Los cultivos lácticos están conformados por un grupo de microorganismos ; los cuales, han sido seleccionados en el laboratorio y se utilizan para producir fermentación en los productos lácteos elaborados como por ejemplo en las bebidas fermentadas como yogur, kumis pero también tienen una amplia utilidad en la producción de mantequilla y especialmente en los quesos.
Las funciones de los cultivos lácticos en la elaboración de productos lácteos son:
– Producción de ácido láctico por fermentación de la lactosa; lo que provoca un sabor ácido característico en las leche fermentadas además de producir cambios en la textura y cuerpo.
– Inhibe el desarrollo de flora contaminante y patógena
– Producción de compuestos como el diacetilo y acetaldehído que le dan aroma a los productos elaborados
– En los quesos maduros desarrollan actividad proteolítica y lipolítica durante la maduración.
– En bebidas como kumis, kéfir e Imer, la fermentación produce alcohol
– Contribuyen a la uniformidad en el producto final.
22.1 Clasificación de cultivos lácticos
Teniendo en cuenta la utilidad los cultivos lácticos en la industria láctea se mencionará la clasificación que presenta Rivera et al. (1995) en donde clasifica a los cultivos lácticos de acuerdo a:
Método de fabricación
De acuerdo al fin especifico de los cultivos teniendo en cuenta el microorganismo que lo conforman.
Sensibilidad al bacteriófago
22.1.1. Método de fabricación
En el mercado se encuentran cultivos de las siguientes formas:
* Cultivos líquidos frescos: Se presentan en forma líquida, el contenido aproximado de bacterias es del orden de 500 millones por ml. Son utilizados en plantas cercanas a los laboratorios que los producen pues deben mantenerse en refrigeración (2 «“ 4) ºC. Por la dificultad en el manejo; su uso es bastante reducido.
*Cultivos liofilizados: Preparados mediante desecación a partir del estado de congelamiento. Tienen una humedad inferior al 2%. Son estables por varias semanas a temperatura ambiente y por varios meses a temperatura de 3 a -5 ºC. El contenido de bacterias se encuentra entre los 2.000 a 3.0000 millones por gramo.
Este tipo de cultivos presentan ventajas como:
– Pueden ser transportados en largas distancias sin que sean refrigerados
– Tienen periodos largos de conservación
– La uniformidad en el producto final es mayor que la que se consigue con los cultivos líquidos por cuanto los microorganismos mantienen sus características constantes durante el periodo de almacenamiento hasta su utilización.
* Cultivos congelados: Los cultivos congelados son aquellos cultivos que son sometidos a un proceso rápido de congelación a temperatura de -40 a -45 ºC. Pueden ser no concentrados y concentrados. Los primeros, se pueden mantener de 3 a 8 meses a temperatura de congelación. Para su utilización es necesario descongelar y propagar el cultivo antes de su utilización. Una desventaja es el mantenimiento de la temperatura durante su transporte.
Las ventajas de este cultivo son:
-Conocimiento de las características de un cultivo madre
-Homogeneidad de la calidad del producto final a través del tiempo.
Los cultivos congelados concentrados se utilizan directamente sobre el tanque de proceso y no hay necesidad de reconstituir como sucede con los cultivos líquidos y liofilizados. Se conocen de dos tipos: los REDISET y REDISET. D.V.S. (Direct Vat Set ó inoculo directo en tina)
El uso de estos cultivos reduce notablemente los riesgos de contaminación por otras bacterias o por bacteriófagos que generalmente se acumulan cuando se preparan los cultivos madres y repiques en la propagación de los cultivos líquidos y liofilizados. Son altamente concentrados pues contienen entre 300.000 y 500.000 millones de bacterias por gramo. Deben ser mantenidos a temperatura de congelación.
22.1.2. De acuerdo al fin especifico de los cultivos teniendo en cuenta el microorganismo que lo conforman
Los cultivos lácticos se preparan para dos fines específicos:
a. Donde se requiere producción de ácido láctico: Homofermentativos
b. Donde se requiere producción de ácido láctico y otras sustancias que dan aroma y sabor: Heterofermentativos.
Desde lo anterior, se tiene que hay cultivos de acuerdo a la temperatura de crecimiento en donde pueden ser mesófilas (20 «“ 30 ºC y termófilos (37 «“ 45 ºC). También de acuerdo al tipo de cultivo; ya sean de cepa simple (1 cepa), cepas múltiples (2 «“ 4 cepas) y cepas mixtas (mezcla de cepas y especies).
Los cultivos lácticos mesófilos pueden ser[1]:
Streptococcus lactis
Streptococcus cremoris
Streptococcus diacetilactis
Leuconostoc citrovorum
Las características principales de estas bacterias:
-Producción de gran cantidad de gas carbónico y sustancias de aroma y sabor como la acetoina y diacetilo en el caso de los Streptococcus
-En el caso del Leuconostoc, producir aroma y sabor a partir de la degradación del acido cítrico y los citratos; no coagula la leche, porque produce baja concentración de acido láctico.
Cultivos lácticos termófilos:
Entre las bacterias lácticas termófilas de importancia en la industria lechera, se encuentran básicamente especies del género Lactobacillus y Streptococcus thermophilus
El género Lactobacillus se caracteriza por producir gran cantidad de ácido láctico y resistir altas concentraciones del mismo, por lo cual se denominan bacterias aciduricas.
Dentro de este género es bueno mencionar el Lactobacillus bifidus, que produce degradación de la caseína y frena el crecimiento de bacterias contaminantes, mejorando la digestibilidad de la leche en lactantes.
Bacterias Propiónicas:
Estas bacterias son ampliamente empleadas en la industria lechera, en la elaboración de quesos maduros como emmenthal y gruyer.
Se caracteriza porque a partir de la lactosas formadas durante la fermentación láctica, produce acido Propiónico, gas carbónico y otras sustancias características de estos quesos.
En la siguiente tabla se resumen los tipos de cultivos de acuerdo a la temperatura de crecimiento, tipo de fermentación.
Tabla 17. Microorganismos comúnmente utilizados en la industria láctica a través de cultivos lácticos.
Fuente: Adaptado de Almanza, F., Barrera, E. (1991). Tecnología de leches y derivados. Unisur. Santa Fe de Bogotá. (Colombia). Página 63.
Cultivo
Tipo de microorganismo
Clase de fermentación
Genero
Especie
Mesofilos
Streptococcus
lactis
cremoris
diacetilactis
Homofermentativa
Homofermentativa
Homofermentativa
Leuconostoc
citrovorum
dextranucum
Heterofermentativa
Heterofermentativa
Termófilo
Streptococcus
thermophilus
Heterofermentativa
Lactobacillus
bulgaricus
helveticus
bifidus
casei
acidophillus
Homofermentativa
Homofermentativa
Homofermentativa
Homofermentativa
Homofermentativa
Bacterias Propiónicas
Propionibacterium
shermanii
petersonii
Heterofermentativa
Heterofermentativa
En la siguiente tabla se resumen las características y utilización de los cultivos mesófilos y termófilos.
Tabla 18. Utilización de cultivos mesófilos y termófilos en la industria láctea.
Fuente: Adaptado de Almanza, F., Barrera, E. (1991). Tecnología de leches y derivados. Unisur. Santa Fe de Bogotá. (Colombia). Página 65 y 66.
Especie
Características
Utilización
Streptococcus lactis cremoris
Streptococcus leuconostoc
Alta producción de COâ‚‚
Alta producción de aroma
Quesos con ojos
Quesos Gouda, tilsit, Edam, manchego
Streptococcus lactis -cremoris leuconostoc
Baja producción de COâ‚‚
Mediano aroma
Quesos feta
Quesos Dambo, cottage y blandos
Streptococcus lactis-diacetylactis
Streptococcus cremoris
Baja producción de COâ‚‚
Mediano aroma
Quesos con ojos
Quesos bola, cantabría y quark
Streptococcus lactis- cremoris
No produce COâ‚‚
No produce aroma
Quesos Cheddar y chester
Streptococcus thermophilus
Lactobacillus bulgaricus
Baja producción de COâ‚‚
Mediano aroma
Yogur
Streptococcus thermophilus
Lactobacillus bulgaricus
Lactobacillus helveticus
Lactobacillus lactis
Lactobacillus casei
Baja producción de COâ‚‚
Alta producción de aroma
Quesos duros
Quesos Grana, Emmenthal, parmesano
Quesos Gruyere, provolone
Lactobacillus acidophillus
Lactobacillus bulgaricus
Mediana producción de COâ‚‚
Producción de aroma
Leches acidófilas
kumis
22.1.3. Sensibilidad al bacteriófago
Los bacteriófagos son virus que infectan a las bacterias dentro de las cuales se reproducen. Inicialmente, el bacteriófago se une a las bacterias a través de la pared celular e inyectan su ADN. Durante la reproducción bacteriana, en vez de replicarse el ADN de la célula, se replica el ADN del bacteriófago. La sustancia nuclear produce los «caparazones» de los bacteriófagos, los cuales son rápidamente llenados con ácido nucleico. Posteriormente los virus producen un enzima que causa la lisis de las células bacterianas y los nuevos bacteriófagos son liberados. Los bacteriófagos se encuentran en cualquier lugar, pero generalmente llegan a la planta junto con la leche cruda. Afortunadamente pueden ser inactivados por medio de los tratamientos térmicos (63-88 °C por 30 min.), o por el uso de desinfectantes.
En el siguiente esquema se observa, el ataque del bacteriófago sobre una célula bacteriana.
Figura 62. Esquema ataque de un fago a una célula bacteriana.
Fuente: http://www.slideshare.net/miranda_col/introduccion-a-la-microbiologia-de-alimentos. Consultado octubre. 2011
Para prevenir la sensibilidad de los fagos, conocido como los efectos negativos que causan estos en la industria láctea, se tiene entonces la necesidad de contar con cultivos resistentes a los mismos. Actualmente se consiguen cepas bacterianas resistentes al ataque por bacteriófagos, lo cual logran a través de varios mecanismos: evitando que el virus se adose a la célula, evitando que inyecte su ADN, digiriendo el ADN una vez inyectado o abortando la infección por medio de mecanismos no conocidos que provocan igualmente la muerte de la bacteria, pero sin que haya la multiplicación y diseminación viral.
En las plantas es importante la limpieza regular y efectiva de todos los equipos, utensilios y áreas de trabajo de la planta incluyendo pisos, paredes y cielo raso. También utilizar procesos efectivos de desinfección con agentes clorados, de amonio cuaternario y desinfectantes yodados para prevenir la aparición de fagos en el producto terminado.
El desarrollo y preparación de los cultivos lácticos debe hacerse en cuartos aislados como prevención para propagación del bacteriófago en los cultivos iniciadores o estárter. Así también es necesario incluir un sistema de rotación de cultivos en la elaboración de los diferentes productos que requieren de estos cultivos.
22.2 Propagación de cultivos lácticos.
El manejo de cultivos en la industria lechera depende del tipo de preparación comercial que se utilice. En caso de utilizar cultivos liofilizados es necesario operar en tres volúmenes de cultivos: Cultivo madre, cultivo intermedio y cultivo industrial.
El cultivo madre, es el cultivo puro o mezcla de especies de cultivos lácticos que es propagado en volúmenes pequeños de 100 a 500ml bajo condiciones controladas de temperatura y tiempo de incubación puesto que serán utilizados para inocular en volúmenes más grandes de leche. Esta propagación se realiza cada dos o tres días dependiendo de las necesidades de cultivos para la producción de bebidas fermentadas o quesos, utilizando como sustrato leche descremada. La elaboración de este cultivo madre puede ser:
-Tratamiento térmico de leche descremada a temperatura de 85 ºC durante 30 minutos
-Reducción de temperatura a la de las especificaciones del cultivo (40 «“ 43 ºC) si es termófilo y (20 «“ 22 ºC) para cultivos mesófilos.
-Tomar un sobre de cultivo liofilizado de marca comercial reconocida y adicionar a la leche previamente ajustada su temperatura de trabajo
-Tapar y mezclar por rotación lenta de la mezcla
-incubación de leche cultivada a temperatura ideas (mesófilas o termófila) hasta su coagulación y verificación de la acidez (0.75 «“ 0.85% ácido láctico). pH = 4.6. El tiempo requerido generalmente es de 6 horas para los m.o termófilos y de 24horas para m.o mesófilos.
-Refrigeración del preparado a temperatura de (2 «“ 4 ºC). Con el fin de frenar el crecimiento y evitar el deterioro del cultivo.
-Replica del cultivo madre hasta que se mantenga la viabilidad en número de microorganismos
El cultivo intermedio es aquel que se destina a aumentar la cantidad de inoculo contenido en el cultivo madre para la elaboración de productos fermentados o quesos de gran escala. En la pequeña industria este cultivo es sinónimo de cultivo industrial. La cantidad de inoculo e prepara de acuerdo a las necesidades de producción. La inoculación se hace a partir del último cultivo madre propagado. Su elaboración es como sigue:
-Tratar la leche descremada a 85 ºC durante 30 minutos en tanque de doble camisa
– Reducción de temperatura a la de las especificaciones del cultivo (40 «“ 43 ºC) si es termófilo y (20 «“ 22 ºC) para cultivos mesófilos.
-Adicionar el 2% del cultivo madre en relación con el volumen de la leche
-Mezclar y tapar
-incubación de leche cultivada a temperatura ideas (mesófilas o termófila) hasta su coagulación y verificación de la acidez (0.75 «“ 0.85% ácido láctico). pH = 4.6. El tiempo requerido generalmente es de 6 horas para los m.o termófilos y de 24horas para m.o mesófilos.
-Refrigerar a temperatura de (2 «“ 4 ºC). Con el fin de frenar el crecimiento y evitar el deterioro del cultivo.
El cultivo industrial es el que se adiciona directamente a la leche destinada a un determinado producto fermentado. Su preparación se hace a partir del cultivo intermedio. El volumen que se va a preparar depende de las necesidades de producción.
En el siguiente esquema se observa la secuencia de preparación de un cultivo madre «“ intermedio e industrial:
Figura 63. Esquema secuencia preparación de un cultivo láctico.
Fuente: Cultivos Estárter: Seguridad, funcionalidad y propiedades. Disponible en: http://agroindustriacarnica.blogspot.com/2010/05/cultivos-estarter-seguridad.html. Consultado octubre 2011.
22.2.1 Calidad de leche para elaboración de cultivos lácticos
En términos generales la calidad de leche aplica no solo para la elaboración de cultivos lácticos sino también para la producción de productos lácteos fermentados:
-La leche debe provenir de vacas sanas, libres de mastitis
-Leche libre de antibióticos y residuos de detergentes o desinfectantes pues inhiben la acción de microorganismos presentes en los cultivos lácticos
-Leche con bajo contenido de carga microbiana pues los m.o presentes en el cultivo entran a competir con la flora presente en la leche
-Leche con buenos sólidos totales
-Para la elaboración del cultivo láctico debe emplearse la mejor leche que ingresa a la planta en cuanto a bajo contenido microbiano y buenos contenidos de sólidos totales.
22.2.2 Evaluación de los cultivos lácticos
Se realizan análisis organolépticos, fisicoquímicos y microbiológicos:
-Organolépticos:
*Sabor: ácido
*Olor: aromático
*Color: Blanco brillante
*Textura: libre de grumos y viscoso.
Además no debe presentar desuere ni separación de fases. Si esto sucede hay que verificar la temperatura de incubación y el tiempo de incubación; los cuales seguramente están por encima de los parámetros normales.
-Fisicoquímicos: Se revisa el comportamiento de la acidez a través del tiempo. En ese sentido, se inocula 4% del cultivo objeto de análisis en leche reconstituida al 10% de sólidos totales y se verifica la acidez inicial «“ acidez intermedia y acidez al finalizar el tiempo de incubación. Se tiene que la acidez se incrementa entre 0.06 «“ 0.10% de acido láctico en cada medición posterior a la inoculación inicial que se hace. Lo anterior se denomina prueba de actividad.
-Microbiológicos: No debe haber presencia de coliformes totales ni fecales, y ausencia de mohos y levaduras.
22.2.3 Defectos de los cultivos lácticos
Los defectos más comunes son:
* Falta de aroma y sabor: puede darse cuando el tiempo de incubación es corto, baja temperatura de incubación, contaminación de la leche o del cultivo.
*Exceso de acidez: Tiempo largo de incubación, alta temperatura de incubación
*Liberación de suero: Exceso de acidez, bajo contenido de sólidos totales, excesiva temperatura de esterilización ocasionando un desequilibrio salino el cual se corrige adicionando cloruro de calcio.