Die Herstellung lyophilisierter Kulturen von Lactobacillus helveticus und Streptococcus thermophilus und ihre Verwendung in der Emmentalerkäserei ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
ETH Library Die Herstellung lyophilisierter Kulturen von Lactobacillus helveticus und Streptococcus thermophilus und ihre Verwendung in der Emmentalerkäserei Doctoral Thesis Author(s): Gehriger, Gottfried Publication date: 1968 Permanent link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000114676 Rights / license: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information, please consult the Terms of use.
Diss. Nr. 4193
Die Herstellung lyophilisierter Kulturen von
Lactobacillus helveticus und Streptococcus
thermophilus und ihre Verwendung in der
Emmentalerkäserei
ABHANDLUNG
zur Erlangung
der Würde eines Doktors der technischen Wissenschaften
der
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
ZÜRICH
vorgelegt von
GOTTFRIED GEHRIGER
dipl. Ing.-Agr. ETH
geboren am 13. Dezember 1936
von Attiswil (Kt. Bern)
Angenommen auf Antrag von
Prof. Dr. E. Zollikofer, Referent
Prof. Dr. L. Ettlinger, Korreferent
Juris Druck + Verlag Zürich
1968-
73 -
4. ZUSAMMENFASSUNG
In der vorliegenden Arbeit wurde versucht, thermophile Milchsaurebakterien
unter optimalen Bedingungen zu lyophihsieren und wieder zu reaktivieren. Der
Einfluss reaktivierter lyophilisierter Milchsaurebakterien auf die Qualität der da¬
mit hergestellten Emmentalerkase wurde geprüft. Als Versuchsorganismen dien¬
ten die beiden Hauptvertreter der Milchsauregarung im Emmentalerkase,
L.helveticus und Str. ther mophilus.
Untersuchungen über die Aktivität von Milchsaurebakterien vor der Gefrier¬
trocknung lieferten Angaben über die Ernahrungsbedurfnisse und die Kulturbedin¬
gungen von L.helveticus und Str. ther mophilus in Rein- und Mischkultur. Als Nahr-
medium eignete sich sterile Pulvermagermilch besser als sterile Molke. Durch
Zusätze verschiedener Stickstoffverbindungen konnte die Aktivität der verwendeten
Milchsaurebakterien nur wenig stimuliert werden. Nach mehrmaliger Ueberimpfung
erwies sich für beide Bakterienarten eine Bebrutungszeit von 12-18 Stunden und
eine Bebrutungstemperatur von 40 C am gunstigsten.
Aus den Gefriertrocknungsversuchen darf geschlossen werden, dass die ge¬
prüften thermophilen Milchsaurebakterien mit Vorteil am Ende der log-Phase oder
anfangs der stationären Phase lyophilisiert werden. Der Gefnertrocknungsprozess
scheint die Bakterien zu schadigen. Daraus resultiert vermutlich eine längere An¬
laufphase der reaktivierten Bakterien, welche mit grosseren Impfmengen nicht
verbessert werden konnte. Die Absterberate gefriergetrockneter Bakterien wurde
mit steriler Pulvermagermilch + 0.5% Hefeextrakt als Schutzlosung beträchtlich
vermindert. Bei einer Einfriergeschwindigkeit von ca. 2 C/sec war die letale
Wirkung des Einfrierens am kleinsten. Die geprüften lyophilisierten Milchsaure¬
bakterien überlebten bei einem Restfeuchtigkeitsgehalt von 1-2% am besten. Un¬
ter Vakuum und Stickstoff hess sich der schädigende Einfluss der Luft auf die
gefriergetrockneten Bakterien unterbinden. Die Lagerung der lyophilisierten Kul¬
turen verlief im Dunkeln bei Kuhlraumtemperaturen am erfolgreichsten. Als Reak-
tivierungsmedien dienten aufgekochte Magermilch und aufgekochte Molke. Bei ei¬
ner Reaktivierungstemperatur zwischen 20 und 40 C konnte die höchste Aktivität
erzielt werden. Durch wiederholte Lyophilisaten derselben Bakterienkultur fand
keine Auslese besonders resistenter Organismen statt. L.helveticus undStr.ther-
mophilus, die einzeln lyophilisiert und hierauf zusammen gemischt wurden, zeig¬
ten im Laborversuch keinen Aktivitatsunterschied zu gleichen Kulturen, welche-
74 -
schon vor der Gefriertrocknung zusammen gegeben wurden. Mit reaktivierten
lyophilisierten Milchsaurebakterien erreichten wir m der ersten Passage Be¬
triebskulturen, die in bezug auf den Sauregrad und die bakteriologische Zusam¬
mensetzung einer Rohkultur gleich gestellt werden konnten. Sauregrad und Stab-
chen/Streptokokken-Verhaltnis wurden mit der Bebrutungszeit oder durch die Zu¬
gabe von entsprechenden Reinkulturen beliebig variiert. Sauerungsversuche in
Modellkase mit unbehandelten Rohkulturen und mit ahnlichen reaktivierten lyo¬
philisierten Milchsaurebakterien zeigten keinen Unterschied im Saurebildungsver -
mögen der beiden verschiedenen Kulturen. Grossversuche liessen keinen Unter¬
schied in der Qualität zwischen Emmentalerkasen, die mit Rohkulturen und sol¬
chen, die mit reaktivierten lyophilisierten Milchsaurebakterien hergestellt wur¬
den, erkennen. Es wurde beobachtet, dass die erste Passage reaktivierter lyo¬
philisierter Milchsaurebakterien nicht immer die notige Aktivität aufweist, um
als Betriebskultur verwendet zu werden. Mit der zweiten Passage konnte hinge¬
gen eine normale Milchsauregarung erreicht werden.-
75 -
SUMMARY
This paper deals with the freeze-drying and rehydration of thermophilic
lactic acid bacteria under optimal conditions, and the influence of such preparations
on the quality of Emmental type hard cheese. Lactobacillus helveticus and Str.
thermophilus, the two main representatives of lactic acid fermentation in Emmen¬
tal cheese, were used as the test organisms.
Investigations of the activity of lactic acid starter cultures before freeze-
drying gave some indications of the nutritional requirements and culture
conditions of Single and mixed strain Starters. Sterilized 10 % reconstituted
nonfat dry milk is better suited as a starter medium than is sterilized whey.
The addition of different nitrogen Compounds to milk showed only a small
Stimulation of the lactic acid bacteria. Incubation at 40 C for 12-18 hours was
found to be best for both L. helveticus and Str. thermophilus after repeated
propagation.
The optimum physiological age of the cultures before freeze-drying was
shown to be in the late logarithmic and in the early maximum stationary growth
phase. During the freeze-drying process, the bacterial cell appears to be injured.
This injury probably leads to a longer lag phase on reconstitution and more
inoculum did not shorten this. The survival rate after drying was found to be
greatly improved when sterilized reconstituted nonfat dry milk and 0.5% yeast
extract were used for the suspending fluid prior to freeze-drying. The minimum
lethal effect caused by freezing was obtained at a freezing rate of about
2 C/second. The tested freeze-dried lactic acid bacteria showed the best
viability when the freeze-dried culture had a residual moisture content of
1.0-2.0%. The survival of freeze-dried cultures was highest when they were
stored under vacuum or under an atmosphere of nitrogen. Storage of freeze-
dried cultures was most successful in the dark at low temperatures. Best
activities were obtained when reconstitution was made in boiled nonfat milk or
boiled whey at temperatures of between 20 C and 40 C.
Repeated freeze-drying of the same starter culture showed no selection of
specially resistant organisms. Incubation and freeze-drying of the two test
organisms seperately gave no practica! advantage over freeze-drying the mixed-
76 -
culture. In the propagation, reactivated freeze-dried lactic acid cultures produced
similar acidities and bacteriological compositions as did the fresh raw Starter
cultures. It was possible to vary acidity and/or the ratio of rods to cocci by
adding the corresponding pure culture or by changing the incubation temperature.
Acidities in model cheeses with untreated raw Starter cultures and with similar
reactivated freeze-dried preparations were essentielly the same for the two
different Starter cultures. No differences in quality of Emmental cheese (normal
size, 100 kg) manufactured with raw Starter cultures and those manufactured
with reactivated freeze-dried Starter cultures could be observed. In the practical
application of the freeze-dried cultures in a commercial cheese plant, it was
observed that the first propagation did not always give the necessary culture
activity. In such cases a second propagation was able to give adequate lactic
acid fermentation.-
77 -
RESUME
Dans ce travail, on a essayö de lyophiliser dans des conditions optima des
ferments lactiques thermophiles et de les reactiver. On a ensuite analysß l'in-
fluence que peuvent avoir de telles cultures r6activ£es sur la qualitg des froma-
elles. Comme orgamsmes-tests, s'est
ges d'Emmental fabriquös avec on servi
de deux des prmcipaux reprßsentants de la fermentation lactique du fromage
d'Emmental •
L. helveticus et Str. thermophilus.
Des recherches sur l'activite des ferments lactiques avant la lyophilisation
ont donng quelques mdications sur leur besoins nutritifs et les conditions de
culture ä apphquer en culture pure et en culture mixte. Le lait maigre steril
reconstituö ä partir de poudre s'est avärß etre un meilleurs milieu nutritif que
le petit-lait stgril. L'adjonction de diverses substances azotges n'a permis
qu'une faible Stimulation de l'activitö des cultures employees. Apres plusieurs
transplantations, ll s'est avörö que le temps et la tempe>ature les plus favora¬
ble s se situaient ä 40 C pendant 12 ä 18 heures.
A la suite des essais de lyophilisation, ll est permis de conclure que le
moment le plus avantageux pour lyophiliser les ferments lactiques testet se
situe a la fm de la phase logarithmique ou au debut de la phase stationnaire.
Le Processus de lyophilisation semble endommager les bacteries. U en rßsulte
probablement une plus longue latence qui ne peut etre ameliorge par une plus
forte moculation. Le taux de mortalitä fut considgrablement abaissö par l'adjonc-
tion d'une substance protectrice consistant en poudre de lait maigre stgril et de
0. 5 % d'extrait de levure. La vitesse de congelation la moins letale fut de l'ordre
de 2 C/seconde. L'humiditg rgsiduaire la plus favorable ä la survie des ferments
lactiques lyophihsSs testes fut de 1-2%. La conservation sous vide ou sous azote
a restreint les effets nuisibles de l'air sur les bactßnes lyophilisöes. C'est ä
l'ombre et aux tempgratures frigorifique que la conservation fut la meilleure.
Comme milieu de röactivation, on s'est servi de lait maigre ou de petit lait
bouilhs. L'acüvitg la meilleure fut atteinte lorsque la tempärature de rgactiva-
tion elait comprise entre 20 et 40 C. n ne fut pas possible, par plusieurs
lyophilisations concöcutives, de selectionner des organismes particulierement
rgsistants. L. helveticus et Str. thermophilus lyophilisös en cultures pures et
mälangös ensuite n'ont pas differö, dans leur activite, des memes cultures-
78 -
melangees avant la lyophilisation. Avec des ferments lactiques lyophilisös et
rgactivßs, nous avon obtenu, en premier passage, des cultures comparables,
quant ä leur activitg et leur compositions bacte'riologique, aux cultures non
lyophilisöes. H tut possible de faire varier ä volonte l'aciditö comme la
Proportion batonnets/streptocoques en agissant sur le temps d'incubation ou en
ajoutant la culture pure correspondante. Des essais d'acidification de petits
fromages n'ont pas montrS de differences entre ceux inoculös ä l'aide de
cultures non traitöes et ceux inoculös ä l'aide de cultures semblables rßactivßes.
Des essais de fabrication de fromages d'Emmental n'ont pas permis de trouver
des differences de qualit6 entre les fromages de cultures brutes et ceux fabri-
quäs ä l'aide des cultures lyophilisees röactivöes. n fut observS qu'en premier
passage, ces cultures n'avaient pas toujours l'activit§ ngcessaire permettant de
les employer directement comme levain de fromagerie. Au deuxieme passage par
contre, eile ont fermentö de maniere normale.Sie können auch lesen
