کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی

کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی چیست؟ کاربردهای بسیار مفیدی از میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی وجود دارد. آنها بر کیفیت و کمیت مواد غذایی تأثیر می گذارند. از میکروارگانیسم ها برای تغییر ماده ای به ماده دیگر که به عنوان غذا استفاده می شود مانند شیر به ماست و پنیر، خمیر به نان استفاده می شود. در این مقاله از علم فود قصد داریم درمورد کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی صحبت کنیم. تا پایان این مطلب با علم فود همراه باشید.

 

 

کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی

از میکروارگانیسم ها برای تهیه فرآورده های غذایی مانند نان، ماست یا کشک، نوشیدنی ها، پنیر و غیره برای مدت طولانی استفاده میکردند، بدون اینکه حتی از نقش آنها در تخمیر آگاه باشند. لویی پاستور نقش میکروارگانیسم ها را در فساد و تخمیر مواد غذایی نشان داد. به محض احراز این واقعیت، دانشمندان تلاش کردند تا میکروارگانیسم هایی را که کارآیی بیشتری در تولید محصولات بهتر یا بهبود فرایندها دارند، جدا کنند. در ادامه انواع کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی را بررسی میکنیم:

 

محصولات لبنی تخمیر شده

یکی از انواع کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی تولید محصولات لبنی تخمیر شده است. شیر تخمیر شده با تلقیح شیر پاستوریزه با کشت خاص میکروارگانیسم ها تولید می شود. محصولات لبنی تخمیر شده مختلف شامل ماست و پنیر است.

 

کاربرد باکتری‌ها در تولید ماست

ماست یکی از فرآورده های لبنی است که با تخمیر باکتریایی شیر تولید می شود. برای تولید ماست معمولاً از شیر گاو استفاده می شود، گرچه می توان آن را از هر نوع شیر تهیه کرد. می توان آن را از انواع شیر شامل شیر کامل، بدون چربی، شیر خشک نیز تهیه کرد.

 

مراحل تولید ماست در کارخانه

1. جوشاندن شیر در دمای 90 درجه سلسیوس به مدت 20 دقیقه
2. سرد کردن تا دمای 40 درجه سلسیوس
3. تلقیح با محیط کشت آغازگر حاوی باکتری ها
4. تخمیر در دمای 40درجه سلسیوس به مدت 5 ساعت (تبدیل لاکتوز به اسیدلاکتیک)
5. افزودن مواد طعم دهنده یا تکه های میوه (به صورت اختیاری)
6. بسته بندی و نکهداری در دمای 2 تا 4 درجه سلسیوس

 

قند شیر، یعنی لاکتوز توسط باکتری های مفید در صنایع غذایی، Streptococcus salivarius ، S. thermophilus و Lactobacillus bulgaricus تخمیر می شود. این باکتری ها در مجموع به عنوان باکتری های اسید لاکتیک یا LAB شناخته می شوند. باکتری ها از لاکتوز تغذیه می کنند و اسید لاکتیک را به عنوان ماده زائد آزاد می کنند.

این اسید باعث لخته شدن پروتئین شیر یعنی کازئین می شود. بافت ژل مانند و طعم ماست به دلیل تخمیر لاکتوز به اسید لاکتیک است. افزایش اسیدیته (4-5 = pH) توسط این باکتری های مفید در صنایع غذایی همچنین از تکثیر باکتریهای بالقوه بیماریزا دیگر جلوگیری می کند.

برای تهیه ماست ممکن است از شیر غیر پاستوریزه و شیر پاستوریزه استفاده شود. استفاده از شیر غیر پاستوریزه تعادل سالم باکتری ها و آنزیم های شیر را در حالت فرآوری نشده تحت دمای بسیار دقیق کنترل شده و شرایط محیطی حفظ می کند. برای اطمینان از تخمیر کامل ، ممکن است از دو یا چند باکتری مختلف استفاده شود. ماست اغلب به صورت شیرین و طعم دار یا با تکه های میوه اضافه شده  فروخته میشود. طعم ماست در کشورهای مختلف متفاوت است.

 

کاربرد باکتری ها و قارچ ها در تولید پنیر

پنیر با تلقیح شیر با یک کشت اولیه که حاوی میکروارگانیسم های خاصی است تهیه می شود. تولید پنیر با باکتری ها و کپک ها یکی دیگر از کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی است. پنیر از شیر حیوانات مختل ، معمولاً گاوها تهیه می شود. از شیر بز، گوسفند، گوزن شمالی و گاومیش  نیز ممکن است استفاده شود.

همانطور که گفتیم تخمیر شیر باعث تولید اسیدلاکتیک میگردد که در نهایت لخته های پنیر و آب پنیر از هم جدا میشوند. لخته ها را می توان جدا کرده و به شکل دلخواه درآورده و از آب پنیر به عنوان منبع غذایی مخمرها استفاده کرد. میتوان با فرآوری آب پنیر از آن به عنوان خوراک گاوی استفاده کرد که سرشار از پروتئین و ویتامین است. پنیر را می توان با افزودن باکتری یا قارچ یا هر دو، بالغ یا رسیده کرد. باکتری های اضافه شده باعث کاهش pH، تغییر بافت و ایجاد عطر و طعم می شوند.

انعقاد را می توان با استفاده از قرص مایه پنیر ، که حاوی آنزیم رنین است ، کنترل کرد. رنین آنزیمی است که در معده گوساله ها وجود دارد اما اکنون در باکتری های مهندسی ژنتیک نیز موجود است. انعقاد را می توان با استفاده از اسیدهایی مانند سرکه یا آب لیمو نیز انجام داد.

از نقش میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی برای تولید پنیر میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• پنیر چدار با افزودن باکتری تهیه می شود تا طعم و بافت آن را افزایش دهد.
• با استفاده از قارچ ، پنیر روکفورت و پنیر آبی تولید میکنند.
• ترکیبی از هر دو باکتری و قارچ پنیر کمبرت را تولید می کند.
• پنیر سوئیسی با افزودن Propionibacterium sharmanii تهیه می شود. حفره های بزرگ پنیر به دلیل تولید مقادیر زیادی CO2 است.

 

 

کاربرد مخمر برای تولید نان

یکی دیگر از موارد کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی، استفاده از مخمر ساکارومایسس سرویزیه در تولید نان است. مخمر قارچی است که به صورت ساپروتروف تغذیه می کند. آنزیم‌های ترشح شده از سلول مخمر، غذایی را که حاوی قند و مواد معدنی است هضم می کنند. هنگامی که مخمر به آرد و آب اضافه می شود، دی اکسید کربن تولید میکند که در تولید پف کردگی خمیر نقش مهمی دارد.

آرد نان معمولاً از گندم تهیه می شود و حاوی نشاسته است. نشاسته منبع انرژی مخمر است. این آرد همچنین حاوی پروتئینی به نام گلوتن است که بعد از مخلوط شدن آب با آرد تشکیل میشود و شبکه ای سه بعدی ایجاد میکند که می تواند کربن دی اکسید تولید شده را به دام بیندازد و باعث پف کردگی نان شود.

 

تولید پروتئین تک یاخته

از دیگر موارد نقش میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی، تولید پروتئین تک یاخته است. جلبک ها، مخمرها و باکتری ها می توانند در مقادیر زیادی رشد کرده و یک محصول سلولی غنی از پروتئین معروف به پروتئین تک یاخته تولید کنند. این پروتئین ممکن است برای مصرف انسان یا به عنوان خوراک دام استفاده شود. ممکن است منبع مفیدی از مواد معدنی ، ویتامین ها ، چربی و کربوهیدرات ها باشد. ترکیب پروتئین تک یاخته (SCP) مختلف به ارگانیسم و بستری که در آن رشد می کند بستگی دارد (مقاله همه چیز در مورد پروتئین تک یاخته را حتما در سایت علم فود بخوانید).

 

مزایای استفاده از میکروارگانیسم ها به عنوان پروتئین تک یاخته

•  آنها خیلی سریع رشد می کنند و به اندازه محصولات معمولی به فضای زیادی احتیاج ندارند.
• آنها در طیف وسیعی از مواد زائد ارزان و زباله کشاورزی و صنایع مانند فرآورده های نفتی، متانول، اتانول، شکر، ملاس ، ضایعات کارخانه های کاغذ سازی و غیره رشد می کنند.
•  آنها به بازیافت مواد کمک می کنند.
• بازده بالایی دارند. در یک محیط رشد 1000 پوندی مخمر در یک روز ، تعداد زیادی پروتئین تولید می شود. این حدود 10-15 برابر بیشتر از سویا و حدود 25-50 برابر بیشتر از ذرت است.
• محتوای پروتئین سلول‌ها بسیار زیاد است. سلول های مخمر دارای محتوای پروتئین تا 40-50% هستند. برای جلبک ها محدوده % 20 تا 40 است.
• پروتئین های تک یاخته حاوی کلیه اسیدهای آمینه ضروری است.
• برخی از میکروارگانیسم ها، به ویژه مخمرها، دارای ویتامین بالایی هستند.
• عواملی مانند آب و هوا بر پروتئین های تک یاخته تأثیر نمی گذارد، زیرا آن‌ها مناطق وسیعی را اشغال نمی کنند.

Pruteen اولین پروتئین تک یاخته (SCP) اصلی بود که توسط یک باکتری Methylophilus methylotrophus تولید شد. از متانول به عنوان منبع انرژی استفاده و دما در 30-40 درجه سانتی گراد و pH در 6.7 حفظ شد.

 

معایب استفاده از پروتئین تک یاخته (SCP)

• محتوای بالای اسید نوکلئیک باعث اختلالات روده می شود. همچنین می تواند منجر به افزایش اسید اوریک در خون شود که در نهایت منجر به نقرس می شود. برای کاهش محتوای اسید نوکلئیک می توان پردازش بیشتری انجام داد ، اما این امر باعث افزایش هزینه می شود.
• سلولهای باکتریایی دارای اندازه کوچک و چگالی کم هستند، که برداشت از محیط تخمیر شده را دشوار و هزینه بر می کند.
• طعم و مزه پروتئین تک یاخته برای بسیاری از افراد قابل قبول نیست. طبق برخی از سلایق و آداب و رسوم ، میکروارگانیسم ها به عنوان ماده غذایی برای میکروارگانیسم ها جذاب نیست.

 

تولید رنگدانه های میکروبی

یکی از موارد کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی، تولید رنگدانه های میکروبی است. در ادامه رنگدانه های طبیعی تولید شده توسط میکروارگانیسم ها را بررسی می کنیم:

بتاکاروتن

از موارد نقش میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی تولید رنگدانه های کاروتنوئیدی است. یکی از این رنگدانه های کاروتنوئیدی، بتاکاروتن است. بعضی از قارچ ها که از میکروارگانیسم های مفید در صنایع غذایی هستند قادر به تولید این رنگدانه میباشند. از این دست قارچ ها میتوان به پنی سیلیوم اسکلروتیوم و رودوترولا اشاره کرد.

زی گزانتین

زیگزانتین در سیانو باکتری‌ها و تعداد معدودی از باکتری‌های غیر فتوسنتز کننده تولید می شو . همچنین وجود زیگزانتین آزاد در فلاو باکتری‌های دریایی اثبات شده است. اگرچه اطلاعات به ندرت درباره تولید صنعتی یا تجاری زی گزانتین از فلاو باکتریها وجود دارد اما قابلیت دستیابی آن تا حدی امیدوار کننده است.

سوشهای جهش یافته، ۳۳۵ میلی گرم در لیتر زیگزانتین تولید می کنند رسیدن به این محصول عمدتا به وسیله فراهم نمودن محیط کشت پایه دارای گلوکز و شربت ذرت اشباع با استرهای پالمتیک، متانوئیک اسید، پیرویدوکسین و نمک‌های آهن امکان پذیر است رشد آنها در دماهای پایین صورت می گیرد.

کانتاگزانتین

کانتاگزانتین به عنوان یک کتوکارتنوئید است و دارای رنگ قرمز است. در صنایع غذایی به عنوان عامل رنگ دهنده در ماهی و خرچنگ ها کاربرد دارد. اولین بار در سال 1691 توسط قارچ Cantharellus cinnabarinus تولید شد اما این قارچ امکان رشد در شرایط بیوتکنولوژی را نداشت.

 

تولید طعم دهنده های میکروبی

یکی دیگر از موارد کاربرد میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی تولید طعم دهنده های میکروبی است. در ادامه تعدادی از طعم دهنده های میکروبی را بررسی می کنیم:

متیل کتونها

ترکیبات آروما هستند و عامل طعم میوه ها و پنیر آبی می باشند. متیل کتونهای، هپتانون، – 2 نونانون، – 2 ان دکانون -عامل ایجاد طعم در شیر فرادما هستند. اگر پنیر با کپک penicillium roqueforti برسد طعم پنیر آبی در آن تولید می شود که آنزیم های پروتئیولیتیک و لیپولیتیک کپک نقش مهمی در تولید طعم نهایی آن دارند.

penicillium roqueforti میسل‌های قارچ ها قادرند متیل کتون‌ها را از اسیدهای چرب تولید کنند. متیل کتون‌ها در مقیاس صنعتی با استفاده از aspergillus niger تولید می شوند. یکی دیگر از باکتریها که توانایی تولید آن را دارند agaricus bisporus است.

دی استیل و استالدئید

دی استیل عمدتا با طعم کره ای ارتباط دارد. در غذاها و نوشیدنی های که طعم کره ای مطلوب باشد به کار می رود. این ترکیب توسط باکتری های   lactococcus lactisگونه های Lactobacillus ،streptococcus thermophilus تولید می شود.

دوره آموزشی متخصص آزمایشگاه مواد غذایی

مجموعه علم فود با همکاری یکی از آزمایشگاه های همکار غذا و دارو و سازمان دامپزشکی، دوره آزمایشگاه میکروبی مواد غذایی و آزمایشگاه شیمی مواد غذایی را به صورت کاملا عملی و تحلیلی تهیه کرده است. در این دوره آزمایش های مهم شیمی مواد غذایی از جمله جدول تغذیه ای مواد غذایی که جزء آزمایشات مهم هستند به صورت کاملا عملی آموزش داده شده است. از مواردی که در دوره عملی آزمایشگاه شیمی آموزش داده شده میتوان به اندازه گیری پروتئین، چربی، قند، نمک، اسیدیته، خاکستر، دانسیته، رطوبت و آزمایشات مهم دیگر مانند اندازه گیری نشاسته در فراورده های گوشتی و اندازه گیری اسیدیته و پراکسید استخراجی روغن اشاره کرد.

همچنین در دوره آزمایشگاه میکروبیولوژی مواد غذایی سعی شده چالش های احتمالی در آزمایشگاه میکروبی مواد غذایی بررسی و راه حل هایی برای آن ارائه گردد. نحوه رقت سازی، ساخت محیط کشت، بررسی استاندارد، نحوه افزودن مکمل ها و نحوه کشت و شمارش میکروارگانیسم های مهم و مشترک بین مواد غذایی در این دوره آموزش داده شده است. برای آشنایی با این دوره ها بر روی ثبت نام و شروع یادگیری دوره های شیمی و میکروب کلیک کنید.

دوست عزیز علم فودی اگر می خوای از دوره های تخصصی که علم فود برگزار میکنه باخبر بشی و کلی مطلب علمی در زمینه صنایع غذایی یاد بگیری علم فود رو در اینستاگرام هم دنبال کن (کافیه روی عکس زیر کلیک کنی تا وارد پیج علم فود بشی):

علم فود

کاربرد میکروارگانیسم ها در تولید رنگ

استفاده از میکروارگانیسمها جهت تولید رنگدانه، ترکیبات طعم زا و اسیدهای آمینه