14.2.2014

Suomenkarjan maidon mikrobiologia

Vesa Joutsjoki Erikoistutkija, FT MTT, Biotekniikka ja elintarviketutkimus vesa.joutsjoki@mtt.fi

Suomenkarjan maidon mikrobiologia

• Maito mikrobien kasvuympäristönä

• Maidon hyötymikrobit

• Mikrobit juustonvalmistuksessa

• Suomenkarjan maidon mikrobit

• Yhteenveto

14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 2

MAITO ~30-35 grammaa proteiinia/litra

pH 4.6 (20 C)

Saostuvat proteiinit:

• Kaseiinit: s1

s2

Saostumattomat proteiinit:

•Heraproteiinit:

-laktoglobuliini

-lactalbumiini

seerumin albumiini

immunoglubuliinit

Maitohappobakteerit

Gram-positiivisia

Ei-itiöiviä

Homofermentatiivisia tai hetero-

fermentatiivisia kokkeja tai sauvoja

Tuottavat maitohappoa (+ muita

orgaanisia happoja) hiilihydraattien

fermentaation lopputuotteena

Taksonomisesti heterogeeninen

ryhmä (paljon taksonomiamuutoksia

DNA-tunnistusmenetelmien

kehittymisen myötä)

Maitohappobakteerit elintarvikkeissa

Maitohappohapattaminen on vanhimpia tunnettuja elintarvikkeiden

prosessointitapoja Hapanmaitotuotteet

Juustot

Hapantaikinasta valmistettu leipä

Eräät alkoholijuomat

Lihanjalostustuotteet

Säilötyt vihannekset

Kotieläinten rehut

Maitohapon tuotto (+muut orgaaniset hapot) tuotteen pH muuttuu

lievästi happamaksi estäen pilaajabakteereiden kasvun

Antimikrobiset yhdisteet (nisiini tunnetuin) ehkäisevät

vahingollisten ja terveydelle vaarallisten mikrobien kasvua

Probioottiset maitohappobakteerit toimivat terveyttä ja hyvinvointia

edistävästi ruoansulatuskanavassa (terveysvaikutteiset eli

funktionaaliset tuotteet)

Maitohappobakteerit juustonvalmistuksessa

Kypsytetyn juuston rakenne ja aromi ovat

suurelta osin seurausta prosessissa käytetyistä

maitohappobakteereista

Lactococcus

Lactobacillus

Leuconostoc

Pediococcus

Streptococcus thermophilus

(muita bakteerilajeja ja homeita;

maidon omat mikrobit)

Maitohappobakteereiden vaikutusmekanismi

juustonvalmistuksessa perustuu kykyyn pilkkoa

hallitusti maidon sisältämiä valkuaisaineita, jolloin

lopputuloksena syntyy juuston makuun ja

rakenteeseen vaikuttavia molekyylejä

Juuston valmistus

MAITO

TUORE JUUSTO

KYPSYNYT JUUSTO

Haponmuodostus

Juoksettuminen

Heran erottuminen

Muotoilu

Suolaus

Hapatteiden entsyymit

Juoksete

Maidon bakteereiden entsyymit

(”non-startterit”)

Maidon omat entsyymit

The proteolytic system of lactic acid bacteria

Caseins

Oligopeptides

Free di- and tripeptides

Opp Aat Dtp

Proteinase

CYTOPLASM

Endopeptidases

General aminopeptidases

Proline-specific peptidases

Di- and tripeptidases

CELL WALL

Maitohappobakteereiden identifiointi

PFGE SmaI+PFGE NotI

Leukonostokit

100

80

60

100

100

89.8

74.7

93.3

91.3

94.1

100

100

97.3

95.8

92.9

92.1

86.7

100

87.5

82.7

65.3

43.9

PFGE SmaI PFGE NotI

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

L.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

mes.

lactis

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

cremoris

A4VK

A5VK

A1VK

A3VK

DSM20346

C6VK

C8VK

C1EVK

C7VK

C13EK

C3VK

C17EK

C2VK

C1EK

C16EK

C4VK

C1VK

Bc11VK

Bc12VK

Bc14VK

Bc15VK

Bc16VK

DSM20202

Kahala M., Mäki M., Lehtovaara A., Tapanainen

J.-M., Katiska R., Juuruskorpi M., Juhola J.,

Joutsjoki V. (2008)

Journal of Applied Microbiology 105, 1929-

1938

Perinteisesti metaboliaan, biokemiaan ja solumorfologiaan liittyvät menetelmät

Tunnistus lajitasolle; monimuotoisuudesta johtuvat ongelmat

Molekyylibiologiset tunnistusmenetelmät

Tunnistus kantatasolle; perustuvat useimmiten DNA:n sekvenssointiin sekä

spesifisten genomialueiden monistamiseen (PCR) tai restriktioon erityisillä

restriktioentsyymeillä, tai näiden yhdistettyyn käyttöön

Mikrobit suomenkarjan maidossa

• Maitonäytteet: syksy-talvi-kevät-kesä 2011-2012

• Koejuustot, näytteet: raakamaito

pastöroitu maito

tuorejuusto

juusto 2 vko

juusto 1 kk

juusto 3 kk

juusto 6 kk

• Mikrobimääritykset: viljelyt

DNA-diagnostiikka

14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 10

14.2.2014 11 © MTT Agrifood Research Finland

AgarF + irgasan

Talvi 2012 Kevät 2012 Kesä 2012

C NFC C NFC C NFC

raakamaito <100 6880 440 1570 <10 2050

pastöroitu

maito <10 <10 <10 <100 <10 <10

juusto 0 vk <100 <100 <100 <100

juusto 2vk

juusto 1kk

juusto 3 kk <100 <100 <100 <100 <100 <100

juusto 6 kk <100 <100 <100 <100 <100 <100

Klostridit Syksy Talvi Kevät Kesä

MPN kpl/l MPN kpl/l MPN kpl/l MPN kpl/l

raakamaito C <300 <300 <300 <300

raakamaito NFC <300 <300 3100 <300

pastöroitu maito C <300 <300 <300 <300

pastöroitu maito NFC <300 <300 400 <300

MPN kpl/g MPN kpl/g MPN kpl/g MPN kpl/g

0 vk juusto C <0,3 <0,3 <0,3 <0,3

0 vk juusto NFC <0,3 <0,3 <0,3 <0,3

2 vk juusto C <0,3 <0,3 <0,3 <0,3

2 vk juusto NFC <0,3 <0,3 <0,3 <0,3

Mikrobien lukumäärät C = valtarodut

NFC = Suomenkarja

14.2.2014 12 © MTT Agrifood Research Finland

MRS, LAB pmy/g

Syksy 2011 Talvi 2012 Kevät 2012 Kesä 2012

C NFC C NFC C NFC C NFC

raakamaito 8,50E+01 2,00E+01 <100 <100 <100 3,60E+02 <100 <10

pastöroitu maito 1,00E+00 1,00E+00 <10 <10 <10 <10 <10 <10

juusto 0 vko 1,36E+07 4,96E+06 8,40E+07 6,50E+07 1,09E+07 2,06E+07 4,50E+07 5,40E+07

juusto 2 vko 3,01E+06 3,54E+06 1,49E+07 2,85E+07 8,20E+07 4,95E+07 1,34E+07 1,28E+07

juusto 4 vko 1,24E+07 7,38E+06 3,95E+07 5,25E+07 6,52E+07 6,14E+07 1,10E+07 1,60E+07

juusto 3 kk 7,35E+06 1,11E+07 2,16E+07 2,12E+07 2,00E+07 2,42E+07 3,60E+06 6,90E+06

juusto 6 kk 2,62E+06 5,05E+06 6,86E+06 7,10E+06 1,03E+07 6,10E+06 6,25E+06 3,10E+06

Maitohappobakteerit, lukumäärät

14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 13

Syksy C Syksy NFC Talvi C Talvi NFC Kevät C Kevät NFC Kesä C Kesä NFC

Suku ja laji yht. kpl < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk < 3kk > 3kk

Lactococcus lactis subsp. cremoris 14 x x x x x x x x

Lactococcus lactis subsp. lactis 58 x x x x x x x x x x x x x x x

Leuconostoc mesenteroides

/pseudomesenteroides 20 x x x x x x x x x x

Lactobacillus curvatus 1 x

Lactobacillus oligofermentans 56 x x x x x x x x x x x x x

Lactobacillus plantarum 4 x x x

Pediococcus pentosaceus 2 x x

Bacillus sp. 9 x x x x

Brachybacterium 2 x x

Kocuria sp 3 x x x

Microbacterium lacticum 13 x x x x x

Micrococcus/Macrococcus 8 x x x x

Moraxella osloensis 5 x x x x x

Massilia sp. 1

196

Maitohappobakteerit, tunnistetut

14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 14

Yhteenveto:

Mikrobien lukumäärät ja lajijakaumat eivät eroa merkittävästi

valtarotujen ja Suomenkarjan maidoissa

Luontainen mikrobisto tuskin on avainroolissa Suomenkarjan

maidon teknologisissa erityispiirteissä (juuston nopeampi

kypsyminen)

Todennäköisempää on, että maidon proteiinirakenne on

entsyymien vaikutuksesta helpommin hajoavaa

14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 15

Minna Kahala Anneli Paloposki

Lucia Blasco Sari Lassila

Työryhmä:

14.2.2014 © MTT Agrifood Research Finland 16

Kiitos!