پایان نامه کاربرد میکروارگانیزم‌ ها در تهیه مواد لبنی

مقدمه:

شیر امولوسیون پیچیده‌ای از پروتئین، چربی، قند و مواد معدنی است. شیرگاو تقریباً 87% آب، 5/3% پروتئین، 5/3% چربی و 5% لاکتوز دارد که البته در صد آب و چربی از شیر یک گاو به شیر گاو دیگر متفاوت است. محصولات بدست آمده از تخمیر شیر، مزه‌های متفاوتی دارند و به علت داشتن آب کمتر نسبت به شیر، مقاومتشان در برابر عوامل فساد غذایی بیشتر است. تخمیر شیر در شرایط دمایی مناسب صورت می‌گیرد و بسته به نوع مخمر، نوع شیر و شرایط فرایند محصولات متفاوت تولید می‌شود. ارگانیزم‌های عمده‌ای که شیر را به محصولات لبنی فرعی تبدیل می‌کنند، شامل لاکتوبا سیلوس‌ها و استرپتوکوکها هستند.

استرپتوکوکهای لاکتیک دارای آنتی‌ژنهای گروه N هستند و از مهمترین آنها استرپتوکوکوس لاکتیس، استرپتوکوکوس کرو موریس و استرپتوکوکوس ترموفیلوس را میتوان نام برد.

استرپتوکوکوس لاکتیس متشکل از یک یا دو زنجیره بلند یا کوتاه یا سلولهای بیضی شکل است. استرپتوکوکوس لاکتیس در 28 به سرعت در شیر رشد و آن را ترش می‌کند. متوقف شدن با کتریهای گرم مثبت در شیر به وجود یک آنتی بیوتیک قوی به نام نیسین ( توسط برخی گونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های استرپتوکوکوس لاکتیس تولید می‌شود) بستگی دارد.

گونه‌های لاکتو باسیلوس، مهمترین باکتریهای خانواده لاکتو با سیلوس محسوب می‌شوند. لاکتو با سیل‌ها (میله‌ای شکل، باریک، دراز، گرم مثبت و بدون اسپور) معمولاً به صورت رشته‌هایی مرکب از سلولهای موازی زنجیره‌ای یا تک تک هستند. لاکتو با سیل‌ها در مواد غذایی و فراورده‌های لبنی به وفور یافت می‌شوند. بیشتر گونه‌ها جور تخمیر (هوموفرمانتاتیو) وعده‌ای مانند لاکتو باسیلوس فرمنتم و لاکتوباسیلوس پاستوریا نوس ناجور تخمیر (هتروفرمانتاتیو) هستند. بسیاری از گونه‌های موجود در شیر پاستوریزه مانند لاکتوباسیلوس برنیس، لاکتو با سیلوس لاکتیس و لاکتو با سیلوس فرمنتم، مقاوم به اسید و ترمودیوریک (تحمل کننده گرما) هستند و در تهیه فراورده‌های لبنی ایفای نقش می‌کنند.

البته باید در نظر داشت که در فرایند تولید هر یک از این فراورده‌ها، میکروارگانیزم‌های متنوع دیگری از جمله کورینه با کتریوم‌ها و میکروکوکوس‌ها، مخمرها و قارچ‌ها و غیره نیز نقش دارند، که در اینجا به بررسی آنها می‌پردازیم. 

نقش میکروارگانیزم‌ ها در مراحل رسیدن پنیر:

پنیر فرآورده‌ای است که در نتیجه انعقاد شیرگاو، گوسفند، بز، گاومیش و یا مخلوطی از دو یا چند نوع از آنها و یا از whey (آب پنیر) بدست می‌آید. شیر مورد استفاده با یکی از روشهای متداول پاستوریزه می‌شود و به کمک مایه پنیر و با استفاده از باکتریهای آغازگر مجاز، منعقد می‌شود. پس از جدا نمودن آب پنیر (whey)، لخته در آب نمک نگهداری می‌شودو بعد از طی مراحل رسیدن آماده مصرف می‌گردد. غلاوه بر این، بر طبق استاندارد فرانسه، پنیر دارای این خصوصیات است:

1- پنیر می‌تواند فرآورده‌ای تخمیری یا غیرتخمیری باشد.

2- پنیر باید ار انعقاد شیر کامل یا شیر بی‌چربی و یا مخلوطی از آنها بدست آید.

3- این فراورده‌ها باید بعد از انعقاد آب‌گیری شوند.

4- در100 گرم پنیر باید حداقل 23 گرم ماده خشک وجود داشته باشد.

با توجه به این نکات پنیر فراوده‌ای صرفاً تخمیری نیست و فرایند تولید آن از دو مرحله آنزیمی و تخمیری تشکیل می‌شود. در اینجا نقش میکروارگانیزم‌ها در هر یک از مراحل بررسی می‌شود.

Whey چیست؟

Whey یک مایع متمایل به زرد است که در هنگام تولید محصولات لبنی تولید می‌شود. هنگامیکه کازئین (پروتئین حساس به اسید) حلالیتش کم می‌شود و منعقد می‌گردد، آب (whey) خارج می‌شود.

Whey بطور عمده از آب تشکیل شده است ولی حاوی مقدار کمی لاکتوز و مواد معدنی و پروتئین‌های غیرحساس به اسید (پروتئین‌های whey) می‌باشد.

در مدت تولید پنیر مقادیر زیادی whey تولید می‌شود. Whey  محیط خوبی برای باکتریها می‌باشد چون دارای قند و پروتئین است و میزان اکسیژن بالایی دارد.

مراحل فرایند تولید پنیر:

این مراحل عبارتند از:

1- انعقاد     2- آبگیری     3- نمک‌زنی     4- رسیدن پنیر

رسیدن پنیر:

رسیدن پنیر به مفهوم تبدیل بیوشیمیایی ترکیبات لخته به وسیله آنزیم است. رسیدن پنیر یکی از پیچیده‌ترین پدیده‌های بیوشیمیایی است که با هضم آنزیمی ترکیبات بنیادی لخته همراه است. سوبستراهای اصلی عبارتند از: کازئین، ماده چرب و بیش از همه جابه‌جایی ترکیبات محلول. فلورهای میکروبی لخته (که به مقدار قابل توجهی وجود دارند) به طور مرتب در طول زمان تغییر می‌کنند و موجب تغییر خصوصیات بیوشیمیایی می‌شوند. این تغییرها به لخته مشخصات جدیدی می‌بخشند و آنرا از حالت سفت و بدون طعم و مزه به لخته‌ای با عطر، طعم، بافت و رنگ مشخص تبدیل می‌کنند. میکروارگانیزم‌ها در رسیدن پنیر نقش عمده‌ای دارند. بنابراین، شناخت عوامل موثر در فعالیت آنها حائز اهمیت است. عوامل زیر در رسیدن پنیر نقش عمده‌ای را ایفا می‌کنند:

الف) تهویه: تهویه امکان تامین اکسیژن مورد نیاز میکروبهای سطحی را فراهم می‌کند.

ب) تاثیر آب یا رطوبت لخته: میکروارگانیزم‌هادر محیط مرطوب بهتر رشد می‌کنند. دلمه‌های مرطوب سریعتر و دلمه‌های خشک دیرتر مراحل رسیدن را طی می‌کنند. در اینجا، منظور از آب، مقدار آب آزاد مورد استفاده میکروارگانیزم‌ها است. بنابراین فرایند رسیدن پنیر با وجود رطوبت بیشتر تسهیل می‌گردد.

ج) دما: دمای محیط عاملی است که رشد میکروارگانیزم‌ها و نیز سرعت واکنشهای شیمیایی لخته را تنظیم می‌کند. میزان پیشرفت واکنشهای شیمیایی در دمای کم کاهش می‌یابد. پنیری که در دمای c4 به آهستگی می‌رسد همان عطر و طعم پنیر رسیده در دمای c15 را ندارد. از طرف دیگر، در مقادیر دمایی زیاد طعم نامطلوب بیشتر دیده می‌شود. در برخی موارد، به منظور دستیابی به کیفیت مطلوب، شرایط دمایی دوران رسیدن را تغییر می‌دهند. به عنوان مثال، برای رشد باکتریهای لاکتیک و بروز بعضی از واکنشهای حدواسط در لخته در مرحله اول، پنیر در دمای کم نگهداری می‌شود. در مرحله بعد، به منظور رشد باکتریهای پروپیونیک و ایجاد طعم مطلوب و پیدایش سوراخهای چشمی در لخته، میزان دما را افزایش می‌دهند. نگهداری مداوم پنیر در دمای کم باعث ایجاد طعم نامطلوب در آن خواهد شد. همچنین در این روند اسید سوکسینیک، اسید لاکتیک همراه با اسید پروپیونیک تولید شده و به پیدایش طعم مطلوب در پنیر کمک می‌کنند.

د) pH : pH محیط عامل موثری در تکثیر و فعالیت بیوشیمیایی میکروارگانیزم‌ها است. pH در پنیرهای اسیدی از 9-7/4 و در پنیر کپکی از 7- 9/4 تغییر می‌کند.

عوامل موثر در رسیدن پنیر:

چندین دسته آنزیم با منشا متفاوت در ایجاد لخته موثرند، بقایای آنزیم‌های مایه پنیر، پروتئازهای طبیعی شیر، پروتئازهای میکروبی حاصل از باکتریهای لاکتیک، بعضی از قارچ‌ها، مخمرها و پروتئازهای حاصل از فلورهای ثانویه در رسیدن پنیر دخالت دارند. به طور کلی مهمترین عوامل موثر در رسیدن پنیر عبارتند از:

1- پروتئازهای طبیعی شیر

  الف) پروتئازهای قلیایی (پلاسمین)

  ب) پروتئازهای اسیدی

2- مایه پنیر

3- میکروارگانیزم‌ها و آنزیم‌های آنها

4- آنزیم‌های تجزیه کننده اسیدهای آمینه

پروتئولیز:

الف) مکانیزم عمومی تجزیه پروتئین‌ها:

پروتئولیز به دلیل تاثیری که روی بافت و عطر و طعم پنیر دارد، مهمترین پدیده در فرایند رسیدن پنیر است. پروتئولیز تجزیه تدریجی پروتئین‌ها است که تحت اثر آنزیم‌هایی چون آندوپپتیدازها، کربوکسی پپتیدازها و آمینوپپتیدازها انجام می‌شود.

ب) مکانیزم عمومی تجزیه اسیدهای آمینه:

واکنش کربوکسیلاسیون تریپتوفان، فنیل آلانین یا تیروزین در میکروکوکها شناسایی شده و واکنش کربوکسیلاسیون لیزین، لوسین یا اسید گلوتامیک در مقادیر pH  بین 7-5 در بهره وری باکتریوم مشخص شده است. آنزیم دکربوکسیلاز در استرپتوکوکهای گروه D نیز وجود دارد. آنزیم‌های مسئول ترنس آمیناسیون در باکتریهای گروه N و بعضی استرپتوکوکهای گروه D و میکروکوکها شناسایی شده‌اند. استرپتوکوکهای گروه D، بره وی باکتریوم لنینس، قارچ‌های ژئوتریکوم کاندیدوم دارای آنزیم در آمیناز هستند.

مهمترین واکنش قابل ذکر واکنش تیروزین فنل لیپاز یا تریپتوفان اندول- لیپاز است که به ترتیب باعث تولید فنل، اندول همراه با پیروات و آمونیاک می‌شود.

بعضی از آنزیم‌های موثر در تجربه میتونین از این جهت در تولید پنیر حائز اهمیت هستند که باعث ایجاد ترکیبات معطر گوگردی می‌شوند، آنزیم‌های مذکور باعث آزاد شدن متاتیول می‌شوند. میکروارگانیزم‌های متنوعی قادر به تولید متاتیوم از متیونین هستند از جمله سود و موناس‌ها، کلستریدیوم‌ها و نیز باکتریهای کورینه فرم و پنی سیلیوم کمبرتی.

لیپولیز و اسیدهای فرّار:

تمام میکروارگانیزم‌ها بر حسب جنس و گونه، لیپازهای مختلفی را ترشح می‌کنند. در بین این لیپازهای میکروبی، لیپازای مقاوم به حرارت وجود دارد که حتی در دمای 76 در شیر پاستوریزه شده فعال باقی می‌ماند. از میان میکروارگانیزم‌هایی که در پنیر سازی دخالت دارند، قارچ‌ها بیشترین فعالیت تجزیه‌ای مواد چربی را به عهده دارند. پنی‌سیلیوم کمبرتی به عنوان مهمترین عامل لیپولیز در پنیر کمبرت مقدار زیادی لیپاز خارج سلولی ترشح می‌کند که بیشترین فعالیت آن بر روی تریبوترین در9 pH =  و در دمای 35 است. باکتریهای لاکتیک دارای فعالیت لیپولیتیک ضعیف هستند و قادر به هیدرولیز تری گلیسیریدها نیستند. این باکتریها از منویادی گلیسیریدها، اسید چرب آزاد می‌کنند. استرپتوکوکهای لاکتیک از اسیدهای آمینه، اسیدهای چرب دو تا شش کربنه ایجاد می‌کنند. این روند مهمترین منبع تولید اسید چرب فرار در داخل پنیر است. لاکتو باسیل‌ها و استرپتوکوکوس ترموفیلوس دارای فعالیت لیپولیتیکی هستند ولی فعالیت لیپولیتیک لوکونوستوک‌ها و استرپتوکوکهای مزوفیل بیشتر است. این میکرو ارگانیزم‌ها مسئول لیپولیز در پنیرهایی هستند که فلور اغلب آنها را باکتریهای لاکتیک تشکیل می‌دهند. ارگانیزم‌های مذکور باعث تشدید فعالیت لیپاز طبیعی در پنیرهای تهیه شده از شیرخام می‌شوند. اگرچه پاستوریزاسیون، میکروارگانیزم‌ها را نابود می‌کند، ولی بعضی از لیپازهای مقاوم به حرارت، در زمان رسیدن پنیرهایی چون Gruyere  فعال باقی می‌مانند.

گلیکولیز:

باکتریهای لاکتیک انرژی خود را از تخمیر کربوهیدرات‌ها به دست می‌آورند. میکروارگانیزم‌ها از لاکتوز (به عنوان تنها قند شیر) برای تامین انرژی خود استفاده می‌کنند. باکتریهای لاکتیک در محیط مرطوبی مانند لخته در شرایط بهینه به سرعت لاکتوز را تجزیه نموده و علاوه بر اسید لاکتیک، عناصر کربونیل (در پیدایش عطر پنیر موثر هستند) را ایجاد می‌کنند.

استرپتوکوکوس ترموفیلوس و لاکتوباسیلوس بولگاریکوس کاتابولیسم لاکتوز را در داخل سلول انجام می‌دهند. برای این کار، مولکول لاکتوز به وسیله آنزیم گالاکتوز پرمئاز از ورای غشا سلولی به داخل سلول باکتری منتقل می‌شود. لاکتوز در داخل سلول به وسیله آنزیمی به نام بتادی گالاکتوزیداز از هیدرولیز می‌شود که در اثر این هیدرولیز لاکتوز به دی گلوکز و بتادی گلاکتوز تبدیل می‌شود. منوساکاریدهای مذکور نیز به اسیدلاکتیک تبدیل می‌شوند.

در استرپتوکوکهای مزوفیل انتقال لاکتوز از ورای غشا سلولی به وسیله سیستم فسفوترنسفراز انجام می‌گیرد. این سیستم باعث فسفورپلاسیون دی‌هالیورید به لاکتوز – دی فسفات می‌شود. لاکتوز – دی فسفات به وسیله آنزیم فسفوریلاسیون بتاگالاکتوزیداز به گلوکز 6 فسفات و گالاکتوز 6 فسفات تبدیل می‌شود.

فسفرپلاسیون در استرپتوکوکهای ترموفیل، به تشکیل گالاکتوز 6 فسفات منجر می‌شود. لاکتوباسیل‌هابه جز، لاکتوباسیلوس کازئی فقط فعالیت بتا – گالاکتوزید ازی داشته و مستقیماً باعث فسفرپلاسیون گلوکز و گالاکتوز می‌شود.