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 азот а. Они растут на средах с подобранными с месями аминокислот, ферментативными или кислотными гидролизатами белков — мяса, лактальбумина, казеина, различных сортов муки. Потребность в наборе и количестве отдельных аминокислот варьирует у различных видов. Больши н ству н еобходим ы аргинин. Цистеи, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тиро зии, валин. Только некотор ые молочнокислые бактерии (стрептококки) могут расти на среда х, содержащих аммонийные соли в качестве единственных источника азота.

_Большинст ву 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 бактери й в определенных витамин ах, и аминокислотах используется для определ ения этих соедин ений _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

Гомоферментативные молочнокислые 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 ба ктерии — одна из широко распространенных в природе групп микроорганизмов — содержатся в филлосфере (на листьях, цветах, стеблях растении, овощах и фру к тax). 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-ки шечном тракте человека и животны х. 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 деятельност и, содержащих достаточное количество сбр а живаем ых углеводов, продуктов распада белков, витамины. Развиваясь природных и производственных субстратах, молочнокислые 6aктерии вступают в разнообразные взаимоотношения с другим микроорганизмами.

.Антагонизм молочн окислых бактерий обусловливае т ся действием молочной кислот ы, которую они продуцируют. Однако среди молочнокислых бактерий удалось обнаружить и явления специфического антагонизма. Они образуют ант ибиотики – S. laсtis синтезирует низин, S. cremoris — диплококцин, L. acidophilus — ацидофилин и лактоцидин, L. plantarum—лактолин, L. brevis — бревин и др.

На иболее полно изучен низин — полипептид с молекулярной массой 3500, по аминокислотному составу и другими свойства сходный с субтилином. Низин бактер иостатически де йствует на пропионовокислые бактерии, ст астафилококки, но н е 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 послед ние 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 оказываю т 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, ви димо, давно приспособились к совместному развитию в одних и тех же субстратах. Человек с незапамятных времен использует деятельность этих микроорганизмов для пригот овления 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 сл ожные азотсодержащие соединения, они благоприятствуют пи тан ию 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 ^ебез выдержки. Эффективный способ повышения стойкости молока — стерилизация, обычно осуществляемая при 105—115⁰Св течение около 30 мин.

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

Лля обеспечения активного брожения применяют жидкие сухие за кваски, в сос тав которых входят чистые культу ры определ енных видов молочнокисл ых 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 молоч нокислые бактерии заквасок были устойч ивы к бактериоф агам. Фаги стрептококков молочной г руппы 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 ист очнико м бактериофаго в являются почва и растения, a в молоко они попада ют из кормов, с ко жи и вымени животных и т.д. В производственных условиях инактивация фага постигается нагр еванием 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 при готовления кислосливочного масла вво дят S. lactis, S. cremoris как кислотообразователи, a S. lactis subsp. diacetilactis как продуцент ароматиче ских 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 молочно й кис лоты с помощью L. bulgaricus возможно использовать молочну ю сыворотку, а при применении L. brevis сырье, содержащее пенто зы, — гидролизаты кукурузных кочерыжек, стеблей со ломы 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.

П орче под вергаются и соленые овощи. Так, развитие L. brevi s (наряду с энтеробактериями и дрожжами) приводит к образованию огурцов-«дутышей», L. plantarum — к формирован ию пустул на оливках, зеленых томатах, перце и других солены х овощах."

Молочн окислые бактерии могут вызвать скисание мяс ных продуктов, изменение их окраски (позеленение), ослизнени е образование мути в рассолах, использующихся для заливки от де льных сортов мясных издели й. Поверхностное позеленение колбас и появление зеленой сердцевины вызывает L.viridescens, растущий при низкой температуре, а также Leuc. mesenteroides. Изм енение 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. _

Молочнокислы е бак терии играют ведущую роль и в порче некоторых рыбных изделий, выз ывая бомба ж пресервов и м аринадов. 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 п ри незначительной обсемененности их L. casei в результат е интенсивного накоплен ия гистамина — продукта декарбоксил ирования 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-молочног о брожения (в частно сти, Leuc. оenos), вызы ваюшие процесс превращения яблочной кис лоты в молочную, используются для снижения высоко й кислот ности ст о ловых 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.