Словарь микробиологии. Молочнокислые бактерии: виды, классификация, значение Микроорганизмы в воде

Мезофилами являются представители различных групп бактерий: спорообразующие бактерии родов Бациллус и Клостридиум, неспорообразующие рода Протеус, многие стафилококки и др.

Мезофилы - основная часть бактерий, обсеменяющих пищевые продукты и представляющих наибольшую опасность. Эти бактерии широко распространены в почве, пыли, воздухе пищевых предприятий, на полуфабрикатах и пищевых продуктах. Опасность усугубляется тем, что многие мезофилы образуют термостойкие споры.

Бактерии Клостридиум. Подвижные палочки (перитрихи), анаэробы, образуют споры. Некоторые являются нестрогими анаэробами и могут расти не только внутри, но и на поверхности пищевых продуктов. Из известных 60 видов этого рода в пищевых продуктах может размножаться около 30. По биохимическим свойствам все клостридии делятся на гнилостные (обладают протеолитическими ферментами) и бродильные. Два вида могут вызывать пищевые отравления.

Гнилостные (протеолитические) клостридии разлагают желатин, белки молока и молочных продуктов, мяса, рыбы, разрыхляют их, иногда образуют черный пигмент. Распад белков называется протеолизом, отсюда и название этих бактерий. Споры клостридий чрезвычайно термостойки. Благодаря большому набору ферментов клостридии могут сбраживать углеводы. Под их влиянием молоко свертывается, желатин разжижается. Протеолитические клостридии могут развиваться в широком диапазоне температур - от 16 до 50 °С. При их размножении в продуктах накапливаются летучие вещества, дающие гнилостный запах.

Клостридии вида Перфрингенс также являются возбудителями порчи пищевых продуктов. Консистенция продукта станоновится рыхлой, крошащейся, изменяется его цвет, появляется кислый запах, наблюдается вспучивание и бомбаж консервов. Эти бактерии обсеменяют мясо, молоко (в кисломолочных продуктах их нет), муку, крупу, рыбу, вызывают пищевые отравления при попадании в пищеварительный тракт человека токсинов бактерий с пищей или газовую гангрену при проникновении бактерий в мышечные ткани в результате травм и ранений.

К сахаролитическим клостридиям относятся маслянокислые спорообразующие бактерии с расположением споры на конце клетки. Они способны сбраживать углеводы, и при их развитии в продуктах накапливается масляная и уксусная кислоты, обладающие неприятным запахом, продукты скисают, в них накапливаются газы. Эти бактерии широко распространены на растительном сырье, в молочных продуктах. Споры их менее термостойки, чем протеолитических клостридий, но более кислотоустойчивы. Они встречаются также в овощных консервах и продуктах, обрабатываемых при температуре 105 °С и ниже, и вызывают их порчу. Пищевые отравления вызываются при употреблении рыбных и мясных консервов, копченых и соленых продуктов, содержащих живые клетки бактерий или их токсины. Споры клостридий могут сохраняться живыми в томатопродуктах, овощных и фруктовых консервах, которые пастеризуют или стерилизуют при температуре 105 °С и ниже.

Бактерии Бациллус. Мезофильные спорообразующие бактерии обитают в почве, распространяются с пылью и попадают на сырье, оборудование и продукты. По физиологическим свойствам бактерии рода Бациллус можно разделить на две группы:

бактерии, образующие при разложении углеводов газообразные продукты. Они могут сбраживать углеводы, органические кислоты и спирты с образованием уксусной и муравьиной кислот, спирта, углекислого газа и водорода. К этой группе относятся Бациллус полимикса и Бациллус мацеранс, устойчивые к высокой кислотности среды и большим концентрациям сахара.

Благодаря этим свойствам они могут размножаться В продуктах при рН 3,6 и выше, содержащих до 25 % сахара. В некоторых случаях Бациллус полимикса развивается во фруктовых сиропах при содержании 25-40 % сахара;

бактерии, не образующие заметных количеств газа при сбраживании углеводов, но накапливающие кислоты. Эти бактерии присутствуют в различных продуктах. Они относятся к группе Бациллус субтилис (сенная палочка), широко распространенной в природе и образующей в основном молочную кислоту. Палочки развиваются в широком диапазоне температур - от 5 до 55 °С. Многие устойчивы к повышенным температурам. Бациллус субтилис часто обнаруживают в остаточной микрофлоре после консервирования продуктов (около 60 % этой микрофлоры является мезофилами).

Бациллус цереус - подвижная палочка, широко распространенная во внешней среде; оптимум роста бактерий 30 °С. Основная среда обитания - почва, откуда они попадают в воздух и водоемы. При попадании на пищевые продукты быстро развиваются и их количество может составить сотни и тысячи клеток на 100 см 2 поверхности. Обсеменяет кулинарные изделия, крахмал, сырое молоко, кондитерские изделия, молочные продукты, пищевые добавки, консервы, фрукты. Наиболее загрязнены бактериями овощи, тесно контактирующие с почвой. В пищевых продуктах споры начинают прорастать при рН 5,5 и выше. Некоторые разновидности бактерий могут размножаться в среде, содержащей 8-15 % поваренной соли.

Употребление в пищу продуктов, содержащих в 1г 10 6 клеток Бациллус цереус, представляет опасность для здоровья человека, так как вызывает пищевое отравление.

Мезофильные бактерии могут вызывать порчу пищевых продуктов питания и при холодильном хранении.

Бактерии Протеус. Представители рода Протеус - мелкие клетки, способные менять форму от палочек до кокков, а в определенных условиях образуют нити и другие формы. Эти бактерии - мезофилы, факультативные анаэробы, подвижны (перитрихи), спор не образуют. Температурные пределы развития 10-43 °С.

В средах с углеводами образуют газы и кислоты, в белковых средах вызывают гниение (протеолиз).

Не образующие спор бактерии. Среди мезофильных микробов имеются и не образующие спор бактерии из семейства лактобацилловых, которые широко распространены в природе и играют определенную роль в пищевой промышленности. Они развиваются в диапазоне температур от 8 до 42 °С при оптимуме от 25 до 30 °С. Встречаются в молочных, зерновых и мясных продуктах, на оборудовании молочных заводов, в воде, сточных водах, пиве, вине, фруктах и фруктовых соках, соленьях, заквасках для теста и др. Порчу фруктовых соков, консервов, вин и других продуктов вызывают бактерии, развивающиеся при температуре 12 °С и выше.

Мезофилы имеют различные классификации, относящиеся к двум доменам : бактерии , археи , и к царству Fungi домена Eucarya . Мезофилы, принадлежащие к Бактерии домена могут быть либо грамположительными или грамотрицательным . Грамположительные бактерии имеют клеточный слой, изготовленный из пептидогликана и пятен фиолетовых. Грамотрицательные бактерии также содержит пептидогликана, но слой очень тонкий и пятна красного или розового цвета. Требования кислорода для мезофилов не ограничивается только аэробные или анаэробные . Есть три основные формы мезофилов: кокки , палочки , и спираль .

Место обитания

В местах обитания мезофилов могут включать в себя сыр и йогурт . Они часто включается во время брожения пива и вина решений. Так как нормальная температура человеческого тела составляет 37 ° С , большинством человеческих патогенов являются мезофилами, как и большинство из организмов, содержащих человеческий микробиом .

Против экстремофилы

Мезофилы противоположны экстремофилы . Экстремофилы, которые предпочитают холодные среды, называются психрофильными , тех, кто предпочитает более высокие температуры, называются термофильными или термотропными и те процветает в чрезвычайно высокой температуре окружающей среды являются гипертермофильными . Генома вычислительный подход был разработан Zheng и др. классифицировать бактерии в мезофильные и термофильные.

Адаптации

Все бактерии имеют свое собственное оптимальное экологическое окружение и температуры, в которых они процветают. Многие факторы ответственны за оптимальный температурный диапазон данного организма, но данные свидетельствуют о том, что выражение конкретных генетических элементов (аллели) может изменить чувствительную к температуре фенотипа организма. Недавно опубликованное исследование показало, что мезофильные бактерии могут быть генетически сконструированы дла экспрессию определенных аллелей от психрофильных бактерий, следовательно, сдвигая ограничительный температурный диапазон мезофильных бактерий точно соответствовать, что из психрофильных бактерий.

Из - за менее устойчивой структуры мезофилов, она снижается гибкость для синтеза белка . Мезофилы не способны синтезировать белки при низких температурах. Он более чувствителен к изменениям температуры, и жирные кислоты , состав мембраны не допускает много текучести . Уменьшение оптимальной температуры 37 ° C до 0 ° C до 8 ° С приводит к постепенному снижению синтеза белка. Холодные индуцированные белки (CIPS) индуцируются во время низких температур, которые затем позволяют холодным ударные белки (ПЕС) для синтеза. Сдвиг назад к оптимальной температуре видит увеличение, что свидетельствует о том, что мезофилы сильно зависят от температуры. Наличие кислорода также влияет на рост микроорганизмов.

Есть два объяснения термофилы будучи в состоянии выжить при таких высоких температурах, в то время как мезофилы не могут. Наиболее очевидное объяснение является то, что термофилы, как полагает, имеют клеточные компоненты, которые являются относительно более стабильными, чем компоненты клеточных мезофилов именно поэтому термофилы способны жить при более высоких температурах, чем мезофилы. «Вторая школа мысли, как представлена ​​в трудах Gaughran (21) и Аллен (3), полагает, что быстрое ресинтез поврежденных или разрушенные клетки составляющие является ключом к проблеме биологической устойчивости к высокой температуре.»

требования кислорода

Из - за разнообразия мезофилов, требование кислорода сильно различается. Аэробные дыхания требует использования кислорода и анаэробные нет. Есть три типа анаэробов . Факультативные анаэробы растут в отсутствии кислорода, используя брожение вместо этого. Во время ферментации, сахара превращаются в кислоты , спирт , или газы . Если есть кислород присутствует, то он будет использовать вместо аэробного дыхания. Облигатные анаэробы не могут расти в присутствии кислорода. Aerotolerant анаэробы могут выдержать кислород.

Роли

Микроорганизмы играют важную роль в разложении органического вещества и минерализации из питательных веществ . В водных средах разнообразие экосистемы позволяет разнообразие мезофилов. Функции каждого мезофила зависят от окружающей среды, что особенно важно диапазона температур. Бактерии , такие как мезофилы и термофилы используются в сыроделиях из - за их роли в брожении . «Традиционные микробиологи используют следующие термины, чтобы указать общую (слегка произвольно) оптимальная температура для роста бактерий: психрофилы (15-20 ° C), мезофилы (30-37 ° С), термофилы (50-60 ° C) и крайние термофилы (до 122 ° с)». Оба мезофилы и термофилы используются в сыроделия по той же причине; Однако, они растут, процветают и умирают при различных температурах. Психротропных бактерии способствуют молочные продукты порча, получая плесенью или будет плохо из - за их способности расти при более низких температурах, таких как в холодильнике.

Примеры

Некоторые известные мезофилы включают листерии , золотистый стафилококк и кишечную палочку . Другие примеры видов из мезофилов являются Clostridium kluyveri , Pseudomonas maltophilia , ТЫоЬасШиз Novellus , Streptococcus Пирролидонилпептидаза и пневмококк . Различные типы заболеваний и инфекций, как правило, имеют патогены из мезофильных бактерий, таких как те, что перечислены выше.

Listeria моноцитогенес

Listeria моноцитогенес является грамположительной бактерией. Она тесно связана с Bacillus и стафилококки . Это палочковидный, факультативные анаэробы, что подвижно по перитрихиальным жгутикам . Л. моноцитогенес моторики ограничена от 20 ° C до 25 ° C. При оптимальной температуре, она теряет свою подвижность. Эта бактерия ответственна за

Термофильные микроорганизмы имеют форму палочки и образуют споры. Способность термофильных микробов образовывать споры рассматривается как приспособление к условиям среды, в которой они обитают. Это естественно, так как при размножении термофилов в ряде случаев образуется такая температура, которая превышает максимум, необходимый не только для размножения, но и для самого существования вегетативных форм. Споры же термофилов легко переносят нагревание до 100° С в течение 10-29 и даже 50-60 часов. Описаны термофилы, которые не образуют спор.

Так, в молоке был обнаружен микрококк, размножавшийся при температуре от 20 до 70°.
Циклинская выделила молочнокислую бактерию с оптимальной температурой роста, равной 50° С. Кроме того, известны термофильные вибрионы, спирохеты, нитчатые формы.
Термофильные микроорганизмы нуждаются для своего размножения в свободном доступе кислорода (аэробы), но известны также и анаэробные термофилы. Некоторые термофилы обладают подвижностью.
Микроорганизмы, которые способны к размножению в условиях высоких температур, разделяют на три группы в зависимости от температурных пределов их роста (максимума, оптимума и минимума).
1. Стенотермные, или истинные, термофилы размножаются при температуре 75-80°. Оптимальная температура роста 50-65°. Не развиваются при 28-30°.
2. Эвритермные термофилы размножаются при температуре от 28 до 75°. Оптимум размножения тот же, т. е. 50-65°.
3. Термотолерантные термофилы способны развиваться в условиях широких температурных пределов (от 5-10 до 70°). Оптимум размножения 35-45°.
Вторая и третья группы микроорганизмов в природе встречаются часто, тогда как представители первой группы обнаруживаются реже. Многие микроорганизмы южных почв (мезофилы) близко примыкают к термофилам и могут развиваться при температуре 50-55°.

Термофильные микроорганизмы питаются разнообразными веществами. Некоторые из них используют в качестве пищи только белковые вещества, другие усваивают только аминокислоты жирного и ароматического ряда.

Мишустиным доказано, что некоторые термофильные бактерии вызывают ферментацию мочевины. Имшенецкий, Егорова и др. описали термофилов, ассимилирующих аммонийный азот. Известны также термофильные бактерии, усваивающие газообразный азот, а также автотрофные термофильные бактерии, ассимилирующие минеральный азот. Возможность усвоения атмосферного азота термофильными микроорганизмами изучена недостаточно.
На мясопептонном агаре многие термофилы образуют очень крупные колонии, нередко распространяющиеся на всю поверхность агаровой пластинки. Различные виды термофилов образуют колонии разной величины, формы и структуры. Многие виды термофильных микробов разжижают желатину и на белковых средах выделяют сероводород. Нередко они образуют индол. Некоторые виды пептонизируют молоко, другие свертывают его; часто молоко не изменяется. Многие термофилы разлагают сахар, крахмал и спирты с образованием кислот - уксусной, муравьиной, молочной, масляной; некоторые ассимилируют жирные кислоты и ароматические углеводороды. Для культивирования термофильных микробов пригодны обычные мясопептонные среды.
В целях их лучшего роста применяют экстракты печени, цистин, а также экстракты шпината, гороха и растительные отвары.
Термофилы встречаются на земном шаре повсеместно. Горячие источники вулканических местностей содержат их постоянно. Много термофилов обнаруживается в грунте озер, прудов, рек. Огромное количество их находится в сточных водах и в иле очистных сооружений. Очень часто они обитают в кишечнике животных, птиц, человека. Термофилы встречаются также в воздухе и пищевых продуктах (молоко, сыр, консервы). Окультуренные почвы содержат до 10% термофилов из общего количества находящихся в них микроорганизмов. Самонагревание сена, зерна, хлопка, торфа, навоза, кож животных и прочего обусловлено деятельностью термофилов. Проф. Е.Н. Мишустиным доказано, что населенность почвы термофилами зависит от степени ее окультуренности и удобрения навозом.
Раньше считали, что южные почвы богаче термофилами, что почвы местностей с жарким климатом являются местом их происхождения. На деле оказалось, что целинные почвы, независимо от места их нахождения, беднее термофилами; установлено также, что унавоженные почвы северных районов содержат громадное количество термофилов.
Обилие термофильных микроорганизмов в природе приводит к загрязнению ими кормовых средств и различных продуктов. Термофильные микробы проникают в кишечник животных и человека и вместе с экскрементами попадают в навоз, где происходит их размножение. Особенности термофилов зависят от условий, в которых они обитают. При повышении температуры среды до 60-70° и более условия обитания микроорганизмов изменяются; при этом, во-первых, уменьшается растворимость газов (углекислоты, азота, водорода, аммиака, метана); во-вторых, уменьшается вязкость жидкостей и возрастает их осмотическое давление. При повышении температуры возрастает скорость химических и ферментативных процессов, ускоряется и усиливается действие образующихся токсических продуктов. Указанные явления обусловливают физиологические особенности термофилов. Термофильные микроорганизмы растут при повышенных температурах гораздо быстрее, чем другие микроорганизмы. Такие функции термофилов, как движение, дыхание и превращение питательных веществ, совершаются у них значительно быстрее, чем у других видов микробов. При низкой температуре микробные клетки находятся в состоянии покоя; с ее повышением они начинают делиться. Деление каждой микробной клетки совершается в несколько минут. Размножение микроорганизмов ускоряется с повышением температуры среды до пределов свойственного им оптимума. Однако и после прекращения роста продолжающиеся ферментативные процессы вызывают дальнейшее повышение температуры навоза. От особенностей органического вещества, на котором обитают термофилы, в значительной степени зависит их качественный состав. Так, в хлопке, соломе и соломистом навозе развиваются целлюлозные термофилы, в разогревающихся кожах - протеолитические и т. д.

Микробиологические процессы разложения органических веществ, в зависимости от темпера турных условий, могут протекать под влиянием мезофильных микроорганизмов (при обычной температуре), а при повышенной- под влиянием термофилов. Термофилы в физиологическом отношении представляют формы, близкие к мезофилам. Считают вероятным, что приспособление мезофилов к размножению в условиях высокой температуры изменяет их видовые признаки, вследствие чего сходство с исходной формой в значительной степени утрачивается. Некоторые хорошо известные бактериальные виды не имеют термофильных рас. Существует много переходных форм между мезофильными и термофильными микроорганизмами, а некоторые мезофилы обладают отдельными свойствами или признаками, весьма характерными для термофилов (например, чрезвычайной быстротой размножения на питательных средах).

Проф. А.А. Имшенецкий полагает, что термофильные микроорганизмы имеют настолько характерные особенности, что это позволяет выделить их в самостоятельную группу, объединенную следующими свойствами:
1) клетки термофилов способны ассимилировать и диссимилировать при высоких температурах, что основано на физико-химических особенностях их белков;
2)термофилы обладают способностью чрезвычайно быстро размножаться, но вместе с тем клетки их также быстро стареют и отмирают;
3)термофилам свойственна высокая биохимическая активность.

Существует несколько гипотез для объяснения происхождения термофильных микроорганизмов. Микробиологи считают, что микроорганизмы, приспособляясь к окружающим условиям, в силу законов эволюции изменяют свою наследственность. Приспособление микроорганизмов к существованию при высоких температурах, т. е. превращение мезофильных микроорганизмов в термофильные, в природе происходит постоянно. Точно так же обратное превращение термофильных микроорганизмов в мезофильные может иметь место при стойком изменении температурного режима внешней среды в сторону его понижения.
Известны экспериментальные работы ряда авторов, которым удалось в лабораторных условиях повысить в значительной степени предельную температуру роста различных микробов.
Имеется большой материал, собранный микробиологами, подтверждающий правильность гипотезы, объясняющей происхождение термофильных микроорганизмов от мезофилов приспособлением последних к высокой температуре.
Эта гипотеза, называемая адаптационной, основывается на материалистическом учении мичуринской биологии о влиянии внешних условий на изменение наследственного вещества. «Внешние условия, будучи включены, ассимилированы живым телом, становятся уже не внешними условиями, а внутренними, т.е. они становятся частицами живого тела и для своего роста и развития уже требуют той пищи, тех условий внешней среды, какими в прошлом они сами были». Таким образом, мезофильные микробы, ассимилируя условия жизни при высокой температуре, изменяют тип обмена веществ, утрачивают свои консервативные признаки, изменяют свою наследственность и превращаются в термофилов.
Саморазогревание органических остатков находится в тесной зависимости от размножения и биохимической активности термофилов. Количество термофильных микробов в свежем навозе сравнительно невелико. Оно равняется приблизительно 1-4% общего количества находящихся в навозе микроорганизмов, в то время как 96-99% составляют мезофильные микробы, способные размножаться при сравнительно низких температурах. Но при сильном разогревании органических веществ количество термофилов достигает 73% и более, а число мезофилов уменьшается.
По данным Тукалевской, количество мезофильных микроорганизмов во взятой сю пробе компоста достигало 173 млн., но это количество мезофилов сократилось до 7 млн. в первую же неделю после биотермического разогревания компоста. По нашим наблюдениям, уменьшение количества мезофилов при разогревании навоза - явление вполне закономерное. Наиболее сильно оно выражено в первые дни после повышения температуры до 60-70° (табл. 4). Из таблицы 4 видно, что количество термофилов в свежем навозе не превышает, за некоторыми исключениями, одной, иногда нескольких тысяч на единицу исходного материала; исключения объясняются тем, что исходный материал находился уже в стадии разогревания. Количество микробов, способных размножаться при сравнительно низких температурах (28-37°), было при этом огромно.

Чеддер . При выработке чеддера температура второго нагревания составляет 40-45 °С, что способствует быстрому размножению молочнокислых бактерий. Еще больше интенсифицирует развитие микрофлоры чеддеризация - выдержка пласта в сырной ванне в течение нескольких часов до нарастания необходимой кислотности. В первые дни созревания в сыре преобладают молочнокислые стрептококки, количество которых достигает нескольких миллиардов в 1 г, затем начинается медленное отмирание микрофлоры.

Сыры типа голландского (голландский, костромской, ярославский) . Количество бактерии в 1 г этих сыров уже в первые дин созревания достигает 2,5-3,5 млрд. Рост бактерий усиливается вторым нагреванием и продолжается до тех пор. пока в сыре не израсходуется молочный сахар (через 5-7 сут.). Затем количество бактерий начинает снижаться. В процессе созревания постепенно развиваются молочнокислые палочки, количество которых к концу созревания достигает 300-400 млн. в 1 г. После сбраживания молочного сахара молочнокислые бактерии развиваются главным образом в результате потребления продуктов разложения белков.

Латвийский и ярцевский сыры . Эти сыры имеют более высокую влажность по сравнению с сырами типа голландского. Объем микрофлоры в первые дни созревания достигает 8-9 млрд и 1 г сыра. Количество палочек в конце созревания не превышает 70-80 млн. в 1 г, что, очевидно, объясняется более интенсивным развитием стрептококков. На созревание этих сыров сильно влияет микрофлора слизи, развивающейся на его поверхности. Микрофлора слизи состоит из молочнокислых бактерий, дрожжей, микрококков, плесеней, протеолитических бактерий. Дрожжи и плесени интенсивно развиваются в первые дни созревания, затем им на смену приходят микрококки и протеолитические бактерии. Наличие слизи на поверхности сыра ускоряет процесс созревания, особенно в подкорковом слое, который характеризуется более выраженным вкусом и запахом теста.

Во всех рассмотренных вариантах микробиологические процессы идут по одному типу, варьирует лишь максимальный объем микрофлоры. Так, за резким подъемом количества микрофлоры в начале процесса идет замедленный его спуск. Основным процессом является молочнокислый, остальные элементы микрофлоры более или менее случайны. Молочнокислый процесс всегда идет в двух фазах: молочнокислые стрептококки - молочнокислые палочки, соотношение которых меняется от типа к типу сыра.

Российский сыр . Этот сыр относится к прессуемым сырам с низкой температурой второго нагревания и частичной чеддеризацией сырной массы. С целью активизации молочнокислого процесса в пастеризованное молоко вносят повышенное количество закваски 0,8-1 %. Закваска состоит из мезофильных молочнокислых стрептококков и ароматобразующих стрептококков.

Особенность производства российского сыра состоит в том, что после второго нагревания до температуры 41-42°С сырную массу выдерживают при этой температуре в течение определенного времени - подвергают чеддеризации. Продолжительность выдержки составляет 30-40 мин. Весь процесс обработки сырной массы от разрезки до готовности к формованию составляет 120-140 мин. Такая длительная обработка создает оптимальные условия для размножения молочнокислых бактерий. Перед окончанием обработки зерна проводят его частичную посолку, которая в свою очередь приводит к последующему подавлению молочнокислого процесса.

Если на первых стадиях производства сыра молочнокислый процесс был по каким-либо причинам подавлен (например, развитие бактериофага, наличие в молоке ингибирующих веществ), посолка создает условия для размножения посторонних солеустойчивых микроорганизмов. Наиболее опасными солеустойчивыми микроорганизмами являются коагулазоположительные стафилококки, интенсивное размножение которых может привести к накоплению энтеротоксина, что делает сыр непригодным для употребления.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

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).