4) Общая характеристика пропионовокислого брожения. Общая морфофизиологическая характеристика микроорганизмов, используемых в промышленности.
Пропионовокислые, или пропионовые, бактерии были впервые выделены из сыров в 1878 г. Фитцем и сыроделие — самая древняя биотехнология, использующая эти бактерии. Свое название они получили в связи с образованием при брожении больших количеств пропионовой кислоты. Характеризуются образованием в значительном количестве корриноидов (витамин В12) и каталазы, даже при росте в анаэробных условиях.
Представлены бесспоровыми, неподвижными грамположительными палочками (0,5X0,7—2,0 мкм) и объединены в семейство Propionibacteriaceae. Пропионовокислые бактерии по современной классификации подразделены на четыре вида, вместо одиннадцати ранее описанных.
В последние годы в род Propionibacterium предложено включить кокки, участвующими в брожении, пропионовые бактерии содержат все ферменты цикла трикарбоновых кислот и имеющие с палочковидными бактериями много общих фенотипических свойств и высокую степень гомологии ДНК. Кокки выделяют из молока и сыров на ранних стадиях созревания. В отличие от типичных пропионовых бактерий, кокки растут на поверхности плотных сред.
В целом пропионовокислые бактерии обладают хорошими синтетическими способностями и могут расти на простой синтетической среде следующего состава: соединение углерода , сульфат аммония , К2НРО4 , С12 X 6Н2О, биотин, тиамин, пантотеновая кислота .
Бактерии получают энергию, осуществляя пропионовокислое брожение.
Ф1 - метилмалонил-КоA-карбоксилтрансфераза; Ф2 - малатдегидрогеназа; Ф3 - фумараза; Ф4 - фумаратредуктаза; Ф5 - КоA-трансфераза; Ф6 - метилмалонил-КоA-мутаза.
Пропионовокислое брожение
Из 1,5 М глюкозы в результате брожения образуется до 2,0 М пропионовой кислоты, 1,0 М уксусной кислоты, 1,6 М СО2, синтезируется до 6 М АТФ.
В брожении участвует 19 ферментов. В качестве кофакторов ферментов выступает тиаминдифосфат в составе пируватдегидрогеназы, биотин — в составе метилмалонил-КоА-транскарбоксилазы, пантотеновая кислота как составная часть КоА, витамин B12 — в своей коферментной форме как компонент метилмалонил-КоА-изомеразы. Три первых витамина бактерии самостоятельно не синтезируют, витамин В12 образуется в больших количествах, намного превышающих потребность для изомеразной реакции.
Наиболее активными кислотообразователями являются штаммы Р.freudenrelchii и пропионовокислые кокки, чаше всего встречающиеся в сырах сортов Советский и Швейцарский. Наиболее активными продуцентами витамина В12 являются P. shermanii, Р. freudenreichii и P. acnes. Эти же штаммы накапливают наибольшую биомассу. Первые два вида находят широкое применение в промышленности. Содержат бактерии также активные флавооксидазы.
Кроме субстратного фосфорилирования бактерии способны к окислительному фосфорилированию, сопряженному с переносом электронов с цитохрома на фумарат и образованием из него сукцината.
Несмотря на наличие и функционирование аппарата, обеспечивающего аэробный образ жизни, а также супероксиддисмутазы и каталазы, бактерии проявляют явную тенденцию к анаэробиозу. Причина этого явления до конца не выяснена. Предполагают, что анаэробиоз пропионовых бактерий вызывается высокой чувствительностью SH-содержащих ферментов к молекулярному кислороду, с одной стороны, и низкой эффективностью окислительного фосфорилирования — с другой. Однако в присутствии кислорода эти бактерии не погибают.