Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология продуктов функционального питания. Учебное пособие.pdf
41
Многие виды лактобактерий (лактобацилл) являются нормальной микрофлорой желудочно-кишечного тракта, начиная от полости
рта и заканчивая толстой кишкой. Ранее считалось, что в желудке лактобактерии практически отсутствуют. Однако в 2005 году в желудке
здоровых людей были обнаружены штаммы лактобактерий, приспособившихся, подобно Helicobacter pylori к существованию в сильно ки-
слой среде желудка: L. gastricus, L. antri, L. kalixensis, L. ultunensis. В
тонкой кишке имеется небольшое количество лактобактерий, значительно больше лактобактерий в толстой кишке (10
6
–107 КОЕ/г фека-
лий), они представлены видами: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus
casei, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus
salivarius, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus rhamnosus и другими.
Морфологические признаки молочнокислых бактерий. По форме
клеток молочнокислые бактерии подразделяются на кокковые и палочковидные формы. Диаметр кокковых форм от 0,5-0,6 до 1,5 мкм;
они располагаются единично, парами или в виде цепочек различной
длины. Бактерии рода Leuconostoc имеют удлиненные и яйцевидные
клетки, диаметром от 0,6 до 0,8 мкм и длиной до 1,6 мкм, иногда они
имеют палочковидную форму длиной до 1-3 мкм, располагаются цепочками, не образуя кучкообразных скоплений клеток.
Палочковидные молочнокислые бактерии рода Lactobacillus
(лактобациллы) разнообразны по форме – от коротких коккообразных
до длинных нитевидных клеток различной длины (от 0,7-1,5 до 3,040,0 мкм), расположенных единично или цепочками. Так, например,
бактерии рода L. pl ant arum прямые с закругленными концами палочки
различной длины – от 0,7–1,1 до 3,0–8,0 мкм, расположенные единично или цепочками. Широко распространенный вид L. casie имеет ко-
роткие или сравнительно длинные, тонкие палочковидные клетки,
иногда слегка извитые, расположенные парами или цепочками, причем длина отдельных палочек и цепочек клеток определяется средой
выращивания. Представители L.brevis на агаризованных средах образуют характерные «обрубленные», почти квадратные клетки. Бактерии
располагаются одиночно, парами или короткими цепочками.
L.acidophilus (ацидофильная палочка) образует длинные и короткие
палочки размером 3–40 мкм и толщиной 1,0–1,5 мкм. У некоторых
штаммов так же, как и у болгарской палочки, в клетках наблюдается
«зернистость» (зерна полифосфатов)
Длина клеток у различных культур одних и тех же видов молочнокислых бактерий зависит в определенной степени от состава среды,
42
присутствия кислорода, способа инкубации. Так кокковые формы мо-
Наименование
микроорганизмов
Неспорообразующие, грамположительные, не-
или образующие псевдокаталазу кокки
Грамположительные, неспоробразующие, ко-
рицательные палочки
Грамположительные, неспорообразующие,
кокки
Грамположительные, неспорообразующие, рас-
6,5 % NaCl кокки
Грамположительные, неспорообразующие, рас-
псевдокаталазу кокки
Грамположительные, располагающиеся парами
дах с рН 9,6 и 6,5 % NaCl кокки
гут вытягиваться и напоминать палочковидные, а палочковидные бактерии – образовывать стрептококкоподобные цепочки.
Основные признаки молочнокислых бактерий представлены в
табл. 3.
Таблица 3 – Характеристика молочнокислых микроорганизмов
Характеристика
Молочнокислые
микроорганизмы
Бактерии рода
Lactobacillus
Бактерии рода
Leuconostoc
Стрептококки
группы N рода
Streptococcus
Бактерии рода
Pediococcus
Стрептококки
вида
S. thermophilus
подвижные, каталазоотрицательные палочки
роткие или длинные, неподвижные, каталазоот-
имеющие сферическую или овальную форму,
располагающиеся попарно или в цепочках, окруженные капсулой, которая по Граму не окрашивается, неподвижные каталазоотрицательные
полагающиеся в виде коротких и длинных цепочек, неподвижные, каталазоотрицательные, не
дающие роста в питательных средах с рН 9,6 и
полагающиеся парами и тетрадами, неподвижные, каталазоотрицательные или образующие
или в виде коротких или длинных цепочек, неподвижные, каталазоотрицательные, термофильные, не дающие роста в питательных сре-
43
Физиолого-биохимические свойства молочнокислых бактерий.
С6Н12О6 2СН3СН(ОН)СООН
молочная кислота
Хотя группа молочнокислых бактерий морфологически гетерогенна, в
физиологическом отношении ее можно охарактеризовать достаточно
хорошо. Все относящиеся к ней бактерии грамположительны, не образуют спор, в подавляющем большинстве неподвижны. Все они используют в качестве источника энергии углеводы и выделяют молочную кислоту. Молочнокислые бактерии способны только к брожению,
они не содержат гемопротеинов (таких, как цитохромы и каталаза).
Несмотря на это, они могут расти в присутствии кислорода воздуха,
будучи анаэробами, они аэротолерантны. Еще одним отличительным
признаком молочнокислых бактерий является их потребность в ростовых веществах. Ни один представитель этой группы не может расти на
среде с глюкозой и солями аммония.
Большинство нуждается в ряде витаминов (рибофлавине, тиамине, пантотеновой, никотиновой и фолиевой кислотах, биотине) и аминокислот, а также в пуринах и пиримидинах. Культивируют эти бактерии преимущественно на сложных средах, содержащих относительно
большие количества дрожжевого экстракта, томатного сока, молочной
сыворотки и даже крови. Таким образом, молочнокислые бактерии в
результате своей специализации (рост в молоке и других средах, богатых питательными и ростовыми веществами), утратили способность к
синтезу многих метаболитов.
Молочнокислые бактерии можно разделить на две физиологобиохимические подгруппы, различающиеся по продуктам, которые
образуются из глюкозы в результате брожения. По конечным продуктам брожения молочнокислые бактерии подразделяют на: гомоферментативные и гетероферментативные молочнокислые бактерии. И,
соответственно, они вызывают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение.
Гомоферментативные молочнокислые бактерии образуют из сахаров в основном молочную кислоту (не менее 85-90 %) и мало побочных продуктов.
Гетероферментативные молочнокислые бактерии, благодаря
разнообразию имеющихся у них ферментов, из сахаров помимо молочной кислоты (около 50 %) образуют и другие продукты брожения –
44
уксусную кислоту, этиловый спирт, углекислый газ, некоторые виды
С6Н12О6 СН3СН(ОН)СООН + СООН(СН2)2СООН +
также образуют янтарную кислоту и водород.
К гетероферментативным молочнокислым бактериям относятся
и ароматобразующие виды микроорганизмов, которые синтезируют
специфические вещества. Это летучие кислоты, диацетил, ацетоин,
диоксид углерода и др., придающие своеобразный вкус и аромат молочнокислым продуктам. Конечные продукты, образующиеся при гетероферментативном молочнокислом брожении, накапливаются в среде в различных соотношениях, что зависит от вида бактерий, питательной среды и внешних условий.
СН3СООН + СН3СН2ОН + СО2 + Н
2
Молочнокислые бактерии сбраживают глюкозу, галактозу, фруктозу, из дисахаридов – лактозу (молочный сахар), мальтозу, сахарозу.
Культуральные признаки. В связи с образованием больших ко-
личеств молочной кислоты питательная среда для молочнокислых
бактерий должна быть хорошо забуферена. Чаще всего с этой целью
добавляют карбонат кальция. На агаризованной среде с взвесью СаСО
(«меловом агаре») образование кислоты обнаруживается по про-
3
зрачным ореолам вокруг колоний. Благодаря образованию больших
количеств молочной кислоты, к которой сами они в значительной степени толерантны, молочнокислые бактерии при подходящих условиях
могут довольно быстро размножаться, вытесняя другие микроорганизмы. По этой причине их легко культивировать на элективных средах и легко выделять. «Естественные накопительные культуры» этих
бактерий содержатся в кислом молоке и молочных продуктах, кислом
тесте, кислой капусте, силосе и т.п. Некоторые виды сред для культивирования молочнокислых бактерий и характерный рост представлены
в табл. 4.
Распространение молочнокислых бактерий в природе определяется их сложными потребностями в питательных веществах и способом получения энергии (только брожение). Эти бактерии редко обнаруживаются в почве или водоемах.
45
Таблица 4 – Характеристика колоний молочнокислых микроорганиз-
Питательные
среды
Характеристика колоний или
характер роста на жидкой среде
Изменение цвета среды от фио-
возможно выделение газа
Среда Блик-
матного сока
Капустный
агар с мелом
Колонии окружены прозрачной
зоной
Молочнокислые
микроорганизмы
Среда Рогоза
зованные
Колонии бесцветные диаметром
звездообразной формы
Среда Рогоза
и МРС жидкие
Колонии выпуклые, округлые,
волокна слизи
Молочнокислые
S. lactis образует колонии белые,
кие, желтые, эллипсовидные
Молочнокислые
Pediococcus
Среда Бригс в
Шари
Молочнокислые
S. thermophilus
мов на агаризованных средах и характер роста на жидких средах
Микроорганизмы
Молочнокислые
микроорганизмы
бактерии рода
Lactobacillus или
молочнокислые
Молочнокислые
бактерии рода
Leuconostoc
бактерии рода
Streptococcus
группы N
Среда Бликфельдта жидкая
фельдта агаризованная,
среда из то-
и МРС агари-
Агар питательный с сахарозой
Среда Редди
летового до желтого, помутнение
среды или образование осадка,
Колонии мелкие гладкие или
шероховатые
от 1 до 3 мм линзовидной или
Помутнение среды
слизистые. При удалении колонии иглой или бактериологической петлей обнаруживаются
мелкие, круглые, вокруг колоний могут быть зоны просветления S. cremoris – колонии мел-
бактерии рода
стрептококки
вида
модификации
Среда Lee
Колонии мелкие, гладкие или
шероховатые
Колонии желтые, круглые или
эллипсовидные, вокруг которых
наблюдаются зоны просветления
46
В естественных условиях молочнокислые бактерии чаще всего
встречаются:
а) В молоке, местах его переработки и молочных продуктах
(Lactobacillus lactis, L. bulgaricus, L. helveticus, L. casei, L. fermentum, L.
brevis; Streptococcus lactis, S. diacetilactis).
б) На растениях и на разлагающихся растительных остат-
ках (Lactobacillus plantarum, L. delbriickii, L. fermentum, L. brevis;
Streptococcus lactis; Leuconostoc mesenteroides).
в) В кишечнике и на слизистых оболочках человека и живот-
ных (Lactobacillus acidophilus; Streptococcus faecalis, S. salivarius, S.
bovis, S. pyogenes, S. pneumoniae).
В связи с тем, что молочнокислые бактерии используются для
приготовления пищевых продуктов, БАД и медицинских препаратов,
они представляют собой группу большого экономического значения.
Молочнокислые бактерии могут играть и отрицательную роль, вызывая порчу пива, фруктовых соков, мяса и других продуктов. В эту
группу входят и патогенные для человека и животных бактерии, которые относятся к стрептококкам.
Молочнокислые бактерии используются для приготовления следующих продуктов:
Силос. 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, а также, муравьиную или какую-либо неорганическую кислоту,
чтобы заранее обеспечить преимущественный рост лактобацилл и лактококков. В таких условиях происходит контролируемое молочнокислое брожение.
Квашеная капуста, огурцы и др. Квашеная капуста и другие
овощи тоже представляет собой продукт, в приготовлении которого
участвуют молочнокислые бактерии. В мелко нарезанной, посыпанной
солью (2-3 %) и спрессованной белокочанной капусте при исключении
доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в
котором принимает участие сначала
зованием СО
), а позднее и Lactobacillus plantarum
2
Leuconostos mesenteroides (с обра-
Кисломолочные продукты, сметана, творог и сыр. Молочно-
кислые бактерии, образующие кислоту и придающие продуктам определенный вкус, находят широкое применение в молочной промышленности. Стерилизованное или пастеризованное молоко или сливки
47
сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые («стартовые»)
культуры молочнокислых бактерий.
Для приготовления кисломолочных продуктов в качестве заквасок тоже используются стартовые культуры молочнокислых бактерий,
образующих кислоту и некоторые вещества, придающие продукту характерный запах. В качестве закваски могут использоваться чистые
или смешанные культуры молочнокислых бактерий (мезофильные молочнокислые стрептококки, имеющие оптимум роста при температуре
25-35 °С, термофильные молочнокислые стрептококки, имеющие оптимум роста при температуре 40-45 °С, болгарская палочка, ацидофильная палочка, ароматообразующие бактерии, бифидобактерии и
др.), а также дрожжи, кефирный грибок, который представляет собой
симбиотическую закваску. При производстве творога и творожных
изделий помимо закваски используют сычужный фермент (ренин),
который обладает высокой свертывающей способностью.
Например, обыкновенная простокваша вырабатывается из цельного или обезжиренного молока, сквашенного чистыми культурами
молочнокислых стрептококков, Мечниковская простокваша – из молока или молочной смеси, сквашенной чистыми культурами молочнокислых стрептококков и болгарской палочки, ацидофильная – из молока, сквашенного чистыми культурами молочнокислых стрептококков и ацидофильной палочки, ряженка – из смеси молока и сливок,
подвергнутых выдержке в течение 3-4 ч при 95 °С и сквашенных чистыми культурами термофильного стрептококка с добавлением болгарской палочки.
Йогурты – это кисломолочные продукты с повышенным содержанием сухих обезжиренных веществ молока, которые получают
сквашиванием молока или молочной смеси чистыми культурами термофильных молочнокислых стрептококков и болгарской палочки. Вырабатывают также биойогурты, содержащие активные бифидобактерии. Различают йогурты в зависимости от содержания жира (молочные – 1 %, 1,4 %, 1,5 %, 2,5 %; сливочные – 4,7 %, 8 %, 10 %), режима
термической обработки («живые» йогурты – не подвергнутые жесткой
термической обработке и содержащие живые клетки микроорганизмов, и «неживые» – подвергнутые жесткой термической обработке,
при которой микрофлора закваски погибает), а также от вида используемых вкусовых и ароматических добавок (фруктовые, ягодные и др.).
Особенностью ацидофильных продуктов является использование в закваске ацидофильной палочки, которая обладает высокой ан-
48
тибиотической активностью. К ацидофильным продуктам относят
ацидофильное молоко, ацидофилин, ацидофильно-дрожжевое молоко
(с добавлением дрожжей). Эти продукты имеют специфический вкус,
тягучую консистенцию и обладают ярко выраженными лечебными
свойствами (используются для лечения туберкулеза, фурункулеза и
других заболеваний).
При производстве сметаны чистыми культурами молочнокислых
и ароматообразующих бактерий сквашиваются сливки. Сметана отличается от других кисломолочных продуктов повышенным содержанием жира – от 10 до 40 %, и соответственно высокой калорийностью. В
зависимости от массовой доли жира различают сметану 10 %-ной
жирности ("диетическую"), 15, 20, 25 %-ной жирности и 30 %-ной
жирности (высшего и I сортов).
Кисломолочное масло готовят из сливок, сквашенных с помощью Streptococcus lactis, S. cremoris и Leuconostoc cremoris.
Творог и творожные изделия отличаются высоким содержанием
белков (до 20 %), кальция и фосфора, которые находятся в благоприятном для усвоения соотношении. Получают творог путем сквашивания пастеризованного молока с последующим удалением из сгустка
сыворотки. Для сквашивания используют чистые культуры молочнокислых бактерий. При изготовлении творога может быть добавлен
хлористый кальций, сычужный фермент или пепсин. Вырабатывают
творог жирный (18 % жирности), полужирный (9 % жирности), нежирный, мягкий диетический (4 и 11 % жирности), мягкий диетический
плодово-ягодный (11 % жирности), крестьянский (5 % жирности) и др.
Творожные изделия вырабатывают из творога (различной жирности) с добавлением сливок, йогуртов, сливочного масла, различных
вкусовых и ароматических наполнителей (какао-порошка, цукатов,
изюма, свежих плодов, ягод и др.). К творожным изделиям относят
творожные массы, сырки (глазированные и неглазированные), торты и
кремы творожные, творожные пасты, полуфабрикаты и другие изделия.
Кефир – продукт смешанного брожения (молочнокислого и
спиртового), который получают путем сквашивания пастеризованного
молока закваской на основе кефирного грибка. Специфический острый, освежающий вкус кефира обусловлен сочетанием молочной кислоты, накапливающейся в результате молочнокислого брожения,
спирта и углекислоты, накапливающихся в результате спиртового
брожения. Кефир обладает диетическими и лечебными свойствами.
Новые виды био-кефиров («Бифидок», «Бифилин», «Биомакс», «Би-
49
филайф» и др.) содержат различные виды бифидобактерий и обладают
повышенными лечебно-профилактическими свойствами.
Кумыс производят из кобыльего молока, используя специальную кумысную закваску, в состав которой входят молочнокислые палочки типа болгарской и молочные дрожжи с высокой антибиотической активностью. Кумыс применяется для лечения туберкулеза и некоторых желудочно-кишечных заболеваний. В связи с повышенным
содержанием лактозы в кобыльем молоке дрожжи развиваются более
активно, и в кумысе накапливается до 2,5 % спирта. По времени созревания с момента заквашивания кумыс подразделяют на слабый (однодневный – 1 % спирта), средний (двухдневный – 1,75 % спирта) и
крепкий (трехдневный – до 2,5 % спирта).
Сырокопченые и некоторые другие виды колбас. Технология
производства многих современных мясопродуктов обязательно включает в себя молочнокислое брожение. В сырокопченых колбасах и в
рассолах для окороков, грудинки, корейки молочнокислые бактерии
подавляют рост гнилостных микроорганизмов и участвуют в формировании вкуса и аромата готового продукта. Антагонистическое воздействие стартовых культур на гнилостную микрофлору мясного
фарша является чрезвычайно важным фактором улучшения его санитарно-гигиенического состояния. Стартовые культуры при добавлении
в мясо активно размножаются, они преобладают над исходной микрофлорой и тормозят рост нежелательных микроорганизмов. Негативное
влияние на гнилостную микрофлору заключается также и в снижении
рН сырья за счет образования молочной кислоты и накопление в процессе жизнедеятельности ингибирующих веществ, антибиотиков, перекисей и т.п. Применение стартовых культур микроорганизмов в
процессе производства мясопродуктов способствует выпуску доброкачественной продукции, уменьшению сроков созревания и увеличению сроков хранения готовой продукции.
Хлебобулочные изделия, особенно ржаной и ржанопшеничный хлеб. Молочнокислые бактерии оказывают большое
влияние на вкус и аромат ржаного и ржано-пшеничного хлеба. Принято считать, что вкус и аромат хлеба во многом определяются соотношением молочной и летучих кислот. Молочная кислота придает ржаному хлебу приятный кисловатый вкус, а летучие кислоты – специфический аромат. Кроме летучих кислот, определенное влияние на аромат хлеба оказывают органические ди- и трикарбоновые кислоты. В
образовании многих из упомянутых выше веществ участвуют и мо-
50
лочнокислые бактерии. При этом гомо- и гетероферментативные виды
образуют в процессе брожения различные продукты. Гомоферментативные виды молочнокислых бактерий образуют до 10 % летучих кислот, в то время как у гетероферментативных количество летучих кислот в 2-3 раза больше (у отдельных штаммов количество кислот
варьирует от 13 до 34 %). Гомоферментативные культуры образуют
меньше органических ди- и трикарбоновых кислот, но несколько
больше летучих карбонильных соединений. Гомоферментативные виды, как правило, являются более сильными кислотообразователями.
Наиболее хороший хлеб по вкусу и аромату получается при совместном применении гомо- и гетероферментативных штаммов кислотообразующих бактерий в определенном соотношении.
Использование молочнокислых заквасочных культур применяется и для пшеничных сортов хлеба и хлебобулочных изделий позволяет улучшить реологию теста, способствует формированию характерного вкуса и аромата выпеченных хлебобулочных изделий за счет
образования ароматических веществ, препятствует плесневению и
способствует продлению свежести готовых хлебобулочных изделий.
Чистая молочная кислота. Молочную кислоту применяют в
кожевенной, текстильной, фармацевтической и пищевой промышленности. Молочную кислоту применяют для приготовления джемов.
Молочная кислота как регулятор рН, улучшитель вкуса применяется в
производстве многих сыров, квашении капусты, входит в состав сухого концентрата кваса. В хлебобулочном производстве молочная кислота и лактаты увеличивают объем мякиша и улучшают корку хлеба при
использовании муки низкого качества. Способность лактатов удерживать влагу применяют в производстве колбас, сыров, детского питания. Молочную кислоту также используют для ускорения получения
молочно-белкового сгустка при производстве творога. Находит при-
менение молочная кислота и для получения биодеградируемых материалов.
Молочная кислота с 1881 г. производится промышленным способом с помощью молочнокислых бактерий. В СССР производство
молочной кислоты было организовано в 1923 г. Для промышленного
изготовления молочной кислоты пригодны только гомоферментативные молочнокислые бактерии, образующие до 98 % молочной кислоты. Для промышленного получения молочной кислоты используют
следующие гомоферментативные молочнокислые бактерии: