Гомоферментативные кокки – Описание основных видов молочнокислых бактерий, выделенных из вин

Молочнокислые бактерии

Характерным свойством этих бак­терий является способность сбраживать углеводы с образова­нием главным образом молочной кислоты. В продуктах пере­работки винограда развиваются бактерии, имеющие форму палочек или кокков.

Палочковидные бактерии разнообразны по форме — от ко­ротких коккообразных, до нитевидных различной длины (от 0,7 до 8,0 мкм), расположенных единично или цепочками. Диаметр кокковых форм от 0,5 до 1 мкм; они располагаются единично, парами или в виде цепочек различной длины.

На форму кле­ток значительно влияют состав среды и условия культивирова­ния. Образование удлиненных палочковидных клеток наблюдается при развитии в средах, содержащих этиловый спирт, с вы­сокой активной кислотностью, в средах с недостатком витамина B12, под действием ионизирующих излучений. Напри­мер, в столовых винах палочковидные бактерии имеют неболь­шие размеры, а в крепленых винах палочки вытягиваются в длину. Это связано с тем, что этиловый спирт тормозит раз­множение клеток в большей степени, чем рост.

Молочнокислые бактерии в основном неподвижны, не обра­зуют спор, пигмента, положительно окрашиваются по Граму, не восстанавливают нитраты, характеризуются неактивной каталазой. В зависимости от продуктов брожения их подразде­ляют на две группы: гомоферментативные и гетероферментативные.

Гомоферментативные молочнокислые бактерии, сбраживая сахар, образуют только молочную кислоту и ничтожное коли­чество побочных продуктов. Гомоферментативные молочнокис­лые бактерии представлены в основном родом Lactobacillus. Они кислотоустойчивы, развиваются в широ­ком диапазоне температур (от 15 до 45 °С), нуждаются в слож­ном питании. Особенно опасны для виноделия виды Lactobacillus brevis, L. buchneri, L. ferementi. Их развитие может сопровож­даться повышением содержания летучих кислот до 4 г/л.

Гетероферментативные бактерии, кроме молочной кислоты, образуют значительные коли­чества летучих кислот, диоксид углерода, этиловый спирт. На образование этих продуктов бактерии расходуют до 50% используемых сахаров. Наибо­лее распространены молочно­кислые бактерии рода Leuconostoc.

Это — гетероферментативные кокки несколько удлиненной формы; располагаются единично и па­рами, могут образовывать ко­роткие цепочки. Растут при температуре 10°С; при темпера­туре 45°С рост прекращается. Хорошо сбраживают пентозы (арабинозу, ксилозу), что нежелательно для столовых сухих вин, вкус которых значительно смягча­ется при наличии не сбраживае­мых дрожжами углеводов.

В виноделии распространены виды Leuconostoc oenos и Leuconostoc gгасi1е. Их применя­ют для направленного биологиче­ского кислотопонижения, при ко­тором происходит яблочно-молоч­ное брожение — превращение части яблочной кислоты в менее 1 активную молочную. Разложение других составных частей вина не­желательно.

Особенно опасно развитие молочнокислых бактерий в низ­кокислотных винах, в том числе крепленых. Отдельные штам­мы этих бактерий могут выдерживать концентрации спирта до 23% об. С молочнокислыми бактериями связаны нежелатель­ные в винах процессы: молочнокислое брожение, прогоркание вина, маннитное брожение, разложение винной кислоты, ожи­рение вина.

Ферментация молока без молочнокислых бактерий

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОБИОТИЧЕСКИХ ЗАКВАСОК

О ФЕРМЕНТИРОВАНИИ МОЛОКА БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

“. молочнокислые бактерии утилизируют витамины, образо­ванные пропионовокислыми и бифидобактериями, вследствие чего снижается лечебная и биологическая ценность продуктов.”

Как известно, все традиционные закваски имеют в своем составе молочнокислые бактерии, т.е. сквашивание молока происходит с обязательным их применением.

Основным недостатком распространенных пробиотических заквасок бифидобактерий (пропионовокислых бактерий) является то, что для их активизации требуются сложные питательные среды, и они не ферментируют молоко с образованием сгустка (геля), а только обогащают продукт бифидобактериями (пропионовокислыми бактериями), а для получения кисломолочного продукта используются дополнительно молочнокислые бактерии (термофильный стрептококк или кефирная закваска). Совместное культивирование данных микроорганизмов снижает пробиотические свойства кисломолочных продуктов.

Уникальность предлагаемых нашей компанией пробиотических заквасок (как промышленного так и домашнего применения) заключается в способности пробиотических микроорганизмов ( бифидобактерий и пропионовокислых бактерий ) ферментировать молоко и пищевые среды без использования традиционных заквасочных культур – молочнокислых бактерий, к которым как известно относятся бактерии родов Lactobacillus и Streptococcus. Все это стало возможным благодаря инновационному методу активизации пробиотических культур в молоке с получением высокой ферментативной активности микроорганизмов, что в обычных условиях невозможно добиться из-за слабой энергии роста и кислотообразования.

В молоке пропионовокислые бактерии развиваются медленно и свертывают его обычно через 5—7 дней (если говорить о т.н. кислотном свертывании). Однако предельная кислотность, образуемая в молоке пропионовокислыми бактериями, довольно высокая — 160—170° Т, т. е. значительно выше кислотности, образуемой молочнокислыми стрептококками. Но речь идет именно об энергии (динамике). Бифидобактерии , например, также очень медленно развиваются в молоке. Разработанный метод позволил повысить указанные энергетические характеристики пробиотических культур при сквашивании молока, в результате чего динамика роста биомассы бактерий (т.е. рост бактерий и их размножение) и кислотообразования увеличилась. В этом и состоит главная инновационность предлагаемых бактериальных заквасок, которая дает преимущество перед всеми известными пробиотическими заквасками.

Суть преимущества представленных бактериальных концентратов заключается в том, что при ферментации молока (или иной пищевой среды) нашими пробиотиками происходит его максимальное обогащение витаминами, аминокислотами, ферментами и др. полезными веществами, что невозможно было бы добиться при обычном обогащении молока пробиотическими микроорганизмами (т.е. без разработанного метода их активизации в молоке), а также и при совместном культивировании с молочнокислыми бактериями, для которых указанные продукты метаболизма (полезные вещества) являются пищей для активного роста. Тем самым, молочнокислые бактерии просто мешали бы качественному насыщению пищевых продуктов, ферментируемых пробиотическими микроорганизмами (бифидо- и (или) пропионовокислыми бактериями), полезными нутриентами.

Иными словами, при совместном использовании в производстве, молочнокислые бактерии не дают пробиотическим бактериям (бифидо- и пропионовокислым) качественно обогатить кисломолочные продукты полезными веществами, потому что расходуют эти же вещества (витамины, аминокислоты, ферменты) для собственного роста.

Конечно, бифидо- и пропионовокислые бактерии также нуждаются в определенных питательных веществах, необходимых для их развития и роста, но в значительно меньшей степени, чем т.н. гомоферментативные молочнокислые бактерии, речь о которых пойдет ниже. Заявленные преимущества наших заквасок вытекают из особенностей молочнокислого брожения:

БРОЖЕНИЕ (ФЕРМЕНТАЦИЯ)

Брожение (ферментация), процесс анаэробного (без доступа молекулярного кислорода) расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В ходе Брожения в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов, и образуются химические соединения, которые микроорганизмы используют для биосинтеза аминокислот, белков, органических кислот, жиров и так далее. Одновременно накапливаются конечные продукты брожения: органические кислоты (молочная, уксусная, янтарная и др.), спирты (этиловый, бутиловый и др), ацетон, СО₂, H₂.

Типы брожения классифицируют как раз по основным (конечным) образующимся продуктам и различают брожение спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое , ацетоно-бутиловое, ацетоно-этиловое и др. виды.

МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ

ПОТРЕБНОСТЬ В ФАКТОРАХ РОСТА

Как известно, молочнокислое брожение вызывается бактериями родов Lactobacillus и Streptococcus (лактобациллы и стрептококки). То есть при традиционном производстве кисломолочной биопродукции для процессов сквашивания сырья обязательно применяют различные лактобактерии, термофильные стрептококки. (прим.: в т.ч., применительно к данной теме, используют кефирную закваску и др. кислотообразующие микроорганизмы). Молочнокислые бактерии грамположительны, не образуют спор (за исключением Sporolactobacillus inulinus) и в подавляющем большинстве неподвижны. Все они используют в качестве источника энергии углеводы и выделяют молочную кислоту.

БОЛЬШИНСТВО МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ ОБРАЗУЕТ ПРАКТИЧЕСКИ ТОЛЬКО ОДНУ МОЛОЧНУЮ КИСЛОТУ, КОТОРАЯ СОСТАВЛЯЕТ НЕ МЕНЕЕ 90% ВСЕХ ПРОДУКТОВ БРОЖЕНИЯ. ТАКИЕ БАКТЕРИИ ЯВЛЯЮТСЯ ГОМОФЕРМЕНТАТИВНЫМИ.

К гомоферментативным бактериям относятся: Стрептококк молочный Streptococcus lactis, Сливочный стрептококк Streptococcus cremoris, Болгарская палочка Lactobacterium bulgaricum, Ацидофильная палочка Lactobacterium acidophilum и др. Основным полезным свойством молочнокислых бактерий является подавление гнилостной микрофлоры.

Справедливости ради отметим, что отдельно выделяют так называемые гетероферментативные молочнокислые бактерии , для которых, в отличие от гомоферментативных, молочная кислота не является главным продуктом брожения. Например бифидобактерии Bifidobacterium bifidum относятся к таковым, считаются выраженными пробиотическими микроорганизмами и также нуждаются в определенных факторах роста (к таким бифидус-факторам, например, относят олигосахариды). О факторах роста см. ниже.

Молочнокислые бактерии способны только к брожению; они не содержат гемопротеинов, таких, как цитохромы и каталаза (прим.: каталаза – антиоксидантный фермент , который в частности могут продуцировать пропионовокислые бактерии ).

Как известно, по типу питания бактерии делятся на автотрофные, способные синтезировать органические вещества из неорганических, и гетеротрофные, питающиеся готовыми органическими веществами. Иными словами, помимо элементов минерального питания и источников углерода и энергии многие бактерии нуждаются еще в некоторых дополнительных веществах, называемых ФАКТОРАМИ РОСТА. Эти вещества входят в основной состав клетки, но некоторые микроорганизмы не способны их синтезировать сами.

ТО ЕСТЬ ЕЩЕ ОДИН ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЙ ПРИЗНАК МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ – ЭТО ИХ БОЛЬШАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В РОСТОВЫХ ВЕЩЕСТВАХ.

Ни один представитель этой группы не может расти на среде с глюкозой и солями аммония. Большинство нуждается в ряде витаминов, преимущественно группы В : (лактофлавине (рибофлавин, витамин B2), тиамине (витамин В1), пантотеновой (витамин В5), никотиновой (ниацин, витамин PP, витамин B3) и фолиевой кислотах (витамин В9) , биотине (витамин Н, витамин B7, кофермент R)) 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.

ВЫВОДЫ О ПРЕИМУЩЕСТВЕ ФЕРМЕНТАЦИИ МОЛОКА БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

Таким образом, МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ – это своего рода «МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ИНВАЛИДЫ», которые, вероятно в результате своей специализации (рост в молоке и других средах, богатых питательными и ростовыми веществами), утратили способность к синтезу многих метаболитов. Также следует отметить, что 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.

Именно поэтому, ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ПРОБИОТИЧЕСКОГО КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА совместное использование бифидобактерий (или пропионовокислых бактерий ) и гомоферментативных молочнокислых бактерий (как кислотообразующих) на сегодняшний день уже не является актуальным, т.к. разработанный способ активизации указанных пробиотических микроорганизмов в молоке без дополнительных стимуляторов роста позволяет получать высококачественные кисломолочные биопродукты, максимально обогащенные полезными веществами, которые в свою очередь уже не расходуются для роста заквасочных молочнокислых бактерий.

Предлагаемые бактериальные концентраты ( закваски для молочной промышленности и домашние закваски ), по функциональным качествам получаемых на их основе кисломолочных витаминизированных продуктов , сегодня не имеют аналогов и способны составить достойную конкуренцию любым мировым брендам в данной биотехнологической отрасли.

Дополнительная информация о молочнокислых бактериях

ГОМОФЕРМЕНТАТИВНЫЕ МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ, ПРОДУЦИРУЮЩИЕ ПРАКТИЧЕСКИ ОДНУ ТОЛЬКО МОЛОЧНУЮ КИСЛОТУ

К гомоферментативным молочнокислым бактериям относятся следующие виды:

Стрептококк молочный Streptococcus lactis. Клетки его овальной формы, соединены попарно или в короткие цепочки. Оптимальная температура 30—35° С. Вызывает скисание молока, в котором накапливается около 0,8—1,0% молочной кислоты.

Сливочный стрептококк Streptococcus cremoris — шаровидные клетки, соединенные в цепочки. Оптимальная температура роста 25—30° С. По кислотообразующей активности он подобен стрептококку молочному.

Болгарская палочка Lactobacterium bulgaricum, выделенная И. И. Мечниковым из болгарской простокваши, представляет собой длинную палочку, растущую при температуре 40—48° С. Образует в молоке до 3—3,5% молочной кислоты.

Ацидофильная палочка Lactobacterium acidophilum, выделена из экскрементов грудных детей и молодых животных. По форме и действию сходна с болгарской палочкой. Оптимальная температура роста 40° С.

Зерновая термофильная палочка Thermobacterium cereal (Lactobacterium delbr?ckii) — длинные клетки с температурным оптимумом 48—52°С, накапливают до 2,2% молочной кислоты. Сбраживает растительное сырье, в молоке не развивается. Lactobacterium plantarum — небольшая палочка, способная к удлинению (иногда образует цепочки). Этот вид накапливает около 0,9—1,2% молочной кислоты. Сбраживает растительное сырье. Развивается при квашении овощей, консервируя их, а в сахарном, спиртовом и других производствах является вредителем.

Огуречная палочка Lactobacterium cucumeris fermentati короткая палочка, часто соединенная попарно или в виде цепочки, накапливает около 1 % молочной кислоты при температуре 35° С.

ГЕТЕРОФЕРМЕНТАТИВНЫЕ МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ

Представителями гетероферментативных молочнокислых бактерий являются вариабельные по форме бифидобактерии из рода Bifidobacterium (B. bifidum) и кокковые из рода Leиconostoc (L. mesenteroides), Lactobacillus brevis, Bacterium coli и др. Некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии (например, Lactobacterium pentoaceticum) могут сбраживать пентозы с образованием молочной и уксусной кислот, что имеет место при силосовании кормов. Накапливающиеся при этом кислоты предохраняют силос от порчи.

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

Биология и медицина

Гомоферментативные молочнокислые бактерии

Гомоферментативное молочнокислое брожение , в основе которого лежит гликолитический путь разложения глюкозы , является единственным способом получения энергии для группы эубактерий , которые при сбраживании углеводов превращают в молочную кислоту от 85 до 90% сахара среды. Бактерии, входящие в данную группу, морфологически различны. Это кокки, относящиеся к родам Streptococcus и Pediococcus , а также длинные или короткие палочки из рода Lactobacillus . Последний подразделяется на три подрода. Бактерии, включенные в два из них ( Thermobacterium , Streptobacterium ), также осуществляют гомоферментативное молочнокислое брожение. Все бактерии этой группы положительно окрашиваются по Граму, не образуют спор, неподвижны. Группа весьма гетерогенна в отношении нуклеотидного состава ДНК: молярное содержание ГЦ-пар оснований колеблется от 32 до 51%. Значительные колебания по этому признаку характерны и для бактерий, объединенных в роды и даже подроды.

Лактатдегидрогеназа, катализирующая превращение пирувата в лактат , стереоспецифична. У разных видов она содержится в виде определенных оптических изомеров; в зависимости от этого бактерии продуцируют D- или L-форму молочной кислоты . Те из них, которые образуют смесь D- и L-форм, содержат или две формы фермента, различающиеся стереоспецифичностью, или лактатрацемазу.

Некоторые признаки, характерные для эубактерий, осуществляющих гомоферментативное молочнокислое брожение, представлены в табл. 15 .

У этой группы эубактерий молекулярный кислород не включается в энергетический метаболизм, но они способны расти в присутствии О2, т.е. являются аэротолерантными анаэробами. (Некоторые авторы представителей рода Lactobacillus относят к микроаэрофилам ). В их клетках в значительном количестве содержатся флавиновые ферменты, с помощью которых происходит восстановление молекулярного кислорода до Н2О2. Из-за неспособности молочнокислых бактерий синтезировать гемовую группу у них отсутствует каталаза – фермент, катализирующий разложение перекиси водорода, поэтому последняя может накапливаться в клетке.

Особенностями конструктивного метаболизма гомоферментативных молочнокислых бактерий являются слабо развитые биосинтетические способности, что выражается в большой зависимости их роста от наличия в питательной среде готовых органических веществ (аминокислоты, витамины группы В, пурины, пиримидины). В качестве источника углерода молочнокислые бактерии используют лактозу (молочный сахар) или мальтозу (растительный сахар, образующийся при гидролизе крахмала). Могут они также использовать некоторые пентозы, сахароспирты и органические кислоты.

Из всех известных непатогенных прокариот молочнокислые бактерии отличаются наибольшей требовательностью к субстрату. Зависимость этих бактерий от наличия готовых органических веществ среды указывает на примитивность в целом их конструктивного метаболизма.

Молочнокислые бактерии распространены там, где они могут обеспечить свои высокие потребности в питательных веществах и где имеются большие количества углеводов, переработка которых дает им необходимую для роста энергию. Их много в молоке и молочных продуктах, на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков; обнаружены они в пищеварительном тракте и на слизистых оболочках животных и человека.

Молочнокислым бактериям принадлежит главная роль в осуществлении ряда процессов, используемых с давних времен для получения различных кисломолочных продуктов, в процессах соления и квашения овощей, силосования кормов. Кефир – продукт совместной деятельности молочнокислых бактерий и дрожжей. Известно много национальных кисломолочных продуктов (кумыс, йогурт и др.), для приготовления которых используют кобылье, верблюжье, овечье, козье молоко, а в качестве закваски – естественно возникшие и сохраняемые комплексы молочнокислых бактерий и дрожжей.

Молочнокислые бактерии играют также большую роль в процессе приготовления сыров и сливочного масла. Первый этап производства сыров (створаживание белков молока) осуществляется молочнокислыми бактериями.

Скисание сливок, необходимое для получения сливочного масла, также вызывают бактерии рода Streptococcus . Помимо молочной кислоты некоторые из них образуют ацетоин и диацетил, придающие сливочному маслу характерный запах и вкус. Субстратом служит лимонная кислота, содержание которой в молоке может достигать 1 г/л. Реакции, ведущие к образованию этих веществ, начинаются с расщепления лимонной кислоты:

лимонная кислота переходит в уксусная кислота + щавелевоуксусная кислота.

Уксусная кислота выделяется в среду, а щавелевоуксусная кислота (ЩУК) декарбоксилируется, что приводит к образованию пирувата:

ЩУК переходит в пировиноградная кислота + СО2. (1)

Дальнейшее метаболизирование пирувата осуществляется по трем различным путям: часть молекул восстанавливается до молочной кислоты; другая часть подвергается декарбоксилированию, приводящему к возникновению разных С2-интермедиатов ( ацетил-КоA и “активный” ацетальдегид) и взаимодействию между ними, заканчивающемуся синтезом молекулы диацетила. Восстановление последнего приводит к образованию ацетоина :

СН3-СО-СО-СН3 + НАД*Н2 переходит в СН3-СНОН-СО-СН3 + НАД+ (2),

где СН3-СО-СО-СН3 – диацетил, а СН3-СНОН-СО-СН3 – ацетоин.

Эта последовательность реакций не связана с получением клеткой энергии. Смысл ее, возможно, в дополнительном своеобразном решении “акцепторной проблемы” , так как, во-первых, образование пирувата в реакции 1 не сопровождается синтезом НАД*Н2, и, во-вторых, синтез ацетоина из диацетила (реакция 2) требует дополнительных молекул НАД*Н2.

Использующие мальтозу молочнокислые бактерии участвуют в квашении овощей. В мелко нарезанные овощи добавляют 2-3% соли и создают условия, исключающие свободный доступ воздуха. Начинается спонтанное молочнокислое брожение. Аналогичный процесс протекает при силосовании кормов. Предназначенная для силосования растительная масса плотно загружается в силосные башни или ямы. Чтобы повысить питательные свойства среды, добавляют мелассу, а в целях создания более благоприятных условий для молочнокислых бактерий растительную массу подкисляют. В этих условиях также протекает спонтанное молочнокислое брожение.

Источники:

http://vinocenter.ru/molochnokislye-bakterii.html
http://propionix.ru/preimuschestva-probioticheskih-zakvasok
http://medbiol.ru/medbiol/microbiol/0004eab1.htm