Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus: какую роль бактерии играют в йогурте
Классическая йогуртовая закваска строится на совместной работе двух термофильных молочнокислых микроорганизмов — Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, который часто сокращенно называют Lactobacillus bulgaricus или болгарской палочкой.
Между этими микроорганизмами существует протокооперация: в процессе ферментации микроорганизмы обмениваются соединениями, стимулирующими развитие друг друга. В смешанной культуре кислотообразование обычно идет интенсивнее, чем при культивировании каждого микроорганизма отдельно.
Именно работа этой пары определяет значительную часть технологических характеристик классического йогурта: продолжительность сквашивания, динамику pH, формирование сгустка, вкус, аромат и, в случае EPS-продуцирующих штаммов, реологические свойства.
Почему в йогуртовой закваске нужны оба микроорганизма
И Streptococcus thermophilus, и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus способны развиваться в молоке самостоятельно. Однако при совместном культивировании создаются значительно более благоприятные условия для роста обоих видов.
Упрощенно взаимодействие выглядит следующим образом:
Streptococcus thermophilus → создает условия для развития L. bulgaricus → L. bulgaricus расщепляет белки молока и высвобождает пептиды и аминокислоты → они стимулируют дальнейший рост S. thermophilus.
При этом оба микроорганизма потребляют лактозу и образуют молочную кислоту.
Каждая культура выполняет несколько функций, а конечный результат определяется их совместной активностью и свойствами конкретных штаммов.
Что делает Streptococcus thermophilus
Streptococcus thermophilus — термофильный молочнокислый кокк, широко используемый в производстве йогурта и других ферментированных молочных продуктов.
В йогуртовой культуре он выполняет несколько важных функций.
Быстро запускает ферментацию
В начале сквашивания S. thermophilus обычно активно развивается в молочной среде и начинает перерабатывать лактозу с образованием молочной кислоты.
В результате pH постепенно снижается.
Для производства это критически важно: скорость начального кислотообразования влияет на общую продолжительность ферментации и загрузку оборудования.
Но высокая скорость сама по себе не является единственным критерием хорошего штамма. Слишком быстрое подкисление может сократить технологическое окно между достижением необходимого pH и началом охлаждения.
Стимулирует развитие болгарской палочки
S. thermophilus образует вещества, которые используются L. delbrueckii subsp. bulgaricus.
К числу таких метаболитов относятся прежде всего формиат и углекислый газ; в зависимости от штамма и условий значение могут иметь и другие соединения. Они участвуют в метаболических процессах болгарской палочки и стимулируют ее развитие в молоке.
Кроме того, S. thermophilus способен снижать концентрацию растворенного кислорода. Это также способствует формированию условий, благоприятных для совместной йогуртовой ферментации.
Участвует в формировании текстуры
Некоторые штаммы S. thermophilus способны синтезировать экзополисахариды — EPS.
Они образуются непосредственно в продукте во время ферментации и взаимодействуют с белковой матрицей и водной фазой.
EPS-продуцирующие культуры могут:
- повышать вязкость;
- улучшать кремообразность;
- увеличивать влагоудерживающую способность;
- снижать склонность к синерезису;
- влиять на устойчивость структуры после перемешивания.
Но EPS-продукция является штаммоспецифичным свойством. Нельзя считать, что любой Streptococcus thermophilus автоматически даст густой йогурт. Более того, значение имеет не только количество экзополисахаридов, но и их молекулярная масса, структура и характер взаимодействия с белковой сетью.
Что делает Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
Болгарская палочка — второй обязательный участник классической йогуртовой ассоциации.
Одна из ее важнейших особенностей — развитая протеолитическая активность.
Расщепляет молочные белки
Молоко содержит много белка, однако количество свободных аминокислот и небольших пептидов, непосредственно доступных бактериям, ограничено.
У многих штаммов L. delbrueckii subsp. bulgaricus на поверхности клетки присутствует протеолитическая система, способная расщеплять казеин с образованием более коротких пептидов и аминокислот.
Эти соединения использует не только сама болгарская палочка. Они стимулируют рост Streptococcus thermophilus, который у многих штаммов обладает значительно меньшей способностью самостоятельно получать необходимые азотистые соединения из казеина.
Получается замкнутая система взаимной стимуляции: S. thermophilus помогает болгарской палочке в начале ферментации, а L. bulgaricus обеспечивает партнера доступными азотистыми соединениями.
Продолжает кислотообразование
L. delbrueckii subsp. bulgaricus активно ферментирует лактозу с образованием молочной кислоты и существенно участвует в достижении конечной кислотности йогурта.
По мере снижения pH молочная система приближается к изоэлектрической области казеина. Казеиновые мицеллы теряют устойчивость, взаимодействуют между собой и образуют пространственную белковую сеть — формируется характерный кислотный гель йогурта.
Поэтому скорость роста болгарской палочки влияет не только на вкус, но и на динамику образования сгустка.
Какая бактерия отвечает за вкус йогурта
Обе.
Кислый вкус непосредственно связан прежде всего с образованием молочной кислоты, которую продуцируют оба микроорганизма.
Но характерный йогуртовый аромат создается значительно более сложным набором соединений.
Одним из наиболее значимых является ацетальдегид. Кроме него, на ароматический профиль могут влиять ацетоин, диацетил и другие продукты метаболизма.
Иногда встречается упрощенное утверждение, что ацетальдегид образует главным образом L. bulgaricus. На практике способность к его образованию сильно зависит от штамма. Высокой ароматообразующей активностью могут обладать как отдельные штаммы болгарской палочки, так и S. thermophilus.
Поэтому две закваски с одинаковой записью состава на спецификации:
Streptococcus thermophilus + Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
могут давать заметно различающийся вкус.
Для технолога важен не только вид микроорганизма, но и конкретная штаммовая композиция.
Как совместная работа бактерий ускоряет сквашивание
Если рассматривать йогуртовую ферментацию упрощенно, процесс проходит следующим образом.
1. Внесение закваски
Культура попадает в подготовленную молочную смесь при температуре, рекомендованной для конкретной композиции.
2. Начало роста S. thermophilus
Стрептококк активно развивается, потребляет лактозу, образует молочную кислоту и ряд метаболитов, стимулирующих L. bulgaricus.
3. Усиление активности L. bulgaricus
Болгарская палочка активнее растет и за счет протеолиза высвобождает из молочного белка пептиды и аминокислоты.
4. Дополнительная стимуляция S. thermophilus
Полученные азотистые соединения используются стрептококком, поддерживая его рост и метаболическую активность.
5. Быстрое совместное подкисление
Оба микроорганизма продолжают продуцировать молочную кислоту до достижения технологической точки окончания ферментации.
Эта протокооперация — одна из причин эффективности классической смешанной йогуртовой культуры.
Нужно ли выдерживать соотношение бактерий 1:1
Универсального оптимального соотношения для любого йогурта нет.
Пропорция микроорганизмов в промышленной культуре подбирается разработчиком закваски с учетом свойств конкретных штаммов и целевого продукта.
Причем нужно различать:
- соотношение клеток в исходной культуре;
- скорость размножения каждого штамма;
- их соотношение в разные моменты ферментации;
- количество жизнеспособных клеток в готовом продукте.
Эти значения не обязательно совпадают.
На развитие популяций влияют температура, продолжительность сквашивания, состав молочной смеси, первоначальная доза культуры, свойства штаммов и момент остановки ферментации.
Поэтому самостоятельно добавлять в промышленную смешанную культуру болгарскую палочку или другие микроорганизмы не следует: это нарушает подобранное разработчиком соотношение штаммов.
Как соотношение активности бактерий влияет на продукт
Если в конкретной штаммовой комбинации сильнее выражено быстрое кислотообразование, предприятие может получить более короткий цикл ферментации.
Если культура обладает высокой ароматообразующей активностью, профиль йогурта становится более выраженным.
Если используются EPS-продуцирующие штаммы, меняются вязкость, кремообразность и способность удерживать сыворотку.
При выраженной способности к дальнейшему кислотообразованию после охлаждения может усиливаться постокисление.
Таким образом, технолог выбирает баланс технологических свойств всей культуры.
Почему важно контролировать постокисление
После достижения целевого pH йогурт охлаждают, чтобы резко замедлить деятельность заквасочной микрофлоры.
Однако охлаждение не всегда полностью прекращает метаболизм.
Некоторые штаммовые композиции продолжают постепенно увеличивать кислотность продукта во время хранения. В результате к концу срока годности могут наблюдаться:
- более выраженный кислый вкус;
- снижение pH относительно дня производства;
- изменение консистенции;
- усиление отделения сыворотки.
Способность к постокислению также является штаммоспецифичной.
Поэтому при испытании новой закваски недостаточно оценить йогурт через несколько часов после выработки. Необходимо отслеживать его характеристики в течение всего планируемого срока годности.
Обе бактерии могут влиять на вязкость
Не следует закреплять функцию образования структуры исключительно за Streptococcus thermophilus.
EPS-продуцирующие штаммы встречаются и среди S. thermophilus, и среди L. delbrueckii subsp. bulgaricus. Их совместное использование позволяет получать культуры с разным реологическим профилем. Исследования показывают, что применение EPS-продуцирующих йогуртовых культур может повышать вязкость, улучшать влагоудержание и уменьшать отделение сыворотки.
При этом максимальное количество EPS не обязательно дает лучший продукт.
Для густого резервуарного йогурта может быть нужна высокая кремообразность и хорошее восстановление структуры после перемешивания.
Для питьевого продукта чрезмерная тягучесть, наоборот, будет нежелательной.
Для термостатного йогурта особенно важно получить стабильный ненарушенный сгусток.
Поэтому EPS-активность подбирают под технологию, а не оценивают по принципу «больше — лучше».
Почему недостаточно знать только видовой состав закваски
Если на двух заквасках указаны одинаковые микроорганизмы:
- Streptococcus thermophilus;
- Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus,
это еще не делает культуры взаимозаменяемыми.
Отдельные штаммы могут значительно различаться по:
- скорости кислотообразования;
- продолжительности лаг-фазы;
- протеолитической активности;
- образованию ацетальдегида и других ароматических соединений;
- EPS-продукции;
- типу формируемой консистенции;
- склонности к постокислению;
- чувствительности к бактериофагам;
- взаимодействию с другими штаммами культуры.
Именно штаммовый подбор позволяет создавать закваски под конкретные технологические задачи.
Какие параметры культуры важны технологу
При подборе йогуртовой закваски необходимо оценивать работу всей ассоциации S. thermophilus и L. bulgaricus.
В первую очередь анализируют:
Скорость ферментации. За какое время продукт достигает целевого pH.
Форму кривой кислотообразования. Важно не только конечное значение pH, но и динамика его изменения.
Вкус и аромат. Требуется ли мягкий, сливочный или выраженный классический йогуртовый профиль.
Вязкость и структуру. Особенно важно учитывать способ производства: резервуарный, термостатный или питьевой продукт.
Синерезис. Насколько хорошо продукт удерживает сыворотку.
Постокисление. Как изменяется pH и органолептика в течение срока хранения.
Устойчивость к механической обработке. Критично для резервуарного и питьевого йогурта.
Фаговую устойчивость. Для промышленного производства необходима стабильность ферментации от выработки к выработке.
Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus в заквасках Golden Line®
В ассортименте ГК «СОЮЗСНАБ» представлены концентрированные заквасочные культуры Golden Line® для производства йогурта, в состав которых входят Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus / Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. В частности, такая комбинация используется в культурах серий Profiline® YO и Golden Time® YO.
При выборе между культурами важно ориентироваться не только на одинаковый перечень микроорганизмов. Различия между штаммовыми композициями позволяют получать разные скорость ферментации, органолептический профиль и реологические характеристики продукта.
Поэтому качество йогурта определяется тем, насколько правильно подобраны конкретные штаммы Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и насколько сбалансирована их совместная работа в заданной технологии.
Именно протокооперация этих микроорганизмов обеспечивает эффективное подкисление молочной смеси и одновременно участвует в формировании характерных для йогурта вкуса, аромата и структуры. Международный стандарт Codex также определяет классическую йогуртовую культуру как симбиотическую комбинацию этих двух микроорганизмов.
