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

ELŐNYÖK 1. Az élelmiszerek választékának növelése Tej: több mint 1000 különböző tejtermék 2. Tápérték és minőség növekedése Egészségesebb Emészthetőbb (számos nehezen emészthető anyag lebomlik) 3. Eltarthatóság növekedése

1. Tejsavasan erjesztett termékek tejsav baktériumok Tejtermékek Fermentált hústermékek Erjesztett zöldségfélék Kovászos kenyér 2. Alkoholosan erjesztett termékek élesztőgombák Alkoholos italok Élesztővel készült sütőipari termékek kenyér 3. Vegyes erjesztés többféle mikroorganizmus (penészgombák, tejsavbaktériumok, élesztők, más baktériumok)

TEJSAVASAN ERJESZTETT TERMÉKEK

A TEJSAVAS ERJESZTÉS MIKROBIOLÓGIÁJA Lactococcus lactis Gram pozitív, nem spóraképző Tejsavbaktériumok típusai hőmérsékleti igény szempontjából: Mezofil tejsavbaktériumok: 20-30 o C között erjesztenek. Pl. Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Pediococcus sajtok, erjesztett zöldségek, hústermékek előállítása Termofil tejsavbaktériumok: 40-45 o C között erjesztenek. Pl. Streptococcus salivarius subsp. thermophilus - joghurt előállítása

Tejsavbaktériumok anyagcsere típusai: Homofermentatív (homolaktikus) tejsavbaktériumok: csak tejsav keletkezik (pl. Lactococcus, Pediococcus) Heterofermentatív (heterolaktikus) tejsavbaktériumok: tejsav, CO 2 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 10 9 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: 1. A zöldségek tisztítása, sérült részek eltávolítása 2. Aprítás, szeletelés, esetleg előfőzés 3. Sózás vagy sós lé adagolása Só: ozmózis útján tápanyagokat juttat ki a zöldségek belsejéből a baktériumok számára és szelektálja a baktérium fajokat 4. 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 CO 2 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 CO 2 1-2 C-on az élesztősejtek folytatják az aktivitást (nagyon alacsony intenzitáson) 3-5 hét FEJTÉS, KISZERELÉS Szűrés, pasztőrözés CO 2 tartalom kellő szintre emelése Forrás: Kereszt és Maróti 2011

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 Szőlő-préselés, szulfit adagolás lényerés Szulfit: gátolja az ecetsav keletkezését és a nem Saccharomyces élesztőfajok szaporodását Fajtaélesztők adagolása (vörösbor) Macerálás Színanyagok, csersavak, fenolos vegyületek kinyerése Erjedés beindulása Fajtaélesztők adagolása (fehérbor, rozé) Préselés, hélyeltávolítás Must nyerése

erjesztés A must cukrotartalmának etanollá és széndioxiddá erjesztése Malolaktános kezelés Almasav bontása tejsavvá Oenococcus oenos baktériumfajjal Érlelés Vörösbor: 5-8 nap, 20-30 C, fehérbor: 10-14 nap 10-18 C 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 + CO 2 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. A Pseudomonas, Alcaligenes, Sphingomonas, Rhodococcus, és Mycobacterium fajok többek között peszticidek és alifás illetve poliaromás szénhidrogének lebontására képesek 2. metilotróf baktériumok: a metánt használnak fel a metán lebontásának során számos szennyező anyagot képesek felhasználni (alifás halogénezett szénhidrogének) 3. anaerob baktériumok: klór tartalmú szennyező anyagok eltávolítása 4. fonalas gombák: számos toxikus anyag lebontása ligninbontó gombák