Мезофильные и термофильные закваски: в чем разница и где применяются

Температурный режим — один из основных параметров, по которому классифицируют заквасочные культуры для молочной промышленности. В зависимости от оптимальной температуры роста микроорганизмов закваски принято разделять на мезофильные и термофильные.

Тип культуры влияет на скорость кислотообразования, продолжительность ферментации, структуру сгустка, синерезис, вкусоароматический профиль, поведение продукта во время хранения и, особенно в сыроделии, на дальнейшие процессы созревания.

При этом на практике используются не только чисто мезофильные или термофильные закваски. В одной культуре могут сочетаться микроорганизмы обеих групп — если такое сочетание позволяет получить нужную кинетику ферментации и свойства готового продукта.

Что такое мезофильные и термофильные закваски

Мезофильными называют заквасочные культуры, в состав которых входят микроорганизмы, характеризующиеся оптимальным ростом при умеренных температурах. Для типичных мезофильных молочнокислых бактерий, применяемых в молочной промышленности, оптимальная температура роста обычно находится в диапазоне 25–30 °C, однако конкретные значения зависят от вида и штамма микроорганизма.

Термофильные заквасочные культуры содержат микроорганизмы, оптимальная температура роста которых для большинства традиционно используемых в молочной промышленности штаммов находится в диапазоне 40–45 °C. Такие культуры применяют при производстве молочных продуктов, технология которых предусматривает сквашивание при повышенных температурах.

Указанные температурные диапазоны характеризуют оптимальные условия роста микроорганизмов, но не являются строгими границами их активности. Молочнокислые бактерии могут сохранять способность к росту и кислотообразованию за пределами температурного оптимума, однако интенсивность этих процессов может изменяться. Рабочая температура применения заквасочной культуры определяется ее видовым и штаммовым составом, технологическими свойствами микроорганизмов и особенностями производства конкретного молочного продукта.

Поэтому утверждение, что мезофильная закваска работает исключительно при 30 °C, а термофильная — только при 42 °C, является некорректным. При выборе температурного режима сквашивания необходимо учитывать особенности технологического процесса и руководствоваться рекомендациями производителя конкретной заквасочной культуры.

Основные различия

Разделение заквасочных культур на мезофильные и термофильные основано на температурных характеристиках входящих в их состав микроорганизмов. При этом рекомендуемые температурные режимы применения определяются видовым и штаммовым составом культуры, технологическими свойствами микроорганизмов и особенностями производства конкретного продукта.

Мезофильные закваски

Основу традиционных мезофильных заквасочных культур, применяемых в молочной промышленности, преимущественно составляют молочнокислые бактерии рода Lactococcus. К основным кислотообразующим микроорганизмам относятся Lactococcus lactis и Lactococcus cremoris.

В состав мезофильных заквасочных культур, предназначенных для формирования выраженного вкусоароматического профиля, могут входить цитратположительные штаммы Lactococcus lactis (традиционно обозначаемые как Lactococcus lactis biovar diacetylactis), а также представители рода Leuconostoc. Эти микроорганизмы способны участвовать в метаболизме цитратов с образованием ароматических соединений, в том числе диацетила, который вносит вклад в формирование характерных сливочных нот вкуса и аромата молочных продуктов.

Видовой и штаммовый состав заквасочных культур подбирается с учетом требуемых технологических и органолептических характеристик готового продукта. В зависимости от назначения культуры могут обеспечивать различную интенсивность и динамику кислотообразования, формирование заданного вкусоароматического профиля, а также влиять на вязкость, консистенцию и структуру продукта.

Где применяются мезофильные культуры

Мезофильные заквасочные культуры широко применяются в производстве молочных продуктов, технология которых предусматривает ферментацию преимущественно при умеренных температурах.

К основным областям применения относятся:

• сметана и сметанные продукты;
• творог и творожные продукты;
• различные виды кисломолочных продуктов;
• мягкие и творожные сыры;
• отдельные виды рассольных сыров;
• полутвердые сыры, преимущественно с низкой температурой второго нагревания;
• отдельные виды твердых сыров.

В зависимости от технологии производства мезофильные культуры могут применяться самостоятельно либо в сочетании с термофильными микроорганизмами. Выбор заквасочной культуры определяется особенностями технологического процесса и требованиями к качественным характеристикам готового продукта.

В сыроделии мезофильные культуры применяются прежде всего там, где температура обработки сырного зерна остается относительно невысокой.

При нагревании сырного зерна выше примерно 38 °C активность мезофильных молочнокислых бактерий начинает существенно снижаться. Поэтому при производстве сыров, предусматривающих высокую температуру второго нагревания, одних мезофильных культур может быть недостаточно.

Что дают мезофильные культуры продукту

В зависимости от штаммового состава закваска может обеспечивать:

• заданную скорость нарастания кислотности;
• образование плотного или более нежного сгустка;
• характерный кисломолочный вкус;
• сливочные и ароматические ноты;
• требуемую степень синерезиса;
• необходимую динамику подкисления во время производства и хранения.

Поэтому даже две мезофильные культуры с похожим видовым составом не обязательно будут вести себя одинаково. Значение имеют свойства конкретных штаммов, их соотношение и совместимость.

Термофильные закваски

Термофильные молочнокислые микроорганизмы способны активно развиваться при температурах, при которых активность большинства мезофильных бактерий уже значительно замедляется.

В молочной промышленности к наиболее распространенным представителям относятся:

• Streptococcus thermophilus;
• Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus;
• Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis;
• Lactobacillus helveticus;
• в отдельных заквасочных композициях — Lactobacillus acidophilus.

Одной из наиболее распространенных термофильных культур является Streptococcus thermophilus. Он используется как самостоятельно в составе специализированных заквасок, так и совместно с термофильными лактобациллами.

Например, классическая йогуртная культура включает Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Эти микроорганизмы способны стимулировать развитие друг друга, благодаря чему обеспечивается активное кислотообразование и формируется характерная органолептика йогурта.

Где применяются термофильные культуры

Основные направления:

• йогурты и йогуртные продукты;
• ряженка;
• варенец;
• отдельные виды простокваши;
• некоторые виды творожных и кисломолочных продуктов;
• сыры с высокой температурой обработки сырного зерна;
• сыры типа моцареллы;
• твердые и сверхтвердые сыры.

Особенно важны термофильные культуры в сыроделии. При производстве некоторых твердых сыров температура второго нагревания может достигать 50–56 °C. В таких условиях мезофильная микрофлора значительно подавляется, поэтому технологический процесс строится на применении термофильных микроорганизмов.

Почему нельзя выбирать закваску только по температуре

Температурная группа определяет лишь одну характеристику культуры. Для промышленного производства этого недостаточно.

Допустим, две культуры способны эффективно работать при 30 °C. Это не означает, что они взаимозаменяемы.

Одна может быстро снижать pH и практически не формировать ароматические соединения. Другая — давать более медленное кислотообразование, но выраженный сливочный профиль. Третья может содержать штаммы, образующие экзополисахариды и повышающие вязкость продукта.

Поэтому при подборе закваски учитывают сразу несколько параметров.

Скорость кислотообразования

Для производства важно не только конечное значение pH, но и форма всей кривой ферментации.

Необходимо учитывать:

• продолжительность лаг-фазы;
• скорость снижения pH;
• момент достижения технологической кислотности;
• интенсивность дальнейшего кислотообразования;
• поведение культуры после охлаждения продукта.

Слишком медленное кислотообразование увеличивает продолжительность производственного цикла и повышает риск развития посторонней микрофлоры.

Чрезмерно быстрое снижение pH тоже не всегда желательно: оно способно изменить свойства сгустка, отделение сыворотки и органолептический профиль.

Температурный режим должен соответствовать всему технологическому процессу

При выборе культуры необходимо анализировать не только температуру внесения закваски.

Для сыроделия, например, существенны:

• температура молока в момент внесения культуры;
• продолжительность предварительного созревания;
• температура образования сгустка;
• температура второго нагревания;
• продолжительность обработки зерна;
• скорость охлаждения;
• температура на последующих стадиях.

Если при производстве предусмотрено существенное нагревание зерна, мезофильная культура после определенного этапа будет работать значительно слабее. Термофильная, напротив, продолжит кислотообразование.

Именно поэтому для некоторых видов сыров используют сочетание мезофильных и термофильных микроорганизмов: одна группа обеспечивает необходимое развитие кислотности на ранних или поздних этапах, другая — во время высокотемпературной части процесса.

Смешанные мезофильно-термофильные закваски

Разделение на две группы не означает, что в одной промышленной закваске обязательно должны присутствовать только мезофильные или только термофильные микроорганизмы.

Комбинированные культуры позволяют использовать свойства обеих групп.

Пример — заквасочная культура Golden Time^® SC 30.66 Golden Line^® для производства сметаны. В ее составе используются:

• Streptococcus thermophilus;
• Lactococcus cremoris;
• Lactococcus lactis.

То есть термофильный стрептококк сочетается с мезофильными лактококками. Рекомендуемый режим ферментации этой культуры — 32–33 °C, а продолжительность процесса составляет 7,5–9 часов.

У каждого компонента культуры при этом своя технологическая функция. Streptococcus thermophilus участвует в формировании структуры и продуцирует экзополисахариды, Lactococcus cremoris способствует формированию сливочного вкуса и снижению синерезиса, а Lactococcus lactis участвует в образовании однородного сгустка и кисломолочного вкуса.

Такой пример хорошо показывает, почему нельзя определять свойства промышленной закваски только по одному виду бактерий или относить ее к определенной группе исключительно по температуре ферментации.

Как тип закваски влияет на вкус и аромат

Вкус готового продукта определяется не просто количеством образованной молочной кислоты.

Разные штаммы способны образовывать различный набор метаболитов: органические кислоты, карбонильные соединения и другие вещества, влияющие на органолептику.

Для мезофильных ароматообразующих культур особенно значим метаболизм цитрата. Он связан в том числе с образованием диацетила — одного из соединений, формирующих характерные сливочные ноты.

Для йогуртных термофильных культур важную роль играет взаимодействие Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, определяющее не только скорость ферментации, но и характерный вкусоароматический профиль продукта.

Поэтому задача «получить более сливочный вкус» или «уменьшить выраженность кислотности» решается не просто переходом с мезофильной культуры на термофильную или наоборот. Необходимо подбирать конкретный штаммовый состав.

Как закваска влияет на консистенцию

Культура непосредственно участвует в формировании структуры кисломолочного продукта.

По мере образования молочной кислоты снижается pH, изменяется состояние молочных белков и формируется кислотный гель. Характер этого процесса зависит от скорости подкисления и свойств используемых микроорганизмов.

Отдельные штаммы способны продуцировать экзополисахариды. Они могут повышать вязкость, улучшать влагоудерживающую способность сгустка и снижать выраженность синерезиса.

Особенно существенен этот параметр при производстве:

• сметаны;
• йогуртов;
• густых кисломолочных продуктов;
• продуктов с пониженной массовой долей жира;
• продуктов, в которых производитель стремится уменьшить количество дополнительных стабилизаторов.

Но высокая способность к образованию экзополисахаридов сама по себе не является преимуществом для любого продукта. Избыточная вязкость или тягучесть также могут стать дефектом. Штамм должен соответствовать требуемому реологическому профилю.

Что учитывать при выборе мезофильной или термофильной культуры

На производстве выбор начинается с описания требуемого результата и технологических условий.

1. Вид готового продукта

Йогурту, сметане, творогу и полутвердому сыру требуются разные культуры даже тогда, когда отдельные микроорганизмы в их составе совпадают.

2. Температура ферментации

Рабочий диапазон культуры должен соответствовать существующей технологии и возможностям оборудования.

3. Требуемая продолжительность процесса

При высокой загрузке оборудования даже сокращение ферментации на несколько десятков минут может заметно влиять на производительность линии.

Но ускорение не должно происходить за счет нестабильной структуры или чрезмерного кислотообразования.

4. Целевая кислотность

Необходимо оценивать не только скорость достижения конечного pH, но и дальнейшее кислотообразование после окончания ферментации.

Для продуктов с длительным сроком хранения существенное значение имеет постокисление: слишком активная культура может продолжать снижать pH в упаковке и изменять вкус продукта.

5. Требуемая структура

При подборе культуры учитываются:

• плотность сгустка;
• вязкость;
• способность удерживать влагу;
• склонность к синерезису;
• тиксотропные свойства;
• устойчивость структуры к перемешиванию, перекачиванию и фасовке.

6. Вкусоароматический профиль

Закваски могут формировать нейтральный, выраженно кисломолочный, сливочный или иной профиль.

При этом задача технолога — обеспечить его воспроизводимость от партии к партии, а не только получить хороший результат при лабораторной выработке.

7. Состав сырья

Поведение одной и той же культуры может меняться в зависимости от:

• содержания белка;
• массовой доли жира;
• концентрации сухих веществ;
• степени тепловой обработки;
• наличия ингибирующих веществ;
• используемого молочного или растительного сырья.

Поэтому режим, полученный в лабораторных условиях, требует проверки на конкретной производственной линии.

8. Устойчивость технологического процесса

Для крупного предприятия важна не только органолептика продукта, но и повторяемость ферментации.

При подборе культуры учитывают стабильность кривой pH, чувствительность штаммов к технологическим факторам и фаговую ситуацию на предприятии. При постоянном использовании одной и той же чувствительной культуры накопление специфичных бактериофагов может привести к замедлению или срыву ферментации.

Поэтому в промышленном производстве применяются схемы ротации фагоальтернативных культур и проводится фагомониторинг.

Можно ли заменить мезофильную закваску термофильной

Прямую замену культуры по принципу «обе подкисляют молоко» проводить нельзя.

При замене изменятся как минимум:

• рабочий температурный диапазон;
• скорость ферментации;
• кривая изменения pH;
• структура сгустка;
• ароматический профиль;
• синерезис;
• поведение продукта при охлаждении;
• постокисление во время хранения.

В сыроделии дополнительно может измениться скорость обезвоживания зерна, динамика pH перед посолкой, свойства сырной массы и последующее созревание.

Поэтому замена закваски фактически означает изменение одного из ключевых параметров технологии и требует лабораторной, а затем производственной выработки.

Типичные ошибки при работе с заквасочными культурами

Ориентироваться только на название микроорганизма

Даже штаммы одного вида могут существенно различаться по скорости кислотообразования, образованию экзополисахаридов, ароматических соединений и устойчивости к технологическим стрессам.

Именно поэтому штаммовый состав промышленной культуры важнее общего перечня видов бактерий.

Переносить температурный режим с одной культуры на другую

Если две закваски предназначены для сметаны или йогурта, это не означает, что их оптимальные режимы идентичны.

Изменение температуры даже на несколько градусов способно изменить продолжительность ферментации и соотношение активности отдельных штаммов в многокомпонентной культуре.

Оценивать результат только сразу после производства

Продукт необходимо анализировать на протяжении всего заявленного срока годности.

Культура, которая дает оптимальную кислотность в день выработки, может демонстрировать чрезмерное постокисление при хранении.

Игнорировать взаимодействие штаммов

Штаммы комбинированной культуры взаимодействуют между собой, поэтому изменение их соотношения способно изменить весь процесс ферментации.

Изменять сразу несколько параметров процесса

При испытании новой закваски нежелательно одновременно значительно менять температуру, дозировку, режим тепловой обработки и состав смеси. Иначе определить причину полученного результата будет сложно.

Мезофильная или термофильная: что выбрать

Универсального ответа нет.

Мезофильные культуры оптимальны для большого числа процессов, проходящих при умеренных температурах, и широко применяются в производстве сметаны, творога и различных видов сыров.

Термофильные культуры необходимы там, где требуется активная ферментация при повышенной температуре: прежде всего при производстве йогуртов и некоторых сыров.

Комбинированные мезофильно-термофильные культуры позволяют совместить свойства обеих групп и получить требуемую скорость кислотообразования, органолептику и структуру в одном технологическом процессе.

Поэтому правильный подбор закваски начинается с параметров конкретного производства: состава сырья, температурного профиля, оборудования, требуемой продолжительности ферментации, целевого pH, структуры, вкуса и поведения продукта в течение срока годности.

В линейке Golden Line^® ГК «СОЮЗСНАБ» представлены заквасочные культуры для йогурта, сметаны, ряженки, творога, кисломолочных продуктов, твердых, полутвердых, мягких и рассольных сыров. При необходимости культура подбирается под конкретную технологическую задачу с учетом особенностей сырья и производственной линии.