5.6.3. Молочнокисле бродіння

Молочнокисле бродіння — це процес перетворення цукру в молочну кислоту в результаті життєдіяльності молочнокислих бактерій.

Молочнокисле бродіння люди використовували з давніх часів, однак при­рода його була з'ясована Луї Пастером лише у 1857 p., який довів, що молочно­кисле бродіння викликається мікроорганізмами, проте виділити збудників цього бродіння у вигляді чистих культур йому не вдалось. Чиста культура збудників молочнокислого бродіння була виділена лише в 1878 р. Нині відомо багато різ­них бактерій, які ферментують цукор із утворенням молочної кислоти. При цьому, деякі з них перетворюють цукор лише в молочну кислоту, інші, поряд з молочною кислотою, утворюють ще й побічні продукти (оцтову, янтарну кис­лоти, етиловий спирт, вуглекислий газ, водень та інші продукти).

Якщо в процесі молочнокислого бродіння із цукру утворюється лише мо­лочна кислота, його називають типовим (гомоферментативним) молочнокислим бродінням. Якщо ж при бродінні поряд із молочною кислотою утворюються інші продукти — процес називається нетиповим [гетероферментативним молоч­нокислим бродінням).

Процес типового молочнокислого бродіння можна виразити таким сума­рним рівнянням:

С₆ Н₁₂ О₆ -> 2СН₃СНОНСООН

а нетипового

Це лише узагальнені рівняння, а насправді процес відбувається за дуже складною схемою, через низку проміжних продуктів.

До моменту утворення піровиноградної кислоти процес проходить за такою ж схемою, як і спиртове бродіння. Далі, у зв'язку з відсутністю у молочнокислих бактерій ферменту карбоксилази (піроватдекарбоксилази), реакція декарбок-силювання піровиноградної кислоти не відбувається. Натомість, завдяки фер­менту лактиколегілгюгенази, що притаманний молочнокислим бактеріям, піровиноградна кислота вступає в окисно-відновну реакцію з фосфогліцерино-вим альдегідом. При цьому, в результаті відновлення піровиноградної кислоти, утворюється молочна кислота, а в результаті окиснення фосфогліцеринового альдегіду — фосфогліцеринова:

Процес гетероферментативного молочнокислого бродіння відбувається за значно складнішою схемою.

Збудники молочнокислого бродіння. Група молочнокислих бактерій має значну різ­норідність як за морфологічними, так і за біохімічними властивостями. Розрізняють типові молочнокислі бактерії (викликають процес типового молочнокислого бро­діння), і нетипові (викликають процес нетипового молочнокислого бродіння).

Для всіх молочнокислих бактерій спільними є такі ознаки: всі молочнокислі бактерії (як кулясті, так і паличкоподібні) нерухомі, спор не утворюють. Грам-позитивні. Факультативні анаероби, утворюють молочну кислоту. Молочнокислі бактерії можуть перетворювати в молочну кислоту моно- і дисахариди. Крох­маль та інші полісахариди — не ферментують. Окрім здатності викликати мо­лочнокисле бродіння, деякі молочнокислі бактерії можуть розкладати білкові речовини до амінокислот. При цьому різні види молочнокислих бактерій мають різну протеолітичну активність. Протеолітичні ферменти, які є в молочнокислих бактерій, головним чином належать до ендоферментів і діють на білки навко­лишнього середовища тільки після відмирання клітини та її автолізу.

Молочнокислі бактерії дуже поширені в природі. Вони зустрічаються на рос­линах, в повітрі і в грунті, входять до складу облігатної мікрофлори організму людини і тварин.

Найважливішими представниками типових молочнокислих бактерій є: Streptococcus lactis, Str. cremoris, Bad. bulgaricum, Bact. casei, Bact. acidophylum.

Streptococcus lactis (молочний стрептокок) — коки, діаметром близько 1 мкм, з'єднані в короткі ланцюжки або попарно. Вони завжди присутні в молоці і найчастіше викликають його скисання. Оптимальною температурою для їх­нього розвитку є температура 36° С. Вони є відносно слабкими кислотоутво-рювачами, накопичують не більше 1% молочної кислоти. Вища концентрація кислоти діє на них згубно. Тому кисле молоко, яке отримують у домашніх умо­вах самоскисанням без застосування спеціальних заквасок, ніколи не буває надто кислим. Молочнокислі стрептококи ферментують лактозу, мальтозу, глю­козу і галактозу.

Str. cremoris — діаметр клітини не більше 0,7 мк, утворюють довгі ланцюги. Ферментують лактозу, глюкозу і галактозу; мальтозу і сахарозу не перетворюють. Оптимальна температура розвитку 30° С.

Bact. bulgaricum (болгарська паличка) — довжина клітини сягає 5 мкм. В мазках часто розташовані ланцюжками. Ферментують глюкозу, фруктозу, галактозу, лактозу; сахарозу і мальтозу не ферментують. Оптимальна температура розвитку 40-45 °С. Обумовлює накопичення молочної кислоти до 3,5%.

Bact. casei (сирна паличка) — довжина клітини майже 6 мкм. Ферментує маль­тозу, лактозу, глюкозу і фруктозу. Оптимальна температура — 40° С.

Bact. acidophylum (ацидофільна паличка) — довжина сягає 5 мкм. Ферментує лактозу, мальтозу, сахарозу і глюкозу. Оптимальна температура для її розвитку — 40° С. Обумовлює накопичення молочної кислоти до 2,5%. Деякі види ацидо­фільної палички здатні до слизоутворення (утворюють слизисті капсули). Аци­дофільні бактерії поряд із молочною кислотою продукують антибіотичні речовини, які згубно діють на збудників кишкових захворювань, тому її вико­ристовують для лікування і профілактики шлунково-кишкових захворювань людини та свійських тварин.

Окрім названих існують також інші види молочнокислих паличок Bact. delbrueckii. Bact. Plantarum та ін. Останню використовують під час квашення овочів та силосування кормів. Температурний оптимум для них — близько 30° С.

Нетипових молочнокислих бактерій надзвичайно багато. Практичний інте­рес мають, так звані, ароматоутворюючі бактерії видів Str. paracitrovorus, Str. cit-rovorus, Str. diacetilactis. Ці бактерії утворюють значну кількість летких кислот, вуглекислого газу і ацетилметилкарбінолу, який під час окислення переходить у діацетил. Останній надає продуктам, зокрема маслу, особливого аромату. За­вдяки цьому, названі культури широко використовують у різних галузях молоч­ної промисловості, зокрема в маслоробній.

Ароматоутворюючі молочнокислі бактерії поряд із цукром перетворюють солі лимонної кислоти, яка завжди є в молоці. Ацетилметилкарбінол, а далі діа­цетил і ацетон утворюються саме із солей лимонної кислоти.

Молочнокисле бродіння застосовують також для консервування кормів шляхом силосування. Останнє дозволяє зберегти різні види кормів, незалежно від погоди і без втрат вітамінів. Шляхом силосування консервують траву, куку­рудзу, гичку картоплі, буряків та ін.

При силосуванні подрібнену зелену масу завантажують у траншеї, силосні башти або складають у наземні бурти. Є два способи силосування: гарячий і хо­лодний. При гарячому способі силосування рослинну масу не трамбують під час закладання, а тому в ній розвиваються енергійні мікробіологічні і ферментативні процеси, внаслідок чого температура корму може підніматись до 50° С. Цей спо­сіб силосування використовується в окремих випадках, коли силосують грубо-стеблові та малоцінні корми.

Холодний спосіб силосування застосовують частіше. Рослинну масу подріб­нюють і щільно трамбують, завдяки чому під час дозрівання силосу температура в ньому не піднімається вище 25-35° С.

До типових молочнокислих бактерій, які відіграють основну роль при сило­суванні, належать: Streptococcus lactis, S. thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lac­tobacillus brevis та Betabacterium breve.

Процес силосування характеризується трьома послідовними фазами: а) роз­виток мішаної мікрофлори; б) домінантний розвиток молочнокислих бактерій (головне бродіння); в) припинення розвитку молочнокислих бактерій внаслідок накопичення молочної кислоти і зниження pH до 4-4,2.

На основі молочнокислих бактерій розроблено цілий ряд пробіотиків , які успішно застосовують для профілактики і лікування шлунково-кишкових за­хворювань у людини і тварин.