Мелочно-кислое брожение
Молочно-кислое брожение — это превращение сахара молочно-кислыми бактериями в молочную кислоту. Наряду с этим основным продуктом брожения в большем или меньшем количестве образуются побочные продукты.
По характеру брожения различают две группы молочно-кислых бактерий: гомоферментативные и гетерофермен-
тативные.
Гомоферментативные (однотипно-бродящие) бактерии образуют в основном (не менее 85—90%) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов. Этот тип молочно-кислого брожения можно представить следующим общим уравнением:
С6Н12О6- 2СН3СНОНСООН.
Гетероферментативные (разнотипно-бродящие) бактерии — менее активные кислотообразователи. Наряду с молочной кислотой они образуют значительное количество других веществ — этиловый спирт, углекислый газ, некоторые еще уксусную кислоту; есть и такие, которые, кроме того, продуцируют четырехуглеродные соединения — аце-тоин (СН3СНОНСОСН3) и диацетил (СН3СОСОСН3), обладающий своеобразным приятным ароматом.
В зависимости от условий развития (рН, температуры, степени аэробности и др.) характер конечных продуктов брожения может меняться у одного и того же вида молочных бактерий.
Химизм молочно-кислого брожения. Процесс превращения глюкозы до пировиноградиои кислоты у гомофермен-тативных молочно-кислых бактерий протекает по гликоли-тическому пути. Далее, ввиду отсутствия у этих бактерий фермента пируватдекарбоксилазы, пировиноградная кислота не подвергается расщеплению: в этом брожении она является конечным акцептором водорода.
Пировиноградная кислота при участии фермента лактикодегидрогеназы восстанавливается в молочную, а НАД • Н2 окисляется в НАД:
СН2СОСООН + НАД • Н2 = СН3СНОНСООН + НАД.
Превращение глюкозы гетероферментативными бактериями происходит по-иному, что обусловливается своеобразием комплекса ферментов у этих бактерий. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы. После фосфорилирования гексоза окисляется (отщепляется водород) и декарбоксилируется (отщепляется СО2), превращаясь в пентозофосфат. Последний расщепляется на фосфоглицериновый альдегид и ацетилфосфат. Фосфоглицериновый альдегид, как и у гомоферментативных молочно-кислых 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, конечным акцептором водорода в этом типе брожения служат пировиноградная кислота и уксусный альдегид.
Возбудители молочко-кислого брожения. Молочнокислые бактерии имеют круглую, слегка овальную или па-лочковидную форму. Диаметр кокков варьируется у отдельных видов от 0,5 до 1,5 мкм. Кокки располагаются попарно или цепочками (стрептококки) различной длины. Размеры палочковидных бактерий колеблются от 1 до 8 мкм. Клетки одиночные или объединены в цепочки.
Все молочно-кислые бактерии неподвижны, не образуют спор, грамположительны, не имеют фермента каталазы, являются факультативными анаэробами, есть микроаэ-рофилы. Палочковидные бактерии в большей степени, чем стрептококки, предпочитают анаэробные условия. Молочнокислые бактерии сбраживают моно- и дисахариды, однако используют не любой дисахарид. Некоторые из них не сбраживают сахарозу, другие — мальтозу, существуют не использующие лактозу. Крахмал и другие полисахариды молочно-кислые бактерии не сбраживают. Некоторые, преимущественно гетероферментативные, бактерии используют пентозы и лимонную кислоту.
Различные виды молочно-кислых бактерий образуют неодинаковое количество кислоты, что обусловлено различной их кислотоустойчивостыо. Преобладающее большинство гомоферментативных палочковидных бактерий продуцирует кислоты больше (до 2-3,5%), чем стрептококки (около 1%). Поэтому палочковидные молочные бактерии могут развиваться при рН 4,0-3,8; кокковые формы при такой кислотности среды не развиваются. Наилучшая бродильная активность палочковидных бактерий проявляется при рН 5,5-6,0.
Большинство молочно-кислых бактерий, особенно го-моферментативные палочковидные, очень требовательны к составу питательной среды и хорошо развиваются только при наличии различных аминокислот или еще более сложных органических соединений азота. Только немногие могут усваивать соли аммония. Большинство нуждается и в витаминах (в частности, В1, В2, В6, РР, пантотеновой и фолиевой кислотах). Поэтому выращивают молочно-кислые бактерии на сложных питательных средах.
Благодаря высокой чувствительности к отдельным аминокислотам и витаминам молочно-кислые бактерии используют в качестве "живых реактивов" при определении содержания этих веществ в различных субстратах.
Молочно-кислые бактерии обладают, протеолитической активностью. У разных видов эта способность проявляется в неодинаковой степени; более активны палочковидные формы. Молочно-кислые бактерии легко переносят высушивание, устойчивы к СО2 и этиловому спирту; многие виды существуют при содержании в среде до 10-15% и более спирта. Некоторые молочно-кислые бактерии устойчивы к ЫаС1. выдерживания концентрацию до 7-10%; более того, из мясных рассолов выделены (Л. А. Мельниченко) солеус-тойчивые штаммы, размножающиеся при 20%-ной концентрации NаС1.
По отношению к температуре молочно-кислые бактерии можно подразделить на мезофглльные — с оптимумом роста 25-35°С и термофильные — около 40-45°С. Отдельные молочно-кислые бактерии холодоустойчивы и могут развиваться при относительно низких положительных температурах (5°С и ниже). При нагревании до 60-80°С они гибнут в течение 30-10 мин, но имеются и термоустойчивые формы, сохраняющиеся при нагревании до 85°С в течение нескольких минут.
Молочно-кислые мезофильные бактерии довольно хорошо переносят замораживание, при этом стрептококки более устойчивы, чем палочковидные формы.
Некоторые молочно-кислые бактерии образуют слизь, при их развитии жидкие субстраты становятся тягучими.
Установлено, что проявляемые молочно-кислыми бактериями антагонистические по отношению ко многим сапрофитным и болезнетворным бактериям (возбудителям кишечных заболеваний, стафилококкам) свойства обусловлены не только продуцированием кислот, но и выделяемыми ими специфическими антибиотическими веществами.
В природных условиях молочно-кислые бактерии встречаются на различных растениях, на разлагающихся растительных остатках, на многих пищевых продуктах (плодах, овощах, в молоке, квашеной капусте и др.). В больших количествах обнаруживаются они в желудочно-кишечном тракте животных и человека. Кишечные кокковые формы называют энтерококками или фекальными стрептококками.
Кокковые формы молочно-кислых бактерий относятся к семейству Streptoсоссасеае, родам Streptoсоссus и Pediococcus (гомоферментативные) и Leuconostos (гетероферментативные), а палочковидные формы — к семейству Lactobacillaceae, роду Lactobacillus
Наиболее важными в техническом отношении представителями гомоферментативных молочно-кислых бактерий
являются следующие:
Молочно-кислый стрептококк (Streptoсоссus lactis) — кокки, соединенные попарно или короткими цепочками (рис. 21, а). Это мезофилы, при температуре 25—30оС молоко свертывается через 10—12 ч. В среде накапливают до 1% кислоты. Минимальная температура развития 10оС, максимальная — от 40 до 45°С. Некоторые расы образуют антибиотик низин.
Рис. 21. Молочно-кислые бактерии:
а - Streptoсоссus lactis: б – Streptoсоссus thermophilus, в- Lactobacillus acidophilus
Близкий по свойствам к Streptoсоссus lactis его подвид Streptoсоссus lactis, subsp. diacetilactis способен, кроме сахаров, сбраживать соли лимонной кислоты с образованием ацетоина и диацетила, что обусловливает ароматичность продуктов, в которых развивается этот стрептококк.
Сливочный стрептококк (S. cremoris) — сферические клетки, образующие длинные цепочки. Этот мезофильный стрептококк — неактивный кислотообразователь. Лучше растет при 25оС: минимальная температура развития 10оС, максимальная — 36-39°С. Некоторые штаммы вырабатывают антибиотик диплококцин.
Термофильный стрептококк (Streptoсоссus thermophilus) — длинные цепочки кокков (см. рис. 21, б), хорошо развивается при 40-45°С; минимальная температура роста 15°С.
Эти виды молочно-кислых стрептококков широко используются при приготовлении разнообразных кисло-молочных продуктов.
Болгарская палочка (Lactobacillus bulgaricus ) — крупные палочки (иногда зернистые), часто образующие длинные цепочки. Не сбраживают сахарозу. Термофильная бактерия, оптимальная температура развития 40-45°С, минимальная — 20°С. Это активный кислотообразователь, накапливающий в молоке 2,5—3,5% молочной кислоты. Используется при изготовлении Южной простокваши, кумыса.
Ацидофильная палочка (Lactobacillus acidophilus) — термофильная бактерия (см. рис. 21, в). Температурный оптимум роста 37— 40оС, минимум — около 20"С. При сквашивании в молоке накапливается до 2,2% кислоты. Некоторые способны к сли-зеобразованию. Используется в производстве ацедофильных кисло-молочных продуктов.
Ацедофильные палочки вырабатывают антибиотические вещества, активные в отношении возбудителей кишечных заболеваний. 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 — зерновая термофильная палочка (L. delbrueckii), 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 в хлебопечении.
Молочно-кислая мезофильная палочка (L. plantarum) — небольшие палочки, часто сцепленные попарно или цепочкой. Температурный оптимум около 30"С. Накапливают до 1,3% кислоты. Это основной возбудитель брожения при квашении овощей и силосовании кормов.
Из гстсроферментативных молочно-кислых бактерий к технически важным следует отнести следующие.
Lactobacillus brevis — палочковидные бактерии, сбра-живающие сахара при квашении капусты и огурцов с образованием кислот (молочной и уксусной), этилового спирта и СО,
Leuconostoc cremoris — удлиненные кокки одиночные, парами или короткими цепочками. При сбраживании лимонной кислоты образуют диацетил. Температурный оптимум 20-25°С. Этот лейконосток; вводится в закваски для ароматизации продуктов.
Некоторые виды Leuconostoc являются активными слизеобразователями. В субстратах, содержащих сахарозу, образует много "клейкого" полисахарида декстрина; при этом субстрат приобретает густую слизистую консистенцию.
Нетипичное (гетероферментативое) молочно-кислое брожение осуществляют также бактерии рода Bifidobacterium, относящиеся к актиномицетам (ранее их относили к молочно-кислым бактериям). 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.
Практическое значение молочко-кислого брожения. Молочно-кислые бактерии широко применяются в различных отраслях промышленности, но особенно велика их роль в молочной промышленности (см. гл. 7).
Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосований кормов (растительной массы) для животных в хлебопечении, особенно при изготовлении ржаного хлеба. Положительные результаты дают исследования по использованию молочно-кислых бактерий при изготовлении некоторых сортов колбас, солено-вареных мясных изделий, а также при созревании слабосоленой рыбы для ускорения процесса и придания продуктам новых ценных качеств (вкуса, аромата, консистенции и др.).
Промышленное значение имеет также применение молочно-кислых бактерий для получения молочной кислоты, которую используют в консервной, кондитерской промышленности и в производстве безалкогольных напитков.
Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочнокислое брожение в продуктах (молоке, вине, пиве, безал-когольных напитках и др.) приводит к их порче (прокисанию, помутнению, ослизнению).
Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 3273;