Молочнокислі бактерії відомі завдяки здатності переробляти цукор в молочну кислоту. Цей процес здавна застосовувався людьми для консервації продуктів харчування, приготування кормів, виготовлення різноманітних молочних продуктів, вина.
характеристика бактерій
Молочнокислі бактерії є грампозитивними анаеробами. Це означає, що для окислювальних процесів і обміну речовин їм не потрібний кисень. Молочнокислі бактерії відносяться до групи (сімейства) Lactobacillaceae, яке включає в себе:
- підродина Lactobacilleae (включає рід Lactobacillus);
- підродина Streptococceae (включає пологи Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus).
Перші два роду найбільш значущі для людини і його господарської діяльності. Незважаючи на близьку спорідненість, представників загону Lactobacillales зразок пневмонійних стрептококів зазвичай не відносять до групи молочнокислих бактерій. А корисні біфідобактерії або мікроби з роду Bacillus, які є спороутворюючими аеробами, іноді зараховують до групи лактобактерій через схожість у вуглеводному обміні і їх ролі в харчовій промисловості.
Класифікація
Класифікація молочнокислих бактерій розроблена недостатньо. За характером виділяються продуктів бродіння їх поділяють на дві групи.
- гомоферментативное. В результаті зброджування вуглеводів виділяється в основному молочна кислота. У малих кількостях процесу супроводжують бурштинова і фумарова кислоти, вуглекислий газ і етанол.
- гетероферментативні також утворюють в результаті розкладання вуглеводів молочну кислоту. Нарівні з цим приблизно половину цукрів вони використовують на виробництво оцтової кислоти, діоксиду вуглецю і етанолу.
Класифікація за формою утруднена, оскільки молочнокислі бактерії відносяться до групи мінливих мікроорганізмів. Форма мікробної клітини залежить від віку бактерії, хімічної середовища і умов існування. Для визначення виду лактобактеріям створюють конкретні умови, використовують стандартну середу і проводять дослідження культури в певному віці. Також оцінюють тип зброджування вуглеводів, потреба в джерелах живлення, оптичне обертання молекули молочної кислоти.
стрептококи
Види роду Streptococcus по типу бродіння відносяться до гомоферментативних. При зброджуванні більш 90% вихідних цукрів вони перетворюють в молочну кислоту і лише мале їх кількість - в оцтову кислоту і спирт. Найбільш відомими представниками є культури:
- Str. lactis.
- Str. citrovorus.
- Str. diacetilactis.
- Str. paracitrovorus.
- Str. thermophilus.
- Str. cremoris.
- Str. liquefaciens.
лактобацили
У молочній промисловості лактобациллами називають молочнокислі палички. Вони квасять молоко набагато швидше, ніж кокові форми, досягаючи більш низьких значень рН (близько 3,5). Оптимальний розвиток лактобацили показують в умовах кислого середовища з пониженим вмістом кисню. У природі ці бактерії живуть на поверхні рослин, виділяються з слини і травного тракту людини і тварин.
Відзначено, що стерильно видоенное молоко не містить молочнокислих паличок - вони надходять в нього з зовнішнього середовища. Лактобацили витримують короткочасну пастеризацію, але гинуть при високих температурах стерилізації. Тому в пастеризоване молоко молочнокислі бактерії значно знижені, але все-таки присутні. Найпоширеніші представники роду Lactobacterium:
- L. bulgaricum.
- L. casei.
- L. plantarum.
- L. acidophilum.
- L. brevis.
Основні властивості
Кокові форми лактобацил мають діаметр 0,6 - 1,1 мкм. У культурі коки розташовані поодиноко, здвоєні чи ланцюжками різної довжини. Палички дуже варіабельні за формою: від кулястих до ниткоподібних форм довжиною від 0,7 до 8,0 мкм, поодинокі або в ланцюжках. На морфологію клітин значно впливає хімічний склад середовища проживання. Молочнокислі бактерії, фото яких представлено нижче, виділені з йогуртовій закваски.
Розмножуються лактобактерії в основному розподілом, описані випадки перешнуровиванієм клітини і розмноження за допомогою гонідій. Доведено наявність фільтруються форм і процесу спороутворення.
Де живуть молочнокислі бактерії
Лактобактерії не можуть самостійно синтезувати амінокислоти і деякі вітаміни. З цієї причини їх немає ні в грунті, ні в воді. У природних умовах їх виділяють з вмісту кишечника людини і тварин, з поверхні рослин. Оптимальною середовищем для життєдіяльності молочнокислих бактерій є молоко і молочні продукти.
Джерела живлення для лактобактерій - це моно- і дисахариди. Деякі різновиди зброджують полісахариди, наприклад, декстрозу. Також в якості джерела енергії ці мікроорганізми за певних умов використовують органічні кислоти: яблучну, оцтову, пировиноградную, мурашину, фумаровую і лимонну. При відсутності углеродсодержащих субстратів для харчування можуть переробляти амінокислоти.
Молочнокислі бактерії не здатні до синтезу органічного азоту, тому вимогливі до його змісту в живильному середовищі. Також потребують вони в вітамінах, особливо в пуринових підставах: біотин, тіамін, пантотенової, фолієвої кислотах. Всі форми лактобацил стійкі до підвищеної концентрації спирту. При цьому вони повільніше розмножуються, але довше живуть. Так, в освітлених винах молочнокислі бактерії зберігаються до 7 місяців.
Мікроб є мезофільних, рідше термофільним. Оптимальна температура для життєдіяльності становить + 25 ° С ... + 30 ° С. При + 15 ° С бродіння значно сповільнюється, а при + 45 ° С лактобацили перестають розмножуватися. Навколишнє середовище молочнокислих бактерій може бути як кисневої, так і без доступу повітря. Кисень їм не потрібен, в більшості випадків він пригнічує розвиток мікробів і перешкоджає нормальному процесу бродіння.
молочнокисле бродіння
Молочнокислим бродінням називається процес анаеробного окислення вуглеводів, при якому виділяється молочна кислота. В результаті молочнокислого бродіння бактерії отримують енергію, реалізовану для зростання і розмноження в безкисневих умовах. При цьому лактобактерії знижують рН до значень нижче 5, пригнічуючи зростання інших мікроорганізмів.
Гетероферментативних бродіння - більш складний процес. Залежно від умов і мікробної культури з вуглеводів утворюється різне поєднання молочної і оцтової кислоти з виділенням діоксиду вуглецю і етанолу.
Молочнокисле бродіння в чистому вигляді застосовують в хімічній промисловості для отримання молочної кислоти. Її широко використовують для вичинки шкіри, в фарбувальній виробництві, в фармацевтиці, при виготовленні пластмаси і пральних порошків. У харчовій промисловості молочна кислота потрібна для виробництва кондитерських виробів і безалкогольних напоїв.
Не завжди молочнокисле бродіння корисно для людської діяльності. Мимовільно виникає процес, що починається в молоці, вини, безалкогольних напоях, приводить до псування продуктів. Органолептичним методом це виражається в прокисании, помутніння і ослизнении субстрату.
Харчова промисловість та лактобактерії
Для виробництва та консервації різних продуктів широко використовуються молочнокислі бактерії. Значення їх особливо велике в молочному справі.
- Молочна промисловість.
Для отримання молочнокислих продуктів стерилізоване молоко або вершки квасять шляхом внесення чистих культур. Вони носять назву «стартових заквасок». Залежно від типу закваски отримують різні продукти.
Для виробництва кефіру і кумису застосовують культури, які, крім молочнокислого, забезпечують і спиртове бродіння. Закваску готують на основі кефірних зерен, які є джерелом великого співтовариства ще до кінця не вивчених мікроорганізмів (молочнокислі палички і стрептококи, мікрококи і дріжджі).
В процесі виготовлення сирів молочнокислі бактерії працюють на першому етапі, забезпечуючи згортання казеїну, потім їх змінюють пропіоновокислі мікроорганізми.
Для отримання кисломолочного масла в вершки вносять культуру Str. lactis, Str. cremoris і Leuconostoc cremoris. При додаванні в гомогенезірованное молоко L. bulgaricus і Str. thermophilus отримують йогурт.
У виробництві сиру і сирів німецької групи в молоко вносять закваски, що містять Str. lactis або L. bulgaricus і Str. thermophilus. А для виготовлення твердих сирів на стадії дозрівання використовують культуру L. casei і Str. lactis.
- Виноробство.
При виробництві вин широко застосовують три роду лактобактерій: Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc. В основному це гетероферментативні коки, що забезпечують бродіння по яблучно-молочному типу в висококислотних винах. При цьому вони зброджують яблучну кислоту і не зачіпають інші хімічні компоненти вина. Лактобактерії можуть зіпсувати напій, викликавши молочнокисле бродіння. В результаті з`являються такі вади вина, як прогоркание, ожиріння, розкладання винної кислоти.
- Хлібопекарська.
У хлібі виявляють близько 70 смакових і ароматичних речовин, серед них 28 кислот, 11 спиртів, 28 карбонільних сполук, 6 ефірів, метилмеркаптан і аміак. Молочнокислі бактерії беруть участь в утворенні більшості з них. Найбільше значення лактобацили мають для виробництва житнього хліба. Закваска надає тісту пружність, розпушує його і сприяє піднесенню. Кислотність тесту - важливий показник якості. При виробництві пшеничного хліба лактобактерії відіграють незначну роль, в основному процес залежить від дріжджових культур. Основними складовими молочнокислих заквасок для підготовки тесту є L. brevis, L. plantarum і L. fermenti.
- Консервування м`яса і риби.
Молочнокислі бактерії застосовуються при виготовленні салямі і сервелат, інших ковбасних виробів, при дозріванні риби слабкого засолу. Молочна кислота прискорює процес консервування та надає продуктам цінні смакові якості.
- Біологічне консервування овочів та фруктів.
Заготовки проводяться за тим же принципом, що і силосування корму. Вуглеводи рослин під впливом молочнокислих бактерій перетворюються в молочну та оцтову кислоти, які є прекрасними консервантами.
Квашена капуста і огірки, мочені яблука, помідори і кавуни - ось приклад простих заготовок на зиму. Так, в порізаної і добре утрамбованої капусті з невеликим додаванням солі починається спонтанний процес бродіння, в якому беруть участь спочатку Leuconostoc, а пізніше L. plantarum.
Роль в сільському господарстві
Силосування корму - це найкращий спосіб заготівлі та збереження зеленої маси. Для створення необхідних умов вихідна сировина (траву, зелену масу кукурудзи, бадилля) укладають в спеціальні силосні ями, ретельно утрамбовують і накривають шаром землі. При цьому створюються умови, в яких основна частина мікробів гине, а молочнокислі бактерії переробляють вуглеводи рослин до тих пір, поки концентрація молочної кислоти не складе 60% і більше, а кислотність силосу не досягне рН 4.5. Крім молочної, в силосі накопичується і оцтова кислота. Для завершення процесу потрібно близько одного місяця.
Мікрофлора в кишечнику людини
В кишковому тракті людини мешкає безліч молочнокислих мікроорганізмів, званих лакто-і біфідобактеріями. Продукт їх метаболізму - молочна кислота - має низку позитивних моментів.
- Стимулює перистальтику кишечника.
- Зменшує газоутворення.
- Стимулює виділення травних соків.
- Покращує засвоюваність кальцію, фосфору і заліза.
Крім того, лактобактерії мають здатність протистояти різним патогенних мікробів. За рахунок вироблення біологічно активних речовин (органічні кислоти, перекис водню, антибіотики і бактеріоцини) відбувається витіснення небезпечних для діяльності кишечника мікроорганізмів. Якщо у вмісті хімусу молочнокислі бактерії знижені за кількістю, то їх місце займає умовно-патогенна мікрофлора. На основі виділених з кишечника людини і тварин штамів розроблені ліки, що покращують стан хворого при багатьох інфекціях.
Що таке пробіотики
Ще на початку XX століття знаменитий російський вчений Ілля Ілліч Мечников провів ряд експериментів з відновлення мікрофлори кишечника людини за допомогою культури молочнокислої палички L. bulgaricus. В результаті досліджень Мечников розробив перший пробиотик - «мечніковских кислого», яку протягом багатьох років вживав сам, призначав пацієнтам і рекомендував пити всім знайомим.
В даний час пробіотики - клас лікарських препаратів, спрямований на відновлення природного середовища організму. Багаторічні вивчення довели ефективність застосування пробіотиків (в тому числі і лактобактерій) в різних клінічних випадках.
- При синдромі роздратованого кишечника регулярний прийом молочнокислих культур позбавляє від закрепів і зменшує час проходження їжі по кишечнику.
- Лактобактерії мають імуностимулюючу дію. Вони сприяють виробленню в кишечнику антитіл, цитокінів, інтерферону і підвищують активність фагоцитів.
- Через регуляцію імунної відповіді знижують інтенсивність алергічних реакцій, в тому числі на антибіотики.
- Профилактируют виникнення респіраторних захворювань і диарей вірусного походження в зимові місяці.
- Знижують рівень «шкідливого» холестерину в крові, покращують метаболізм в печінці.
Молочнокислі пробіотичні бактерії широко застосовуються в медицині для профілактики і лікування гострих і хронічних захворювань кишечника, дихальних шляхів, для відновлення кишкової мікрофлори і стимуляції імунітету. Приймати культури пробіотиків можна як у вигляді таблеток і порошків, так і в натуральному вигляді (кефір, кисле молоко, ацидофільне молоко, йогурти та інші продукти молочної промисловості).
