31 december 2020

lactobacillus thermophilus, melkzuurbacteri

Polly Translate
Voiced by Amazon Polly

Ik zou graag informatie hebben over de : lactobacillus thermophilus.


Antw.: Lactobacilles Bulgaricus en Streptococcus Thermophilus zijn beiden melkzuurbacteri?n. Hoe deze bacteri?n hun werk doen om van melk bijvoorbeeld yoghurt of boter te kun je lezen in het vervolg. (Lees meer…..)

Bij de bereiding van gefermenteerde melkprodukten ondergaat melk een verandering als gevolg van groei van melkzuurbacteri?n. Door het gebruik van bepaalde soorten melkzuurbacteri?n verkrijgt het produkt zijn kenmerkende smaak en structuur. Daarbij valt microbiologisch grofweg een tweedeling te maken naar de bacteriesoorten waarmee de produkten zijn bereid.

Het betreft enerzijds produkten die zijn bereid met zogenaamd mesofiele melkzuurbacteri?n, die optimaal groeien bij temperaturen tussen 20 en 30?C. Daaronder bevinden zich citraatvergistende soorten. De vergisting van citraat, een natuurlijke component van melk, leidt tot de vorming van koolstofdioxide en de karakteristieke aromastof 2,3-butaandion (ofwel diacetyl, de typische geur van boter of karnemelk). Karnemelk, kwark en umer zijn met dergelijke bacteri?n bereid. Anderzijds worden thermofiele melkzuurbacteri?n gebruikt, waarvan de optimale groei optreedt bij temperaturen tussen 30 en 45?C. Het betreft daarbij met name de soorten Lactobacillus delbr?ckii subsp. bulgaricus en Streptococcus thermophilus. Yoghurt hoort in deze categorie.




Stand- en roeryoghurt



Uit dit schema blijkt dat de bereiding van stand- en roeryoghurt elkaar in principe niet zoveel ontlopen. Voor de industri?le bereiding van grote hoeveelheden yoghurt biedt de roermethode in grote tanks echter aanzienlijke voordelen ten opzichte van de produktie van standyoghurt in plastic bekers.





Yoghurt bevat grote hoeveelheden levende bacteri?n, enkele tientallen miljoenen per gram. Op deze scanning-elektronenmicroscopische opname zien we de beide soorten yoghurtbacteri?n: de staafvormige ‘Lactobacillus delbr?ckii’ subsp. ‘bulgaricus’ en de bolvormige ‘Streptococcus thermophilus’.





De bereidingswijze van standyoghurt houdt in dat een betrekkelijk hoog percentage yoghurtcultuur (het zogenaamde zuursel, dat een grote hoeveelheid yoghurtbacteri?n bevat) wordt gebruikt voor enting van de melk. De fermentatie vindt plaats bij een tamelijk hoge temperatuur (40?C tot 45?C).

Standyoghurt bezit na ongeveer vier uur de gewenste structuur en stevigheid. Het produkt is dan ‘steekvast’. De gevormde substantie is nogal gevoelig voor mechanische beschadiging en kan daarom niet vanuit een groot vat worden overgepompt in flessen of pakken. Daarom vindt bebroeding plaats in vormvaste verpakkingen, meestal kunststof bekers. Fermentatie in de verpakking vereist bovendien speciale broedkamers.

In de meeste delen van Europa gaan yoghurtbereiders op deze wijze te werk. Het proces laat echter een grootschalige bereiding niet goed toe, doordat het nogal arbeidsintensief is. Om aan de grote vraag te kunnen voldoen, produceert met name Nederland over het algemeen roeryoghurt. De bereidingswijze daarvan verschilt van standyoghurtbereiding. Bij roeryoghurtbereiding wordt de melk bebroed in grote tanks (tot 20 m3) bij een betrekkelijk lage temperatuur (32?C). De entingspercentages zijn bovendien 50 ? 100 maal lager dan bij de standbereidingswijze. Door de combinatie van een lage bebroedingstemperatuur en een laag entingspercentage is de totale kweekduur aanzienlijk langer dan bij standyoghurt, namelijk ongeveer veertien uur. Inclusief voor- en nabereidingen duurt roeryoghurtbereiding hooguit zo’n twintig uur.

Een groot voordeel van de lange bebroedingstijd is dat deze bereidingsfase gedurende de nacht kan plaatsvinden. De relatief lage temperatuur daarbij is niet alleen uit oogpunt van bebroedingsduur van belang, maar is noodzakelijk om een produkt met een goede, gladde structuur en de juiste viscositeit (‘stroperigheid’) te krijgen. Dit houdt verband met het volgende. Zodra het produkt in de tank de juiste zuurtegraad heeft bereikt, moeten de pakken of flessen met yoghurt worden afgevuld. Gebeurt dat niet op tijd, dan verzuurt de yoghurt te zeer. De na bebroeding in de tank aanwezige gel (het coagulum) is stijf en moet voor het afvullen door roeren in een vloeibare vorm worden gebracht. Dit roeren gebeurt met het in de tank aanwezige roerwerk. Door gebruik van bepaalde yoghurtculturen, die een natuurlijke verdikking veroorzaken als gevolg van de vorming van polysachariden, is het mogelijk yoghurt te bereiden die na roeren en verdere verwerking voldoende viscositeit bezit en een gladde structuur heeft. De viscositeit en de structuur van het produkt zijn afhankelijk van de gebruikte culturen. Niet elke yoghurtcultuur kan polysachariden vormen en bovendien is het slijmvormend vermogen van dergelijke culturen temperatuurafhankelijk en veelal groter bij 32?C dan bij hogere temperaturen. Het slijmvormend vermogen benvloedt onder meer de viscositeit na roeren. Bij afwezigheid van slijmvormend vermogen ontstaat na roeren een brokkelige, klonterige structuur.

De viscositeit van het produkt kan desgewenst gericht worden be?nvloed door gebruik te maken van verschillende entverhoudingen tussen een niet (of matig) slijmvormende cultuur en een sterk slijmvormende cultuur. Bij de juiste werkwijze komt uiteindelijk een glad en visceus produkt in de verpakking terecht. Ondanks het gebruik van speciale culturen, treedt onvermijdelijk viscositeitsverlies op als gevolg van mechanische beschadiging tijdens de verwerking van de yoghurt. Om de viscositeitsverliezen te beperken is het ontwerp van het yoghurtproces in de loop de jaren op diverse punten aangepast, zoals in pompen, koelers en afvulmachines.

Microbiologie en chemie
Doordat we steeds beter zijn gaan begrijpen hoe yoghurtbacteri?n groeien en functioneren, is ons inzicht in het proces van yoghurtbereiding aanzienlijk vergroot. Dat cre?ert mogelijkheden voor nieuwe bereidingswijzen. Bij gezamelijke bebroeding van melk met de soorten Lactobacillus



  


delbr?ckii subsp. bulgaricus en Streptococcus thermophilus, treedt een wederzijds gestimuleerde groei op. Dit verschijnsel staat bekend onder de naam protoco?peratie; het is een vorm van symbiose. Afzonderlijk groeien deze soorten erg traag.


Tijdens de groei vindt omzetting van een deel van de lactose (melksuiker) in melkzuur plaats, waardoor de melk verzuurt (de pH daalt). Dat heeft grote gevolgen voor de structuur van het eindprodukt. Melk bevat case?ne (een melkeiwit), dat v??rkomt in de vorm van samengeklonterde case?ne-eenheden, zogenaamde micellen. De case?nemicellen hebben een negatieve lading en stoten elkaar daardoor af. Dat zorgt ervoor dat de cellen ‘in oplossing’ blijven. Naarmate de pH van de melk zakt, neemt de lading van de micellen af, waardoor de oorspronkelijke afstoting van de case?nemicellen verdwijnt. Ze klonteren samen. Dit is uiterlijk waarneembaar als het ‘lobbig’ worden, of coaguleren, van de melk.


L. delbr?ckii subsp. bulgaricus splitst de eiwitketens waaruit case?ne bestaat, waardoor onder andere het aminozuur threonine vrijkomt. Het enzym threonine-aldolase, dat aanwezig is bij zowel L. delbr?ckii subsp. bulgaricus als S. thermophilus, zet dit aminozuur om in aceetaldehyde. Deze stof geeft yoghurt zijn karakteristieke smaak.

Continubereiding



Vijf (groepen van) verbindingen zijn betrokken bij de symbiose (protoco?peratie) tussen de beide soorten yoghurtbacteri?n. De typische produkten van beide bacteri?n stimuleren (gekleurde pijlen) steeds de andere soort in zijn groei. Lactose uit melk is de belangrijkste koolstofbron voor de bacteri?n en wordt omgezet (zwarte pijlen) in melkzuur, dat de groei van de bacteri?n remt (gestippelde pijlen).


 






Voor de bereiding van gefermenteerde melkprodukten wordt de melk ge?nt met zuursel, een cultuur van melkzuurbacteri?n die in melk wordt gekweekt. Vroeger hield elke zuivelfabriek zijn eigen cultuur aan, maar tegenwoordig wordt het zuursel centraal bereid en in geconcentreerde vorm diepgevroren gedistribueerd. De produktie van zuurselconcentraat verloopt in een melkachtig medium in een aantal stappen, waarvan de eerste een verzurende kweekfase is. Daarna wordt het zuur geneutraliseerd met NaOH en wordt het neergeslagen eiwit in oplossing gebracht, waarna de bacteriesuspensie via een centrifuge wordt geconcentreerd. Aan het concentraat wordt lactose toegevoegd, om te voorkomen dat het verpakte zuurselconcentraat bij het bevriezen schade oploopt. Het grote voordeel van deze methode is de constante kwaliteit die bij centrale bereiding goed bewaakt kan worden.


 


 



Bij continu bebroeden van melk die is ge?nt met een yoghurtcultuur waarin beide bacteri?n aanwezig zijn, blijft een bepaalde verhouding tussen de soorten gehandhaafd. Dir betekent dat continue bereiding van yoghurt mogelijk moet zijn. Tien jaar geleden werd op het Nederlands Instituut voor Zuivelonderzoek een prototype beproefd van een installatie met een capaciteit van vierduizend liter per uur, om roeryoghurt continu te bereiden.


In deze installatie doorloopt de melk achtereenvolgens een voorzuurfase en een coagulatiefase. In de voorzuurfase heersen de ideale groeiomstandigheden voor de yoghurtbacteri?n: 45?C en een pH van circa 5,7. Het kweken geschiedt in een tank, waaraan voortdurend melk wordt toegevoegd. Die toevoer is zo geregeld, dat bij daling van de pH verse melk toestroomt tot die op de ingestelde waarde is. Het niveau in de tank blijft constant door de afvoer te regelen.


In de coagulatiefase vindt verdere verzuring plaats en treedt de vorming van het coagulum op. De verdikking moet in rust optreden om een eindprodukt met de juiste eigenschappen te verkrijgen. Rust is vooral belangrijk in de periode waarin de pH van de melk van 5,6 naar 4,6 daalt. Om de coagulatie aldus te laten verlopen, stroomt de voorgezuurde melk met een constante snelheid van boven naar beneden door een verticaal opgestelde cilinder (als een zogenaamde ‘propstroom’). Onder in de kolom heeft de yoghurt de gewenste pH (4,35) en dikte en wordt die door een roerplaat glad geroerd. De roerplaat is een bewegende stalen plaat met gaten waar de het yoghurtcoagulum doorheen wordt gedrukt. De coagulatie verloopt bij een lagere temperatuur dan de voorzuuring, om voldoende slijmvorming te bewerkstelligen. De proefinstallatie leverde yoghurt van een goede kwaliteit. Desondanks past de zuivelindustrie deze bereidingswijze tot dusverre niet toe.

___________________________________________________________________________

Zuur

De vorming van zuur is essentieel bij de bereiding van yoghurt. Het zuur is van belang voor de structuur (coagulatie van de melk), de stabiliteit en de smaak van het produkt en heeft een conserverende werking. Zuren, melkzuur vormt geen uitzondering, zijn opgebouwd uit een zuurrestion en een waterstofion. Wanneer een zuur oplost in stelt zich een evenwicht in tussen de beide delen van het zuur, dat sterk wordt be?nvloedt door andere stoffen in de oplossing waaraan het waterstofion zich ook kan binden. Dit duidt men aan als het bufferend vermogen van een oplossing.


Men kan de hoeveelheid zuur in een oplossing meten door middel van een titratie. Daarbij bepaalt men de hoeveelheid loog die men aan de zure oplossing moet toevoegen om die te neutraliseren. Deze werkwijze geeft uitsluitsel over de totale hoeveelheid zuur in de oplossing, zonder rekening te houden met het evenwicht dat zich daarin heeft ingesteld. De totale hoeveelheid zuur staat bekend als zuurtegraad. De pH daarentegen geeft de hoeveelheid vrije waterstofionen in de oplossing weer. Uiteraard bestaat er een relatie tussen pH en zuurtegraad, maar die is sterk afhankelijk van het bufferend vermogen van de oplossing. Dat vermogen is bij melk nogal groot. Daardoor moet aan melk veel meer zuur worden toegevoegd dan aan water om een gelijke pH-daling te bewerkstelligen. Bij een pH van bijvoorbeeld 4,5 is de zuurtegraad van melk dus aanzienlijk hoger dan die van water.


De term zuurheid, die in dit artikel ook aan de orde komt, is geen scheikundige uitdrukking, maar de gemiddelde score die een aantal testpersonen verbindt aan de zure smaak van een produkt.

Steeds Zuurder

De schaalvergroting ten gevolge van de toegenomen vraag naar yoghurt brengt de behoefte aan een betere kwaliteitsbeheersing met zich mee. Het risico op een aanzienlijk kapitaalverlies bij produktie-uitval is immers groter bij een omvangrijker produktievolume. E?n van de gebeurtenissen die bereiding en kwaliteit van de yoghurt negatief be?nvloeden, is een infectie met bacteriofagen – virussen die het op de yoghurtbacteri?n hebben gemunt. Gelukkig verkleinen de juiste voorzorgsmaatregelen het risico op uitval of verzuringsproblemen door faaginfecties. Veel fabrieken hebben dergelijke voorzieningen in de produktielijn aangebracht. Die zijn grotendeels overgewaaid van de zuurselbereiding in de kaasindustrie, zoals reinigings- en desinfectieprocedures, het gebruik van speciale enttrechters en het handhaven van een lichte overdruk met faagvrije lucht op de ruimte bovenin de tanks.


Ten behoeve van de kwaliteitsbeheersing is ook behoefte ontstaan aan beperking van doorzuring in het laatste traject van het kweekproces en tijdens opslag. Door de toenemende zuurtegraad van yoghurt gaat de smaak (in jargon de organoleptische kwaliteit) achteruit. Op NIZO werd aangetoond dat er een verband bestaat tussen de zuurtegraad (via titratie achterhaald), de zuurheid (organoleptische beoordeling) en de smaakwaardering. Uitgaande van de smaakbeoordeling, bestaat er een optimale zuurtegraad van de yoghurt. Voor een optimale smaak mag dikke yoghurt wat zuurder zijn dan dunne.


Uit het naar de zure smaak van yoghurt kwam eveneens naar voren, dat veel industrieel bereide, met name magere yoghurt al een relatief hoge zuurtegraad heeft bij afvullen en daardoor veelal te zuur is na opslag. In verband hiermee rees de vraag naar de mogelijkheden om de zuurtegraad van yoghurt beter te beheersen of te beperken. Het probleem is inherent aan het produktievolume (het volume van de kweektanks is ca. 10 m3). Tijdens het afvullen, dat nogal wat tijd in beslag neemt, neemt de zuurtegraad van de yoghurt in de tank toe. Bovendien beschikken veel bedrijven over meerdere yoghurttanks waarvan de yoghurt veelal via ??n of twee afvulmachines moet worden verpakt. Hierdoor kan het voorkomen dat de yoghurt in een tank al gereed is, terwijl de machine nog niet beschikbaar is. Na afvullen worden de pakken yoghurt snel gekoeld; de verzuring gaat daarna een stuk langzamer.

___________________________________________________________________________

Yoghurt die geen yoghurt heet
Lactobacillus delbr?ckii subsp. bulgaricus veroorzaakt de verzuring in de laatste fase van het kweken en tijdens opslag. Om verzuring te vermijden, zouden we dus yoghurt moeten kunnen maken zonder lactobacillen. Dat kan, mits er voldoende groeistimulantia (aminozuren en peptiden afkomstig van de melkeiwitten) voor streptococcen in de melk zitten. Normaal beschikken de lactobacillen over de enzymen die melkeiwitten splitsen. Om voldoende groeistimulantia te garanderen, kunnen afgebroken eiwitten worden toegevoegd aan de melk of kan de melk worden voorbehandeld met een eiwitsplitsend enzym. Bebroeding met alleen de streptococ leidt dan tot een produkt met een bevredigende structuur en smaak.


In een andere uitvoeringswijze vindt de kweek plaats in twee compartimenten van ??n vat, die van elkaar zijn gescheiden door een halfdoorlatend membraan. In het ene compartiment fermenteren lactobacillen de melk, in het andere streptococcen. De uitwisseling van de noodzakelijke groeistimulantia verloopt via de halfdoorlatende membraan waar de bacteri?n niet door kunnen. Ook deze werkwijze leidt tot een produkt met prettige structuuur en smaak, dat niet nazuurt tijdens opslag.


Uiteraard stopt de nazuring ook door de yoghurt te pasteuriseren; een methode die toepassing vindt bij drinkyoghurtbereiding. Helaas gaat dit proces gepaard met structuurverlies, dat met verdikkingsmiddelen (bijvoorbeeld pectine) moet worden gecompenseerd. Afgezien van dit bezwaar, doodt pasteurisatie van yoghurt, in tegenstelling tot de eerder genoemde werkwijzen, de yoghurtbacteri?n. Dit vormt in diverse landen een probleem in verband met de wettelijke eis dat in yoghurt levende organismen aanwezig moeten zijn. Overigens vereist de Warenwet in Nederland een minimum aantal van tien miljoen lactobacillen per gram yghurt, zodat ook de eerdergenoemde werkwijzen, waarbij alleen streptococcen aanwezig zijn, in warenwettelijke zin geen yoghurt opleveren.


Een geheel andere benadering is het selecteren van specifieke stammen van L.delbr?ckii subsp. bulgaricus, die zorgen voor yoghurt met een verminderde nazuring. Er worden thans ‘mild-zure’ yoghurts op de markt gebracht, waarvoor dergelijke culturen zijn gebruikt. Yoghurt met deze culturen bereid, onderscheidt zich in smaak van conventionele yoghurt. Zo bevat die slechts half zoveel van de aromastof aceetaldehyde. Het gevolg is een ‘vlakkere’ smaak. Bovendien is de structuur van zulke yoghurt gevoeliger voor mechanische beschadiging en is de kans op vochtafscheiding tijdens opslag groter dan bij het conventionele produkt.


Theoretisch is het mogelijk om via genetische modificatie varianten te ontwikkelen van de soort L. delbr?ckii subsp. bulgaricus die bij lage temperatuur geen zuur vormen. Deze varianten zijn thans niet bekend en het zal geruime tijd vergen eer ze zijn ontwikkeld.

Gezondheidsimago



Relatie tussen enerzijds de organoleptische beoordeling (geur/smaak) van roeryoghurt en anderzijds zuurtegraad en viscositeit. Hieruit blijkt dat dikke yoghurt wat zuurder dan dunne op z’n lekkerst is.



 




Sinds de jaren tachtig wenst het winkelend publiek uit steeds meer soorten melkprodukten te kunnen kiezen. Er zijn dan ook tal van yoghurt afgeleide produkten op de markt gekomen, zoals drinkyoghurts en yoghurt-achtige produkten met een ‘gezondheidsimago’. De laatste groep betreft produkten die zijn samengesteld met Lactobacillus acidophilus en/of Bifidobacterium-soorten. Deze produkten zijn onder meer bekend onder de handelsnamen Biogarde, Bionatuur, Garde en Bifidus Actif.


De achterliggende gedachte van het gezondheidsverbeterend imago van dit type produkten is, dat de betreffende bacteriesoorten tot de natuurlijke normale bacterieflora van het spijsverteringskanaal (met name de dikke darm) behoren. Ze zouden daar betrokken zijn bij processen die belangrijk zijn voor onze gezondheid. De vermeende werking van deze bacteri?n staat veelal in verband met hun bacterieremmende activiteit op ongewenste bacteriesoorten en met een verlaagde vorming van een aantal kankerverwekkende verbindingen in de darm. Ook vermoedt men een verlaging van het cholesterolgehalte in het bloed via de invloed van deze bacteriesoorten op het galzoutmetabolisme in de darm. Het is overigens twijfelachtig of de consumptie van deze bacteriesoorten dergelijke positieve effecten teweegbrengen, zeker wanneer er sprake is van een betrekkelijk evenwichtige darmflora. De groeiende belangstelling voor produkten samengesteld met Bifidobacterium en L. acidophilus kan overigens ook samenhangen met andere eigenschappen van deze produkten, bijvoorbeeld hun verminderde nazuring, waardoor zij mild-zuur van smaak zijn.

___________________________________________________________________________

Bijbelse biotechnologie

De oorsprong van gefermenteerde melkprodukten ligt in de vroege historie van de mensheid. E?n van de eerste geschriften waarin sprake is van consumptie van gefermenteerde melk, is de Bijbel. In het Oude Testament geeft aartsvader Abraham gezuurde melk aan drie engelen die aan hem verschijnen. Mozes kreeg zure melkprodukten geschonken van de Heer.


Yoghurt heeft, naar men aanneemt, zijn oorsprong in het Midden-Oosten, waar het door nomaden werd bereid. Het woord yoghurt stamt van het Turkse jugurt. Onder de relatief primitieve condities in het subtropische klimaat was het voor nomaden onmogelijk melk te bewaren. De spontaan optredende fermentatie van melk leidde onbedoeld tot een smakelijk produkt: yoghurt.


Aanvankelijk was yoghurt niet het produkt met de nauw omschreven eigenschappen die we thans kennen. Door de jaren heen zijn langzamerhand methoden aangenomen waarbij het produkt yoghurt relatief reproduceerbare eigenschappen had. In principe werd yoghurt bereid door toevoeging van verse melk aan resten die achterbleven in leren zakken of houten vaten. De hoge omgevingstemperatuur deed de rest.


Met de ontdekking van bacteri?n door Pasteur in de vorige eeuw, nam de kennis over de rol van bacteri?n bij bereiding van gefermenteerde voeding toe. Rond het begin van deze eeuw vond melkverwerking in West-Europa steeds meer plaats in (kleine) fabrieken. Toch was yoghurt hier nog een relatief onbekend produkt, dat zijn populariteit voornamelijk vond in Centraal-Azi? en het Midden-Oosten. Toentertijd werd door de Deense microbioloog Orla-Jensen ontdekt dat een beperkte groep bacteri?n verantwoordelijk was voor de fermentatie van melk tot yoghurt. De betrokken bacteriesoorten werden ge?soleerd en ge?dentificeerd. Deze kennen we nu onder de namen Lactobacillus delbr?ckii subsp. bulgaricus en Streptococcus thermophilu. Deze kennis vormde een cruciale stap naar het gebruik van geselecteerde stammen van deze soorten voor bereiding van yoghurt met een goede structuur en smaak. De tot dan toe gebruikte restanten yoghurt voor enting van de melk werden vervangen door zogenaamde zuursels met daarin de genoemde soorten, om de melk mee te enten.


Vanaf het begin van deze eeuw nam de bekendheid van yoghurt in West-Europa toe. In de theorie van Metschnikoff (Nobelprijswinnaar in 1908) werd zelfs gesuggereerd dat yoghurtconsumptie zou leiden tot een langere levensduur. De wetenschappelijke twijfel aan deze theorie heeft de toename in populariteit van yoghurt kennelijk niet in de weg gestaan.


 Met dank aan J. Postma.


 


Lees ook eens: https://natuurwetenschappen.nl/modules.php?name=News&file=article&sid=1077