Artykuł metodologiczny

Nowoczesny protokół produkcji w celu małoskalowego wytwarzania fermentowanych żywności probiotycznej

25.9K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54365

⸱

10 września 2016

 ,  ,  , 
1Yoba for Life Foundation, 2Department of Molecular Cell Biology, Vrije Universiteit Amsterdam (VUA), 3Uganda Industrial Research Institute (UIRI), 4Micropia, Natura Artis Magistra, 5Department of Microbiology and Systems Biology, Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO)

W tym artykule

Podsumowanie

Opisano protokół produkcji na małą skalę probiotycznego fermentowanego napoju mlecznego z pomocą nowatorskiej bakteryjnej kultury starterowej.

Streszczenie

Nowatorskie konsorcjum suszonych bakterii Lactobacillus rhamnosus yoba 2012 i Streptococcus thermophilus C106 jest hodowane w 1 litrze mleka. Ten świeży starter może być używany do produkcji sfermentowanego mleka i innych sfermentowanych produktów spożywczych zarówno w domu, jak i na małą skalę na obszarach wiejskich. Na świeży starter 1 l mleka pasteryzuje się w garnku, który mieści się w większym garnku zawierającym wodę, umieszczonym na źródle ciepła. W tej łaźni wodnej mleko jest podgrzewane i inkubowane w temperaturze 85 °C przez 30 minut. Następnie mleko schładza się do temperatury 45 °C, przenosi do kolby próżniowej, zaszczepia wysuszonymi bakteriami i pozostawia na co najmniej 16 godzin w temperaturze od 30 °C do 45 °C. W celu częstej produkcji domowej świeży starter jest zamrażany w postaci kostek lodu, które można wykorzystać do produkcji małych objętości do 2 litrów sfermentowanego mleka. Do celów produkcji na małą skalę w krajach ubogich w zasoby pasteryzację do 100 l mleka przeprowadza się w bańkach na mleko, które umieszcza się w dużym rondlu wypełnionym wodą i podgrzewa na ogniu w temperaturze 85 °C przez 30 minut, a następnie schładza do 45 °C. Następnie 100 L wsad zaszczepia się wspomnianym wcześniej 1 L świeżo przygotowanym starterem. Aby zapewnić efektywną fermentację w temperaturze od 30 do 45 °C, bańka na mleko jest przykrywana kocem na 12 godzin. W przypadku produkcji fermentowanej żywności bez nabiału, świeży starter pozostawia się w gazie serowej na 12 godzin, a odsączoną serwatkę można następnie wykorzystać do zaszczepiania szerokiej gamy surowców spożywczych, w tym warzyw i żywności na bazie zbóż.

Wprowadzenie

Ten artykuł opisuje protokół produkcji, który umożliwia produkcję pożywnego i probiotycznego fermentowanego mleka oraz innych probiotycznych fermentowanych produktów spożywczych za pomocą kultury nasion, która ma udowodnione korzyści zdrowotne. Protokół jest solidny i łatwy do wykonania przez każdego w dowolnym miejscu, w tym w krajach ubogich w zasoby.

W Afryce Subsaharyjskiej 21% zgonów dzieci < 5 roku życia jest spowodowanych biegunką1, z czego 29% jest spowodowanych etiologią rotawirusową, w szczególności2. Wykazano, że codzienne spożywanie sfermentowanej żywności zawierającej zalecaną dawkę 1 x10 10 CFU L. rhamnosus GG stymuluje zdrowie jelit oraz zmniejsza częstość występowania i nasilenie biegunki związanej z rotawirusami3-7.

Pożyteczne bakterie są obecne w szerokiej gamie tradycyjnych fermentowanych produktów spożywczych w całej Afryce Subsaharyjskiej8-10. Jednak te produkty spożywcze są prawie wyłącznie produkowane w domu, mają stosunkowo krótki okres przydatności do spożycia i wiążą się ze zwiększonym ryzykiem bezpieczeństwa ze względu na niekontrolowany charakter fermentacji11. Co więcej, konsumpcja tych tradycyjnych produktów spożywczych spada z powodu urbanizacji i ogólnej westernizacji diety w Afryce10,12.

Generyczna bakteria probiotyczna L. rhamnosus yoba 201213, która jest identyczna z L. rhamnosus GG, została wprowadzona po wygaśnięciu pierwotnego patentu na L. rhamnosus GG14. Suszona kultura nasion ma Aw około 0,1, co utrzymuje wysoką żywotność po okresie przechowywania wynoszącym co najmniej jeden rok w temperaturze pokojowej (dane nie pokazane).

Kultura nasion jest pakowana w porcje po 1 g i może być wykorzystana do produkcji maksymalnie 100 litrów fermentowanego mleka. Przy produkcji jednej lub dwóch partii dziennie, kultury starterowe mogą pomóc w osiągnięciu zdolności produkcyjnej do 1000 l tygodniowo z codziennego świeżego mleka.

Użycie L. rhamnosus yoba 2012 z S. thermophilus C106 jako kultury adiuwantowej, która pozwala probiotykowi Lactobacillus na rozmnażanie15, jest unikalnym konsorcjum bakteryjnym, które nie zostało zgłoszone przez innych autorów. Protokół produkcyjny zakłada ponowne zawieszenie zawartości jednego opakowania (1 g) liofilizowanej kultury starterowej (kultury nasiennej) w 1 L mleka, w wyniku czego po inkubacji przez okres 16 godzin powstaje tzw. świeży starter. Świeży starter jest następnie używany do zaszczepienia maksymalnie 100 l mleka. Ta metoda wstępnej inkubacji zmniejsza ilość stosowanych liofilizowanych bakterii, zmniejszając tym samym koszty produkcji w porównaniu z inkubacją bezpośrednią, jak na przykład opisano przezGoffa 16. Formuła zastosowana w protokole opisanym w tym artykule zachowuje zalety kultury liofilizowanej, takie jak stabilność okresu przydatności do spożycia oraz łatwe przechowywanie i obsługę, co skutkuje wysoce powtarzalną fermentacją.

Ponadto, protokół produkcji opisany w tym artykule nie wymaga zaawansowanego technologicznie sprzętu, w przeciwieństwie do standardowych metod produkcji stosowanych w krajach rozwiniętych17.

Na koniec świeży starter może być używany do zaszczepiania innych (niemlecznych) surowców do produkcji szerokiej gamy fermentowanych produktów spożywczych, jak to z powodzeniem pokazano dla Obushera, Kwete, Uji i Zomkom, wszystkich tradycyjnie fermentowanych produktów spożywczych na bazie zbóż z Ugandy (pierwsze dwa), Kenii i Burkina Faso, odpowiednio15. To tylko niewielki ułamek ogromnej ilości fermentowanej żywności wyprodukowanej w Afryce18.

Fermentacja to rozkład makrocząsteczek, takich jak skrobia, cukry i białka, na produkty o zwiększonej strawności, poprzez aktywność enzymów i/lub mikroorganizmów. Fermentacja jest szeroko stosowaną techniką w Afryce Subsaharyjskiej. Wraz z suszeniem i soleniem umożliwia konserwację żywności w przypadku braku urządzeń chłodzących lub technik przemysłowych, takich jak konserwowanie9,19. Tradycyjna fermentacja często wykorzystuje cofanie się, w którym niewielka porcja z poprzedniej partii jest dodawana do nowej partii, aby ułatwić fermentację i zmniejszyć ryzyko niepowodzenia fermentacji11. Harrison i Tomkinsopisują szeroką gamę tradycyjnych afrykańskich fermentowanych produktów spożywczych na bazie kukurydzy, sorgo lub prosa oraz korzystną rolę, jaką te produkty mogą przynieść dzieciom odsadzającym od piersi, na przykład poprzez zmniejszenie biegunki u dzieci i związanej z nią śmiertelności. Nout i Sarkar19 opisują tradycyjną produkcję sfermentowanego dania z manioku, które jest powszechnie spożywane w zachodniej Afryce. Franz i wsp.9 zawierają obszerny opis afrykańskiej fermentowanej żywności sklasyfikowanej jako żywność zbożowa i roślinna, skrobiowe rośliny okopowe i pokarmy zawierające białko zwierzęce. Oprócz tego Narvhus i Gadaga21 szczegółowo opisują tradycyjną produkcję mleka fermentowanego w Afryce.

Do produkcji probiotycznego mleka fermentowanego (lub innych fermentowanych produktów spożywczych), szczególnie w przypadku produkcji domowej, dostępność zamrażarki jest korzystna do przechowywania świeżego startera w zamrożonych porcjach. W krajach ubogich w zasoby produkcja mleka fermentowanego może być dobrze realizowana przez społeczności produkujące mleko. Obecne doświadczenia ze społecznościami lokalnymi w Ugandzie wskazują, że spółdzielnie mleczarskie są odpowiednimi podmiotami do podjęcia produkcji jogurtu z własnych zapasów mleka. Dostępność puszki na mleko jest korzystna, chociaż możliwe jest również, choć mniej korzystne, przygotowanie dużych partii sfermentowanego mleka na większym garnku. Ponadto dostępność energii elektrycznej i związana z tym obecność urządzeń chłodniczych w lokalnych sklepach i kioskach w krajach ubogich w zasoby jest zaletą w rozszerzaniu działalności i zmniejszaniu strat spowodowanych psuciem się. Jednak, jak zostanie to omówione w protokole, dzięki dodatkowi sorbinianu potasu możliwe jest przechowywanie jogurtu przez kilka dni w temperaturze otoczenia i ograniczenie psucia się w przypadku wahań mocy.

Protokół

1. Przygotowanie świeżej przystawki

Aby przygotować świeżą przystawkę, weź 1 litr mleka przetworzonego w ultrawysokiej temperaturze (UHT) lub świeżego mleka krowiego. Jeśli jest to mleko UHT, przejdź do kroku 1.3. Jeśli jest to świeże mleko krowie, przejdź do kroku 1.1.

  1. Badanie mleka na świeże mleko krowie
    1. W celu przeprowadzenia badania organoleptycznego w celu wykrycia nieprawidłowości lub psucia się mleka, należy sprawdzić wygląd mleka i jego zapach.
    2. W teście z użyciem tkaniny na wrzątku przenieś małą próbkę mleka do łyżki stołowej. Trzymaj łyżkę nad źródłem ciepła, aż mleko zacznie wrzeć. Zdejmij łyżkę ze źródła ciepła i spójrz na mleko, aby wykryć oznaki krzepnięcia, które wskazują na złą jakość mleka.
    3. Do badania laktometrem napełnić mlekiem cylinder, szklankę zlewki lub inny pusty przedmiot o wysokości co najmniej 15 cm. Umieść laktometr w mleku. Wskazania laktometru wynoszące 28 lub więcej dla mleka w temperaturze 30 °C wskazują na mleko o wystarczającej gęstości bez dodatku wody.
    4. Do testu na obecność etanolu przygotuj 80% roztwór etanolu w wodzie destylowanej. Wymieszaj równą ilość mleka z równą ilością 80% etanolu, na przykład mieszając łyżeczkę mleka z łyżeczką 80% etanolu w filiżance. Przyjrzyj się mieszance, aby wykryć oznaki krzepnięcia, które wskazują na złą jakość mleka.
  2. W przypadku stosowania świeżego mleka należy je przefiltrować za pomocą sitka lub tkaniny filtracyjnej (wielkość porów 0,1 - 0,5 mm), uprzednio pasteryzowanej we wrzącej wodzie przez 15 min.
  3. pasteryzacja
    1. Przelej mleko do małego garnka i zamknij patelnię pokrywką. Umieść patelnię na nieco większej patelni. Napełnij większą patelnię wodą, do 2 cm poniżej krawędzi mniejszej patelni.
    2. Podgrzej ten zestaw za pomocą odpowiedniego źródła ciepła (np. ogrzewania elektrycznego, palnika gazowego, pieca na węgiel drzewny, ognia opalanego drewnem), aż mleko osiągnie temperaturę 85 °C, mierzoną termometrem laboratoryjnym.
    3. Ustaw źródło ciepła na niskie i utrzymuj temperaturę 85 °C przez 30 minut.
  4. Wyjmij garnek z mlekiem z garnka z wodą i pozwól mu ostygnąć. Opcjonalnie przenieś patelnię do garnka z zimną wodą, aby przyspieszyć proces chłodzenia. Nie zdejmuj pokrywki z patelni, z wyjątkiem wykonywania pomiarów temperatury.
  5. Pozwól mleku ostygnąć do temperatury 45 °C, mierzonej termometrem laboratoryjnym lub kuchennym. W tym momencie przenieść mleko do kolby próżniowej i zaszczepić mleko, dodając zawartość opakowania kultury siewnej (1 g).
  6. Pozostawić zaszczepione mleko na 16 godzin w kolbie próżniowej, aby umożliwić przeprowadzenie fermentacji. Sprawdź końcowe pH sfermentowanego mleka, które powinno wynosić 4,4 lub mniej, mierzone za pomocą pH-metru lub papieru do pomiaru pH.
  7. Po fermentacji mieszaj lub potrząsaj produktem przez około 5 - 10 minut, aby uzyskać gładką konsystencję.
  8. Przechowuj do następnych kroków.
    1. Do produkcji domowej wlej świeży starter do tacki na kostki lodu, aby uzyskać kostki lodu o pojemności 10 ml. Umieść kostki lodu w zamrażarce (-18 °C) i postępuj zgodnie z sekcją 2 w ciągu 3 miesięcy.
    2. W przypadku produkcji w skali do 100 l w warunkach ubogich w zasoby należy postępować zgodnie z sekcją 3, upewniając się, że krok 3.5 zostanie rozpoczęty 16 godzin po zakończeniu kroku 1.5. Alternatywnie, po kroku 1.6 umieść świeży starter w lodówce (7 °C) i przejdź do sekcji 3 w ciągu 5 dni.
    3. W przypadku produkcji szerokiej gamy produktów fermentowanych bez nabiału, należy postępować zgodnie z sekcją 4.

2. Produkcja małych partii na poziomie gospodarstwa domowego

  1. Użyj dowolnej dogodnej ilości mleka (sugerowane 1 - 10 L).
  2. Wykonaj krok 1.1.
  3. Wykonaj krok 1.2.
  4. pasteryzacja
    1. Przelej mleko do małego garnka i zamknij patelnię pokrywką. Umieść patelnię na nieco większej patelni. Napełnij większą patelnię wodą, do 2 cm poniżej krawędzi mniejszej patelni.
    2. Podgrzej ten zestaw za pomocą odpowiedniego źródła ciepła (np. ogrzewania elektrycznego, palnika gazowego, kuchenki na węgiel drzewny, ognia opalanego drewnem), aż mleko osiągnie temperaturę 60 °C, mierzoną termometrem laboratoryjnym lub kuchennym.
    3. Opcjonalnie: W tym momencie dodaj cukier w sugerowanym stężeniu 5% (w/v), mierzonym za pomocą wagi. Dobrze wymieszać łyżką do mieszania uprzednio pasteryzowaną przez zanurzenie we wrzącej wodzie na 15 minut. Kontynuuj podgrzewanie, aż mleko osiągnie temperaturę 85 °C, mierzoną termometrem laboratoryjnym lub kuchennym.
    4. Ustaw źródło ciepła na niskie i utrzymuj temperaturę 85 °C przez 30 minut.
  5. Wykonaj krok 1.4.
  6. Pozwól mleku ostygnąć do temperatury 45 °C, mierzonej termometrem laboratoryjnym lub kuchennym. W tym momencie należy zaszczepić mleko, dodając jedną kostkę lodu (przygotowaną zgodnie z sekcją 1) na każdy litr mleka i przenieść mleko do kolby próżniowej.
  7. Pozostawić zaszczepione mleko w kolbie próżniowej, aby umożliwić przeprowadzenie fermentacji aż do osiągnięcia pH 4,4, mierzonego za pomocą pH-metru lub papieru do pomiaru pH. Szacuje się, że zajmie to 12 godzin.
  8. Wykonaj krok 1.7.
  9. Przelej sfermentowane mleko do lodówki (7 °C) i pozwól mu ostygnąć przez co najmniej 3 godziny przed spożyciem. Przy przechowywaniu w odpowiednim chłodzeniu produkt najlepiej spożyć w ciągu jednego miesiąca.

3. Produkcja na obszarach wiejskich w krajach ubogich w zasoby

Uwaga: Użyj maksymalnie 100 L mleka na 1 L świeżego startera.

  1. Wykonaj krok 1.1.
  2. Wykonaj krok 1.2.
  3. pasteryzacja:
    1. Przelej mleko do bańki na mleko o odpowiedniej wielkości i zamknij puszkę pokrywką. Umieść puszkę na dużej patelni. Napełnij patelnię wodą do najwyższego możliwego poziomu.
    2. Podgrzej ten zestaw za pomocą odpowiedniego źródła ciepła (ogień opalany drewnem jest najszybszym i często najbardziej opłacalnym), aż mleko osiągnie 60 °C, mierzoną termometrem laboratoryjnym lub kuchennym.
    3. Opcjonalnie: W zależności od preferencji smakowych dodaj cukier w proporcji 50 g na litr. Dobrze wymieszaj łyżką do mieszania, która została wcześniej pasteryzowana przez zanurzenie we wrzącej wodzie na 15 minut. Kontynuuj podgrzewanie, aż mleko osiągnie temperaturę 85 °C, mierzoną termometrem laboratoryjnym lub kuchennym.
    4. Zmniejszyć ogień i utrzymywać temperaturę 85 °C przez 30 minut.
  4. Wyjmij puszkę z mlekiem z garnka z wodą i pozwól jej ostygnąć. Aby przyspieszyć proces chłodzenia, przenieś puszkę na patelnię z zimną wodą. Nie zdejmuj pokrywki z puszki, z wyjątkiem pomiaru temperatury.
  5. Pozwól mleku ostygnąć do temperatury 45 °C, mierzonej termometrem laboratoryjnym lub kuchennym. Wyjmij puszkę z miski na zimną wodę. W tym momencie zaszczepij mleko, dodając cały świeży starter (nigdy nie można tego przedawkować).
  6. Owiń bańkę na mleko kocem w celu odizolowania i zapobieżenia szybkiemu spadkowi temperatury (idealnie, aby temperatura utrzymywała się w zakresie od 45 do 35 °C). Pozostaw zaszczepione mleko w puszce, aby umożliwić fermentację, aż do osiągnięcia pH 4,4. Ten proces trwa około 12 godzin.
  7. Wyjmij koc z puszki i otwórz puszkę.
    1. Opcjonalnie: Usuń wodnistą wierzchnią warstwę sfermentowanego mleka, aby uzyskać gładszą konsystencję probiotycznego mleka fermentowanego (jogurtu).
    2. Opcjonalnie: Dodaj sztuczne aromaty spożywcze (np. truskawkowe lub waniliowe), na przykład w stężeniu 0,1% (v/v) dozowane za pomocą miarki lub łyżki o pojemności 10 ml (w zależności od stężenia smaku i preferencji klienta).
    3. Opcjonalnie: Dodaj konserwanty. Opłacalnym i bezpiecznym wyborem jest stosowanie sorbinianu potasu w maksymalnym stężeniu 0,12 g/L (źródło: http://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/4144 zaleca 3 mg/kg masy ciała/dzień).
      Uwaga: Małe dzieci o masie ciała poniżej 10 kg nie powinny przyjmować więcej niż maksymalnie 30 mg sorbinianu potasu przy dawce 250 ml sfermentowanego mleka, co odpowiada dawce około 2 łyżek stołowych na 50 l.
    4. Sfermentowane mleko dokładnie wymieszaj metalową łyżką, która została wcześniej wysterylizowana przez zanurzenie we wrzącej wodzie na 15 minut.
  8. Opcjonalnie: Zapakuj sfermentowane mleko, przełóż do lodówki (7 °C) i schładzaj przez co najmniej 3 godziny przed spożyciem.
    Uwaga: W przypadku przechowywania w odpowiedniej lodówce, w temperaturze poniżej 7 °C, produkt najlepiej spożyć w ciągu dwóch tygodni. W przypadku przechowywania w odpowiednim chłodzeniu i dodawaniu środka konserwującego zgodnie z opisem w ppkt 3.7.3, produkt najlepiej spożyć w ciągu 4 tygodni.

4. Produkcja innych fermentowanych produktów spożywczych

Ta sekcja opisuje produkcję fermentowanej żywności innej niż fermentowane mleko o maksymalnej objętości około 50 L.

  1. Pasteryzuj gazę, zanurzając ją we wrzącej wodzie na co najmniej 15 minut. Przywiąż gazę do sera luźno na misce lub patelni, która może pomieścić około 2 litrów, za pomocą liny lub gumki.
  2. Wlej świeży zaczyn na gazę, unikaj rozlania i zachowaj wystarczająco dużo miejsca między dnem miski a gazą.
  3. Umieść miskę w lodówce w temperaturze około 7 °C na 8-12 godzin, aż około 0,5 l serwatki spłynie z jogurtu do miski.
  4. Użyj serwatki do przygotowania różnych rodzajów sfermentowanej żywności. Przykłady podano poniżej.
    Uwaga: Uzyskana sfermentowana żywność będzie zawierała serwatkę (mleko). Mleko i jego pochodne są uznawane za jedne z najczęstszych składników powodujących alergie i nietolerancje pokarmowe.
    1. Do produkcji Obushera, ugandyjskiego napoju na bazie sorgo lub prosa, należy postępować zgodnie z protokołem opisanym przez Mukisa i wsp.Lokal mieszkalny 22.
    2. W przypadku produkcji Uji, kenijskiej owsianki wytwarzanej z kukurydzy lub sorgo lub mieszanki obu, należy postępować zgodnie z protokołem stosowanym przez Uniwersytet Rolnictwa i Technologii Jomo Kenyatta w Kenii i opisanym przez Korta i wsp.Rozdział 15.
    3. Do produkcji Zomkom, napoju na bazie sorgo z Burkina Faso, postępuj zgodnie z protokołem opisanym przez Christèle i wsp.23 oraz Kort i wsp.Rozdział 15.
    4. Do produkcji Mutandabota, produktu z owoców baobabu i mleka, które jest powszechnie spożywane w południowej Afryce, stosuje się procedurę opisaną przez Mpofu i wsp.24. Należy pamiętać, że w przypadku tego produktu świeży starter, który jest uzyskany w sekcji 1, może być używany bezpośrednio bez uprzedniego wykonywania kroków 4.1 - 4.3.

Wyniki

Lewa strona Tabeli 1 przedstawia schematyczny rysunek sekcji 1 protokołu. Po nim, po prawej stronie tabeli, znajduje się uogólniony wspólny schemat sekcji 2 i 3.

Zarejestrowano profile fermentacji mleka zaszczepionego kulturą startową zgodnie z protokołem produkcji opisanym w niniejszym artykule. Rycina 1 przedstawia fermentację świeżej kultury startowej (opisany w sekcji 1). Rycina 2 przedstawia fermentację mleka fermentowanego (produkt końcowy, opisany w sekcjach 2 i 3). Ponieważ w praktyce w obszarach wiejskich ścisła kontrola temperatury jest trudna, pomiary wykonano w temperaturach 37 °C oraz 45 °C.

W przypadku fermentacji w temperaturze 37 °C profile zakwaszania dwóch testowanych saszetek wykazują niewielką różnicę w momencie rozpoczęcia wykładniczego zakwaszania, wynoszącą około 30 minut, zarówno podczas produkcji świeżej zakwaszacza, jak i produktu końcowego. Końcowe wartości pH obu kultur po 16 hr są identyczne.

Typowe wartości pH i miana dla namnożonych *L. rhamnosus* i S. thermophilus szczepy opisane procedury produkcji różnych produktów fermentowanych można znaleźć w Tabela 2Liczba komórek dla L. rhamnosus i S. thermophilus oznaczono odpowiednio na podłożu agarowym MRS oraz LM17, stosując powszechnie używane mikrobiologiczne metody posiewu. Końcowe liczby komórek *L. rhamnosus* yoba 2012 wynosiły 1,7 x 107, 3,7 x 109 oraz 3,3 x 109 CFU/ml-1 odpowiednio dla mleka fermentowanego, kwete i uji. Końcowe wartości pH wyniosły odpowiednio 4,3 dla mleka fermentowanego oraz 4,2 dla kwete. Wstępne wyniki wykazały, że dodatek sorbinianu potasu przed fermentacją nie wpływa negatywnie, a wręcz zwiększa liczbę żywych *L. rhamnosus* yoba 2012 bakterie w jogurcie dwa tygodnie po produkcji (dane nie przedstawiono).

Rysunek 3 przedstawia wyniki wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z detektorem współczynnika załamania światła (RI) dla mleka niefermentowanego w porównaniu z mlekiem fermentowanym. Wyniki wskazują, że poziom laktozy w mleku spada, natomiast poziomy kwasu mlekowego i galaktozy wzrastają, co jest wynikiem aktywności metabolicznej kultury startowej.

figure-results-1
Rysunek 1. Profil fermentacji świeżej kultury startowej przygotowanej z mleka półtłustego (1,5% tłuszczu, 3,5% białka). Jeden litr mleka zaszczepiono jedną saszetką (1 g) kultury startowej i fermentowano w temperaturze 37 °C (••••, duplikat) oraz 45 °C (- - - -, duplikat) przez 16 hr. Linia prosta (----) przy pH 4,4 została naniesiona jako wskaźnik określenia momentu zakończenia fermentacji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rycina 2. Profil fermentacji mleka fermentowanego (produkt końcowy) przygotowanego z mleka półtłustego (1,5% tłuszczu, 3,5% białka). Jeden litr mleka zaszczepiono 20 g świeżej zakwaszacza i fermentowano w temperaturze 37 °C (••••, duplikat) oraz 45 °C (- - - -, duplikat) przez 16 hr. Linia prosta (----) przy pH 4,4 została wprowadzona jako wskaźnik wyznaczający moment zakończenia fermentacji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

figure-results-3
Rysunek 3. Wzorce elucji HPLC dla mleka niefermentowanego (czarny) oraz mleka fermentowanego przez 16 h z kulturą startową (niebieski). Wzorce elucji wskazują na zużycie laktozy oraz produkcję galaktozy i mleczanu. Cukry oraz słaby kwas zidentyfikowano na podstawie czasu retencji oraz stosunku powierzchni piku absorbancji UV i współczynnika refrakcji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

figure-results-4
Tabela 1. Protokół aplikacji kultury startowej. Aby zobaczyć powiększoną wersję tej tabeli, kliknij tutaj.

figure-results-5
Tabela 2. Propagacja Lactobacillus rhamnosus yoba 2012 w różnych fermentowanych produktach spożywczych. Dane pochodzą od Kort et al.15. Fermentacje przeprowadzano w temperaturze 37 °C, chyba że wskazano inaczej. Liczba komórek L. rhamnosus yoba 2012 oraz S. thermophilus C106 po inokulacji dla obu szczepów wahała się od 1 x 106 do 1 x 107 CFU ml-1. Funkcjonalny mutandabota został przygotowany z zakwaszacza zawierającego wyłącznie L. rhamnosus yoba 2012, zgodnie z opisem Mpofu et al.24; ND – nie określono. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej tabeli.

Plik uzupełniający. Lokalna produkcja i sprzedaż jogurtu probiotycznego w wiejskiej części Afryki. Materiały wideo i zdjęcia zostały zrealizowane w Balawoli i Namagera w Ugandzie w maju 2016 roku. Klip przedstawia łańcuch wartości, począwszy od przyjęcia mleka, przez przetwarzanie, pakowanie, sprzedaż, aż po spożycie partii 50 L jogurtu probiotycznego, przygotowanego przy użyciu jedynie podstawowego wyposażenia. Kliknij tutaj, aby pobrać.

Dyskusja

Prosty protokół produkcji wykorzystujący podstawowe wyposażenie i nowatorską kulturę starterową sfermentowanej żywności opisany w tym artykule ułatwia produkcję wysokiej jakości probiotycznego mleka fermentowanego na poziomie gospodarstwa domowego i na obszarach wiejskich w krajach ubogich w zasoby. Bardzo ważne jest, aby pasteryzować mleko przez co najmniej 30 minut, aby uzyskać wystarczającą redukcję lub eliminację organizmów psujących się i potencjalnych mikroorganizmów chorobotwórczych. Ponadto odpowiednie ogrzewanie powoduje denaturację białka serwatkowego17 , które następnie wiąże się z micelami kazeiny25 , powodując powstawanie wiązań krzyżowych w sfermentowanym mleku26. W związku z tym lepkość produktu końcowego jest zwiększona w porównaniu z mlekiem podgrzanym w mniejszym stopniu27. Bardzo ważne jest również, aby unikać zaszczepiania mleka w temperaturze powyżej 45 °C, ponieważ w wyższych temperaturach bakterie zostaną dezaktywowane.

Podobnie, jeśli jest to możliwe i opłacalne, preferowane jest stosowanie mleka UHT, zwłaszcza do produkcji świeżego startera. Po pierwsze, mleko UHT jest praktycznie wolne od niepożądanych mikroorganizmów. Po drugie, w UHT białka serwatkowe mleka zostały w znacznym stopniu zdenaturowane, co czyni je bardziej dostępnymi dla proteaz bakteryjnych, sprzyjając ich degradacji i późniejszemu rozwojowi bakterii jogurtowych. Podczas procesu schładzania białka częściowo wracają do swojego naturalnego stanu, dlatego ponowne podgrzanie przed inokulacją jest korzystne dla produkcji jogurtu. Przedłużona fermentacja powoduje, że mleko fermentowane ma pH < 4,4, co często jest niepożądane. Fermentację można zatrzymać w odpowiednim czasie, umieszczając sfermentowane mleko w lodówce.

Wykazano, że lokalnie produkowane jogurty w Afryce zawierają znaczne ilości laktokoków28 , takich jak L. lactis, które mogą powodować produkcję peptydów o gorzkim smaku29-32, co jest ogólnie niepożądane31. Dlatego bardzo ważne jest, aby fermentacja zachodziła w temperaturze między 45 a 35 °C15,28. Ponieważ temperatura będzie powoli spadać podczas fermentacji w częściowo kontrolowanym środowisku, inokulacja odbywa się w temperaturze 45 °C, najwyższej dozwolonej temperaturze. Wystarczająca izolacja podczas fermentacji jest niezbędna, aby uniknąć spadku temperatury poniżej 35 °C.

Ręczna produkcja jogurtu na obszarach wiejskich wiąże się ze stosunkowo wysokim ryzykiem zanieczyszczenia mikrobiologicznego organizmami powodującymi psucie się. W szczególności drożdże są zdolne do rozmnażania się w kwaśnych warunkach w jogurcie. Zanieczyszczenie drożdżami może prowadzić do nadmiernej produkcji gazów, zarówno w fazie inkubacji, jak i podczas przechowywania, co prowadzi do natychmiastowego zepsucia jogurtu lub znacznego skrócenia jego okresu przydatności do spożycia33,34. Poziom drożdży można zminimalizować poprzez sterylizację termiczną i/lub czyszczenie podchlorynem sodu wszystkich przyborów i sprzętu przed każdym kontaktem z mlekiem lub jogurtem. Szczególnie po zepsuciu się drożdży wymagana jest surowa i rozległa sterylizacja i czyszczenie w celu wyeliminowania zanieczyszczenia.

Przedstawione powyżej zagrożenia wyraźnie pokazują, że powodzenie stosowania tego protokołu produkcyjnego w krajach ubogich w zasoby jest ograniczone ze względu na jego ręczny charakter, a co za tym idzie, zwiększony wskaźnik psucia się. Wskaźnik psucia się energii elektrycznej staje się jeszcze wyższy w społecznościach, które nie mają urządzeń chłodniczych lub mają bardzo zmienną dostępność energii elektrycznej. Również brak dostępu do wysokiej jakości materiałów opakowaniowych po przystępnych cenach może ograniczać stosowanie opisanego protokołu. Wymagany sprzęt jest podstawowy i uniwersalny, ale niezbędny jest termometr laboratoryjny lub kuchenny. Wreszcie, obecnie tylko niewielka liczba krajów posiada urządzenia do produkcji liofilizowanych kultur starterowych. Większość krajów ubogich w zasoby nie ma takich udogodnień i dlatego jest uzależniona od importu, aby uzyskać ten produkt.

Wśród produktów spożywczych fermentowane mleko, w tym jogurt, jest najczęstszym nośnikiem bakterii probiotycznych. Produkcja mleka fermentowanego nie wymaga specjalnego sprzętu poza termometrem. Tak więc połączenie opisanej powyżej pierwszej generycznej probiotycznej kultury starterowej13 z prostym protokołem produkcji pozwala na powtarzalną, kontrolowaną i bezpieczną produkcję probiotycznego mleka fermentowanego przez prawie każdego w dowolnym miejscu, w tym produkcję na poziomie gospodarstwa domowego i chałupnictwa na obszarach wiejskich w krajach ubogich w zasoby. W tradycyjnie praktykowanych fermentacjach naturalnych nie można zagwarantować równego poziomu bakterii probiotycznych9. Samostabilna kultura starterowa w saszetkach 1 g umożliwia drobnym producentom ekonomiczną produkcję sfermentowanej żywności, bez konieczności kupowania dużych ilości kultur starterowych, które zwykle tracą żywotność po otwarciu opakowania, zwłaszcza gdy są przechowywane w temperaturze pokojowej i przy wysokiej wilgotności względnej, co według naszej wiedzy ma miejsce w przypadku wszystkich innych dostępnych jogurtowych kultur starterowych. Ponadto ilość suszonych bakterii, która jest importowana, pozostaje bardzo niska, poniżej 0,1% stężenia kultury probiotycznej w produkcie końcowym, ponieważ prawie cała kultura starterowa jest produkowana lokalnie dzięki metodzie wstępnej inkubacji, która jest opisana w tym protokole.

Produkcja mleka fermentowanego jest szczegółowo opisana w tym artykule i może być pierwszym krokiem do opanowania sztuki produkcji probiotycznej żywności fermentowanej, która następnie może być stosowana do fermentacji wielu rodzajów innych produktów spożywczych (o których mowa w tym artykule). Aby uszlachetnić podstawowe mleko fermentowane, możliwym kolejnym krokiem jest produkcja mleka fermentowanego z prawdziwych owoców. Wymaga to przygotowania sterylnej konfitury owocowej (mieszanki owoców, cukru i opcjonalnie niektórych dodatków) lub zakupu gotowej konfitury owocowej, która po fermentacji zostanie zmieszana ze sfermentowanym mlekiem35,36.

Oświadczenia

Wilbert Sybesma i Remco Kort są założycielami fundacji Yoba for Life, organizacji non-profit, akredytowanej przez holenderskie organy podatkowe jako Publiczna Instytucja Dobroczynna (PBI), której celem jest promowanie lokalnej produkcji i konsumpcji produktów fermentowanych w Afryce. Produkty fermentowane wytwarzane z kultur nasion Yoba, w tym jogurt, zomkom, obushera i mutandabota nie są sprzedawane przez fundację jako takie, ale fundacja Yoba for Life stymuluje lokalną produkcję i własność, umożliwiając działalność generującą dochód afrykańskim przedsiębiorcom w sektorze spożywczym. Fundacja Yoba for Life zajmuje się dystrybucją i sprzedażą gotowych do użycia saszetek z suszonymi kulturami nasion bakteryjnych za pośrednictwem sieci partnerów i wolontariuszy, aby ułatwić lokalną produkcję produktów mlecznych i zbożowych poprzez kontrolowaną fermentację bakteryjną.

Podziękowania

Autorzy dziękują projektowi East African Dairy Development (EADD) za ich praktyczne wsparcie w terenie w szkoleniu spółdzielni mleczarskich na wiejskich terenach Ugandy w zakresie produkcji mleka fermentowanego. CSK Food Enrichment jest uznany za producent, kontrolę jakości i ocenę zdolności fermentacyjnych kultur starterowych. Firma Lactosan GmbH & Co, Austria, jest uznawana za pomoc w produkcji. Autorzy dziękują Karin Overkamp (TNO Microbiology and Systems Biology, Zeist, Holandia) za analizę HPLC oraz Derrickowi Assimwe (UIRI) za nagranie wypowiedzi autorów w Ugandzie. Nagrania te miały miejsce podczas wspieranego przez IDRC spotkania inauguracyjnego projektu Fermented food for life (CIFSRF Phase 2) w Entebbe w Ugandzie w maju 2016 r. Uniwersytet VU w Amsterdamie i muzeum Micropia są wdzięczne za wkład finansowy i udostępnienie zaplecza laboratoryjnego do produkcji filmu opisanego w tym artykule. Autorzy dziękują Wimowi van Egmondowi za mikroskopię bakterii jogurtowych.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Kultura starterowaYoba Fundacja Yoba forLife-Mleko
Pozyskiwane od lokalnej krowy-Świeże, pełne mleko, wolne od antybiotyków i pozyskiwane od zdrowej krowy
Opcjonalniecukier Zakupiony w lokalnym supermarkecie- użyto Canesuger, ale możliwy jest również cukier buraczany. Wolny od zanieczyszczeń
Termometr laboratoryjnyNarang Scientific IndustriesTM-01
LaktometrNarang Scientific IndustriesLM-01
Etanol 96%Sigma Aldrich476226
Papier pHMacherey-Nagel GmbH & Co90206
GazaBeyond Gourmet-Każdawysokiej jakości ściereczka do sera spożywczego może to zrobić
Sito / sitkoCuisinartCTG-00-3MSKażde sitko o drobnych oczkach może to zrobić, ale preferowane są sitka ze stali nierdzewnej.
Termos 1 L Kupionyw lokalnym magazynie-
Patelnia 1 L + pokrywkaKupiony w lokalnym magazynie-Patelnia
2 LKupiony w lokalnym magazynie-Dowolny materiał żaroodporny i wodoodporny wystarczy
Patelnia 50 LKupiony w lokalnym magazynie-Wystarczy dowolny materiał żaroodporny i wodoodporny Puszka
na mlekoNarang Scientific IndustriesMC-SS-30Każda puszka na mleko ze stali nierdzewnej może to zrobić
Kockupiony w lokalnym magazynie-im grubszy koc, tym lepsza izolacja
ze stali nierdzewnej

Bibliografia

  1. Kosek, M., Bern, C., Guerrant, R. L. The global burden of diarrhoeal disease, as estimated from studies published between 1992 and 2000. Bull. World Health Organ. 81, 197-204 (2003).
  2. Parashar, U. D., et al. Global Mortality Associated with Rotavirus Disease among Children in 2004. J. Infect. Dis. 200, 9-15 (2009).
  3. Szajewska, H., Skòrka, A., Ruszczyński, M., Gieruszczak-Białek, D. Meta-analysis: Lactobacillus GG for treating acute diarrhoea in children. Aliment. Pharmacol. Ther. 25, 871-881 (2007).
  4. Guandalini, S. Probiotics for Prevention and Treatment of Diarrhea. J. Clin. Gastroenterol. 45, 149-153 (2011).
  5. Guarino, A., Guandalini, S., Vecchio, A. L. Probiotics for prevention and treatment of diarrhea. J. Clin. Gastroenterol. 49, 37-45 (2015).
  6. Allen, S. J., Martinez, E. G., Gregorio, G. V., Dans, L. F. Probiotics for treating acute infectious diarrhoea. Cochrane Database Syst Rev. 11, (2010).
  7. De Roos, N. M., Katan, M. B. Effects of probiotic bacteria on diarrhea, lipid metabolism, and carcinogenesis: a review of papers published between 1988 and 1998. Am. J. Clin. Nutr. 71, 405-411 (2000).
  8. Sybesma, W., Kort, R., Lee, Y. -K. Locally sourced probiotics, the next opportunity for developing countries. Trends Biotechnol. 33, 197-200 (2015).
  9. Franz, C. M. A. P., et al. African fermented foods and probiotics. Int. J. Food Microbiol. 190, 84-96 (2014).
  10. Reid, G., et al. Harnessing microbiome and probiotic research in sub-Saharan Africa: recommendations from an African workshop. Microbiome. 2, 12(2014).
  11. Holzapfel, W. H. Appropriate starter culture technologies for small-scale fermentation in developing countries. Int. J. Food Microbiol. 75, 197-212 (2002).
  12. Monachese, M., et al. Probiotics and prebiotics to combat enteric infections and HIV in the developing world: a consensus report. Gut Microbes. 2, 198-207 (2011).
  13. Kort, R., Sybesma, W. Probiotics for every body. Trends Biotechnol. 30, 613-615 (2012).
  14. Gorbach, S. L., Goldin, B. R. Lactobacillus acidophilus strains of bacteria and compositions thereof. EPO199535. , (1986).
  15. Kort, R., et al. A novel consortium of Lactobacillus rhamnosus and Streptococcus thermophilus for increased access to functional fermented foods. Microbial Cell Factories. , (2015).
  16. Douglas Goff, H. Dairy Science and Technology Education Series. , University of Guelph, Food Science. (2015).
  17. Tribby, D. The Sensory Evaluation of Dairy Products. Clark, S., Costello, M., Drake, M., Bodyfelt, F. , Springer US. 191-223 (2008).
  18. Odunfa, S. A. African fermented foods: from art to science. MIRCEN J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 4, 259-273 (1988).
  19. Nout, M. J. R., Sarkar, P. K. Lactic Acid Bacteria: Genetics, Metabolism and Applications. Konings, W. N., Kuipers, O. P., Veld, J. H. , Springer. Netherlands. 395-401 (1999).
  20. Harrison, P. M. B. D. T., Tomkins, A. M. Fermented cereal gruels: Towards a solution of the weanling's dilemma. Food Nutr. Bull. 13, (1991).
  21. Narvhus, J. A., Gadaga, T. H. The role of interaction between yeasts and lactic acid bacteria in African fermented milks: a review. Int. J. Food Microbiol. 86, 51-60 (2003).
  22. Mukisa, I. M., et al. The dominant microbial community associated with fermentation of Obushera (sorghum and millet beverages) determined by culture-dependent and culture-independent methods. Int. J. Food Microbiol. 160, 1-10 (2012).
  23. Christèle, I. -V., et al. Traditional recipes of millet-, sorghum-and maize-based dishes and related sauces frequently consumed by young children in Burkina Faso and Benin. , (2010).
  24. Mpofu, A., et al. Development of a locally sustainable functional food based on mutandabota, a traditional food in southern Africa. J. Dairy Sci. 97, 2591-2599 (2014).
  25. Lucey, J. A., Singh, H. Formation and physical properties of acid milk gels: a review. Food Res. Int. 30, 529-542 (1997).
  26. Lucey, J. A. Formation and Physical Properties of Milk Protein Gels. J. Dairy Sci. 85, 281-294 (2002).
  27. Lucey, J. A. Cultured dairy products: an overview of their gelation and texture properties. Int. J. Dairy Technol. 57, 77-84 (2004).
  28. Mukisa, I. M., Kyoshabire, R. Microbiological, physico-chemical and sensorial quality of small-scale produced stirred yoghurt on the market in Kampala city, Uganda. Nutr. Food Sci. 40, 409-418 (2010).
  29. Omaea, M., Maeyama, Y., Nishimura, T. Sensory Properties and Taste Compounds of Fermented Milk Produced by Lactococcus lactis and Streptococcus thermophilus. Food Sci. Technol. Res. 14, 183-189 (2008).
  30. Bockelmann, W., Kiefer, B., Geis, A., Teuber, M. Milk Proteins. , Springer. 225-227 (1989).
  31. Tamime, A. Y., Robinson, R. K. Tamime and Robinson's yoghurt: science and technology. , Elsevier. (2007).
  32. Tamime, A. Y., Deeth, H. C. Yogurt: Technology and Biochemistry. , (1980).
  33. Fleet, G. Spoilage Yeasts. Crit. Rev. Biotechnol. 12, 1-44 (1992).
  34. Viljoen, B. C., Lourens-Hattingh, A., Ikalafeng, B., Peter, G. Temperature abuse initiating yeast growth in yoghurt. Food Res. Int. 36, 193-197 (2003).
  35. Low fat thin-bodied yogurt product and method. Google Patents. , (1989).
  36. Bamforth, C. W., Ward, R. E. The Oxford Handbook of Food Fermentations. , Oxford Handbooks. 385(2014).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Lactobacillus rhamnosusStreptococcus thermophiluspasteryzacja mlekainkubacja w kolbie pr niowejmro one kultury startoweprodukcja na ma skalrodowiska o ograniczonych zasobachbadanie jako ci mlekapH mleka fermentowanego

Powiązane artykuły