Utilizarea culturilor lactice pentru imbunatatirea calitatii produselor de panificatie

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

1Nastasia Belc

Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Bioresurse Alimentare, IBA Bucuresti

IBA Bucuresti, www.bioresurse.ro

Culturi lactice

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

2

Cultura = crestere controlata a unui microorganism, in cazul de fata, bacterii lactice, pe medii de cultura de diferentiere si/sau selectiveCultura este incubata o perioada de timp, la temperatura optima

Termenul “bacterii lactice”

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

3

- utilizat ca sinonim la “organisme de acrire a laptelui”.- prima cultura pura a unei bacterii a fost “Bacterium lactis”

(probabil, Lactococcus lactis), obtinuta de J.Lister in 1873. - monografia lui Orla-Jensen (1919) - lucrare cu impact puternic

asupra sistematicii bacteriilor acido-lactice – valabila si in momentul de fataa.

- Orla-Jensen a utilizat cateva caractere ale clasificarii de baza:1. morfologie (coci sau bacili, formarea de tetrade);2. mod de fermentare a glucozei (homo - sau heterofermentatie);3. dezvoltare la anumite temperaturi “cardinale” (de exemplu, 10

si 45°C);4. domeniu de utilizare al glucidului.

Bacteriile (acido)lactice

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

4

- gram-pozitive, nesporulate, catalaza negative, fara citocromi, cu habitat anaerobic, dar aerotolerante, tolerante la acid, strict fermentative, cu acid lactic ca produs final principal in timpul fermentarii zaharului;

- asociate unor medii bogate in nutrienti - lapte, carne, bauturi, legume; cateva sunt membri ai florei normale bucale sau intestinale;

- clasificarea lor in genuri diferite se bazeaza pe: morfologie, mod de fermentare a glucozei, crestere la diferite temperaturi, configuratie a acidului lactic produs, capacitate de a creste la concentratii mari ale sarii, precum si toleranta acida sau alcalina ale acestora.

- bacteriile acido-lactice cuprind urmatoarele genuri: Aerococcus, Alloiococcus, Carnobacterium, Dolosigranulum, Enterococcus, Globicatella, Lactobacillus, Lactococcus, Lactosphaera, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus si Weissella.

- Genul Bifidobacterium prezinta un mod unic de fermentare a zaharului.

Fermentatia lactica

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

5

a produselor cerealiere imbunatateste calitatea alimentelor prin:-dezvoltarea de compusi de aroma;-imbunatatirea valorii nutritionale – prin activitatea proteolitica – eliminand fragmentele alergenice componenti ai proteinei graului (gliadina);-marirea termenului de valabilitate – prin reducerea contaminarii cu mucegaiuri;prin eliminarea factorilor toxici, antinutritionali din produsele alimentare.[1]

Acidul lactic • Siropos, incolor, inodor gasindu-se, natural, in multe produse alimentare.Proprietati de functionalitate tehnologica• ingredient multifunctional: obtinerea emulsifiantilor; imbunatateste

calitatea produselor de panificatie; distrugerea si impiedicarea cresterii bacteriilor daunatoare; agent de fermentare; acidulant.

• participa la formarea gustului specific al produselor;• influenteaza favorabil: insusirile reologice ale aluatului, activeaza

fermentatia drojdiei, volumul, porozitatea si elasticitatea miezului, precum si gustul si aroma produsului finit; de asemenea, acidul lactic are si insusiri bactericide (sau antibiotice).

Proprietati nutritionale• mareste aciditatea intestinala, intensifica activitatea pepsinei si a secretiei

enzimelor digestive si stimuleaza actiunea acestora. • efect de inhibare a microflorei intestinale daunatoare si previne aparitia

unor procese fermentative nedorite. • mareste asimilarea fosforului si calciului. Formarea lactatului de calciu

favorizeaza o mai buna asimilare a calciului, în special, la copii - scade calciul coloidal si creste cantitatea de calciu solubil.

6

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

7

Cresterea fungilor este principala cauza de alterare in produsele de panificatie mai ales din cauza genurilor Aspergillus, Fusarium siPenicillium .

Statisticile arata ca producatorii de paine inregistreaza pierderi importante la painea ambalata din cauza mucegairii painii.Pastrarea produselor de panificatie se face cu tehnici de ambalare, cum ar fi ambalarea in atmosfera modificata sau utilizarea agentilor chimici de conservare, cum ar fi acizi organici: propionic, sorbic, acetic sau benzoic sau saruri ale lor.

Tendintele actuale in industria de panificatie sunt de reducere a substantelor chimice de conservare.

Din acest motiv, nivelul cantitatilor de aditivi sunt redusi prin noile reglementari europene la, de pana la 0.3% pentru painea ambalata, feliata. Oricum, cresterea fungica inca apare si in aceste conditii, insemnand ca pastrarea alimentelor nu este garantata prin aceste metode.

Bacteriile lactice - agenti antifungici

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

8

Bacteriile lactice pot inhiba cresterea mucegaiurilor si limita producerea de micotoxine in paine si mai mult, bacteriile lactice pot fi agenti biologici importanti in asigurarea sigurantei alimentelor. [2]

Weissella confusa, Weissella cibaria, Leuconostoc citreum, Leuconostoc mesenteroides, Lactococcus lactis, Lactobacillus rossiae and Lactobacillus plantarum crescute pe mediu de faina, comparabil cu un sistem alimentar real au fost testate in vederea potentialului lor antifungic – in special impotriva fungilor ce contamineaza produsele de panificatie: Aspergillus niger, Penicillium roqueforti si Endomyces fibuliger.

Rezultatele au indicat o activitate inhibitorie puternica comparabila cu cea obtinuta prin adaos de propionat de calciu (0.3% w/v). Studiul a aratat ca tulpini mai putin studiate ca L. citreum, L. rossiae si W. cibaria pot avea efecte antifungice chiar mai mari decat propionatul.[3]

Bacteriile lactice - agenti antifungici

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

9

Bacteriocinele sunt produse de bacteriile lactice – ex. Lactococcus, Lactobacillus si Pediococcus, ca si Leuconostoc si Carnobacterium .

Bacteriocina nizina - agent antimicrobian natural cu activitate impotriva unui mare numar de bacterii nedorite (patogene) ce se dezvolta in produsele alimentare. Este o peptida produsa de Lactococcus lactis - cultura starter pentru produse lactate

Bacteriile lactice - agenti antifungici

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

10

Bacteriile lactice, prin maiele acide produc hidrocoloizi in painea din faina de grau. Intr-un screening pe 100 de probe de aluaturi, s-au gasit 4 sau 5 tipuri de bacterii lactice care ajuta la prelucrabilitatea aluatului, imbunatatirea termenului de valabilitate si cresterea volumului painii.Efectul se atribuie productiei de exopoliglucide in timpul procesului de fermentare care actioneaza ca si coagulanti si emulgatori.In raportul publicat in revista Food Microbiology s-a aratat ca genuri ca Leuconostoc, Lactobacillus si Weissella produc exopoliglucide. La toate au fost probleme de aciditate crescuta, mai putin la W. confusa.Maielele acide au reputatia de a avea un index glicemic mic si formarea hidrocoloizilor poate imbunatati acest efect.Exopoliglucidele sunt monoglucide si substituenti ne-glucidici, cum ar fi acetat, piruvat, succinat sau fosfat. (ex. Kefiran)

acid hialuronic

Formarea de hidrocoloizi

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

11

Hidrocoloizii (EPS) formati de catre lactobacili in situ in timpul fermentarii maielelor acide pot inlocui hidrocoloizii utilizati pentru imbunatatirea texturii, impotriva invechirii painii, sau ca aditivi prebiotici in productia de paine.

-fructan, glucan sunt cei mai comuni hidrocoloizi izolati din intestin si produsi de Lactobacillus reuteri, Lactobacillus pontis si Lactobacillus frumenti. S-a demonstrat ca prin utilizarea a 6 tulpini de bacterii lactice s-au produs in situ 0,5 - 2 g hidrocoloizi/kg de faina.

Formarea de hidrocoloizi

Bacteriile lactice in panificatie

• stimularea producerii compusilor aromatici si cresterea termenului de valabilitate al produselor.

• faina are o incarcatura de aproximativ 106 germeni/g, în care predomina bacteriile lactice din genul Lactobacillus (L. brevis, L. fermenti, L. plantarum, L. casei, L. leichmanii, L. delbruckii) si numai o parte apartinand genului Streptococcus (S. cremoris) si Leuconostoc (L. cremoris).

• fermentatia lactica este un proces fermentativ anaerob, în care sursele de carbon fermentescibile, sub actiunea echipamentului enzimatic, sunt transformate în acid lactic si produsi secundari: diacetil, acid acetic, alcool etilic si dioxid de carbon. Toate acestea contribuie la maturitatea aluatului, obtinerea gustului, aromei si texturii.

12

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

Bacteriile lactice in panificatie

• Raporturile cantitative ale produsilor rezultati depind de: bacteriile care actioneaza,natura glucidelor fermentescibile, conditiile de preparare ale aluatului, modul de conducere al maielelor, consistenta si temperatura.

• Rolul principal în formarea acidului lactic îl au bacteriile lactice heterofermentative, care au o temperatura optima de 30….35°C. Bacteriile homofermentative au, de asemenea, un rol important, în special cele netermofile.

• Intr-un aluat insamantat cu bacterii lactice se obtine mai mult CO2 decat în cazul unuia neinsamantat.

13

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

Bacteriile lactice in panificatie

• Dintre toate etapele din panificatie, fermentarea si coacerea sunt cele care participa cel mai mult la formarea aromei si savoarei painii.

• Majoritatea glucidelor simple este transformata de catre drojdia de panificatie in timpul fermentatiei alcoolice pentru producerea etanolului si CO2.

• Se estimeaza ca 5 % din glucidele simple sunt angajate in fermentatiile secundare, prin diferite cai metabolice, dintre care si fermentatia lactica care conduce la producerea acizilor organici si a unui numar de compusi volatili ce contribuie la imbunatatirea proprietatilor organoleptice ale painii.

• Tipul de bacterie lactica adaugata in mediu are un efect asupra compozitiei in aminoacizi liberi, in acizi organici si, de asemenea, in compusi volatili ca: alcooli, esteri, aldehide si cetone. Toti acesti factori conduc la aroma si savoarea produsului final.

14

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

Culturi starter

• Cultura pura de bacterii lactice – se poate pastra la -100°C sau se usuca prin liofilizare.

• Pornind de la culturi starter se pot obtine maiele lactice concentrate astfel: o faina în suspensie (umiditate 72 - 74 %) inoculata cu cultura starter (L. fermenti 10 %) a fost fermentata 24 ore la 35 - 37°C, ajungand la un pH de 3,5 – 3,6. Maiaua astfel obtinuta poate fi folosita în panificatie, în procedeul direct 4 % si în procedeul direct 8 %.

• extract lacto- bacterian - fermentarea taratelor de grau cu bacterii termofile din genul L. delbruckii Aciditatea extractului dupa 7 ore de fermentare este 10 - 12 grade de aciditate; contine vitamine hidrosolubile, proteine, acid lactic si actiune fitazica, putand fi utilizat ca agent de acidifiere în industria panificatiei. La fabricarea painii, extractul lacto-bacterian imbunatateste insusirile fizice ale aluatului, stimuleaza inmultirea si activitatea fermentativa ale drojdiei. Painea are un volum marit, porozitate mai fina, miez mai elastic, aroma mai placuta, prospetime mai indelungata. Acest extract se adauga în proportie de 5 - 15 %, fata de faina.

•

15

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

Folosirea bacteriilor lactice la imbunatatirea calitatii biscuitilor crackers.

• prin inocularea unui amestec de faina si apa (1:10) cu L. plantarum, amestecand continuu, pana la umplerea unui fermentator - rezervor de 100 l, la un pH de 3,9, timpul de dublare al biomasei este de 30 minute, permitand un stadiu de rata a dilutiei de circa 0,6 (6 l/h).

• acest preferment nu necesita timp de dospire si poate fi folosit, imediat, la fabricarea biscuitilor crackers.

• Granulele de kefir pot sa extinda termenul de valabilitate si aroma painii pe baza de maiele acide (2010)

16

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

Beneficii pentru painea, in special cea obtinuta din faina de extractie mare

17

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11

1. Proprietati antifungice2. Proprietati nutritive:- activitate proteolitica – hidrolizeaza fractiunile gliadinice responsabile de alergii;-activitatea fitazica – hidrolizeaza acidul fitic;- activitate asparaginazica – hidrolizeaza asparagina initiator al acrilamidei;3. Proprietati senzoriale – continut mai mare de alcooli, esteri, aldehide si cetone, textura imbunatatita4. Marire termen de valabilitate5. Inlocuirea unor aditivi chimici (emulgatorii)6. Eficienta economica7. Produse de nisa

Referinte bibliografice[1] G. Rollán*, C.L. Gerez, A. M. Dallagnol, M.I. Torino and G. Font, Update in bread fermentation by lactic acid bacteria, 2010;[2] Lactic acid bacteria could limit toxin and mould growth in bread, report, Syst Appl Microbiol. 2009 Sep;32(6):438-48, 2009.[3] Valerio F, Favilla M, De Bellis P, Sisto A, de Candia S, Lavermicocca P , Antifungal activity of strains of lactic acid bacteria isolated from a semolina ecosystem against Penicillium roqueforti, Aspergillus niger and Endomyces fibuliger contaminating bakery products.[4] Hernández PE, Rodríguez JM, Cintas LM, Moreira WL, Sobrino OJ, Fernández MF, Sanz B., Utilization of lactic bacteria in the control of pathogenic microorganisms in food, Microbiologia. 1993 Feb;9 Spec No:37-48.[5] Tieking M, Korakli M, Ehrmann MA, Gänzle MG, Vogel RF, In situ production of exopolysaccharides during Sourdough fermentation by cereal and intestinal isolates of lactic acid bacteria.Contract 1433/2001: Procedeu biotehnologic de fabricare a painii pe baza de preferment(2001-2004). Rezultat: Biotehnologie de fabricare a painii pe baza de preferment Contract 1/2001: Tehnologie de obţinere a unui ameliorator natural pe principiul sourdough pentru îmbunătăţirea calităţii pâinii (2001-2003). Rezultat: Procedeu de obţinere a unui aluat acid uscat pentru îmbunătăţirea calităţii produselor de panificaţie, Brevet de inventie Nr. 122520/28.08.2009Contract 01-1-CPA-114/2001: Bioprodus antifungic pentru conservarea painii (2001-2003)Rezultat: Bioprodus antifungic pentru conservarea painiiContract 51-005/2007: Sistem integrat pentru reducerea contaminarii cu fungi si micotoxine in industria panificatiei, in scopul cresterii sigurantei alimentare. Rezultat: Aluat acid de secara

18

AS

MP

, B

ucu

rest

i 20

11