Top Banner
FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK Dr. Maráz Anna egyetemi tanár Mikrobiológia és Biotechnológia Tanszék Élelmiszertudományi Kar Budapesti Corvinus Egyetem
49

FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Oct 16, 2021

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Dr. Maráz Anna egyetemi tanár

Mikrobiológia és Biotechnológia TanszékÉlelmiszertudományi Kar

Budapesti Corvinus Egyetem

Page 2: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Ipari fermentációkSejtek (általában mikroorganizmusok) elszaporítása ipari léptékben aerob, ritkábban anaerob körülmények között.

A cél termék előállításaszabályozott fermentációs körülmények között.

Page 3: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Példák ipari fermentációra

1. Szerves vegyületek előállítása, amelyeket élelmiszer adalékokként, enzimekként, antibiotikumokként, motor hajtóanyagokként használnak.

Page 4: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

2. Mikróba sejttömeg (biomassza, egysejtfehérje=SCP) vagy sejtkivonat (protein, peptidek, aminosavak, nukleotidok) előállítása céljából.

♦Pl. takarmányélesztő, élesztőkivonat, mikoprotein (Fusarium graminearumgombamicélium fermentálása étkezési célra).♦Sütőélesztő előállítása

Page 5: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

3. Fermentált élelmiszeripari termékekelőállítása ipari léptékben (pl. joghurt, kefír, sajt, kenyér)

4. Alkoholos italok előállítása (pl. sör, bor)

Page 6: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Fermentált élelmiszerek

Állati vagy növényi eredetű alapanyagok módosítása a mikroorganizmusok

(baktériumok, élesztőgombák, fonalasgombák) anyagcsere tevékenysége

révén.

Page 7: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

A fermentált élelmiszerek táplálkozási előnyei

♦Élelmiszerek választékának növelése (pl. több, mint 1000 féle sajt előállítása)

♦Élelmiszer adalékként való alkalmazásuk (pl. szójaszósz, sajtok)

Page 8: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

♦Tápérték és minőség növelése: - élesztő és élesztőkivonat növeli a fehérje és aminosav, B vitamin tartalmat; - antinutritív anyagok (pl. fitát, lektinek) lebontása; - ásványi anyagok hozzáférésének növelése.♦Eltarthatóság javítása: Anyagcseretermékek megnövelik az alapanyag eltarthatóságát, visszaszorítják a patogéneket (pl. tejtermékek előállítása tejsavas erjesztéssel)

Page 9: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

♦Egészségesebb termékek előállítása: Pl. kefir, joghurt, probiotikus tejtermékek előállítása

♦Emészthetőség javítása: Pl. hüvelyesek (szója, bab) antinutritívoligoszacharidjainak lebontása emészthető monoszacharidokká; laktóz lebontása tejsavvá (laktóz intolerancia!)

♦Toxikus anyagok lebontása:Pl. enzim-inhibitorok lebomlása fermentáció során

Page 10: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Élelmiszeripari erjesztések (fermentációk) típusai

1/ (Tej)savasan erjesztett termékek:♦Tejtermékek: pl. joghurt, kefir, vaj, sajtok♦Fermentált hústermékek: pl. szalámi-és kolbászfélék ♦Erjesztett zöldségfélék: pl. savanyú káposzta, uborka, olívabogyó♦Savanyú kovászos kenyér

Page 11: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

2/ Alkoholosan (élesztőkkel) erjesztett termékek: etanol és CO2 termelése♦Sütőipari termékek: pl. kenyér ♦Alkoholos italok: pl. bor, sör

3/ „Szilárd” fermentációk:általában keleti szójatermékek (pl. tempeh) előállítása

Page 12: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

A tejsavas erjesztés mikrobiológiája

A tejsavas erjesztést elsősorban a tejsavbaktériumok végzik.

Tejsavas erjesztés: Szénhidrátok lebontása anaerob úton tejsavvá.

Page 13: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Tejsavbaktériumok anyagcsere típusai

♦Homofermentatív (homolaktikus) tejsavbaktériumok: csak tejsav keletkezik (pl. Lactococcus, Pediococcus)

♦Heterofermentatív (heterolaktikus) tejsavbaktériumok: tejsav, CO2 és etanol keletkezik (pl. Lactobacillusbrevis, Leuconostoc spp.)

Page 14: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Tejsavas erjedés típusaiHomofermentativ- Heterofermentativ-(homolaktikus ferm.) (heterolaktikus ferm.)Glikolitikus út Foszfoketoláz ut

glükóz

Fruktóz -1,6-P

2 trióz-3-P

2 piruvát

2 tejsav

glükóz

xilulóz-P+CO2

trióz-3-P + acetil-P acetát

piruvát

tejsav Etanol

Tejsav:etanol/acetat: CO2=1:1:1

Glukonsav-P

foszfoketoláz

aldoláz GSP-dehidrogenáz

Page 15: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Példa tejsavbakteriumokra

Homofermentativ: Heterofermentativ:

Lactococcus spp. Lactobacillus brevisStreptococcus spp. Leuconostoc mesenteroidesLactobacillus spp Pediococcus spp.

Page 16: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

♦Aromaképző tejsavbaktériumok: nem szénhidrát komponensek átalakítása aroma anyagokká. Pl. citrát → diacetil(Lactococcus lactis var. diacetylactis); treonin → acetaldehid (Lactobacillusdelbrueckii subsp. bulgaricus)

♦Nyálkaképző tejsavbaktériumok:extracelluláris poliszacharidok (nyálka) képzése (lebomló csomagolóanyagok!)

Page 17: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Tejsavbaktériumok típusai hőmérsékleti igény szempontjából♦Mezofil tejsavbaktériumok: 20-30 oC között erjesztenek. Pl. Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Pediococcus – sajtok, erjesztett zöldségek, hústermékek előállítása

♦Termofil tejsavbaktériumok: 40-45 oC között erjesztenek. Pl. Streptococcus salivarius subsp. thermophilus - joghurt előállítása

Page 18: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Tejipari starterkultúrák I.

•Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris var. diacetylactis

Vaj

•Kluyveromyces marxianus•Saccharomyces cerevisiae•Candida kefir

•Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris •Lactobacillus acidophilus •Lactobacillus kefir •Lactobacillus casei

Kefír

Bifidobacterium bifidum•Lactobacillus acidophilus •Streptococcus salivarius subsp. thermophilus

„probiotikus” joghurt (ABT típusú)

Bifidobacterium bifidum•Lactobacillus acidophilus„probiotikus” joghurt (AB típusú)

•Streptococcus salivarius subsp. thermophilus•Lactobacillus bulgaricus

Joghurt

KíSÉRŐ MIKRÓBÁKSTARTERTERMÉK

Page 19: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Tejipari starterkultúrák II.

PropionibacteriumshermaniiPr. freundenreichii

Streptococcus thermophilusLb.bulgaricusLb. helveticus

Emmentáli sajt

PenicilliumrocquefortiiP. glaucum

Leuconostoc sp. Rokfort-típusúsajtok

PenicilliumcamembertiP. candidumP. caseicolum

Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris var. diacetylactis

Camembert/Briesajtok

Lactococcus lactis subsp. lactis/cremoris var. diacetylactis

Gomolyasajt

KÍSÉRŐMIKRÓBA

STARTERTERMÉK

Page 20: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Penészes érlelésű sajtok

Penicillium camembertiPenicillium rocquefortii

Camembert-típusú sajt Rokfort-típusú sajt

Page 21: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Gyenge, lassú vagy elmaradt tejsavtermelés termék

minőségének romlása, romlást okozó és/vagy patogén mikróbák

elszaporodása

Tejipari starterkultúrák működését gátló hatások

Page 22: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Okok lehetnek♦Bakteriofággal való fertőződés –általában a nyers tejtől ered, főként a félfolytonos sajtgyártásnál jelentkezik.

♦Antibiotikum maradványok a tejben –elsősorban a mastitis (tőgygyulladás) kezelésére adagolt antibiotikumok okozzák. Főként a Streptococcussalivarius subsp. thermophilus érzékeny.Kivárás!!!!

Page 23: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

♦Berendezésekben lévő fertőtlenítőszer maradványok

♦Agglutininek (ellenanyagok) jelenléte –tejbe választódnak ki

♦Plazmidok elvesztése – plazmid által hordozott gének a laktózbontásért, proteáz termelésért, fág-rezisztenciáértlehetnek felelősek

Page 24: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Tejtermékek mikrobiológiai problémái

A savas pH-ból eredően (pH 3,7-4,4) a fermentált tejkészítmények mikrobiológia biztonsága jó!

Page 25: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Mikrobiológiai problémák yoghurt, kefir esetében

♦Gyengébben erjesztett („mild”) joghurt, kefir esetében patogénnel való fertőződésfelléphet.

♦Yoghurtok ízesítése (gyümölcsök, magvak) mikrobiológiai eredetű minőségromlást, esetenként patogénnel való fertőződéstokozhat. Pl. élesztőgombák, penészgombák –gázképzés, C. botulinum – botulizmus

Page 26: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Védekezés ♦Töltőgépek sterilizálása♦Csomagolóanyagok megfelelő tárolása♦Sterilre szűrt levegő beáramoltatása a töltőhelyiségekbe♦UV lámpák alkalmazása a töltő-helyiségben ♦Gyümölcsök, szirupok megfelelő kezelése (szulfit adagolás, sterilizálás) ♦A végtermék hőkezelése vagy konzerváló-szer alkalmazása

Page 27: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Mikrobiológiai problémák sajtok esetében

♦Coliform baktériumokkal való fertőződés → gázképzés, ürülék szag. Higiénés rendszabályok betartása!

♦Klosztridiumokkal való fertőződés → gázképződés. Nisin adagolással kivédhető!

Page 28: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Folyt.

♦Felületi penészedés. Védekezés: alacsony páratartalmú helyiségben való tárolás, viasz vagy műanyag burkolat alkalmazása; tartósítószer (pl. szorbát, pimaricin) adagolása

♦Pseudomonas fertőződés – magas nedvességtartalom/magas pH esetében

♦Patogének elszaporodása (pl. Salmonella, Listeria, E. coli, Staph. aureus) – elsősorban lágy és félkemény sajtok esetében. Védekezés:megfelelő higiénia, pasztőrözött tej, jó minőségű starterek alkalmazása.

Page 29: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Fermentált húskészítmények

Fermentáció előnye:

tápérték nő (protein-tartalom nő), biztonság nő, eltarthatósági idő nő

(néhány naptól évekig), tárolási hőmérséklet magasabb lehet

Page 30: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Fermentált húskészítmények jellegét meghatározza

♦Az alkalmazott hús típusa (sertés, marha, ritkán szárnyas vagy egyéb)♦Termék előállítás technológiája (sózás, nitrit/nitrát adagolása, cukortartalom, fűszerek adagolása).- Nitrit a Gram negatív baktériumokat gátolja - Gram

pozítív baktériumok dominálnak (sztreptokokkuszok, mikrokokkuszok, laktobacilluszok, pediokokkuszok)

-Természetes cukortartalom 0,1%, 0,3-2%szükséges - pH csökkentése (~ 4,8), tejsav vízmegkötő hatású - Fűszerek antimikróbás hatást fejtenek ki

Page 31: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

♦Természetes mikrobióta vagy starterkultúra jellege. Starterek: Lb. plantarum, Pediococcus acidilacti(Debaryomyces sp, Micrococcus spp.)

♦A fermentáció hőmérséklete♦A termék kezelése – hőkezelés, füstölés

♦A termék szárítása

♦A termék penészes érlelése – proteázok és lipázokhatására az aromaanyag termelés nő. Tejsav asszmilálása → pH nő (6,0-6,2). Penicilliumcamemberti, P. roquefortii, P. nalgiovense

Page 32: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Fermentált hústermékek mikrobiológiai problémái

Alacsony pH (min. 5,29) és alacsony vízaktivitás (<0,95) esetén a mikrobiológiai biztonság jó!

Page 33: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Fermentált húskészítmények romlása

♦Felületi nyálkásodás: Pediococcus♦Penészesedés - zöld és fekete penész a felületen: proteázok termelése miatt romlás♦Savanyodás – túlzott tejsavtermelés♦Gázosodás - heterofermentaívtejsavbaktériumok okozzák♦Hús zöldülése – Lb. viridans hidrogén-peroxid termelése okozza

Page 34: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Mérgezés, fertőzés

Helytelen gyártási gyakorlat esetén!

Salmonella, Staphylococcus aureuselszaporodása

Page 35: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

♦Nitrit adagolása vagy termelése (nitrát nitrit)

♦Bakteriocinek termelése (LAB)♦Fűszerek antimikróbás és antioxidánshatása♦Füst fenolvegyületek antimikróbás és antioxidáns hatása♦Újabb termékeknél főzés♦Tartósítószerek (pl. szorbát) adagolása

Biztonságot és eltarthatóságot növeli

Micrococcus spp.

Page 36: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Fermentált zöldségfélékFolyamat:

Zöldségfélék leszedése, begyűjtése

Tisztítás, sérült részek eltávolítása

Sózás – célja lé nyeréséhez a zöldség víztartalmának kivonása vagy lé adagolása

- Ozmózis útján a sejtek víztartalmának leadása

- A sejtek plazmolízisével tápanyagok kerülnek a lébe – baktériumok számára növekedési faktorok

- Az erjesztő mikrobiótát szelektálja – előnyös a tejsavbaktériumok elszaporodásához

-Tejsavas erjesztésLactobacillus brevisLactobacillus plantarumLeuconostoc mesenteroides

Pediococcus pentocaseus- Tárolás, csomagolás

Page 37: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Uborka tejsavas erjedése

A jellemző mikróba csoportok számának változása a pH függvényében

Page 38: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Etanolos erjesztés

Glükóz piroszőlősav acetaldehid etanol glikolizis

Piruvát-dekarboxiláz

Alkohol-dehidrogenáz

CO2NADH2 NAD

Page 39: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

A sörgyártás technológiájaÁrpamaláta Csiráztatás Szárítás Őrlés Cefrézés

Sörléfőzés

Erjesztés

Ászokolás

Fejtés

Kiszerelés

Beoltás élesztővel

Page 40: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Európai sörtípusok• Alsó erjesztésű (lager) sörök

– az erjesztés végén az élesztősejtek kiülepedve a kád/tank alján gyűlnek össze

– Az élesztő törzsek flokkulációs (csomósodó) képességgel rendelkeznek

– A sör CO2 tartalma magas– A főerjedést hosszú ászokolás (érlelés) követi

• Felső erjesztésű (ale) sörök– Az élesztősejtek a főerjedés végén a sör tetejére

felúszva a habban gyűlnek össze– Az élesztő törzsek nem rendelkeznek flokkulációs

(csomósodó) képességgel– A sör CO2 tartalma alacsony

Page 41: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

A sörerjedés mikrobiológiai folyamataiØ Sörlé előkészítése: hűtés, szűrés, levegővel telítésØ Főerjedés

1/ sörlé beoltása, élesztő elszaporodása (biomassza termelés)

2/ erjesztés- maltóz sörélesztő 2 glükóz sörélesztő etanol + CO2- erjedési aromák termelése (vicinális diketonok, főként

diacetil)Ø Utóerjedés

Élesztősejtek kiülepedése (láger sörök) vagy a habban való összegyűlése („ale” sörök)

Ø Ászokolás (láger söröknél)A diacetil lebontása, íz- és illatanyagok átalakítása, termelése, sör stabilizálódása

Page 42: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Oltóélesztő (starter) fajok

Sacch. pastorianus Sacch. cerevisaeés S. cerevisae

(melibiózt hasznosítják) (melibiózt nem hasznosítják)

alsóerjedésű felsőerjedésű(lager) sör (ale) sör

Page 43: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Borászati mikrobiológia

Szőlő mikrob. Erjedés mikrob. Termék mikrob.

Page 44: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

A borkészítés technológiája

szőlő zúzás, préselés must

must beoltása

erjesztésbor lefejtése, kezelése

érleléspalackozás

Sacch. cerevisiae/bayanus

Page 45: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

A BORERJEDÉS MIKROBIOLÓGIÁJA

Must: 150-300 g/l cukor (glükóz, fruktóz)- SO2 adagolása (baktériumok gátlása)

1.Spontán erjedés: A mustban lévő élesztőgombák végzik az erjesztést. Az erjesztő élesztőbióta összetételét a növekvő etanol koncentráció határozza meg. Élesztőgombák eredete: szőlő, talaj (Saccharomycesekkörnyezetből)♦1-2% EtOH-ig: Candida és Pichia fajok ♦ 5-6% EtOH-ig: Kloeckera (Hanseniaspora) fajok♦ 9% EtOH-ig: Brettanomyces fajok♦ 12-16% EtOH-ig: Saccharomyces fajok

Page 46: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

2. Irányított erjedés:

A mustot fajélesztőkkel oltják be, amelyek átveszik az erjesztést

Fajélesztők: különböző borvidékekről izolált, kedvező technológiai tulajdonságú Saccharomyces cerevisiaeés S. bayanus törzsek (általában szárított készítmények)

Page 47: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Biológiai almasavbontás(főleg vörösboroknál)

Az almasav erős savhatású, ezért 5g/l feletti koncentrációban erősen savas ízhatást eredményez.

Almasav eredete: szőlő. A borélesztők nem bontják le

Malolaktikus fermentáció:Tejsavbaktériumok az almasavat tejsavvá erjesztik. Oenococcus (Leuconostoc) oenos színtenyészetek alkalmazása

Page 48: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Sütőélesztő gyártásSaccharomyces cerevisiae

Sütőélesztő gyártás: Ipari fermentációval – élesztő elszaporítása aerob körülmények között

Alapanyag: melasz –szacharóz szénforrás

Szaporitás: levegőztetett, fed-bach (hozzávezetéses) fermentációval. Melasz adagolása az erjedés megindulásáig (katabolit represszió); pH 5-5,5

Termék: présélesztő és aktiv szárított élesztő

Page 49: FERMENTÁLT ÉLELMISZEREK

Sütőélesztő felhasználása

Tészta kelesztése etanolos erjesztéssel – CO2 és etanol keletkezik

Élesztő kelesztőképességét a hajtóerővel mérik (adott térfogat eléréséhez szükséges idő)