UTILITZACIÓ DE MICROORGANISMES PER A L'ELABORACIÓ DE FORMATGES

Andreu Peiris, Ana Peris, Zoè Rabionet, Jesús Rios

Introducció
 

Abans que els éssers humans coneguessin l’existència dels microorganismes, ja els utilitzaven per a la preparació d’aliments, millorar collites i eliminar residus. A mesura que el coneixement d’aquests va anar en augment es van millorar i incrementar els seus usos amb l’avanç de la biologia molecular i la tecnologia del DNA recombinant. La manipulació dels microorganismes es va convertir en una ciència que va canviar les nostres condicions de vida al produir antibiòtics i vitamines entre d’altres. (Precott, Harley, Klein. 2002)

En el text s’explicarà la utilització dels microorganismes ­­­­­­­per a l’elaboració de formatge. La majoria de derivats làctics més coneguts s’obtenen de bacteris làctics presents a la llet. (John L. Ingraham, Catherine A. Ingraham. 1998) (Romero del Castillo, R. Mestres, J. 2004)

Els factors interdependents que participen en el resultat i la caracterització del formatge són:

-          Composició de la llet

-          Factors microbians

-          Factors bioquímics (concentració i propietats dels enzims presents)

-          Factors fisico-químics (temperatura, pH, pressió atmosfèrica)

-          Factors químics

-          Factors mecànics 

 Figura 1: Esquema dels processos d’obtenció del formatge

 

L’elaboració del formatge

1r pas: la preparació de la llet

La llet amb la qual s’elaboren els formatges pot ser crua o pasteuritzada.

-          La primera, la llet no pateix cap tractament tèrmic i els microorganismes presents en ella provenen del medi del qual s’extreu.

-          La segona passa per un procés anomenat pasteurització. Consisteix en un tractament a temperatures suaus (71,5° i 74 °C), durant 15-30 segons per tal de destruir els gèrmens patògens sensibles a la calor. Tot i això, la llet conté un tipus de bacteris, els Streptococcus thermophilus, que són força termoresistents i necessiten una pasteurització alta: (Corcy, J.C.  Lepage, M. 1991) (ECK, A. 1987)

             - 72ºC, 15s

                         - 90-95ºC, 30s: es desnaturalitzen les proteïnes   

2n pas: la fermentació

Procés en el qual alguns fongs, llevats i bactèries làctiques que transformen la lactosa i altres sucres en àcid làctic. Aquest últim promou la formació i l'extracció del xerigot del mató i evita el creixement de microorganismes patògens degut al pH àcid (4,5) que provoca. L’addició de ferments i CaCl₂ ajuda a coagular la llet. (Scott, R. 1991)

Les seves fases són:

-          Acidificació: procés cel·lular anaeròbic en el qual l'àcid pirúvic obtingut durant la glucòlisi es redueix i s'obté àcid làctic. S’aconsegueix amb l’addicció de components fermentador com  Lactobacillus,  Leuconostoc,  Pediococcus,  Lactococcus i Streptococcus També afavoreixen i contribueixen a la maduració a més de donar aroma al producte.

                                                                

   Figura 2: Fermentació Làctica (biologia.edu)

-          Coagulació: Procés on la llet es transforma en un gel, com a resultat de les modificacions fisicoquímiques de les micel·les de la caseïna. La formació del quall comporta la desestabilització de les micel·les. Hi ha dos tipus de coagulació:

1)      Coagulació enzimàtica: es produeix bàsicament per l’acció de la renina, el quall, ferments o proteases, que es troben a les secrecions gàstriques dels mamífers.                             

                         Es compon de dues fases:

·         Fase enzimàtica: el quall hidrolitza la caseïna k, que estabilitza la micel·la. Succeeix en condicions àmplies de temperatura i pH.

Enzims de coagulació:

-  Quall (quimosina i pepsina

-  Proteases vegetals (herbacol).

-  Proteases d’origen microbià i fúngic (Mucor miehei).

-  Quimosina genètic

·         Fase de coagulació: associació de micel·les de caseïna hidrolitzades en presència de calci que formaran el coàgul. Es dóna en temperatures superiors als 15ºC i pH baixos. (web: ⁷Buenas tareas). 

 La temperatura de coagulació és entre 28 i 45ºC depenent del formatge que es vulgui produir.

BACTERIS	TIPUS DE FORMATGES
Ferments mesòfils (20 – 30ºC) Streptococcus cremoris Streptococcus lactis Streptococcus lactis diacetylactis Leuconostoc spp Streptococcus cremoris Streptococcus lactis diacetylactis i Leuconostoc cremoris	Formatges durs (Cheddar) Formatges blaus (Roquefort) Formatges tous (Camembert) Formatges madurs Formatges tous (Cttage) Formatges no madurats
Ferments termòfils (37 - 45ºC) Streptococcus thermophilus i Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus lactis i Lactobacillus helveticus	Formatges molt durs (Parmesà) Formatge de pasta cuita (Emmental)

                   Taula 1: Tipus de formatges

2)      Coagulació àcid-làctica: procés en què el pH de la caseïna és igual al seu punt isoelèctric (4.6), formant un precipitat granulós per l’addició d’un àcid.

·         Factors:

o   Cultiu bacterià utilitzat

o   Temperatura (entre 20-30ºC)

o   Temps de coagulació (20ºC durarà 24h i als 30ºC 12h)

3r pas: La maduració

La maduració dels formatges s’ha de fer en cambres a temperatures d’entre 8 i 14ºC i pot durar entre una setmana i més d’un any. S’han de donar amb condicions necessàries per al treball dels agents: enzims i microorganismes. Durant aquest procés de transformació de la proteïna i també del greix, del citrat i altres components minoritaris de la llet, es formen moltes molècules com pèptids, aminoàcids, àcids grassos de cadena curta i, per lipòlisi, compostos responsables de l’aroma dels diferents formatges com metil cetones, àcids grassos volàtils i èsters entre altres. (web:  ⁸Camps d’aprenentatge).

Exemples d’aromes produïts per fongs:

Fongs filamentosos	Compostos	Formatges
Penicillium roqueforti Penicillium roqueforti Aspergillus oryzae Penicillium caseicolum	Metil cetones 2-pentanol, 1-octano-3-ol H2S, metil mercaptan, dimetil sulfit Nucleòtids àcids	Blaus Blaus Camembert Formatge blanc

Taula 2: Exemples de microorganismes aromàtics

Les condicions físiques i químiques influiran sobre l’activitat microbiana i enzimàtica de la que dependrà la maduració del formatge. D’aquesta manera es troben dos tipus de sistemes de maduració:

-    Els formatges durs: En condicions on s’evita el creixement superficial i se’n disminueix l’activitat a l’interior de microorganismes i enzims. Tractem amb un procés lent i uniforme, de manera que afecti a tota la massa del formatge. Pot durar de varis mesos fins a un any, a temperatures de 4-14 ºC i humitat relativa baixa (86-88%) per evitar el desenvolupament de floridures, però suficient per impedir una evaporació excessiva.

-          Els formatges tous: En condicions on es doni creixement en superfície tant de floridures com de bacteris. Aquests bacteris produiran uns enzims que s’aniran desplaçant cap a l’interior a mesura que madurin el formatge. La mida i la forma del formatge afavoreix aquest procés, fent que hi hagi una evaporació excessiva. Alguns formatges es revesteixen de diversos components, com parafina o pel·lícules especials, que impedeixen el desenvolupament de les floridures a l’exterior. Quan es vulgui el seu desenvolupament es sala en sec per tal de controlar la flora i es madura a 15-20ºC a una humitat de 90-95%. Aquestes condicions permeten que les floridures utilitzin l’àcid làctic, neutralitzant la pasta i permetent així el desenvolupament de bacteris i altres floridures a l’interior. Els formatges tous amb un alt contingut d’aigua tenen períodes curts de maduració.

-    Els formatges blaus: Són madurats internament per floridures. Inicialment els microorganismes i els seus enzims canvien l’estructura interior del formatge.  Posteriorment, permetent el pas d’aire a l’interior s’afavoreix també l’entrada de floridures com el Penicillium roqueforti.

Els agents responsables de la maduració són els que provenen dels enzims de:

-          La llet: conté proteases i lipases i altres sistemes enzimàtics. El seu paper és limitat degut a la seva baixa concentració i alguns són termosensibles. Presenten un pH òptim d’activitat allunyat al pH del quall.

-          El quall: és un enzim proteolític que intervé en la formació del coàgul i en l’evolució posterior d’aquest.

-    La flora microbiana: microorganismes que intervenen en la maduració alliberant enzims exocel·lulars al quall.  La flora microbiana  es troba en constant evolució donant lloc a diversos grups microbians durant la maduració del formatge.

Per a varietats particulars de formatge poden inocular-se altre tipus de microorganismes, com ara:

Madurats per bacteris           Durs (26-50% d'humitat)           Molt durs (26-34%): Parmesà           Durs (36-46%): Emmental i Cheddar      Semidurs (45-50%): Gouda

Madurats per floridures Semidurs (42-52%): Roquefort

Madurats superficialment per bacteris  Semitous (45-55%): Limburger

Madurats superficialment per floridures  Formatges tous (48-55%): Brie i Camembert

No madurats  Formatges tous (48-55%): Cottage i Mozzarela

Taula 3: Varietats dels formatges segons microorganismes

Taula resum dels microorganismes dels diferents passos:

Nom	Descripció	Condicions òptimes	Procés	Actuació
Streptococcus thermophilus	Gram-positiu, anaerobi facultatiu, probiòtic, homofermentatiu.	Tª 40-45ºC: cadenes curtes i 30º: diplococs Soques resistents  a 80ºC. PH de 5.5 màx.	Preparació de la llet	Acidifica el medi duent a terme la fermentació làctica
Lactobacillus bulgaricus	Gram-positiu, anaerobi facultatiu i termòfil	Tª 37-45ºC	Fermentació	Produeix àcid làctic a partir de sucres. Fa proteòlisi i lipòlisi
Leuconostoc mesenteroides	Gram-positiu, heterofermentatiu i mesòfil	Tª 20-30ºC. Es desenvolupa amb un pH< 5.2	Fermentació	Degrada els sucres produint CO2 i àcid làctic
Lactococcus lactis	Gram-positiu, fermentadors làctics	Tª 37-45ºC i pH de 6	Coagulació	Produeix energia  a partir de lactosa obtenint àcid làctic.
Penicillium roqueforti	Fong sapròfit	Tª 20-45ºC. Es desenvolupa amb un pH de 4-7	Maduració	Desacidifica el formatge amb àcid làctic i actua de lipolítici proteolític
Penicillium camemberti	Fong amb baixa taxa de creixement	Tª de 5 a 25ºC i pH entre 3,5-8	Maduració	Producció d’àcid ciclopiazònic . Protegeix el formatge externament
Propionibacterium freudenreichii	Gram-positiu	Tª 24ºC. Lactobacillus helveticus li ha de proporcionar els aa necessaris per créixer	Maduració	Sintetitza àcid propiònic alliberant CO2 i formant els forats.
Brevibacterium linens	Gram-positiu i aerobi	Tª 20-30ºC i pH de 6.5 a 8.5	Maduració	Cultiu que forma les crostes superficials dels formatges

Taula 4: Espècies de microorganismes

Conclusions

Després del que s’ha vist en el treball, es pot dir que els microorganismes fan una funció biològica molt important, com s’ha vist amb la indústria del formatge, on amb el seu metabolisme ajuden amb la seva producció.

També s’ha pogut observar que un mateix microorganisme pot servir per diversos processos i que és complicat aconseguir les condicions perquè els microorganismes puguin créixer i treballar en les seves condicions òptimes. Consultat el 4 de març de 2013

Bibliografia

Llibres:

- John L. Ingraham, Catherine A. Ingraham. Introducción a la microbiologia. Ed. Reverté, S.A. 1998.

- Precott, Harley, Klein. Microbiología. Ed. Mc Graw Hill interamericana. 2002.

- Corcy, J.C. / Lepage, M. “Fromages Fermiers. Techniques et Traditions”. La Maison Rustique. París. 1991.

- ECK, A. El Queso. Editorial Omega. Barcelona. 1987.

- Romero del Castillo, R. Mestres, J. Productos Làcteos. Tecnología. Edicions UPC. Barcelona. 2004.

- Scott, R. Fabricación de Queso. Acribia. Saragossa. 1991.

Webs:

¹Refdoc. CNRS I INIST. Consultat el 4 de març de 2013.

http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=1523059

²Dr. W. Bockelmann, U. Krusch, G. Engel, N. Klijn, G. Smit, K. J. Heller  (2006). “The microflora of Tilsit cheese. Part 1” a Molecular nutrition Food research. Volum 41, número 4. 4 de març de 2013. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/food.19970410405/abstract

³Trakia natural. Consultat el 4 de març de 2013

http://probiosalud.com/entry-blog/?slug=lactobacillus-bulgaricus

⁴Peter M. Scott, Barry P. C. Kennedy (1976). “Analysis of blue cheese for roquefortine and other alkaloids from Penicillium roqueforti” a Journal of agricultural and food chemistry. Volum 24, número 4. Consultat el 5 de març de 2013 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jf60206a028

⁵Slideshare. Consultat el 4 de març de 2013.

http://www.slideshare.net/Leitmon01/streptococcus-thermophilus

⁶La página de Bedri. Consultat el 5 de març de 2013.

http://www.bedri.es/Comer y beber/Queso/Penicillium Roqueforti.htm

⁷Buenas tareas. Consultat el 5 de març de 2013.

http://www.buenastareas.com/ensayos/Coagulacion-De-La-Leche-y-Fuerza/2208546.html

⁸Camps d’aprenentatge. Govern de les Illes Balears. Consultat el 5 de març de 2013. 

http://www.campsdaprenentatgeib.cat/palmer/cdmaterial/vaqueria/fabrica.pdf

                                                                                                                                                           

⁹Monografias. Consultat el 4 de març de 2013.

http://www.monografias.com/trabajos15/lactobacilos/lactobacilos.shtml#CLASIF