Μικροβιολογία Τροφίμων ΙΙΙ Ενότητα 2: Μικροβιακές Καλλιέργειες(2/5), 1ΔΩ Τμήμα: Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής Του Ανθρώπου Διδάσκοντες: Καμιναρίδης Στέλιος, Καθηγητής Ακτύπης Αναστάσιος, Λέκτορας
Μαθησιακοί Στόχοι Να γνωρίζουν oι φοιτητές: Ποια ωφέλιμα μικρόβια χρησιμοποιούνται κατά την παρασκευή των διαφόρων γαλακτοκομικών προϊόντων. Τι είναι οξυγαλακτικά βακτήρια (LAB) ή εκκινητές (Starters) Τι είναι ομοζυμωτικά και ετεροζυμωτικά βακτήρια. Ποιος ο σκοπός της χρησιμοποίησης των ωφέλιμων μικροβίων και ποιες μεταβολές επιφέρουν στα συστατικά του γάλακτος. Τα χαρακτηριστικά και τους παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη των μικροβίων. Τα ελαττώματα των οξυγαλακτικών καλλιεργειών
Λέξεις Κλειδιά 1/2 Οξυγαλακτικά βακτήρια (LAB) Καλλιέργειες εκκίνησης (Starters) Καλλιέργειες (Cultures) Ομοζυμωτικά βακτήρια Ετεροζυμωτικά βακτήρια Προβιοτικά βακτήρια Επιπρόσθετες καλλιέργειες Προστατευτικές καλλιέργειες Συμπυκνωμένες λυοφυλιωμένες ή καταψυγμένες καλλιέργειες (DVS)
Λέξεις Κλειδιά 2/2 Οξυγαλακτικά βακτήρια (LAB) Σύστημα Lewis Σύστημα Jones Phage Ressistan Medium (PRM) Πρεβιοτικά Βακτηριοσίνες Τροποποιημένες καλλιέργειες (Modified or attenuated starters)
Παραγωγή των Συμπυκνωμένων Λυοφιλιωμένων Οξυγαλακτικών Καλλιεργειών Προετοιμασία του εμβολίου Προετοιμασία του ειδικού μέσου ανάπτυξης που αποτελείται από αποστειρωμένο διάλυμα σκόνης άπαχου γάλακτος στο οποίο έχει προστεθεί γλυκόζη, εκχύλισμα ζύμης και υδρολυμένη πρωτεΐνη. Εμβολιασμός του μέσου ανάπτυξης.
Παραγωγή των Συμπυκνωμένων Λυοφιλιωμένων Οξυγαλακτικών Καλλιεργειών Συνεχής αυτόματη εξουδετέρωση του γαλακτικού οξέος του μέσου ανάπτυξης με προσθήκη NH 4 OH ή NaOH ούτως ώστε να έχουμε ph 6 και αυξημένη παραγωγή κυττάρων γιατί ως γνωστό το γαλακτικό οξύ που παράγεται δρα ανασταλτικά στον πολλαπλασιασμό των οξυγαλακτικών μικροοργανισμών. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνεται ένας αριθμός κυττάρων 10 10 /ml υγρής καλλιέργειας. Προσοχή να μην κατέβει το ph κάτω του 4,6. Συλλογή των κυττάρων στο στάδιο της λογαριθμικής φάσης ανάπτυξής τους.
Παραγωγή των Συμπυκνωμένων Λυοφιλιωμένων Οξυγαλακτικών Καλλιεργειών Συμπύκνωση των κυττάρων. Αυτή μπορεί να γίνει είτε με μηχανικά μέσα σε χαμηλή θ/α 2-4 0 C όπως ο φυγοκεντρικός διαχωριστήρας (15000-20000g) η οποία όμως μπορεί να προκαλέσει μηχανικούς τραυματισμούς στα βακτήρια, είτε με μικροδιήθηση χρησιμοποιώντας ειδικά φίλτρα τα οποία κατακρατούν τους μικροοργανισμούς (cut of > 0.05μm). Επεξεργασία των κυττάρων της καλλιέργειας με ίσο βάρος κρυοπροστατευτικών υλικών.
Παραγωγή των Συμπυκνωμένων Λυοφιλιωμένων Οξυγαλακτικών Καλλιεργειών Αποξήρανση της καλλιέργειας με λυοφιλίωση. Έτσι με τη συμπύκνωση μπορούμε να επιτύχουμε κυτταρική συγκέντρωση στη συμπυκνωμένη και αποξηραμένη με ψύξη υπό κενό καλλιέργεια της τάξης των 10 11 cfu./g. Συσκευασία αυτής σε φακέλους αλουμινίου ενισχυμένους με πλαστικό φιλμ ούτως ώστε να είναι αδύνατη η εισροή οξυγόνου (0 2 ) και ακτινών φωτός. Αποθήκευση σε κοινό οικιακό καταψύκτη (-18 C) για τουλάχιστον 5 μήνες ή και περισσότερο αν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη.
Παραγωγή των Συμπυκνωμένων Λυοφιλιωμένων Οξυγαλακτικών Καλλιεργειών Ευκολία στη χρήση, μιας και αυτές προστίθενται κατευθείαν στον προς τυροκόμηση γάλα χωρίς καμία προηγούμενη προετοιμασία. Δεν απαιτούνται οι σχετικές εγκαταστάσεις για τη διατήρηση μητρικής και ενδιάμεσης καλλιέργειας και για την ανανέωση των καλλιεργειών. Μείωση από πιθανές επιμολύνσεις ή μολύνσεις από βακτηριοφάγους γιατί προστίθενται κατευθείαν στον τυρολέβητα και δεν απαιτούνται οι ανακαλλιέργειες.
Παραγωγή των Συμπυκνωμένων Λυοφιλιωμένων Οξυγαλακτικών Καλλιεργειών Δεν υπάρχουν γενετικές παραλλαγές αφού πλέον η καλλιέργεια δεν ανανεώνεται από τους χρήστες. Η παραγωγή του ζυμωμένου τελικού προϊόντος είναι πιο σταθερής ποιότητας γιατί είναι πιο ελεγχόμενος ο αριθμός των μικροβίων και η αναλογία των κλώνων που συμμετέχουν στην καλλιέργεια που προστίθεται στο επεξεργαζόμενο γάλα.
Παραγωγή των Συμπυκνωμένων Λυοφιλιωμένων Οξυγαλακτικών Καλλιεργειών Ο μακρύς χρόνος ζωής τους και οι ελάχιστες απαιτήσεις σε ευκολίες ψύξης. Οι καλλιέργειες είναι δυνατό να αποσταλούν εύκολα στους χρήστες διαμέσου ταχυδρομείου χωρίς την ύπαρξη ειδικής αλυσίδας μεταφοράς, την οποία βεβαίως απαιτούν οι κατεψυγμένες καλλιέργειες.
Προστατευτικά Συστήματα Εμβολιασμού 1/2 των Καλλιεργειών από Επιμολύνσεις Βακτηριοφάγων. 1) Σύστημα Lewis: Χρησιμοποιούνται πλαστικές φιάλες για τη μεταφορά της μητρικής ή ενδιάμεσης καλλιέργειας που πιέζονται και ωθούν την καλλιέργεια δια μέσου μιας αποστειρωμένης βελόνας εμβολιασμού χωρίς να εισέρχεται ή να εξέρχεται αέρας.
Προστατευτικά Συστήματα Εμβολιασμού 2/2 των Καλλιεργειών από Επιμολύνσεις Βακτηριοφάγων. 2) Σύστημα Jones: Χρησιμοποιείται φιλτραρισμένος ( αποστειρωμένος) αέρας για τη μεταφορά της μητρικής καλλιέργειας στην ενδιάμεση και της ενδιάμεσης στο προς επεξεργασία γάλα.
Υπόστρωμα Ανάπτυξης Καλλιεργειών Ανθεκτικό στους Φάγους (Phage Ressistan Medium) Η σύνθεση του υποστρώματος αυτού είναι: Γάλα, ζάχαρη, παράγοντες αναπτύξεως και φωσφορικά άλατα Na που δεσμεύουν το ελεύθερο Ca που έχουν ανάγκη για την ανάπτυξή τους οι βακτηριοφάγοι [NaH 3 (P 2 O 7 ) -4 ]
Συμπληρωματικές και Νέες Καλλιέργειες 1/2 Eπιπρόσθετες καλλιέργειες (culture adjuncts). Ορισμός: Αυξάνουν τις επιθυμητές οργανοληπτικές και θρεπτικές ιδιότητες των γαλακτοκομικών προϊόντων και χρησιμοποιούνται επιπρόσθετα της βασικής χλωρίδας των οξυγαλακτικών βακτηρίων.
Συμπληρωματικές και Νέες Καλλιέργειες 2/2 Π.Χ. Τα ετεροζυμωτικά βακτήρια του γένους Leuconostoc και ο Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis. (βούτυρο, άπαχα τυριά). Το βακτήριο Propionibacterium shermannii που δημιουργεί τις επιθυμητές οπές στα τυριά τύπου γραβιέρας και συνθέτει τη βιταμίνη Β 12. Ο Lactococcus lactis var. taette (αύξηση του ιξώδους στο προϊόν taette ή άλλα παχύρρευστα προϊόντα. Ο μύκητας Penicillium roqueforti στην μάζα των τυριών Roquefort, Stilton, Gorgonzola και άλλων blue veined cheese Ο μύκητας Penicillium camemberti ή caseicolum στην επιφάνεια των τυριών Camembert, Brie κ.α. Το βακτήριο Brevibacterium linens στην επιφάνεια ορισμένων μαλακών τυριών (π.χ. Βrie, Limburger, Brick, Munster, Saint Paulin, κ.ά.)
Προβιοτικά βακτήρια (probiotics) 1/3 Ορισμός: Οι μικροοργανισμοί αυτοί επιδρούν ευνοϊκά στην υγεία του ανθρώπου και ανήκουν στα γένη Bifidobacterium (Bifidobacterium bifidus), Lactobacillus (Lb. acidophillus, Lb. casei, Lb. rhamnosus) και Enterococcus.
Προβιοτικά βακτήρια (probiotics) 2/3 Χαρακτηριστικά: Τα βακτήρια αυτά αποτελούν μέρος της φυσιολογικής μικροβιακής χλωρίδας του εντέρου του ανθρώπου. Τα βακτήρια αυτά μαζί με τα προϊόντα μεταβολισμού τους δρουν ανταγωνιστικά έναντι παθογόνων ή δυνητικά επιβλαβών για τον άνθρωπο μικροοργανισμών που εδρεύουν στη γαστρεντερική χώρα και αντιμετωπίζουν διαρροϊκές καταστάσεις.
Προβιοτικά βακτήρια (probiotics) 3/3 Χαρακτηριστικά: Συνιστάται η χρήση τους ιδιαίτερα μετά τη θεραπεία με αντιβιοτικά για να επαναφέρει την εντερική ωφέλιμη μικροχλωρίδα. Έχουν διαπιστωθεί σε αυτά αντικαρκινογόνος δράση και αντιχοληστερινικές ιδιότητες. Παράγουν βιταμίνες κυρίως του συμπλέγματος Β. Συμβάλλουν στην ανανέωση του βλεννογόνου του εντέρου και των λαχνών. Ευνοούνται στην ανάπτυξή τους από πρεβιοτικά ( μη χωνεύσιμα συστατικά, κυρίως ολιγοσακχαρίτες, που ενισχύουν την ανάπτυξη των προβιοτικών βακτηρίων.
Προστατευτικές Καλλιέργειες (Protective Cultures) 1/4 Ορισμός: Οι μικροοργανισμοί αυτοί παρεμποδίζουν την ανάπτυξη ανεπιθύμητων μικροοργανισμών (Coliforms, Salmonella, Shigella κ.ά.) και προστατεύουν τα προϊόντα από επιμολύνσεις και τοξινώσεις ανεπιθύμητων μικροβίων. Ενδιαφέρον: Υπάρχει συνεχώς αυξανόμενο ενδιαφέρον από τους καταναλωτές γιατί χαρακτηρίζονται με τους όρους φυσικές ή βιο προστατευτικές καλλιέργειες.
Προστατευτικές Καλλιέργειες (Protective Cultures) 2/4 Αντιμικροβιακή δραστηριότητα: Η αντιμικροβιακή δραστηριότητά τους έναντι των ανεπιθύμητων μικροοργανισμών οφείλεται αφ ενός στον συναγωνισμό του υποστρώματος αφ ετέρου στην παραγωγή ουσιών με αντιμικροβιακή δράση. Τέτοιες ουσίες είναι: Γαλακτικό οξύ από τα οξυγαλακτικά βακτήρια. Οξικό οξύ κυρίως από τα Bifidobacterium και Propionibacterium. Προπιονικό οξύ από το Propionibacterium που παρεμποδίζει την ανάπτυξη των ζυμομυκήτων. Άλλα οργανικά οξέα (μυρμηκικό οξύ, βενζοϊκό οξύ).
Προστατευτικές Καλλιέργειες (Protective Cultures) 3/4 Βακτηριοσίνες (π.χ. Nisin από το Lactococcus lactis, Lactocidin, Acidophilin, Acidolin από το Lb. acidophillus, Caseisin 80 από το Lb. casei, Plantaricin από το Lb. plantarum). Υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η 2 Ο 2 ) από τους γαλακτοβακίλλους που ενεργοποιούν in vivo τη γαλακτοϋπεροξειδάση και οξειδώνει τη θειοκυανιούχο ρίζα σε υποθειοκυανιούχο και προκαλεί λύση των κυτταρικών μεμβρανών των Gram-βακτηρίων (E. coli, Salmonella, Pseudomonas) και σταφυλοκόκκων.
Προστατευτικές Καλλιέργειες (Protective Cultures) 4/4 Λυσοζύμη από το Lb. acidophillus που προκαλεί λύση των κυτταρικών τοιχωμάτων των ευαίσθητων σε αυτή στελεχών βακτηρίων. Διακετύλιο από τους μικροοργανισμούς Leuconostoc spp., και Lactococcus lactis subsp. diacetylactis που είναι βακτηριοστατικό και μυκητοστατικό. Διοξείδιο του άνθρακος (CΟ 2 ) από τα ετεροζυμωτικά βακτήρια που παρεμποδίζει την ανάπτυξη των αερόβιων βακτηρίων και μυκήτων.
Τροποποιημένες Καλλιέργειες (Modified or Attenuated Starters) Ορισμός: Είναι οι καλλιέργειες που χρησιμοποιούνται μαζί με τις κανονικές οξυγαλακτικές καλλιέργειες και επιταχύνουν την ωρίμαση των τυριών χωρίς να αυξάνουν την παραγωγή γαλακτικού οξέος. Χαρακτηριστικά: Είναι επεξεργασμένες θερμικά ή με λυσοζύμη ή με άλλα υλικά που θανατώνουν τα βακτήρια αλλά διατηρούνται τα ενδοκυτταρικά τους ένζυμα ανέπαφα. Η χρήση τους αυξάνει τη βιομάζα της προστιθέμενης καλλιέργειας και ελευθερώνουν στο τυρόπηγμα τα ενδοκυτταρικά τους ένζυμα με την προσθήκη του αλατιού στα τυριά. Αυξάνουν την πρωτεόλυση και μειώνουν το χρόνο ωρίμανσης των τυριών χωρίς να αυξάνει υπέρμετρα αρνητικά η παραγωγή του γαλακτικού οξέος.
Γενετικά Τροποποιημένα (Genetically Modified ) Μικρόβια Τελευταία η μελέτη της γενετικής σύστασης των στελεχών των βακτηρίων και των χαρακτηριστικών τους και η συνεχής προσπάθεια βελτιώσεως της ποιότητας των ζυμώσιμων προϊόντων οδήγησε στην παραγωγή γενετικά στελεχών με επιθυμητές ιδιότητες. Η γενετική τροποποίηση αφορά σε επιλεκτική μείωση ή αύξηση των μεταβολικών ενζύμων που αφορά την παραγωγή οργανικών οξέων, αρωματικών και άλλων ουσιών. Για τη χρήση αυτών των καλλιεργειών σε πολλές χώρες υπάρχουν νομικοί περιορισμοί.
Βιβλιογραφία 1/3 Ανυφαντάκης, E. Μ. (1992). Oι μικροβιακές καλλιέργειες στη βιομηχανία γάλακτος και η σημασία τους για την ποιότητα των γαλακτοκομικών προϊόντων. Επιμορφωτικά Σεμινάρια στη Γαλακτοκομία με τίτλο Οι οξυγαλακτικές καλλιέργειες στη βιομηχανία γάλακτος σελ. 15-27. Αθήνα: Εθνική Επιτροπή Γάλακτος. Bulletin (1988). Fermented milks science and technology. Starters for fermented milks. No 227, pp 7-34. Brussels: International Dairy Federation. Cogan, T. M. & Hill, C. (1993). Cheese starter cultures. In Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology (Ed. Fox P F) Vol. 1,, pp 179-239, London: Chapman and Hall.
Βιβλιογραφία 2/3 Hickey, M. W., Hillier, A. J. & Jago, G.R. (1986). Transport and metabolism of lactose, glucose and galactose in homofermentative lactobacilli. Appl. Environ. Microbiol. 51, 825-831 Καλατζόπουλος, Γ. (1986). Μαθήματα εφαρμοσμένης μικροβιολογίας γάλακτος και γαλακτοκομικών προϊόντων. Σελ. 52-98, 187-208. Αθήνα: Εκδόσεις Καραμπερόπουλος Α.Ε. Law, B. A. (1987). Proteolysis in relation to normal and accelerated cheese ripening. In Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology (Ed. Fox P F) Vol. 1, pp 365-392, London: Elsevier Applied Science.
Βιβλιογραφία 3/3 Oberg-Broadbent (1993) Thermophillic starter. Journal of Dairy Science 76, 2392-2404. Ramet, J.P. (1986). Lactic Starters. In Cheesemaking. Science and Technology (Ed. Eck, A.) pp 108-125, Paris: Lavoisier Publishing Inc. Tamime, A. Y. 1981 Microbiology of starter cultures. In Dairy Microbiology. The Microbiology of Milk Products (Ed. R. K. Robinson) Vol. 2., pp. 113-156. London: Applied Science Publishers. Anifantakis, E.M. and Kaminarides S.E.(1987). Effect of various starters on the quality of Kefalotyri cheese. Le lait 67, 527-536. Kaminarides S.E. and Anifantakis E.M. (1989) Evolution of the microflora of Kopanisti cheese during ripening. Study of the yeast flora. Lait 69, 537-546
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδεια χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
Σημείωμα Αναφοράς Copyright Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής του Ανθρώπου, Καμιναρίδης Στέλιος, Ακτύπης Αναστάσιος, «Μικροβιολογία Τροφίμων ΙΙΙ». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://oceclass.aua.gr/
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων, π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Η άδεια αυτή ανήκει στις άδειες που ακολουθούν τις προδιαγραφές του Oρισμού Ανοικτής Γνώσης [2], είναι ανοικτό πολιτιστικό έργο [3] και για το λόγο αυτό αποτελεί ανοικτό περιεχόμενο [4]. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ [2] http://opendefinition.org/okd/ellinika/ [3] http://freedomdefined.org/definition/el [4] http://opendefinition.org/buttons/
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.