Fermentácia a fermentované nápoje

Transcript

1 Fermentácia a fermentované nápoje

2 Fermentácia definície Metódy konzervácie potravín prostredníctvom mikroorganizmov - cenoanabióza Procesy produkcie alkoholu alebo kyslomliečnych výrobkov Proces získavania energie mikroorganizmov, ktorý sa uskutočňuje za anaeróbnych podmienok Metabolický proces uvoľňovania energie zo sacharidu, alebo inej organickej molekuly, ktorý nevyžaduje kyslík alebo elektrónový transportný systém a ako koncový akceptor elektrónu využíva organickú molekulu

3 Fermentácia Alkoholová fermentáciaa Alkoholické nápoje > 1,2 % obj. Nízkoalkoholické nápoje 0,5 1,2 % obj. Nealkoholické nápoje < 0,5 % obj. Víno, ovocné víno, pivo, kakao, kombucha, kvas,... Mliečne kvasenie (kysnutie) Kyslomliečne nápoje Zeleninové kvasené nápoje Jablčno-mliečna fermentácia Víno Octová fermentácia Ocot, kakao, kombucha Iné fermentácie Maslové kvasenie Acetón-butanol Kombinované fermentácie Kakao alkoholová, mliečna, octová Kvas alkoholová, mliečna Víno alkoholová, jablčno-mliečna

4 Anaeróbna glykolýza

5 Etanolová fermentácia Kvasinky Saccharomyces cerevisiae C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Metabolický proces uvoľňovania energie zo sacharidu, alebo inej organickej molekuly, ktorý nevyžaduje kyslík alebo elektrónový transportný systém a ako koncový akceptor elektrónu využíva organickú molekulu

6 Mliečne baktérie Mliečne kvasenie Beta-galaktozidáza: Laktóza v mlieku glukóza + galaktóza Galaktóza epimerizácia na glukózu glykolýza Metabolický proces uvoľňovania energie zo sacharidu, alebo inej organickej molekuly, ktorý nevyžaduje kyslík alebo elektrónový transportný systém a ako koncový akceptor elektrónu využíva organickú molekulu

7 Homofermentatívne mliečne kvasenie Pentózofosfátový cyklus Heterofermentatívne mliečne kvasenie

8 Rod Homofermentatívne druhy Vlastnosti Lactobacillus (paličky) Lactococcus Streptococcus L. plantarum L. casei L. acidophilus L. bulgaricus Lactococcus lactis S. cremoris S. thermophilus Rod Heterofermentatívne druhy Vlastnosti Lactobacillus L. hilgardii L. brevis L. trichodes Rod Heterofermentatívne druhy Vlastnosti Leuconostoc (koky) Lc. mesenteroides Lc. dextranum Lc. gracile Lc. oenos (Oenococcus oeni) Rod Homofermentatívne druhy Vlastnosti Pediococcus (koky) P. cerevisiae P. pentosaceus tvorí kys. D- a L- mliečnu Tvorí kys. L-mliečnu, T optimum 25 C T optimum 37 C T optimum C T optimum 25 C T optimum 25 C T optimum C xylóza + arabinóza +, xylóza + arabinóza +. Xylóza + dextran, nerastie pri ph 3,7 dextran, nerastie pri ph 3,7 arabinóza -, xylóza-, rastie pri ph 3,7 arabinóza +, xylóza + arabinóza +, xylóza nerastie pri 45 C

9 Oxidatívna fermentácia octové kvasenie Acetobacter aceti Acetobacter tropicalis Fermentácia etanolu aj kyseliny mliečnej na kyselinu octovú

10 Fermentácia ~ oxidácia ~ degradácia Fermentácia vplyvom MO Oxidácia vplyv O 2 a oxidáz Oxidácia polyfenolov hnednutie, strata antioxidačnej aktivity Oxidácia aróm zmena aromatického profilu Degradácia hydrolázy pôvodom z MO, rastlín, či živočíchov Degradácia pigmentov rozklad chlorofylu, antokyanínov, flavonoidov zmena farby Degradácia proteínov, polysacharidov, pektínov, alkaloidov

11 Mlieko Produkt mliečnej žľazy cicavcov určený ako výživa mláďat Vo svete využitie mlieka v závislosti od prevažujúceho chovu zvierat 90% mlieka hovädzí dobytok tur domáci (krava), koza domáca, ovca domáca, byvol riečny, rôzne druhy a poddruhy koní a somárov, ťavy Plemená vyšľachtené na produkciu mlieka Priemyselný chov vs. domáci chov produkcia vs. etické princípy

12 Chemické a fyzikálne vlastnosti mlieka Mlieko = mnohozložková zmes, polydisperzný systém 3 fáz Emulzná (lipidická) Koloidná (proteínová) Molekulová (mliečna plazma = rozpustné soli, sacharidy) Zloženie je druhovo špecifické Mení sa podľa fázy a času laktácie Hlavné zložky Voda Sušina: proteíny, sacharidy, lipidy, minerálne látky, vitamíny Zložka v 100 g mlieka Unit Kravské Kozie Ovčie Byvolie Voda g 87,8 88,9 83,0 81,1 Proteíny g 3,2 3,1 5,4 4,5 Lipidy g 3,9 3,5 6,0 8,0 ----Saturované MK g 2,4 2,3 3,8 4,2 ----Mononenasýtené MK g 1,1 0,8 1,5 1,7 ----Polynenasýtené MK g 0,1 0,1 0,3 0,2 Sacharidy laktóza g 4,8 4,4 5,1 4,9 Cholesterol mg Ca mg Energia kcal kj Hustota 1030 g/l ph 6,5 6,7 Penivosť mlieka spôsobená nízkym povrchovým napätím a kumuláciou proteínov na rozhraní fáz mlieko vzduch Samovoľné oddeľovanie lipidickej a vodnej fázy (rozdiel hustoty) vystupovanie smotany Odstreďovanie a stĺkanie separácia mliečneho tuku Pri kysnutí (kyslo mliečna fermentácia) premena koloidného roztoku (sólu) na zrazeninu (gél) Zrážanie proteínov enzymaticky / chemicky zmena kvartérnej a terciárnej štruktúry proteínov

13 Laktóza (Lac) Disacharid: glukóza + galaktóza Mliečne sacharidy Súčasť rozpustnej frakcie mlieka srvátka (mliečna plazma) Trávenie v tenkom čreve klky produkujú enzým laktáza (β-galaktozidáza), glc a gal sa vstrebávajú cez stenu klkov ďalší metabolizmus: glykolýza, citrátový cyklus a iné Produkcia laktázy s vekom klesá laktózová intolerancia (β-d-galaktopyranozyl-(1 4)-D-glukóza) Obyvatelia krajín s mliekarenským priemyslom a históriou si aktivitu laktázy zachovávajú (Čína, Japonsko nízka aktivita) Fermentovať lac dokážu mliečne baktérie a kvasinky rodu Kluyveromyces Galaktooligosacharidy (GOS) Oligogalaktozyllaktóza, oligogalaktóza, oligolaktóza, trans-galaktooligosacharidy Prebiotiká nestráviteľné zložky potravy, ktoré sú substrátom pre probiotické baktérie v čreve Vznikajú ako vedľajšie produkty enzymatickej hydrolýzy laktózy v mlieku Substrát pre probiotické baktérie Bifidobacter a Lactobacillus benefity: Probiotické baktérie nedovolia rozvoj nebezpečných baktérií (Clostridium, Salmonella, Escherichia coli) a znižujú riziko infekcie črevnej, dýchacích ciest Produkcia organických kyselín nízke ph zabraňuje rastu iných ako mliečnych baktérií Produkcia esenciálnych vitamínov K, B Stimulujú vstrebávanie Ca Existujú aj ako výživový doplnok

14 Mliečne proteíny Kazeín fosfoproteín stabilizovaný disulfidickými mostíkmi, obsahuje Ca 3 (PO 4 ) 2 αs1, αs2, β, κ izoelektrický bod 4,6 (ph mlieka 6,6) záporný povrchový náboj vytvára micely hydrofóbne vnútro, hydrofilný povrch kravské mlieko 80% proteínov, materské mlieko 20% Sérové a membránové proteíny 50% ß-laktoglobulín 20% α-laktalbumín krvný sérový albumín imunoglobulíny laktoferín transferín, enzýmy a minoritné proteíny fermentácia

15 Mliečne lipidy Zmes lipidov, majoritné sú triacylglyceridy zložené z 3 mastných kyselín a glycerolu (viazané esterickou väzbou) Zloženie lipidov závisí od druhu cicavca (morské cicavce najvyšší obsah lipidov (veľryby 35-50%); kravské mlieko cca 4 %) Mliečny tuk sekrécia z epitelu mliečnej žľazy vo forme tukových globúl obalených membránou podobne ako v tukovom tkanive (membrána obsahuje aktívne proteíny (laktoferín, mucín) antivirálne, imunitné, protirakovinové, epitelizačné a ďalšie účinky) Mliečne mastné kyseliny môžu pochádzať aj z produkcie MO na povrchu vemena (minoritné) Mastné kyseliny mliečneho tuku: S dlhým reťazcom C14 myristová 11% C16 palmitová 26% C18 stearová 10% C18:1 olejová 20% Nasýtené MK (myristová, palmitová a stearová) tvoria 1/3 mliečneho tuku Nenasýtené MK majoritná olejová S krátkym reťazcom (11%) C4 maslová (zodpovedná za zápach rozkladajúceho sa masla) C6 kaprónová (hexánová) C8 kaprylová (oktánová) C10 kaprínová (dekánová)

16 Minerály a vitamíny Majoritné minerálne látky Vápnik a fosfor (stovky mg/l) dôležité na rast organizmu kosti a mäkké tkanivá v rozpustnej forme aj viazané v micelách K, Na, Mg, Cl homeostáza organizmu, Na-K pumpa, kofaktory enzýmov Minoritné minerálne látky Zn, Mg, Fe, Cu, Mn, Mo (µg/l mg/l) kofaktory enzýmov a vitamínov viazané na laktoferín, laktoglobulín, tukové membrány Vo vode rozpustné vitamíny tiamín (B1) riboflavín (B2) niacín (B3) kyselina pantoténová (B5) pyridoxín (B6) kobalamín (B12) vitamín C kyselina listová V tukoch rozpustné vitamíny viazané na lipidy retinol (A) kalciferoly (D) tokoferol (E) vitamín K minoritný (produkcia pomocou probiotických baktérií) nízkotučné mlieko doplnenie vit A Prvok % Total % v rozpustnej forme Component Vitamins Ca (zvyšok v kazeíne v micelárnej forme) P (zvyšok v kazeíne v micelárnej forme) Mg K Na Cl Unit Cow 3.25% fat Cow 2% fat Cow 1% fat Goat Sheep Water Buffalo Vitamin A µg Thiamin (Vitamin B1) mg Riboflavin (Vitamin B2) mg Niacin (Vitamin B3) mg Pantothenic Acid (Vitamin B5) mg Vitamin B6 (Pyridoxine) mg Vitamin B12 (Cobalamin) µg Vitamin C mg Vitamin D IU ND 3 ND Vitamin E mg ND ND Folate µg Vitamin K µg ND ND

17 Výroba a spracovanie kravského mlieka Kvalita mlieka závisí od zdravotného stavu, kondície a výživy dojníc a tiež od hygieny a sanitácie Dojenie a následné prečerpanie mlieka do odmerných nádob Chladenie mlieka Chladiace nádrže, doskové prietokové chladiče, 2 4 C Doprava do mliekarne (rýchla, spoľahlivá) Čistenie mlieka Filtrácia cez bavlnené filtre (hrubšie nečistoty) Centrifugácia (jemnejšie častice + tuk) pri nízkej teplote Normalizácia koncentrácie tuku Úprava tuku odstredivkami Pasterizácia Dlhá pasterizácia (65 C, min); Krátka pasterizácia (72 C, 45 s); UHT ( C, 2 8 s) Rúrkové a doskové výmenníky tepla Homogenizácia Tuk má tendenciu vystupovať na hladinu Mechanické rozbitie tukových globúl s cieľom zabránenia vystupovania smotany Priemer tukových globúl je 0,5 20 µm menej ako 2 µm Pre mlieka, ktoré budú zahriate a tiež na výrobu fermentovaných mliečnych výrobkov (prístupnosť lipáz) Balenie Podľa trvanlivosti Tetrapak vrstvený obal (papier plastová fólia hliníková fólia) Sklené fľaše Plastové fľaše

18 Fermentované nápoje na báze mlieka Jogurt, jogurtové mlieko Kyslé mlieko Kefír Acidofilné mlieko Bifido nápoje Cmar Kumys Žinčica Ochutené kyslomliečne nápoje

19 Jogurt Mlieko kravské, kozie, byvolie, ovčie,... Úprava tuku separácia odstredivkami (0 10 %) Úprava sušiny 16 % celk. sušiny = min 12% sušina okrem tuku, 1-4 % tuku Odparenie / prídavok sušeného mlieka / zahusteného mlieka / obilninového prášku / kazeinátu sodného Pasterizácia 85 C, 30 min Kontinuálna / batch Homogenizácia tukovej zložky Ochladenie a udržiavanie T = C Inokulácia čistej kultúry (2% zákvas zmesnej kultúry Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophilus Po dosiahnutí exp. fázy fermentácia 5 20 h, do 0,9 % kys. mliečnej (ph 4,5) Krátka fermentácia nedokvasenie Dlhá fermentácia produkcia iných metabolitov poškodenie arómy, chuti i textúry Homogenizácia koagulovaných proteínov Ochladenie zastavenie fermentácie Prídavok aditív (ochucovadlá, sladidlá, stabilizátory, zahusťovadlá) Zahustenie želatína, agar, škrob 0,1 0,5 % Plnenie, balenie, skladovanie, expedícia

20 Typy jogurtov Balkánsky jogurt Fermentácia v nádobe, v ktorej sa predáva Bez homogenizácie koagula, kyslejší, dokváša zastudena Grécky jogurt Astraggisto neodkvapkaný z ovčieho mlieka Straggisto odkvapkaný z kravského mlieka Z prekvaseného jogurtu sa nechá odkvapkať srvátka Švajčiarsky jogurt (miešaný, homogenizovaný) Fermentácia v nerez tankoch Homogenizácia koagulovaných proteínov miešanie Jogurty na pitie Intenzívnejšia homogenizácia Ochutené jogurty Pred plnením sa miešajú s ochucovacou zložkou Plní sa ochucovadlo a naň jogurt Nízkotučné Koncentrácia tuku v mlieku 0 0,5%

21 Kyslomliečne produkty vs. MO producenti Jogurt C Zmesná kultúra Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophilus Kyslé mlieko Smotanová kultúra: S. lactis, S. cremoris, Leuconostoc Kefír C Kaukaz zmesná kultúra bct a kvasiniek L. lactis var. caucasicus, L. casei, S. lactis, Candida kefir, Kluyveromyces lactis, Kl. fragilis, Kl. marxsianus Acidofilné mlieko 37 C L. acidofilus / kombinácia L. acidofilus : smotanová kultúra 1 : 9 Bifido nápoje 37 C Bifidobacter bifidum a/alebo Pediococcus acidilactici biokys Fermentované nápoje Probiotické nápoje prídavok kultúry Bifidobacter súčasť mikroflóry človeka, materského mlieka Ochrana tenkého čreva novorodenca pred patogénmi, vytvorenie kyslého ph, mukoproteínov, štiepenie oligosacharidov

22 Kyslomliečne produkty vs. MO producenti Cmar Spontánne (tradičná výroba): kysnutie mlieka pred separáciou masla cmar + kyslé maslo Riadene: odpad z výroby masla (srvátky) + Streptococcus lactis + Leuconostoc citrovorum Lecitín, kefalín, laktóza, Ca, málo tuku, veľa proteínov (3,3%) Kumys Str. Ázia, Mongolsko Heterofermentatívne bct. + kluyveromycéty Tradične: kobylie mlieko, spontánna fermentácia Riadená: kravské mlieko s úpravou tuku a cukru v srvátke (sacharóza), čisté kultúry ako kefír CO2 + alkohol (max 2,5 % obj.) Žinčica Str. Európa Odpad z výroby bryndze (srvátka z ovčieho mlieka) + L. casei, L. plantarum, Lactococcus lactis and Lc. Mesenteroides črpák

23 Ochutené kyslomliečne nápoje Ayran Turecko, Irán Jogurt + voda + soľ Doogh Irán Jogurt + voda + mäta/kôpor/bazalka Sladené + ovocná zložka Ochutené acidko Ovocné jogurtové nápoje Activia (mliečne bct, dosládzané)

24 Význam kyslomliečnych produktov Zdroj minerálov (K, Mg, Ca) Probiotický účinok (trávenie, imunita) Prebiotický účinok (oligosacharidy) Zdroj proteínov Nízky glykemický index Acidobázická rovnováha Chuť, osvieženie Predĺženie skladovateľnosti Netreba konzervačné látky (ph do 4,5) Spotrebujú štartovacie substráty (AK, Glc, Lac) odolnosť voči kontaminácii

25 Schéma výroby jogurtov Balkánsky typ Švajčiarsky typ Jogurtové nápoje

26 Videjká... Jednoduchá schéma výroby jogurtu: nhwzy Koagulácia proteínov: rvfmw Výroba ovocného jogurtu: hjw

27 Fermentovaná zelenina a nápoje Technológie známe už v star. Egypte a Ríme, vedecký základ položil L. Pasteur Fermentácia sacharidov v zelenine na kys. mliečnu ph 3 4,5; prirodzená konzervácia 1. krok solenie (2 5 %) vytvorenie prostredia priaznivého pre mliečne bct. (halotolerantné) a nepriaznivého pre ostatné bct. (selekčný tlak) Zastavenie fermentácie + predĺženie trvanlivosti chemická konzervácia (disiričitany, benzoany, sorbany probiotiká ) Kvasená kapusta rezanie na pásiky solenie hypertonické prostredie, uvoľnenie bunkovej vody tlačenie kapusty zaplnenie vzduchových priestorov (anaeróbne MO) soľným roztokom 5 týždňov hlavné kvasenie (25 C); ďalších 5 týždňov dokvasenie mliečne bct. produkcia diacetylu, vysoký obsah histamínu Kvasené uhorky napichnutie solenie nálevom (5% NaCl), korenie fermentácia Mrkva, cvikla, cesnak, rôzne zeleninové zmesi Kimchi čínska kapusta, biele reďkovky, uhorky, korenie a soľ korenie: mleté čili papričky, zelená cibuľa, cesnak, zázvor a nakladaná rybacia omáčka Şalgam (Turecko) Šťava z kvasenej cvikle, mrkvy, dochutená (paprika, soľ) Šťava z kvasenej kapusty (kyselô) Probiotiká, prebiotiká, minerály, vitamíny (C,B)

28 Siláž Zelené krmivo získané kyslomliečnou fermentáciou z rastlinných zdrojov na to určených, alebo odpadu iných výrob kukurica, pšenica, jačmeň, repa, slnečnica, hrach, lucerna, ďatelina a iné. repné rezky, mláto a sladový kvet (pivovarníctvo) Senáž siláž s vysokým obsahom sušiny (viac ako 50%) a nižším obsahom kys. mliečnej Kyslomliečna fermentácia do ph 4,0 zabránenie hnilobných procesov Degradácia sacharidov a bielkovín Zachovanie obsahu živín, nárast vitamínov; kvalita zodpovedá surovine Silážne veže / silážne jamy / silážne vaky (ekologicky najvhodnejšie) / silážne fólie Rezky rastlín sa utlačia (fakultat. anaeróbny proces), prebieha spontánna fermentácia 6 týždňov Na predĺženie trvanlivosti konzervačné látky Poškodená siláž likvidácia hnilobné procesy, produkcia kys. octovej, maslovej, mravčej (zápach), biogénnych amínov

29 Fermentované salámy Degradácia bielkovín voľné aminokyseliny a glutamát (podpora chuti umami, mechanické vlastnosti) Degradácia tukov produkcia voľných mastných kyselín (vplyv na arómu) Pokles ph konzervačný účinok, podpora farby Počas zrenia ušľachtilá kontaminácia vláknitých húb na povrchu salám (Penicillium) Maďarská saláma 10 7 CFU/g probiotických bct. porovnateľné s jogurtom Zložky potrebné na výrobu Mäso, tuk max. kvalita, tuhšia svalovina Dusitany antioxidant (zachovanie farby, zabránenie oxidácie lipidov, konzervačný účinok), E250 NaCl 3% (slaná chuť, selekčný tlak na MO; samotný NaCl tuchnutie tukov) Sacharidy zdroj pre ml. bct., 0,4 3% sac, glc, fru Štartovacie kultúry Lactobacillus plantarum, L. sakeí, L. versmoldensis, Pediococus cerevisiae, Pediococcus acidilactici, Micrococcus Výroba Mletie mäsa, slaniny / loja (tuk zmrznutý) Miešanie s dusitanovou soliacou zmesou (NaNO 2 +NaCl), sacharidmi, bct. kultúrou a koreninami Plnenie do čriev (pevné, priepustné pre fermentačné plyny) Zrenie v studenom dyme; T C cca 100 dní

30 Kvások kváskový chlieb Kvások - cesto na prípravu pečiva, ktoré je trvalo fermentované mliečnymi baktériami a kvasinkami Prirodzená mikroflóra múky domácka výroba zo zvyškov rozmočeného chleba, priemyselne zmesné kváskové kultúry Fermentácia sacharidov v múke produkcia alkoholu, kyseliny mliečnej, octovej a CO 2 kysnutie Potrebné najmä pre ražnú múku na vykysnutie potrebuje nižšie ph ako pšeničná Zvýšenie stráviteľnosti, zmena arómy, chuti a trvanlivosti Baktérie Homofermentatívne : L. delbrueckii and L. acidophilus Heteroferemntatívne: L. casei and L. plantarum, L. fermentum, L. brevis, L. kefiri, L. sanfranciscensis Kvasinky Kazachstania exigua (Saccharomyces exiguous), Saccharomyces cerevisiae, Candida milleri, C. humilis

31 Ďakujem za pozornosť