Развитие микроорганизмов и их биохимическая деятельность тесно связаны с окислительно-восстановительными условиями в среде, которые зависят от соотношения в ней окисленных и восстановленных веществ. В биологических системах — культурах микроорганизмов — окисление и восстановление служат источниками энергии для всех процессов, протекающих в клетке.
При развитии любого микроорганизма окислительно-восстановительный потенциал падает, т. е. восстановительные свойства среды усиливаются (И. Л. Работнова, 1957). И. Л. Работнова рассматривает это явление как приспособление, обеспечивающее лучшие условия для развития культуры. При добавлении редуцирующих веществ, предохраняющих клетку от чрезмерного окисления, сокращается продолжительность lag-фазы и ускоряется размножение аэробов. И. Л. Работнова с сотрудниками (1957) установила, что падение окислительно-восстановительного потенциала обусловлено не только поглощением культурой растворенного кислорода, но и образованием редуцирующих веществ. Некоторые микроорганизмы выделяют редуцирующие вещества в среду, у других восстановительными свойствами обладают только живые клетки. При производстве кисломолочных продуктов окислительно-восстановительные условия среды могут меняться под влиянием таких факторов, как аэрация (перемешивание), добавление редуцирующих веществ (например, аскорбиновой кислоты), и в результате жизнедеятельности самих микроорганизмов.
Для микроорганизмов, у которых нет необходимых систем ферментов для использования кислорода в качестве акцептора водорода, такими акцепторами могут служить аскорбиновая кислота, цпстешт, глютатион, метиленовый голубой и резазурин. Метиленовый голубой и резазурин применяют для установления наличия активного процесса обмена веществ микроорганизмов в молоке. Чем больше в молоке микроорганизмов и интенсивнее обмен веществ, тем быстрее падает окислительно-восстановительный потенциал и быстрее восстанавливаются метиленовый голубой или резазурин. Процесс восстановления этих веществ сопровождается их обесцвечиванием или изменением цвета, что легко установить при визуальном наблюдении за пробами.
Резазурин по сравнению с метиленовым голубым восстанавливается при более высоком окислительно-восстановительном потенциале. Следовательно, на его восстановление и получение результата о количестве и активности микроорганизмов требуется меньше времени. Молоко как сырое, так и пастеризованное обладает определенной восстановительной способностью, уровень которой колеблется в зависимости от периода лактации, состояния здоровья животного и т. д. Молочнокислые бактерии относятся к факультативным анаэробам. Некоторые виды, например Str. lactis, в процессе жизнедеятельности используют свободный кислород в незначительной степени или совсем его не используют. Однако они могут развиваться и в присутствии кислорода. У ароматообразующнх стрептококков отмечена обратная зависимость между редуцирующей способностью и образованием диацетила и ацетоина. Она может меняться у одного и того же штамма под влиянием условий культивирования (С. Н. Анантарамаиах, 1970).
Гомоферментативные молочнокислые палочки более анаэробны. Особенно чувствительны они к кислороду в момент выделения из естественных субстратов, вследствие чего часто затрудняется получение поверхностных колоний этих микроорганизмов на плотных питательных средах. Редуцирующая активность у разных видов молочнокислых палочек неодинакова и находится в обратной зависимости от содержания в клетках флавопротеина.
Кислород почти не оказывает вредного воздействия на развивающиеся микроорганизмы, у которых протекает активный обмен веществ. У покоящихся культур чувствительность к кислороду резко возрастает. С повышением окислительно-восстановительного потенциала, что происходит при проникновении кислорода в клетку, инактивируются некоторые ферментные системы и снижается жизнедеятельность культуры. В результате удаления кислорода из культур значительно сохраняется их жизнеспособность, что используют, высушивая культуры в замороженном состоянии под вакуумом и храня их в атмосфере азота. Рекомендуется также хранить жидкие культуры в лакмусовом молоке с мелом в герметически закупоренных сосудах (Дж. Дэвис, 1963).
Для плесеней требуется кислород, так как их мицелий в основном развивается в воздушной среде и только часть его погружается в питательный субстрат. Как правило, они развиваются на поверхности кисломолочных продуктов.