2015-01-30
13263
Молочнокислое брожение – это анаэробное превращение углеводов с образованием молочной кислоты. Существуют два вида молочнокислого брожения - гомоферментативное и гетероферментативное (рисунок Г.2). Вызываются эти виды брожения соответственно гомоферментативными и гетероферментативными молочнокислыми бактериями (МКБ).
Гомоферментативное молочнокислое брожение. Сначала расщепление глюкозы идет по ЭМП пути (гликолиз). Гомоферментативные МКБ синтезируют фермент лактатдегидрогеназу и используют ПВК в качестве акцептора водорода, восстанавливая ее до молочной кислоты:
ЭМП-путь ЛДГ
С6Н12О6 → 2 СН3СОСООН + 2 НАДН2 → 2 СН3СНОНСООН + НАД+
Таким образом, при гомоферментативном молочнокислом брожении основным продуктом превращения сахаров является молочная кислота: С6Н12О6 → 2 СН3СНОНСООН
Гетероферментативное молочнокислое брожение. Гетероферментативные МКБ не имеют альдолазы и триозофосфатизомеразы – основных ферментов, необходимых для расщепления углеводов по ЭМП-пути. Поэтому эти микроорганизмы метаболизируют глюкозу по ГМФ-пути. Образовавшийся в ходе этого процесса рибулезо-6-фосфат расщепляется под действием синтезируемого бактериями фермента пентозофосфокетолазы на фосфоглицериновыфй альдегид и ацетилфосфат. Фосфоглицериновый альдегид претерпевает ряд ферментативных превращений, идентичных реакциям гликолиза, в результате чего образуется пируват. Восстановление пирувата в молочную кислоту происходит, как и при гомоферментативном молочнокислом брожении при участии лактатдегидрогеназы. Ацетилфосфат также восстанавливается оторванным от НАДН2 водородом до ацетальдегида, который акцептирует еще один водород с НАДН2 и превращается в этанол. Ацетилфосфаттакже может окисляться до уксусной кислоты. При этом энергия макроэргической связи ацетилфосфата используется на синтез одной молекулы АТФ.
Таким образом, при гетероферментативном молочнокислом брожении одновременно с образованием молочной кислоты происходит накопление этилового спирта, СО2, уксусной кислоты и других продуктов. Это зависит от вида микроорганизма, условий культивирования (рН, температура, степень аэрации) и других факторов. Например:
2 С6Н12О6→СН3СНОНСООН+СООНСН2СН2СООН+СН3СООН+СН3СН2ОН+Н2
Молочнокислые бактерии – это бактерии, способные образовывать в качестве главного продукта брожения молочную кислоту. В группу МКБ объединены различные по систематическому положению микроорганизмы.
Молочнокислые кокки – это представители семейства Streptococcaceae родов Lactococcus (до 1986 г. род Streptococcus), Pediococcus, Aerococcus, Leuconostoc. Представители первых трех родов относятся к гомоферментативным МКБ, последнего – к гетероферментативным МКБ. Это грамположительные неподвижные или слабо подвижные клетки сферической или слегка удлиненной формы, встречаются в парах или цепочках, делящихся в одной плоскости. Факультативные анаэробы, каталазу не образуют, цитохромная система у них отсутствует. Брожение для этих микроорганизмов является единственным источником энергии. Мезофилы (оптимальная температура их развития 300С).
Молочнокислые палочки – это представители семейства. Lactobacillaceae, рода Lacto-bacillus, насчитывающего около 75 видов. Это полиморфные палочки (длинные, короткие, прямые или изогнутые, встречающиеся поодиночке или парами), большинство их неподвижные (немногие подвижные), грамположительные (с возрастом переходят в грамотрицательные), споры не образуют. Каталазу не образуют, факультативные анаэробы или микроаэрофилы. Оптимальная температура их развития 30-400С, рН – 5,8-5,5 и ниже. Вызывают гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение. Это сапрофиты (за исключением отдельных видов, играющих определенную роль в кариесе зубов).
Из неспорообразующих микроорганизмов МКБ являются наиболее термоустойчивыми. Некоторые штаммы остаются жизнеспособными при нагревании при 850С в течение 10 мин.
МКБ широко распространены в природе. Они встречаются на различных растениях, в почве (в верхних слоях), в ризосфере растений, в желудочном тракте теплокровных животных и человека, в силосе, муке, овощах, сыром молоке, молочных продуктах, различных квашенных продуктах. МКБ широко используют в промышленности. Для изготовления кисломолочных продуктов (кефир, простокваша, йогурт, ряженка), масла, сыра и других используются чистые культуры МКБ.
Кефирные грибки – это симбиотические образования. Кефирные грибки имеют неправильную форму, сильно складчатую или бугроватую поверхность. Это образования белого цвета размером от 1-2 до 3-6 мм, которые ведут себя биологически как живой организм (растут, делятся, передают свои свойства и структуру последующим поколениям). Строму (тело) грибка составляют тесные переплетения палочковидных нитей, которые удерживают остальные микроорганизмы – молочнокислые кокки, дрожжи, уксуснокислые бактерии. Консистенция грибков упругая, мягкохрящевая. Кефирные грибки используют для приготовления кефира (кисломолочного напитка), при внесении кефирных грибков в молоко в первую очередь развиваются молочнокислые кокки, затем молочнокислые палочки, дрожжи и только потом уксуснокислые бактерии.
МКБ являются антагонистами гнилостных микроорганизмов. И.И.Мечников, изучая болгарских долгожителей, употреблявших в пищу кисломолочные продукты на основе болгарской палочки, разработал теорию борьбы со старением организма. Развиваясь в кишечнике, гнилостные микроорганизмы вызывают образование продуктов разложения белков (индол, скатол, фенол и другие), которые отравляют организм. МКБ образуют продукты, подавляющие развитие этой гнилостной микрофлоры. Лактобациллы синтезируют незаменимые для человека аминокислоты и витамины. Они используются в приготовлении лекарств (например, лактобациллина). На основе живых культур лактобактерий изготовлены многочисленные пробиотические препараты. Большинство из них предназначено для коррекции микрофлоры организма человека.
Пропионовокислое брожение – это биохимический процесс превращения микроорганизмами сахаров, молочной кислоты и ее солей в пропионовую кислоту. Кроме основного продукта (пропионовой кислоты) образуется уксусная кислота, диоксид углерода и вода:
3С6Н12О6 → 4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + СО2 + 2Н2О + Эн.
Химизм этого процесса подобен молочнокислому брожению, но образующаяся в этом брожении молочная кислота является не конечным, а промежуточным продуктом, который превращается в пропионовую и уксусную кислоты:
3СН3СНОНСООН→ 2СН3СН2СООН + СН3СООН + СО2 + 2Н2О + Эн.
Возбудители брожения – пропионовокислые бактерии (ПКБ) рода Propionibacterium. Это короткие неподвижные грамположительные палочки (могут быть слегка ветвящимися), спор не образуют. Оптимальная температура их развития 30-350С. Это факультативные анаэробы, образуют каталазу. ПКБ бактерии близки к МКБ и часто совместно с ними развиваются. МКБ могут стимулировать и ингибировать действие пропионовокислых бактерий. ПКБ чувствительны к низину. Ценное свойство ПКБ – способность к биосинтезу витамина В12 (цианкобаламина). Благодаря этому свойству, ПКБ выращивают в производственных условиях на молочной сыворотке.
ПКБ обитают в рубце жвачных животных (участвуют в образовании жирных кислот), встречаются в кишках, почве, молочных продуктах. ПКБ играют важную роль в созревании сыров. Образующиеся в результате этого брожения продукты придают сырам острый вкус, создают типичный рисунок равномерно расположенных в сырной массе пустых глазков. ПКБ используются при силосовании кормов.
