Właściwości technologiczne bakterii kwasu mlekowego

Bakterie kwasu mlekowego to mikroorganizmy ważne z punktu widzenia przemysłu spożywczego oraz zdrowia. Są wykorzystywane od wieków w produkcji sfermentowanej żywności i napojów. Przyczyniają się do poprawy smaku, bezpieczeństwa mikrobiologicznego, wydłużenia okresu przydatności do spożycia, poprawy tekstury i profilu sensorycznego produktów końcowych. 

Należy również wspomnieć o tym, że wytwarzają kwas mlekowy jako produkt końcowy procesu fermentacji. Rodzaje Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Lactosphaera, Leuconostoc, Melissococcus, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus i Weissella są uznawane za LAB  (ang. Lactic acid bacteria).  Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i występują również w przewodzie pokarmowym człowieka. Mogą zapewniać potencjalne korzyści zdrowotne lub odżywcze, wśród nich zalicza się: poprawa wartości odżywczej żywności, kontrola infekcji jelitowych, lepsze trawienie laktozy, kontrola niektórych rodzajów nowotworów i kontrola poziomu cholesterolu w surowicy krwi. Chociaż są najbardziej znane ze swojej roli w przygotowaniu fermentowanych produktów mlecznych, wykorzystuje się je również do marynowania warzyw, pieczenia, produkcji wina, peklowania ryb. LAB przyczynia się również do produkcji kiełbas fermentowanych, w których szeroko stosowane są szczepy takie jak L. casei, L. curvatus, L. plantarum, Enterococcus i Pediococcus. Ich zaangażowanie nie tylko nadaje kiełbasom wyjątkowe właściwości sensoryczne, ale także zwiększa ich bezpieczeństwo i konserwację. Bakterie kwasu mlekowego wykorzystywane są na całym świecie do produkcji  żywności, m.in. jogurtów, serów, masła, maślanki, kefiru. LAB są homofermentatywne lub heterofermentatywne w zależności od szlaku metabolicznego. Bakterie homofermentatywne, takie jak Lactococcus i Streptococcus, wytwarzają dwa mleczany z jednej cząsteczki glukozy, podczas gdy bakterie heterofermentatywne, takie jak Leuconostoc i Weissella, przekształcają cząsteczkę glukozy w mleczan, etanol i dwutlenek węgla. Bakterie kwasu mlekowego wytwarzają również kwas octowy, związki aromatyczne, bakteriocyny i egzopolisacharydy oraz kilka ważnych enzymów. Na przykład aldehyd octowy, który zapewnia charakterystyczny aromat jogurtu, podczas gdy diacetyl nadaje maślany smak innym mlecznym produktom fermentowanym, co poprawia jakość sensoryczną produktu. 

Właściwości teksturotwórcze 

Bakterie kwasu mlekowego wytwarzają szeroką gamę egzopolisacharydów spożywczych za pomocą glukozylotransferaz, które mają właściwości odżywcze i zdrowotne. Glukanosacharazy to duże enzymy zewnątrzkomórkowe zdolne do syntezy glukanów z sacharozy. Te egzopolisacharydy są potencjalnymi środkami terapeutycznymi, ale także są stosowane jako środki zwiększające lepkość, mają właściwości stabilizujące, emulgujące, słodzące, żelujące lub wiążące wodę. Egzopolisacharydy odgrywają kluczową rolę w przemyśle spożywczym i cieszą się coraz większym zainteresowaniem ze względu na zdolność do nadawania nowych właściwości żywności fermentowanej. Substancje te znacząco wpływają na funkcje fizjologiczne bakterii kwasu mlekowego.  Egzopolisacharydy oferują różnorodne zastosowania, zwłaszcza w fermentowanych produktach mlecznych. Dodatkowo inne egzopolisacharydy wykazują właściwości przeciwutleniające i mają znaczną zdolność zatrzymywania wody i oleju, co czyni je obiecującymi dla przemysłu spożywczego i otwierającymi możliwości zastosowań kosmetycznych. Podkreśla to wszechstronność i zalety egzopolisacharydów w różnych gałęziach przemysłu.

Godnym uwagi przykładem jest glukan, egzopolisacharyd, który działa jako środek żelujący i stabilizujący. β-glukan jest błonnikiem rozpuszczalnym w wodzie, który nie jest trawiony przez enzymy w przewodzie pokarmowym człowieka, ale jest rozkładany przez bakterie w jelicie grubym. Ze względu na swój rozpuszczalny charakter glukan ma zastosowanie w przemyśle spożywczym, wytwarzany jest przez bakterie z rodzaju Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus i Lactobacillus.  Tworzy lepkie roztwory wodne i zwiększa lepkość produktu.  Z kolei dekstran stosuje się jako środek zwiększający lepkość, teksturę lub żelowanie w produktach spożywczych. Dekstran produkują: Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus sanfrancisco. W wyniku działania tych drobnoustrojów dekstran występuje w niewielkich ilościach w produktach naturalnie fermentowanych, takich jak kapusta kiszona, ogórki kiszone oraz w kefirze, gdzie prawdopodobnie odgrywa rolę zagęszczającą.

Właściwości słodzące

Bakterie fermentacji mlekowej mogą produkować poliole (np., maltitol, sorbitol), które są stosowane jako środki zastępujące cukier. Poliole po dodaniu do żywności imitują słodycz cukru. Alkohole cukrowe mają niższą kaloryczność niż cukier. Dodaje się je do gumy do żucia, ponieważ nie są rozkładane ani przez ślinę, ani podczas żucia, a zatem nie powodują próchnicy zębów. Poliole znajdziemy w produktach o obniżonej wartości energetycznej, np. musy, jogurty, ciastka bez dodatku cukru. Maltitol produkowany jest przez Leuconostoc fructosum NRRL B-2041. Z kolei Lactobacillus casei i Lactobacillus plantarum produkują sorbitol. Mannitol produkują Lactobacillus leichmanii, Lactobacillus plantarum i Lactococus lactis. 

Właściwości konserwujące – biokonserwacja żywności

W ostatnich latach zidentyfikowano i scharakteryzowano dużą liczbę syntetyzowanych na rybosomach bakteriocyn lub substancji bakteriocynopodobnych wytwarzanych przez bakterie kwasu mlekowego. Bakteriocyny to biologicznie aktywne związki o działaniu przeciwdrobnoustrojowym. Stąd duże zainteresowanie bakteriocynami w konserwowaniu żywności (biokonserwacja), co pomaga zredukować dodatek chemicznych środków konserwujących i/lub intensywność obróbki cieplnej i innych zabiegów fizycznych, zaspokajając w ten sposób zapotrzebowanie konsumentów na żywność o minimalnym przetworzeniu. Biokonserwacja może określić biologiczną alternatywę dla chemicznych i fizycznych metod utrwalania żywności, które powszechnie uważane są za niekorzystne dla jakości produktu, a w niektórych przypadkach również niekorzystne dla zdrowia. Biokonserwacja w oparciu o wykorzystanie LAB i ich metabolitów może wiązać się ze wzrostem bezpieczeństwa żywności, a także innymi korzyściami dla zdrowia człowieka, biorąc pod uwagę ich zdolność do poprawy wartości odżywczej poprzez produkcję niektórych witamin, kwasów organicznych i innych związków. Ta istotna rola konserwacji przeplata się z obecnym trendem, w którym konsumenci przekierowują swoje preferencje w kierunku korzyści odżywczych i zdrowotnych, a także w kierunku poszukiwania bardziej naturalnych i zrównoważonych produktów spożywczych. Bezpieczeństwo żywności można również poprawić stosując bakterie fermentacji mlekowej, w wyniku obniżenia pH poprzez produkcję wielu kwasów organicznych, m.in. mlekowego. 

Podsumowanie

Bakterie fermentacji mlekowej odgrywają zasadniczą i wieloaspektową rolę w przemyśle spożywczym, aktywnie przyczyniając się do powstawania różnorodnych produktów poprzez fermentację. Mikroorganizmy te występują nie tylko w fermentowanych produktach mlecznych, ale także wywierają istotny wpływ podczas procesów fermentacji owoców, warzyw i mięsa. Ich wpływ wykracza poza poprawę smaku i tekstury, ponieważ LAB znacząco zwiększa strawność żywności i pełni kluczową funkcję w utrwalaniu żywności. Ta konserwująca rola ma kluczowe znaczenie, zmniejszając ryzyko pogorszenia się jakości żywności na skutek obecności niepożądanych mikroorganizmów.