik. V. Érlelés (láger söröknél ászokolás): A főerjedés befejeztével a nyers sör, más néven zöld sör vagy fickósör keletkezik, amelyben még sok a szuszpendált élesztősejt, csekély a széndioxid tartalma és nem fejlődött még ki a jellemző aroma karakter. Különösen nagy a vicinális diketon (diacetil és 2,3-pentándiol) tartalma, amely kellemetlen, kaparó ízt kölcsönöz a sörnek. Az ászokolás hőmérséklete 0-1 o C, a sejtek azonban még tovább folytatják az erjesztést nagyon kis aktivitással (elsősorban a maradék maltotriózt erjesztik etanollá és széndioxiddá). Az ászokolás 3-5 hétig tart, amelynek első hetében kialakul a végleges aroma karakter és a vicinális diketon (elsősorban a diacetil) tartalom megfelelően csökken. Az illóanyagok (elsősorban a H 2 S és egyéb kénvegyületek, acetaldehid) eltávoznak, míg a diacetil az élesztősejtek segítségével 2,3-butándiollá alakul, de egy része kémiailag is lebomlik. A 2,3-pentándiol bomlása kevésbé kritikus, mivel ennek ízküszöbe kb. hatszor nagyobb, mint a diacetilé. A diacetil egy részét az élesztősejtek metabolizálják, etanollá erjesztik. VI. Fejtés, kiszerelés: A láger söröket szűrik, majd pasztőrözik és széndioxid tartalmát a szükséges szintre emelik. A kiszeparált élesztőt mossák és többször felhasználják új sörlé erjesztéséhez A sörélesztők fontosabb tulajdonságai 17

18 Mint említettük, az ale és a láger sörök gyártási technológiája csak kismértékben különbözik. A lager sört kisebb (8-12 o C), míg az ale sört nagyobb (16-20 o C) hőmérsékleten erjesztik, ezért az aromák mennyisége és összetétele is eltér. A kétféle sör közötti különbséget elsősorban az alkalmazott sörélesztő törzsek genetikailag meghatározott tulajdonságai okozzák. A legfontosabb különbség a sejtek összekapcsolódási (csomósodási vagy flokkulációs) képességében keresendő, amit akár egyetlen génben (FLO1) való eltérés is okozhat, a faji hovatartozás nem lényeges. A lager sörélesztő (S. pastorianus) kis hőmérsékleten is jól erjeszt, míg az ale típusú S. cerevisiae törzsek erjesztési hőmérséklete nagyobb. A ma használt sörélesztő törzsek hosszú, valószínűleg több évszázados szelekcióval alakultak ki úgy, hogy a sörkészítők a kedvező erjesztési tulajdonságokkal bíró élesztő sejttömeget az erjedés után átvitték egyik erjesztő tartályból a másikba, ezáltal beoltva azt és irányítva az erjesztést. A színtenyészetek (starter törzsek) használatát a dán Christian Hansen vezette be az 1880-as években úgy, hogy a sörerjesztést végző élesztő tenyészetekből mikroszkóp alatt izolálva egysejt kultúrákat állított elő, majd ezeket szaporították el és használták a sörlé beoltására. Ma a nagy söripari cégek több száz különböző törzsből álló gyűjteményt tartanak fenn, amelyek egy része fiziológiai, technológiai és nem ritkán genetikai szempontból is jól jellemzett, stabil törzs. A molekuláris biológiai, elsősorban a PCR technikák (lásd 10.4) elterjedésének köszönhetően ezek a törzsek ma már jól azonosíthatók és megkülönböztethetők egymástól; a rendszertani, fiziológiai és technológiai jellemzők mellett jól reprodukálható molekuláris ujjlenyomat alapján. A sörélesztő törzsek faji hovatartozását illetően nem teljesen egységes az álláspont. Valószínű azonban, hogy többségük két különböző fajhoz tartozik; nevezetesen a S. cerevisiae és a S. pastorianus (régebbi nevén S. carlsbergensis) fajokhoz. Az ale törzsek a S. cerevisiae, míg a láger törzsek többsége a S. pastorianus fajt képviseli, de utóbbiak között is előfordulnak S. cerevisiae törzsek. A S. pastorianus fajt a S. cerevisiae faj carlsbergensis változatának (S. cerevisiae var. carlsbergensis) is tekintik, amely valószínűleg a S. cerevisiae.és a S. monacensis természetes hibridje. A S. pastorianus és a S. cerevisiae többnyire elkülöníthető egy egyszerű cukorhasznosítási teszttel: az előbbinek általában van melibiáz enzime és a melibiózt erjeszti, míg az utóbbiból hiányzik ez az enzim, ezért melibióz negatív. A 6.9. táblázat mutatja a láger és ale törzsek legfontosabb jellemzőit és különbségeit. A sörélesztő törzsek folytonos szelekciója következtében a diploid törzsekben felszaporodtak a mutációk, ami többek között az ivaros szaporodási képesség elvesztésével járt. Bár számos törzs képes meiózisra és aszkusz képzésre, azonban az aszkospórák többnyire életképtelenek, ezért az ivaros ciklus nem teljes. Ennek következtében a sejtekben gyakoriak a kromoszóma aberrációk, a homológ kromoszómák között nagyfokú a méret polimorfizmus és gyakori az aneuploidia is. A sörlé saját íz- és aromavegyületekben szegény, ezért az erjedési aromák hatása markánsan érvényesül. Tápanyagokban viszont gazdag, ami elősegíti az erjedési melléktermékek és másodlagos anyagcseretermékek képződését. Ezzel magyarázható, hogy a törzsszelekció a gyengébb aromatermelő törzsek felé irányult, és a sörélesztő törzsek aromaspektruma és intenzitása általában elmarad az egyéb erjedésipari Saccharomyces cerevisiae törzsek (pl. borélesztők, szeszélesztők) mögött. Különösen igaz ez az erős ízhatású kéntartalmú aroma anyagokra, dekarboxilezett aminosav származékokra és egyéb lebontási termékekre. A modern sörgyártási technológiában az erjesztést gyakorlatilag steril sörlével indítják, zárt rendszerben, és igyekeznek a mikrobás fertőződést minimálisra csökkenteni. A sör esetében minden mikroorganizmus, amely nem tartozik a színtenyészethez, idegen mikrobának számít. Ilyenek a nem-sörélesztő Saccharomyces sensu stricto törzsek is, amelyek különösen azért veszélyesek, mert jó alkoholtűrésük és gyors erjesztésük következtében 18

19 versenyeznek a sörélesztővel. Ha a nem-sörélesztő élesztőgombák aránya (az ún. vadélesztő vagy idegenélesztő szám) az 1-2 %-ot meghaladja, hatásuk az aroma romlásában már érezhető. Megnő például a fenolos ízt adó 4-vinil-guajakol mennyisége, amely a sörlében lévő ferulasav dekarboxilezésével keletkezik. Ezt az enzimet minden nem-sörélesztő Saccharomyces törzs tartalmazza, míg a sörélesztőknél nem működik az enzimet kódoló POF1 gén. A kis erjesztési hőmérséklet is a megfelelő aromaspektrum és -szint elérése miatt szükséges. Ezt támasztják alá a táblázatban bemutatott adatok, amelyek szerint az erjedési melléktermékek mértéke a nagyobb hőmérsékleten erjesztett ale sör esetében meghaladja a kisebb hőmérsékleten erjesztett láger sörét. A jó sörélesztő törzsek tulajdonságai az alábbiakban foglalhatók össze: - Nagy erjesztési sebesség alacsony sejthozam mellett - Jó maltóz és maltotrióz erjesztő képesség - A kéntartalmú vegyületek csökkent metabolizmusa - Jó alkohol tolerancia - Jó erjesztőképesség szuboptimális hőmérsékleten (8-15 o C között) - Jó stressztűrő képesség, elsősorban az etanollal, ozmotikus nyomással és gravitációs nyomással szemben - Megfelelő és stabil aromatermelési szint - Az adott technológiának megfelelő flokkulációs képesség - Genetikai stabilitás az erjesztés során - A jó életképesség megőrzése és genetikai stabilitás a törzsfenntartás során A genetikailag meghatározott tulajdonságok mellett fontos, hogy az erjesztőképességet befolyásoló tényezőket igyekezzenek az optimálishoz közelíteni. Ezek közül a legfontosabbak: - A beoltásra használt élesztő mennyisége: 0,03-0,05% - A sejtek jó életképessége - A fermentáció hőmérséklete (8-15 o C) - A sörlé oxigén tartalma: a szaporítási fázisban levegőztetés, erjesztési fázisban anaerobiózis) - A sörlé erjeszthető szénhidrát tartalma: glükóz, maltóz, maltotrióz erjeszthető, maltotetraóz és magasabb maltodextrinek nem (ezek a sör testességét adják) - A sörlé nitrogén tartalma: megfelelő malátázási és cefrézési eljárással biztosítható az élesztő igénye - Intracelluláris tartalék szénhidrátok (glikogén, trehalóz) megfelelő szintje Az egyes sörélesztő törzsek, valamint a fertőző idegen élesztők megkülönböztetésére az alábbi vizsgálatokat alkalmazzák a technológiai folyamat során: Mikrobiológiai vizsgálatok 1. Cukrok és egyéb szénhidrátok (glükóz, szacharóz, maltóz, galaktóz, maltotrióz, melibióz, raffinóz, trehalóz, dextrin) erjesztése 2. Telepmorfológia 3. Különböző antibiotikum (nisztatin, cikloheximid) koncentrációk gátló hatásának meghatározása. Erjesztési vizsgálatok (laboratóriumi léptékben) 1. Fermentációs ráta vizsgálata 2. A sörlé teljes kierjesztésének %-os határértéke 3. Nitrogénforrás felvételének hatékonysága 4. Habképző képesség 5. Flokkulációs képesség 5. Élesztőhozam 6. Erjedési aromák termelése, a kiérlelt sör zamata 19

20 7. A kész sör ph-ja Sörélesztők genetikai javítása A sörerjesztés különleges ökológiai körülményei miatt a jelenleg használt törzsek távol állnak az optimálistól, ezért folyamatos igény jelentkezik a sörélesztő törzsek genetikai úton történő javítására (nemesítésére). A sörgyártási technológia fejlesztése (pl. szénhidrát tartalmú segédanyagok alkalmazása), valamint új termékek előállítása ugyancsak megkövetelné új, nemesített törzsek előállítását. Erre mutat be néhány példát a táblázat. A törzsek speciális genomszerkezete, ivaros folyamataik hiányossága azonban nehézzé teszik a mutációval és rekombinációval (természetes hibridizációval, protoplaszt fúzióval) történő törzsjavítást. Ennek ellenére sikerült néhány olyan törzset kifejleszteni, amelyeknél egyes erjesztési tulajdonságok megjavultak (pl. maltóz felvétel glükóz derepresszáltsága, dextrin erjesztési képesség a glükoamiláz gén bevitele következtében, flokkulációs képesség javítása, aromaképzés javítása, killer tulajdonság bevitele). Jóval több lehetőséget kínál a rekombináns DNS technika (génsebészet) alkalmazása, mivel ebben az esetben célzottan lehet egy-egy tulajdonság génjét módosítani, valamint teljesen új tulajdonság (pl. enzimtermelő képesség) kialakítására is mód nyílik. Ezzel a módszerrel számos nemesített törzset állítottak elő. Néhány példa ipari technológiában is alkalmazható genetikailag módosított törzsre: 1. Maltodextrin erjesztő képesség megszerzése élesztőgombák vagy A. niger glükoamiláz (STA) génjeinek klónozásával. Az ilyen törzsekkel kis szénhidrát tartalmú sör állítható elő. 2. A sörlében lévő, szűrési nehézséget és zavarosságot okozó árpahéj eredetű β-glükán lebontása gombából, baktériumból vagy árpából származó β-glükanáz gén transzformálásával. 3. A sörlé erjeszthető nitrogén tartalmának növelése és a sör zavarosságának csökkentése élesztő eredetű proteáz gén klónozásával sörélesztőben. 4. Maltóz hasznosítási képesség javítása maltóz-permeáz gén (MAL61) transzformálásával 5. Káros kéntartalmú metabolitok (pl. kénhidrogén) termelésének csökkentése cisztationszintáz gén klónozásával. 6. Ászokolási idő csökkentése egyrészt a diacetil termelés csökkentésével (a valin és az izoleucin bioszintézis utakban az enzimaktivitás változtatásával a diacetil termelés csökkenthető, pl. az ILV5 gén klónozásával); vagy másrészt a diacetil lebontásának gyorsításával (α-acetolaktát-dekarboxiláz gén klónozása baktériumból sörélesztőbe). 7. Flokkuláció idejének szabályozása: élesztő eredetű FLO1 gén klónozásával a flokkuláció az erjesztés végén indul meg. 8. Sör illatanyagok stabilizálása a SO 2 termelés növelésével: sörélesztő szulfit-reduktáz génjének (MET10) kiütésével a SO 2 termelés megnő. A géntechnológiával módosított (GM) törzsek ipari alkalmazásának azonban egyelőre számos korlátja van, amelyek miatt nem várható, hogy ilyen törzsekkel erjesztett sörök a közeljövőben forgalomba kerülnek. Legfőbb okokként említhető az egyes országok, illetve az Európai Unió szigorú szabályozása a GM termékek előállítását és alkalmazását illetően, a szabadalmi védelem nehézségei, és nem utolsósorban a fogyasztók ellenérzései a GM termékek iránt. Rekombináns DNS technikával előállított klónozott enzimeket (heterológ fehérjét), mint pl. β-glükanázt, glükoamilázt, pullulanázt, α-acetolaktát-dekarboxilázt alkalmaznak egyes zárt fermentációs technológiai folyamatokban, bár lehet, hogy az EU szabályozás változásának következtében ezek is GM termékeknek minősülnek majd a jövőben. 20