Биологическое консервирование

По потребности в питательных веществах молочнокислые бактерии относятся к наиболее сложным микроорганизмам. Из соединений углерода могут использовать незначительное количество веществ, служащих бактериям источником энергии (моно- и дисахариды, органические кислоты).

Молочнокислые бактерии, как правило, нуждаются в сложных органических соединениях азота. Они растут на средах с по­добранными смесями аминокислот, ферментативными или кис­лотными гидролизатами белков — мяса, лактальбумина, казеина, различных сортов муки. Потребность в наборе и количестве отдельных аминокислот варьирует у различных видов. Большин­ству необходимы аргинин. Цистеи, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозии, валин. Только некоторые молочнокислые бактерии (стрептококки) могут расти на средах, содержащих аммонийные соли в качестве единственных источника азота.

_Большинству молочнокислых бактерий необходимы витамины (рибофлавин, тиамин, пантотеновая. никотиновая₁ фолиевая кислоты, пиридоксаль и др.). Этим в значительной мере объяс­няется влияние на рост бактерий добавок к средам различных растительных экстрактов (картофель, морковь, кукуруза и др.), дрожжевого автолизата и других витаминсодержащих соедине­ний. Выраженная потребность отдельных штаммов молочнокислых бактерий в определенных витаминах, и аминокислотах используется для определения этих соединений _в разнообразных средах до восьми витаминов и до восемнадцати аминокислот). Рост молочнокислых бактерий стимулируют и некоторые пептиды. пурины (аденин_т гипоксантин, гуанин) и пиримидины (урадил, тимин и др.). жирные кислоты (уксусная, олеино­вая), а также лимонная кислота (часто вводит­ся в среды для выращивания бактерий).

 

2. Брожение углеводов

 

Гомоферментативныемолочнокислые бакте­рии сбраживают глю­козу по фруктозобис- фосфатному пути, или пути Эмбдена — Мейергофа — Парнаса, сходному со спиртовым. Пируват, однако, не декарбоксилируется до адетальдегида, как при спиртовом брожении, а использу­ется непосредственно как акцептор электро­нов (водорода). Обра­зование D (—) -молоч­ной кислоты определя­ется наличием у молоч­нокислых бактерий D- лактатдегидрогеназы, L(+)-молочной кисло­ты — наличием L-лактатдегидрогеназы, а DL- молочной кисло­ты — синтезом двух лактатдегидрогеназ раз­личной стереоспецифичности.

У гетероферментативных бактерий от­сутствуют такие фер­менты пути Эмбдена — Мейергофа — Парнаса, как фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза и триозофосфатизомераза.

Кроме глюкозы молочнокислые бактерии сбраживают и дру­гие сахара. Так, многие гомо- и гетероферментативные виды (L. plantarит, L. brevis и др.) интенсивно используют пентозы, иногда даже активнее, чем глюкозу. Пентозы превращаются в D-ксилулозо-5-фосфат, затем расщепляющийся при участии фосфокетолазы — ключевого фермента гетероферментативного бро­жения — на ацетилфосфат и 3-фосфоглицериновый альдегид, дающие в итоге молочную и уксусную кислоты.

Гетероферментативные молочнокислые бактерии сбражива­ют фруктозу, поскольку у них имеется маннитдегидрогеназа, осуществляю-щая восстановление фруктозы до маннита.

Продукты сбраживания фруктозы — лактат, ацетат, маннит и углекислый газ.

Гомоферментативные (S lactis subsp. diacetilactis и др.) и гетеро-ферментативные (L. dextratiicum и др.) молочнокислые бактерии сбраживают лимонную кислоту с образованием, помимо других про-дуктов, диацетила – ароматического вещества, обусловливающего характерный приятный запах сливочного масла. В реакции, катализируемой цитратлиазой – ключевым ферментом брожения цитрата, последний распадается на ацетат и оксалоацетат.

Ацетат выделяется во внешнюю среду, а оксалацетат декарбоксилируется с образованием пирувата. Диацетил синтезируется в результате реакции ацетил-КоА с «активным ацетальдегидом» (комплекс фермент-оксиэтил-тиаминпирофосфат). При восстановлении диацетила ацетоиндегидрогеназой образуется ацетоин.

 

 

Выделение и хранение

 

Сложные питательные потребности самих молочнокислых бактерий создают значительные трудности при их выделении и особенно количественном учете в различных природных и произ­водственных субстратах. К тому же многие представители этой группы бактерий растут очень медленно и «заглушаются» со­путствующими микроорганизмами. Достаточно сложно и хране­ние чистых культур, так как они легко теряют свою активность и производственно ценные свойства.

Для выделения молочнокислых бактерий используют среды, обеспечивающие в должной мере их питательные потребности и угнетающие рост посторонних микроорганизмов. Последнее достигается применением различных веществ, например азида натрия, ацетата таллия, сорбиновой и уксусной кислоты, эти­лового спирта, а также снижением рН среды.

 

2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ВЗАИМООТНОШЕНИЯ

С ДРУГИМИ МИКРООРГАНИЗМАМИ

.Молочнокислые бактерии — одна из широко распространенных в природе групп микроорганизмов — содержатся в филлосфере (на листьях, цветах, стеблях растении, овощах и фруктax). Среда обитания молочнокислых бактерий — почва, где они в наибольшем количестве концентрируются в верхних торизонтах, аккумулируются они и в ризосфере дикорастущих и особенно культурных растений.

Обитают молочнокислые бактерии в желудочно-кишечном тракте человека и животных. В большом количестве они содержатся в толстом кишечнике. Особенно богат ими кишечник долгожителей (старше 90 лет).

В природе необходимые для своей жизнедеятельности пита тельные вещества молочнокислые бактерии находят у живых: (выделениях корней и надземных органов) и отмерших растений; в продуктах метаболизма почвенных и ризосферных микроорганизмов; в пищеварительном тракте человека и животных, используя его выделения и обитающих в нем микроорганизмов.

Необходимо подчеркнуть, что молочнокислые бактерииобитают почти во всех растительных и животных материалах, которые человек вовлекал в сферу своей хозяйственной деятельности, содержащих достаточное количество сбраживаемых углеводов, продуктов распада белков, витамины. Развиваясь природных и производственных субстратах, молочнокислые 6aктерии вступают в разнообразные взаимоотношения с другим микроорганизмами.

.Антагонизм молочнокислых бактерий обусловливается действием молочной кислоты, которую они продуцируют. Однако среди молочнокислых бактерий удалось обнаружить и явления специфического антагонизма. Они образуют антибиотики – S. laсtis синтезирует низин, S. cremoris — диплококцин, L. acidophilus — ацидофилин и лактоцидин, L. plantarum—лактолин, L. brevis — бревин и др.

Наиболее полно изучен низин — полипептид с молекулярной массой 3500, по аминокислотному составу и другими свойства сходный с субтилином. Низин бактериостатически действует на пропионовокислые бактерии, стастафилококки, но не подавляет грамотрицательных бактерий, микромицетов, дрожжей.

 

Из S. lactis subsp. diacetilactis получено антибиотическое, вещество, отличающееся от других антибиотиков — пептидов, синтезируемых молочнокислыми бактериями, внеклеточной лока­лизацией, активностью против ряда грамотрицательных и грам- положительных бактерий. L. fermentum и L. brevis, выделенные от здоровых взрослых людей, продуцируют лизоцим.

 

В кишечном тракте долгожителей Абхазии обнаружено зна­чительное число молочнокислых бактерий — антагонистов по от­ношению к видам родов Klebsiella, Shigella, Proteus, Staphy­lococcus, Enterobacter. Особенно высоким антагонизмом обла­дали S. faecium, а также S. thermophilus, L. fermentum, L. cagei, L. plantarum. Большое содержание молочнокислых палочек и кокков, обладающих значительной физиологической активностью и особенно антагонизмом^ положительно коррелирует с хорошим состоянием здоровья и играет, видимо, определенную роль в создании феномена долголетия человека. В последние годы уста- _гновлено, что ряд видов молочнокислых бактерий стимулирует образование интерферона.

Молочнокислые бактерии (особенно 5. faecium и L. salivarius), выделенные от домашних птиц, в большинстве оказы­вали сильное угнетающее действие на возбудителей коли-бактериозов этих животных. Аналогичные наблюдения были описа­ны и для молочнокислых бактерий насекомых и рыб. Защитное действие против некоторых возбудителей инфекции оказывают молочнокислые бактерии, обитающие в организме человека и животных и образующие пероксид водорода. Некоторые лактобациллы и педиококки активно подавляют развитие Pseudomonas fragi и других психрофильных грамотрицательных бактерий в пищевых продуктах, хранящихся при 5—7°С, именно за счет образования пероксида.

 

И. И. Мечников был первым, кто привлек внимание к ис­пользованию антагонистических свойств молочнокислых бактерий в борьбе с гнилостными микроорганизмами кишечного тракта. Для нормализации состава микроорганизмов пищеварительного тракта и борьбы с рядом кишечных заболеваний (диспепсия, энтероколиты, дизентерия и др.) все шире начинают использо­вать молочнокислые бактерии, обладающие антагонистическими свойствами по отношению к условно-патогенным и патогенным микробам. Применяют изготовленные на них кисломолочные продукты и сухие препараты. Положительные результаты дали кисломолочные продукты, изготовленные с использованием L. aci­dophilus, и сухие препараты L. plantarum. Промышленный выпуск продуктов и препаратов, изготовленных с использова­нием чистых и ассоциативных культур молочнокислых бакте­рий, обладающих описанными выше свойствами, неуклонно расширяется. В ряде исследований показано их оздоравливаю- щее влияние на организм не только человека, но и сельскохозяй­ственных животных.

 

Есть сведения о положительном действии молочнокислых бактерий при лучевых поражениях (они содействуют выведению радионуклидов.

Различные виды молочнокислых бактерий могут вступать между собой в мутуалистические взаимоотношения. Например, при исключении из среды некоторых факторов роста (витаминов группы В и аминокислот), необходимых для двух штаммов, они могут расти в симбиозе, так как каждый из них продуцирует биологически активные вещества, используемые другим. Наличие мутуализма среди молочнокислых бактерий послужило основой для разработки методов изучения синтеза ряда факторов роста.

 

Молочнокислые бактерии и дрожжи, видимо, давно приспо­собились к совместному развитию в одних и тех же субстратах. Человек с незапамятных времен использует деятельность этих микроорганизмов для приготовления многих продуктов питания (ржаного хлеба, кефира, кумыса, мацони, йогурта, кваса и др.). В этих продуктах совместная деятельность обеих групп микро­организмов, развивающихся в определенных отношениях, обусловливает определенное их качество. В процессе роста дрожжи обогащают среду рядом продуктов своего метаболизма и делают ее более благоприятной для развития молочнокислых бактерий. Последние в присутствии дрожжей могут развиваться на сре­дах, непригодных для их самостоятельного роста. Подкисление среды молочнокислыми бактериями дает дрожжам преимущество "в борьбе* с конкурентными видами. _Молочнокислые бактерии обладают системой протеолитических ферментов; расщепляя сложные азотсодержащие соединения, они благоприятствуют питанию дрожжей. Некоторые виды дрожжей обладают способ­ностью ассимилировать и органические кислоты, образуемые молочнокислыми бактериями. Но определенные виды дрожжей и молочнокислых бактерий могут проявлять и антагонистические свойства.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

1. Молочная промышленность

Свежее молоко при обычных условиях получения содержит микроорганизмы (несколько тысяч в 1 мл), источником которых может быть вымя, кожа животных, посуда и аппаратура, воздух и обслуживающий персонал. При плохих санитарных условиях количество бактерий в молоке может достичь сотен тысяч и миллионов в 1 мл.

В молоке, полученном при соблюдении санитарных правил прео-бладают микрококки и небольшое количество энтерококков. Загрязненное молоко обсеменено энтеробактериями, молочно­кис-лыми и гнилостными бактериями. Длительное хранение моло­ка при температуре выше 10 °С ведет к смене развития в нем определен-ных групп микроорганизмов, которая представлена не­сколькими фазами.

Бактерицидная фаза характеризуется тем, что после дойки в молоке не отмечается размножение бактерий благодаря действию таких веществ, как лактенин 1 и лактенин 2. Продлить эту фазу можно путем немедленного охлаждения молока после доения.

Фаза смешанной микрофлоры характеризуется развитие всех групп микроорганизмов, имеющихся в молоке. К кони-фазы молочнокислые бактерии преобладают над остальным микроорганизмами.

Фаза молочнокислых бактерий определяется преимуществестным развитием данных микроорганизмов, вызывающих сквашивание молока. При хранении его молочнокислые стрептококки отмирают, а количество молочнокислых палочек постепенно увеличивается.

Фаза дрожжей и мицелиальных грибов наступает при развитии этих микроорганизмов в молоке, имеющем высокую кислотность. Последняя постепенно снижается благодаря жизнедеятельности грибов, что создает благоприятные условия для развития гнилостных микроорганизмов, разлагающих белки молока.

Для сохранения молока применяют тепловую обработку, включающую пастеризацию или стерилизацию. Пастеризацию проводят при различных режимах, например, при 63—65°С в течение 30 мин, при 74—76 °С в течение 15—20 с и при 85—87 ^е без выдержки. Эффективный способ повышения стойкости молока — стерилизация, обычно осуществляемая при 105—115⁰С в течение около 30 мин.

Молочнокислое брожение играет ведущую роль при получении многих кисломолочных продуктов, масла, сыра.

Лля обеспечения активного брожения применяют жидкие сухие закваски, в состав которых входят чистые культуры определенных видов молочнокислых бактерий. Подбирая компоненты заквасок, необходимо

учитывать специфические свойства приготавливаемого продукта: характер взаимоотношения между компонентами заквасок; устойчивость молочнокислых бактерий к присутствующим в молоке естественным ингибиторам, обусловливающим его бактерицидность; устойчивость к антибиотикам и ряду дезинфицирующих веществ, находящихся в молоке.

Важно, чтобы молочнокислые бактерии заквасок были устойчивы к бактериофагам. Фаги стрептококков молочной группы широко раенространены в сборном сыром молоке, пастеризованном молоке, сыворотке сырного чана, пахте. В производственных заквасках обнаружены фаги, активные в отношении лактобацилл (например, L. helveticus, L. lactis), используемых при приготовлении сыров, а также йогурта. Естественным источником бактериофагов являются почва и растения, a в молоко они попадают из кормов, с кожи и вымени животных и т.д. В производственных условиях инактивация фага постигается нагреванием молока при 90°С не менее 30 мин. Чередование заквасок, включающих неродственные по фагочувствительнос штаммы, — обоснованное мероприятие по борьбе с накоплением фага в производстве.

Приготовление кисломолочных изделий (в стране производит­ся около тридцати видов) основывается на использовании специфических для каждого изделия заквасок. Так, например, при получении простокваши обыкновенной применяют Strepto­coccus lactis, S. lactis subsp. diacetilactis. Эти виды, а также S. cremoris вводят в закваски и для получения сметаны. Творог изготавливают с применением S. lactis и S. lactis subsp. diaceti­lactis; для ускоренного получения продукта используют равные количества и термофильных S. thermophilus и мезофильных стрептококков; сквашивание ведут при 38—40°С.

В Росии на использовании термофильных стрептококков и лактобацилл (L. bulgaricus) основано приготовление напитков «Южный», «Снежок», ряженки, варенца. Йогурт также изготав­ливают с применением этих бактерий.

Ацидофильное молоко и ацидофильную пасту получают сквашиванием пастеризованного молока L. acidophilus. Ряд про­дуктов — кефир, кумыс, чал, курунга и др. — готовят с исполь­зованием многокомпонентных заквасок, в которые кроме молоч­нокислых бактерий вводят дрожжи, а часто и уксуснокислые бактерии. В кумысе выявляют обычно Lactobacillus bulgaricus, S. thermophilus, Saccharomyces lactis, Sacch, cartilaginosus, Acetobacter aceti.

Для производства кефира в качестве закваски используют «кефирные грибки», а также искусственные закваски. Считают, что тело грибка представляет собой переплетение нитевидных грамположительных бактерий; на поверхности грибка в уплот­ненном слое находятся дрожжи и молочнокислые стрептококки, а во внутреннем рыхлом ячеистом слое — уксуснокислые бакте­рии. В состав подобранных для кефира заквасок вводят молоч­нокислые бактерии, дрожжи и уксуснокислые бактерии; послед­ние способствуют созданию густой консистенции закваски и кефира, а также специфического вкус.

В закваски для приготовления кислосливочного масла вводят S. lactis, S. cremoris как кислотообразователи, a S. lactis subsp. diacetilactis как продуцент ароматических веществ (диацетила, ацетоина); последние иногда накапливаются до 10— 30мг/л молока. При получении масла поточным способом при 30⁰C хорошие результаты дает применение закваски, состоящей из L. bulgaricus, L. acidophilus и S. lactis subsp. diacetilactis, а также закваски, включающей S. thermophilus и S. lactis subsp. diacetilactis.

Созревание сыров происходит под воздействием сычужного фермента и протеаз молочнокислых бактерий, которые уже с мо­мента прессования сырной массы являются основными среди микроорганизмов, входящих в сыры. Установлена ведущая роль молочнокислых бактерий в протеолитическом расщеплении бел­ков в процессе созревания сыров. Они играют также некоторую роль в созревании сыра, расщепляя жир молока. Имеется пря­мая зависимость между степенью созревания сыра, его вкусом, ароматом и содержанием в нем свободных аминокислот, накап­ливаемых протеолитически активными молочнокислыми бакте­риями. Считают, что ведущая роль в образовании характерного вкуса и запаха сыра все же принадлежит продуктам превраще­ния аминокислот.Лейцин и валин могут служить предше­ственниками 3-метилбутанола и 2-метилпропаната — соедине­ний, придающих специфический вкус сыру чеддер. Определенная роль в создании вкуса сыра принадлежит органическим (в том числе летучим) кислотам, образуемым молочнокислыми бакте­риями. Газообразующие штаммы последних (не только пропионовокислые бактерии) создают в некоторых сырах рисунок — глазки. Роль молочнокислых бактерий в сыре сводится и к подав­лению развития нежелательных микроорганизмов (маслянокислых бактерий). Для сырных заквасок подбирают протеолитиче­ски активные штаммы молочнокислый бактерий, состав послед­них определяется технологией приготовления сыра.

 

Производство хлебопродуктов

Существенную роль в создании вкуса и аромата хлеба, особенно ржаного, а также его усвояемости играют различные виды гомо- и гетероферментативных молочнокислых бактерий В результате сбраживания сахаров в тесте они образуют углекислый газ, молочную и уксусную кислоты, а также этиловый спирт. Гомо- и гетероферментативные лактобациллы осуществляют, кроме того, протеолиз белков муки, способствуй накоплению в заквасках и тесте азотсодержащих водорастворимых веществ, играющих определенную роль и в создании аромата хлеба. Образуемые молочнокислыми бактериями кислоты, не влияя на дрожжи, подавляют гнилостные, маслянокислые, уксуснокислые бактерии и представителей энтеробактерии.

В практике хлебопечения издавна используют способствующие под-нятию теста закваски, включающие штаммы гомо- и гетерофермента-тивных молочнокислых бактерий.

Биологическое консервирование

Молочнокислое брожение используется человеком для кон- сервирования различных растительных продуктов питания - квашения. Этот способ их хранения обладает рядом достоинств: в продукты, как правило, не вводятся химические консерванты и они не подвергаются большим термическим воздействиям. Сохранение продукта достигается благодаря развитию в нем молочнокислых бактерий. Вещества, образующиеся в процессе их жизнедеятельности (особенно молочная кислота), оказывают подавляющее воздействие на микроорганизмы — потенциальные возбудители порчи (гнилостные, маслянокислые и др.). Квашен­ные овощи и фрукты приобретают приятные органолептические свойства и оказывают полезное воздействие на организм чело­века.

Молочнокислое брожение находит широкое применение и для биологического консервирования различных кормовых расти­тельных материалов — силосования. В настоящее время в нашей стране оно приобрело крупные, по сути промышленные мас­штабы.

Силосование — сложный микробиологический процесс. С рас­тительной массой в силосохранилище попадает огромное коли­чество разнообразных микроорганизмов. Во время силосования на отмерших растениях многие из них начинают бурно размно­жаться. Питательной средой для микроорганизмов при этом слу­жат главным образом соки растений. Одна из основных задач техники силосования — создание условий для жизнедеятельности молочнокислых бактерий и подавления вредных микроорганиз­мов.

После закладки растительной массы в силосные сооружения и плотной утрамбовки аэробные бактерии начинают быстро отмирать. Активно размножаются бактерии, способные к росту в анаэробных условиях, — представители энтеробактерий, Clo­stridium,, Bacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus и Lactobacillus. В первые дни после закладки в силосе из группы молочнокислых бактерий доминируют кокки (педиококки, S. faecalis, S. faecium, S. faecalis subsp. liquefaciens, Leuc. mesente- roides). Появляются в этот период и молочнокислые палочки — L. brevis, L. casei, L. fermenti, L. plantarum. Особо важную роль играют стрептококки; они способны конкурировать с грамотрицательными бактериями в начальный период силосования,

В период силосования от 8 до 15 сут доминирующие в начале брожения стрептококки вытесняются, увеличивается количество педиококков, лейконостоков и гомоферментативных, а позже гетероферментативных лактобацилл. В основной и конечной стадиях брожения силосов ведущую роль играют палочковид­ные молочнокислые бактерии (L. brevis, L. plantarum) и педио­кокки.

Постепенное уменьшение общего числа бактерий, начинаю­щееся после 15 сут силосования, охватывает период приблизи­тельно в 60 сут. Количество микроорганизмов за это время сни­жается до 1 млн. в 1 г (в период 1—8 сут при 22—40 °С может достигать миллиарда).

Направленность микробиологических процессов в раститель­ной массе, заложенной в силосные сооружения, определяется рядом факторов. В силосе с небольшим количеством сахара рост молочнокислых бактерий прекращается в более ранние сро­ки, чем в силосе с высоким содержанием сахара. Внесение до­полнительных питательных веществ (мелассы, сахарной муки, муки и солода) в силосную массу, состоящую из малосахаристых растительных материалов, для направленного стимулирования развития этих микроорганизмов давно успешно используется в практике.

В последние годы большое внимание уделяется приготовлению сенажа. Биологическому консервированию в силосных сооружениях при этом подвергается измельченная растительная масса, предварительно подсушенная (подвяленная) чаще всего до 55—65% влажности. Относительная сухость, создаваемая в сенаже, замедляет развитие молочнокислых бактерий, а также оказывает губительное влияние на рост нежелательных микроорганизмов.

Применение заквасок чистых культур молочнокислых бактерий особенно результативно при силосовании относительно трудносилосилируемых растений.

Штаммы молочнокислых бактерий, селекционированные для силосования, размножают в производственных условиях, готовят из них высушенные препараты и вносят вместе с небольшим количеством воды в измельченную растительную массу в момент закладки ее в силосное сооружение.

Для силосования используют штаммы (L. plantarит, L. cast S. lactis subsp. diastaticus и др.), обладающие значительной ферментативной активностью. Хорошие результаты достигают при использовании препаратов, в состав которых входит S. faеcium совместно с лактобациллами. При кормлении животных силосом, приготовленным на этих бактериях, лучше подавляется рост вредных микроорганизмов в кишечном тракте, возрастают привесы.

За рубежом предложено несколько патентных препаратов, состав которых, помимо молочнокислых бактерий, включены другие микроорганизмы и ферменты. Сообщается о эффективном использовании их при силосовании.

Квашение капусты осуществляется в присутствии поваренной соли. Ее добавляют к нарезанной капусте в количестве 1,5%. Добавка соли позволяет извлечь сок из растительных тканей подавить развитие нежелательных микроорганизмов и этим способствует жизнедеятельности молочнокислых бактерий.

В подготовленной для квашения капусте через несколько часов при самопроизвольном брожении развиваются энтеробактерии и другие виды, способствующие образованию ряда продуктов (муравьиной, уксусной кислот, небольшого количества молочной и янтарной кислот, этанола и газообразных соединений), придающих ей специфический запах. Вскоре начинают быстро размножаться молочнокислые гетероферментативные кокки (L. mesenteroides и др.); они становятся преобладающими к концу 2—3-х сут брожения. Именно эти организмы считают ответственными за запах доброкачественного продукта. Кроме молочной кислоты кокки образуют уксусную кислоту, этиловый спирт, эфиры, СО₂, маннит; присутствие последнего придает капусте горьковатый привкус.

Через 4—6 сут брожения кокковые формы сменяются в ос­новном гомоферментативными молочнокислыми палочками (L. plantarum и др.), которые накапливают до 1,5—2% кислоты и доводят процесс молочнокислого брожения до конца. L. plan­tarum используют маннит и этим устраняют горький привкус ка­пусты.

Применение заквасок молочнокислых бактерий при квашении капусты, так же как и при силосовании кормов, дает положи­тельные результаты. При удачном подборе заквасок и правиль­ном их применении улучшаются органолептические свойства капусты, -при длительном хранении в ней лучше сохраняются питательные вещества и витамины. Закваску равномерно раз­брызгивают по шинкованной капусте во время ее загрузки в емкости. Брожение проводят при 22—24 °С в течение 3—4 сут до накопления 0,6% молочной кислоты, затем капусту герметизи­руют и хранят при низкой температуре (лучше + 1°С).

Соление огурцов — один из наиболее широко распростра­ненных приемов их консервирования. Отобранные овощи зали­вают рассолом (6—8% поваренной соли, в зависимости от раз­меров огурцов) и добавляют различные специи. Залитые рас­солом огурцы в бочках оставляют на специальных площадках для прохождения предварительной ферментации (как правило, при 20—25°С на 24—48 сут). Ферментация считается закончен­ной после накопления в paccoле 0,3—0,4% молочной кислоты. После предварительного брожения бочки с огурцами хранят при низкой температуре в холодильниках, ледниковых буртах или в траншеях со льдом и т. д., где в течение 40—45 сут (дней) проис­ходит дальнейшее накопление молочной кислоты (до 1%). Го­товые соленые огурцы кроме молочной кислоты содержат ук­сусную кислоту и спирт, следы глицерина и маннита, небольшие количества ароматических веществ. Использование при засолке огурцов заквасок молочнокислых бактерий дает положительные результаты, но еще не широко применяются в практике.

Квашение яблок также основано на применении молочно­кислого брожения. Яблоки в емкостях рекомендуется заливать рассолом, содержащим до 1,5% поваренной соли, 3% сахара, 1% ячменного или ржаного солода (в виде солодового сусла), 0,25% сухой горчицы. В благоприятных температурных усло­виях (12—19°С) предварительная ферментация проходит в те­чение 8—10 сут, при этом в рассолах накапливается 0,3—0,4% молочной кислоты. Затем яблоки помещают в погреб или холо­дильник, где молочнокислое брожение продолжается до образо­вания 0,6—1,5% молочной кислоты. Хорошие результаты дает использование в этом процессе молочнокислых бактерий L. plan­tarum и холодостойкой шампанской расы дрожжей Saccharo­myces cerevisiae. Закваски добавляют в количестве 0,5%. Соле­ные яблоки, приготовленные в производственных . условиях с применением чистых культур микроорганизмов, имеют значи­тельно лучшие показатели, чем засоленные без заквасок.

При засолке яблок, помидоров, свеклы, маслин и других овощей спонтанное молочнокислое брожение протекает с участи ем тех же видов микроорганизмов, о которых упоминалось выше при описании процессов заквашивания других растительных продуктов.

Молочнокислые бактерии развиваются при так называемом «мокром» способе обработки кофе. Определенную роль они играют и в процессе замачивания зерна при производстве курузного крахмала. Молочнокислое брожение протекает также при изготовлении кваса. Процессы брожения играют важную роль при производстве таких продуктов питания, как корейское «кимчи», получаемого при сбраживании китайской капусты, редиса и других овощей индийского «идли» — кислых лепешек из риса и неочищенного черного горошка, филиппинских «путо» — кислых рисовых лепешек, нигерийского «оги» — кислой каши из кукурузы, сорго ил проса, «гари» — крапчатого крахмалистого продукта из корней маниока и других национальных пищевых продуктов.

4. Мясная и рыбная промышленности

Молочнокислые бактерии находятся в мясных продуктах, как прошедших термическую обработку, так и охлажденных. Посолочные ингредиенты, в частности поваренная соль, не подавляют рост тех из них, которые обладают устойчивостью к высокой концентрации соли (16—24% NaCl).

Важна роль молочнокислых бактерий при приготовлена сырокопченых («ферментативных») колбас. Они придают им специфический букет, резко подавляют рост гнилостных микроорганизмов, оказывают благоприятное влияние на консистенцию, связанность и цвет фарша. Количество молочнокислых бактерий возрастает во время созревания колбас. В хорошо высушенной колбасе содержатся почти исключительно лактобациллы. В свиных копченых мясных продуктах (бекон, окорок, грудинка, корейка) после посола также преобладают молочнокислые бактерии; большое число их обнаружено в заливочных рассолах, используемых для сокращенных и длительных посолов окороков

Селекционированы штаммы педиококков, стрептококков и лактобацилл, применяемые как компоненты заквасок для сухих и сырокопченых колбас. Бактериальная закваска (S. lactis L. plantarum) рекомендована к применению при посолке окороков.

Молочнокислые бактерии играют роль в созревании посоленной рыбы. Сельдевые после посола в процессе хранения приобретают новый «букет» и новые вкусовые качества, очевидно благодаря развитию гетероферментативных ароматообразующих кокков. L. mesenteroides, L. plantarum, Pediococcus sp. используют для приготовления национального блюда жителей Филиппин, включающего мясо, рыбу, а также рис. Микробиоло­гические процессы в рыбных силосах (измельченная рыба, соло­довая и зерновая мука) близки к процессам, протекающим в силосах из зеленых кормов.

 

5. Получение молочной кислоты и декстрана

Молочная кислота широко применяется в ряде отраслей народного хозяйства и медицины. Преимущество микробиологи­ческого способа получения ее перед химическим состоит в воз­можности направленного синтеза определенного изомера кисло­ты, например изомера L(+). Разделение смеси изомеров молоч­ной кислоты, производимой на основе химического синтеза, технически сложно и существенно удорожает производство.

При производстве молочной кислоты применяют разные виды молочнокислых бактерий, что обусловлено составом сбраживае­мого сырья. В России пищевую молочную кислоту получают с по­мощью L. delbrueckii на среде, составленной из нескольких компонентов: кормовая или рафинадная патока, солодовые рост­ки и фосфорнокислый аммоний. Процесс проходит при 49—50°С. Образующуюся молочную кислоту периодически нейтрализуют мелом и выделяют. Весь цикл брожения заканчивается за 7— 10 сут.

Для_получения молочной кислоты с помощью L. bulgaricus возможно использовать молочную сыворотку, а при применении L. brevis сырье, содержащее пентозы, — гидролизаты кукуруз­ных кочерыжек, стеблей соломы и др.

Декстран (глюкан) ~ образуемый в большом количестве L. mesenteroides, применяются в пищевой промышленности в качестве стабилизатора при приготовлении сахарных сиропов, кондитерских изделий, мороженого и других продуктов. В меди­цинской практике используют препарат полиглюкан — среднемолекулярную фракцию частично гидролизованного декстрана, растворенную в изотоническом растворе NaCl. Для получения декстрана применяют селекционированные штаммы L. mesen­teroides. Технологический процесс проводят при выращивании бактерии на очищенных средах с сахарозой. Найдены также штаммы L. brevis — активные продуценты D-глюкозоизомеразы.

4. МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ — ВРЕДИТЕЛИ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Многие пищевые продукты являются благоприятной средой для развития молочнокислых бактерий. Особенно подвержены порче продукты, содержащие питательные компоненты, необхо­димые для роста молочнокислых бактерий в оптимальных кон­центрациях, а ингибирующие вещества находятся в них в мини­муме или отсутствуют.

 

1. Пищевые продукты

Консервированные фрукты, овощи, соки, желе и другие растительные продукты при недостаточной стерилизации или нарушении герметичности банок могут подвергаться порче как одними молочнокислыми бактериями, так и в ассоциации их с другими микроорганизмами. Высококислотным консервам наиболее опасны лактобациллы, низкокислотным — лейконостоки. Молочнокислые бактерии могут вызвать бомбаж консервных банок, скисание, появление слизи, неприятного привкуса и запаха Особенно подвержены порче низкокислотные консервы. Возбудителями порчи растительных консервов являются L. plantarum L. brevis, L. mesenteroides, L. dextranicum.

Порче подвергаются и соленые овощи. Так, развитие L. brevis (наряду с энтеробактериями и дрожжами) приводит к образованию огурцов-«дутышей», L. plantarum — к формированию пустул на оливках, зеленых томатах, перце и других соленых овощах."

Молочнокислые бактерии могут вызвать скисание мясных продуктов, изменение их окраски (позеленение), ослизнение образование мути в рассолах, использующихся для заливки от дельных сортов мясных изделий. Поверхностное позеленение колбас и появление зеленой сердцевины вызывает L.viridescens, растущий при низкой температуре, а также Leuc. mesenteroides. Изменение окраски мясных продуктов происходит в результат образования молочнокислыми бактериями пероксида водорода, вступающего в реакцию с пигментом мяса. Лактобациллы и лейконостоки вызывают скисание мясных изделий — свежей свиной колбасы и ветчины — в результате образования кислот даже при температуре около 0°С. Эти микроорганизмы в npисутствии сахаров (особенно сахарозы) способны также ослизнять мясные изделия.

Определенное влияние на качество мясных продуктов оказывают энтерококки. Их обнаруживают в свежем мясе, фаршах, в вяленых и копченых продуктах, например в свиных копчениях. При высоком содержании энтерококки могут вызвать не только порчу продуктов, но и пищевые отравления, например, мясными консервами, изготовление которых требует применения мягких режимов тепловой обработки (ветчина в желе и др.). S. faecalis и S. faecium придают продуктам нежелательный вкус и запах. _

Молочнокислые бактерии играют ведущую роль и в порче некоторых рыбных изделий, вызывая бомбаж пресервов и маринадов. При бомбаже рыбных пресервов (сельдь в желе, анчоусы, сельдь в майонезе и др.) деформация консервных банок вызывается углекислым газом, который образуют гетероферментативные молочнокислые бактерии, чаще всего L. brevis и L. Buchneri.

Наблюдались случаи отравления рыбными консервами даже при незначительной обсемененности их L. casei в результате интенсивного накопления гистамина — продукта декарбоксилирования гистидина.-

 

2. Производство сахара

 

В субстратах сахарного производства нередко обнаружи­вается большое разнообразие видов молочнокислых бактерий (L. plantarum, L. brevis, L. fermentum, L. cellobiosus, L. leichmannii, Leuc. mesenteroides, Leuc. dextranicum и др.). Некото­рые из этих бактерий, размножаясь в диффузионном соке, мо­гут вызывать прямые потери сахара путем его разложения. Лейконостоки при этом, сбраживая и ослизняя сок, образуют из сахарозы декстран. В результате их жизнедеятельности кислот­ность сока повышается, он становится вязким, малоподвижным. Это может приводить к нарушению технологических процессов производства (особенно фильтрации и кристаллизации).

Молочнокислые бактерии могут инфицировать и фильтр-прессные станции, если фильтрация сока идет медленно. Разви­ваясь в большом количестве, они забивают слизью поры холста, и прессы выходят из строя. Наличие молочнокислых бактерий в субстратах, нагреваемых до высоких температур (свыше 70°С), объясняется существованием терморезистентных форм.

Свеклосахарная меласса — отход сахарного производства — широко используется в качестве ценного сырья во многих от­раслях народного хозяйства, в частности микробиологической промышленности. Молочнокислые бактерии — обычные обитате­ли мелассы. Количество их и видовой состав существенно раз­личаются в нормальных и дефектных мелассах. В нормальных — преобладают палочковидные формы, в дефектных — лейконосто­ки. В мелассе в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий может снижаться содержание сахара и накапливать­ся продукты их метаболизма. Поэтому на сахарных заводах мелассу необходимо хранить в закрытых резервуарах, защищать от разбавления водой и загрязнения.

 

Бродильная промышленность

 

Молочнокислые бактерии — основные возбудители инфекции на многих предприятиях промышленности, особенно использую­щих дрожжи, к ассоциативному развитию с которыми они хо­рошо приспособились.

Значительный урон молочнокислые бактерии могут приносить дрожжевому производству, основное сырье для которого состав­ляет меласса. При нарушении технологического процесса бакте­рии, размножаясь совместно с дрожжами, снижают их выход, ферментативную активность, стойкость и подъемную силу. Лей­коностоки, образуя декстран, способны агглютинировать (флок­кулировать) хлебопекарные дрожжи.

Лактобациллы могут попадать в производство кормо­вых дрожжей из мелассной барды. Развиваясь в ней, бактерии резко снижают выход дрожжевой биомассы и вызывают вспе­нивание бражки, затрудняющее ее сепарирование.

На спиртовых заводах молочнокислые бактерии (L. plantаrum, L. brevis, L. fermentum, L. delbrueckii и др.), размножаясь в производственных субстратах, снижают бродильную активность дрожжей, уменьшают выход спирта и повышают содержание в нем посторонних примесей.

Лактобациллы (L. brevis, L. casei и др.) и педиококи (P. damnosus) могут вызвать ряд пороков пива — помутнение, ослизнение, скисание. В результате накопления ими диацетила, пиво приобретает нежелательный привкус и запах. Педиококки, образуя на средах с глюкозой и мальтозой мукополисахарид, вызывают тягучесть солодового сусла.

В бражках — продукте ацетоно-бутиловых заводов могут развиваться лактобациллы (L. brevis, L. buchneri), адаптированные к высоким концентрациям бутилового спирта. Они угнетают жизнедеятельность возбудителя ацетоно-бутилового брожения Clostridium acetobutylicum. При этом часть затора остается несброженной, ухудшаются выход и соотношение растворителей, появляется изопропиловый спирт, несвойственный ацетоно-бутиловому брожению.

Вино — неблагоприятная среда для развития микроорганизмов. Существенный урон виноделию могут приносить только молочнокислые бактерии (L. fermentum, L. cellobiosus, L. Ьш neri: L. brevis, L. plantarum, L. casei, Leuc. oenos, P. pentosace и др.). Развиваясь в винах, они сбраживают сахар и вызывают их заболевания — скисание, помутнение, превращение лимонной, винной кислот и глицерина в молочную кислоту, летучие кислоты и СО₂. При восстановлении гетероферментативными видами фруктозы в маннит, вино приобретает неприятный кисло-сладкий вкус. Ожирение (ослизнение) вина вызывают бактерии (преимущественно лейконостоки), образующие из сахара декстран. Однако возбудители яблочно-молочного брожения (в частности, Leuc. оenos), вызываюшие процесс превращения яблочной кислоты в молочную, используются для снижения высокой кислотности столовых вин. При этом вино становится более гармоничным, резкая кислотность его уменьшается.

В заключение необходимо подчеркнуть, что познание биологии молочнокислых бактерий позволило разработать эффективную биотехнологию их применения в очень многих отраслях пищевой микробиологической и бродильной промышленности также отраслей сельского хозяйства и изыскать действенные пути борьбы с теми из них, которые не так давно приносили весьма ощутимый урон народному хозяйству.