Молочнокислі бактерії: види, класифікація, значення
Молочнокислі бактерії відомі завдяки здатності переробляти цукор на 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 значимі 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 та 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 та умов проживання. 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 гомоферментативного. При зброджуванні більше 90% вихідних цукрів вони перетворюють на 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 із слини і травного тракту людини і тварин.
Відзначено, що стерильно видоєне молоко не містить молочнокислих паличок - вони надходять в нього з зовнішнього середовища. Лактобацили витримують короткочасну пастеризацію, але гинуть при високих температурах стерилізації. Тому в пастеризованому молоці 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 або ланцюжками різної довжини. Палички дуже варіабельні за формою: від кулястих до ниткоподібних форм довжиною від 0,7 до 8,0 мкм, одиночні 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 поділом, описані випадки перешнуровиванієм клітини і розмноження за допомогою гонідій. Доведено наявність фільтруються форм і процесу спороутворення.
Де мешкають молочнокислі бактерії
Лактобактерії не можуть самостійно синтезувати амінокислоти і деякі вітаміни. З цієї причини їх немає ні в грунті, ні у 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 у вітамінах, особливо в пуринових підставах: біотвані, тиамине, 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. Середовище проживання 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 росту і розмноження в безкисневих умовах. При цьому лактобактерії знижують рН до значень нижче 5, пригнічуючи ріст 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 одержання молочної кислоти. Її широко використовують для вичинки шкіри, в фарбувальній виробництві, у фармацевтиці, при виготовленні пластмаси і пральних порошків. У харчовій промисловості молочна кислота потрібна для виробництва кондитерських виробів та безалкогольних напоїв.
Не завжди молочнокисле бродіння корисно для людської діяльності. Мимовільно виникає процес, що починається в молоці, вині, безалкогольних напоях, приводить до псування продуктів. Органолептически це виражається в прокисании, помутнінні і ослизнении субстрату.
Харчова промисловість і 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 обширного спільноти ще до кінця не вивчених мікроорганізмів (молочнокислі палички і стрептококи, мікрококи і дріжджі).
У процесі виготовлення сирів молочнокислі бактерії працюють на першому етапі, забезпечуючи згортання казеїну, потім їх змінюють пропіоновокислі мікроорганізми.
Для отримання кисломолочного масла у 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 типом 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.
- Хлібопечення.
У хлібі виявляють близько 70 смакових та 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 підйому. 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 на 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 у сільському господарстві
Силосування корму - це кращий спосіб заготівлі та збереження зеленої маси. Для створення необхідних умов вихідна сировина (траву, зелену масу кукурудзи, бадилля) укладають у 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 живе безліч молочнокислих мікроорганізмів, званих лакто-і біфідобактеріями. Продукт їх метаболізму - молочна кислота - володіє рядом позитивних моментів.
- Стимулює перистальтику кишечника.
- Зменшує газоутворення.
- Стимулює виділення травних соків.
- Покращує засвоюваність кальцію, фосфору і заліза.
Крім того, лактобактерії мають здатність протистояти різним патогенним мікробам. 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 поліпшують 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 подразненого кишечника регулярний прийом молочнокислих культур позбавляє від закрепів і зменшує час проходження їжі по кишечнику.
- Лактобактерії володіють імуностимулюючу дію. Вони сприяють виробленню в кишечнику антитіл, цитокінів, інтерферону і підвищують активність фагоцитів.
- Через регуляцію імунної відповіді знижують інтенсивність алергічних реакцій, у тому числі на антибіотики.
- Профилактируют виникнення респіраторних захворювань та 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).
