استارترکالچرها تعدادی عملکرد خاص را در محصولات لبنی تخمیری انجام می‌دهند که شامل متابولیسم لاکتوز برای تولید اسید لاکتیک، تولید ترکیبات طعم‌دهنده و تخریب پروتئین‌های شیر به ویژه در طول رسیدگی پنیر می‌شود. باکتری‌های اسیدلاکتیک متعلق به جنس‌های لاکتوباسیلوس، استرپتوکوکوس و به خصوص لاکتوکوکوس بیشترین استفاده را دارند. لاکتوکوکوس لاکتیس، عضوی از گروه باکتری‌های مزوفیل، یکی از مهمترین میکروارگانیسم‌های موجود در صنایع لبنی برای تخمیر پنیر است.
منشا لاکتوکوکوس لاکتیس
لاکتوکوکوس لاکتیس از محیط‌های مختلفی جداسازی شده است که نقش اصلی آن شروع تخمیر با استفاده از کربوهیدرات‌های موجود برای تولید اسید لاکتیک است. گونه‌های وحشی (wild type) مربوط به گیاه و حیوان قادر به تخمیر طیف وسیعی از مونو، دی و تری ساکاریدها هستند. اعضای گونه لاکتوکوکوس همچنین توانایی تخمیر لاکتوز را به دست آورده‌اند که به سرعت در حال تبدیل شدن به متخصصان سازگار با محیط شیر هستند.
- سویه‌هایی با فنوتیپ لاکتیس، تنوع ژنتیکی بالایی را نشان می‌دهد و از منابع مختلفی معمولا مواد گیاهی تازه یا تخمیری یا شیر و محصولات لبنی جدا شده‌اند.
- فنوتیپ کرموریس فقط در محصولات لبنی یافت می‌شوند و تلاش‌های بسیار برای جداسازی کشت‌های مشابه از منابع محیطی موفقیت‌آمیز نبوده است. سویه‌های فنوتیپ کرموریس به هم نزدیک هستند و احتمالاً منشأ مشترکی دارند. شواهد قابل توجهی از مطالعات مقایسه‌ای و تجربی وجود دارد که نشان می‌دهد گونه‌های مشتق شده از لبنیات از گونه‌های گیاهی تکامل یافته‌اند.
مشخصات موفولوژی
از نظر مورفولوژی سلولی، لاکتوکوک‌ها دارای سلول‌های کروی یا بیضی شکل هستند و به صورت منفرد یا زنجیره‌ای ایجاد می‌شوند، گرم مثبت، کاتالاز منفی، اختیاری بی‌هوازی، غیرمتحرک و غیراسپورساز هستند. دمای بهینه رشد لاکتوکوکوس لاکتیس ها 30 درجه سانتیگراد می‌باشد.
طبقه‌بندی
در حال حاضر طبقه‌بندی لاکتوکوکوس براساس فنوتیپ با دو زیرگونه (لاکتیس و کرموریس) و یک بیوار (دی‌استیل لاکتیس) است. براساس توالی ژن، تخمین زده می‌شود که این دو گونه حدود 17 میلیون سال پیش از هم جدا شده باشند. فنوتیپ‌های لاکتیس و کرموریس براساس استفاده از آرژنین، مالتوز، دمای بهینه رشد، و تحمل نمک متمایز می‌شوند، درحالیکه سویه‌های دی‌استیل لاکتیس علاوه بر آن توانایی متابولیسم سیترات را نیز دارند. دی‌استیل لاکتیس یک زیرگونه شناخته شده سیترات مثبت است و قادر است سیترات (که در شیر تقریباً به میزان ۰.۲٪ یافت می‌شود) را به دی‌اکسید کربن و ترکیبات طعم‌دهنده، دی استیل، کاتابولیزه کند.
فنوتیپ‌های لاکتیس دارای توانایی تولید آمونیاک از آرژنین، تخمیر مالتوز، تحمل دمای بالا (40 درجه سانتیگراد) و تحمل سطوح بالای نمک (3%) هستند. درواقع، لاکتوکوکوس لاکتیس-لاکتیس حاوی یک آرژنین دهیدرولاز است که امکان آزادسازی آمونیاک از آرژنین را فراهم می‌کند.
نقش لاکتوکوکوس لاکتیس در محصولات لبنی
افزودن لاکتوکوکوس به شیر برای تهیه پنیر اهداف متفاوتی دارد. به طور کلی لاکتوکوک‌ها میزان اسید محیط را کاهش می‌دهند تا به مقدار نهایی pH یعنی 4.4-4.8 برسند. پس از دوره اسیدی شدن، لاکتوکوکوس‌ها عموما فعالیت کمی دارند. این باکتری علاوه بر تبدیل لاکتوز به اسیدلاکتیک، مسئول خواصی مانند طعم و بافت است که توسط متابولیت‌های فرار، فعالیت پروتئولیتیک و تولید اگزوپلی ساکارید تعیین می‌شود.بسیاری از خواصی که اجازه رشد سریع در شیر را می‌دهند مانند استفاده از لاکتوز، پروتئولیز، انتقال پپتید و همچنین بسیاری از صفات مهم صنعتی مانند: مقاومت به باکتریوفاژ، تولید باکتریوسین و تولید اگزوپلی ساکارید، اغلب در پلاسمید باکتری‌ها قرار دارد.
توسعه طعم در تخمیرهای لبنی، از یک سری فرآیندهای شیمیایی ناشی می‌شود که در آن استارترکالچرها، آنزیم‌های مربوطه را فراهم می‌کنند. سلول‌های لاکتوکوکوس شامل بسیاری از آنزیم‌های پروتئولیتیک است که می‌توانند کازئین‌ها و پپتیدها را هیدرولیز کنند. سیستم پروتئولیتیک موجود در سویه‌های استارتر L.lactis در صنایع لبنی از یک پروتئیناز خارج سلولی متصل به پپتیدوگلیکان تشکیل شده است که پروتئین‌های شیر را به الیگو، تری و دی پپتید می‌شکافد. سپس از طریق سیستم‌های انتقال پپتید وارد سلول شده و توسط پپتیدازهای اختصاصی به اسیدهای آمینه تجزیه می‌شوند.
این باکتری‌ها دارای آنزیم‌هایی هستند که در تخریب اسیدهای آمینه نقش دارند. ترانس آمینازها، اسیدهای آمینه را به a-cetoacid تبدیل می‌کنند که پس از آن می‌توانند به آلدهیدها, الکل‌ها، هیدروکسی اسیدها و همه ترکیبات معطر یا پیش‌سازهای معطر تبدیل شوند. به ویژه تبدیل متیونین، اسیدهای آمینه آروماتیک و شاخه‌دار که پیش‌سازهای اصلی ترکیبات معطر فرار هستند، بسیار مهم است.
به طور سنتی زیرگونه کرموریس به عنوان بهترین تولیدکننده طعم در پنیر در نظر گرفته شده است در حالیکه زیرگونه لاکتیس به دلیل ایجاد طعم‌های نامتعارف (تلخ، مالت، میوه‌ای) مورد توجه قرار می‌گیرند. گزارش شده است در برخی از موارد، سویه‌های لاکتیس، مسئول ایجاد طعم میوه‌ای در پنیر چدار و در نتیجه تولید استر هستند. با این حال تکنیک‌های بهتری برای شناسایی تعداد زیادی از زیرگونه‌های لاکتیس برای ارائه طعم‌های خوب شناسایی شده که به دلیل تولید اسیدلاکتیک سریع‌تر و بازدهی بهتر در آماده‌سازی کشت غلیظ، به طور مرتب در استارترهای تجاری، معمولا با سویه‌های کرموریس ترکیب می‌شوند. لاکتوکوکوس کرموریس قابلیت آنزیمی را نیز از خود نشان داده و برای مقابله با تولید ترکیبات تلخ توسط زیرگونه لاکتیس استفاده می‌شود.
اگرچه هر دو زیرگونه به عنوان استارترکالچر توسط صنایع لبنی استفاده می‌شوند، اما سویه‌های تعریف شده با کرموریس برای تولید پنیر چدار به دلیل خواص مطلوب آن‌ها به ویژه در ارتباط با تولید اسید، توسعه طعم و مقاومت در برابر باکتریوفاژها ترجیح داده می‌شود.
