Te specyficzne twory nazwano grzybkami kefirowymi. Nazwy regionalne kefiru to kefir, kephir, kefer, kiaphur, kepi oraz kippi. Słowo kefir wzięło swój początek od Tureckiego ‘ker’, co oznacza sfermentowany. Według jednej z legend kaukaskich Mahomet podarował swoim wiernym „ziarna Mahometa” (grzybki kefirowe) wraz z tajemnicą wyrobu z nich napoju określanego jako napój życia, rozkoszy i szczęścia. Według niektórych zapisków można także przypuszczać, że ziarna kefirowe pochodzą z Tybetu. Produkt ten był znany już w średniowieczu. Pod koniec XIX wieku przemysłowa produkcja kefiru rozpoczęła się w Rosji i innych krajach byłego ZSRR, gdzie był to i do dziś jest najpopularniejszy mleczny napój fermentowany. Szacuje się że Rosjanie spożywają go w ilości aż 5 litrów na osobę rocznie. Obecnie kefir produkowany jest w zakładach mleczarskich na całym świecie [Stepaniak i Fetliński, 2003].

Kefir jest napojem fermentowanym, otrzymanym z mleka ukwaszonego przy użyciu ziaren kefirowych, zawierających mikroorganizmy zdolne do przeprowadzania fermentacji mlekowej oraz alkoholowej. Ziarna kefirowe (grzybki kefirowe) są zoogleą (zlepieńcem) bakterii fermentacji mlekowej, drożdży a także bakterii octowych, które tworzą układ symbiotyczny. Zgodnie z Międzynarodową Federacją Mleczarską (IDF) mikroflora ziaren kefirowych zawiera „różne gatunki bakterii kwasu mlekowego i drożdży”. Grzybki kefirowe są naturalnym systemem unieruchomionych komórek drobnoustrojów, które przeprowadzają procesy fermentacji laktozy zawartej w mleku  i produkują kwas mlekowy, etanol, dwutlenek węgla oraz związki aromatyczne. Masę ziaren tworzą komórki drobnoustrojów, produkty ich autolizy, skrzep kazeiny i produkty hydrolizy białek oraz częściowo skoagulowane białka mleka a także węglowodanowe substancje śluzowe [Dzwolak, Ziajka, 2000; Libudzisz i in., 2004].

Skład chemiczny kefiru i ziaren kefirowych

Biorąc od lupę skład chemiczny kefiru znajdujemy, że zawiera on około 1% kwasu mlekowego, z czego 40-70% to forma izomeryczna - D-izomer. Kefir produkowany metodą tradycyjną z grzybków kefirowych zawiera nawet 2% etanolu, natomiast produkowany na skalę przemysłową od 0,01 – 0,1%. Różnice w zawartości poszczególnych składników kefiru zależą głównie od zastosowanej metody produkcji, cech zakwasu, dojrzałości kefiru oraz klasy jakościowej. W zależności od czasu dojrzewania wyróżniamy kefir słaby, średni, mocny (odpowiednio: jednodniowy, dwudniowy oraz trzydniowy) oraz kefir luksusowy. Ze względu na zawartość tłuszczu możemy otrzymać kefir 3,1%, 2,0%, 1,5% oraz odtłuszczony [Ziajka i in., 1997; Stepaniak i Fetliński, 2003]. Kefir oprócz typowych dla mleka związków zawiera także substancje związane z działalnością mikroflory ziaren kefirowych. Podstawowe składniki kefiru to węglowodany (polisacharydy, substancje śluzowe, laktoza), białko (kazeina oraz białka serwatkowe), tłuszcz (głównie kwasy tłuszczowe nasycone, ale także jedno- i wielonienasycone), kwas mlekowy wytworzony przez bakterie w wyniku rozkładu laktozy, alkohol i dwutlenek węgla (wynik działania drożdży). 

Ziarna kefirowe zawierają około 83-90% wody, 3,2-4,5% białka, 0,3% lipidów, 5-10% polisacharydów, 5,8% rozpuszczalnych związków azotowych niebiałkowych oraz 0,7% popiołu. Swoim wyglądem przypominają różyczki kalafiora o wielkości od 15-20 mm, ale także zdarzają się większe zlepieńce o średnicy nawet 70 mm. Grzybki kefirowe są  żółtawe, mają nieregularny kształt, są nierozpuszczalne w wodzie i w większości rozpuszczalników a namoczone w mleku pęcznieją i stają się białe. Ze względu na złożone relacje pomiędzy drobnoustrojami wchodzącymi w skład ziaren kefirowych, nie udało się wyodrębnić wszystkich drobnoustrojów składowych, a następnie odtworzyć struktury ziaren.

Zasadniczą różnicą pomiędzy mlekiem a kefirem jest biodostępność składników żywieniowych w procesie wchłaniania zachodzącym podczas trawienia. Dzięki rozkładowi podczas fermentacji białek mleka (na peptydy i wolne aminokwasy), laktozy, tłuszczów (dzięki zjawiskowi lipolizy) oraz zmian w układzie koloidalnym (powstawanie w żołądku luźnego skrzepu), składniki kefiru są znacznie łatwiej strawne i przyswajalne, w porównaniu ze składnikami mleka [Libudzisz i in., 2004].

Na uwagę zasługuje charakterystyczny dla ziaren kefirowych wodochłonny glukozogalaktozan o nazwie kefiran, zbudowany w 44% z D(-)glukozy i 56% z D(+)galaktozy, stanowiący tzw. matrycę kefiranową ziaren kefirowych. Nie występuje on w mleku w związku z czym jest związkiem unikatowym, obecnym tylko w kefirze. Kefiran stymuluje w przewodzie pokarmowym zdrowotne funkcje bakterii i drożdży, a nawet posiada właściwości przeciwrakowe [Kołakowski i in., 2001]. Na cechy smakowo-zapachowe kefiru ma wpływ kwas mlekowy, octowy, alkohol etylowy, diacetyl, acetoina, aldehyd octowy, krótkołańcuchowe kwasy organiczne (propionowy,  masłowy). Kefir zawiera także witaminy z grupy B oraz kwas foliowy (50-100 mg/l), których obecność jest wynikiem działania drożdży [Beshkovaa, 2003].

Produkcja zakwasów kefirowych

Podobnie jak podczas wyrobu zakwasu do innych wyrobów fermentowanych, mleko na zakwas (odtłuszczone lub odtłuszczone regenerowane) musi zostać poddane obróbce cieplnej w temperaturze najczęściej 90-95°C. Przygotowanie zakwasu odbywa się dwuetapowo, ponieważ grzybki kefirowe mają duże rozmiary a małe objętości zakwasu macierzystego łatwiej jest kontrolować. Jednakże trend produkcji kefiru przy użyciu zakwasów, które mleczarnie produkowały samodzielnie, powoli przemija ze względu na trud tej metody produkcji oraz dużego ryzyka zakażenia mleka przerobowego. Podczas tradycyjnej produkcji zakwasu przeznaczonego do produkcji kefiru stosuje się grzybki kefirowe, których proporcja w stosunku do mleka powinna wynosić 5% (1 część na 20 części mleka) lub 3,5% (1 część na 30 części mleka). Inkubacja trwa około 20 godzin, ziarna odcedza się, natomiast pozostałe mleko stanowi zakwas macierzysty. Pozostałe na sicie grzybki przemywa się wodą i ponownie wykorzystuje. Podczas inkubacji biomasa ziaren w ciągu tygodnia przyrasta o około 10 %, dlatego należy je ważyć i usuwać ich nadmiar. W sytuacji kiedy produkuje się duże ilości kefiru uzyskany zakwas macierzysty można wprowadzić do mleka, poddać inkubacji (w temperaturze 23°C przez około 20 godzin) i po uzyskaniu określonej kwasowości otrzymuje się zakwas roboczy, który dodaje się do mleka przeznaczonego na kefir w ilości 3-5% [Bylund, 2013].

Produkcja kefiru

Jak wspomniano wcześniej tradycyjna technologia sporządzania zakwasu roboczego jest pracochłonna, a produkty uzyskane dzięki tej metodzie są wysoce różne jakościowo. W celu uniknięcia tych trudności producenci korzystają z liofilizowanych, skoncentrowanych szczepionek kefirowych dodawanych bezpośrednio do mleka przerobowego. Zawartość drobnoustrojów w kulturach starterowych powinna wynosić 5x10⁹ j.t.k./g. Szczepionki powinny zawierać około 80% ziarniaków, 15% pałeczek i 5% drożdży [Libudzisz i Piątkiewicz, 1990]. Stosowanie czystych kultur w produkcji kefiru upraszcza technologię, poprawia jakość wyrobu gotowego, przedłuża trwałość i umożliwia standaryzację  produktów pod względem wartości odżywczych oraz cech sensorycznych [Fesnak i Fetliński, 1996]. 

Produkcja kefiru w warunkach domowych staje się w obecnych czasach coraz bardziej popularna ze względu na wzrost zainteresowania żywnością mało przetworzoną oraz brakiem zaufania do produkcji przemysłowej. Grzybki kefirowe tzw. tybetańskie są łatwo dostępne na portalach aukcyjnych oraz w sklepach ze zdrową żywnością. Przygotowanie kefiru w domu polega na zalaniu grzybków kefirowych pasteryzowanym mlekiem i pozostawieniu w celu fermentacji. Wraz ze wzrostem czasu fermentacji rośnie kwasowość kefiru. Istnieją różne warianty tej metody. Można przeprowadzić fermentację pozostawiając zalane mlekiem grzybki w lodówce na 5 dni, otrzymując słaby kefir, ponieważ niska temperatura spowalnia fermentację. Możliwe jest również przeprowadzenie tzw. podwójnej fermentacji, polegającej na dodaniu grzybków kefirowych do mleka w celu fermentacji na 12-24 h. Po tym czasie grzybki oddziela się od mleka, a otrzymany napój pozostawia na następne 12-24 h w lodówce. Istnieje także metoda tzw. „ciągłej fermentacji”. Nową partię mleka dodaje się do istniejącego już kefiru, przechowywanego w dużym naczyniu w celu fermentacji. Proces jest powtarzalny, a otrzymany produkt jest bardzo kwaśny i musujący. W czasie wytwarzania kefiru w warunkach domowych niezbędne jest przestrzeganie higieny oraz nie używanie metalowych garnków i przyrządów kuchennych. W zależności od tradycji przygotowywania napoju, grzybki po każdorazowym otrzymaniu kefiru można przepłukiwać pod bieżącą wodą.

Produkcja kefiru na skalę przemysłową może odbywać się  na dwa sposoby - metodą termostatową i zbiornikową. Niezależnie od użytej metody proces produkcji rozpoczyna się odbiorem, selekcją i obróbką wstępną mleka. Po podgrzaniu do temperatury 45°C mleko zostaje poddane wirowaniu w wirówce w celu oddzielenia fazy tłuszczowej i poddane normalizacji. Zawartość tłuszczu w kefirze najczęściej wynosi od 2,5-3,5%. Następnie mleko poddaje się homogenizacji w temperaturze 65-70°C przy ciśnieniu 17,5-20 MPa (175-200 bar), która ma na celu zapobieganie wydzielaniu się wolnego tłuszczu i serwatki, ujednolicenie mieszaniny mleka z dodatkami suchej masy oraz poprawę konsystencji i lepkości produktu gotowego. Obróbka cieplna jest niezbędna i powoduje całkowite zniszczenie mikroflory chorobotwórczej, inaktywację enzymów, denaturację białek. Mleko poddaje się pasteryzacji w wysokiej temperaturze i stosuje się taki sam zakres temperatur jak dla jogurtu i większości fermentowanych produktów mlecznych wynoszący 90-95°C przez 5 minut. W metodzie termostatowej mleko ochładza się do temperatury około 23°C po czym wprowadzany zostaje zakwas kefirowy (zwykle 2-3%) lub szczepionka DVS. Następnie zaszczepione mleko pakowane jest w opakowania jednostkowe, które powinny mieć zamknięcia zabezpieczające napój przed ulatnianiem się dwutlenku węgla. Inkubacja przebiega w pomieszczeniu termostatowym temperaturze 20-22°C, do uzyskania pH 4,5 (35-40°SH). Po osiągnięciu wymaganej kwasowości, kefir poddawany jest dojrzewaniu w temperaturze 9°C przez 1, 2 lub 3 doby [Dzwolak i Ziajka, 2000]. W metodzie zbiornikowej mleko chłodzi się do temperatury zaszczepiania, a po dodaniu zakwasu lub szczepionki mleko poddaje się ukwaszaniu do momentu osiągnięcia pH 4,5. Proces ten trwa około 12 godzin, po czym skrzep miesza się z jednoczesnym ochładzaniem do temperatury 14-16°C. Mieszanie ma na celu rozbicie skrzepu i ujednolicenie konsystencji. Następnie kefir dojrzewa przez 12 do 14 h. Produkt wychładza się, pakuje i magazynuje w temperaturze 5-8°C. W wyniku mieszania, rozlewu oraz chłodzenia skrzep ulega rozbiciu, przez co produkt charakteryzuje się luźniejszą konsystencją oraz słabszym wysyceniem dwutlenkiem węgla. Temperatura dojrzewania i magazynowania poniżej 10°C hamuje rozwój drożdży i bakterii aromatyzujących, przez co produkt jest nieco łagodniejszy w porównaniu do kefiru produkowanego metodą termostatową [Bylund, 2013].

Mikroflora kefiru i jej wpływ na zdrowie człowieka

Pałeczki mlekowe tworzą gęste sploty długich łańcuszków, pomiędzy którymi widoczne są pojedyncze paciorkowce, ziarniaki i drożdże (występujące w częściach zewnętrznych ziaren). Proporcje ilościowe pomiędzy grupami drobnoustrojów są zmienne w zależności od warunków hodowli, ale średnio kształtują się następująco:

- pałeczki mlekowe (Lactobacillus) - 65-80%

- paciorkowce mlekowe (Lactococcus i Leuconostoc) - 8-23%

- drożdże - 2-12%

W 1g suchej masy ziaren kefirowych znajduje się od 2x10⁷ do 2,8x10⁹ j.t.k. bakterii mlekowych. Liczebność mikroflory drożdżowej w ziarnie jest zawsze wyższa niż w zakwasie. W ziarnie występuje od 10⁵- 6x10⁷ j.t.k./g drożdży a w zakwasie od 2x10⁴ do 7x10⁵ j.t.k./g”. Na jedną komórkę drożdżową przypada od 10 do 50 komórek bakteryjnych.

Mikroflora kefiru składa się z:

- heterofermentatywnych pałeczek i paciorkowców mlekowych

- homofermentatywnych pałeczek i paciorkowców mlekowych

- termofilnych homofermentatywnych paciorkowców mlekowych

- bakterii octowych Acetobacter aceti

- drożdży fermentujących i niefermentujących, laktozy [Farnworth, 2005].

Bakterie fermentacji mlekowej stanowią heterogenną grupę Gram-dodatnich, katalazo ujemnych, nieprzetrwalnikujących pałeczek i ziarniaków, które jako źródło energii wykorzystują sacharydy. Produktem przemian cukrów jest kwas mlekowy. W zależności od tego czy mleczan jest głównym produktem fermentacji, czy wytwarzane są również inne związki, bakterie mlekowe podzielono na grupę szczepów homofermentatywnych i heterofermentatywnych, które dodatkowo wytwarzają etanol, kwas octowy, aldehyd octowy i dwutlenek węgla. Drożdże obecne w kefirze w największym stopniu są odpowiedzialne za powstawanie dwutlenku węgla w wyniku przeprowadzanej fermentacji alkoholowej, który nadaje swoiste właściwości sensoryczne temu napojowi. Mikroflora drożdżowa odgrywa ważną rolę w kształtowaniu zależności symbiotycznych między mikroorganizmami w ziarnie kefirowym. Drożdże mają udział w powstawaniu w kefirze substancji o działaniu przeciwdrobnoustrojowym, przedłużają żywotność bakterii, a także dostarczają im witamin niezbędnych do ich wzrostu. Bakterie natomiast dostarczają drożdżom galaktozę, która jest dla nich fermentowanym źródłem węgla. Wspólna zależność pomiędzy bakteriami kwasu mlekowego a drożdżami polega na tym, że bakterie (głownie paciorkowce) rozwijając się szybciej niż drożdże rozkładają laktozę, a wytworzone cukry proste i kwas mlekowy stwarzają odpowiednie środowisko dla rozwoju drożdży, które przez wytwarzanie witamin z grupy B, proteolizę białek mleka oraz produkcję dwutlenku węgla, przedłużają żywotność bakterii [Chrzanowska i Wojtatowicz, 2001]. W krajach byłego ZSRR kefir był stosowany w leczeniu wrzodów żołądka i dwunastnicy, zapalenia jelit, chorób dróg żółciowych a  nawet w leczeniu bronchitu i zapalenia płuc. Z danych literaturowych wynika że właściwości terapeutyczne i lecznicze przypisywane kefirowi są podobne do obserwowanych dla probiotyków [Kołakowski i in., 2001]. Wpływ mikroflory kefiru na zdrowie człowieka wiąże się głównie z występowaniem bakterii i drożdży jako żywych organizmów oraz z obecnością w napoju ich metabolitów, często niespotykanych w produktach mleczarskich.

Tabela 2. Wybrane cechy bakterii fermentacji mlekowej i drożdży.

Źródło: [Dzwolak i Ziajka, 2000].

Właściwości prozdrowotne lub lecznicze kefiru wiążą się głównie z:

1. występowaniem kwasu mlekowego, który korzystnie wpływa na procesy trawienia. Kwas mlekowy lewoskrętny jest słabo przyswajalny i dlatego może przedostać się do jelita grubego, gdzie wpływa hamująco na procesy gnilne i zmniejsza szkodliwy wpływ rozkładu białek na organizm. Występujący w kefirze Lactobacillus acidophilus tworzący w określonych warunkach znaczne ilości lewoskrętnej formy kwasu mlekowego skutecznie hamuje rozwój patogenów w jelicie grubym oraz zasiedla przewód pokarmowy;

2. przemianą cukru mlekowego (laktozy), przez co kefir może być spożywany przez osoby cierpiące na nietolerancję laktozy (złe wchłanianie laktozy). Rozkład laktozy jest możliwy dzięki obecności enzymu β-galaktozydazy, wytwarzanego przez bakterie mlekowe. Osoby te mogą spożywać dziennie maksymalnie 15 g laktozy. Zastąpienie mleka świeżego kefirem pozwala na uniknięcie reakcji alergicznych (biegunki, wzdęcia, skurcze mięśni). β-galaktozydaza bakteryjna wspomaga dalszą hydrolizę laktozy w przewodzie pokarmowym;

3. lepszym trawieniem, ze względu na fakt występowania fermentacji mieszanej, podczas której kazeina zostaje strącona w postaci bardzo drobnych cząstek. Dwutlenek węgla rozbija delikatny skrzep mleka w momencie jego powstawania, co daje w efekcie bardzo drobne cząsteczki strąconego białka. Badania porównawcze strawności mleka i kefiru wykazały, że 250 g surowego mleka pełnego zalega w żołądku przez 7,5 h, gotowanego - 7 h, natomiast taka sama ilość kefiru z mleka pełnego - 4,5 h, a z odtłuszczonego - przez 3,5 h;

4. właściwościami aklimatyzacji w przewodzie pokarmowym drobnoustrojów obecnych w kefirze, co przeciwdziała zaburzeniom trawiennym, zwłaszcza na tle obniżonej ilości rodzimych bakterii zamieszkujących układ pokarmowy;

5. aktywności antybiotycznej bakterii fermentacji mlekowej. W kefirze stwierdzono obecność specyficznych substancji antybiotycznych (bakteriocyn), które działają bakteriostatycznie, a w niektórych przypadkach bakteriobójczo wobec pałeczek duru brzusznego, czerwonki oraz prątków gruźlicy. Obecna w kefirze mieszanina kwasu mlekowego i octowego wzmacnia właściwości antybiotyczne i antypleśniowe;

6. rozkładaniem rakotwórczych związków zanieczyszczających żywność. Bakterie mlekowe wykazują aktywność antynowotworową. Wynika to ze zdolności niektórych szczepów bakterii mlekowych do hamowania rozwoju bakterii fekalnych, co ogranicza produkcję tzw. enzymów fekalnych, przekształcających komórki prokancerogenne do kancerogenów;

7. obecnością metabolitów przeciwdziałających odkładaniu się cholesterolu;

8. posiadaniem właściwościami dietetycznych związanych głównie z krótkim okresem przebywania kefiru w przewodzie pokarmowym, stosunkowo niewielką wartością energetyczną nieidącą w parze z wartością odżywczą;

9. zmniejszaniem objawów alergii dziecięcych;

10. podwyższoną zawartością witamin z grupy B, występowaniem wapnia i lecytyny (stymulatora układu nerwowego w procesach koncentracji, uczenia się, regeneracji komórek). Badania wykazały, że spośród mlecznych napojów fermentowanych jedynie w kefirze poziom witamin nie obniża się w wyniku prowadzonych procesów termicznych i przebiegu fermentacji. Stosunkowo wysoką zawartość witamin z grupy B zapewniają obecne w kefirze drożdże zdolne do ich syntezy [Fesnak i Fetliński, 1996; Fetliński, 1997; Irigoyen i in., 2005].

Podsumowanie

Kefir to produkt z grupy mlecznych napojów fermentowanych, ceniony przez swoją naturalność oraz cechy prozdrowotne. Więcej osób sięga po ten produkt w sezonie wiosenno-letnim, ponieważ przez swój smak i musujący charakter orzeźwia w ciepłe dni. Poza tym kefiry zawsze były mocno zakorzenione w naszej rodzimej tradycji kulinarnej jako dodatek do zup, ciast i deserów oraz jako baza do produkcji chłodników. Pozytywne działanie kefiru na organizm człowieka wiąże się z obecnością korzystnej mikroflory oraz produktów ich przemiany materii. Tradycja produkcji tego napoju sięga setek lat i była przez wieki traktowana jako dar od Boga. Z biegiem lat sposób przygotowywania tego napoju uległ unowocześnieniu. Obecnie na Polskim rynku dominują kefiry naturalne, kefiry dietetyczne pozbawione tłuszczu, kefiry z dodatkiem szczepów probiotycznych oraz kefiry z dodatkiem przecierów owocowych (truskawka, owoce leśne, suszona śliwka itp.). Wzrost świadomości konsumenckiej w temacie żywieniowym sprawia, iż kefiry naturalne, zawierające żywe kultury bakterii kwasu mlekowego i drożdży są obecnie najbardziej popularne. Podpatrując rynek jogurtów można wskazać potencjalne kierunki rozwoju kefirów, czyli ich wzbogacanie w składniki mineralne (wapń), prebiotyki (błonnik), kwasy tłuszczowe omega-3 oraz bioaktywne dodatki roślinne (melisa, zielona herbata, kofeina, guarana itp.). Szeroka gama dodatków funkcjonalnych stosowanych do produkcji jogurtów, powinna determinować rozwój „nowych” produktów również w kategorii kefirów.

Katarzyna Turek

Bibliografia dostępna u autora