Laktik Asit Bakterileri
01. Genel Bilgiler
02. Starter Kültür
03. Laktik Bakteriyofajlar
01. Genel Bilgiler
Çok genel bir yaklaşımla endüstriyel mikrobiyolojide kullanılan laktik asit bakterileri, fermente hayvansal ürünlerin (fermente süt ürünleri, sucuk vd.) elde edilmesinde kullanılanlar ve fermente bitkisel ürünlerin (boza, turşu, şalgam (suyu) tarhana vd.) elde edilmesinde kullanılanlar olarak iki ana gruba ayrılır. Probiyotiklerin çok büyük çoğunluğu, laktik asit bakterisidir. Probiyotikler, bu klasörde ayrı bir dosyada verilmiştir.
Hayvansal ürünlerin eldesinde kullanılan laktik asit bakterilerinin gelişme istekleri, bitkisel ürünlerin eldesinde kullanılanlara kıyasla daha fazladır. Bir diğer deyiş ile bunlar, besin maddesi, inkübasyon sıcaklığı, pH, su aktivitesi vb. gelişme faktörlerine diğerlerine kıyasla daha hassastırlar, doğal ortamlarından (örneğin çiğ süt) izolasyonları daha zordur.
Fermente bitkisel ürünlerin eldesinde kullanılan laktik asit bakterileri ise gelişme istekleri bakımından daha esnektir, doğal ortamlarından kolaylıkla izole edilebilirler, hatta örneğin tarhana yaparken undan gelen doğal laktik asit bakteri popülasyonu, fermantasyon için çoğu kere yeterlidir.
Doğada pek çok örneği olduğu gibi aynı laktik asit bakterisi türü yararlı ya da zararlı olabilir. Örneğin amaç, turşu ya da tarhana veya ekşi hamur üretimi ise Lactobacillus plantarum yararlıdır. Ancak aynı bakteri domates salçasına bulaşırsa salçanın bozulmasına neden olur.
Laktik asit bakterileri içinde sindirim sistemi ile (yenilen içilen gıdalar ile) insan patojeni olan türler yoktur ya da bugüne kadar saptanmış patojen bir laktik asit bakteri türü yoktur. Her ne kadar Streptococcus ve Staphylococcus türlerinin bazı türleri patojen iken bazı türleri fermente gıdaların üretiminde kullanılıyor olsa da burada söz konusu türlerin laktik asit bakterisi olup olmadığı önemlidir.
Yeryüzünde yüzlerce farklı fermente bitkisel ve hayvansal ürün vardır. Bunların bir kısmında fermantasyon doğal mikroflora ile kontrolsüz olarak yapılırken (ev tipi tarhana, çiğ sütten yapılan peynirler, kasap sucuğu vb.), giderek artan endüstriyel üretimlerde seçilmiş suşlardan oluşan starter kültürler kullanılır.
02. Starter Kültür
Starter kelimesinin anlamı "başlatıcı" demektir. Ancak, “başlatıcı” deyimi yanıltıcı olmamalıdır, fermantasyonu başlatır ve ürün oluşumu tamamlanıncaya kadar işlevini sürdürür. Bu kültürlere starter denilmesi asıl olarak peynir teknolojisinden kaynaklanmaktadır. Peynir yapılacak pastörize süte önce mikroorganizma kültürü eklenir. Bu kültür, yaklaşık 30 dk içinde asitliği geliştirerek rennin enziminin faaliyetine uygun hale getirir. Yani mikroorganizma kültürü, rennin enziminin faaliyeti için bir dizi reaksiyonu başlatmış olur ve peynirin olgunlaşma aşamasında tat ve koku gibi duyusal karakteristikler kazandırır.
Gıda sanayii ve endüstriyel mikrobiyoloji açısından "starter kültür" deyimi "hammaddenin kontrollü koşullar altında belirli bir ürüne dönüştürülmesi amacıyla kullanılan mikroorganizma kültürü" olarak tanımlanabilir. Buna göre daha geniş bir tanımla çeşitli gıdaların üretiminde ürüne tat, koku, yapı ve görünüm bakımından istenilen nitelikleri kazandırmak amacıyla hammaddeye (örneğin süt, üzüm suyu vb.) katılan mikroorganizma kültürleridir.
Starter kültür, belirli bir amaca yönelik olarak kullanılır. Bazı gıdalarda işlevi asit geliştirmek iken, bazı gıdalarda aroma geliştirme esastır. Probiyotik ürünlerde olduğu gibi bazı gıdalarda temel işlev doğrudan sağlıktır.
Farklı mikroorganizma kültürleri, enzimatik aktivitelerine bağlı olarak farklı substratlarda farklı metabolik ürünler ortaya çıkarırlar. Dolayısıyla elde edilmek istenen ürüne göre faklı starter kültürler kullanılır. Örneğin, amaç şarap yapmaksa şarap mayası kullanılır, ancak şarap mayası peynir yapılacak süte bulaşırsa istenmeyen tat ve aromada peynir elde edilir.
Günümüzde yüzlerce farklı türde bakteri, maya ve küf, starter olarak kullanılmaktadır. Starter kültür olarak kullanılan mikroorganizma türlerinde alt türler ve hatta suşlar dahi önemli olmaktadır. Özellikle süt ürünlerinde kullanılan laktik starter kültürlerde bakteriyofaj saldırısına karşı suş rotasyonu çok önemlidir. Süt ürünleri eldesinde kullanılan ve laktozdan laktik asit oluşturan bakterilere “laktik starter kültür” adı verilir.
Starter kültür konusunda “maya” deyimi de çoğu defa starter kültür yerine kullanılır, ancak maya deyiminin farklı anlamlar taşıdığına dikkat edilmesi gerekir:
-Mikrobiyolojik anlamda maya, flamentsiz mikrofungusları tanımlar. Örneğin Saccharomyces cinsi, tipik bir mayadır. Ekmek mayası, şarap mayası ve bira mayası bu cinsin üyeleridir. Ancak, ekşi hamur mayası farklıdır.
-Yoğurt mayası, “mayalamak” deyimi ile ilgilidir ve çeşitli laktik asit bakterileri, “yoğurt mayası” ya da teknik deyimi ile “yoğurt starter kültürü” olarak kullanılır.
-Peynir mayası sadece rennin enzimidir. Peynir starter kültürü, çeşitli laktik asit bakterilerinden oluşur ve bu kültürün peynir mayası ile hiç ilgisi yoktur.
-Ekşi hamur ekmeği yapımında kullanılan “ekşi hamur mayası” farklı türlerdeki laktik asit bakterileri ve flamentsiz mikrofunguslardan oluşan karışık ve çoğunlukla kontrolsüz bir mikroorganizma topluluğudur.
-Bunların dışında; ticarete yeni başlayan kişiye yakınlarının verdiği maddi destek “al, bu sana maya olsun” şeklinde kullanıldığı gibi halk arasında kadının gebe bırakılmaya çalışılması da “mayalamak” olarak kullanılır.
Starter kültür, tek bir mikroorganizma türü olabileceği gibi, farklı türlerden oluşan bir karışım halinde de olabilir. Örneğin ekmek, şarap, bira ve asidofiluslu süt üretiminde tek bir tür mikroorganizma kullanılır iken, yoğurt, peynir, kefir, kımız, boza ve çoğu et ürününde birden fazla mikroorganizma türü kullanılır. Bu gibi birden fazla mikroorganizma kültürü kullanılıyorsa bu kültür, “karışık starter” olarak tanımlanır. Devamında aynı türün tek bir suşu ya da farklı suşları da starter kültür içinde yer alabilir. Çok suşlu starter kültürler, farklı amaçlarla kullanılır. Örneğin kullanılan starter kültür suşlarından birisi yeterli asit oluştururken diğer suş aroma maddeleri üretimini sağlar.
Farklı ürünlerin eldesinde hammaddedeki doğal mikroorganizma popülasyonuna göre gıda sanayisinde teknolojik olarak farklı starter kültür kullanımları söz konusudur. Aşağıda bu konuda farklı örnekler verilmiştir:
-Yoğurt, kefir ve asidofiluslu süt üretiminde kullanılan hammaddede (çiğ süt), bu ürünlerin elde edilmesi için gereken mikroorganizmalar yoktur. Dolayısıyla çiğ süt pastörize edilir, “mayalama” sıcaklığına kadar soğutulur, starter kültür eklenir ve amaca uygun sıcaklık ve sürede inkübasyona bırakılır.
-Peynir üretiminde kullanılan hammaddede (çiğ süt) peynir elde edilmesi için gereken laktik asit bakterileri, nitelik ve nicelik (kalite ve kantite) olarak çok yetersizdir. Sanayide süt pastörize edilir, patojenlerin çok büyük bir çoğunluğu ve saprofitlerin önemli bir kısmı imha edilir ve istenilen amaca uygun laktik starter kültür eklenip devam edilir. Ya da çiğ sütteki mevcut laktik asit bakterisi varlığı “yeterli” kabul edilip süt pastörize edilmez, laktik starter kültür kullanılmaz ve çiğ sütten peynir yapılır. Bu uygulamada patojen riski yüksektir. Sütün, başta Brucella açısından temiz olduğu kontrol altında olmalıdır. Özellikle Fransa’da çiğ sütten üretilen peynirler yüksek fiyatlarla satılmaktadır. Türkiye’de kimi mandıralarda çiğ süte yoğurt ilave edilerek peynir yapılır, ancak yoğurt bakterilerinin inkübasyon sıcaklığı 44-46 oC’tır. Yoğurt bakterileri oda (peynir yapımı) sıcaklığında yavaş gelişirler. Bu uygulama “hiç yoktan iyidir” şeklinde de değerlendirilmektedir, ancak Brucella ve diğer patojenler açısından risk yüksektir. Brucella ve diğer patojenler açısından hammadde olan çiğ süt, güvence altında olsa bile çiğ sütteki doğal laktik asit florası değişken olacağı için her defa aynı kalitede peynir edilme olasılığı düşüktür.
-Üzümde doğal olarak Saccharomyces cerevisiae mayaları vardır. Üzüm, sıkılıp kendi halinde bırakılırsa bu doğal flora ile üzüm suyu şaraba dönüşür. Bu uygulamada şarabın kalitesi doğal floraya bağlıdır ve değişken olmaya mahkûmdur. Aromatik nedenlerle üzüm suyu pastörize edilip iyi kalitede şarap starter kültürü kullanılarak şarap elde edilemez. Üzüm doğal florasında bulunan yabani Saccharomyces cerevisiae suşları kükürde dirençli değildir, oysa endüstride kullanılan şarap mayaları kükürde alıştırılmıştır. Şarap yapılacak üzüm suyuna yeterli miktarda kükürt eklenir, doğal suşlar baskılanırken endüstriyel şarap mayaları kolaylıkla gelişerek standart kalitede ürün elde edilir.
-Sucuk yapımında kasap sucuğu ve endüstriyel sucuk üretimi farklıdır. Kasap sucuğunda bileşenlerden gelen doğal mikroorganizma popülasyonu ile fermantasyon yapılır ve standart kalite elde edilemez. Sanayi üretiminde ise başta kıyma olmak üzere bileşenlerin pastörizasyonu ya da şarapta olduğu gibi kükürt benzeri bir katkı ile doğal floranın baskılanması söz konusu değildir. Bu durumda sucuk hammadde karışımına laktik starter kültür katılır ve bu kültürün doğal (yabani) florayı baskılaması hedeflenir.
-Evde ya da küçük ölçekli işletmelerde tarhana yapılırken çoğu defa yoğurt kullanılır ve fermantasyonu yoğurdun sağladığı sanılır. Oysa yoğurt bakterilerinin tarhana fermantasyonuna katılması mümkün değildir. Fermantasyonu sağlayan asıl mikroflora undan gelen bitkisel ürünlerin eldesinde kullanılan laktik asit bakterileridir (asıl olarak Lactobacillus plantarum vd.). Tarhana hamuruna bir miktar turşu suyu eklenirse tarhana fermantasyonu daha kısa sürede gerçekleşir.
-Ekşi hamur ekmeği, kimi tüketiciler tarafından tercih edilmektedir. Tarhana ve bozada olduğu karışık mikrofloradır ve kontrol altında tutulması güçtür.
Fermente et ve süt ürünleri işletmeleri, yaygın olarak dondurulmuş ve/veya liyofilize edilmiş starter kültürleri kullanırlar. Tüm mikroorganizmalar için canlılık ve aktivitenin en iyi korunduğu yöntem sıvı azotta (-196 oC) dondurmak olsa da kültürlerin bu şekilde nakliyesi ve işletme içinde korunması oldukça zordur. Bunun yerine -18 oC’ta dondurulmuş kültür kullanımı daha yaygındır. Liyofilizasyon (dondurarak kurutma) teknolojisinde kültür önce dondurulur, sonra vakum altında kurutmaya bırakılır. Bu uygulamada hücrelerdeki donmuş haldeki su, sıvı fazı atlayıp doğrudan buhar fazına geçer (süblimasyon) ve toz halde kültür elde edilir. Her iki uygulama yönteminde de fermentörde geliştirilen kültür, santrifüjlenerek derişik bir şekilde dondurulur ya da liyofilize edilir.
03. Laktik Bakteriyofajlar
Kelime anlamı “yiyen” olan faj, mikroorganizmalara özgü virüslerdir. Bunlardan bakterilere özgü olanlara bakteriyofaj ya da sadece faj, funguslara özgü olanlara mikofaj adı verilir. Fajlar, virüslerin tipik özelliklerini taşır ve sadece belirli bir bakteri türünü enfekte ederler. Hatta enfeksiyon, suş bazında bile olabilir.
Laktik starter kültürlerde fajların varlığı ilk kez 1935 yılında gösterilmiştir. Starter kültürü enfekte ederek bakterileri öldüren fajlar, fermente süt ürünleri üretiminde önemli ekonomik sorunlara yol açarlar. Fajlar tarafından bir anlamda yok edilen laktik starter kültürler, kendilerinden beklenen işlevleri yerine getiremezler ve bu durum ürün kaybına ya da beklenen kalitede ürün elde edilememesi sonucunu ortaya çıkarır.
Kimi laktik asit bakterisi suşları, fajlara karşı doğal bir direnç gösterirken kimileri farklı faj ataklarına karşı duyarlıdır. Endüstriyel olarak fajlara dirençli suşların kullanımı benimsenir. Ya da işletmede faj rotasyonu yapılır. Örneğin (A) suşu sadece fa (a fajı) tarafından, (B) suşu sadece fb tarafından etkileniyorsa, işletmede önce (A) bakterisi kullanılır, fa çoğalıp (A) bakterisini zayıflattığı zaman bu kez (B) bakterisi işletmeye verilir. fb çoğalıp (B)’yi etkileyinceye kadar işletmeden fa kaybolur, tekrar (A) bakterisi kullanılır. Laktik starter üreten firmalar, bu rotasyona uygun kullanımı fermente süt ürünleri işleyen firmalara önerirler. Kuşkusuz bu rotasyonda kullanılan laktik starter kültürlerin asit oluşturma, aroma maddesi oluşturma vb. özellikleri birbirlerine çok yakın olmak durumundadır, aksi halde standart kalite elde edilmesinde sorunlar yaşanır.