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

Melk is meer dan alleen een witte vloeistof; het is een levende, ademende suspensie van minuscule deeltjes die voortdurend met elkaar interageren. Wanneer melk vers is, zweven eiwitten, vetten en mineralen in een delicaat evenwicht, gescheiden door elektrische ladingen die voorkomt dat ze samenklonteren. Dit evenwicht is wat de melk haar gladde textuur en stabiliteit geeft. Echter, wanneer bacteriën worden geïntroduceerd om melk te veranderen in yoghurt of andere gefermenteerde voedingsmiddelen, eten zij de suikers op en produceren zij zuur. Dit zuur verandert de elektrische ladingen op de eiwitdeeltjes, waardoor ze hun afstoting verliezen en aan elkaar gaan plakken, wat een gel vormt. Deze transformatie is de kern van fermentatie, maar het proces is uiterst gevoelig voor de begincondities. Als de melk te rijk is aan bepaalde voedingsstoffen of als de bacteriën te agressief zijn, kan de resulterende gel zwak, waterig of gevoelig voor uit elkaar vallen zijn. Het begrijpen van hoe deze microscopische veranderingen precies plaatsvinden, is cruciaal voor voedselwetenschappers die nieuwe, hoogwaardige zuivelproducten willen creëren uit unieke bronnen, zoals de colostrum die geiten produceren onmiddellijk nadat zij zijn bevallen.

Colostrum is de eerste melk die een moeder produceert en is biologisch verschillend van de melk die daarna volgt. Het zit boordevol eiwitten en immuunbeschermende verbindingen die bedoeld zijn om een pasgeborene te helpen overleven. Vanwege deze rijke samenstelling is het een veelbelovende kandidaat voor het maken van toegevoegde waarde via gefermenteerde producten, maar het is ook veel moeilder te verwerken dan gewone melk. Het hoge eiwitgehalte en de veranderende chemische samenstelling in de eerste paar dagen na de geboorte betekenen dat een batch die vandaag wordt verzameld, heel anders kan reageren dan een batch die morgen wordt verzameld. Onderzoekers in Gorontalo, Indonesië, gingen op zoek naar een precies begrip van hoe deze veranderende omgeving interageert met verschillende soorten bacteriën om te bepalen of lokale geitencolostrum betrouwbaar kan worden omgezet in een stabiel, gefermenteerd voedingsmiddel. Zij richtten zich op drie specifieke vragen: hoe de timing van het melken de fermentatiesnelheid beïnvloedt, hoe verschillende bacteriestammen de structuur van de melk veranderen, en of het eindproduct wekenlang stabiel kan blijven in een koelkast.

Het team verzamelde colostrum van lokale geiten in Gorontalo op de eerste, tweede en derde dag na de geboorte van de dieren. Zij pasteuriseerden de melk om ongewenste bacteriën te verwijderen en vaccineerden vervolgens aparte batches met één van de drie veelvoorkomende starterculturen: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, of Lactococcus lactis subsp. cremoris. Deze bacteriën kregen de gelegenheid om de colostrum een volle dag te fermenteren bij een gecontroleerde temperatuur. Na de fermentatie stopte het onderzoek niet daar; zij bewaarden de producten in een koelkast bij 4 graden Celsius en controleerden deze gedurende 28 dagen. Tijdens deze periode maten zij hoe de zuurgraad veranderde, hoe de grootte van de eiwitdeeltjes verschoof, hoe de elektrische lading op die deeltjes evolueerde en hoe de textuur standhield. Zij volgden ook het aantal levende bacteriën om te garanderen dat het product veilig en actief bleef, en zij gebruikten geavanceerde beeldvorming en lichtspectrumanalyse om te zien wat er gebeurde met de moleculen binnenin de melk.

De resultaten toonden aan dat zowel de dag waarop de colostrum werd verzameld als de specifieke soort gebruikte bacteriën kritieke factoren waren bij het bepalen van het eindproduct. Alle drie de bacteriestammen slaagden erin de zuurgraad van de colostrum te verlagen, waardoor deze veranderde van een neutrale pH van rond de 6,4 naar een zure pH tussen de 4,6 en 5,0. De snelheid en de uiteindelijke grens van deze verzuring hing echter sterk af van de stam. De Lactococcus lactis subsp. cremoris-stam was het meest agressief en dreef de zuurgraad naar het laagste punt, terwijl de andere twee stammen op iets hogere niveaus stopten. Ook de dag van verzameling deed ertoe; colostrum van de tweede dag na de geboorte neigde naar een lagere uiteindelijke zuurgraad dan monsters van de eerste of derde dag. Dit suggereert dat de veranderende chemische omgeving van de geitenuier in de eerste paar dagen een uniek substraat creëert dat de werking van de bacteriën beïnvloedt.

Terwijl de producten in de koelkast stonden, observeerden de onderzoekers een langzame maar gestage transformatie in de fysieke structuur van de melk. De elektrische lading op de eiwitdeeltjes, die hen uit elkaar helpt te houden, nam in de loop van de vier weken met ongeveer 15 procent af. Tegelijkertijd werden de deeltjes groter, met een toename in grootte van tussen de 8 en tot 20 procent. Dit gaf aan dat de eiwitten langzaam samenklonterden tot grotere groepen, een proces dat bekend staat als aggregatie. Ondanks deze structurele reorganisatie bleef de werkelijke hoeveelheid eiwit en vet in de melk opmerkelijk stabiel. Het eiwitgehalte daalde slechts licht, en het vetgehalte veranderde helemaal niet significant. Deze bevinding is belangrijk omdat het bewijst dat de veranderingen in textuur niet werden veroorzaakt door de bacteriën die de voedingsstoffen opaten of door de afbraak van het vet. In plaats daarvan was de melk simpelweg haar bestaande componenten aan het herorganiseren in een nieuwe, iets lossere structuur.

De levende bacteriën gedroegen zich ook verschillend afhankelijk van de gebruikte stam. De Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus-stam nam tijdens de vier weken van opslag zelfs in aantal toe, met een groei van ongeveer een halve log-eenheid, wat een significante stijging van de populatie vertegenwoordigt. In tegenstelling hiertoe zagen de Lactococcus lactis subsp. cremoris en Lactobacillus acidophilus-stammen een geleidelijke afname in hun aantallen, hoewel zij ruim boven de niveaus bleven die vereist zijn voor een gezond, actief product. Zelfs na 28 dagen bevatten alle monsters miljoenen levende bacteriën per milliliter, wat garandeert dat de gefermenteerde colostrum een levensvatbaar probiotisch voedingsmiddel blijft.

Wanneer de onderzoekers op moleculair niveau keken met behulp van infraroodspectroscopie, vonden zij dat de basischemische bouwstenen van de melk niet waren vernietigd. De eiwitten, vetten en suikers waren er nog steeds, maar hun interne arrangementen waren verschoven. De manier waarop de moleculen water vasthielden en met elkaar verbonden waren, was veranderd, wat bevestigde dat het fermentatie- en opslagproces de moleculaire omgeving had veranderd zonder het voedsel af te breken. Deze moleculaire herordening werd weerspiegeld in de textuur van het product. De gefermenteerde colostrum begon als een stevige, elastische gel, maar werd over de vier weken heen iets zachter en vloeibaarder. De stijfheid van de gel nam af en het product werd een beetje eerder geneigd te stromen, hoewel het nooit een vloeistof werd. Deze verzwakking was het meest merkbaar in monsters gemaakt met bepaalde bacteriën op specifieke dagen, wat aantoont dat de initiële condities van de melk bepaalden hoe goed het eindproduct in de loop van de tijd zijn vorm kon behouden.

Microscopische beelden boden een visuele bevestiging van deze veranderingen. De monsters toonden een mix van kleine eiwitclusters en grotere vetdruppels. In sommige batches had de bacteriën een strak, uniform netwerk gecreëerd, terwijl in andere de structuur onregelmatiger was, met grotere klonten. Deze visuele verschillen kwamen perfect overeen met de metingen van de deeltjesgrootte en textuur, wat bewees dat de microscopische wereld van de melk direct verantwoordelijk was voor de macroscopische kwaliteiten van het voedsel. De studie concludeerde dat het succes van het maken van gefermenteerde geitencolostrumproducten afhangt van een nauwkeurige afstemming tussen de dag waarop de melk wordt verzameld en de specifieke bacteriën die worden gekozen voor de fermentatie. Door deze interacties te begrijpen, kunnen producenten de juiste combinatie van grondstof en startercultuur selecteren om een stabiel, voedzaam en hoogwaardig gefermenteerd zuivelproduct van deze unieke lokale bron te maken.