Gabonafélék: keményítőben gazdag, fehérjetartalmú szemtermést hozó növények

Tartósítóiparok III. Gabona-, malom-, sütő-, édes-, cukoripari mikrobiológia Dr. Kiskó Gabriella BCE ÉTK Mikrobiológia és Biotechnológia Tanszék GABONA- és MALOMIPARI TERMÉKEK Gabonafélék: keményítőben gazdag, fehérjetartalmú szemtermést hozó növények búza, rozs, kukorica; árpa, zab; rizs, köles Mikrobás szennyeződés: a termesztés, betakarítás során, tárolás alatt 1

Búza Fő részei héj, magbelső csíra Fő összetevői keményítőszemcsék, vízoldható és sikérképző fehérjék kisebb arányban cukrok színező anyagok enzimek vitaminok Termesztés alatt Szennyeződés a talajból, széllel, porral, rovarokkal, egyéb közvetítők útján Magvak felületi mikrobaszáma az éréssel fokozódik (júliusban 10 6-10 8 TKE/g is lehet) Termőhelyen főként penészgombák: Fusarium, Cladosporium, Alternaria, Verticillum, Epicoccum, Monilia nemzetségek fajai Pszichrotróf baktériumok 10 4-10 5 /g Aerob spóraképzők 2

Gabonatárolás A nedvességtartalom kritikus! Betakarítás -17-18% Tárolókban (6-8 nap alatt) csökkenteni kell 12-15% Szöveti légzés miatt nedvesedés, hőmérséklet emelkedése Gombák anyagcseréjéből víz képződése helyi a v - növekedés Átmeneti hőmérséklet-növekedés nedvesség vándorlása Mikotoxin-képző penészgombák! (A. flavus, A. parasiticus, Fusarium fajok) Gabonatárolás Kis vízaktivitású termékek Felületükön Lactobcillusok, aerob spórások, penészgombák Raktári penészek dominálnak Penicillium és Aspergillus fajok xerotoleráns Aspergillus glaucus Baktériumok a frissen csépelt szemekben (10 4-10 6 TKE/g) Flavobacterium, Pseudomonas, Brevibacterium, Bacillus, Enterobacter fajok Hűvös, száraz tárolás csíraszám csökkenés Meleg, nedves tárolás rohamos sejtszámnövekedés 3

Malomipari termékek Nedvesítés Kondicionálás Hántolás (zab, köles, árpa, rizs) Csiszolás (árpa) Koptatás (búza, rozs) Jelentős mikrobaszám csökkentés Őrlés (búza, rozs) A felületen maradók bekerülnek a lisztbe Hántolatlant és hántolt árpa MALOMIPARI TERMÉKEK Liszt kritikus víztartalom 12% 15% nedvességtartalom: penészgombák 17% nedvességtartalom: penészek, élesztők, baktériumok a mikrobaszaporodás mértéke függ: nedvességtartalom, hőmérséklet magas nedvességtartalom: baktériumok dominanciája a kiőrlés fokától, a szeparálás, szitálás mértékétől függően a magok eredeti szennyezettségének 1-20%-a kerül Egészséges magbelső mikroba mentes Felület szennyezettsége Mikrobaszám 10 3-10 5 /g Penészgomba 10 3 /g Baktériumspóra 10 1-10 2 /g Jó minőségű liszt gomba:baktérium=1:50, 1:100 Romlott liszt gomba:baktérium=1:10 teljes kiőrlésű lisztek és grahamliszt mikrobás szennyezettsége nagyobb 4

Liszt Romlási jelenségek: penészedés, avasodás, dohosodás Penészek: a legtöbb mintában megtalálható: A. glaucus, A. candidus Élesztők: az élesztő mikrobióta különbözik a gabonaszemen megtalálhatótól: malom szennyező szerepe! az élesztőgombák csak nedves körülmények között fontosak Baktériumok: mikrobióta összetétele eltér a gabonáétól pszichrotrófok, símasavanyítók, termofil spóraképzők Búza Liszt - a fermentáció szubsztrátjaként szolgáló szabad cukrot nem tartalmaz, de vannak benne keményítő-bontó enzimek. AMILÁZOK Keményítőbontó enzimek α-amiláz, folyósító enzim: hasítás a láncok belsején,véletlenszerűen (1-4 kötések) dextrinek működése káros a dextrinek ragadós, rossz tulajdonságú kenyérbélzetet eredményeznek β-amiláz, maltamiláz: a láncok nem-redukáló végéről maltóz egységeket választ le maltóz keletkezik, határdextrinek maradnak amiloglükozidáz, glükamiláz: a nem-redukáló láncvégekről glükóz egységeket választ le határdextrinek maradnak. Pullulanáz: az elágazásoknál lévő (1-6) kötéseket bontja megszünteti az elágazásokat. 5

AMILÁZOK α-amiláz aktivitásának ismerete fontos tárolhatóság sütőipari feldolgozhatóság Csapadékos betakarítási idő intenzív keményítőbontás Magas enzimaktivitású liszt rossz minőségű kenyér Kenyér tészta gázvisszatartó képessége alacsonyabb, a tészta laposabb, kedvezőtlen bélszerkezetű Nagymértékben finomított lisztek enzimjeinek nincs aktivitásuk, ezért külön cukrot kell a tésztába adagolni Keményítőt károsító hibák fajtái Új gabona őrleménye (friss liszt): az érési folyamatok még nem fejeződtek be az utóérés során a cukor nem alakult át teljesen keményítővé sok a kismolekulájú vízben oldható szénhidrát (pl: cukor, dextrin) a tészta gyorsan érik és kel, terülékeny, lágyuló, a sütéskor gyorsan pirul. Javítása: kötelező tárolási idő (legkevesebb egy hét) betartása régi liszttel keverve felhasználni aszkorbinsav adagolása keményebb, rövidebb érési idejű, savanyúbb tészta készítése hűvösebb kemencében sütés a liszt levegőztetése 6

Keményítőt károsító hibák fajtái Csírázott gabona lisztje: Huzamosabb 0,5 C alatti tárolás fokozódó alfa-amiláz tevékenység a keményítő rongálódik, gyengébb sikér minőség Ragacsosság, kelő tésztájuk terülékeny (fehérjék részleges lebontása), kemencében gyorsan pirulnak (nagyobb cukortartalom) Javítása: egészséges liszttel keverve dolgozható fel. Egészséges lisztből dagasztott tészta sülésnél 60 C felett a sikér megalvad, vizet ad le, a keményítő elcsirizesedik, a rendelkezésre álló teljes vízmennyiséget megköti. A csírázott gabona őrlemény esetén nincs a tésztában elegendő elcsirizesedésre, tehát vízlekötésre képes keményítő A víz jelentős része szabadon marad a tésztában, amiben feloldódnak a keményítő lebontásából származó dextrinek, cukrok ragacsos kenyérbél a fehérjék részleges lebontása miatt kelő tésztájuk terülékeny, nagyobb cukortartalmuk miatt a kemencében gyorsan pirulnak. Sütéshez használt búza lisztek A legkevesebb korpa a süteményekhez használatos BL 55-ös fehér lisztben, a legtöbb a sötét BL 160-as és BL 225-ös lisztben marad. Kenyérkészítéshez leggyakrabban a BL 80-as és BL 112-es búzaliszteket használjuk. lisztek elnevezése: két betű és 2-3 számjegy Betűk: búza, illetve a rozs-eredetre utalnak Számjegyek: a kérdéses lisztben megengedett maximális hamutartalom százszorosa Például a BL 112 -es: búzaliszt, hamutartalma legfeljebb 1,12 % 7

SÜTŐ- és TÉSZTAIPARI TERMÉKEK Élesztős tészták S. cerevisiae anaerob erjesztés (cukorból CO 2, etil-alkohol, szerves savak, észterek) a kis buborékok formájában a tésztában visszamaradó CO 2 biztosítja a kenyérbélzet megfelelő lazítottságát ph 5,4-6,0 Kelesztés 3-16 óra az erjedési folyamat sebességét a rendelkezésre álló erjeszthető cukor mennyisége, a hőmérséklet és a ph befolyásolja. Optimális az 5-6 közötti ph és a 30 C körüli h őmérséklet. Sütőipari élesztő Legfontosabb enzimei Zimáz-enzimrendszer alkoholos erjesztést katalizálja Maltáz malátacukrot bontja Szacharáz répacukrot bontja Sütőipari szempontból nagyon fontosak A zimáz-enzimrendszer csak a glükózt és a fruktózt képes erjeszteni. Ezeket a liszt csak nagyon kis mennyiségben tartalmazza a belőlük termelhető CO 2 -gáz nem volna elég a tészta lazításához A tészta érése közben a liszt amilázai maltózt hasítanak le, amit az élesztő maltáz enzime két glükóz-molekulára bont - ezek már jól erjeszthetők. A répacukrot az élesztő szacharáza hidrolizálja erjeszthető cukrokká Fehérje és zsírbontó enzimek élesztősejtek tápanyagfelvétele Száraz, szellős, +2 C és +20 C közötti raktárhelyiségben, 8-10 na pig értékcsökkenés nélkül tárolható 8

Sütőipari élesztő Legfontosabb jellemzője a nagy felhajtóerő Az élesztőminta meghatározott mérési körülmények között és időtartam alatt mennyi széndioxid gázt tud termelni A nagy maltáz aktivitású élesztőtörzsek felhajtóereje nagyobb és a gáztermelésük üteme gyorsabb A felhajtóerőt csökkenti, a tésztakészítéshez felhasznált só, az erjedés alatt keletkező tejsav és ecetsav A hőmérséklet is nagy hatással van a gáztermelésre kb. 40 C-ig fokozódik, e fölött fokozatosan csökke n, majd 60 C körül teljesen megszűnik és az élesztőgombák hamarosan elpusztulnak Az élesztőgombák életfolyamatai Alkoholos erjedés: C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + 205 kj (92 kj ATP-ben + 113 kj hő) Légzés: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2876 kj (1288 kj ATP-ben + 1588 kj hő) Kenyérkovászba adagolt élesztősejtek Elég sok oxigén Hőmérséklet viszonylag alacsony, 25 C Aerob anyagcsere, élesztő-sarjadzás megindulása, élesztőszaporodás Dagasztás az egész rendszert a kovásszal bevitt széndioxid-gáz telíti, hőmérséklet magasabb, 30 C anaerob alkoholos erjesztéssel kénytelenek energiát nyerni 9

SÜTŐ- és TÉSZTAIPARI TERMÉKEK Kovászos tészták A kovász előtészta, amely lisztből, vízből és élesztőből áll Célja Az élesztőgombák elszaporítása, miáltal nagyobb lesz a lazító hatása A savtermelő mikrobák elszaporítása, ezáltal az íz és az aroma kialakítása A fehérjék duzzadásának elősegítése Kovász készítése Hozzávalók: Liszt a dagasztáshoz szükséges mennyiség 25 65%-a; Víz a kovászoláshoz felhasznált liszt tömegének 50 120%-a; kovászmag (megmaradt régi tészta vagy érett kovász) a kovászoláshoz felhasznált liszt tömegének 2 4%-a, szerepe az erőteljesebb savanyítás, gyorsabb érés; élesztő 10

Munkamenet Az alapanyagokat dagasztógéppel összekeverjük, a kovász hőmérsékletét a víz hőmérsékletével állítjuk be, 25 30 C-ra. A kovászt érni hagyjuk, az érést befolyásolja a kovász sűrűsége, hőmérséklete és az élesztő mennyisége. Érési idő rövid 3 4 óra, süteményeknél; közepes 6 8 óra, búzakenyereknél; hosszú 16 20 óra, rozskenyereknél. Az érettség megállapítása érzékszervi úton, az illat, térfogatváltozás és a rugalmasság alapján, savfokméréssel. Az érési idő letelte után a tésztához szükséges többi összetevőt hozzáadjuk, és tésztát dagasztunk. SÜTŐ- és TÉSZTAIPARI TERMÉKEK Kovászos tészták Élesztőszám 10 5-10 6 /g - Szaporodás - Alkoholos erejedés és CO 2 termelés Tészta fellazulás 11

SÜTŐ- és TÉSZTAIPARI TERMÉKEK Kovászos tészták Homo- és heterofermentatív tejsavbaktériumok (Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus fajok) a liszt saját mikrobiótájából - 10 8-10 10 /g - Tejsav, ecetsav termelés (ph 3,5-4,8) tejsav:ecetsav=3:1 Kovász savanyodás Kenyér aroma kialakulása Kenyér nyúlósódás elleni természetes védelem Homofermentatív tejsavas erjedés C 6 H 12 O 6 glükóz 2 CH 3 -CH(OH)-COOH + 192 kj (92 kj ATP-ben + 100 kj hő) tejsav A kovászokban savtermelést végző legfontosabb homofermentatív tejsavbaktériumtörzsek Lactobacillus lactis Lactobacillus delbrückii Lactobacillus plantarum Streptococcus lactis 12

Heterofermentatív tejsavas erjedés C 6 H 12 O 6 2 CH 3 -CH(OH)-COOH + CH 3 -COOH + CO 2 hő) glükóz tejsav ecetsav kis mennyiségben keletkező anyagok Acetoin 2,3-butilén-glikol kenyéraroma kialakítása Diacetil A kovászokban savtermelést végző legfontosabb heterofermentatív tejsavbaktériumtörzsek Lactobacillus brevis Lactobacillus fermenti Spontán erjedéssel készülő tészták 5-6 napon keresztül újabb liszt és vízmennyiség adagolásával lépésrőllépésre növelik a kovász mennyiségét A fokozódó savanyodással háttérbe szorítjuk a Gram-negatív baktériumok életműködését A liszt eredeti mikrobiótájából kifejlődnek azok a élesztőtörzsek, amelyek már többékevésbé alkalmasak a tészta lazítására 13

Sütés 50 C felett az élesztők elpusztulnak 60-80 C között a fehérjék denaturálódnak, a keményítő csirizesedik, a tészta megszilárdul 80-100 C-on a bél víztartalma 30-40% 100 C felett Maillard-reakció A héj víztartalma 16% a maghőmérséklet nem haladja meg a 100 C-ot Kenyér mikrobás romlása kenyér betegségek Nyúlósodás A legelterjedtebb kenyérbetegség A sütést túlélő spórák 78 %-a Bacillus subtilis a bélzet jellegzetes szagú, nyúlós, ragacsos, széttörésekor szálhúzásfigyelheető meg 11 %-a Bacillus licheniformis A megtámadott bélzet száraz, repedezett, korhadt jellegű 11 %-a Bacillus cereus A kenyér nedves rongyra emlékeztető szagú, bélzete nedves, ragadós, piszkos sárga színű, de széttörésekor szálhúzás nem tapasztalható 14

Bacillus subtilis vegetatív sejtjei, ill. spórái háromféle módon juthatnak be a kenyér tésztájába: a lisztben már eleve jelen vannak, a sajtolt élesztővel és a sütőüzem felszerelésén lévő szennyeződésekről. Bacillus cereus spórák hőtűrése Elpusztításukhoz szükséges idő: 100 C-on 5,5-6,0 óra, 109 113 C-on 45 perc 122 123 C-on 10 perc Sütés alatt a kemence hőmérséklete 250-300 C Sütés alatt a kenyér maghőmérséklete 98-99 C 15

Bacillus subtilis spórák hőpusztulási görbéje 100 C-on Nyúlosodás kialakulása Kovász, tészta - vegetatív Bacillus subtilis sejtek szaporodása >ph-5,5-ig Kovászérés előrehaladtával gátlódnak Kemence vegetatív sejtek gyorsan elpusztulnak spórák kenyér belsejében túlélnek Spórák 30-36 óra alatt kicsírázhatnak és nyúlóssá tehetik a kenyeret Bacillus subtilis erélyes papain-típusú proteázai, amilázai a hőkezelés hatására könnyen megtámadhatóvá vált fehérjéket és poliszacharidokat (elsősorban keményítőt) hidrolizálják kellemetlen szagú, ragacsos a bélzet 16

Tészta savanyúságának szabályozása A tészta természetes savanyítása szabályozható a kovász technológiai mutatóinak változtatásával Nagyság Konzisztencia Hőmérséklet Érési idő Kovászmag adagolása Feltétlenül kerülni kell a kenyér túlzott megsavanyítását, mert nagy erjedési veszteséget okoz (rontja a fajlagos lisztfelhasználást), a hazai fogyasztók nem kedvelik a határozottan savanyú íző kenyeret. Savfokzónák A nyúlósodás fellépéséhez szükséges idő szempontjából a kenyereknél három savfokzónát különböztethetünk meg. A-zóna: a 2,2-3,6 savfokú cipók a kisütés után 40 óra múlva romlottak, másfél napon belül megnyúlósodnak. B-zóna: a 3,6-4,6 savfokú kenyerek 40-88 órán belül nyúlósodtak meg. C-zóna: a 4,6 savfokúnál savanyúbb kenyerek esetében 10 napon belül, nyúlósodás egyetlen esetben sem lépett fel 17

Gyakorlati tanulságok A nyári hónapokban nem szabad 2,2-3,6 savfokú kenyeret sütni, A 3,6-4,6 savfokra savanyítás még nem nyújt tökéletes védelmet, de már késleltető hatása van. Május 15 és szeptember 15 között célszerű kenyereink savfokát 4,6-4,8 értékre beállítani, így megakadályozzuk a nyúlósodást Véres kenyér Serratia marcescens Különleges tulajdonsága, hogy élettevékenysége során prodigiozin nevő vörös festéket képez A Serratia marcescens a liszt természetes mikroflórájában is megtalálható Sütés hőmérsékletén elpusztulnak Sejtjei a szálló porral a kenyér raktározása, szállítása, vagy értékesítése közben jutnak be a héj repedésein a nagyobb víztartalmú bélzetbe A bélzetben kisebb-nagyobb, nedves tapintású vörös foltokat hoznak létre. Meleg helyen tárolt kenyérben 24 óra alatt a bélzetet teljes keresztmetszetében vörössé teszik E kenyérbetegség fellépését jellegzetes szag megjelenése nem kíséri Fellépése elleni védekezési mód, a tisztasági előírások gondos betartása. 18

Kenyérromlást okozó penészgombák A lisztek eredeti mikrobiótájában sok penészgomba található. Sütés hőmérsékletén elpusztulnak A már kisült kenyerek héjának résein át jutnak el a bélzetbe, ahol néhány napon belül penésztelepeket hozhatnak létre. A kenyéren leggyakrabban előforduló penészgombák Aspergillus nemzetség: A. candidus, A. flavus, A. fumigatus, A. glaucus, A. nidulans és A. niger. Penicillium nemzetség: P. crustaceum, P. glaucum és P. olivaceum. Mucor nemzetség: M. mucedo és M. pusillus. Monilia nemzetség: M. aurea és M. sitophila. Egyéb fajok: Rhizopus nigricans, Oospora variabilis és Oidium auranticum. Penészedés késleltetésére UV besugárzás alatt végzett szeletelés és csomagolás Csomagolóanyag belső felületének impregnálása pl.: szorbinsavval A termék tésztájába adagolt penészedést gátló szerek használata propionsav, szorbinsav, ecetsav CUKOR A cukorrépa nyersanyag földdel szennyezett Úsztatás, vizes mosás, szeletelés, kilúgozás Sűrítés, kristályosítás, finomítás Megengedett mikrobaszám 1,5 x 10 2 / 10g Leuconostoc, cukortűrő élesztők, penészek Savképző termofil spórások G. stearothermophylus, B. coagulans Zöldségkonzervek romlása: felöntőlében simasavanyító spórások Üdítőitalok romlása 19

SÜTŐ- és TÉSZTAIPARI TERMÉKEK Száraztészták Tojással vagy anélkül Gyúrás, nyújtás, préselés, formázás, Szárítás: - A nedvességtartalom 25-30%-ról 10-12%-ra csökken - Kritikus a v = 0,86 Staph. aureus SÜTŐ- és TÉSZTAIPARI TERMÉKEK Sütemények Töltött sütemények: - Töltelék romlandó (magasabb ph, a v ) - Spórás pálcák (B. cereus) - Staph. aureus - Coliform, E. coli - Nagy cukortartalmú vagy gyümölcsös töltelékek - élesztőgombák Fagyasztott tészták - Mikrobaszám csökken a -18 C-os tárolás alatt 20

Reggeliző cereáliák, snack-ek a technológiában (puffasztás, extrudálás stb.) víz hozzáadása mikrobás szaporodás elképzelhető hőközlés a nedvesítés alatt mikrobaszám csökken mikotoxin-veszély! adalékanyagok szennyező szerepe ÉDESIPARI TERMÉKEK Csokoládé Alapanyaga a kakaópor Kakaóbab erjesztése, pörkölése, héjeltávolítása, őrlése Kakaóvaj préselése Kakaópor 10-24% vajat tartalmaz Kis a v és nagy zsírtartalom védő hatású Salmonella, Staph. aureus! Cukorkák keménycukorkák: mikrobiológiai romlás csak a töltelékes cukorkáknál fondant-ok (szaloncukor, 8-12% víztartalom) zselés cukrok (20% víztartalom) penészedés Kekszek, ostyák kis a v, több hónapig eltarthatók 21

MÉZ Antimikrobás hatás: Cukortartalom > 80%, a v < 0,6 ph 3,2-4,5 glükózoxidáz termelte H 2 O 2 a virágokból bekerült flavonoidok, fenolok, szerves savak Baktériumspórák életben maradnak, de nem csíráznak ki Extrém esetekben élesztőgombák (víztartalom 17% felett, tárolás magasabb hőmérsékleten) (csecsemő botulizmus!) 22