Starterkulturen sind Präparate lebender Mikroorganismen, die zur Initiierung und Kontrolle der Fermentation in der Lebensmittelproduktion eingesetzt werden. Kulturen werden als definiert (einzelne oder mehrere bekannte Stämme) oder gemischt (undefinierte Konsortien, traditionell für handwerkliche Produkte) klassifiziert. Sie werden in drei Hauptformaten geliefert: gefriergetrocknet (lyophilisiert), gefroren und flüssig. Bei DVS-Kulturen (Direct Vat Set) handelt es sich um konzentrierte gefriergetrocknete oder gefrorene Präparate, die ohne Vorkultur direkt in den Fermentationsbottich gegeben werden. Sie bieten Komfort, gleichbleibende Leistung und ein geringeres Kontaminationsrisiko.
Die Produktion beginnt mit der Vermehrung der ausgewählten Stämme in Batch- oder kontinuierlichen Fermentern unter optimierten Bedingungen. Die Batch-Fermentation ist einfacher und flexibler, während die kontinuierliche Fermentation eine höhere Produktivität für die Produktion im großen Maßstab bietet. Das Wachstumsmedium ist so formuliert, dass es die Zellausbeute maximiert und die Stammeigenschaften beibehält. Es enthält typischerweise eine Kohlenstoffquelle (Laktose, Glucose), Stickstoffquellen (Hefeextrakt, Molkenproteinhydrolysat), Mineralien und Wachstumsfaktoren. Der pH-Wert wird durch interne oder externe Pufferung kontrolliert und je nach Bedarf werden anaerobe oder mikroaerophile Bedingungen aufrechterhalten.
Die Zellernte erfolgt durch Zentrifugation oder Mikrofiltration, wodurch eine konzentrierte Zellpaste entsteht. Um die Lebensfähigkeit aufrechtzuerhalten, werden vor dem Einfrieren oder Gefriertrocknen Kryoschutzmittel hinzugefügt. Zu den üblichen Kryoschutzmitteln gehören Glycerin (für gefrorene Kulturen), Saccharose, Trehalose, Magermilchpulver und Mononatriumglutamat. Ihr Mechanismus besteht darin, die Glasübergangstemperatur zu senken, Schäden an Eiskristallen zu verhindern und die Integrität der Zellmembran zu stabilisieren. Bei der Gefriertrocknung (Lyophilisierung) wird Wasser durch Sublimation unter Vakuum entfernt, wodurch ein Pulver mit längerer Haltbarkeit entsteht. Sprühtrocknung ist für einige Kulturen eine Alternative, allerdings verringert die thermische Belastung die Lebensfähigkeit empfindlicher Stämme.
Die Qualitätskontrolle während der Produktion umfasst die Zählung lebensfähiger Zellen (Plattenzählung, Durchflusszytometrie), Aktivitätstests (Säuerungsaktivität in Milch), die Überwachung der Phagenresistenz und genetische Stabilitätsprüfungen (Plasmidprofilierung, PFGE). Die angestrebte Haltbarkeit liegt typischerweise bei 12–18 Monaten für gefriergetrocknete Kulturen und bei 6–12 Monaten für gefrorene Kulturen, wenn sie bei -18 °C oder darunter gelagert werden. Innovationen in der Mikroverkapselung (Alginat, Chitosan, Lipidbeschichtungen) und Schutztrocknungstechnologien verlängern die Lebensfähigkeit und ermöglichen eine Verteilung bei Raumtemperatur. Starterkulturen sind für fermentierte Milchprodukte unerlässlich und bestehen überwiegend aus Milchsäurebakterien. Produktionsmethoden zielen darauf ab, die Lebensfähigkeit zu maximieren, ähnlich wie bei der Herstellung von Probiotika.
