Классификация уксуснокислых бактерий – Уксуснокислые бактерии

Уксуснокислые бактерии

Уксуснокислые бактерии, выделенные в роды Gluconobacter и Acetobacter, могут получать энергию, осуществляя неполное окисление ряда органических соединений. Это грамотрицательные бесспоровые палочки, слабоподвижные за счет перитрихиально или полярно расположенных жгутиков, или неподвижные. Облигатные аэробы. Довольно требовательны к субстратам для роста. Почти все виды нуждаются в отдельных витаминах, в первую очередь в пантотеновой кислоте, однако есть формы, способные к синтезу всех факторов роста.

К числу окисляемых соединений относятся одноатомные спирты, содержащие от 2 до 5 углеродных атомов, а также многоатомные спирты — производные сахаров. Окисление первичных спиртов приводит к образованию кислот. Например, этанол с помощью соответствующих дегидрогеназ окисляется до ацетата:

Вторичные спирты окисляются до кетонов:

Многоатомные спирты окисляются этими бактериями в альдозы и кетозы, например: сорбит ® сорбоза; глицерин ® диоксиацетон. Альдозы и кетозы могут далее окисляться в соответствующие кислоты. Метаболизирование cахаров осуществляется по окислительному пентозофосфатному пути.

Круг окисляемых соединений различен для разных представителей, входящих в эту группу. С точки зрения характеристики энергетических возможностей уксуснокислых бактерий важно подчеркнуть, что у них развилась удивительная способность воздействовать на определенные химические группировки” осуществляя их одно- или двухступенчатое окисление. Наиболее характерна способность этих бактерий окислять этиловый спирт в уксусную кислоту, давшая название всей группе в целом.

Дальнейшая судьба полученных в результате неполного окисления продуктов различна. Некоторые уксуснокислые бактерии не способны к последующим превращениям образовавшихся соединений, и их окислительные способности, следовательно, весьма ограничены. Эти бактерии, объединенные в род Gluconobacter (единственный вид G. oxydans), глюкозу окисляют до глюконовой кислоты, этанол — только до ацетата, который дальше не может ими окисляться из-за отсутствия “замкнутого” ЦТК.

Вторую группу составляют бактерии, способные к полному окислению органических субстратов до CO₂ и H₂O. В этом случае образовавшаяся уксусная кислота представляет собой лишь промежуточный этап, и после исчерпания из среды исходного субстрата бактерии начинают медленно окислять уксусную кислоту, включая ее в механизм конечного окисления — ЦТК. Бактерии этой группы объединены в род Acetobacter, типичным представителем которого является A. peroxydans.

Электроны от окисляемых субстратов поступают в дыхательную цепь и далее через систему переносчиков передаются на O₂, служащий обязательным конечным акцептором электронов. Электронный транспорт приводит к генерированию Dm_H + .

Место включения электронов в дыхательную цепь определяется ферментом, катализирующим соответствующую окислительную реакцию. Если окисление катализируется НАД-зависимой дегидрогеназой, электроны (водород) передаются на НАД + и с него на переносчики, локализованные на мембране, что открывает возможность для сопряжения электронного транспорта с тремя трансмембранными перемещениями протонов и, соответственно, синтезом 3 молекул АТФ. Недавно у представителей родов Acetobacter и Gluconobacter были обнаружены дегидрогеназы, содержащие в качестве простетической группы соединение из группы хинонов, способные принимать и отдавать 2 атома водорода. Хинонсодержащие дегидрогеназы локализованы на внешней стороне ЦПМ, где и происходит окисление этанола и других соединений. Электроны поступают в дыхательную цепь на уровне цитохромов, а протоны выделяются в периплазматическое пространство.

Уксуснокислые бактерии часто развиваются вслед за дрожжами, используя продукт спиртового брожения как субстрат для роста. Применяются в микробиологической промышленности для получения столового уксуса и в производстве аскорбиновой кислоты (на этапе окисления сорбита в сорбозу).

БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ

БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ, группа микроскопических одноклеточных организмов, производящих окисление этилового спирта в уксусную кислоту при свободном доступе кислорода воздуха.

Встречаются на фруктах и овощах, в скисших фруктовых соках, уксусе и алкогольных напитках; в виноградное сусло и вино попадают при переработке винограда и скапливаются в чанах при изготовлении вин брожением сусла на мезге. Наиболее часто в вине встречаются виды: Асеtobacter aceti, A. ascendes, A. rancens, A. xylinum.

Классификация. Единой систематики уксуснокислых бактерий в настоящее время нет. Наиболее часто пользуются определителями сов. ученого Н. А. Красиль-никова (1949), франц. ученого Ж. Фратера (Frateur J., 1950) и определителем Комитета американских бактериологов. Первые работы по систематике уксуснокислых бактерий были проведены Ганзеном (1879) и Бейеринком (1898). Бейеринк ввел родовое название Acetobacter, заменившее прежнее Муcoderma aceti, данное Пастером (1897). Н. А. Красильников положил в основу определения видов уксуснокислых бактерий биохимических особенности (наличие ка-талазы, усвоение аммонийной соли, минерального азота, способность к образованию пигмента) и разделил их на 4 вида: Acetobacter регохуdans, A. aceti, A. melanogenum, A. xylinum. Ж. Фратер также использовал для классификации уксуснокислых бактерий особенности их биологич. деятельности. Он предложил разделить их на 4 группы, названные по наиболее характерным представителям: Peroxydans, Oxydans, Mesoxydans и Suboxydans. H. К. Могилянский (1960) по морфологии клеток, физиологич. и биохимических свойствам, образованию на поверхности вина пленок, различных по внешним признакам, разделил Б. у. на 3 группы (I — покров сухой, равномерно развитый; II — покров слизистый, плотный; III — покров тонкий, просвечивающий) и на 9 видов рода Acetobacter (А. огleanense, A. xylinoides, A. xylinum, A. plicatum, A. ascendens, A. kutzingianum, A. aceti, A. pasterianum и A. vini acetati). В определителе Комитета американских бактериологов для классификации уксуснокислых бактерий использована их способность к переокислению. В последнем его издании (1980) БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ не вошли ни в одно семейство аэробных грамотрицательных палочек, они систематизированы только до рода Acetobacter и отнесены к группе бактерий, названной “Роды с неясными систематическими положениями”. Бактерии рода Acetobacter распределены на 3 вида (A. aceti, A. pasterianum и A. peroxydans). Морфология. БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ — одноклеточные организмы, представляющие собой маленькие короткие палочки, одиночные, соединенные попарно, часто в виде цифры восемь или длинных нитей. Средние размеры клеток (1,2—1,8) х (0,4—0,8) мкм. Грамотрицательные спор не образуют. Молодые клетки подвижны, снабжены жгутиками в виде ресничек, которые отходят от одного или обоих полюсов клетки. В вине подвижные формы не встречаются. При неблагоприятных условиях возникают гигантские уродливые клетки (длиной до 30—40мкм) со вздутиями, шаровидные, колбовидные, нитевидные, изогнутые, т. н. инволюционные (лат. involutus — непонятный) формы. По морфологическим признакам разные виды уксуснокислых бактерий сходны между собой.

Размножение. БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ размножаются делением клетки пополам. Разделившиеся клетки могут долго сохранять связь между собой, образуя цепочки. Число клеток удваивается через каждые 30 мин. Из 1 клетки за 12 ч может возникнуть 17 млн. особей. Если поместить на поверхность вина несколько клеток бактерий, то они за короткое время могут образовать 300 млрд. клеток — слой в 1 м 2 , их общая масса составит 1 г. Такое количество клеток Б. у. за несколько дней способно превратить в уксусную кислоту количество спирта, в 10 тыс. раз превышающее их собственную массу. Если добавить в жидкость небольшое количество уксусной кислоты, то размножение и действие уксуснокислых бактерий ускоряется. Эту особенность используют в уксусном производстве: брожению подвергают не чистые спиртовые растворы, а их смеси с небольшим количеством уксусной кислоты. В вине почти всегда содержатся БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ. При контакте с воздухом они активизируются, и вино может заболеть уксуснокислым скисанием.

Рост и развитие. БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ легко и быстро размножаются на поврежденных ягодах винограда; попав в сусло, при брожении не погибают. Для своего роста и развития они нуждаются в питательных в-вах — углероде, азоте (в основном усваивают его в виде аминокислот — валина, изолейцина, аланина, цистеина, гистидина. пролина), витаминах (пантотеновая кислота, никотинамид, парааминобензойная кислота, тиамин). Все БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ хорошо используют в качестве источника углерода глюкозу и др. моносахариды, многоатомные спирты, хуже растут в питательных средах, содержащих этиловый спирт и уксусную кислоту. БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ могут усваивать кислоты, в т. ч. вырабатываемую ими уксусную кислоту. Такое явление называется “переокислением” и свойственно лишь некоторым видам. Это свойство вырабатывается у уксуснокислых бактерий путем адаптации их к уксусной кислоте в процессе развития на кислых субстратах и не передается по наследству. Являясь аэробами, Б. у. окисляют этиловый спирт в уксусную кислоту. Они способны окислять и др. одноатомные спирты в соответствующие кислоты (напр., пропиловый спирт в пропиловую, бутиловый — в масляную кислоты). Количество образуемых при этом к-т всегда меныше, чем при окислении этилового спирта, а длительность процесса окисления значительно больше. Способность к окислительным реакциям неодинаково выражена у представителей рода Acetobacter. Некоторые виды (А. peroxydans и A. ascendens) окисляют только одноатомные спирты, пировиноградную и молочную кислоты, но неспособны к окислению углеводов и многоатомных спиртов; др. виды (A. aceti, A. suboxydans и A. xylinum), наоборот, очень активно окисляют многие углеводы и их производные.

Acetobacter aceti ( х 1000)

Углеводы окисляются Б. у. в соответствующие сахаро-карбоновые кислоты: глюкоза в глюконовую, галактоза в галактоновую, ксилоза в ксилоновую. Некоторые представители Б. у. способны окислять фруктозу в койевую кислоту. Дисахариды подвергаются Б. у. гидролитич. расщеплению в незначительной степени. БАКТЕРИИ УКСУСНОКИСЛЫЕ лишены про-теолитич. ферментов и поэтому не могут использовать белковые вещества. Развиваясь на поверхности вина, Б. у. образуют различные пленки, чему способствуют гидрофобная поверхность клеток и сцепление их с открытой поверхностью среды на разных стадиях роста. В процессе роста бактериальная пленка утолщается, опускается на дно и растет в глубине среды, пока на поверхности образуется новый слой пленки, прекращающий доступ кислорода воздуха. В зависимости от вида бактерий пленка может быть тонкой, толстой, сухой, слизистой. Общей особенностью пленки Б. у. является ее способность “всползать” на стенки стеклянных сосудов. На интенсивность роста и развития бактерий влияют различные факторы.

Кислород. Окислительная деятельность и размножение Б. у. наиболее интенсивно осуществляются при непрерывном и усиленном аэрировании питательных сред. При окислении спирта одна клетка за 1 ч потребляет 8.10^’°мг 02 воздуха. Своевременно проведенные сульфитация и доливка вина достаточны для предупреждения развития Б. у. Однако Б. у. способны сохранять свою жизнеспособность в течение всего технологических процесса и в первые месяцы выдержки вина. Свет. Солнечный свет (прямой и рассеянный) приостанавливает размножение Б. у.

Углекислый газ. Б. у. нуждаются в диоксиде углерода воздуха. Они активно усваивают С021 л. обр. в первые и вторые сутки своего развития, когда идут интенсивно синтетические процессы. Развившиеся бактерии С02 не усваивают.

Температура оказывает большое влияние на развитие Б. у. Температурный минимум почти одинаков для всех видов —6°—10°С. Температурный максимум роста колеблется от 35° до 45°С, при котором Б. у. приобретают вид прозрачных нитей без поперечных перегородок. В столовом вине, не содержащем SO₂. в отсутствии кислорода клетки Acetobacter aceti погибают в течение 10 мин при температуре 50°С, а с добавлением 75—100 мг/дм 3 SOz — при температуре 45°С. В вине с низким значением рН (2,8) и содержанием спирта 11—12% об. в присутствии кислорода воздуха Б. у. отмирают при температуре 40°С в течение 10 мин. При содержании спирта в вине 12% об. и рН 3,2—3,4 летальной температурой является 50°—55°С.

Величина рН В вине Б. у. способны развиваться при рН 2,5—4,5. При рН 2,5—3.1 развитие клеток бактерий протекает очень замедленно. Этиловый спирт. Токсичность спирта тесно связана с рН вина, поэтому трудно установить уровень содержания спирта, при котором становится устойчивым к воздействию Б. у., но более крепкие и более кислотные вина обладают, как правило, лучшей устойчивостью. Обычно Б. у. на винах с содержанием спирта выше 13% об. не развиваются, но при более высокой температуре могут образовывать пленки на винах с 14—15% об. и даже с 15,5—16,0% об.

Сернистый ангидрид. Б. у. чувствительны к SO₂. При содержании его в вине в количестве 125 и 150 мг/дм 3 жизнедеятельность Б. у. приостанавливается при температуре 15°- 18°С только на 10 дней. При введении в вино-материал SO₂ в количестве 50мг/дм 3 (и более) в анаэробных условиях они теряют свою жизнедеятельность при температуре 10°С и ниже в течение 5—10 суток, а при 28°—35°С — в течение нескольких часов. Для инактивации всех видов Б. у. необходимо сульфитировать вина до содержания в них не менее 175мг/дм 3 общего SO₂.

Роль в виноделии. Б. у. являются вредной микрофлорой, вызывают уксуснокислое скисание вина. Прежде всего они развиваются и портят вино в неполностью долитых или недостаточно плотно закрытых емкостях, при пористой клепке бочек, при брожении мезги, в таре с остатками вина. Вино, в котором брожение закончилось, надо хранить без доступа воздуха. При хранении вин в металлич. и железобетонных емкостях, заполненных ниже установленных норм (недолитых), рекомендуется использовать герметизирующий состав СВС с 2% метабисульфита калия. Переносчиками Б. у. в винодельческом производстве являются насекомые, главным образом уксусная мушка (дрозофила). Винный и уксусный запах привлекает большое количество мушек, поэтому необходимо периодически производить дезинфекцию помещений, тары и коммуникаций. Лечению поддаются вина в начальной стадии заболевания, когда количество уксусной кислоты не превышает 2—3 г/дм 3 .

Литература: Могилянский Н. К. Уксуснокислые бактерии и скисание вина: Уксусное скисание вина, способы его предупреждения и лечения. — К., 1960; Шандерль Г. Г. Микробиология соков и вин: Пер. с нем. — Москва, 2002; Саенко Н. Ф.. Мальцева М. А. Микроорганизмы — вредители винодельческого производства. — Москва, 1996; Бурьян Н. И., Тюрина Л. В. Микробиология виноделия. — Москва, 1999; Теория и практика виноделия: Пер. с французского — Москва, 1999. — Т. 2; Краткий определитель бактерий
Берги: Пер. с английского — Москва, 1980. И. И. Баштанная, Кишинев

Уксуснокислые бактерии

Являются вредной микрофлорой, вызывающей уксусное скисание вина. Уксуснокислые бактерии принадлежат к роду Acetobacter. Они имеют палочковидную форму. Клетки короткие, толстые, заключены в капсулу, располагаются в жидкой среде попарно, редко оди­ночно, иногда в виде цепочек.

Некоторые уксуснокис­лые бактерии подвижны. Характеризуются высокой скоростью размножения: при благоприятных условиях из одной клетки за 12 часов может образоваться 17 млн. бактерий.

Свое название уксуснокислые бактерии получили из-за спо­собности окислять этиловый спирт в уксусную кислоту при свободном доступе кислорода воздуха.

Уксуснокислые бактерии легко и быстро размножаются на поврежденных ягодах винограда; попав в сусло, при брожении его они не погибают. Для своего роста и развития они нужда­ются в питательных веществах: углероде, азоте (в основном усваивают его из аминокислот), витаминах. Все уксуснокислые бактерии хорошо используют в качестве источника углерода моносахариды, многоатомные спирты, могут усваивать кислоты, в том числе вырабатываемую ими уксусную кислоту.

Такое явление называется переокислением. Энергию уксуснокислые бактерии получают за счет реакций окисления. Окисление бак­териями этилового спирта в уксусную кислоту сопровождается образованием этилацетата, который придает винам неприятные тона во вкусе и аромате, характерные для уксуснокислого скисания. Из 1 % об. этанола образуется 1 г уксусной кислоты.

Помимо этилового спирта, уксуснокислые бактерии окисля­ют другие одноатомные спирты, а именно: пропиловый спирт — в пропионовую кислоту, бутиловый — в масляную, изоамиловый — в изовалериановую кислоту, а также многоатомные спир­ты— сорбит, глицерин, маннит.

При развитии уксуснокислых бактерий на поверхности вина, виноградного сока, других жидких продуктов переработки вино­града образуются слизистая пленка или пристенное кольцо. Через некоторое время возможно погружение пленки в жид­кость. Характерной особенностью пленки из уксуснокислых бактерий является ее способность всползать на стенки стеклян­ной посуды. Чаще всего бактерии образуют пленку совместно с пленчатыми дрожжами родов Candida, Pichia, Hansenula.

На развитие уксуснокислых бактерий большое влияние ока­зывает температура. Для них благоприятен широкий диапазон: от 10 до 35 °С. Бактерии сохраняются при более низких тем­пературах, но погибают при более высоких в зависимости от величины рН, концентрации сернистой кислоты и других фак­торов. Так, в столовом вине при отсутствии кислорода клетки вида Acetobacter aceti погибают в течение 10 минут при температуре 50 °С.

С повышением крепости столовых вин активность уксусно­кислых бактерий снижается, однако при температуре 20—25°С бактерии способны развиваться и подвергать скисанию вина крепостью 14—16% об.

Уксуснокислые бактерии чувствительны к SO2: при содер­жании его в количестве 125—150 мг/л жизнедеятельность бак­терий приостанавливается при температуре 15—18 °С только на 10 дней; при введении в виноматериал S02 в количестве 50 мг/л в анаэробных условиях они теряют свою жизнедеятель­ность при температуре 10°С и ниже на 5—10-е сут, а при 28— 35 °С — на несколько часов. Для инактивации всех видов уксус­нокислых бактерий необходимо сульфитировать вина до содер­жания в них общего количества S02 не менее 175 мг/л.

Уксуснокислые бактерии развиваются в вине, соках, слабо­алкогольных напитках, в не полностью долитых или недоста­точно плотно закрытых емкостях, при пористой клепке бочек, при брожении мезги, в таре с остатками вина. Вино, в котором брожение закончилось, надо хранить без доступа воздуха.

При хранении вин в металлических и железобетонных емкостях, заполненных ниже установленных норм (недолитых), рекомендуется использовать герметизирующий состав СВС с 2% метабисульфита калия. Производство виноградных соков и напитков на их основе базируется на использовании пасте­ризации — кратковременного нагрева продукта в бескислород­ных условиях при температуре 55—75 °С и выше. В целях про­филактики рекомендуется периодически производить дезинфек­цию помещений, тары и коммуникаций.

Источники:

http://studopedia.ru/11_222087_uksusnokislie-bakterii.html
http://sortov.net/spravka/bakterii-uksusnokislye.html
http://vinocenter.ru/uksusnokislye-bakterii.html