استارتر ترموفیل از چیستی تا کاربرد

مقدمه
استارتر به گروهی از میکروارگانیسم‌های فعالی (اعم از گونه‌های باکتریایی، قارچی، یا مخلوطی از هر دو) اطلاق می‌شود که می‌توانند باعث ایجاد تغییرات مطلوبی در فرآورده‌های شیر از طریق فرآیند تخمیر کنترل‌شده شوند. درواقع این میکروارگانیسم‌ها بطور عمدی و بصورت انتخاب شده، برای شروع تخمیر به شیر افزوده می‌شوند و تغییرات خاصی را در ظاهر، بافت، و طعم محصول با اثر روی pH شیر، ایجاد می‌کنند. فلور طبیعی شیر غیرقابل پیش‌بینی و غیرقابل کنترل است که طی عمل گرمادهی به شیر، بطور کامل از بین می‌روند.
تاریخچه استارترکالچر و فرآورده‌های تخمیری
مواد غذایی تخمیری به جهت غنی کردن رژیم غذایی انسان و ارائه طیف وسیعی از طعم، عطر، و بافت حائر اهمیت هستند. فرآورده‌های لبنی تخمیری حتی از زمانیکه اجداد ما دانشی راجع به باکتری‌های اسید لاکتیک نداشتند، مورد استفاده قرار می‌گرفتند. به این صورت که شیر خود به خود در دمای اتاق تخمیر می‌شد و سپس به همین صورت یا بعد از مخلوط کردن با آب استفاده می‌شد. سپس به عنوان یک مخلوط تخمیری و با تخلیه آب پنیر، محصول جدیدی که پنیر ابتدایی بود و قابلیت نگهداری طولانی‌تری راداشت، عرضه شد. عمل تلقیح شیر با مقدار کمی از شیر تخمیری، مدت‌ها مورد آزمایش قرار می‌گرفت.
استارترها همچنان در مسیر بهبود و تولید بودند، تا اینکه در اواخر قرن 19، کارخانه‌هایی به طور تخصصی برای تولید اولین استارترها شروع به فعالیت کردند، هرچند استارترها حاوی مخلوط‌های ناشناخته از گونه‌های مختلف بودند. بعد از آن با پیشرفت علم، استارترهایی تعریف شده با سویه‌های خاص و با تنوع گونه‌های کمتر، برای تولید محصولات استاندارد به دست آمد. هم‌اکنون تولیدات لبنی تخمیری پس از نوشیدنی‌های الکلی، جایگاه دوم را در صنعت تخمیر دارد.
تعریف
معمول‌ترین علت استفاده از استارترکالچرها، تولید اسید لاکتیک از قند شیر (لاکتوز) است که با کاهش pH، باعث انعقاد یا کمک به انعقاد پروتئین شیر می‌شود. به طور کلی کالچرهایی که اسید لاکتیک تولید می‌کنند را باکتری‌های لاکتیک اسید یا LAB می‌گویند. LABها به دلیل توانایی‌شان در تولید ترکیبات طعم‌دهنده مثل دی استیل و همچنین اثر روی بافت محصولات تخمیری و یا کشت داده شده از طریق تخمیر پروتئین‌ها و چربی‌ها و مهار عوامل فساد، از طریق تولید محصولات جانبی رشد اهمیت ویژه‌ای دارند. (جدول 1)
نتیجه عملکرد
تشکیل ژل/خروج آب پنیر/نگهداری شیر/توسعه طعم تولید اسید
تشکیل ترکیبات طعم دهنده مانند: دی استیل و استالدهید طعم
تولید اسید لاکتیک/تولید آنتی‌بیوتیک/تولید آب اکسیژنه/تولید استات حفظ و نگهداری
تشکیل چشمک در برخی از پنیرها تشکیل گاز
ایجاد مواد پلی ساکارید و توسعه ویسکوزیته تشکیل تثبیت کننده
کاهش تولید گاز مناسب برای افراد مبتلا به عدم تحمل لاکتوز استفاده از لاکتوز
کمک به توسعه طعم و نگهداری محصول کاهش پتانسیل اکسید و احیا
کمک به رسیدن پنیر پروتئولیز و لیپولیز
تولید الکل در کفیر و کومیس سایر ترکیبات

طبقه‌بندی استارترکالچرها
استارتر کالچرها را براساس موارد گوناگونی می‌توان تقسیم‌بندی کرد:
طبقه‌بندی براساس مورفولوژی سلول:
استارترها یا میله‌ای شکل هستند یا به شکل کوکسی. هر دو شکل بصورت تک سلولی یا جفتی هستند، اما غالبا به شکل زنجیره‌های کوتاه از انتها بهم متصل می‌شوند.
طبقه‌بندی براساس تخمیر:
تعدادی از اسید لاکتیک باکتری‌ها، ضمن تولید اسید لاکتیک، باهدف تولید ترکیبات طعم‌دهنده، به شیر اضافه می‌شوند که به آن‌ها استارتر ثانویه می‌گویند.
استارترهای هتروفرمنتاتیو، لاکتوزرا به حدود 50% اسید لاکتیک و 40% یا بیشتر تبدیل به محصولاتی مانند اتانول، استالدهید، اسید استیک، و دی اکسید کربن می‌کنند. این باکتری‌ها بیشتر به عنوان فلور ثانویه در نظر گرفته می‌شوند نه استارتر اولیه. استارترهای هموفرمانتاتیو، لاکتوز را به بیش از 90% به اسید لاکتیک و مقدار کمی را به اسید استیک تبدیل می‌کنند.
طبقه‌بندی براساس دمای مطلوب رشد:
دمای مربوط به ویژگی هر باکتری بدلیل تنوع طبیعی در گونه‌ها و سویه‌ها بصورت محدوده درنظر گرفته می‌شود. با این حال دمای مطلوب رشد، کمتر از حداکثر دمایی است که باکتری‌ها هنوز در آن رشد می‌کنند و حتی بسیار کمتر از دمایی است که در آن شروع به مرگ می‌کنند.
استارهای مزوفیل: دمای مناسب برای فعالیت این استارترها C20-32° است که البته این دسته می‌توانند لاکتوز را در دمای C10° و حداکثر C40° تخمیر کنند.
استارترهای ترموفیل: دمای مطلوب برای فعالیت این دسته C37-45° است و البته می‌توانند لاکتوز را در دمای 20 و حداکثر C50° تخمیر کنند. بسیاری از ترموفیل‌ها حتی می‌توانند درجه حرارت و زمان‌های کمی بالاتر از آنچه برای برآوردن حداقل شرایط پاستوریزاسیون استفاده می‌شود، دوام بیاورند. باکتری‌هایی که می‌توانند از پاستوریزاسیون جان سالم به در ببرند، قادر به تشکیل بیوفیلم در قسمت سردکننده پاستور هستند. این بیوفیلم‌ها منبع اصلی آلودگی باکتریایی در شیر هستند.

نقش کالچرهای ترموفیل در تولید محصولات لبنی تخمیری
استارترهای ترموفیل شامل لاکتوباسیل‌ها و استرپتوکوکسی‌ها هستند که دمای بهینه رشد آن‌ها حدود C45° می‌باشد. نقش استارترهای ترموفیل دوچندان است. اولا، لاکتوز را به اسید لاکتیک تبدیل می‌کنند، بنابراین pH شیر یا لخته پنیر را کاهش می‌دهند. این مرحله برای ماستی که pH نهایی آن حدود 4 است ضروری است، زیرا از ایجاد میکروارگانیسم‌های فاسد کننده و احتمالاً عوامل بیماری‌زا جلوگیری می‌کند. در مورد پنیرهای پخته شده، اسیدی شدن اگرچه با ظرفیت بافری لخته پنیر محدود شده است، اما به هم‌افزایی کمک می‌کند. کاهش میزان آب لخته، به نسبت ثابت و در زمان مناسب می‌باشد (این مرحله تخلیه زیر دستگاه پرس است). پس از فشردن لخته و کاهش رطوبت و pH آنقدر پایین است که بتواند دوره رسیدن طولانی مدت (چند ماه) را با موفقیت پشتیبانی کند. ثانیاً، استارترهای ترموفیل به کیفیت ارگانولپتیک محصول نهایی کمک می‌کنند. در مورد ماست این نقش بسیار مهم است، زیرا قوام و طعم محصول به متابولیسم باکتری‌های لاکتیکی شروع کننده بستگی دارد. برای پنیر استارتر کالچرها به آزادسازی آنزیم‌ها در مرحله رسیدن پنیر کمک می‌کنند. بنابراین، پروتئولیز با توجه به نوع محصول ویژگی‌های رئولوژیکی پنیر را تعیین می‌کند و باعث ایجاد ترکیبات طعم‌دهنده یا پیش‌سازهای عطر و آروما می‌شود که پس از اصلاح توسط میکروارگانیسم‌های مختلف یا واکنش‌های شیمیایی، ویژگی‌های ارگانولپتیک پنیر رسیده را به دست می‌آورد.
استارترهای ترموفیل به طور کلی حاوی یک یا چند لاکتوباسیل (لاکتوباسیلوس بولگاریکوس، لاکتوباسیلوس لاکتیس، و لاکتوباسیلوس هلویتیکوس) و استرپتوکوک (استرپتوکوکوس ترموفیلوس) هستند.
جنس استرپتوکوکوس شامل باکتری‌های گرم مثبت، بدون حرکت، و کروی شکل است که معمولاً هنگام رشد در محیط مایع به صورت زوج یا زنجیره‌ای مرتب می‌شوند. همه گونه‌ها بی‌هوازی اختیاری هستند، برخی از آن‌ها برای رشد نیاز به CO2 اضافی دارند. آن‌ها بدون اسپور، کاتالاز منفی، و هموفرمانتیو هستند و نیازهای تغذیه‌ای پیچیده و متغیری دارند. آن‌ها کربوهیدرات‌ها را با تخمیر متابولیزه می‌کنند و در نتیجه اسید لاکتیک تولید می‌کنند اما تولید گاز ندارند. دمای مطلوب این استارترها معمولاً در حدود C37° است، اما حداکثر و حداقل درجه حرارت در بین گونه‌ها تا حدودی متفاوت است.
استرپتوکوکوس ترموفیلوس از اهمیت زیادی برای صنایع غذایی برخوردار است، زیرا از آن برای تولید محصولات لبنی (بازار سالانه حدود 40 میلیارد دلار) استفاده می‌شود و بعنوان دومین تولید کننده مهم لبنیات صنعتی پس از لاکتوکوکوس لاکتیس شناخته می‌شود. این باکتری متعلق به گروه باکتری‌های اسید لاکتیک ترموفیل است و به طور سنتی در ترکیب با لاکتوباسیلوس زیرگونه دلبروکی استفاده می‌شود. بولگاریکوس یا لاکتوباسیلوس هلویتیکوس برای تهیه ماست و به اصطلاح پنیرهای سخت پخته (به عنوان مثال ایمنتال، گریو، گرانا) در دمای فرآیند نسبتاً بالا (C45°) استفاده می‌شود. استرپتوکوکوس ترموفیلوس همیشه همراه با لاکتوباسیلوس بولگاریکوس برای تهیه ماست کاربرد دارد، که منجر به ایجاد یک رابطه پیچیده همزیستی (همکاری اولیه) بین این دو باکتری می‌شود. استرپتوکوکوس ترموفیلوس همچنین به تنهایی یا همراه با لاکتوباسیل‌ها برای تولید پنیر موزارلا و چدار استفاده می‌شود.
یکی از نقش‌های اصلی استرپتوکوکوس ترموفیلوس در تخمیر شیر اسیدسازی سریع است. علاوه بر اسید لاکتیک مقدار کمی فرمات، استوئین، دی‌استیل، استالدهید، و استات نیز به عنوان محصولات نهایی اضافی تولید می‌شود. بنابراین نقش استرپتوکوکوس ترموفیلوس در تخمیر شیر تنها به تولید اسید لاکتیک مربوط نمی‌شود. همچنین دارای چندین ویژگی مهم فناوری دیگر مانند متابولیسم قند، استفاده از گالاکتوز، فعالیت پروتئولیتیک، و فعالیت اوره‌آز است. این عملکرد تکنولوژیکی متنوع نشان‌دهنده میزان تنوع فنوتیپی موجود در گونه است. علاوه بر این، تحقیقات در زمینه فیزیولوژی استرپتوکوکوس ترموفیلوس اطلاعات مهمی را در زمینه ژنتیک برای بسیاری از این صفات نشان داده است.
متابولیسم قند
استرپتوکوکوس ترموفیلوس ظرفیت محدودی برای استفاده از کربوهیدرات‌ها دارد و عملکرد اصلی استرپتوکوکوس ترموفیلوس در تخمیر لبنیات صنعتی تبدیل لاکتوز به لاکتات در دمای بالا است. استرپتوکوکوس ترموفیلوس برخلاف بسیاری از باکتری‌های گرم مثبت دیگر لاکتوز را به گلوکز به عنوان منبع اصلی کربن و انرژی ترجیح می‌دهد، که منجر به سازگاری مکانیسم کنترل جهانی در جهت تنظیم دقیق جذب لاکتوز و کاتابولیسم بعدی توسط گلیکولیز شده است. استرپتوکوکوس ترموفیلوس قادر به متابولیسم گالاکتوز نیست و بنابراین این قند را در حین تخمیر لاکتوز از محیط خارج می‌کند.
سیستم پروتئولیتیک
لاکتیک اسید باکتری‌ها از نظر تغذیه سریع عمل می‌کنند و برای شروع رشد نیاز به منبع خارجی اسیدهای آمینه دارند. سیستم پروتئولیتیک استرپتوکوکوس ترموفیلوس شامل بیش از 20 آنزیم پروتئولیتیک است و از (i) یک پروتئاز خارج سلولی با قابلیت هیدرولیز کازئین تشکیل شده است ، (ii)یک مجموعه ای از سیستم‌های انتقال اسید آمینه و پپتید مورد نیاز برای واردات اسیدهای آمینه و (iii) یک مجموعه‌ای از پپتیدازهای درون سلولی که در هیدرولیز پپتیدهای مشتق از کازئین برای فرآیندهای مختلف نقش دارند.
ویژگی‌های پروبیوتیکی استرپتوکوکوس ترموفیلوس
اگرچه استرپتوکوکوس ترموفیلوس به شرایط اسیدی معده حساس است، اما ثابت شده است که از دستگاه گوارش جان سالم به در می‌برد و به طور متوسط به سلول‌های اپیتلیال روده می‌چسبد. سایر خصوصیات پروبیوتیک (جداسازی نمک‌های صفراوی، آبگریزی و فعالیت بتاگالاکتوزیداز) و مقاومت در برابر موانع بیولوژیکی (اسید معده و نمک‌های صفراوی) نیز برای استرپتوکوکوس ترموفیلوس گزارش شده است. استرپتوکوکوس ترموفیلوس اثرات مثبتی بر اسهال در کودکان خردسال، انتروکولیت در نوزادان نارس و بیماری‌های التهابی روده دارد.
پلی‌ساکاریدهای خارج سلولی
بخش بزرگی از اگزوپلی‌ساکاریدها توسط لاکتیک اسید باکتری‌ها تولید می‌شود که عمدتا استارترهای ترموفیل هستند.
اگزوپلی ساکاریدها با اتصال آب آزاد و کند کردن جداسازی آب پنیر، قوام و ویسکوزیته را در محصولات لبنی تخمیری بهبود می‌بخشد. این ویژگی‌ها به ویژه در ماست همزده که در فرآوری آن همزدن لخته انجام می‌شود بسیار ارزشمند است. پلی‌ساکاریدهای خارج سلولی آب‌اندازی در اثر شکستن لخته را به حداقل می‌رسانند.
استارترهای ترموفیل دنیسکو بصورت سویه‌های خالص یا ترکیبی با استارترهای مزوفیل تولید و عرضه می‌شوند که با توجه به نوع کاربرد و نوع استارتر رنج قیمت این استارترها متفاوت می‌باشد.
جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص استارترها و قیمت می‌توانید با کارشناسان ما در ارتباط باشید.

منابع:
Auclair, J. and Accolas, J.P., 1983. Use of thermophilic lactic starters in the dairy industry. Antonie van Leeuwenhoek, 49, pp.313-326. DOI: 10.1007/BF00399506
Iyer, R., Tomar, S.K., Maheswari, T.U. and Singh, R., 2010. Streptococcus thermophilus strains: Multifunctional lactic acid bacteria. International Dairy Journal, 20(3), pp.133-141. DOI: 10.1016/j.idairyj.2009.10.005
Oberg, C.J. and Broadbent, J.R., 1993. Thermophilic starter cultures: another set of problems. Journal of Dairy Science, 76(8), pp.2392-2406. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(93)77576-1