Tradition mit wissenschaftlicher Lücke

Milch wird mit Hilfe von Mikroorganismen zu verschiedenen Produkten wie Käse, Joghurt, Quark oder Sauermilch fermentiert. Meist sind es Milch­säurebakterien, die aus Milchzucker (Lak­tose) unter anderem Milchsäure (Laktat) und die produkttypischen Aromen produzieren.
In der Schweiz hat sich viel Wissen und Erfahrung im Umgang mit diesen Mikroorganismen angesammelt, den sogenannten Starter­kulturen. Früher entwickelten sich die Mikro­organismen für die Fermentation spontan aus der Betriebsflora der Gerätschaften und Betriebsumgebung. Dann begann man die Mikro­organismen durch spezifische Herstel­lungs­­prozesse, beispielsweise aus Fettsirtenkultur zur Käseproduktion, gezielt zu selektionieren.
Heute arbeitet die Mehrheit der Milchver­arbeiter mit Starterkulturen aus industrieller Herstellung in flüssiger oder gefriergetrock­neter Form. Aufgrund der noch vielfältigen Betriebsstrukturen kommen in der gewerblichen Milchverarbeitung auch betriebseigene Starterkulturen zum Einsatz.
Die betriebseigenen Starterkulturen werden aus der Rohmilchflora «aufgezogen». Denn auch bei sehr guter Melkhygiene weist Rohmilch eine geringe Anzahl vielfältiger erwünschter und unerwünschter Mikroorganismen aus der Haltungsumgebung der Kuh auf. Aus den vorhandenen Mikroorganismen können durch betriebs- und produktspe­zifisch festgesetzte Temperatur-Zeit-Verhältnisse einzelne Keime gefördert oder verdrängt werden. Voraussetzung ist eine hohe mikrobio­logische Milchqualität und viel Erfahrung im Umgang mit Milch.

25?°C, eine selektive Bebrütungstemperatur?
Im Rahmen von Arbeiten an der ETH Zürich wurde die Zusammensetzung und Entwicklung einer betriebseigenen Starterkultur unter­sucht, welche zur Herstellung von Quark verwendet wird. Für die Herstellung der zu ­untersuchenden Starterkultur wurde Roh­milch bei 25?°C bebrütet. Alle Bakterien haben ihre sogenannte optimale Wachstumstemperatur, d.h. die stärkste Vermehrung über eine bestimmte Zeit.
Durch die Wahl der Bebrütungstempe­ratur, beispielsweise 25?°C, vermehren sich ­bestimmte Keime besser als andere. Der Milchverarbeiter wählt das Temperatur-Zeit-Verhältnis so, dass sich möglichst nur erwünschte Bakterien vermehren. Im Falle von Quark sind dies mesophile Milchsäurebakterien. Verläuft die Fermentation gut, wird ein Teil der gesäuerten Kuhmilch in frische Milch geimpft und wieder bebrütet. Dieser Überimpfungsschritt wird mindestens vier Mal wiederholt, bis die Kultur einen einheitlichen, mild säuerlichen Geruch aufweist. Das mehrmalige Überimpfen bezweckt einen starken Selektionseffekt. Bakterien, welche sich in der gegebenen Zeit stark vermehren, werden als neues Impfgut (Inokulum) in frische Rohmilch gegeben und können sich während der Bebrütungszeit wieder vermehren.
Bei den Untersuchungen wurde eine starke Verdrängung der Vielfalt der Ursprungsflora bestätigt. So wurden ungewollte Vertreter der Enterokokken und E.coli verdrängt. Die ers­ten zwei Überimpfungsschritte bewirkten die stärkste Veränderung in der Bakterienzusammensetzung der gesäuerten Rohmilch. Die Verdrängung war so stark, dass die Kultur, als sie für die Herstellung von Rohmilchquark verwendet wurde, praktisch nur noch aus einem Bakterienstamm der Art Lactococcus lactis subspecies lactis bestand.

Keine saisonalen Unterschiede
Um saisonale Haltungsunterschiede in der Milchproduktion zu berücksichtigen, wurde die Zusammensetzung und Entwicklung ­einer Starterkultur einmal im Winter und einmal im Sommer mit Milch verschiedener Produzenten untersucht. Dabei konnte jeweils nur aus der Milch des gleichen Produzenten eine verwendbare Starterkultur etabliert werden. Überraschenderweise bestanden die Starterkulturen in beiden Fällen aus demselben Stamm von Lactococcus lactis ssp. lactis. Dies konnte durch DNA-Profile mit Hilfe der Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) der einzelnen Stämme gezeigt werden. Die Profile in den Spuren 1, 2 und 3 von dem sich durchsetzen­den Winter-Stamm unterscheiden sich nicht vom Sommerstammprofil (Spuren 4 und 5). In der Anfangsphase der Winterstamm-Etablierung war ein weiterer Lactococcus-Stamm im Überimpfgut (Spur 6), der sich aber offenbar in der endgültigen Starterkultur nicht durchsetzen konnte.

Die Anwendung der im Sommer etablierten Kultur war weniger stabil als jene in der Wintermilch. Die Kultur konnte nämlich nur während einer Woche für die Quark­produktion verwendet werden. Zudem wurden im Sommer auch in geringen Mengen Staphylokokken vom Typ Staphylococcus ­aureus gefunden, was vom gesundheitlichen Standpunkt aus kritisch zu bewerten ist. Nach dreitägiger Lagerung im Kühlraum bei 4?°C waren die Staphylokokken allerdings unterhalb der Nachweisgrenze, was auf die un­günstigen Temperatur- und pH-Wert-Be­dingungen zurückzuführen ist. Für die Praxis ergab sich daraus die Folgerung, den Quark vor dem Ver­kauf mindestens drei Tage gekühlt zu lagern.
Aus den Untersuchungsergebnissen re­sultieren zwei besonders interessante Fragen:
Erstens, wie konnte sich der dominante ­Laktokokkenstamm als Starterkultur durch­setzen, und zwar in einer Umgebung, die nicht durch thermische Verfahren standardisiert worden war?
Zweitens, welche Zusammensetzung muss die Ursprungsflora der Rohmilch aufweisen und welche Bedingungen sind anzuwenden, damit sich eine verwendbare Kultur etablieren kann? Die wissenschaftlichen Antworten auf diese komplexen Fragen sind trotz langer ­Tradition der Lebensmittelverarbeitung mit Starterkulturen immer noch unbeantwortet.

*?Die Autorinnen haben im Rahmen ihrer ­Bachelorarbeiten am Departement für Agrar- und Lebensmittelwissenschaften an der ETH Zürich unter der Betreuung von Leo Meile die Zusammensetzung und Entwicklung einer b­etriebseigenen Starterkultur für Rohmilchquarkherstellung untersucht.