Curs 6

UTILIZAREA BACTERIILOR LACTICE PENTRU IMBUNATATIREA

INSUSIRILOR TEHNOLOGICE ALE FAINII SI PENTRU IMBUNATATIREA

CALITATII PAINII

Microorganismele homofermentative =fermenteaza hexozele, cu formare de acid lactic ca produs principal al fermentatiei si de acizi volatili, alcool etilic si dioxid de carbon ca produsi secundari, prezenti sub forma de urme. Bacillus lactis acidi, Bacillus delbruckii, Streptococcus lactic, S. cremonis, S. thermophilus, S. saccharolactic, Lactobacillus caucasicus, L. lactis, L. acidophilis, L. bulgaricus, L. bifidus, L. plantarum, L. casei.La microorganismele fermentatiei lactice, fermentarea hexozelor cu formare de acid lactic are loc dupa calea glicolizei, la fel ca în tesutul muscular, formandu-se, insa, acid lactic racemic.

Alte microorganisme, heterofermentative, sunt capabile sa degradeze substratul, cu formare de acid lactic, alcool etilic, dioxid de carbon, acid acetic, glicerina, manita. Proportia dintre produsii fermentarii variaza în functie de natura “ozei” fermentate, de specia microorganismului si de conditiile mediului de fermentare.

Leuconostoc dextranicum, L. citrovorus, L.mesenteroides, Lactobacillus brevis, L. licopersici, L. pastorianus etc., Microbacterium flavum, M. lacticum s.a. Microorganismele heterolactice fermenteaza “ozele” dupa calea pentozofosfatului.

Dupa echipamentul enzimatic, se pot distinge, trei tipuri de bacterii:

� bacterii lactice obligatoriu homofermentative (contin aldolaza, dar nu au glucozo - 6 - fosfat dehidrogenaza, 6 -fosfogluconat dehidrogenaza);

� bacterii lactice obligatoriu heterofermentative (nu contin aldolaza, au în schimb hexozodehidrogenaze);

� bacterii lactice facultativ homofermentative (care contin atat hexozodehidrogenaze, cat si aldolaza), care fermenteaza hexozele cu formare de acid lactic, pe calea glicolizei.

� Prezenta bacteriilor lactice in microflora intestinala poate fi benefica: cresc competitia pentru nutrienti, produc peptide antimicrobiene si constrang supravietuirea si cresterea bacteriilor daunatoare (in special, cele patogene); controleaza intestinul si scad colesterolului (ex. Bifidobacteriile).

Bacteriile lactice se clasifica in doua categorii:a) Adevarate - G (+), facultativ anaerobe, capabile sa

produca acid lactic in cantitate mare.b) False (pseudofermenti lactici) - G (-), aerobe si facultativ

anaerobe.� Au fost studiate efectele temperaturii si pH-ului asupra

activitatii proteolitice a bacteriilor acido-lactice. Lactobacilii si streptococii termofilici au prezentat o proteoliza mai avansata la 15 si 45°C si streptococii mezofilici au aratat numai o slaba activitate la temperaturile luate în studiu. Variatiile pH-ului au avut, de asemenea, o influenta puternica asupra hidrolizei cazeinei; acest efect a fost mai evident la streptococi decat la lactobacili.

Cele utilizate in industria alimentara sunt cele din prima categorie si cuprind urmatoarele genuri: Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus.

ACTIUNEA BACTERIILOR LACTICE IN ALUAT� stimularea producerii compusilor aromatici si cresterea termenului de

valabilitate al produselor.� Faina are o incarcatura de aproximativ 10(6) germeni/g, în care

predomina bacteriile si anume 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 - 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.

� 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 îl au bacteriile lactice heterofermentative, care au o temperatura optima de 30….35°C. L. fermenti, L. Brevis - au pH-ul cel mai mic (3,7 –3,8) si bacteriile lactice sub forma de coci (Streptococcus cremoris) au un pH de 3,6 – 3,8;

� Bacteriile homofermentative netermofile au, de asemenea, un rol important: pH de 4,0 - 4,9.

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

� Cantitatile microflorei acido-lactice tipice (L. plantarum, L. casei, L. brevis si L. fermenti) din aluatul de secara au crescut dupa adaugarea starterilor din malt fermentat sau nefermentat.

� Cand aluatul a fost fermentat cu adaos de culturi pure de L.plantarum sau L. casei nivelurile acizilor lactic, acetic si propionic din miezul de paine au crescut comparativ cu probele martor (fara adaos de bacterii acido-lactice).

� Adaugarea L. brevis si L. fermenti a marit nivelurile acizilor lactic, acetic si propionic. Nivelurile si proportiile de acizi în paine influenteaza gustul acesteia.

� Acidul lactic este o substanta siropoasa incolora, inodora, gasindu-se, natural, in multe produse alimentare. FDA din SUA aproba utilizarea lui in industria alimentara. Proprietatile lui il fac sa fie un ingredient excelent si multifunctional, astfel: materie prima pentru obtinerea emulsifiantilor; imbunatateste calitatea produselor de panificatie; este utilizat ca conservant in distrugerea si impiedicarea cresterii bacteriilor daunatoare; agent de fermentare; acidulant.

� Acidul lactic participa la formarea gustului specific al produselor, dar prezinta implicatii nutritionale deosebit de interesante:- mareste aciditatea intestinala;- intensifica activitatea pepsinei;- activeaza secretia enzimelor digestive si stimuleaza

actiunea acestora;-inhiba microflora intestinala daunatoare- 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. Acest efect este favorizat si de faptul ca scade calciul coloidal si creste cantitatea de calciu solubil. În acelasi timp, prin micsorarea pH - ului, incepand de la pH = 5,2, legatura organica a fosfatului cu gruparile carboxilice ale proteinelor se disociaza. Totodata, prin fermentatie lactica, fosfatii bibazici trec în fosfati monobazici.

� Acidul lactic influenteaza favorabil: - insusirile reologice ale aluatului;- activeaza fermentatia drojdiei;- volumul, porozitatea si elasticitatea miezului,

precum si gustul si aroma produsului finit; - are si insusiri bactericide (sau antibiotice).� 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.

� 5 % din glucidele simple sunt angajate in fermentatiile secundare, prin diferite cai metabolice.

� Aceste fermentatii apar datorita metabolismelor diverselor microorganisme (drojdie de panificatie, drojdii salbatice, bacterii lactice) prezente si conduc 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.

� Un studiu recent, prin care s-au realizat co-culturi de Lactobacillus brevis subsp. lindneri sau L. plantarum cu S. cerevisiae sau S. exiguus in aluat, nu modifica inmultirea drojdiei, dar conduc la rate crescute de inmultire ale bacteriilor lactice, chiar mai mult decat s-ar obtine prin monoculturi (sinergism).

� culturile mixte de L. brevis subsp. lidneri cu S. cerevisiae sau S. exiguus in mediu fara valina sau leucina, care sunt esentiale pentru cresterea bacteriilor lactice, conduc, totusi, la inmultirea bacteriilor lactice, datorita excretiei acestor aminoacizi de catre drojdie.

� Studiindu-se flora lactica a 12 maiele utilizate la fabricarea painii, in Franta au fost identificate 157 suse de bacterii lactice. Majoritatea izolatelor au fost Lactobacillus. Majoritatea speciilor sunt comune pentru produsele cerealiere: Lb. plantarum, Lb. casei, Lb. delbruekii, Lb. acidophilus, Lb. brevis, Lb. mesenteroides subsp. mesenteroides, Ln. mesenteroidessubsp. dextranicum, Pc. pentosaceus. Aproape 1/3 din bacterii sunt atipice.

� Echilibrul de genuri, specii si tipuri fermentative este variabil de la o maia la alta. Nu exista o flora standard.

� imbunatatirea painii din faina de grau, utilizand maia insamantata cu bacterii lactice.

� maiaua se obtine prin fermentarea unei suspensii de faina cu tulpini de bacterii lactice, care imbogatesc mediul cu acizi organici, glucide cu greutate moleculara mica si substante azotate.

� In maia se mai pot introduce o serie de ingrediente ca zaharuri si grasimi.

� bacteriile mezofile acidolactice din genul Lactobacterium, confera rezistenta painii inhiband dezvoltarea bacteriilor din grupa Bacillus subtilis mesentericus (boala cartofului).

� 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.

UTILIZARE DE CULTURI STARTER IN PANIFICATIE� culturi starter de Lactobacillus sanfrancisco:

- bulion de aluat acru bacterian, care consta în: maltoza, cazeina hidrolizata, extract de drojdie, suspensie de drojdie proaspata si sorbitan polioxietilen monooleat

- incubare la 30°C, 1- 2 zile, în atmosfera de CO2. - multiplicare, biomasa a fost centrifugata, spalata cu solutie de NaCl 0,5%;

- resuspendare intr-un lichid de stabilizare ( 6 parti glicerol, 6 parti solutie apoasa 8 % lapte praf degresat, 2 % glutamat monosodic, 0,5 % sorbitan polioxietilen monooleat). Raportul biomasa/lichid de stabilizare este de ¼. - congelare la -100°C sau uscare prin liofilizare.

� dintr-o suspensie de faina - apa pe care s-au inoculat spori de bacterii active; suspensia s-a incubat si stabilizat cu o solutie de 6 % diglucide si s-a uscat prin liofilizare.

� maiele lactice concentrate: 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 - în panificatie, în procedeul indir. 4 % si în cel direct 8 %.

� Alta posibilitate de utilizare a bacteriilor lactice este sub forma unui extract lacto- bacterian.

- fermentarea taratelor de grau cu bacterii termofile din genul L. delbruckii la o substanta uscata de 2,75 % din care: 0,65 % substante proteice, 0,43 % amidon si 0,23 % substante minerale. - aciditatea extractului dupa 7 ore de fermentare este 10 -12 grade de aciditate: continut de 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.

ROL AL FERMENTATIILOR IN IMBUNATATIREA CALITATII FAINURILOR

FERMENTARE CU BACTERII� Zymomonas mobilis, o bacterie facultativ-anaeroba, Gram-

negativa, produce etanol la o rata de 3 - 4 ori mai repede si mai mult decat Saccharomyces cerevisiae. Z. mobilis trece direct prin calea Entner-Doudoroff producand dioxid de carbon. In timpul fermentatiei alcoolice de catre drojdii, o molecula de glucoza este metabolizata la 2 molecule de etanol prin calea Embden-Meyerhof producand 2 molecule de ATP.

� Z. mobilis nu produce fosfofructokinaza care sa catalizeze conversia fructozei-fosfat la fructoza 1,6 - difosfat. Z. mobilisprin calea Entner-Doudoroff produce numai o molecula de ATP de la o molecula de glucoza. Pe de alta parte, Z. mobiliseste lipsita de enzimele ciclului acizilor tricarboxilici si de sistemul transportului de electroni. Acest lucru conduce la diferente în producerea de biomasa intre Z. mobilis si S. cerevisiae.

� În calea Entner-Doudoroff a Z. mobilis, enzimele cheie ale caii Embden-Meyerhof, cum ar fi fosfofructochinaza si hexokinaza, sunt absente. Etapele finale de la gliceraldehid - 3 - fosfat la etanol sunt comune celor doua cai.

� Astfel, Z. mobilis si S. cerevisiae, teoretic, ar putea sa produca acelasi volum de dioxid de carbon pornind de la acelasi continut de glucoza. Totusi, capacitatea de crestere a Z. mobilis, raportata la masa celulara, reprezentata de viteza de producere de dioxid de carbon, a fost de doua ori mai mare decat cea a drojdiei S. cerevisiae.

� In timpul fermentatiei glucozei, Z. mobilis produce acetaldehida, acid acetic, acid lactic, acetilmetilcarbinol si glicerol.

� Concentratia de acetaldehida in mediul de cultura este mai mare decat cea obtinuta cu S. cerevisiae. Principalele componente ale fractiilor alcoolice au fost propanolul si izoamilalcoolul la Z. mobilis, iar la S. cerevisiae au fost izobutilalcoolul si izoamil alcoolul.

FERMENTARE CU DROJDII� Drojdia de panificatie comuna este Saccharomyces

cerevisiae; in afara acestei specii exista sute de tulpini care au proprietati larg variate.

� Alte cateva specii de drojdii sunt folosite la obtinerea anumitor tipuri de paini: S. exiguus in painea cu aluat acid San Francisco, Candida kruseisi Torulopsis holmii in aluat acid German si S. fructuum, Pichia polymorpha, Hansenula subpelliculosa si Trichsporan margaritiferum in aluaturi acide spaniole. S. rouxii a fost folosita în aluaturi dulci cu continut mare de zahar si S. roseiin aluaturi congelate la care proprietati particulare (osmotoleranta inalta si criorezistenta) le fac valoroase.

� Cand o celula de drojdie este aprovizionata cu o sursa de glucide, ca sursa de energie si o sursa de azot (este suficient ionul amoniu), ea isi sintetizeaza proteina, glucidul structural si alte molecule ale peretilor si continutului.

� Dupa ce se atinge o anumita masa critica se formeaza un mugure la un punct din peretele celulei care creste mai departe, aceleasi fenomene avand loc in mugure.

� Iarasi, dupa o anumita crestere a masei aditionale, nucleul celulei se divide, o jumatate migrand in mugure si cealalta jumatate ramanand in celula mama.

� Mugurele se separa si cele doua celule de drojdie incep din nou ciclul de crestere.

� Cresterea, multiplicarea si reproducerea drojdiei necesita energie, care se obtine prin catabolizarea glucozei, fie prin fermentatie, fie prin respiratie, prima realizandu-se cand este absent oxigenul si ultima avand loc in prezenta oxigenului. Ecuatiile totale sunt urmatoarele:- Fermentatie: C 6 H 12 O 6 = 2CO 2 + 2C 2H 5OH + 2ATP- Respiratie: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2O + 38ATP

� In panificatie, drojdia este utilizata pentru obtinerea unor aluaturi poroase, cu anumite insusiri reologice si care sa castige din punct de vedere al valorii nutritive, digestibilitatii si aromei.

� Daca pentru afanarea aluaturilor se pot utiliza si metode fizice sau chimice de inglobare de gaze in aluat, afanarea aluaturilor prin fermentatie alcoolica asigura celelalte functii ale drojdiei de panificatie.

� Pentru a realiza functiile ei în aluat, drojdia de panificatie trebuie sa posede anumite caracteristici, dupa care se face selectionarea si testarea tulpinilor industriale.

� La fermentarea aluaturilor se utilizeaza aproape in exclusivitate drojdii alcooligene, apartinand genului Saccharomyces (Meyen) Rees si speciei Saccharomyces cerevisiae.

� Tulpinile de Saccharomyces cerevisiae selectionate pentru obtinerea drojdiei de panificatie trebuie sa posede urmatoarele insusiri: - capacitate mare de multiplicare si fermentare in medii vascoase, cu presiune osmotica ridicata; - o buna capacitate maltazica, o buna capacitate de cresterea a aluatului; - o buna conservabilitate; - sa produca o anumita aroma a aluatului; - tulpinile utilizate la obtinerea drojdiei de panificatie uscata activa, trebuie sa aiba si o buna rezistenta in procesul de uscare.

� Drojdia de panificatie fermenteaza glucidele din aluat, formand ca produse principale, dioxidul de carbon si alcoolul etilic. Dioxidul de carbon se acumuleaza în aluat si realizeaza afanarea acestuia.

� La nivelul de microstructura a aluatului, dioxidul de carbon contribuie la desavarsirea structurii tridimensionale a glutenului. Astfel, dioxidul de carbon influenteaza, direct, volumul si porozitatea produsului, prin nivelul de acumulare al acestuia în fazele de dospire si inceputul coacerii si, indirect, prin actiunea mecanica exercitata asupra proteinelor glutenice, pe toata durata fermentarii.

� Drojdia fermenteaza toate glucidele din aluat, respectiv glucidele proprii, precum si maltoza formata prin hidroliza amidonului.

� Monoglucidele (glucoza si fructoza) sunt fermentate direct; diglucidele (zaharoza si maltoza) sunt fermentate numai dupa o prealabila hidroliza cu ajutorul invertazei si, respectiv maltazei. Activitatea maltazica a drojdiei este foarte scazuta.

� În aluat, glucidele nu sunt fermentate concomitent de drojdie

- în primele 60 - 90 minute sunt fermentate glucidele proprii aluatului, glucoza si fructoza;

- maltoza, care se formeaza amilolitic, este fermentata slab în aceasta perioada si se acumuleaza în aluat. Ea incepe sa fie fermentata, în mod activ, numai dupa epuizarea glucozei si fructozei.

� În aluatul preparat cu maia, toate glucidele sunt fermentate, inca, de la inceput la fel de energic ca si la sfarsitul fermentarii. De aici s-a tras concluzia ca în maia are loc activarea completa a echipamentului enzimatic necesar fermentarii glucidelor din aluat.

� Degajarile de dioxid de carbon în maia si aluatul preparat direct au loc dupa o curba care prezinta la un moment dat un minim. Acest minim este atribuit trecerii de la fermentarea glucozei si fructozei la fermentarea maltozei cu viteza apreciabila si corespunde reconstituirii echipamentului enzimatic al drojdiei, adaptarii ei la fermentarea maltozei.

� Dupa acest minim degajarile de gaze prezinta un maxim , apoi ele scad.

� Scaderea degajarilor de dioxid de carbon dupa atingerea maximului din punctul B se datoreaza scaderii continutului de maltoza din aluat si actiunii de inhibare exercitata de produsele de fermentare. Degajarile de gaze în aceasta perioada depind de viteza de formare amilolitica a maltozei.

� În aluatul preparat cu maia curba degajarilor de dioxid de carbon nu prezinta minime, confirmand adaptarea drojdiei la fermentarea maltozei în faza de maia si fermentarea ei concomitent cu glucoza si fructoza.

� aluatul preparat cu maia fluida, în majoritatea cazurilor, are putere de crestere mai mare decat aluatul preparat cu maia consistenta.

� La prepararea aluatului cu drojdii lichide, formarea gazelor în maia si aluat decurge dupa o curba care nu prezinta minime, ceea ce dovedeste ca în drojdiile lichide sunt activate toate enzimele care intervin în fermentarea glucidelor din aluat.

� Pentru durate egale de fermentare si acelasi numar de celule de drojdie, în maiaua preparata cu drojdii lichide sunt fermentate de 2,48 ori mai multe glucide decat în maiaua preparata cu drojdie comprimata. Acest lucru dovedeste ca activitatea enzimelor drojdiei lichide este de circa 2,5 ori mai mare decat a drojdiei comprimate

� Asupra fermentarii drojdiei actioneaza temperatura, aciditatea, pH-ul si continutul de sare al maielei sau aluatului. Cresterea cu 10°C a temperaturii aluatului mareste de doua ori viteza de formare a gazelor. În maia degajarile maxime au loc la temperatura de 31…37°C.

� Acizii di -, tricarboxilici stimuleaza activitatea fermentativa a drojdiei. Adaosul, de 0,1 % fata de faina, de acid succinic, tartric, citric, mareste cantitatea de dioxid de carbon formata cu 9 - 10 %.

� Influenta cea mai mare o are acidul succinic, iar cea mai slaba acidul tartric. Adaosul de 0,7 % sare fata de faina, in maia, reduce cantitatea de gaze formate atat în maiaua fluida, cat si în cea consistenta.

� În prezenta de 1,5 % sare cantitatea de dioxid de carbon scade la 71,4 % fata de martor.