Молочнокислые бактерии - невидимые защитники организма. Микрофлора молока и молочных продуктов

Молочнокислые бактерии известны благодаря способности перерабатывать сахар в молочную кислоту. Этот процесс издавна применялся людьми для консервации продуктов питания, приготовления кормов, изготовления разнообразных молочных продуктов, вина.

Характеристика бактерий

Молочнокислые бактерии являются грамположительными анаэробами. Это означает, что для окислительных процессов и обмена веществ им не требуется кислород. Молочнокислые бактерии относятся к группе (семейству) Lactobacillaceae, которое включает в себя:

Первые два рода наиболее значимы для человека и его хозяйственной деятельности. Несмотря на близкое родство, представителей отряда Lactobacillales наподобие пневмонийных стрептококков обычно не относят к группе молочнокислых бактерий. А полезные бифидобактерии или микробы из рода Bacillus, являющиеся спорообразующими аэробами, иногда причисляют к группе лактобактерий из-за сходства в углеводном обмене и их роли в пищевой промышленности.

Классификация

Классификация молочнокислых бактерий разработана недостаточно. По характеру выделяемых продуктов брожения их разделяют на две группы.

• Гомоферментативные . В результате сбраживания углеводов выделяется в основном молочная кислота. В малых количествах процессу сопутствуют янтарная и фумаровая кислоты, углекислый газ и этанол.
• Гетероферментативные также образуют в результате разложения углеводов молочную кислоту. Наравне с этим примерно половину сахаров они используют на производство уксусной кислоты, диоксида углерода и этанола.

Классификация по форме затруднена, поскольку молочнокислые бактерии относятся к группе изменчивых микроорганизмов. Форма микробной клетки зависит от возраста бактерии, химической среды и условий обитания. Для определения вида лактобактериям создают конкретные условия, используют стандартную среду и проводят исследование культуры в определенном возрасте. Также оценивают тип сбраживания углеводов, потребность в источниках питания, оптическое вращение молекулы молочной кислоты.

Стрептококки

Виды рода Streptococcus по типу брожения относятся к гомоферментативным. При сбраживании более 90% исходных сахаров они превращают в молочную кислоту и лишь малое их количество - в уксусную кислоту и спирт. Наиболее известными представителями являются культуры:

• Str. lactis.
• Str. citrovorus.
• Str. diacetilactis.
• Str. paracitrovorus.
• Str. thermophilus.
• Str. cremoris.
• Str. liquefaciens.

Лактобациллы

В молочной промышленности лактобациллами называют молочнокислые палочки. Они сквашивают молоко намного быстрее, чем кокковые формы, достигая более низких значений рН (около 3,5). Оптимальное развитие лактобациллы показывают в условиях кислой среды с пониженным содержанием кислорода. В природе эти бактерии обитают на поверхности растений, выделяются из слюны и пищеварительного тракта человека и животных.

Отмечено, что стерильно выдоенное молоко не содержит молочнокислых палочек - они поступают в него из внешней среды. Лактобациллы выдерживают кратковременную пастеризацию, но погибают при высоких температурах стерилизации. Поэтому в пастеризованном молоке молочнокислые бактерии значительно снижены, но все-таки присутствуют. Самые распространенные представители рода Lactobacterium:

• L. bulgaricum.
• L. casei.
• L. plantarum.
• L. acidophilum.
• L. brevis.

Основные свойства

Кокковые формы лактобацилл имеют диаметр 0,6 - 1,1 мкм. В культуре кокки расположены одиночно, сдвоенно или цепочками различной длины. Палочки очень вариабельны по форме: от шаровидных до нитевидных форм длиной от 0,7 до 8,0 мкм, одиночные или в цепочках. На морфологию клеток значительно влияет химический состав среды обитания. Молочнокислые бактерии, фото которых представлено ниже, выделены из йогуртовой закваски.

Размножаются лактобактерии в основном делением, описаны случаи перешнуровывания клетки и размножения с помощью гонидий. Доказано наличие фильтрующихся форм и процесса спорообразования.

Где обитают молочнокислые бактерии

Лактобактерии не могут самостоятельно синтезировать аминокислоты и некоторые витамины. По этой причине их нет ни в почве, ни в воде. В естественных условиях их выделяют из содержимого кишечника человека и животных, с поверхности растений. Оптимальной средой для жизнедеятельности молочнокислых бактерий является молоко и молочные продукты.

Источники питания для лактобактерий - это моно- и дисахариды. Некоторые разновидности сбраживают полисахариды, например, декстрозу. Также в качестве источника энергии эти микроорганизмы при определенных условиях используют органические кислоты: яблочную, уксусную, пировиноградную, муравьиную, фумаровую и лимонную. При отсутствии углеродсодержащих субстратов для питания могут перерабатывать аминокислоты.

Молочнокислые бактерии не способны к синтезу органического азота, поэтому требовательны к его содержанию в питательной среде. Также нуждаются они в витаминах, особенно в пуриновых основаниях: биотине, тиамине, пантотеновой, фолиевой кислотах. Все формы лактобацилл устойчивы к повышенной концентрации спирта. При этом они медленнее размножаются, но дольше живут. Так, в осветленных винах молочнокислые бактерии сохраняются до 7 месяцев.

Микроб является мезофильным, реже термофильным. Оптимальная температура для жизнедеятельности составляет + 25 °С... + 30 °С. При + 15 °С брожение значительно замедляется, а при + 45 °С лактобациллы перестают размножаться. Среда обитания молочнокислых бактерий может быть как кислородной, так и без доступа воздуха. Кислород им не нужен, в большинстве случаев он угнетает развитие микробов и препятствует нормальному процессу брожения.

Молочнокислое брожение

Молочнокислым брожением называется процесс анаэробного окисления углеводов, при котором выделяется молочная кислота. В результате молочнокислого брожения бактерии получают энергию, реализуемую для роста и размножения в безкислородных условиях. При этом лактобактерии снижают рН до значений ниже 5, подавляя рост других микроорганизмов.

Гетероферментативное брожение - более сложный процесс. В зависимости от условий и микробной культуры из углеводов образуется различное сочетание молочной и уксусной кислоты с выделением диоксида углерода и этанола.

Молочнокислое брожение в чистом виде применяют в химической промышленности для получения молочной кислоты. Ее широко используют для выделки кожи, в красильном производстве, в фармацевтике, при изготовлении пластмассы и стиральных порошков. В пищевой промышленности молочная кислота требуется для производства кондитерских изделий и безалкогольных напитков.

Не всегда молочнокислое брожение полезно для человеческой деятельности. Самопроизвольно возникающий процесс, начинающийся в молоке, вине, безалкогольных напитках, приводит к порче продуктов. Органолептически это выражается в прокисании, помутнении и ослизнении субстрата.

Пищевая промышленность и лактобактерии

Для производства и консервации различных продуктов широко используются молочнокислые бактерии. Значение их особенно велико в молочном деле.

• Молочная промышленность.

Для получения молочнокислых продуктов стерилизованное молоко или сливки сквашивают путем внесения чистых культур. Они носят название «стартовых заквасок». В зависимости от типа закваски получают разные продукты.

Для производства кефира и кумыса применяют культуры, которые, кроме молочнокислого, обеспечивают и спиртовое брожение. Закваску готовят на основе кефирных зерен, являющихся источником обширного сообщества еще до конца не изученных микроорганизмов (молочнокислые палочки и стрептококки, микрококки и дрожжи).

В процессе изготовления сыров молочнокислые бактерии работают на первом этапе, обеспечивая сворачивание казеина, затем их сменяют пропионовокислые микроорганизмы.

Для получения кисломолочного масла в сливки вносят культуру Str. lactis, Str. cremoris и Leuconostoc cremoris. При добавлении в гомогенезированное молоко L. bulgaricus и Str. thermophilus получают йогурт.

В производстве творога и сыров немецкой группы в молоко вносят закваски, содержащие Str. lactis или L. bulgaricus и Str. thermophilus. А для изготовления твердых сыров на стадии созревания используют культуру L. casei и Str. lactis.

• Виноделие.

При производстве вин широко применяют три рода лактобактерий: Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc. В основном это гетероферментативные кокки, обеспечивающие брожение по яблочно-молочному типу в высококислотных винах. При этом они сбраживают яблочную кислоту и не затрагивают другие химические компоненты вина. Лактобактерии могут испортить напиток, вызвав молочнокислое брожение. В результате появляются такие пороки вина, как прогоркание, ожирение, разложение винной кислоты.

• Хлебопечение.

В хлебе обнаруживают около 70 вкусовых и ароматических веществ, среди них 28 кислот, 11 спиртов, 28 карбонильных соединений, 6 эфиров, метилмеркаптан и аммиак. Молочнокислые бактерии принимают участие в образовании большинства из них. Наибольшее значение лактобациллы имеют для производства ржаного хлеба. Закваска придает тесту упругость, разрыхляет его и способствует подъему. Кислотность теста - важный показатель качества. При производстве пшеничного хлеба лактобактерии играют незначительную роль, в основном процесс зависит от дрожжевых культур. Основными составляющими молочнокислых заквасок для подготовки теста являются L. brevis, L. plantarum и L. fermenti.

• Консервирование мяса и рыбы.

Молочнокислые бактерии применяются при изготовлении салями и сервелата, других колбасных изделий, при созревании рыбы слабого посола. Молочная кислота ускоряет процесс консервирования и придает продуктам ценные вкусовые качества.

• Биологическое консервирование овощей и фруктов.

Заготовки проводятся по тому же принципу, что и силосование корма. Углеводы растений под воздействием молочнокислых бактерий превращаются в молочную и уксусную кислоты, которые являются прекрасными консервантами.

Квашеная капуста и огурцы, моченые яблоки, помидоры и арбузы - вот пример простых заготовок на зиму. Так, в порезанной и хорошо утрамбованной капусте с небольшим добавлением соли начинается спонтанный процесс брожения, в котором принимают участие сначала Leuconostoc, а позднее L. plantarum.

Роль в сельском хозяйстве

Силосование корма - это лучший способ заготовки и сохранения зеленой массы. Для создания необходимых условий исходное сырье (траву, зеленую массу кукурузы, ботву) укладывают в специальные силосные ямы, тщательно утрамбовывают и накрывают слоем земли. При этом создаются условия, в которых основная часть микробов погибает, а молочнокислые бактерии перерабатывают углеводы растений до тех пор, пока концентрация молочной кислоты не составит 60 % и более, а кислотность силоса не достигнет рН 4.5. Кроме молочной, в силосе накапливается и уксусная кислота. Для завершения процесса требуется около одного месяца.

Микрофлора в кишечнике человека

В кишечном тракте человека обитает множество молочнокислых микроорганизмов, называемых лакто- и бифидобактериями. Продукт их метаболизма - молочная кислота - обладает рядом положительных моментов.

• Стимулирует перистальтику кишечника.
• Уменьшает газообразование.
• Стимулирует выделение пищеварительных соков.
• Улучшает усвояемость кальция, фосфора и железа.

Кроме того, лактобактерии обладают способностью противостоять различным патогенным микробам. За счет выработки биологически активных веществ (органические кислоты, перекись водорода, антибиотики и бактериоцины) происходит вытеснение опасных для деятельности кишечника микроорганизмов. Если в содержимом химуса молочнокислые бактерии снижены по количеству, то их место занимает условно-патогенная микрофлора. На основе выделенных из кишечника человека и животных штаммов разработаны лекарства, улучшающие состояние больного при многих инфекциях.

Что такое пробиотики

Еще в начале XX века знаменитый русский ученый Илья Ильич Мечников провел ряд экспериментов по восстановлению микрофлоры кишечного тракта человека с помощью культуры молочнокислой палочки L. bulgaricus . В результате исследований Мечников разработал первый пробиотик - «мечниковскую простоквашу», которую в течение многих лет употреблял сам, назначал пациентам и рекомендовал пить всем знакомым.

В настоящее время пробиотики - класс лекарственных препаратов, направленный на восстановление естественной среды организма. Многолетние изучения доказали эффективность применения пробиотиков (в том числе и лактобактерий) в различных клинических случаях.

Молочнокислые пробиотические бактерии широко применяются в медицине для профилактики и лечения острых и хронических заболеваний кишечника, дыхательных путей, для восстановления кишечной микрофлоры и стимуляции иммунитета. Принимать культуры пробиотиков можно как в виде таблеток и порошков, так и в натуральном виде (кефир, простокваша, ацидофильное молоко, йогурты и другие продукты молочной промышленности).

Характеристика пробиотических микроорганизмов и их

Биологическая роль

Термин «probiosis» означает симбиоз, сообщество двух организмов, способствующих жизнедеятельности обоих партнеров. «Probiotic» - организм, участвующий в симбиозе и благоприятствующий жизни.

Первое предположение о связи микробов, заселяющих кишечник, с духовным и физическим здоровьем человека впервые было выдвинуто еще в 1907 году в трудах знаменитого русского ученого И.И. Мечникова.

Впервые термин «пробиотик» как антоним «антибиотика» был предложен D.M.Lilly и P.H.Stilwell в 1965 году для обозначения микробных метаболитов, обладающих способностью стимулировать развитие каких-либо микроорганизмов. Близкое по содержанию толкование термина «пробиотик» было дано в 1971 году A.Sperti для обозначения различных тканевых экстрактов, оказывающих стимулирующее действие на микроорганизмы.

Последующие достижения в области изучения микробной экологии человека позволили внести уточнения в первоначальное определение пробиотиков. Так, в 1974 г. R.B.Parker использовал этот термин для обозначения микробных препаратов, обладающих способностью регулировать микробную экологию кишечника. Согласно его определению, пробиотики – это микроорганизмы или их компоненты, способные поддерживать баланс кишечной микрофлоры.

Позднее R.Filler назвал пробиотиками любые препараты из живых микроорганизмов, дающие при введении в организм хозяина благотворный эффект за счет коррекции кишечной микрофлоры. Лишь ограниченное число кишечных микроорганизмов может считаться пробиотиками, поскольку добавление в пищу именно этих бактерий улучшает пищеварительные функции желудочно-кишечного тракта. Причем, в качестве регуляторов микроэкологии могут выступать как монокультуры, так и смеси микроорганизмов.

Последующие достижения в области микробной экологии позволили R.Filler внести уточнение в его первоначальное определение прибиотиков: это препараты из живых микроорганизмов или стимуляторов роста микробного происхождения, оказывающие благоприятное действие на эндогенную микрофлору. Попытку внести еще большую ясность в толкование этого термина предприняли G.R.Gibson и M.B.Roberfroid, предложившие называть пробиотиками только пищевые добавки микробного происхождения, проявляющие свои позитивные эффекты на организм хозяина через регуляцию кишечной микрофлоры.

В соответствии с ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения», пробиотик - функциональный пищевой ингредиент в виде полезных для человека непатогенных и нетоксикогенных живых микроорганизмов, обеспечивающий при систематическом употреблении человеком в пищу непосредственно в виде препаратов или биологически активных добавок к пище, либо в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и/или повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника.

Пробиотические микроорганизмы могут попасть в организм следующими путями:

· с лекарственными препаратами, в состав которых входят штаммы живых микроорганизмов, с четким показанием к применению;

· с биологически активными добавками к пище (комплексными препаратами на основе живых микроорганизмов, изготовленными на фармацевтических предприятиях, которые используют в качестве биологически активной добавки к пище, и, как правило, распространяют через аптечную сеть);

· с пищевыми продуктами, которые ими обогащены или получены биотехнологическим способом с применением пробиотиков в качестве заквасочных культур.

Пробиотики могут содержать как один вид микроорганизмов (монопробиотики), так и ассоциацию штаммов нескольких видов микроорганизмов, от 2 до 30 (ассоциированные пробиотики). В данном случае это симбиотики.

Симбиотики - это комплексные препараты, в которых объединены пробиотические микроорганизмы одной или разных таксономических групп, отобранных по принципу наибольшей выживаемости в неблагоприятных условиях. По своим эффектам эти микроорганизмы дополняют друг друга.

Пробиотики могут назначаться широкому кругу живых организмов (человеку, животным, птицам, рыбам) вне зависимости от видовой принадлежности хозяина, от которого первоначально были выделены штаммы пробиотических бактерий (гетеропробиотики). Однако чаще всего пробиотики назначаются с вышеуказанной целью представителям того вида животных или человеку, из биоматериала которых были выделены соответствующие штаммы (гомопробиотики).

В последние годы в практику начинают внедряться аутопробиотики, действующим началом которых являются штаммы нормальной микрофлоры, взятые от конкретного индивидуума и предназначенные для коррекции его микроэкологии.

Препараты - пробиотики производят в различных лекарственных формах: сухой во флаконах и ампулах, в виде порошков, таблеток и медицинских свечей. Они содержат высокое количество жизнеспособных микроорганизмов в одной дозе, имеют длительные сроки хранения и могут доставляться в самые отдаленные районы нашей страны. Эти средства относятся к медицинским фармакопейным препаратам, что обуславливает их применение в основном в терапевтических целях (см. далее).

Для оздоровления широких слоев населения целесообразнее применять кисломолочные продукты, которые одновременно являются поставщиками питательных веществ и обладают пробиотическим эффектом.

Традиционные кисломолочные продукты, получаемые путём сквашивания молока с использованием различных видов молочнокислых бактерий, применяются людьми в течение тысячелетий. Рассматривая кисломолочные продукты с современных позиций, их несомненно можно отнести к продуктам, оказывающим пробиотическое действие на организм человека.

Великим русским ученым И.И. Мечниковым впервые высказана и научно обоснована мысль о возможности использования молочнокислых бактерий для борьбы с нежелательной микрофлорой желудочно-кишечного тракта человека. И.И. Мечников предложил использовать молочнокислые бактерии, способные приживаться в кишечнике. В литературе имеются многочисленные данные о положительном влиянии кисломолочных продуктов на организм человека.

Кисломолочные продукты способствуют более высокой усвояемости кальция; усиливают секрецию пищеварительных соков и желчеотделения; усиливают желудочную секрецию и выделение панкреатического сока; повышают выведение мочевины и других продуктов азотистого обмена; подавляют рост нежелательной микрофлоры за счет бактерицидного действия молочной кислоты и антибиотических веществ, продуцируемых некоторыми видами молочнокислых бактерий и бифидобактериями; благоприятно воздействуют на моторику кишечника; способствуют снижению сывороточного холестерина; тонизируют нервную систему. В последние годы установлено, что кисломолочные продукты с пробиотическими свойствами оказывают стимулирующее влияние на иммунитет.

Имеются сообщения и о способности кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами снижать риск возникновения злокачественных новообразований, в частности рака толстой кишки и грудной железы, выводить токсичные вещества из организма.

Главное назначение кисломолочных продуктов и препаратов с пробиотическими свойствами − это поддержание хорошего состояния здоровья у людей различных возрастных групп или животных.

Между состоянием здоровья человека, функционированием его иммунной системы и составом микрофлоры его желудочно- кишечного тракта существует тесная взаимосвязь. Нарушение состава микрофлоры в организме (дисбактериозы) может иметь тяжелые последствия. Сильные и длительно действующие неблагоприятные воздействия могут нарушить гомеостаз и привести к болезни или даже смерти организма.

По последним данным Российской АМН распространение различных форм дисбактериоза (нарушение состава полезной микрофлоры) в России достигло масштабов национальной катастрофы, затронув более 90 % населения. Возникновению дисбактериозов способствуют различные внешние факторы и заболевания, в том числе органов пищеварения. Считают, что нормобиоценоз кишечника − это сложнейшая экологическая система, которая является своеобразным органом иммунной системы человека.

Макроорганизм и кишечная микрофлора являются относительно стабильной экологической системой, равновесие которой, с одной стороны определяется физиологическими и иммунологическими особенностями макроорганизма, а с другой − видовым и количественным составом микробных ассоциаций и разнообразием их биохимической активности. При нормальном физиологическом состоянии взаимоотношения макроорганизма и микрофлоры носят симбиотический характер, и флора при этом оказывает существенное влияние на общий иммунитет и естественную резистентность хозяина к инфекциям, принимает активное участие в процессах пищеварения, синтеза различных биологически активных веществ. Со своей стороны макроорганизм оказывает регулирующее действие на состав кишечной микрофлоры посредством кислотности желудочного сока, перистальтики кишечника, желчных солей и других факторов. Стабильность микробных ассоциаций в организме имеет чрезвычайно важное значение для жизнедеятельности хозяина и является одним из показателей его здоровья.

Необходимо отметить, что организм человека обладает огромными резервами здоровья и часто эти резервы задействованы не в полной мере и поэтому существует возможность их мобилизации. Одним из факторов, способствующих активизации собственных сил организма, является симбионтная микрофлора и биологические активные соединения, которые она синтезирует.

Систематическое употребление кисломолочных продуктов и препаратов с пробиотическими свойствами, которые оказывают регулирующее действие на организм или те или органы и системы, обеспечивает оздоровительный эффект без применения лекарственных средств. Достоинством пробиотиков является их безвредность для организма, полное отсутствие побочных явлений и привыкания к ним при длительном потреблении.

Наиболее часто для изготовления препаратов используют следующие виды живых микроорганизмов:

− род Bifidobacterium: B.bifidum, B.adolescentis, B.breve, B.infantis, B.longum;

− род Lactococcus: Lac. lactis, Lac. сremoris;

− род Lactobaccilus: L.plantarum, L.acidophilus, L.casei, L.delbrueckii; L.reuteri; L.bulgaricus;

− род Propionibacterium: P.acnes; P.freudenreichii ;

− некоторые виды дрожжей: Saccharomyces cerevisiae.

Бифидобактерии

Бифидофлора составляет у детей 98 %, а у взрослых до 40-60 % кишечной микрофлоры. Морфологическибифидобактерии представляют собой грамположительные палочки. Палочки имеют утолщения на одном конце (булавы) или двух концах (гантели). Микроскопическая картина каждого вида бифидобактерий имеет особенности по размеру, форме и расположению клеток.

Физиологическим свойством бифидобактерий является их способность расти и развиваться при температуре 20-40 ºС, рН 5,5-8,0. Оптимальной зоной роста является температура 37-40 ºС и рН 6,0-7,0. При рН ниже 4,5 и выше 8,5 рост микроорганизмов прекращается.

Все виды бифидобактерий при первичном выделении являются строгими анаэробами. В присутствии углекислого газа они могут быть толерантными к кислороду. При лабораторном культивировании эти микроорганизмы приобретают способность развиваться в присутствии некоторого количества кислорода, а в высокопитательных средах - расти в полностью аэробных условиях.

В молоке бифидобактерии развиваются медленно, так как коровье молоко не является естественной средой их обитания. Одной из причин плохого роста бифидобактерий в молоке служит растворенный в нем кислород. У них не обнаружено казеолитической активности, т.е. они могут усваивать казеин только после частичного гидролиза. В результате расщепления казеина образуются полипептиды, гликопептиды, аминосахара, стимулирующие рост бифидобактерий. Другой причиной заторможенного роста бифидобактерий может быть и их низкая фосфатазная активность.

Для нормального роста и развития бифидобактерий большое значение имеет присутствие ростовых веществ. Рост бифидобактерий в коровьем молоке стимулируют экстракты дрожжей, гидролизованное молоко, а также увеличение соотношения белок: лактоза. Сильный стимулирующий эффект роста бифидобактерий получают при использовании гидролизатов казеина.

Растительными стимуляторами роста бифидобактерий в молоке являются обезжиренная соя, экстракт картофеля, тростниковый сахар, кукурузный экстракт, морковный сок. В качестве стимуляторов роста применяют также соли железа, сорбит, микроэлементы в виде сернокислой меди и лактата железа. Кроме того, используют витамины (пантотеновая кислота, биотин, рибофлавин).

Одним из способов активации роста бифидобактерий в молоке является получение мутантов этих микроорганизмов, способных расти без какой-либо защиты от кислорода.

Биологическая роль бифидобактерий заключается в их благоприятном влиянии на организм человека за счет ряда механизмов:

1. Бифидобактерии проявляют высокую антагонистическую активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Антагонистическое действие на патогенные микроорганизмы оказывают органические кислоты, антимикробные вещества, бактериоцины, продуцируемые микроорганизмами. Продуцирование органических кислот (молочной и уксусной в молярном соотношении 2:3) приводит к повышению кислотности и, как следствие, угнетению нежелательной микрофлоры. Среди антимикробных веществ большое значение имеет перекись водорода, которую продуцируют пробиотические микроорганизмы.

2. Бифидобактерии регулируют обменные процессы организма за счет продуцирования витаминов, в частности группы В, биотина (витамин Н), РР (ниацин), которые участвуют в обмене белков, углеводов, синтезе аминокислот.

3. Бифидобактерии способствуют более полному гидролизу белков, как растительных, так и животных. Благодаря этому повышается усвояемость пищи и снижается вероятность развития пищевой непереносимости из-за накопления в толстом кишечнике непереваренных белков.

4.Установлено, что эффективность бифидобактерий обусловлена способностью модулировать различные звенья иммунной системы (активировать выработку IgA (Иммуноглобулин A) в кишечнике, стимулировать фагоцитоз (Фагоцито́з (Фаго − пожирать и цитос − клетка) − процесс, при котором специальные клетки крови и тканей организма (фагоциты ) захватывают и переваривают возбудителей инфекционных заболеваний и отмершие клетки) и образование интерлейкинов (Интерлейкины − биологически активные вещества, секретируемые стволовыми кроветворными клетками и макрофагами; обладают иммунорегуляторными свойствами) , повышать выработку g-интерферона и синтез иммуноглобулина). Установлено, что бифидобактерии обеспечивают поступление незаменимых аминокислот в организм (например, триптофан), способны к антиканцерогенной и антимутагенной активности. Бифидобактерии уменьшают образование нитритов, крезола, индола, аммиака, обладающих канцерогенными свойствами.

Исследования по использованию бифидобактерий для молочных продуктов идут разными путями: выделяют новые штаммы бифидобактерий; получают кислородоустойчивые штаммы бифидобактерий, подбирают и разрабатывают специальные стимуляторы роста бифидобактерий в молоке; вносят фермент β-галактозидазу, расщепляющий лактозу; создают бактериальные концентраты, которыми можно обогащать уже готовые кисломолочные продукты. Большое распространение получило направление по использованию бифидобактерий в сочетании с молочнокислыми бактериями.

Молочнокислые микроорганизмы

Бактерии рода Lactobacillus (стрептобактерии) представляют собой палочки разной длины. Особенностью стрептобактерий является их высокая устойчивость к поваренной соли (6-10 %). Лактобациллы в большинстве способны расти при температуре 1 ºС и хорошо развиваются при 15 ºС. Основными свойствами являются кислото- и ароматобразующая способность, последняя проявляется в способности продуцировать ацетоин. Стрептобактерии обладают выраженной протеолитической активностью, благодаря развитому комплексу протеиназ и пептидаз, в отношении не только молочных, но и мышечных и соединительно-тканных белков.

Биологическая роль молочнокислых микроорганизмов заключается в том, что они обладают выраженной антагонистической активностью, то есть подавляют рост и размножение патогенных микроорганизмов.

Основными продуктами метаболизма гомо- и гетероферментативных лактобактерий являются молочная и уксусная кислоты, перекись водорода и двуокись углерода. Образование молочной и уксусной кислот снижает рН, образуя кислую реакцию в ЖКТ, которая препятствует размножению газообразующей, патогенной микрофлоры. Лактобактерии обеспечивают бактериоцидное и бактериостатическое действие, благодаря выработке бактериоцинов. С их помощью происходит угнетение роста клостридий, листерий, сальмонелл, шигелл, синегнойной палочки, стафилококков, вибрионов.

В организме человека они способствуют активации иммунной системы, участвуют в метаболизме белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, солей металлов, желчных кислот, в синтезе витаминов, гормонов, антибиотиков и других веществ. Лактобациллы усиливают физиологическую активность желудочно-кишечного тракта. Активно участвуют в метаболизме пищевых волокон, в разрушении избытка пищеварительных ферментов, а также в нейтрализации токсичных веществ, поступающих из вне или образующихся в результате искаженного метаболизма. Они являются источником различных биологически активных веществ, а именно витаминов группы В, фолиевой, никотиновой кислот, аминокислот, органических кислот.

Бактерии рода Lactococcus не являются типичными представителями микроорганизмов ЖКТ человека, тем не менее пробиотики на их основе толерантны к действию желчи и способны угнетать развитие патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Пропионовокислые бактерии (ПКБ) – мелкие палочки размером 0,5-0,8х1,0-1,5 мкм часто раздутые с одного конца и зауженные с другого, некоторые клетки кокковидной или V-образной формы; располагаются одиночно, парами или скоплениями. Спор не образуют, растут как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Непатогенны, обитают в рубце и кишечнике жвачных животных. По ряду свойств они близки к лактококкам и бифидобактериям. Выращивают ПКБ на различных питательных средах, содержащих кобальт.

ПКБ, развиваясь в молоке, сбраживают молочный сахар до пропионовой и уксусной кислот, а выделенные ими ферменты подвергают распаду белки до образования пептидов и аминокислот. Накопление в продукте летучих жирных кислот, свободных форм азота связывают с образованием специфического аромата, вкуса сыров и кисломолочных продуктов.

Доказано, что жидкие культуры пропионовокислых бактерий способны проявлять антиоксидантный эффект. ПКБ вырабатывают антиокислительные ферменты: каталазу, пероксидазу и супероксиддисмутазу. Из серосодержащих аминокислот пептидов молока ПКБ образуют диметилсульфид, обладающий антимутагенным действием (АНТИМУТАГЕНЫ - химические и физические факторы, понижающие частоту возникновения наследственных изменений организма – мутаций).

Отличительной особенностью ПКБявляется синтез кобаламинов (витамин В 12).

ПКБ стимулируют рост фекальных бифидобактерий и помогают в лечении бактериальных дисбактериозов. ПКБ продуцируют экзополисахариды (ЭПС) – высокомолекулярные углеводы, которые образуют в молоке вязкие сгустки. ЭПС-штаммы обладают повышенной устойчивостью к агрессивной среде ЖКТ благодаря наличию ЭПС-капсулы, которая служит связывающим звеном при их заселении и адгезии в кишечнике. Имеются данные, что количество синтезированных ЭПС зависит от вида культуры и свойств конкретного штамма, а также от условий культивирования.

С продукцией пропионовой и уксусной кислот, диацетила, пропионицинов (антибактериальные вещества) связаны антимикробные свойства ПКБ – подавление роста различных бацилл и микроскопических грибов; благодаря действию этих веществ, ПКБ выступают как натуральные биоконсерванты молочного белка, что позволяет применять данную микрофлору в пищевой промышленности с целью пролонгации сроков хранения продуктов питания.

Пробиотические свойства ПКБ характеризуются тем, что они не перевариваются в желудочно-кишечном тракте людей, устойчивы к действию желчных кислот, выдерживают низкую (рН 2,0 – 4,5) кислотность желудка, ингибируют активность β-глюкуронидазы, азаредуктазы и нитроредуктазы – ферментов, образуемых кишечной микрофлорой и вовлекаемых в образование мутагенов , канцерогенов и промоторов роста опухолей . ПКБ обладают мощными иммуномодулирующими свойства­ми, способны снижать геннотоксическое действие ряда химических соединений и УФ-лучей.

Польза и вред молочнокислых бактерий

Чаще всего когда мы представляем себе бактерии, в нашем сознании всплывают образы тысяч маленьких существ, которые способны наносить вред нашему здоровью. Но не все они могут навредить человеку. Существуют тысячи видов бактерий, приносящих пользу, благодаря которым человек может жить, к примеру молочнокислые бактерии. Они встречаются в пищеварительной системе человека и животных, используются в пищевой и фармацевтической отраслях, а также в сельском хозяйстве при производстве кормов для животных.

Использовать полезные свойства этих микроорганизмов человек стал еще несколько тысячелетий назад, когда никто и не подозревал о существовании такой формы жизни. В древности люди стали применять закваски для приготовления пищи, а также для придания продуктам определенных вкусовых качеств.

Ч то собой представляют лактобактерии?

Молочнокислые бактерии являются микроаэрофильными грамположительными организмами, которые способны провоцировать процессы брожения. Чаще всего эти микроорганизмы представлены палочками, реже встречаются организмы шаровидной формы (кокки).

Размножение лактобактерий происходит с помощью деления перегородкой. Размножаясь, они образуют цепочки. Наиболее благоприятные условия для их размножения создаются при температуре от +15°С до +30°С. При высоких температурах молочнокислые палочки погибают.

Молочнокислые бактерии в большинстве своем не являются аэробами, но могут существовать и при доступе кислорода, поэтому их принято считать аэротолерантными анаэробами. Аэробы – это организмы, которые могут существовать только при доступе молекулярного кислорода, а анаэробы, наоборот, существуют в среде без доступа воздуха.

При доступе кислорода тип дыхания молочнокислых палочек не изменяется, и они могут стать аэробами. Именно тем, что молочнокислые палочки не относятся к аэробам, хотя и при доступе кислорода не погибают, обусловлена их способность к выживанию в различных условиях.

Для получения энергии лактобактерии используют молочнокислое брожение, при котором, в отличие от маслянокислого, вырабатывается молочная кислота. При молочнокислом брожении, как и при маслянокислом, происходит процесс сбраживания углеводов, но в данных процессах участвуют различные виды микроорганизмов.

Форма колоний

Рост культур большинства молочнокислых бактерий возможен на молоке, а также питательных средах различной консистенции с добавлением питательных веществ, получаемых из молока. Они не способны размножаться в обычной питательной среде. Для их развития необходима питательная среда с добавлением белков мяса, казеина, муки и различных аминокислот.

Различные виды бактерий молочнокислого брожения способны при попадании в питательную среду образовывать колонии различных форм. Молочнокислые стрептококки, попадая в богатую витаминами питательную среду, на ее поверхности создают мелкие росинчатые колонии, а в толще питательной среды они способны образовывать мелкие колонии в форме лодочек. При добавлении в питательную среду цистеина, который обладает восстанавливающими свойствами, молочнокислые стрептококки способны образовывать шероховатые поверхностные колонии. Исключением являются молочные стрептококки Lac. Diacetilactis, которые в питательной среде образуют глубинные колонии в виде мелких комочков ваты или паучков. Помимо этого, отдельные виды стрептококков способны образовывать звездчатые и слизистые колонии.

Лактобактерии в производстве

Молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту и участвуют в процессе брожения. В пищевой промышленности они используются в:

• производстве молочных продуктов;
• консервировании (к примеру, квашение капусты);
• хлебопечении;
• производстве кваса.

На сегодняшний день в магазинах можно купить самые разнообразные виды продуктов на основе культур молочнокислых бактерий: йогурт, сметану, кефир, творог, сыр и др. Молочнокислые бактерии, которые размножаются в молоке, придают ему кисловатый привкус. Для того чтобы получить дополнительные вкусовые качества или ароматы, необходимо, чтобы лактобактерии взаимодействовали с другими микроорганизмами или органическими продуктами других штаммов лактобактерий. К примеру, в производстве йогурта используют комплекс бактерий Lactobacillus Bulgaricus и Streptococcus Thermophilus, при этом каждый из этих штаммов провоцирует рост другого. Молочнокислые палочки, которые используются в производстве йогурта, превращают продукт в пробиотик. Пробиотик – это продукт, в котором присутствуют бактерии молочнокислого брожения. Такие продукты используются для нормализации микрофлоры кишечника, помогая бактериям кишечника переваривать пищу.

Также молочнокислые бактерии используются при производстве кваса. При изготовлении кваса применяются два вида микроорганизмов: квасные дрожжи (Saccharomyces minor) и бактерии молочнокислого брожения (Lactobasillus fermenti). Квасные дрожжи запускают процесс спиртового брожения, а лактобактерии – молочнокислого. В пищевой промышленности для производства кваса используют уже готовую закваску, которая содержит оптимальное соотношение указанных микроорганизмов, при котором квас приобретает необходимые вкусовые и ароматические качества.

Всем известный кисломолочный напиток кефир является уникальным продуктом, который положительно влияет на здоровье человека. Этот продукт можно получить благодаря одновременному спиртовому и молочнокислому брожению. Готовый продукт содержит молочную кислоту, углекислый газ и незначительное количество спирта. Благодаря процессам молочнокислого и спиртового брожения в кефире увеличивается количество витаминов. Комплекс микроорганизмов, которые находятся в кефире, положительно влияет на иммунную систему человека, а также помогает организму накапливать питательные вещества.

Все кисломолочные продукты производятся с использованием сухого или жидкого концентрата молочнокислых бактерий. Для приготовления сухого концентрата чаще всего используют концентраты мезофильных молочнокислых бактерий.

Лактобактерии и человек

Еще совсем недавно никто и представить не мог, что молочнокислые палочки приносят огромную пользу человеческому организму, без них существование человека и животных было бы невозможным. Их можно встретить на всем протяжении пищеварительного тракта, где они участвуют в процессе переваривания пищи. Эти организмы не относятся к аэробам, поэтому способны хорошо выживать в условиях кишечника без доступа кислорода.

Настоящими защитниками человеческого здоровья являются бактерии рода Lactobacillus. Эти бактерии способны не только поддерживать здоровье человека, но и противостоять инфекциям, предотвращая развитие различных заболеваний. Неправильное питание и бесконтрольный прием антибиотиков приводят к снижению количества лактобактерий в организме, что, в свою очередь, приводит к снижению иммунитета. Чтобы вернуть микрофлору кишечника в нормальное состояние, необходимо употреблять в пищу продукты, которые в своем составе содержат лактобактерии (кефир, йогурт и др.). Еще одним преимуществом продуктов-пробиотиков является то, что они не способны вызывать аллергическую реакцию.

Влияние лактобактерий на здоровье детей

Молочнокислые бактерии, попадая в организм, прикрепляются к стенкам кишечника и образуют мелкие колонии. Однако такая колонизация временная, поэтому употреблять пробиотики для сохранения нормальной микрофлоры необходимо регулярно. Колонии молочнокислых бактерий не позволяют патогенным организмам размножаться в кишечнике, а также защищают организм от попадания кишечных бактерий в кровоток.

При нарушении микрофлоры кишечника, а также на фоне приема антибиотиков у детей может развиваться кандидоз (молочница). Это заболевание чаще всего встречается у новорожденных и детей, которые находятся на грудном вскармливании. Для борьбы с кандидозом назначаются противогрибковые препараты в комплексе с продуктами-пробиотиками.

Исследования показывают, что у детей, которые регулярно употребляли в пищу продукты с Lactobacillus GG, реже развивается кариес. Помимо этого, употребление в пищу таких продуктов оказывает положительное влияние на иммунную систему ребенка.

Научно доказан тот факт, что у грудничков, чьи матери во время беременности и грудного вскармливания употребляли пробиотики, атопические заболевания встречаются значительно реже, чем у тех детей, чьи мамы употребляли мало продуктов с Lactobacillus GG либо не употребляли их вовсе.

Лактобактерии в фармацевтической промышленности

Наука не перестает изучать мир бактерий, постоянно открывая новые их виды, а также новые свойства уже известных видов. Многие из открытых свойств пока еще не получили научного подтверждения, поэтому данный вид научных исследований является довольно перспективным. К примеру, недавно выяснилось, что лактобактерии помогают пациентам с непереносимостью лактозы снизить симптомы заболевания.

В фармацевтике для производства препаратов чаще всего используют бактерии рода Lactobacillus. К примеру, такой вид, как Lactobacillus Rhamnosus, успешно применяется для изготовления лекарств от диареи. Последние научные открытия позволяют говорить о том, что лактобактерии способны предотвратить появление онкологических заболеваний.

Ацидофильные бактерии способны самостоятельно вырабатывать антибиотики, которые уничтожают дизентерийные бактерии, стафилококки, кишечную палочку и сальмонеллы, а также влияют на метаболизм, что положительно сказывается на здоровье человека. Образуя в кишечнике свои колонии, эти микроорганизмы предотвращают процессы брожения и гниения. Помимо этого, ацидофильная палочка повышает способность организма усваивать молочный белок, что способствует всасыванию кальция.

Как правило, для производства лекарственных препаратов для нормализации кишечной микрофлоры используют комплексы молочнокислых бактерий. Для того чтобы их свойства сохранялись в препаратах длительное время, в фармацевтике используют лиофилизированные лактобактерии. В процессе лиофилизации молочнокислые бактерии предварительно замораживают, а затем высушивают в вакууме.

Лиофилизированные микроорганизмы малочувствительны к изменению температуры хранения и способны легко возвращаться в свое первоначальное состояние при добавлении воды либо других растворителей. Поэтому лиофилизат бактерий обязательно хранят в герметичных ампулах или флаконах для того, чтобы исключить их контакт с влагой.

К примеру, лиофилизат молочнокислых бактерий, которые устойчивы к антибиотикам, широко используется для производства медицинских препаратов, регулирующих равновесие кишечной микрофлоры человека даже во время приема антибиотиков. Поэтому чаще всего такие препараты назначаются пациентам в комплексе с антибиотиками при лечении бактериальных инфекций, чтобы поддерживать микрофлору кишечника в нормальном состоянии.

На сегодняшний день молочнокислые бактерии можно с уверенностью считать надеждой мировой медицины. Возможно, уже через несколько лет благодаря лактобактериям медицина победит в борьбе со многими серьезными заболеваниями.

Не все бактерии полезны

Несмотря на множество положительных свойств, которыми обладает большинство видов молочнокислых палочек, среди них существуют и те, что способны нанести вред человеку или же вызвать порчу продуктов. Не так давно за рубежом ученые заявили о том, что некоторые из молочнокислых бактерий, к примеру спорообразующие бактерии B. antracis и B. Cereus, являются небезопасными для человека.

Еще одним из видов, которые способны вызвать порчу продуктов, являются Micrococcaceae. Эти организмы – аэробы, но среди них могут встречаться и факультативные анаэробы. Попав на продукты, они могут стать причиной их порчи: пятна на поверхности сыра, прогорклый вкус сливочного масла, загустевание и горький вкус молока. Размножаясь в благоприятной среде, они способны образовывать круглые колонии средней величины.

Патогенные организмы вида Staphylococcus aureus в отличие от Micrococcaceae в большинстве своем не строгие аэробы. Они могут развиваться в среде с доступом кислорода и существовать как аэробы, хотя при попадании в среду без воздуха способны менять тип дыхания на анаэробный. Эти организмы могут стать причиной тяжелых отравлений и способны нанести серьезный вред здоровью человека и животных.

Вызвать порчу молочных продуктов могут не только бактерии молочнокислого брожения, но и маслянокислые, которые также не относятся к аэробам. В процессе маслянокислого брожения молочные продукты приобретают неприятный вкус и запах.

Comments are now closed for this entry

Источники микрофлоры в молоке. В молоке всегда содержится незначительное количество микробов-сапрофитов. Уровень гигиены производства молока, чистота доильных установок, условия его хранения, транспортировка отражают количественное и качественное содержание в нем микроорганизмов. При хороших зоогигиенических условиях на ферме в молоко попадает не более 70—350 микроорганизмов на 1 мл.

Основными источниками микрофлоры молока являются сами животные, помещения, воздух, корма, плохо промытые доильные установки, цистерны, молокопроводы, а также средства доставки его.

Микроорганизмы, обнаруживаемые в молоке, представлены многочисленными группами: стрептококки серологических групп N и D; молочнокислые палочки (Lactobacterium bulgaricum, Bacterium acidophilum); психротрофные микробы (микробы, характеризующие качество мойки), к которым относятся представители родов Pseudomonas, Alcaligens, Achromobacter, Flavobacterium.

При негигиеническом получении молока в нем присутствуют коли-формы, микрококки, коринебактерии, микобактерии, пропионово-кислые бактерии, дрожжи, плесневые грибы, спорообразующие бактерии (бациллы), анаэробы (клостридии). В молоке могут быть и патогенные микроорганизмы: возбудители туберкулеза, бруцеллеза, риккетсиозов и др.

После получения молока размножение микроорганизмов нередко временно приостанавливается. Это состояние, длительность и интенсивность которого зависит от различных факторов, называют бактерицидной фазой. Она обусловлена наличием в молоке молочных ингибиторов: лактоферрина, лизоцима, иммуноглобулина, системой лактопероксидазатиоцианат — пероксид водорода и фазой приспособления к молоку попавших в него микроорганизмов.

Охлаждение молока значительно ограничивает рост, следовательно, и размножение микробов.

Нормальная и анормальная микрофлора молока. Качественный состав микрофлоры молока в момент его получения из вымени представлен, как правило, молочнокислыми стрептококками и лактобактериями. В процессе жизнедеятельности они сбраживают молочный сахар, образуя в качестве основного продукта брожения молочную кислоту. Иногда при этом образуется ряд побочных продуктов брожения: углекислый газ, ароматические вещества (диацетил) и летучие кислоты (уксусная, пропионовая, муравьиная, янтарная).

Среди молочнокислых стрептококков заслуживают внимания лишь те, основным продуктом брожения которых является молочная кислота. Это типичный молочнокислый стрептококк Streptococcus lactis, а также Sir. cremoris, Str. citrovorum, Sir. paracitrovormn, используемые для изготовления сливок, масла и сыра соответствующих сортов. Оптимальная температура развития стрептококков 30—32 °С, предел кислотообразования в молоке 120° по Тернеру.

К кисломолочным стрептококкам относят термофильный стрептококк Sir. terraophiius, оптимальная температура его развития около 45 "С. При сбраживании молочного сахара образуются молочная кислота и небольшое количество ароматических веществ. Термофильный стрептококк применяют при производстве заквасок для ряженки, йогурта, швейцарского сыра.

Пастеризация. Это тепловая обработка молока в пастеризаторах при температуре ниже 100 С. Цель ее — уничтожить большую часть микробов за исключением термостойких, прежде всего, спор, при условии сохранения свойств, присущих свежему молоку. При этом должна быть гарантия полного уничтожения патогенных микробов. Па молочных фермах и молочных заводах СССР применяют длительную пастеризацию (30 мин при 65 °С), кратковременную (20 с при 75 °С) и моментальную (2 с при 90 °С). Степень уничтожения микроорганизмов в процессе пастеризации зависит от исходного количества и преобладающего вида микробов, температуры, продолжительности нагревания, надежности действия пастеризатора, предварительной очистки молока от посторонних включений (хлопья белка, частицы корма, шерсти, навоза).

Пороки молока и молочных продуктов. Гнилостные микробы, размножаясь в молоке и молочных продуктах, расщепляют белки, что сопровождается появлением неприятных вкуса и запаха. Молоко приобретает горький вкус, издает неприятный затхлый запах и не может быть использовано в пищу ни человеку, ни животным.

Гнилостные микробы представлены споровыми (сенная, картофельная бациллы) и неспоровыми (бактерия гниения, протей) бактериями, а также микрококками и отдельными видами молочнокислых бактерий, обладающих протеолитической активностью. К последним относятся энтерококки (стрептококки кишечного происхождения), в частности маммококки, обладающие способностью не только сбраживать молочный сахар, но и расщеплять белки молока, придавая при этом продукту горький вкус.

Флюоресцирующие и липолитические бактерии обусловливают расщепление молочного жира с образованием промежуточных продуктов (масляная кислота, альдегиды, эфиры), что придает молоку прогорклый вкус.

Мыльно-молочные бактерии, попадающие в молоко из кормов, образуют щелочи, омыляющие молочный жир. Молоко не скисает, не свертывается и приобретает мыльный вкус.

Молочный лейконосток (Leuconostoc lactis), имея слизистую капсулу, размножаясь в молоке, делает его тягучим, слизистым. Реакция такого молока щелочная, поэтому оно не свертывается. К такому же пороку молоко могут приводить молочные стрептококки, продуцирующие слизь, но молоко при этом прокисает и свертывается.

Гнилостные, маслянокислые бактерии, а также дрожжи в теплое время года, интенсивно развиваясь и выделяя значительное количество газа, обусловливают брожение молока. Этот порок получил название «бродящее молоко».

При повышенной кислотности, обусловленной маммококками и микрококками, вырабатывающими протеолитические ферменты типа химозина, тепловая обработка молока приводит к преждевременному свертыванию его.

При поедании коровами большого количества зеленого, легко-бродящего корма, а также при развитии в молоке бактерий группы кишечной палочки и флюоресцирующих бактерий молоко приобретает травяные запах и вкус. Размножение в молоке пигментоб-разующих бактерий придает ему различную окраску (красную, синюю, желтую, зеленую).

Микробиология кисломолочных продуктов и применение их в животноводстве. Кисломолочные продукты разделяют на продукты молочнокислого брожения (простокваша, ацидофилин, варенец) и продукты смешанного брожения — молочнокислого и спиртового (кефир, кумыс, айран). В первом случае бактерии расщепляют молочный сахар с образованием преимущественно молочной кислоты. Во втором — наряду с молочной кислотой из лактозы образуется также спирт, углекислый газ, летучие кислоты. При любом виде брожения идет коагуляция белка, расщепление до пептонов и даже аминокислот, что значительно повышает его усвояемость в организме. Одновременно накапливаются витамины групп В и РР, а также антибиотические вещества.

Реферат

Молочнокислые стрептококки

1. Общие понятия о молочнокислых бактериях

Молочнокислые бактерии, микробы, вызывающие в молоке (молочных продуктах) молочнокислое брожение, выражающееся в сбраживании молочного сахара в молочную кислоту; вследствие образования кислоты происходит свертывание молока. К Молочнокислым бактериям относятся палочки и кокки. Первые принадлежат к ацидофильным бацилам и обладают их свойствами; по классификации Лемана и Неймана палочки вместе с другими ацидофильными бацилами образуют группу «Plocamobacteria», а по Гейму и Шлирфу (Heim, Schlirf) - группу ацидобактерий. По американской классификации (Bergey) все Молочнокислые бацилы образуют особый вид-Lactobacil-laceae. Важнейшими представителями группы являются Вас. bul-garicus, Вас. caucasicus и другие. Мечниковым Вас. bulgaricus предложен для замещения «дикой» флоры кишечника у человека; Bact. mazun, 2,7-21 м в длину и 1 - 1,1 м в ширину, неподвижная, Грам-положительная палочка; не растет на обыкновенных питательных средах; на агаре с молочной сывороткой образует колонии с неровным краем и волосовидными отпрысками в окружающую среду. Содержится в мацуне, молочном продукте, изготовляемом в Армении. Повидимому идентична с LactobaC. caucasicus.-L actobac. lactis acidi Leichmann. Кроме перчисленных к молочнокислым бактериям относятся Lactobacillus Boas-Op р 1 е г i, встречающийся в желудочном содержимом, главным образом при раке желудка; Lactobacillus helvetieus (син. Вас. caseiFreudenreich"a), выделенный из кислого молока и сыров; Lactobacillus bu-sae asiaticus (Bact. busae asiaticae Tschekan), выделенный из бузы, и друг. - Микробом, всего чаще вызывающим скисание молока на холоду, является Streptococcus acidi lactici (Grotenfeldt) или по американской классификации-Streptococcus lacticus (Lister) Lonis. Для получения наилучшего роста всех видов молочнокислых микробов Омелянский рекомендует агар Коанди (Kohendy): 1 л молока кипятят 5 минут, добавляют 1,5 см3 соляной кислоты и фильтруют через холст. Полученную сыворотку слегка подщелачивают и на 1 л прибавляют 300 смг воды, 3 г желатины, 15 г. пептона и 20 гагара. Смесь прогревают в автоклаве, фильтруют и стерилизуют. Молочнокислые бактерии имеют большое значение в молочном хозяйстве, так как они участвуют в образовании различных молочнокислых продуктов (простокваша, лактобацилии, сметана, творог, сыры, кефир, кумыс, и др.).

В природе молочнокислые бактерии встречаются на поверхности растений (например, на листьях, фруктах, овощах, зёрнах), в молоке, наружных и внутренних эпителиальных покровах человека, животных, птиц, рыб (например, в кишечнике, влагалище, на коже, во рту, носу и глазах). Таким образом, помимо своей роли в производстве пищи и кормов, молочнокислые бактерии играют важную роль в живой природе, сельском хозяйстве и нормальной жизнедеятельности человека. Влияние ускоренной индустриализации производства молочнокислых бактерий, основанной на небольшом числе адаптированных для заводов штаммов, но природное разнообразие этих бактерий и здоровье человека пока остаётся не изученным.

Наши знания в микробиологии, генетике и биологии плазмид молочнокислых бактерий быстро идет вперед. Исследования распутывают молекулярные механизмы передачи генов, контроля и экспрессии.

Lactococcus lactis и Lactococcus cremoris прежде всего молочнокислые бактерии рода Streptococcus . Эти организмы развиваются естественно в молоке и были среди первых родов молочнокислых бактерий, изученными микробиологами. Они способны обладать N антигенной структурой в клеточной стенке.

Их роль в молочнокислом брожении и полезность как культуры стартера возобновила интерес в микробиологии и генетике, особенно с новейшей разработкой переноса гена и систем клонирования. Эти открытия дают возможность направлять генетические усовершенствования существующих культур стартера, используемых в молочной промышленности. Этот подход комплектует классические программы усовершенствования культур для того, чтобы увеличить невосприимчивость к бактериофагу, установить надежность и активность культуры при устранении нежелательных свойств. Использование микроорганизмов продовольственных сортов как основных бактерий для создания генетически проектируемых белков обеспечивает дополнительный стимул для более детального генетического анализа.

2. Классификация

Бактерии молочнокислые, группа микроорганизмов, сбраживающих углеводы с образованием главным образом молочной кислоты.

Классификация молочнокислых бактерий разработана недостаточно. Признаки бактерий могут значительно варьировать, что создает трудности при их классификации. В зависимости от характера образующихся продуктов при сбраживании гексоз бактерии молочнокислые делятся на гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии при брожении сахаров образуют в основном молочную кислоту и незначительные количества фумаровой и янтарной, летучих кислот, этилового спирта и диоксида углерода; гетероферментативные - наряду с молочной кислотой образуют значительно большие количества уксусной кислоты, этилового спирта, углекислого газа и др. продуктов, используя на это 50% сахаров. Наиболее часто при классификации принимают во внимание форму клеток при условии, что культуры изучаются в определенном возрасте и среде. В основе деления на виды лежат также признаки сбраживания углеводов, потребности в источниках питания, учитывается оптическое вращение молочной кислоты. Первую научную классификацию молочнокислых бактерий разработал голландский ученый Орла-Иенсен в 1919. Бактерии молочнокислые объединены в семейство Lactobacillaceae, которое делится на подсемейство Lactobacilleae (род Lactobacillus) и Streptococceae (роды Streptococcus, Pediococcus, Leuconostoc). В виноделии широко распространены бактерии молочнокислые, относящиеся к 3 родам: Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc.

Молочнокислые бактерии, попадая в желудок и кишечник, становятся составной частью микрофлоры слизистой. Особенно это касается бифидобактерий. Одни бактерии производят ферменты, которые расщепляют белки на простые соединения, способствуя лучшему усвоению пищи. Другие вырабатывают антибиотики, что придает кисломолочному продукту лечебно-профилактические свойства.
Бактериальные культуры бывают термофильные (теплолюбивые) и мезофильные (холодолюбивые). Термофильные бактерии более активны, чем мезофильные. Названия молочнокислых продуктов, содержащих живые бактерии, обычно имеют приставки «био-», «ацидо-», «бифидо-», «лакто-». Разные бактерии оказывают различное влияние на организм. Недавние таксономические исследования пересмотрели разновидности в пределах рода Streptococcus и ввели изменения, затрагивающие мезофильные молочные культуры стартера. Из-за общих черт между S. lactis и S.cremoris , 9-ый выпуск Руководства Берги Систематической Бактериологии (том 2) сгруппировал S. lactis , S. diacetylactis , и S. cremoris в одну разновидность (род): S. lactis . Гарви и Ферроу предложили обозначить подразновидности S. lactis, S. diacetylactis, и S. lactis cremoris.

Однако, в 1985 Шлейфер и др. предложили, чтобы молочные стрептококки были классифицированы в пределах нового рода, Lactococcus , основанного на исследованиях гибридизации нуклеиновой кислоты, в иммунологическом отношении супероксиддисмутазы, липотейхоевых кислотных структур, образцов липида, жирной кислоты и менохинонного состава. Род Lactococcus был одобрен Международным Союзом Микробиологических Обществ в 1986. Теперь по новой номенклатуре S. Lactis , S. Diacetylactis, S. cremoris обозначается как Lactococcus lactis , Lactococcus lactis diacetylactis и Lactococcus lactis cremoris.

Сендин предложил, чтобы один из родов Lactococcus lactis , который использует цитрат для того чтобы получить диацетил, был назван Lactococcus lactis diacetylous . Так как молочнокислые лактобактерии так широко используемы в молочной промышленности, предложенная терминология является весьма выгодной.

. Морфология

По форме клеток бактерии молочнокислые делятся на кокковые и палочковидные. Диаметр кокковых форм от 0,5-0,6 до 1 мкм; они располагаются единично, парами или в виде цепочек различной длины. Палочковидные бактерии разнообразны по форме - от коротких коккообразных до длинных нитевидных различной длины (от 0,7-1,1 до 3,0 - 8,0 мкм), расположенных единично или цепочками (см. рис). На форму клеток значительно влияет 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 В12 под действием ионизирующих излучений. Бактерии молочнокислые, встречающиеся в виноделии, в основном неподвижны, не образуют спор, пигмента, положительно окрашиваются по Граму, не восстанавливают нитраты в нитриты, характеризуются неактивной каталазой. Клеточные стенки представлют собой гомогенный электронно-плотный слой толщиной 15-60 мкм. Цитоплазматическая мембрана может быть двух- или трехслойной толщиной 75-85 А. В цитоплазме клеток бактерий молочнокислых обнаружены рибосомы диаметром около 150 А, область ядерного материала(нуклеоид), который состоит из тонких плотных нитей шириной 20-25 А, отождествляемых с дезоксирибонуклеиновой кислотой.

4. Особенности генома молочнокислых бактерий, их историческая перспектива

Наблюдения бактериологов, начатые с 1930-ых годов, были основой текущих событий в микробиологии и генетике молочнокислых бактерий.

При изолировании некоторых штаммов L. Lactis были отмечены неустойчивость и необратимая потеря свойства расщеплять лактозу (Lac), а также свойства протеиназной (Про) активности.

Позже, в 1950-ых годах, Kнетмен и Сворфлинг описали неустойчивость к использованию цитрата. Механизмы необратимой потери этих важных молочнокислых свойств были, в то время, неизвестны и ждали будущего разъяснения.

Об Исследовании, в котором описывались первые системы переноса гена, сообщали ещё в 1962. Мойлер-Мэдсен и Дженсон преобразовали (трансформировали) L. lactis к способности использовать цитрат и производить аромат солода, тогда как Сендин и др. использовали вирулентные бактериофаги, чтобы получить устойчивость стрептомицина к L. lactis C2 а также независимость триптофана от L. lactis 18-16. Это нужно было для того, чтобы генетический обмен играл существенную роль в изменении культуры стартера, однако необратимую потерю метаболических свойств не могли объяснить ещё 10 лет.

Ведущие генетические исследования были начаты вначале 1970-ых Маккеем и сотрудниками Университета Миннесоты. После наблюдений Mаккея и др., что лактобактерии были легко утеряны после того, как их клетки были обработаны акрифлавином, широко используемым мутагеном и плазмид-лечащим веществом, в 1972 выдвинули гипотезу, что неустойчивые соединения были закодированы плазмидами ДНК.В 1974 году было зарегистрировано присутствие плазмид в лактобактериях, что и дало начало новой эре исследования этих организмов.

Последующие исследования ясно установили распространенность и важность плазмид лактобактерий в молочнокислом брожении. Теперь известно, что плазмиды кодируют множество свойств, включая расщепление углеводов (лактозу, галактозу, глюкозу, сахарозу, маннозу и ксилозу); протеиназной активности; использование цитрата; системы ограничения и модификации, адсорбции фага, сопротивление к фаговой инфекции и другие защитные механизмы против бактериофагов; резистентность к ультрафиолетовому излучению; действие антигенов клеточных стенок; продукция низина и его устойчивость; продукция бактериоцина и устойчивость; продукция диплококков и иммунитет против них; а также вязкость.

Усовершенствованные методы анализа плазмид продвинули также исследование плазмид лактобактерий. Ранее при исследовании плазмид использовали электронную микроскопию, отнимающую много времени и утомительной техникой, чтобы охарактеризовать массу и число плазмид в специфическом состоянии. В 1978 Клейнхеймер и др. разработали быстрый способ для вырезания плазмид молочнокислых бактерий и использовали электрофорез в агаризованном геле для визуализации плазмид, таким образом, способствуя тем самым их быстрому и удобному анализу. В последние годы появилось немало других процедур выделения плазмид (особенно крупных), распространенных в лактобактериях, которые сделали анализ гораздо проще.

В конце 1970-ых и вначале 1980-ых были разработаны и уже эксплуатировались системы переноса генов, в то время как микробиологические, физиологические и технологические исследования этих организмов ещё продолжались.

Трансдукция играла важную роль в ранних генетических исследованиях и может иметь большое значение в изучении хромосомных генов. Трансдукция плазмид-кодированных лактобактерий с помощью умеренных бактериофагов от L. lactis была первоначально описана Маккеем и др. в 1973. Во время трансдукции плазмид-кодированных лактобактерий или протеиназного действия, происходят сокращения Lac/Prt плазмиды, наблюдаемые в плазмидах. Причины, приводящие к трансдуцирующему сокращению у Lac/Prt плазмид L. lactis , были определены Гэссоном. Обширные ограничения и анализ исключения показали, что трансдуцирующее сокращение Lac/Prt плазмид были вызваны определенными случаями удаления.

В 1979 Гессон и Девис, а также Kемплетон и Mаккей сообщили о процессе конъюгации лактобактерий. Вскоре высокочастотные конъюгационные системы передачи у L. Lactis 712 и L. lactis ML3, связанные с уникальным комплексированием клетки, наблюдались Крейсоном, Уолтом и Mаккеем. Во время коньюгационной передачи плазмид лактобактерий, наблюдались слияние репликонов и образование субъединиц. В 1984 Андерсен и Mаккей установили, что субъединицы были сформированы от слияния двух плазмид, и что они чаще подвергаются к более высокой частоте слияния во вторичной конъюгации. Предполагали, что есть посредник при слиянии.Кроме того, обратимая область была ответственна за экспрессию (выражение) генов, управляющих скоплением клеток.

В 1987, Ползин и Симидзу-Kадота выделили и охарактеризовали вставки последовательностей, участвующих в конъюгативном формировании ML3. Плазмида лактотобактерии в ML3 содержала две копии вставок последовательности, 1SS1S, которые были подобны последовательностям 1S26 грамотрицательных бактерий. У L. lactis 712, хромосомально определили расположение полового фактора, которые вместо плазмид были ответственны за высокочастотный коньюгационный перенос у лактобактерий.

В 1980 Гейссон разрабатывал методы для формирования и восстановления протопластов, а также использования протопластов для того, чтобы успешно перекомбинировать и передавать гены путем слияния протопластов. После этого в 1982 Гeйс, Koндo и Маккей успешно использовали протопласты для полиэтилен-индуцированной трансфекции и соответственно трансдукции. В 1986 году была проведена электропорация всех клеток, а также в 1887 году Сандерсом и Никлсоном описано полиэтилен гликоль-инддуцированная трансформация всех клеток. Трансформация и развитие эффективных методов электропорации были пересмотрены позже.

Разработка эффективных систем передачи генов, особенно коньюгации и трансформации, распространения плазмид среди лактобактерий обеспечило генетическое свидетельство о редактировании различных фенотипических свойств к дискретным плазмидам. Передача желательных генов хозяевам, испытывающим недостаток в них, также проявляет к себе коммерческим интерес.

Трансформация также сыграла ключевую роль в развитии методологии клонирования генов и молекулярных исследований экспрессии генов. Применялись две стратегии клонирования: клонирование непосредственно в лактобактериях и с помощью векторов шатла для клонирования гетерогенных хозяев таких как, Sanguis Streptococcus , Bacillus subtilis и Escherichia сoli .

Молекулярные исследования проводили с помощью генетических инструментов, которые теперь стали доступными. Де Вос, ван дер Воссен и др. установили, что организация последовательности рибосомных участков, промотор, а также терминационные последовательности некоторых генов лактобактерий подобны другим грамположительным бактериям. Кроме того, Кок и др. установили, что сигнал последовательности протеиназ L. cremoris Wg2 были подобны протеазам серина семейства subtilisin .

и 1980 гг. были связаны с развитием и назреванием этапов генетики лактобактерий. Применение генетических инструментальных средств разъяснило много интересных аспектов об этих организмах.

5. Размножение

Бактерии молочнокислые размножаются путем деления клеток, иногда перешнуровывания. Описан процесс размножения некоторых бактерий молочнокислых с помощью гонидий, при котором на концах палочек образуются зернышки (гонидии), увеличивающиеся в размерах, вытягивающиеся и превращающиеся в палочки, а также образование у бактерий молочнокислых фильтрующихся форм. Японскими исследователями доказано наличие у бактерий молочнокислых процесса спорообразования.

. Рост и развитие

На рост и развитие бактерий молочнокислых влияют различные факторы.

Углеродное питание . Наиболее важными источниками энергии для бактерий молочнокислых являются моно и дисахариды (глюкоза, лактоза, сахароза, мальтоза), а также органических кислоты (лимонная, яблочная, пировиноградная, фумаровая, уксусная и муравьиная) в концентрации 30 - 50 мкг/мл. Из жирных кислот рост бактерий молочнокислых стимулируют олеиновая, линолевая, а также линоленовая. При отсутствии сбраживаемых углеродсодержащих субстратов бактерий молочнокислых могут использовать аминокислоты в качестве источника энергии. Некоторые штаммы сбраживают полисахариды.

Азотное питание . Значительное число бактерий молочнокислых не способно синтезировать органических формы азота и поэтому нуждаются для своего роста в присутствии их в среде; только некоторые из бактерий молочнокислых используют минеральные соединения азота для синтеза ряда органических соединений. Для удовлетворительного роста бактерий молочнокислых необходим ряд аминокислот: аргинин, цистеин, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин.

Витамины . Все виды палочковидных бактерий нуждаются в пантотеновой кислоте, биотине, никотиновой кислоте, а гетероферментативные - еще и в тиамине. Потребности в пуриновых основаниях и тиамине связаны с потребностями в аминобензойной или фолиевой кислотах.

Неорганические соединения . Для роста и развития бактерии молочнокислые нуждаются в соединениях меди, железа, натрия, калия, фосфора, йода, серы, магния и особенно марганца.

Спирты . Бактерии молочнокислые устойчивы к действию повышенных концентраций спирта. Приспособленность к развитию при высоких концентрациях спирта является характерным свойством, широко присущим как гетероферментативным, так и гомоферментативным бактериям. Штаммы бактерий молочнокислых, обладающие высокой энергией кислотообразования, характеризуются и максимальной устойчивостью к спирту. Наиболее быстро в средах с высоким содержанием спирта размножаются молодые культуры. С возрастом скорость размножения их в этих средах закономерно снижается. Чем больше спирта содержит среда, тем медленнее протекает размножение. Угнетающее действие высоких концентраций спирта на бактерии молочнокислые более остро сказывается при высоких температурax. На неполноценных питательных средах, на которых развитие бактерий молочнокислых происходит заторможено, устойчивость к спирту значительно снижается. Длительное культивирование бактерий с дрожжами повышает их устойчивость к спирту. Продолжительность жизни бактерий молочнокислых без пересевов в спиртосодержащих средах (напр., в винах) в 2-4 раза больше, чем в тех же средах без спирта. Это объясняется тем, что в спиртосодержащих средах бактерии медленнее размножаются и накапливают продукты брожения. В осветленных винах в лабораторных условиях при комнатной температуре бактерии молочнокислые выживали более 7 месяцев. В основном спирт подавляет функцию размножения клеток; функция роста подавляется слабее. Спирт у многих видов, особенно при развитии на средах, слабо обеспечивающих их питание, вызывает увеличение размеров клеток в длину; иногда при этом они принимают вид длинных изогнутых нитей.

Форма клеток молочнокислых бактерий: а - кокки - Leuconostoc oenos (х 6000); б - Pediococcus cerevisiae (х 5000); в-палочки - Lactobacillus casei (x 8500); г - Lactobacillus brevis (x 5500)

Величина рН . Бактерии молочнокислые характеризуются порогом рН использования яблочной кислоты и сахаров. Оптимальный предел рН роста для бактерий, выделенных из вин - 4,3-4,8, нижний предел значения рН использования сахаров и яблочной кислоты - 2,9-3,0. В исключительных случаях рН составляет 2,85 и 2,78. Оптимальное значение рН яблочно-молочного брожения 4,2-4,5. При рН выше 4,5 яблочно-молочное брожение замедляется.

Температура . Большинство молочнокислых бактерий растет в относительно узкой зоне температур, которая оказывает влияние на скорость роста, превращений, а также на их потребность в питании. бактерии молочнокислые, выделенные из вин, относятся к мезофильным; они не размножаются при 45°С, и оптимальная температура их роста близка к 25°С-30°С. Температурa ниже 15°С резко тормозит скорость яблочно-молочного брожения. Незначительные дозы растворенного в вине кислорода стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Они относятся к группе микроаэрофильных микроорганизмов.

Сернистый ангидрид является ингибитором молочнокислых бактерий. Его токсичность зависит от титруемой кислотности среды. Она значительно усиливается при пониженном значении рН. Связанные формы SO2 ингибируют бактерии молочнокислые, однако этот эффект значительно выше, когда SO2 в свободном состоянии. Больше влияет на размножение бактерий, чем на яблочно-молочное брожение. При концентрации связанного SO2 90 - 120 мг/дм3 яблочно-молочное брожение в винах с рН 3,2-3,3 практически невозможно.

. Молочнокислые стрептококки

К молочнокислым стрептококкам относят мезофильные стрептококки Streptococcus lactis, Str. cremoris и ароматобразующие Str. diacetilactis, Str. acetoinicus, Str. paracitrovorus (Leuconostoc citrovorum), Str. citrovorus (Leuconostoc citrovorum); термофильные Str. thermophilus; энтерококки (молочнокислые стрептококки кишечного происхождения) Str. liquefaciens, Str. faecalis, Str. zymogenes, Str. faecium, Str. durans, Str. bovis.

Это грамположительные кокки (рис. 27), образующие короткие или длинные цепочки. Неподвижны, спор и капсул не образуют. Они относятся к факультативно-анаэробным микроорганизмам (микроаэрофилам). Большинство из них не обладают протеолитической активностью, не образуют каталазу. Вызывают расщепление углеводов гомо- или гетероферментативным путем (такое деление связано с количеством получаемых при молочнокислом брожении побочных продуктов - летучих кислот, эфиров, спирта, диацетила и пр.).

Мезофильные стрептококки . Мезофильные молочнокислые стрептококки кефирного грибка - не однородная группа. Она состоит из активных кислотообразователей (Streptococcus lactis, Streptococcus. cremoris) и ароматообразующпх стрептококков (Leuconostoc citrovorum и Leuconostoc dextranicum).

В настоящее время Streptococcus lactis и Streptococcus cremoris рассматриваются как постоянная и наиболее активная часть микрофлоры кефирного грибка, обеспечивающая быстрое нарастание кислотности закваски в первые часы сквашивания.

Ароматообразующие стрептококки участвуют в формировании специфического вкуса и аромата кефира, а при излишнем развитии могут вызывать газообразование.. lactis (молочнокислый стрептококк). Клетки Str. lactis имеют круглую форму, располагаются в виде овальных, попарно соединенных клеток (диплококков) или коротких цепочек. При росте на поверхности твердых питательных сред образует мелкие, росинчатые колонии; глубинные колонии лодочкообразные или в форме чечевицы. Хорошо растут в присутствии глюкозы или лактозы. На гидролизованном агаре с мелом вокруг колоний образуют зоны просветления (в результате выделения молочной кислоты происходит растворение мела). Благоприятной средой для развития стрептококков является гидролизованное молоко. По росту на кровяном агаре относится к гамма-типу. Оптимальная температура роста 30°С. При этой температуре они свертывают молоко за 10-12 ч. Сгусток ровный, плотный, колющейся консистенции, имеет чистый кисломолочный вкус и аромат. Некоторые расы (разновидности) образуют сгусток тягучей консистенции и поэтому непригодны для выработки большинства кисломолочных продуктов. Str. lactis никогда не сбраживают рамнозу, сахарозу, раффинозу. Часто разлагают казеин. Предельная кислотность, создаваемая в молоке при культивдровании Str. lactis, колеблется в пределах НО - 120° Т (иногда 130° Т), однако встречаются и малоактивные штаммы, предельная кислотность которых достигает в молоке 90-100°Т. Некоторые разновидности Str. lactis продуцируют весьма активный антибиотик низин. Отдельные штаммы молочнокислых стрептококков могут вызывать пороки молочных продуктов: тягучесть, горечь (вследствие пептонизации молока) и др.. cremoris (сливочный стрептококк). Он отличается от Str. lactis тем, что его клетки чаще располагаются в виде цепочек. Форма и величина колоний аналогична форме и величине колоний Str. lactis. Оптимальная температура развития Str. cremoris 20-25°С, максимальная 35-38°С. Через 12 ч в молоке образует прочный сгусток сметанообразной консистенции. Предельная кислотность, образуемая Str. cremoris в молоке, ПО-115°Т. Ферментативные свойства также идентичны. Str. cremoris отличается от Str. lactis по способности сбраживать мальтозу, декстрин, сахарозу. Str. cremoris не растет при 40°С в среде с 4% NaCl при рН 9,2. Str. cremoris не разлагает казеина, иногда и салицина.

молочнокислый брожение бактерия гомоферментативный

Термофильные стрептококки

Эта группа микроорганизмов длительное время игнорировалась исследователями микрофлоры кефирных грибков. Считалось, что, поскольку продукт вырабатывают при сравнительно низких температурах, термофильных микроорганизмов в нем не должно быть. Количество этих микроорганизмов резко возрастает при повышении температуры культивирования. Роль термофильных молочнокислых палочек в кефирной закваске и кефире, по-видимому, достаточно существенна. Эта группа проявляет себя во всех случаях нарушения режимов культивирования грибков - повышения температуры, увеличения выдержки и т.д. Интенсивное развитие ее в закваске приводит к излишнему повышению кислотности и к подавлению мезофильных молочнокислых стрептококков.
К ним относятся Streptococcus thermophilus. Термофильные стрептококки по сравнению с мезофильными лучше развиваются при повышенной температуре. Термофильные стрептококки в отличие от мезофильных сбраживают сахарозу. Поэтому для их выделения из посевного материала к безуглеводной питательной среде добавляют сахарозу. Форма и расположение клеток в мазках идентична морфологии и расположению клеток Str. cremoris. Клетки несколько крупнее, располагаются в виде цепочек разной длины. Но Str. thermophilus имеет и свои особенности (оптимальная температура развития 40-45°С, максимальная 45-50°С). При росте на твердых питательных средах Str. thermophilus образует округлой формы с зернистой структурой поверхностные и глубинные лодочкообраз-ные, иногда с выростом колонии. При оптимальной температуре развития термофильный стрептококк свертывает молоко за 3,5-6 ч, образуя ровный, прочный сгусток сметанообразной консистенции; предельная кислотность 110-120°Т. Некоторые штаммы стрептококка выделяют диацетил. Термофильный стрептококк не сбраживает мальтозы, декстрина и салицина; не разлагает казеина.

Энтерококки - молочнокислые стрептококки кишечного происхождения. К ним относятся Str. liquefaciens (Mammococcus), Str. faecalis, Str. zymogenes, Str. faecium», Str. durans, Str. bovis. Они обитают в кишечнике человека и животных, в навозе, сточных водах. В больших количествах находятся в сыром и в малых в пастеризованном молоке, сыре.

Многие энтерококки образуют короткие цепочки или располагаются попарно. Клетки имеют округлую или яйцевидную форму. Они могут развиваться как при 10, так и при 45°С. Устойчивы к поваренной соли (6,5%), метиленовой сини и желчи (40%), к щелочной реакции среды (рН 9,6), к пенициллину в концентрации 0,3 ед. в 1 мл, к высокой температуре. Выдерживают нагревание при 65°С в течение 30 мин. Ферментируют большинство углеводов.. liquefaciens (Mammococcus). Имеет некоторое сходство со Str. lactis. Оптимальная температура роста 37°С. Маммококк образует не только молочную кислоту (110 - 115°Т), но и выделяет фермент типа сычужного, вследствие этого свертывание молока наступает при низкой кислотности 35-40°Т. Сгусток вначале прочный, ровный, затем под действием сычужного фермента стягивается (выделяется значительное количество сыворотки). Сбраживает сорбит и глицерин. Разлагает казеин и разжижает желатин. Молочные продукты при попадании маммококков приобретают горький вкус в результате накопления большого количества пептонов.. faecalis. Располагается в виде диплококков коротких цепочек. Способен ферментировать маннит, сорбит, редко арабинозу; восстанавливает лакмусовое молоко. На агаре с кровью вызывает гемолиз. Гидролизует белки (особенно в сырах, придавая им специфический запах).. zymogenes. По морфологии и культуральным свойствам сходен с Str. liquefaciens. Он частично разлагает казеин. В отличие от других энтерококков вызывает р-гемолиз эритроцитов, поэтому на кровяном агаре вокруг колоний образуются прозрачные зоны. Гемолиз эритроцитов считают признаком патогенности микроорганизма.. faecium. Его свойства аналогичны свойствам Str. faecalis, сбраживает арабинозу, сахарозу, редко сорбит; частично восстанавливает лакмусовое молоко. Не разлагает казеина.. durans (вариант Str. faecium). Сбраживает лактозу, глюкозу, мальтозу. Редко сбраживает сахарозу, салицин, маннит. Не сбраживает инулина, сорбита, раффинозы.. bovis. По своим свойствам, сходен с термофильным стрептококком. Некоторые штаммы этого стрептококка подвижны. Отличаются от других стрептококков большой чувствительностью к поваренной соли, желчи, щелочной среде и метиленовой сини. Не способен расти при 10°С. Лакмусовое молоко не свертывает, вызывает лишь частично его восстановление. Не сбраживает арабинозу, но часто ферментирует ксилозу.

Гомоферментативное молочнокислое брожение

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.

У этой группы эубактерий молекулярный кислород не включается в энергетический метаболизм, но они способны расти в присутствии О2, т.е. являются аэротолерантными анаэробами. 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:

НООССН2СООНСН2СООН СН3СН2СООН + С2Н5ООССОСН2СООС2Н5

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

С2Н5ООССОСН2СООС2Н5 СН3СОСООН+ 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 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.

Выводы

Молочнокислые бактерии - группа микроаэрофильных грамположительных микроорганизмов. Как правило, это неподвижные, неспорообразующие кокковидные или палочковидные представители отряда Lactobacillales (например, Lactococcus lactis , Lactococcus cremoris или Lactobacillus acidophilus ).

Геном этих бактерий состоит из кольцевой замкнутой хромосомы, в которой кодируется вся информация, необходимая для жизни, и дополнительных генетических элементов - плазмид и транспозонов. Последние могут обеспечить организм хозяина генетической информацией, которая ему необходима для выживания в определенных условиях. Плазмиды могут кодировать такие свойства, как расщепление углеводов, протеиназная активность, антибиотикорезистентность, резистентность к ультрафиолетовому излучению, сопротивление к фаговой инфекции и другие защитные механизмы против бактериофагов, продукция бактериоцина, а также вязкость и др.

Организация последовательности рибосомных участков, промотор, а также терминационные последовательности некоторых генов лактобактерий подобны другим грамположительным бактериям.

Передача генов совершается с помощью процессов конъюгации, трансформации. Последний сыграл ключевое значение в развитии методологии клонирования генов и молекулярной экспрессии генов.

Изучение генетики этих бактерий имеет как научный, так и коммерческий интерес в связи с их полезностью. Молочнокислые бактерии помимо своей роли в медицинской промышленности, производства пищи и кормов играют важную роль в природе и нормальной жизнедеятельности человека. Поэтому изучают и устанавливают механизмы передачи патогенных свойств, устойчивости к лекарственным препаратам, а также проводятся всевозможные исследования для усовершенствования этих культур.

Список литературы

1) Беленовский Г., Молочнокислые микробы и бактериотерапия (Мед. микробиология, под ред. Л. Тарасевича, т. II, СПБ-Киев, 1913)

) Бурьян НИ., Тюрина Л.В. Микробиология виноделия. - M., 1999.

) Квасников Е.И. Биология молочнокислых бактерий. - Ташкент, 2000

) Квасников Е.И., Нестеренко О.А. Молочнокислые бактерии и пути их использования. - Москва, 1995.

) Миллер А. Санитарная бактериология, М.-Л., 1930

) Шендеров Б.А. // Медицинская микробная экология и функциональное питание. 2001. Т.3.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.