5. Молочнокислое брожение и его типы

Молочнокислое брожение – это превращение сахара молочнокислыми бактериями в молочную кислоту и некоторые побочные продукты.

По характеру брожения различают два типа брожения: гомоферментативное и гетероферментативное.

При гомоферментативном брожении молочнокислые бактерии образуют в основном (не менее 85-90 %) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов. Этот тип брожения можно представить следующим уравнением:

С₆Н₁₂О₆ = 2 СН₃СНОНСООН

Гетероферментативные бактерии – менее активные кислотообразователи. Наряду с молочной кислотой они образуют значительное количество других веществ – этиловый спирт, углекислый газ, уксусную кислоту; есть такие, которые, кроме того, продуцируют ацетоин – СН₃СНОНСОСН₃ и диацетил - СН₃СОСОСН₃, обладающий приятным ароматом. Характер конечных продуктов может меняться у одного и того же вида молочных бактерий в зависимости от условий развития (рН, температуры, степени аэробности и др.).

6. Химизм молочнокислого брожения

Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментативных молочнокислых бактерий протекает по гликолитическому пути. Ввиду отсутствия у этих бактерий фермента пируватдекарбоксилазы, пировиноградная кислота не подвергается расщеплению. Она является конечным акцептором водорода, под действием фермента лактатдегидрогеназы превращаясь в молочную кислоту. При этом НАД·Н₂ окисляется в НАД.

Гетероферментативные бактерии имеют своеобразный комплекс ферментов, и поэтому превращение глюкозы у них идет по-иному пути. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы после фосфорилирования гексоза окисляется (путем отщепления водорода) и декарбоксилируется (отщепляется СО₂) с образованием пентозофосфата, который расщепляется на фосфоглицериновый альдегид и ацетилфосфат. Фосфоглицериновый альдегид, как и у гомоферментативных молочнокислых бактерий, превращается в пировиноградную кислоту, которая затем восстанавливается в молочную. Ацетилфосфат дефосфорилируется и превращается в уксусную кислоту или восстанавливается (через уксусный альдегид) в этиловый спирт. Таким образом, в этом брожении конечными акцепторами водорода являются ПВК и уксусный альдегид, а конечными продуктами – молочная и уксусная кислоты, спирт, ацетоин и диацетил.

7. Возбудители молочнокислого брожения

Молочнокислые бактерии имеют круглую, слегка овальную или палочковидную форму. Диаметр кокков варьирует от 0,5 до 1,5 мкм. Кокки располагаются попарно или цепочками различной длины. Размеры палочковидных бактерий колеблются от 1 до 8 мкм. Клетки одиночные или объединенные в цепочки.

Все молочнокислые бактерии неподвижны, не образуют спор, грамположительны, не имеют фермента каталазы, являются факультативными анаэробами, 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 сбраживают сахарозу, другие – мальтозу, существуют бактерии, не использующие лактозу. Крахмал и другие полисахариды молочнокислые бактерии не сбраживают. Некоторые, преимущественно гетероферментативные, бактерии используют пентозы и лимонную кислоту.

Различные виды бактерий образуют неодинаковое количество кислоты. Гомоферментативные палочковидные бактерии продуцируют кислоты больше (до 2-3,5 %), чем стрептококки (около 1 %). Поэтому палочковидные молочнокислые бактерии могут развиваться при рН 4,0-3,8; кокковые формы -при такой рН не развиваются. Наибольшая бродильная активность палочковидных бактерий проявляется при рН 5,5 – 6,0.

Большинство молочнокислых, особенно гомоферментативных палочковидных бактерий, хорошо развиваются при наличии в среде аминокислот или еще более сложных органических азотсодержащих соединений. большинство нуждается в витаминах (В₁, В₂, В₆, РР, пантотеновой и фолиевой кислотах). Поэтому выращивают молочнокислые бактерии на сложных питательных средах.

Молочнокислые бактерии обладают протеолитической активностью, легко переносят высушивание, устойчивы к этиловому спирту (многие виды могут существовать при 10-15 %-ной и больше концентрации спирта в среде). Могут выдерживать концентрацию NaCl до 7-10 %. Из мясных рассолов выделены штаммы молочнокислых бактерий,размножающиеся при 20 %-ной концентрации соли.

По отношению к температуре молочнокислые бактерии подразделяют на мезофильные – с оптимумом роста при 25-35 ^оС и термофильные – с оптимумом около 40-45 ^оС. Отдельные молочнокислые бактерии холодоустойчивы и могут развиваться при низких положительных температурах (5 ^оС и ниже). При нагревании до 60-80 ^оС они гибнут в течение 30-10 минут, но имеются и термоустойчивые формы, сохраняющиеся при нагревании до 85 ^оС в течение нескольких минут.

Молочнокислые мезофильные бактерии хорошо переносят замораживание, при этом стрептококки более устойчивы, чем палочки.

Некоторые молочнокислые бактерии образуют слизь и при их развитии жидкие субстраты становятся тягучими.

Антагонистические по отношению сапрофитных и болезнетворных бактерий свойства молочнокислых бактерий обусловлены не только образованием кислот, но и выделяемыми антибиотическими веществами.

В природных условиях молочнокислые бактерии встречаются на различных растениях, разлагающихся растительных остатках, многих пищевых продуктах (плодах, овощах, в молоке, квашеной капусте и др.) В больших количествах они обнаруживаются в желудочно-кишечном тракте человека и животных. Кишечные кокковые формы называют энтерококками или фекальными стрептококками.

Кокковые формы молочнокислых бактерий относятся к семейству Streptococcaceae, родам Streptococcus и Pediococcus (гомоферментативные) и Leuconostoc (гетероферментативные), а палочковидные формы – к семейству Lactobacillaceae, роду Lactobacillus.

Наиболее важными в техническом отношении представителями гомоферментативных молочнокислых бактерий являются следующие.

Молочнокислый стрептококк (Streptococcus lactis) – кокки, соединенные попарно или цепочками. Мезофилы, при температуре 25-30 ^оС молоко свертывается через 10-12 ч. В среде накапливается до 1 % кислоты. Минимальная температура развития 10 ^оС, максимальная – от 40 до 45 ^оС. Некоторые расы образуют антибиотик низин.

Близкий по свойствам S.lactis subsp. diacetilactis способен, кроме сахаров, сбраживать соли лимонной кислоты с образованием ацетоина и диацетила, что обуславливает ароматичность продуктов, в которых развивается этот стрептококк.

Сливочный стрептококк (S.cremoris) – cферические клетки, образующие длинные цепочки. Мезофильный, неактивный кислотообразователь. Хорошо растет при 25 ^оС; минимальная температура развития 10 ^оС, максимальная – 36-39 ^оС. Некоторые штаммы вырабатывают антибиотик диплококцин.

Термофильный стрептококк (S.thermophillus) – длинные цепочки кокков, хорошо развивается при 40-45 ^оС; минимальная температура роста 15 ^оС.

Эти виды стрептококков широко используются для приготовления разнообразных молочнокислых продуктов.

Болгарская палочка (Lactobacillus bulgaricus) – крупные палочки (иногда зернистые), часто образующие длинные цепочки. Не сбраживают сахарозу. Термофильные бактерии, оптимальная температура развития 40-45 ^оС, минимальная - 20 ^оС. Это активный кислотообразователь, накапливающий в молоке 2,5-3,5 % молочной кислоты. Используется для приготовления южной простокваши (мацони), кумыса.

Ацидофильная палочка (L.acidophilus) – термофильная бактерия. Температурный оптимум 37-40 ^оС, минимум – около 20 ^оС. При сквашивании в молоке накапливается до 2,2 % молочной кислоты. Некоторые способны к слизеобразованию. Используется в производстве ацидофильных кисломолочных продуктов.

Ацидофильные палочки способны приживаться в кишечнике человека, вырабатывают антибиотические вещества, активные в отношении возбудителей кишечных заболеваний и туберкулеза. Из чистых культур ацидофильных бактерий изготовляют биопрепараты, применяемые в медицинской практике, а также в животноводстве для профилактики и лечения желудочно-кишечных заболеваний сельскохозяйственных животных.

Дельбрюковская палочка (L.delbrueckii) – 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 хлебопечении.

Молочнокислая мезофильная палочка (L.plantarum) – небольшие палочки, часто сцепленные попарно или цепочкой. Температурный оптимум около 30 ^оС. Накапливает до 1,3 % кислоты. Это основной возбудитель брожения при квашении овощей и силосовании кормов.

Гетероферментативные палочки, важные в техническом отношении.

Lactobacillus brevis – палочковидные бактерии, сбраживающие сахара при квашении капусты и огурцов с образованием кислот (молочной и уксусной), этилового спирта и СО₂.

Leuconostoc cremoris - удлиненные кокки одиночные, парные или короткоцепочечные. При сбраживании лимонной кислоты образуют диацетил. Температурный оптимум – 20-25 ^оС. Этот лейконосток вводится в закваски для аромата продуктов.

Некоторые виды Leuconostoc являются активными слизеобразователями. В субстратах, содержащих сахарозу, образуют много «клейкого» полисахарида декстрана; Субстрат приобретает густую слизистую консистенцию.

Нетипичное (гетероферментативное) молочнокислое брожение осуществляют также бактерии рода Bifidabacterium, относящиеся к актиномицетам. 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. В настоящее время известно около 29 видов бифидобактерий, десять из которых обнаружены у человека. В кишечнике человека наиболее часто встречаются: Bifidobacterium infantis, B.breve, B.bifidum, B.longum, B.adolescentis, B.species.