DNA-analyser for bedre styring av osteproduksjonen

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.

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.