2. Загальна характеристика молочнокислого бродіння

Молочнокислим бродінням називається анаеробний процес розкладу цукру

під впливом молочнокислих бактерій з переважним утворенням молочної

кислоти. Це бродіння відоме людині ще з сивої давнини. Проте біологічна

суть цього процесу була встановлена лише в 1857 р. Л.Пастером, коли він

відкрив у кислому молоці мікроорганізми — молочнокислі бактерії.

Під час вивчення цього виду бродіння Л. Пастером вперше було з'ясовано

роль мікробів як його збудників.

Молочнокислі бактерії дуже поширені в природі. їх можна знайти скрізь

— у повітрі й ґрунті, у молоці і на поверхні овочів та фруктів. Чимало їх є

й на поверхні тіла, у кишках людини і тварин. Залежно від продуктів, які

нагромаджуються під час бродіння, всі молочнокислі бактерії поділяють на

дві групи — гомоферментативні, що утворюють при зброджуванні цукрів як

основний продукт молочну кислоту і незначну кількість інших продуктів

(С6НІ2О6 > 2СН3СНОНСООН), і гетероферментативні, які в процесі зброджування

цукрів, крім молочної кислоти, утворюють значну кількість інших речовин:

кислоти, спирт, вуглекислий газ тощо:

2С6НІ2О6 > СН3СНОНСООН + СООН=СН2СН2СООН + СН3СООН + СН3СН2ОН + СО2 + Н2

Крім цього, деякі гетероферментативні бактерії можуть продукувати

чотиривуглецеві сполуки — ацетоїн і діацетил (СН3СОСОСН3). Останній має

приємний запах, а тому продуктам, в яких розвиваються ці бактерії,

притаманний характерний аромат.

Загальною рисою всіх молочнокислих бактерій є їхня висока цукролітична

здатність і відсутність у більшості з них анаболітичних шляхів. Вони

грампозитивні, неспороносні (за винятком Lacto-bacillus inulinus),

переважно нерухливі анаероби або мікроаерофіли. Характерною рисою

молочнокислих бактерій є також потреба їх у ростових речовинах. Вони не

можуть рости на суто мінеральнихсередовищах з глюкозою і NH4+. Більшість їх

потребують вітамінів, пантотенової та фолієвої кислот, а тому вирощують ці

бактерії на складних поживних середовищах. Молочнокислі бактерії добре

витримують висушування, стійкі до СО2 і етилового спирту. За реагуванням на

температуру їх можна поділити на мезофільні — з оптимумом росту 25 — 35 °С

і термофільні — з оптимумом росту 40 — 45 °С.

[pic]

Рис. 1. Молочний стрептокок (Streptococcus lactis)

3. Поняття про гомо- та гетеро ферментне молочнокисле бродіння

Гомоферментативне молочнокисле бродіння зумовлюють представники родів

Streptococcus, Pedicoccus і Lactobacillus. Найважливішим із них для

промисловості є молочнокислий стрептокок (Streptococcus lactis, рис. 1) —

кулясті бактерії, з'єднані в довгі ланцюжки. Найкраще розвиваються при

температурі 30—35 °С, спричиняють природне скисання молока.

Використовуються для виготовлення простокваші, сиру та інших кисломолочних

продуктів. Деякі раси Streptococcus lactis утворюють антибіотик нізин.

Другим поширеним представником роду Streptococcus є Streptococcus

cremoris — кулясті бактерії, з'єднані у довгі ланцюжки. Цей мезофільний

стрептокок добре розвивається при 25 °С і утворює підвищену кількість

легких кислот. Деякі штами його можуть виробляти антибіотик диплококцин.

Стрептокок термофільний (Streptococcus termophilus) добре розвивається

при температурі 40-45 °С. За зброджування цукру нагромаджує близько 1 %

кислоти. Використовується для виготовлення ряжанки, простокваші, сиру тощо.

Серед кулястих молочнокислих бактерій вирізняється Streptococcus

diacetalis, який утворює леткі і ароматичні речовини, що поліпшують смак і

аромат молочних продуктів. Важливим також є представник роду Pediococcus —

Pediococcus cerevisiae. Бактерії цього роду найчастіше містяться в силосі,

квашених овочах, сирі, кишках тварин та інших середовищах.

Паличкоподібні молочнокислі бактерії, як і коки, трапляються скрізь: у

грунті, на рослинах, у молочних продуктах, кишках людини і тварин тощо.

Серед них є термобактерії і стрептобактерії. Найбільш поширеними

гомоферментативними представниками роду Lactobacillus є сирна паличка

(Lactobacillus casei), болгарська паличка (Lactobacillus bulgaricus),

ацидофільна паличка (Lactobacillus acidophilus), дельбрюківська паличка

(Lactobacillus delbrueckii) і молочнокисла паличка (Lactobacillus

plantarum).

Сирна паличка нагромаджує до 1,5 % молочної кислоти, використовується

для виготовлення різних видів сирів. Термофільна болгарська паличка є

сильним кислотоутворювачем (2,5—3,5 %). Використовується для виготовлення

південної простокваші та кумису. Ацидофільна паличка належить до

термофілів. Вона виробляє антибіотичні речовини, здатні негативно впливати

на збудників кишкових захворювань. Застосовується у виробництві

ацидофільного молока та інших продуктів.

Дельбрюківська паличка не зброджує лактозу, а тому в молоці не

розвивається. її ще називають зерновою. Цю термофільну бактерію

застосовують у хлібопеченні та у виробництві молочної кислоти. Молочнокисла

паличка є основним збудником бродіння під час квашення овочів і силосування

кормів.

Гетероферментативне молочнокисле бродіння здійснюють бактерії родів

Leuconostoc, Lactobacillus, Bifidobacterium. Представники роду Leuconostoc

найчастіше трапляються на рослинах. Серед них L. mesenteroides, L.

dextranicum, L. citrovorum активно зброджують вуглеводи при квашенні

огірків, капусти і силосуванні, надають сквашеному продуктові приємного

смаку й аромату. Гетероферментативні лактобацили — L. fermentati, L. brevis

— слабо зброджуютьмолочний цукор. їх часто виявляють на рослинних і хлібних

заквасках. До роду Віfіdоbасtеrіum належать неспороносні, анаеробні або

мікроаерофільні палички, що живуть у кишках людини, тварин, комах тощо.

[pic]

Рис. 2. Двофазність процесу бродіння (за В.М.Шапошниковим, 1968):

1 - наростання біомаси; 2 - використання вуглеводів; 3 - утворення СО2

+ СН,СООН; 4 - утворення більш відновних продуктів

В.М.Шапошников (1968) встановив, що при зброджуванні вуглеводів типу

гексоз у всіх бактеріальних видах бродінь можна розрізнити дві фази (рис.

2). Під час першої фази відбувається інтенсивний синтез білка та інших

речовин тіла бактерій. У сумі ці речовини містять більше водню з розрахунку

на один атом вуглецю, ніж вуглеводи, а тому біосинтез речовин тіла з

вуглеводів завжди супроводжується утворенням у середовищі більш окислених

продуктів бродіння.

[pic]

Рис. 3. Гомоферментативне молочнокисле бродіння на суслі (за

В.М.Шапошниковим, 1968):

1 — використання цукру — тріоз; 2 — утворення молочної кислоти; 3 —

кількість бактерій

У другій фазі спостерігається сповільнення біосинтезу речовин тіла

бактерій, що компенсується появою в середовищі більш відновлених продуктів.

Динаміку гомоферментативного бродіння показано на рис. 3. Як бачимо,

утворення молочної кислоти відстає від темпу розвитку бактерій, що є

проявом двофазності бродіння.

4. Хімізм молочнокислого бродіння

Схема хімізму гомоферментативного бродіння наведена на рис. 4. З цієї

схеми випливає значна схожість гомоферментативного і спиртового бродінь.

Цукор розкладається за методом Ембдена — Мейєргофа — Парнаса до

піровиноградної кислоти. Проте, на відміну від спиртового бродіння, остання

не декарбоксилюється до оцтового альдегіду, а безпосередньо

використовується як акцептор водню і утворює молочну кислоту. Вихід АТФ в

обох випадках становить дві молекули АТФ на одну молекулу глюкози:

СН3СОСООН + НАД*Н2 > СН3СНОНСООН + НАД.

Реакція каталізується ферментом лактатдегідрогеназою.

[pic]

Рис. 4. Хімізм гомоферментативного молочнокислого бродіння

Гетероферментативне молочнокисле бродіння — більш складний процес, ніж

гомоферментативне. В найпростіших гетероферментативних бродіннях поряд з

молочною кислотою утворюється приблизно така сама кількість оцтової кислоти

та етилового спирту. При цьому бродінні бактерії спочатку інтенсивно

розмножуються і в середовищі нагромаджується переважно оцтова кислота,

потім розмноження бактерій уповільнюється і накопичується переважно молочна

кислота. Отже, найшвидше розмноження бактерій збігається у часі з

найшвидшим утворенням відносно окисленого продукту бродіння — оцтової

кислоти, а не молочної, що добре видно з рис. 5.

[pic]

Рис. 5. Гетероферментативне молочнокисле бродіння (за

В.М.Шапошниковим, 1968):

1 — швидкість утворення СН3СООН; 2 — швидкість утворення молочної

кислоти; 3 — розмноження бактерій

Хімізм гетероферментативного бродіння (рис. 6) досліджено менше, ніж

гомоферментативного. Вважають, що у разі гетероферментного бродіння, як і в

пентозофосфатному циклі, рибулозо-5-фосфат утворюється із 6-фосфоглюконової

кислоти. В результаті епімеризації рибулозо-5-фосфат перетворюється на

ксилулозо-5-фосфат. Останній розпадається на 3-фосфогліцериновий альдегід і

ацетилфосфат за участю фосфокетолази, коферментом якої є тіамін-пірофосфат.

Далі ацетилфосфат перетворюється на ацетил-КоА в реакції, яка каталізується

фосфотрансацетилазою. Внаслідок наступного відновлення ацетил-КоА

ацетальдегід- і алкогольдегідрогеназами утворюється етиловий спирт. 3-

Фосфогліцериновий альдегід, який утворився у фосфокетолазній реакції,

перетворюється на молочну кислоту, як і під час гомоферментативного

бродіння.

Молочнокисле бродіння широко застосовують для виготовлення молочних

продуктів (кефір, простокваша, ряжанка, мацун, айран, курунга, йогурт,

лебен, кумис тощо), у хлібопеченні, при квашенні овочів, силосуванні

кормів, виготовленні деяких сортів ковбас. Цей вид бродіння використовують

і при обробці хутрових шкур та у виробництві молочної кислоти для потреб

консервної, кондитерської промисловості, а також при виробництві

безалкогольних напоїв.

[pic]

Рис. 6. Схема хімізму гетероферментативного молочнокислого бродіння

Висновок

Процес квашення овочів поділяється на три періоди. Під час початкового

періоду відбувається дифузія цукрів у розсолі і починається молочнокисле

бродіння. Спочатку тут розвивається мішана мікрофлора. У середньому періоді

розвиваються тільки молочнокислі бактерії і нагромаджується молочна

кислота. Під час третього, кінцевого періоду, розвиток молочнокислих

бактерій поступово припиняється внаслідок зростання концентрації молочної

кислоти. Продукт цілком законсервовано. Квашені овочі треба зберігати без

доступу повітря, бо інакше на розсолі розвивається грибок Оіdіum 1асtis,

який призводить до зменшення концентрації молочної кислоти, внаслідок чого

починають розвиватися гнильні мікроорганізми, які спричинюють гниття і

псують квашені продукти.