DNA analyser for bedre styring av osteproduksjonen.

Mikroorganismer er essensielle under produksjon og modning av all ost. De metabolske reaksjoner som skjer under ostemodning, er i hovedsak enzymatisk nedbrytning av sukker, fett og proteiner og syrekulturens sammensetning avgjør graden av ostemodningen. Det var derfor ønskelig å studere syrekulturenes sammensetning gjennom hele osteproduksjonen, fra melka kommer i ystekaret til osten er ferdig modnet. Stammesammensetningen av syrekulturene er kompleks og ikke kjent i detalj, men riktig balanse mellom de ulike stammene vet vi er viktig for en vellykket osteproduksjon. Faktorer som påvirker denne balansen kan være konkurranse mellom ulike bakterier i syrekulturen, bakteriofager, melkas egenskaper, prosessrelaterte faktorer, sekundære kulturer og tilleggskulturer, men også faktorer som f.eks. variasjonen mellom batcher av syrekultur levert fra syrekulturprodusentene. Mangel på detaljkunnskap om syrekulturenes sammensetning kan bidra til ustabile produksjoner og kvalitetsavvik. Hensikten med prosjektet var å bruke nye DNA sekvenseringsmetoder til å få innsikt i utviklingen av mikroflora gjennom osteproduksjonen og styre sammensetningen av syrekulturen i ønsket retning. Prosjektet etablerte et tett samarbeid med 3 utvalgte TINE-meierier. Prøver fra disse meieriene ble analysert med DNA sekvenseringsteknologi, for å studere syrekulturenes dynamikk gjennom produksjonsprosessen (H1). Hensikten var å følge ystinger ved flere meierier over flere dager for å studere sammensetningen av laktokokker og bakteriofager i syrekulturene. Bakteriofag populasjonen og laktokokk populasjonen endret seg med antall ystekar utover dagen og det ser ut til å være en effekt av mellomvask. Metabolske studier av ost (H2), ble utført med kjemiske, mikrobiologiske, reologiske og sensoriske analyser av prøver beskrevet i H1. Resultatene viste at det var forskjeller i sammensetningen til laktokokkene i moden ost, avhengig av 4 timers pH, og påvirket ostens kjemiske sammensetning og sensoriske kvalitet. Den ulike sammensetningen av laktokokker har trolig påvirket videre modning, men laktokokkene var ikke alene ansvaret for ostens kvalitet. Under dataanalyse og biostatistikk (H3) har vi sammenstilt DNA-analyser med kjemiske, reologiske og sensoriske analyser. Dette har gitt oss ny innsikt i hvordan kvalitetsparametrene i ost avhenger av syrekulturens sammensetning og hvilken betydning dette har for ostens endelige kvalitet. Ystingsforsøk (H4) med endrede produksjonsparametere ble utført i pilotskala med 24 ystinger. Ystingsforsøkene verifiserte funn i HI, H2 og H3 og viste at produksjonsbetingelsene for brukssyra, har betydning for ostens endelige kvalitet. Forsøket viste en tydelig effekt av hvordan brukssyra ble produsert på ostens kvalitet og utvikling av kjemiske metabolitter under modning. Proteomikk analyse gir en identifikasjon og kvantifisering av proteiner fra bakteriene, viste at spesielt inkubasjons temperaturen og pH ved nedkjøling var viktige for syrekulturens egenskaper. Dette er trolig et resultat av at produksjonsbetingelsene for brukssyra påvirker balansen mellom melkesyrebakteriene i syrekulturen, her ble det observert en tydelig effekt av forsøksfaktorene. Forskningen har vist at ulike varianter av Laktokokker er satt opp ulikt med metabolske enzymsystemer. Implementeringen av resultatene (tiltakene) fra prosjektet (H5) er allerede startet ved enkelte meierianlegg. Ved starten av prosjektet ble det antatt at en sentrale utfordringer i prosjektet var bruk av amplikonanalyser, da stammene i kulturene er svært like genetisk. En annen utfordring var kompleksitet med varierende bakteriofagbelastning. Resultatene fra prosjektet har vist at DNA sekvenseringsmetoder gir oss bedre innsikt i utviklingen av mikrofloraen gjennom osteproduksjonen og dette er verdifulle kompetanse for kvalitetsforbedring i TINE og gir bedre muligheter til målretta korrigerende tiltak. DNA analyser er ressurskrevende, men teknologiutviklingen går raskt og kompakte instrumenter er nå tilgjengelige for automatiserte DNA analyser. Syrekulturleverandøren DSM Food Specialities (Nederland) har utviklet en bakteriofagtest, Delvo®Phage test kit, som vi har hatt til uttesting. Dette er et kompakt utstyr med en unik qPCR test som kan detektere bakteriofager i meieriene innen en time.

Riktig balanse mellom de ulike bakteriestammene er viktig for en vellykket osteproduksjon. Ut fra resultatene fra dette prosjektet har vi fått bekreftet at sammensetning og dynamikken i syrekulturen påvirkes av flere faktorer som type syrekultur, brukssyrefremstillingen og lagringsbetingelser av osten. DNA-sekvensering har gitt oss nye verktøy for å studere samspillet mellom ulike bakterier gjennom produksjonsprosessen og sammen med kjemiske og sensorisk utvikling under modning av ostene, har prosjektet gitt økt innsikt i hvilken rolle de ulike bakteriestammene har for egenskapene til ost. Vi har følgende effekter av prosjektet: > Redusere svinn og vraking av ost - bedre og mer stabil kvalitet på ost produsert med norsk melk. Våre analyser av ost med høy og lav 4 timers pH viste at forekomst av de fleste organiske syrer, aminosyrer og flyktige aromakomponenter var signifikant ulik mellom de to gruppene av ost. Det ble også funnet forskjell i forekomst av ulike stammer av laktokokker i ostene med høy og lav pH. Ut fra resultatene vet vi hvilken 4 timers pH som gir mest optimal TINE ost og dette implementeres i ysteriene for å redusere svinn og vraking av ost og oppnår best mulig utnyttelse av norsk melkeråstoff. Dette kan også komme den norske bonden til gode med bedre verdi på melka. > Raskere og mer treffsikker produktutvikling - utvikling av ostetyper med tilleggsegenskaper. Resultatene fra prosjektet har vist at sammensetningen av syrekulturkonsentratet som kjøpes fra syrekulturprodusentene er mer ulike enn antatt. De ulike kulturene gir ulike kjemiske forbindelser i osten og følgelig utvikler ulik smak i ostene. Dette kan vi utnytte under produktutvikling av nye ostevarianter. Denne kunnskapen sammen med tilsetning av tilleggskulturer kan hjelpe oss å utvikle ostetyper som har tilleggsegenskaper. > Bedre mulighet til å blande bakteriestammer/kulturer og styre balansen mellom bakteriene i ønsket retning og sikre jevnt innhold. Prosjektet har inkludert et studie om hvordan ost som var utsatt for bakteriofagangrep, utviklet seg med hensyn til bakteriesammensetning og kjemisk sammensetning. Ved bakteriofagangrep av syrekulturen endres modningen av osten, med mer eller mindre av de kjemiske metabolittene og vi kjenner bedre hvilke bakteriestammer som angripes av bakteriofager. Dette hjelper oss i å velge mest bakteriofagrobuste syrekulturer. > Bedre muligheter til å stabilisere innholdet av bioaktive komponenter. Produksjonen av bioaktive komponenter som gir positive effekter på helsa (f.eks. vitaminer), vil bli mer stabil når vi nå har verktøy for å analysere ønsket balanse av bakteriestammer for slik produksjon. > Bedre mulighet til å kvalitetsteste syrekulturene Tidligere ble det benyttet en simpel analyse for å få innsikt i syrekulturenes aktivitet. Med bruk av DNA-sekvensering får vi en helt annen innsyn i syrekulturenes sammensetning og vi kan velge syrekulturer med ønsket kvalitet eller stille strengere krav til syrekulturleverandørene.

Mesteparten av melk levert til TINEs meierier blir brukt til fermenterte meieriprodukter. Ost fremstilles ved bruk av syrekulturer av melkesyrebakterier. Syrekulturer tilsettes melka hvor bakteriene vil vokse og produserer metabolitter som er viktige for den endelige produktkvaliteten. Mangel på detaljkunnskap om syrekulturenes sammensetning bidrar til at TINE opplever ustabile produksjoner og kvalitetsavvik. For ost er konsistens en viktig kvalitetsparameter, men smak og hullsetning er også viktig. En hvitost med perfekt hullsetning vil sjelden være dårlig i konsistens- og smaks- egenskaper. Grunnlaget for hulldannelsen i hvitost er syrekulturens evne til sitronsyreomsetning med dannelse av karbondioksyd. Stammesammensetningen av syrekulturene er kompleks og ikke kjent i detalj, men riktig balanse mellom de ulike stammene er viktig for en vellykket produksjon. For å styre produksjonen i ønsket retning er det viktig å identifisere faktorer tidlig i produksjonsprosessen som gir effekter på kvaliteten av det endelige produkt. Til nå har vi ikke hatt mulighet til å studere samspillet mellom bakteriestammene i syrekulturene og deres bidrag til endelig produktkvalitet i ost, men de senere års utvikling av DNA-sekvensering har gitt oss nye verktøy. Vi vil bruke en kvantitativ DNA analysemetode, for å utforske hvordan mikrofloraen utvikles gjennom produksjonen av ost. Resultatene vil bli sammenholdt med kjemiske og sensoriske analyser og prosessdata for å øke vår innsikt i hvilken rolle de ulike bakteriestammene har for egenskapene til ostene. Vi vil gjøre forsøk med endringer i produksjonsprosessene for å undersøke hvordan stammesammensetningen påvirkes. Ut fra informasjonen om syrekulturens dynamikk/utvikling kan det gjøres tilpasninger som kan gi en mer optimal styring av produksjonsprosessene. Innovasjonsprosjektet vil omfatte forskningsaktiviteter som er nødvendige for at TINE skal lykkes med å redusere matsvinn og at osteproduksjonen skal bli mer verdiskapende.