Схема спиртового и молочнокислого брожения. Молочнокислое брожение и семейство Lactobacillaceae
Молочнокислое брожение – процесс анаэробного окисления углеводов, конечным
продуктом при котором выступает молочная кислота. Название получило по характеру
продукта – молочной кислоте. Для молочнокислых бактерий является основным путём
катаболизма углеводов и основным источником энергии в виде АТФ. Также
молочнокислое брожение происходит в тканях животных в отсутствие кислорода при
больших нагрузках.
Белки молока являются отличным источником азотистого питания для молочнокислых
бактерий, которые расщепляют молочный сахар, превращая его в молочную кислоту,
повышают кислотность среды, и молоко свёртывается, образуя плотный однородный
сгусток.
При молочнокислом брожении конечным продуктом является молочная кислота. Этот вид брожения осуществляется с помощью молочнокислых бактерий, которые подразделяются на две большие группы (в зависимости от характера брожения): гомоферментативные, образующие из сахара только молочную кислоту, и гетероферментативные, образующие, кроме молочной кислоты, спирт, уксусную кислоту, углекислый газ. Гомоферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacillus и стрептококки. Они могут сбраживать различные сахара с 6-ю (гексозы) или 5-ю (пентозы) углеродными атомами, некоторые кислоты. Однако круг сбраживаемых ими продуктов ограничен. У молочнокислых бактерий нет ферментативного аппарата для использования кислорода воздуха. Кислород для них или безразличен, или угнетает развитие.
Идет согласно следующему уравнению С 12 H 22 О 11 (молочный сахар) + H 2 O = 4С 3 Н 6 О 3 (молочная кислота)
Если же сбраживается декстроза или вещества, способные переходить в декстрозу, то гидратации не происходит: С 6 Н 12 О 6 = 2С 3 Н 6 О 3 .
Глюкоза также расщепляется до пировиноградной кислоты. Но затем ее декарбоксилирование (отщепление СO2), как при спиртовом брожении, не происходит, так как молочнокислые бактерии лишены соответствующих ферментов. У них активны дегидрогеназы (НАД). Поэтому пировиноградная кислота сама (а не уксусный альдегид, как при спиртовом брожении) принимает водород от восстановленной формы НАД и превращается в молочную кислоту. В процессе молочнокислого брожения бактерии получают энергию, необходимую им для развития в анаэробных условиях, где использование других источников энергии затруднено. Гетероферментативное молочнокислое брожение - процесс более сложный, чем гомоферментативное: сбраживание углеводов приводит к образованию ряда соединений, накапливающихся в зависимости от условий процесса брожения. Одни бактерии образуют, помимо молочной кислоты, этиловый спирт и углекислоту, другие - уксусную кислоту; некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии могут образовывать различные спирты, глицерин, маннит.
Виды молочнокислого брожения
Различают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение, в зависимости от выделяющихся продуктов помимо молочной кислоты и их процентного соотношения. Отличие также заключается и в разных путях получения пирувата при деградации углеводов гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями.
Гомоферментативное молочнокислое брожение. Поскольку расщепление лактозы происходит внутри клетки микроорганизма, ключевым этапом этого метаболического пути является поступление глюкозы в клетку. При переносе лактозы снаружи в цитоплазматическую мембрану и в клетку микроорганизма для превращения в фосфат лактозы участвуют четыре белка (последовательно: фермент II, III, I и HPr). Лактозо-6-фосфат гидролизуется β -фосфогалоктогеназой (β -Pgal) на его моносахаридные компоненты. Галактоза и глюкоза затем катаболизируются через тагатозный путь и путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (EMP). Возможно дефосфорилирование галактозы, и в этом случае она неусваивается и выводится из клетки микроорганизма. В обоих случаях глюкоза и галактоза превращаются дигидроксиацетон-фосфат и глицеринальдегид-3-фосфат, где трёхуглеродные сахара окисляются дальше до фосфоенолпирувата, а затем образуют молочную кислоту при помощи лактатдегидрогеназы. Продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения является молочная кислота, которая составляет не менее 90% всех продуктов брожения. Примеры гомоферментативных молочнокислых бактерий: Lactobacillus casei, L. acidophilus, Streptococcus lactis.
Гетероферментативное молочнокислое брожение. Лактозу и глюкозу по гетероферментативному пути образуют только бифидобактерии. При катаболизме глюкозы СО 2 не образуется, поскольку отсутствует начальный этап, включающий декарбоксилирование. Лактоза транспортируется в клетку с помощью пермеазы, а затем гидролизуется в глюкозу и галактозу. Альдолаза и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа у этого вида отсутствуют. Гексозы подвергают катаболизму путём гексозомонофосфатного шунта с участием фруктозо-6-фосфат-фосфокетолазы. Продуктами ферментации видами Bifidobacterium являются лактат и ацетат, а ферментация двух молекул глюкозы даёт три молекулы ацетата и две молекулы лактата. Побочными продуктами являются: уксусная кислота, этанол. Примеры гетероферментативных молочнокислых бактерий: L. fermentum, L. brvis, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni. Гетероферментативные бактерии образуют молочную кислоту иным путем. Последняя стадия - восстановление пировиноградной кислоты до молочной - та же самая, что и в случае гомоферментативного брожения. Но сама пировиноградная кислота образуется при ином расщеплении глюкозы - гексозомонофосфатном. Выход энергии гораздо меньше, чем при спиртовом брожении.
Гетероферментативные бактерии сбраживают ограниченное число веществ: некоторые гексозы (причем определенного строения), пентозы, сахароспирты и кислоты.
Молочнокислое брожение широко используется при выработке молочных продуктов: простокваши, ацидофилина, творога, сметаны. При производстве кефира, кумыса наряду с молочнокислым брожением, вызываемым бактериями, имеет место и спиртовое брожение, вызываемое дрожжами. Молочнокислое брожение происходит на первом этапе изготовления сыра, затем молочнокислые бактерии сменяются пропионовокислыми.
Молочнокислые бактерии нашли широкое применение при консервировании плодов и овощей, в силосовании кормов. Чистое молочнокислое брожение применяется для получения молочной кислоты в промышленных масштабах. Молочная кислота находит широкое применение в производстве кож, красильном деле, при выработке стиральных порошков, изготовлении пластмасс, в фармацевтической промышленности и во многих других отраслях. Молочная кислота также нужна в кондитерской промышленности и для приготовления безалкогольных напитков.
Применение молочнокислого брожения для изготовления продуктов питания
Молочнокислое брожение используется в молочной промышленности для
изготовления простокваши, творога, сметаны, кефира, сливочного масла,
ацидофильного молока и ацидофильной простокваши, сыров, квашеных овощей, при
приготовлении хлебных заквасок, молочной кислоты. Молочнокислые бактерии широко
применяют также при силосовании кормов, при выделке меховых шкурок и в
производстве молочной кислоты.
Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов
(растительной массы) для животных, в хлебопечении, особенно при изготовления
ржаного хлеба. Положительные результаты дают исследования по использованию
молочнокислых бактерий при изготовлении некоторых сортов колбас, солено-вареных
мясных изделий, а также при созревании слабосоленой рыбы для ускорения процесса
и придания продуктам новых ценных качеств(вкуса, аромата, консистенции и др.).
Промышленное значение имеет также применение молочнокислых бактерий для получения молочной кислоты, которую используют в безалкогольных напитках. Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочнокислое брожение в продуктах (молоке, вине, пиве, безалкогольных напитках и др.) приводит к их порче (прокисанию, помутнению, ослизнению).
Применение молочнокислых бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления пищевых продуктов. Если нестерильный раствор, содержащий наряду с сахарами также сложные источники азота и факторы роста, оставить без доступа воздуха или просто налить в сосуд достаточно большое количество такого раствора, то вскоре в нем появятся молочнокислые бактерии. Они снижают рН до значений < 5 и тем самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться в столь кислой среде. Какие именно молочнокислые бактерии вырастут в таких накопительных культурах, зависит от прочих условий. Благодаря своему стерилизующему и консервирующему действию, основанному на подкислении среды, молочнокислые бактерии используются в сельском и домашнем хозяйстве и в молочной промышленности.
Приготовление силоса. Молочнокислые бактерии, обитающие на растениях, играют
большую роль при запасании впрок кормов для скота. Для приготовления силоса
используют листья сахарной свеклы, кукурузу, картофель, травы и люцерну.
Растительную массу прессуют и прибавляют к ней мелассу, чтобы повысить отношение
C/N, и муравьиную или какую-либо неорганическую кислоту, чтобы заранее
обеспечить преимущественный рост лактобацилл и стрептококков. В таких условиях
происходит контролируемое молочнокислое брожение.
Приготовление кислой капусты. Кислая капуста тоже представляет собой продукт, в
приготовлении которого участвуют молочнокислые бактерии. В мелко нарезанной,
посыпанной солью (2-3%) и спресованной белокочанной капусте при исключении
доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в котором
принимает участие сначала Leuconostoc (с образованием CO2), а позднее
Lactobacillus plantarum.
Молочные продукты. Молочнокислые бактерии, образующие кислоту и придающие
продуктам определенный вкус, находят широкое применение в молочной
промышленности. Стерилизованное или пастеризованное молоко или же сливки
сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые («стартовые») культуры
молочнокислых бактерий. Кисломолочное масло готовят из сливок, сквашенных с
помощью Streptococcus lactis, S. cremoris и Leuconostoc cremoris. Образующийся в
процессе брожения диацетил придает маслу специфический аромат.
Закваски, содержащие Streptococcus lactis или Lactobacillus bulgaricus и
Streptococcus thermophilus, вызывают свертывание казеина при приготовлении
творога и немецких сыров (гарцского и майнцского). При изготовлении твердых
сыров (в отличие от сыров из кислого молока) для свертывания казеина пользуются
сычужным ферментом. Молочнокислые бактерии (Lactobacillus casei, Streptococcus
lactis) вместе с пропио-новокислыми участвуют лишь на стадии созревания сыров.
Для приготовления молочнокислых продуктов в качестве заквасок тоже используются
стартовые культуры молочнокислых бактерий, образующих кислоту и некоторые
вещества, придающие продукту характерный запах. Ароматное пахтанье получают с
помощью упомянутых выше заквасок, применяемых для приготовления кисломолочного
масла. Пахтанье наряду с молочной кислотой содержит также уксусную кислоту,
ацетоин и диацетил. Йогурт получают из пастеризованного гомогенизированного
цельного молока, инокулированного Streptococcus thermophilus и Lactobacillus
bulgaricus (после внесения закваски молоко выдерживают 2-3 ч при 43-45°С). Под
названием биогурт в продажу поступает кислое молоко, сквашенное Lactobacillus
acidophilus и Streptococcus thermophilus. Кефир принадлежит к молочнокислым
продуктам, содержащим кислоты и этанол; его получают из молока (коровьего,
овечьего или козьего). Закваску готовят на так называемых кефирных зернах,
которые состоят из пока еще не полностью изученного сообщества организмов,
включающего лактобациллы, стрептококки, микрококки и дрожжи. Сквашивание молока
ведут при 15-22°С в течение 24-36 ч. Для приготовления кумыса используют ослиное
молоко, которое инокулируют культурой, содержащей Lactobacillus bulgaricus и
дрожжи рода Torula.
Чистую молочную кислоту, которая используется для различных промышленных целей и
как добавка к пищевым продуктам, получают в результате брожения. Молоко или
сыворотку сбраживают при помощи lactobacillus casei или L. bulgaricus. Для
сбраживания глюкозы и мальтозы применяют L. delbruckii, L. leichmannii или
Sporolactobacillus inulinus. Источником необходимых факторов роста служат
меласса и солод.
Образование кислоты в кислом тесте, используемой для его подъема, тоже обеспечивается молочнокислыми бактериями, в частности Lactobacillus plantarum и L. coryneformis. Стартовые культуры лактобацилл и микрококков применяются также для приготовления сырокопченых колбас (салями, сервелат). Образуя молочную кислоту и снижая рН, молочнокислые бактерии предохраняют от порчи те виды колбас, которые не подвергаются варке.
Молочнокислое брожение. Наиболее простым типом брожения следует считать молочнокислое. Различают два вида молочнокислого брожения: типичное молочнокислое брожение (гомоферментативное) и нетипичное (гетероферментативное). В первом случае процесс осуществляется однородными ферментами (только ферментами, участвующими в восстановлении пировиноградной кислоты в молочную). Во втором случае разнородные ферменты вызывают, кроме молочнокислого, также и спиртовое с образованием в качестве побочных продуктов уксусной кислоты и этилового спирта.[ ...]
Брожение известно людям с незапамятных времен. Тысячелетиями человек пользовался спиртовым брожением при изготовлении вина. Еще раньше было известно о молочнокислом брожении. Люди употребляли в пищу молочные продукты, готовили сыры. При этом они не подозревали, что эти процессы происходят с помощью микроорганизмов. Термин «брожение» был введен голландским алхимиком Ван Хельмонтом в XVII в. для процессов, идущих с выделением газов егте аио - кипение). Затем в XIX в. основоположник современной микробиологии Луи Пастер показал, что брожение является результатом жизнедеятельности микробов, и установил, что различные брожения вызываются разными микроорганизмами.[ ...]
Молочнокислое брожение следует проводить в анаэробных условиях, ибо молочнокислые бактерии относятся к группе факультативных анаэробов, не требующих для своей жизнедеятельности кислоро да воздуха. Большинство же вредных микроорганизмов являются строгими аэробами и в отсутствие воздуха не развиваются. Молочнокислые бактерии из каждой молекулы сахара образуют две молекулы молочной кислоты. Поскольку источник накопления молочной кислоты - сахар сырья, следует подбирать высокосахаристые сорта овощей и плодов.[ ...]
Молочнокислые бактерии используются в хлебопечении, обусловливая кислый вкус хлеба, а также при промышленном получении молочной кислоты. В этом случае 15-18°/о-ный раствор сахара подвергают молочнокислому брожению и связывают образующуюся молочную кислоту мелом.[ ...]
Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении конечным продуктом является молочная кислота.[ ...]
Молочнокислое брожение широко используется при выработке молочных продуктов: простокваши, ацидофилина, творога, сметаны. При производстве кефира, кумыса наряду с молочнокислым брожением, вызываемым бактериями, имеет место и спиртовое брожение, вызываемое дрожжами. Молочнокислое брожение происходит на первом этапе изготовления сыра, затем молочнокислые бактерии сменяются пропионово кислыми.[ ...]
Молочнокислые бактерии нашли широкое применение при консервировании плодов и овощей, в силосовании кормов. Чистое молочнокислое брожение применяется для получения молочной кислоты в промышленных масштабах.[ ...]
Молочнокислое брожение. Это процесс превращения сахара в молочную кислоту при помощи микроорганизмов. Молочнокислое брожение бывает типичное и нетипичное. При типичном сахар расщепляется только на 2 молекулы молочной кислоты по уравнению.[ ...]
Типичное молочнокислое брожение широко применяется для изготовления молочнокислых продуктов на молочных заводах. Большое значение молочнокислые бактерии имеют в консервировании свежих кормов путем силосования- Консервирование сочной кормовой массы основано на сбраживании сахаров, содержащихся в растительном соке с образованием молочной кислоты. Благодаря кислой реакции среды предотвращается развитие гнилостных процессов в силосуемой массе. В последние годы разработаны силосные закваски из молочнокислых бактерий. Применение этих заквасок позволяет ускорить и улучшить процесс созревания силоса, избежать образования масляной кислоты.[ ...]
Нормальное молочнокислое брожение происходит в том случае, когда сок полностью покрывает капусту.[ ...]
Нетипичным молочнокислым брожением называется такое, при котором наряду с молочной кислотой образуются и другие продукты, например этиловый спирт, уксусная и янтарная кислота, углекислота и водород.[ ...]
Как можно видеть, молочнокислая ферментация ВРУ предпочтительнее с точки зрения максимальной пищевой ценности силоса без потерь СВ и с незначительной потерей энергии. Рост гетероферментативных Lactobacillus spp. в силосе ведет к образованию этанола и диоксида углерода с последующей потерей СВ и энергии . В результате воздействия этих факторов большая часть биологических силосных добавок содержит те виды молочнокислых бактерий, которые способствуют молочнокислому брожению в силосе.[ ...]
Вместо спиртового брожения можно выбрать молочнокислое брожение, которое проводится бактериями Lactobacillus pento-sus. Выход продуктов на 1 т вырабатываемой целлюлозы равен 125 кг молочной кислоты 95%-ной чистоты и 30 кг уксусной кислоты .[ ...]
Гомоферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacillus и стрептококки. Они могут сбраживать различные сахара с 6-ю (гексозы) или 5-ю (пентозы) углеродными атомами, некоторые кислоты. Однако круг сбраживаемых ими продуктов ограничен.[ ...]
Гетероферментативное молочнокислое брожение - процесс более сложный, чем гомоферментативное: сбраживание углеводов приводит к образованию ряда соединений, накапливающихся в зависимости от условий процесса брожения. Одни бактерии образуют, помимо молочной кислоты, этиловый спирт и углекислоту, другие - уксусную кислоту; некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии могут образовывать различные спирты, глицерин, маннит.[ ...]
Гетероферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacterium и рода Streptococcus. Химизм этих брожений изучен не так хорошо, как спиртового или гомоферментативно го молочнокислого брожения.[ ...]
Возбудителями типичного молочнокислого брожения яв ляются следующие микроорганизмы: 1) Bact. Эта бактерия накапливает наибольшее количество молочной кислоты, равное 3,2%. Молочнокислые бактерии могут сбраживать различные сахара в зависимости от наличия в них тех или иных ферментов.[ ...]
Приготовление силоса основано на молочнокислом брожении. В хорошем силосованном корме накапливается молочная кислота, которая резко преобладает над другими органическими кислотами, образующимися при неправильном силосовании. Определение общей кислотности силоса, а также молочной (нелетучей) и других (летучих) кислот позволяет объективно охарактеризовать качество силосованного корма.[ ...]
Гетероферментативное (нетипичное) молочнокислое брожение вызывается кишечной палочкой Bact. coli, а также близкой к ней бактерией Bact.Jactis aerogenes. При санитарной оценке воды и почвы она является показателем фекального загрязнения.[ ...]
Встречаются также так называемые ложные бактерии молочнокислого брожения, они размножаются при температуре 25-35° и образуют наряду с молочной другие кислоты.[ ...]
Кишечная палочка относится к группе бактерий, вызывающих нетипичное молочнокислое брожение. При сбраживании сахаров эти бактерии образуют наряду с молочной кислотой ряд других продуктов: янтарную и уксусную кислоту, этиловый спирт, углекислый газ и водород.[ ...]
Процесс образования молочной кислоты чрезвычайно близок к процессу спиртового брожения. Но затем ее декарбоксили-рование (отщепление СОг), как при спиртовом брожении, не происходит, так как молочнокислые бактерии лишены соответствующих ферментов. У них активны дегидрогеназы (НАД). Поэтому пировиноградная кислота сама (а не уксусный альдегид, как при спиртовом брожении) принимает водород от восстановленной формы НАД и превращается в молочную кислоту. В процессе молочнокислого брожения бактерии получают энергию, необходимую им для развития в анаэробных условиях, где использование других источников энергии затруднено.[ ...]
Важное отличие получения ржаного теста заключается в том, что в нем в основном происходит молочнокислое брожение, в то время как для теста из пшеничной муки характерно спиртовое. Молочнокислый тип брожения приводит к быстрому повышению кислотности теста, и клейковинные белки ржи, имеющие сравнительно небольшую молекулярную массу, легко растворяются в разбавленных растворах молочной, уксусной и других органических кислот. Таким образом, тестоведение также способствует диспергируемости белков и окончательно приводит к тому, что они не формируют связный клейковинный комплекс. Поэтому ржаное тесто в сравнении с пшеничным более липкое, не обладает эластичностью и плохо сохраняет приданную ему форму.[ ...]
Работники сыродельных заводов давно обратили внимание на то, что в ряде случаев активность молочнокислых микробов закваски резко снижается, что приводит к плохому сбраживанию молока. Это явление может быть вызвано разными причинами. Но чаще всего оно вызывается фагами, которые лизируют полностью или частично культуры заквасок. В результате этого процесс молочнокислого брожения полностью останавливается или интенсивность его резко снижается.[ ...]
Далее при отсутствии в среде кислорода ПВК перерабатывается либо в этиловый спирт - спиртовое брожение (в клетках дрожжей и растений при недостатке кислорода), либо в молочную кислоту - молочнокислое брожение (в клетках животных при недостатке кислорода).[ ...]
На сыродельных заводах, как правило, применяют закваски, состоящие не из одной культуры, а из смеси различных культур молочнокислых стрептококков.Стрептококков очень много в природе, поэтому для производства можно отобрать культуры, отличающиеся по своей чувствительности к фагам. При применении смешанной закваски под влиянием фага лизи-руется одна или две культуры, другие же продолжают процесс молочнокислого брожения.[ ...]
Таким образом, в отличие от маринования консервирующее начало не вносится в пищевой продукт извне, а создается в самом сырье в результате молочнокислого брожения.[ ...]
Характер микробиологических изменений, происходящих в растительном сырье при квашении, солении и мочении, зависит от условий, в которых протекают эти процессы. Важно создать благоприятные условия для молочнокислых бактерий и неблагоприятные для вредных микроорганизмов. Многостороннее влияние на процесс квашения и соления овощей оказывает поваренная соль. Соль придает продукту определенные вкусовые качества, обладает некоторым консервирующим воздействием и, главное, вызывает плазмолиз растительных клеток в начальной стадии процесса. При этом извлекают содержащийся в клетках сок, богатый сахаром, что способствует молочнокислому брожению. Поваренную соль используют в небольших концентрациях (2-3 %). В таком количестве соль подавляет развитие многих видов микроорганизмов, а на деятельность молочнокислых бактерий почти не влияет.[ ...]
Одной из форм взаимоотношений в микробных ассоциациях является антагонизм, выражающийся в угнетающем или гибельном влиянии одного из участников сообщества на другого. И. И. Мечников, изучивший взаимоотношения между микрофлорой кишечника и палочкой молочнокислого брожения, одним из первых начал заниматься вопросами антагонизма. Различают несколько видов антагонизма, например прямой и косвенный, односторонний и двухсторонний, когда при изменившихся условиях среды угнетающий и угнетаемый организмы меняются местами.[ ...]
Вышеупомянутые способы консервирования продуктов можно применить и для сохранения ягод на зиму. Всякие заготовки ягод представляют собой использование разных приемов их консервирования: варенье- это комбинированный способ стерилизации и влияния крепкого раствора сахара; заквашивание ягод - использование молочнокислого брожения и тому подобное.[ ...]
При солении огурцов и помидоров в качестве специй часто используют майоран, базилик, кориандр, чабер, чабрец, гвоздику и другие пряности из расчета 1-2 г на 3-литровую банку. После заливки 6-7%-ным раствором банки прикрывают лакированными крышками и выдерживают при комнатной температуре 8-12 дней. По истечении этого срока молочнокислое брожение почти полностью завершается. Банки Доливают рассолом и закрывают крышками.[ ...]
Заводы, занимающиеся солением капусты, можно рассматривать как плодоовощные консервные заводы. Капусту сначала очищают, с нее удаляют верхние грязные листья и вырезают загрязненные места. Затем ее тонко нарезают, утрамбовывают в больших чапах, причем каждый пласт посыпают поваренной солью. Спустя короткое время начинается молочнокислое брожение и выделяется овощной сок, который время от времени спускается, особенно при упаковке соленой капусты в тару для перевозки, а также при опорожнении и мытье чанов.[ ...]
Накопление консервирующего вещества в продукте может быть достигнуто не только путем внесения его, но и благодаря химическим изменениям, происходящим в сырье под действием микроорганизмов. Под действием дрожжей имеющиеся в продукте сахара сбраживаются с образованием этилового спирта. Этот процесс широко используют в виноделии. Квашение капусты, яблок, соление огурцов основано на молочнокислом брожении сахаров. Образующиеся при спиртовом и молочнокислом брожении антисептики (спирт, молочная кислота) подавляют жизнедеятельность микроорганизмов. В результате брожения получаются новые продукты, резко отличающиеся от исходного сырья по свойствам и вкусу.[ ...]
Бактерии живут повсеместно - в почве, воде, воздухе, в организмах растений, животных и человека. Многие бактерии по способу питания являются гетеротрофными организмами, т. е. используют готовые органические вещества. Часть из них, являясь сапрофитами, разрушает остатки мертвых растений и животных, участвует в разложении навоза, способствуют минерализации почвы. Бактериальные процессы спиртового, молочнокислого брожения используются человеком. Есть виды, которые могут жить в организме человека, не принося вреда. Так, например, в кишечнике человека обитает кишечная палочка. Отдельные виды бактерий, поселяясь на продуктах питания, вызывают их порчу. К сапро-фитам относятся бактерии гниения и брожения.[ ...]
Вода необходима для жизни микробов и прежде всего для процессов питания, поскольку все питательные вещества могут поступать в клетку только в растворенном состоянии. Точно также все отработанные продукты выводятся из бактериальной клетки в виде различных растворенных в воде веществ. Кроме того, и рост молодых бактериальных клеток также требует достаточной влаги. Поэтому жизнедеятельность микробов невозможна в сухой среде. Однако, если жизнь бактерий при высушивании замирает, то это еще не значит, что она полностью прекращается. Есть микробы, которые в отсутствии влаги начинают отмирать, однако многие из них способны довольно длительное время переносить высушивание. Так, например, в высохшей мокроте туберкулезных больных Bact. tuberculosis сохраняются в течение 10 мес., а один из возбудителей молочнокислого брожения Bad. lactis acidi свободно переносит высушивание даже в течение 9-10 лет.
Молочнокислое брожение - превращение сахара молочнокислыми бактериями в молочную кислоту. Наряду с этим основным продуктом брожения в большем или меньшем количестве образуются побочные продукты.
По характеру брожения различают две группы молочнокислых бактерий: гомоферментативные и гетероферментативные.
Гомоферментативные бактерии образуют в основном молочную кислоту и очень мало побочных продуктов. Этот тип можно представить следующим уравнением:
Гетероферментативные бактерии - менее активные кислотообразователи. Наряду с молочной кислотой они образуют значительное количество других веществ - этиловый спирт, углекислый газ, некоторые еще уксусную кислоту, есть и такие, которые, кроме того, продуцируют четырехуглеродные соединения - ацетоин и диацетил, обладающий своеобразным приятным запахом.
· Химизм молочнокислого брожения. Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментативных молочнокислых бактерий протекает по гликолитическому пути. Далее, ввиду отсутствия у этих бактерий фермента пируватдекарбоксилазы, пировиноградная кислота не подвергается расщеплению.
Пировиноградная кислота при участии фермента лактикодегидрогеназы восстанавливается в молочную, а окисляется в НАД:
Превращение глюкозы гетероферментативными бактериями происходит по-иному, что обуславливается своеобразием комплекса ферментов у этих бактерий. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы. После фосфорилирования гексоза окисляется и декарбоксилируется, превращаясь в пентозофосфат. Последний расщепляется на фосфоглицериновый альдегид и ацетилфосфат. Фосфоглицериновый альдегид превращается в пировиноградную кислоту, которая затем восстанавливается в молочную. Ацетилфосфат дефосфорилируется и превращается в уксусную кислоту или восстанавливается в этиловый спирт. Таким образом, конечным акцептором водорода в этом типе брожения служат пировиноградная кислота и уксусный альдегид.
· Возбудители молочнокислого брожения. Молочнокислые бактерии имеют круглую, слегка овальную или палочковидную форму. Диаметр коков варьируется у отдельных видов от 0,5 до 1,5 мкм. Кокки располагаются попарно или цепочками (стрептококки) различной длины. Размеры палочковидных бактерий колеблются от 1 до 8 мкм. Клетки одиночные или отделенные в цепочки.
Все молочно кислотные бактерии неподвижны, не образуют спор, грамположительны, не имеют фермента каталазы, являются факультативными анаэробными, есть микроаэрофилы. Палочковидные бактерии в большей степени, чем стрептококки, предпочитают анаэробные условия. Молочнокислые бактерии сбраживают моно- и дисахариды, однако используют не любой дисахарид. Некоторые из них не сбраживают сахарозу, другие - мальтозу, существуют не использующие лактозу. Крахмал и другие полисахариды молочнокислые бактерии не сбраживают. Некоторые, преимущественно гетероферментативные, бактерии используют пентозы и лимонную кислоту.
Различные виды молочнокислых бактерий образуют неодинаковое количество кислоты, что обусловлено различной их кислотоустойчивостью. Преобладающие большинством гомоферментативных палочковидных бактерий продуцирует кислоты больше (до 2-3,5%), чем стрептококки (около 1%). Поэтому палочковидные молочные бактерии могут развиваться при pH4,0-3,8; кокковые формы при такой кислотности среды не развиваются. Наилучшая бродильная активность палочковидных бактерий проявляется при pH5,5-6,0.
Большинство молочнокислых бактерий, особенно гомоферментативные палочковидные, очень требовательны к составу питательной среды и хорошо развиваются только при наличии различных аминокислот или еще более сложных органических соединений азота. Только редкие могут усваивать соли аммония. Большинство нуждается и в витаминах (в частичности пантотеновой и фолиевой кислотах). Поэтому выращивают молочнокислые бактерии на сложных питательных средах.
Благодаря высокой чувствительности к отдельным аминокислотам и витаминам молочнокислые бактерии используют в качестве "живых реактивов" при определении содержания этих веществ в различных субстратах.
Молочнокислые бактерии обладают протеолитической активностью. У разных видов эта способность проявляется в неодинаковой степени; более активны палочковидные формы. Молочнокислые бактерии легко переносят высушивание, устойчивы к и этиловому спирту; многие виды существуют при содержании в среде до 10-15% и более спирта. Некоторые молочнокислые бактерии устойчивы к выдерживая концентрацию до 7-10%; более того, из мясных рассолов выделены солеустойчивые штаммы, размножающиеся при 20%-ной концентрации
По отношению к температуре молочнокислые бактерии можно подразделить на мезофильные - с оптимум роста 25-35°С и термофильные - около 40-45°С. Отдельные молочнокислые бактерии холодоустойчивы и могут развиваться при относительно низких положительных температурах(5°С и ниже). При нагревании до 60-80°С они гибнут в течение 30-10 мин, но имеются и термоустойчивые формы, сохраняющиеся при нагревании до 85°С в течение нескольких минут.
Молочнокислые мезофильные бактерии довольно хорошо переносят замораживание, при этом стрептококки более устойчивы, чем палочковидные формы.
Некоторые молочнокислые бактерии образуют слизь, при их развитии жидкие субстраты становятся тягучими.
Установлено, что проявляемые молочнокислыми бактериями антагонистические по отношению ко многим сапрофитным и болезнетворным бактериям (возбудителем кишечных заболеваний, стафилококкам) свойства обусловлены не только продуцированием кислот, но и выделяемыми ими специфическими антибиотическими веществами.
В природных условиях молочнокислые бактерии встречаются на различных растениях, на разлагающихся растительных остатках, на многих пищевых продуктах (плодах, овощах, в молоке, квашеной капусте и др.). В больших количествах обнаруживаются они в желудочно-кишечном тракте животных и человека. Кишечные кокковые формы называют энтерококками, или фекальными стрептококками.
Кокковые формы молочнокислых бактерий относятся к семейству Streptococcaceae, родом Streptococcus и Pediococcus (гетероферментативные) и Leuconostos (гетероферментативные), а палочковидные формы - к семейству Lactobacillaceae, роду Lactobacillus.
Наиболее важными в техническом отношении представителями гомоферментативных молочнокислых бактерий являются следующие:
Молочнокислый стрептококк - кокки, соединенные попарно или короткими цепочками. Это мезофиллы, при температуре 25-30°С молоко свертывается через 10-12ч. В среде накапливаются до 1% кислоты. Минимальная температура развития 10°С, максимальная - от 40 до 45°С. Некоторые расы образуют антибиотик низин.
Близкий по свойствам к S.lactis его подвиг S.lactis, diacetilactis способен, кроме сахаров, сбраживать соли лимонной кислоты с образованием ацетона и диацетила, что обусловливает ароматичность продуктов, в которых развивается этот стрептококк.
Сливочный стрептококк - сферические клетки, образующие длинные цепочки. Этот мезофильный стрептококк не активный кислотообразователь. Лучше растет при 25°С; минимальная температура развития 10°С, максимальная - 36-39°С. Некоторые штаммы вырабатывают антибиотик диплококцин.
Термофильный стрептококк - длинные цепочки кокков, хорошо развивается при 40-45°С; минимальная температура роста 15°С.
Эти виды молочнокислых стрептококков широко используются при приготовлении разнообразных кисломолочных продуктов.
Болгарская палочка - крупные палочки (иногда зернистые), часто образующие длинные цепочки. Не сбраживают сахарозу. Термофильная бактерия, оптимальная температура развития 40-45°С, минимальная - 20°С. Это активный кислотообразователь, накапливающий в молоке 2,5-3,5% молочной кислоты. Используется при изготовлении Южной простокваши, кумыса.
Ацидофильная палочка - термофильная бактерия температурный оптимум роста 37-40°С, минимум - около 20°С. При сквашивании в молоке накапливается до 2,2% кислоты. Некоторые способны к слизеобразованию. Используется в производстве ацидофильных кисломолочных продуктов.
Ацидофильные палочки вырабатывают антибиотические вещества, активные в отношении возбудителей кишечных заболеваний. Из чистых культур ацидофильных бактерий изготовляют биопрепараты, применяемые в медицинской практике, а также в животноводстве для профилактики и лечения желудочно-кишечных заболеваний животных.
Дельбрюковская палочка - зерновая термофильная палочка, встречается поодиночке и цепочками. Не сбраживает лактозу, поэтому в молоке не развивается. Образует в субстрате до 3,5% кислоты. Применяется в производстве молочной кислоты и в хлебопекарни.
Молочнокислая мезофильная палочка - небольшие палочки, часто сцепленные попарно или цепочкой. Температурный оптимум около 30°С. Накапливают до 1,3% кислоты. Это основной возбудитель брожения при квашении овощей и силосовании кормов.
Из гетероферментативных молочнокислых бактерий к технически важным следует отнести следующие.
Lactobacillus brevis - палочковидные бактерии, сбраживающие сахара при квашении капусты и огурцов с образование кислот (молочной и уксусной), этилового спирта и.
Leuconostoc cremoris - удлиненные кокки одиночные, парами или короткими цепочками. При сбраживании лимонной кислоты образует диацетил. Температурный оптимум 20-25°С. Этот лейконосток вводится в закваски для ароматизации продуктов.
Некоторые виды Leuconostoc являются активными слизеобразователями. В субстратах, содержащих сахарозу, образуется много "клейкого" полисахарида декстрана; при этом субстрат приобретает густую слизистую консистенцию.
Нетипичное (гетероферментативное) молочно кислое брожение осуществляют также бактерии рода Bifidobacterium, относящиеся к актиномицетам (ранее их относили к молочнокислым бактериям).они сбраживают глюкозу с образованием молочной и уксусной кислот. Это прямые или разветвленные палочки, не образующие спор, неподвижные, строгие анаэробы.
Бифидобактерии - обитатели кишечника человека и животных. Они способны продуцировать органические кислоты и антибиотические вещества и являются антагонистами гнилостной и болезнетворной кишечной микрофлоры человека.
· Практическое значение молочнокислого брожения. Молочнокислые бактерии широко применяются в различных отраслях промышленности, но особенно велика их роль в молочной промышленности.
Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов (растительной массы) для животных, в хлебопечении, особенно при изготовления ржаного хлеба. Положительные результаты дают исследования по использованию молочнокислых бактерий при изготовлении некоторых сортов колбас, солено-вареных мясных изделий, а также при созревании слабосоленой рыбы для ускорения процесса и придания продуктам новых ценных качеств(вкуса, аромата, консистенции и др.).
Промышленное значение имеет также применение молочнокислых бактерий для получения молочной кислоты, которую используют в безалкогольных напитков.
Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочнокислое брожение в продуктах (молоке, вине, пиве, безалкогольных напитках и др.) приводит к их порче (прокисанию, помутнению, ослизнению).
Молочнокислое брожение – это анаэробное превращение углеводов с образованием молочной кислоты. Существуют два вида молочнокислого брожения - гомоферментативное и гетероферментативное (рисунок Г.2). Вызываются эти виды брожения соответственно гомоферментативными и гетероферментативными молочнокислыми бактериями (МКБ).
Гомоферментативное молочнокислое брожение . Сначала расщепление глюкозы идет по ЭМП пути (гликолиз). Гомоферментативные МКБ синтезируют фермент лактатдегидрогеназу и используют ПВК в качестве акцептора водорода, восстанавливая ее до молочной кислоты:
ЭМП-путь ЛДГ
С 6 Н 12 О 6 → 2 СН 3 СОСООН + 2 НАДН 2 → 2 СН 3 СНОНСООН + НАД +
Таким образом, при гомоферментативном молочнокислом брожении основным продуктом превращения сахаров является молочная кислота: С 6 Н 12 О 6 → 2 СН 3 СНОНСООН
Гетероферментативное молочнокислое брожение . Гетероферментативные МКБ не имеют альдолазы и триозофосфатизомеразы – основных ферментов, необходимых для расщепления углеводов по ЭМП-пути. Поэтому эти микроорганизмы метаболизируют глюкозу по ГМФ-пути. Образовавшийся в ходе этого процесса рибулезо-6-фосфат расщепляется под действием синтезируемого бактериями фермента пентозофосфокетолазы на фосфоглицериновыфй альдегид и ацетилфосфат. Фосфоглицериновый альдегид претерпевает ряд ферментативных превращений, идентичных реакциям гликолиза, в результате чего образуется пируват. Восстановление пирувата в молочную кислоту происходит, как и при гомоферментативном молочнокислом брожении при участии лактатдегидрогеназы. Ацетилфосфат также восстанавливается оторванным от НАДН 2 водородом до ацетальдегида, который акцептирует еще один водород с НАДН 2 и превращается в этанол. Ацетилфосфаттакже может окисляться до уксусной кислоты. При этом энергия макроэргической связи ацетилфосфата используется на синтез одной молекулы АТФ.
Таким образом, при гетероферментативном молочнокислом брожении одновременно с образованием молочной кислоты происходит накопление этилового спирта, СО 2 , уксусной кислоты и других продуктов. Это зависит от вида микроорганизма, условий культивирования (рН, температура, степень аэрации) и других факторов. Например:
2 С 6 Н 12 О 6 →СН 3 СНОНСООН+СООНСН 2 СН 2 СООН+СН 3 СООН+СН 3 СН 2 ОН+Н 2
Молочнокислые бактерии – это бактерии, способные образовывать в качестве главного продукта брожения молочную кислоту. В группу МКБ объединены различные по систематическому положению микроорганизмы.
Молочнокислые кокки – это представители семейства Streptococcaceae родов Lactococcus (до 1986 г. род Streptococcus ), Pediococcus , Aerococcus , Leuconostoc . Представители первых трех родов относятся к гомоферментативным МКБ, последнего – к гетероферментативным МКБ. Это грамположительные неподвижные или слабо подвижные клетки сферической или слегка удлиненной формы, встречаются в парах или цепочках, делящихся в одной плоскости. Факультативные анаэробы, каталазу не образуют, цитохромная система у них отсутствует. Брожение для этих микроорганизмов является единственным источником энергии. Мезофилы (оптимальная температура их развития 30 0 С).
Молочнокислые палочки – это представители семейства. Lactobacillaceae, рода Lacto-bacillus , насчитывающего около 75 видов. Это полиморфные палочки (длинные, короткие, прямые или изогнутые, встречающиеся поодиночке или парами), большинство их неподвижные (немногие подвижные), грамположительные (с возрастом переходят в грамотрицательные), споры не образуют. Каталазу не образуют, факультативные анаэробы или микроаэрофилы. Оптимальная температура их развития 30-40 0 С, рН – 5,8-5,5 и ниже. Вызывают гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение. Это сапрофиты (за исключением отдельных видов, играющих определенную роль в кариесе зубов).
Из неспорообразующих микроорганизмов МКБ являются наиболее термоустойчивыми. Некоторые штаммы остаются жизнеспособными при нагревании при 85 0 С в течение 10 мин.
МКБ широко распространены в природе. Они встречаются на различных растениях, в почве (в верхних слоях), в ризосфере растений, в желудочном тракте теплокровных животных и человека, в силосе, муке, овощах, сыром молоке, молочных продуктах, различных квашенных продуктах. МКБ широко используют в промышленности. Для изготовления кисломолочных продуктов (кефир, простокваша, йогурт, ряженка), масла, сыра и других используются чистые культуры МКБ.
Кефирные грибки – это симбиотические образования. Кефирные грибки имеют неправильную форму, сильно складчатую или бугроватую поверхность. Это образования белого цвета размером от 1-2 до 3-6 мм, которые ведут себя биологически как живой организм (растут, делятся, передают свои свойства и структуру последующим поколениям). Строму (тело) грибка составляют тесные переплетения палочковидных нитей, которые удерживают остальные микроорганизмы – молочнокислые кокки, дрожжи, уксуснокислые бактерии. Консистенция грибков упругая, мягкохрящевая. Кефирные грибки используют для приготовления кефира (кисломолочного напитка), при внесении кефирных грибков в молоко в первую очередь развиваются молочнокислые кокки, затем молочнокислые палочки, дрожжи и только потом уксуснокислые бактерии.
МКБ являются антагонистами гнилостных микроорганизмов. И.И.Мечников, изучая болгарских долгожителей, употреблявших в пищу кисломолочные продукты на основе болгарской палочки, разработал теорию борьбы со старением организма. Развиваясь в кишечнике, гнилостные микроорганизмы вызывают образование продуктов разложения белков (индол, скатол, фенол и другие), которые отравляют организм. МКБ образуют продукты, подавляющие развитие этой гнилостной микрофлоры. Лактобациллы синтезируют незаменимые для человека аминокислоты и витамины. Они используются в приготовлении лекарств (например, лактобациллина). На основе живых культур лактобактерий изготовлены многочисленные пробиотические препараты. Большинство из них предназначено для коррекции микрофлоры организма человека.
Пропионовокислое брожение – это биохимический процесс превращения микроорганизмами сахаров, молочной кислоты и ее солей в пропионовую кислоту. Кроме основного продукта (пропионовой кислоты) образуется уксусная кислота, диоксид углерода и вода:
3С 6 Н 12 О 6 → 4СН 3 СН 2 СООН + 2СН 3 СООН + СО 2 + 2Н 2 О + Эн.
Химизм этого процесса подобен молочнокислому брожению, но образующаяся в этом брожении молочная кислота является не конечным, а промежуточным продуктом, который превращается в пропионовую и уксусную кислоты:
3СН 3 СНОНСООН→ 2СН 3 СН 2 СООН + СН 3 СООН + СО 2 + 2Н 2 О + Эн.
Возбудители брожения – пропионовокислые бактерии (ПКБ) рода Propionibacterium . Это короткие неподвижные грамположительные палочки (могут быть слегка ветвящимися), спор не образуют. Оптимальная температура их развития 30-35 0 С. Это факультативные анаэробы, образуют каталазу. ПКБ бактерии близки к МКБ и часто совместно с ними развиваются. МКБ могут стимулировать и ингибировать действие пропионовокислых бактерий. ПКБ чувствительны к низину. Ценное свойство ПКБ – способность к биосинтезу витамина В 12 (цианкобаламина). Благодаря этому свойству, ПКБ выращивают в производственных условиях на молочной сыворотке.
ПКБ обитают в рубце жвачных животных (участвуют в образовании жирных кислот), встречаются в кишках, почве, молочных продуктах. ПКБ играют важную роль в созревании сыров. Образующиеся в результате этого брожения продукты придают сырам острый вкус, создают типичный рисунок равномерно расположенных в сырной массе пустых глазков. ПКБ используются при силосовании кормов.
