Postpartum Stage and Lactic Acid Bacteria Strain Determine Fermentation Kinetics and Refrigerated Stability of Local Gorontalo Goat Colostrum

Milch ist mehr als nur eine weiße Flüssigkeit; sie ist eine lebendige, atmende Suspension winziger Partikel, die ständig miteinander interagieren. Wenn Milch frisch ist, schweben Proteine, Fette und Mineralien in einem empfindlichen Gleichgewicht, das durch elektrische Ladungen aufrechterhalten wird, die sie am Verklumpen hindern. Dieses Gleichgewicht ist es, was der Milch ihre glatte Textur und Stabilität verleiht. Wenn jedoch Bakterien eingeführt werden, um Milch in Joghurt oder andere fermentierte Lebensmittel zu verwandeln, fressen sie den Zucker und produzieren Säure. Diese Säure verändert die elektrischen Ladungen der Proteinpartikel, was dazu führt, dass sie ihre Abstoßung verlieren und zusammenkleben, wodurch ein Gel entsteht. Diese Transformation ist das Herzstück der Fermentation, aber der Prozess ist unglaublich empfindlich gegenüber den Ausgangsbedingungen. Wenn die Milch zu reich an bestimmten Nährstoffen ist oder die Bakterien zu aggressiv sind, kann das resultierende Gel schwach, wässrig oder anfällig dafür sein, mit der Zeit auseinanderzufallen. Das genaue Verständnis darüber, wie diese mikroskopischen Veränderungen ablaufen, ist entscheidend für Lebensmittelwissenschaftler, die neue, hochwertige Milchprodukte aus einzigartigen Quellen entwickeln wollen, wie zum Beispiel dem Kolostrum, das Ziegen unmittelbar nach der Geburt produzieren.

Kolostrum ist die erste Milch, die eine Mutter produziert, und sie unterscheidet sich biologisch von der Milch, die danach folgt. Es ist vollgepackt mit Proteinen und immunschützenden Verbindungen, die darauf ausgelegt sind, einem Neugeborenen beim Überleben zu helfen. Aufgrund dieser reichhaltigen Zusammensetzung ist es ein vielversprechender Kandidat für die Herstellung wertsteigerter fermentierter Produkte, aber es ist auch viel schwieriger zu verarbeiten als normale Milch. Sein hoher Proteingehalt und die sich ändernde chemische Zusammensetzung in den ersten Tagen nach der Geburt bedeuten, dass eine heute gesammelte Charge sich sehr unterschiedlich von einer morgen gesammelten unterscheiden kann. Forscher in Gorontalo, Indonesien, wollten genau verstehen, wie diese sich verändernde Umgebung mit verschiedenen Arten von Bakterien interagiert, um zu bestimmen, ob lokales Ziegenkolostrum zuverlässig in ein stabiles, fermentiertes Lebensmittel verwandelt werden kann. Sie konzentrierten sich auf drei spezifische Fragen: wie der Zeitpunkt des Melkens die Fermentationsgeschwindigkeit beeinflusst, wie verschiedene Bakterienstämme die Struktur der Milch verändern und ob das Endprodukt über Wochen im Kühlschrank stabil bleiben kann.

Das Team sammelte Kolostrum von lokalen Gorontalo-Ziegen am ersten, zweiten und dritten Tag nach der Geburt der Tiere. Sie pasteurisierten die Milch, um unerwünschte Bakterien zu entfernen, und inokulierten separate Chargen mit einem der drei gängigen Starterkulturen: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus oder Lactococcus lactis subsp. cremoris. Diese Bakterien wurden der Colostrum für einen vollen Tag bei einer kontrollierten Temperatur fermentiert. Nach der Fermentation hörten die Forscher dort nicht auf; sie lagerten die Produkte in einem Kühlschrank bei 4 Grad Celsius und überwachten sie über 2‌8 Tage hinweg. Während dieser Zeit maßen sie, wie sich die Acidität veränderte, wie sich die Größe der Proteinpartikel verschob, wie sich die elektrische Ladung dieser Partikel entwickelte und wie die Textur standhielt. Sie verfolgten auch die Anzahl der lebenden Bakterien, um sicherzustellen, dass das Produkt sicher und aktiv blieb, und sie verwendeten fortschrittliche Bildgebung und Lichtspektralanalyse, um zu sehen, was mit den Molekülen innerhalb der Milch geschah.

Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl der Tag, an dem das Kolostrum gesammelt wurde, als auch die spezifische Art der verwendeten Bakterien entscheidende Faktoren für das Endprodukt waren. Alle drei Bakterienstämme senkten erfolgreich den Säuregehalt des Kolostrums und verwandelten es von einem neutralen pH-Wert von etwa 6,4 in einen sauren pH-Wert zwischen 4,6 und 5,0. Die Geschwindigkeit und die endgültige Grenze dieser Ansäuerung hing jedoch stark vom Stamm ab. Der Stamm Lactococcus lactis subsp. cremoris war am aggressivsten und trieb die Acidität bis zum niedrigsten Punkt, während die anderen beiden Stämme auf etwas höheren Werten stehen blieben. Auch der Tag der Sammlung spielte eine Rolle; Kolostrum vom zweiten Tag nach der Geburt neigte dazu, eine geringere endgültige Acidität zu erreichen als Proben vom ersten oder dritten Tag. Dies deutet darauf sich, dass die sich verändernde chemische Umgebung der Ziegendrüse in den ersten Tagen ein einzigartiges Substrat schafft, das die Arbeit der Bakterien beeinflusst.

Während die Produkte im Kühlschrank lagerten, beobachteten die Forscher eine langsame, aber stetige Transformation in der physikalischen Struktur der Milch. Die elektrische Ladung der Proteinpartikel, die hilft, sie auf Abstand zu halten, verringerte sich über die vier Wochen um etwa 15 Prozent. Gleichzeitig wurden die Partikel größer und nahmen an Größe um zwischen 8 und 20 Prozent zu. Dies deutet darauf hin, dass die Proteine langsam zu größeren Gruppen verklumpen, ein Prozess, der als Aggregation bekannt ist. Trotz dieser strukturellen Reorganisation blieben der tatsächliche Protein- und Fettgehalt der Milch bemerkenswert stabil. Der Proteingehalt sank nur leicht, und der Fettgehalt änderte sich überhaupt nicht signifikant. Dieser Befund ist wichtig, weil er beweist, dass die Veränderungen der Textur nicht dadurch verursacht wurden, dass die Bakterien die Nährstoffe „aufgefressen“ oder das Fett abgebaut haben. Stattdessen ordnete die Milch einfach ihre vorhandenen Bestandteile zu einer neuen, etwas lockeren Struktur um.

Auch die lebenden Bakterien verhielten sich je nach verwendetem Stamm unterschiedlich. Der Stamm Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus nahm während der vier Wochen der Lagerung tatsächlich zu, wobei er um etwa eine halbe Log-Einheit wuchs, was einen signifikanten Anstieg der Population darstellt. Im Gegensatz dazu verzeichneten die Stämme Lactococcus lactis subsp. cremoris und Lactobacillus acidophilus einen allmählichen Rückgang ihrer Zahlen, blieben jedoch weit über den Mengen, die für ein gesundes, aktives Produkt erforderlich sind. Selbst nach 28 Tagen enthielten alle Proben Millionen lebender Bakterien pro Milliliter, was sicherstellte, dass das fermentierte Kolostrum ein lebensfähiges probiotisches Lebensmittel blieb.

Als die Forscher auf molekularer Ebene mittels Infrarotspektroskopie nachsahen, fanden sie heraus, dass die grundlegenden chemischen Bausteine der Milch nicht zerstört worden waren. Die Proteine, Fette und Zucker waren noch vorhanden, aber ihre internen Anordnungen hatten sich verschoben. Die Art und Weise, wie die Moleküle an Wasser festhielten und miteinander verbanden, hatte sich geändert, was bestätigte, dass der Fermentations- und Lagerungsprozess die molekulare Umgebung verändert hatte, ohne das Lebensmittel abzubauen. Diese molekulare Umordnung spiegelte sich in der Textur des Produkts wider. Das fermentierte Kolostrum begann als fester, elastischer Gel, doch über die vier Wochen wurde es etwas weicher und flüssiger. Die Steifigkeit des Gels nahm ab, und das Produkt wurde etwas fließfähiger, wurde aber nie zu einer Flüssigkeit. Diese Schwächung war bei Proben, die mit bestimmten Bakterien an bestimmten Tagen hergestellt wurden, am deutlichsten zu beobachten, was zeigt, dass die Ausgangsbedingungen der Milch maßgeblich darüber entschieden, wie gut das Endprodukt seine Form über die Zeit halten konnte.

Mikroskopische Bilder lieferten eine visuelle Bestätigung dieser Veränderungen. Die Proben zeigten eine Mischung aus winzigen Proteinklastern und größeren Fetttröpfchen. In einigen Chargen hatte die Bakterien ein dichtes, einheitliches Netzwerk geschaffen, während in anderen die Struktur ungleichmäßiger war, mit größeren Klumpenbildung. Diese visuellen Unterschiede stimmten perfekt mit den Messungen der Partikelgröße und Textur überein, was bewies, dass die mikroskopische Welt der Milch direkt für die makroskopischen Qualitäten des Lebensmittels verantwortlich war. Die Studie kam zu dem Schluss, dass der Erfolg der Herstellung fermentierter Ziegenkolostrum-Produkte von einer präzisen Abstimmung zwischen dem Tag der Milchsammlung und dem spezifischen verwendeten Bakterienstamm abhängt. Durch das Verständnis dieser Interaktionen können Produzenten die richtige Kombination aus Rohmaterial und Starterkultur auswählen, um ein stabiles, nahrhaftes und hochwertiges fermentiertes Milchprodukt aus dieser einzigartigen lokalen Ressource zu kreieren.