Гомо- или гетероферментативная характеристика — Морфология, систематика, экология молочнокислых бактерий вина

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

Молочнокислое брожение лежит в основе силосования, квашения овощей, переработки молока в кисломолочные продукты и сыр. Кислый вкус черного хлеба определяется также молочной кислотой. Данные процессы вызывает группа молочнокислых бактерий, которая очень разнообразна и широко распространена в природе.

Молочнокислые бактерии обитают на поверхности растений, в молоке, на пищевых продуктах, в кишечнике человека и животных.

Молочнокислые бактерии в основном — анаэробы, но существуют виды, которые способны жить в аэробных условиях. Клетки молочнокислых бактерий по форме кокки или палочки, могут быть одиночными или соединены в цепочки.

Молочнокислые бактерии грамположительные, не способны образовывать споры, требовательны к источникам азота и витаминам (многие из них не развиваются на простых синтетических средах).

Классификация молочнокислых бактерий еще недостаточно разработана. Большинство исследователей кокковые формы объединяют в роды Streptococcus и Leuconostoc, а палочковидные — в род Lactobacillus.

Молочнокислые бактерии можно разделить:

на гомоферментативные(конечным продуктом брожения является молочная кислота)

глюкоза молочная кислота

на гетероферментативные(конечными продуктами брожения являются уксусная кислота, глицерин, этиловый спирт)

глюкоза молочная кислота уксусная кислота глицерин этиловый спирт

Молочнокислые бактерии сбраживают моно- и дисахариды. Часто те из них, которые обитают в молоке, сбраживают лактозу, но не действуют на сахарозу. В качестве источника азота эта группа бактерий используют пептоны, смесь аминокислот.

По отношению к температуре молочнокислые бактерии можно разделить:

на мезофильные — с оптимумом роста 25-35 0 С

на термофильные— с оптимумом роста около 40-45 0 С.

Отдельные молочнокислые бактерии холодоустойчивы и могут развиваться при относительно низких положительных температурах (5 0 С и ниже). При нагревании до 60-80 0 С они гибнут в течение 10-30 мин.

Молочнокислые бактерии обладают определенной протеолитической активностью, обусловливаемой действием протеиназ и пептидаз.

Протеолитическую активность проявляют как кокковые формы, так и термофильные палочки, стрептобактерии. В процессе протеолиза белков молока, особенно в начале культивирования определенных штаммов в молоке, происходит накопление аминокислот: главным образом аспарагиновой кислоты, глицина, серина, глутаминовой кислоты, треонина, тирозина, валина, фенилаланина, изолейцина, а также пептидов.

Молочнокислые палочковидные бактерии обладают большей протеолитической активностью, чем кокковые формы. Так, L.bulgaricus, L.casei могут переводить до 25-30% казеина в растворимую форму, тогда как Str. cremoris и Str.lactis — 15 — 17%.

Гидролиз белков молока молочнокислыми бактериями осуществляется с помощью внеклеточных протеиназ. Существует прямая зависимость между степенью созревания сыра, его вкусом, ароматом и содержанием в нем свободных аминокислот, накапливаемых протеолитически активными молочнокислыми бактериями.

Для молочнокислых бактерий лучшая питательная среда — молоко. В нем есть все необходимые вещества для развития этих микроорганизмов. В такой среде могут развиваться и другие микроорганизмы: дрожжи, плесени, гнилостные, маслянокислые бактерии. Но молочная кислота быстро подавляет их рост.

Если простокваша долго сохраняется на воздухе, то на ее поверхности образуется белая бархатистая морщинистая пленка. Такая же пленка бывает на поверхности рассола при квашении огурцов, капусты и других овощей. Это и есть молочная плесень — Geotrichum candidum. Она всегда сопутствует молочнокислому брожению и является его нежелательным спутником. Окисляя молочную кислоту, образуемую молочнокислыми бактериями, до углекислого газа и воды, молочная плесень снижает кислотность. В результате в среде начинают развиваться гнилостные бактерии.

77.243.189.108 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Классификация молочнокислых бактерий

Молочнокислое брожение.

Молочнокислое брожение — это анаэробное превращение сахара молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты. Оно играет определенную роль при производстве кисломолочных продуктов (просткваши, кефира, кумыса, сметаны), при квашении капусты, огурцов, силосовании кормов, изготовлении жидких дрожжей, заквасок, кваса.

Важным техническим продуктом молочнокислого брожения является молочная кислота, широко применяемая при производстве фруктовых соков консервов, в кондитерской, кожевенной, текстильной и других отраслях промышленности.

По характеру брожения различают две группы брожения молочнокислых бактерий.

В зависимости от условий (РН, Т 0 , степени аэробности) характер конечных продуктов брожения может меняться у одного и того же вида молочных бактерий, поэтому резко разграничить эти две группы нельзя.

Статья по теме:   Почвы - Виноградарство Германии - виноград

Химизм молочнокислого брожения.

Химизм молочнокислого брожения весьма сходен со спиртовым. Сбраживанию могут подвергаться как моносахара, так и дисахара.

Сходство процессов превращения сахаров при молочнокислом и спиртовом брожениях сохраняется лишь до пировиноградной кислоты. Отсутствием у гомоферментативных молочнокислых бактерий фермента (пируватдекорбаксилаза), способного вызвать декарбоксилированию пирвиноградной кислоты, объясняется невозможность образования уксусного альдегида. Пировиноградная кислота (не подвергается расщеплению и является в этом брожении клеточным акцептором водорода) восстанавливается в молочную кислоту под действием фермента лактинодегидрогеназы.

Восстановленная форма кофермента лактинодегидрогеназы НАД * Н2 отдает водород пировиноградной кислоте по следующей схеме:

У гетероферментативных бактерий превращение глюкозы происходит по-иному. Конечным акцептором при этом типе брожения служит пировиноградная кислота и уксусный альдегид. В результате образуется не только молочная кислота, но и другие продукты брожения (этиловый спирт, уксусная и янтарная кислота, эфиры и т.д.).

Возбудители молочнокислого брожения.

Молочнокислые бактерии имеют круглую форму и палочковидную, располагаются одиночно или цепочками. Все молочнокислые бактерии неподвижные, не образуют спор, грамоположительные, факультативные анаэробы.

Большинство молочнокислых бактерий требовательны к составу питательной среды и хорошо развиваются только при наличии необходимых аминокислот, витаминов роста. Молочнокислые бактерии обладают протеолитической активностью. У разных видов эта способность проявляется в неодинаковой степени, более активные палочковидные формы.

Молочнокислые бактерии хорошо выносят высушивание (сухие закваски хранятся годами), устойчивы к этиловому спирту. Установлено, что молочнокислые бактерии могут выделять антибиотические вещества. В природных условиях молочнокислые бактерии встречаются на различных растениях, в почве, на пищевых продуктах.

Классификация молочнокислых бактерий.

Классификация молочнокислых бактерий еще недостаточно разработана. Большинство исследователей кокковые формы объединяют в роды Streptococcus и Leuconostoc, а палочковидные — в род Lactobacillus.

Наиболее важными среди гомоферментативных бактерий являются следующие: молочнокислый стрептококк (Str.lactis) – кокки, соединенные попарно или короткими цепочками. Это мезофилы, оптимальная температура для их развития 30 35 0 С. В среде они накапливают до 11 % молочной кислоты. Минимальная Т 0 для их развития — 10 0 С, максимальная – 40 45 0 С. Некоторые расы образуют антибиотик низин. Молочнокислый стрептококк используется для изготовления кисломолочных продуктов (кислосливочного масла, сыров).

Сливочный стрептококк (Str.crеmoris) – мезофильный стрепококк, сферической формы, является слабым кислотообразователем. Применяют его в заквасках вместе с молочнокислыми стрептококками, некоторые штаммы вырабатывают антибиотик диплококцин.

Стрептококк термофильный (Str.termophilus), Т 0 – оптимум 40 45 0 С. Накапливают до 11 % молочной кислоты. Применяются для изготовления ряженки, южной простокваши, варенца, сыра.

Болгарская палочка (Lactobaccilus bulgarucum) – крупные палочки, образующие длинные цепочки. Температурный оптимум 40 45 0 С. Сильный кислотообразователь, накапливающий 2,5 3,5 % молочной кислоты.

Сырная палочка (L.casei) образует более или менее длинные цепочки. Накапливают до 1,5 % молочной кислоты. Эта бактерия используется в сыроделии.

Ацидофильная палочка (L.acidophilus). Температурный оптимум 37 40 0 С. Вырабатывает до 2,2 % молочной кислоты. Ацидофильные бактерии вырабатывают антибиотические вещества, препятствуют развитию возбудителей кишечных заболеваний. Используются в производстве ацидофильных продуктов. молочнокислая палочка (L.plantarum). Температурный оптимум 30 0 С.

Образует до 1,3 % молочной кислоты. Применяются при квашении овощей и силосовании кормов.

Дельбрюковская палочка — не сбраживает лактозу (молочный сахар), поэтому в молоке не развивается. Температурный оптимум 45 – 50 0 С, образует до 2,5 % молочной кислоты. Применяются в производстве молочной кислоты, приготовлении жидких дрожжей и хлебопечении.

Из гетероферментативных наиболее важными являются следующие виды Lactobacillus brevis – возбудитель брожения, протекающего при квашении капусты, огурцов. Образует молочную кислоту (до 1,2 %), уксусную кислоту, спирт СО2. Способны образовывать ароматические вещества, придающие сквашиваемому продукту приятный вкус и аромат.

Газообразующая палочка вызывает порчу томатов (вершинная гниль), томатных консервов.

Гомо- или гетероферментативная характеристика — Морфология, систематика, экология молочнокислых бактерий вина

МОРФОЛОГИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

Морфология клеток. Молочнокислые бактерии имеют форму палочек или кокков, размеры которых зависят от состава среды и условий культивирования.

Палочковидные формы могут быть короткими, почти коккообразными, длиной 0,5—0,7 мкм и длинными нитевидными, иногда достигающими длины 8,0 мкм. Располагаются они единично, парами или цепочками, некоторые с характерными «обрубленными» концами.

Кокковые формы молочнокислых бактерий бывают овальными, диаметр клеток от 0,5—0,6 до 1 мкм. Они располагаются единично, парами или цепочками различной длины (рис. 36).

На форму клеток значительное влияние оказывает состав среды. Так, длина клеток молочнокислых бактерий увеличивается в средах с высоким содержанием этилового спирта [69, 73,137]. Этиловый спирт тормозит деление клеток сильнее, чем рост. Поэтому в спиртсодержащих средах палочки вытягиваются в длину, становятся тонкими, кокки сохраняют свою форму [69].

Статья по теме:   Мискет Русенски - виноград

Молочнокислые бактерии, встречающиеся в виноделии, неподвижны, не образуют спор, положительно окрашиваются по

Граму, не образуют пигмент, не восстанавливают нитраты в нитриты, характеризуются неактивной каталазой.

Структура и компоненты клеток молочнокислых бактерий во многом сходны с другими грамположитель-ными бактериями.

Клеточная оболочка представляет собой электронноплотный гомогенный слой толщиной 15—60 нм. Цитоплазматическая мембрана может быть двухслойной или трехслойной толщиной до 7—8 нм [73].

В цитоплазме клеток обнаружены рибосомы диаметром до 15 нм, ядерный материал (нуклеоид), состоящий из тонких плотных нитей, отождествляемых с дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) (рис. 37, 38). Структура и состав клеток могут быть различными у молочнокислых бактерий отдельных видов. Некоторые палочковидные формы содержат в качестве включений зерна метахроматина.

Молочнокислые бактерии размножаются путем простого деления. Бактериальная клетка увеличивается в размерах и делится на две одинаковых клетки. Деление клетки в одной плоскости приводит к образованию цепочек, в двух плоскостях — к образованию тетрад, характерных для рода Pediococcus. При благоприятных условиях некоторые бактерии дают новое поколение через 15 мин и менее, при неблагоприятных — через 24 ч и более.

На поверхности желатиновых, агаризованных сред молочнокислые бактерии образуют мелкие колонии, иногда без выраженного поверхностного роста. По данным О. К. Палладиной [136], палочковидные бактерии на средах, содержащих вещества с восстановительными свойствами, например с 0,2% цистеина, образуют типичные шероховатые формы колоний. У бактерий рода Leuconostoc найдены S-, О- и R-типы колоний.

Физиология молочнокислых бактерий. Характерным признаком молочнокислых бактерий является отсутствие каталазы. Однако в последние годы появились сообщения об обнаружении каталазной активности у различных видов молочнокислых бактерий. Псевдокаталаза есть у штаммов некоторых видов родов Pediococcus, Leuconostoc, Lactobacillus.

Протеолитическая активность установлена как у кокковых форм, так и у палочек и стрептобактерий, при этом палочковидные бактерии обладают большей активностью, чем кокковые 164 формы. Обнаружены протеазы, разрушающие пептиды. В производстве важно использовать молочнокислые бактерии, образующие в больших количествах свободные аминокислоты. При подборе штаммов важно также отобрать такие, которые не образуют фракции пептидов с горьким вкусом [74].

Липолитической активностью обладают штаммы многих видов молочнокислых бактерий кокковых и палочковидных форм. Препарат липазы, полученный из бесклеточных экстрактов L. brevis, довольно легко гидролизовал простые триглицериды [73].

По биохимической деятельности молочнокислые бактерии в зависимости от характера продуктов сбраживания гексоз (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза), дисахаридов (лактоза, мальтоза, сахароза) и полисахаридов (декстрин, крахмал) делятся на гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии при брожении сахаров образуют в основном молочную кислоту и незначительные количества фума-ровой и янтарной, летучих кислот, этилового спирта и углекислоты; гетероферментативные — наряду с молочной значительно большие количества уксусной кислоты, этилового спирта, углекислого газа и других продуктов, используя на это до 50% сахаров.

Гомоферментативное молочнокислое брожение выражается формулой:

Осуществляется гомоферментативное молочнокислое брожение по гликолитической схеме Эмбдена — Мейергофа — Парнаса (см. главу I). При этом выход молочной кислоты от потребленной глюкозы составляет почти 100%.

Процесс расщепления гексозы проходит через те же стадии, что и при спиртовом брожении, т. е. по гексозодифосфатному пути до образования пировиноградной кислоты. Далее пировино-градная кислота не превращается как при спиртовом брожении в уксусный альдегид и углекислый газ из-за отсутствия фермента карбоксилазы, а восстанавливается в молочную кислоту.

В. Н. Шапошников [224] рассматривает процесс гомофермен-тативного брожения как классический пример строгого разграничения в материальном отношении конструктивного и энергетического обменов. Гомоферментативное брожение—-только энергетический обмен. Для построения массы бактерий используется не глюкоза, а готовые аминокислоты субстрата.

Гетероферментативное молочнокислое брожение происходит по другому пути — по пентозофосфатному и выражается общей формулой:

Пировиноградная кислота частично расщепляется до уксусного альдегида и С02. В результате превращений уксусного альдегида и пировиноградной кислоты образуются янтарная и уксусная кислоты и этиловый спирт.

При гетероферментативном брожении может накопиться молочной кислоты до 40% от количества сброженного сахара, янтарной кислоты — около 20%, этилового спирта—10%, уксусной кислоты — 10%, газов — около 20%.

Гетероферментативные бактерии вызывают молочнокислое брожение в крепких, десертных и столовых недоброженных винах. При этом наблюдается уменьшение сахара, увеличение титруемой кислотности (до 9 г/’л) и летучей (до 4 г/л), выделение углекислого газа.

Статья по теме:   Сорт винограда Плечистик северный

Деление молочнокислых бактерий на гомо- и гетероферментативные было предложено Орла-Иенсеном. Однако следует заметить, что нет строгого функционального различия между этими группами молочнокислых бактерий. Приводится много исследований, свидетельствующих о том, что в зависимости от ряда факторов (pH, присутствия С02 и 02, физиологического состояния клеток) изменяется характер конечных продуктов брожения. Так, некоторые штаммы L. plantarum, L. casei, не обладающие способностью образовывать газ из глюкозы на специальной среде, в аэробных условиях накапливают летучие кислоты, диацетил,, ацетоин [73], т. е. гомоферментативные бактерии в зависимости от состава среды могут образовать кроме молочной кислоты различные вторичные продукты брожения.

Е. И. Квасников и Г. Ф. Кондо [68] при исследовании молочнокислых бактерий, развивающихся в винах, наблюдали у штаммов L. buchneri, L. brevis, L. fermenti потерю способности к образованию летучих кислот, углекислоты и спирта. Такое превращение гетероферментативных бактерий в гомоферментативные происходило при длительном культивировании бактерий, выделенных из больных вин, на автолизатглюкозных и люцерновых средах.

А. Ф. Войткевич считал необоснованным отказываться на этом основании от деления бактерий на гомо- и гетероферментативные, так как наличие переходных форм не исключает возможности выделения основных типов.

Молочнокислые бактерии могут также проводить в вине про-‘, цесс яблочно-молочного брожения, который заключается в разложении яблочной кислоты до молочной по схеме:

В результате превращения двухосновной яблочной кислоты в одноосновную молочную уменьшается титруемая кислотность, увеличивается значение pH, выделяется углекислый газ. В весовом отношении из 134 г яблочной кислоты образуется 90 г молочной кислоты и 44 г углекислого газа, т. е. 1 г яблочной кислоты дает 0,67 г молочной кислоты. Эта реакция не сопровождается выделением энергии. Следовательно, энергетический обмен осуществляется иным путем. Источником энергии при процессе яблочно-молочного брожения являются очень незначительные количества углеводов. Для разложения 1 г яблочной кислоты бактериям достаточно 0,1—0,2 г глюкозы.

Превращение яблочной кислоты в молочную через пирови-ноградную осуществляется при помощи яблочного фермента (малик-фермента), который является адаптивным и образуется бактериями в том случае, если в субстрате имеется яблочная кислота.

Превращение яблочной кислоты в молочную осуществляется молочнокислыми бактериями и через щавелевоуксусную кислоту, а также прямым декарбоксилированием.

• Общепризнано, что гомо- и гетероферментативный тип брожения гексоз вызывается в вине соответственно гомо- и гетеро-ферментативными бактериями. Существенные разногласия вызывает вопрос о принадлежности возбудителей яблочно-молочного брожения к определенному биохимическому типу молочнокислых бактерий, строго приспособленному к гомо- или гетерофермента-тивному процессу.

Е. И. Квасников и Г. Ф. Кондо [68], в течение ряда лет изучавшие биологию молочнокислых бактерий, выделенных из больных вин Средней Азии, считали неправильным связывать процессы молочнокислого скисания и яблочно-молочного брожения с

определенными, узко специализированными видами бактерий. Проведенное ими искусственное заражение вин различными штаммами молочнокислых бактерий показало, что гетерофер-ментативные бактерии вызывают заболевание вин молочнокислым скисанием, сбраживая сахар с образованием молочной и летучих кислот.

Эти же бактерии при недостатке сахара вызывают процесс яблочно-молочного брожения, используя яблочную кислоту.

В настоящее время мнения большинства ученых сходятся на том, что и гомо- и гетероферментативные бактерии могут вести в вине процесс яблочно-молочного брожения [71, 72, 235, 251, 264, 287, 291, 304].

Многочисленные исследования, проведенные в последнее время за рубежом, показали, что из вин, подвергшихся яблочно-молочному брожению, изолируются различные виды молочнокислых бактерий гомоферментативных (L. plantarum, L. casei) и гетероферментативных (палочек L. buchneri, L. brevis, L. hilgar-dii, кокков — Leuconostoc mesenteroides, Leuc. citrovorum, Leuc. vini, Leuc. gracile).

Таким образом, яблочно-молочное брожение в вине может быть вызвано любым видом гомо- и гетероферментативных молочнокислых бактерий. Разложение яблочной кислоты — свойство всех видов молочнокислых бактерий. Его легко обнаружить, выращивая молочнокислые бактерии на средах, в которых единственным источником углерода является яблочная кислота. Лимонная, винная и молочная кислоты используются меньшим количеством молочнокислых бактерий, поэтому деление молочнокислых бактерий на гомоферментативных, гетероферментативных и яблочно-молочного брожения является неверным. Самостоятельно третьей группы бактерий не существует, имеются лишь гомо- и гетероферментативные, вызывающие яблочномолочное брожение в винах с различной кислотной характеристикой.

Продукты обмена веществ. Основными веществами функциональной деятельности молочнокислых бактерий являются молочная кислота, спирты и летучие кислоты, диацетил и ацетоин и др.

Источники:

http://studopedia.ru/8_24383_kratkaya-harakteristika-molochnokislih-bakteriy.html
http://lektsii.org/2-88973.html
http://sinref.ru/000_uchebniki/05599_vinodelie/020_mikrobiologia_vinodel/041.htm

Ссылка на основную публикацию

Adblock
detector