Молочнокислое брожение и бактерии вызывающие данный процесс

Последовательность биохимических реакций, лежащих в ос­нове гомоферментативного молочнокислого брожения, получи­ла название гликолитического пути (гликолиза)¹, фруктозодифосфатного пути, или пути Эмбдена—Мейергофа—Парнаса (H.Embden, O.Meyerhof, Я.О.Парнас), по именам исследовате­лей, внесших большой вклад в изучение этого процесса.

Собственно гликолиз — это определенная последовательность фермента­тивных реакций от углевода до пировиноградной кислоты.

Молочнокислое брожение вызыва­ют молочнокислые бактерии, которые разнообразны и широ­ко распространены в природе.

Молочнокислые бактерии обитают на поверхности рас­тений, в молоке, на пищевых продуктах, в кишечнике человека и животных. Они имеют много общих признаков,важнейшими из которых являются:

• способность к синтезу молочной кислоты;

• грамположительность;

• отсутствие спор;

• неподвижность;

• форма (кокки или палочки);

• требовательность к источникам азота (многие из них не развиваются на простых синтетических средах);

• отсутствие фермента каталазы;

• способность к расщеплению перекиси водорода до воды и кислорода.

Последнее свойство выявляется, если на колонию молочнокислых бактерий нанести каплю 3%-ного раствора перекиси водорода: выделение кислорода при этом не происходит. Колонии бактерий, синтезирующих каталазу, в таких условиях покрываются пузырьками кислорода.

Молочнокислые бактерии можно разделить на две группы:

гомоферментативные, образующие из сахара одну молочную кислоту

гетероферментативные, образующие наряду с молочной кислотой значительные количества побочных продуктов (летучие кислоты, спирты, газы, эфиры):

С₆Н₁₂О₆ →СН₃СНОНСООН + СН₃СООН + СН₃СН₂ОН + С0₂

Глюкоза Молочная Этиловый Уксусная Диоксид
кислота спирт кислота углерода

2С₆Н₁₂0₆ = 2СН₃СНОНСООН + ЗСН₃СООН (бифидоброжение)

Гомоферментативное молочнокислое брожение, в основе ко­торого лежит гликолитический путь разложения глюкозы, явля­ется единственным способом получения энергии для группы эубактерий, которые при сбраживании углеводов превращают в молоч­ную кислоту от 85 до 90% сахара среды. Бактерии, входящие в данную группу, морфологически различны таблица 1. Streptococcus lactis — имеют вид овальных кокков диаметром 0,5—1,0 мкм, располагаются в культуре попарно (диплококки) или короткими цепочками (стрепто­кокки), реже одиночными клетками; Streptococcus cremoris — клетки расположены более длинными цепочками; Lactobacillus bulgaricus — крупная палочка (длиной 4—5 мкм), неподвиж­ная, грамположительная, располагается в виде отдельных,кле­ток и коротких цепочек, оптимальная температура ее развития 40—45 °С; Lactobacillus acidophilus—по морфологии близка к болгарской, но имеет другой температурный оптимум развития — 37 °С. Используется для изготовления ацидофилина Все бактерии этой группы положитель­но окрашиваются по Граму, не образуют спор, неподвижны. Груп­па весьма гетерогенна в отношении нуклеотидного состава ДНК: молярное содержание ГЦ-пар оснований колеблется от 32 до 51 %. Значительные колебания по этому признаку характерны и для бактерий, объединенных в роды и даже подроды.

Некоторые признаки, характерные для эубактерий, осуществляющих гомоферментативное молочнокислое бро­жение, представлены в таблице 1.

Таблица 1.- Характеристика таксономических групп гомоферментативных молочнокислых бактерий

Род и подрод бактерий	Морфология и особенности деления клеток	Молярное содержание ГЦ в ДНК, %	Наиболее распростра­ненные виды
Род Streptococ­cus	сферические или овальные клетки; делятся в одной плоскости, в результате образуются пары или цепочки клеток	33—44	S. faecalis S. lactis
Род Pediococcus	кокки; делятся в двух плоскостях, в результате образуются тет рады клеток	33-44	P. cerevisiae
Род Lactobacillus Подрод Thermobacterium Подрод Streptobacterium*	палочки; делятся в одной плоско­сти, образуют пары или цепоч­ки клеток	35-51 32-46	L. delbruckii L. bulgaricus L. lactis L. jensenii L. plantarum L. casei

* Виды, относящиеся к этому подроду, расщепляют пентозы по окислитель­ному пентозофосфатному пути, осуществляя гетероферментативное молочно­кислое брожение. Поэтому они не являются облигатно гомоферментативными молочнокислыми бактериями.

Микроорганизмы гетероферментативного брожения ча­ще встречаются в заквашенных овощах и силосе. К ним относятся бактерии, сбраживающие сахара с образованием молочной кислоты, СО₂, этанола и/или уксусной кислоты. Выделяют бактерии рода Leuconostoc и бактерии, объединенные в подрод Betabacterium рода Lactobacillus (L. fermentum, L. brevis). У них отсутствует ключевой фермент гликолитического пути — фруктозодифосфатальдолаза, и поэтому сбраживание субстратов они могут осуществлять только по окис­лительному пентозофосфатному пути, т.е. являются облигатно гетероферментативными формами. Кроме того, представители подрода Streptobacterium (L. casei, L. plantarum, L. xylosis) этого же рода сбраживают гексозы по гликолитическому пути, а пентозы по окислительному пентозофосфатному пути, осуществляя в пер­вом случае гомоферментативное, а во втором — гетероферментативное молочнокислое брожение.

Гетероферментативные молочнокислые бактерии по морфоло­гическим, культуральным признакам, особенностям конструктив­ного метаболизма близки к гомоферментативным формам.

У молочнокислых эубактерий молекулярный кислород не включа­ется в энергетический метаболизм, но они способны расти в при­сутствии О₂, т.е. являются аэротолерантными анаэробами. В их клетках в значительном количестве содержатся флавиновые фер­менты, с помощью которых происходит восстановление молеку­лярного кислорода до Н₂О₂. Из-за неспособности молочнокислых бактерий синтезировать гемовую группу у них отсутствует каталаза — фермент, катализирующий разложение перекиси водорода, поэтому последняя может накапливаться в клетке.

Особенностями конструктивного метаболизма гомофермента­тивных молочнокислых бактерий являются слабо развитые био­синтетические способности, что выражается в большой зависи­мости их роста от наличия в питательной среде готовых органи­ческих веществ (аминокислоты, витамины группы В, пурины, пиримидины). В качестве источника углерода молочнокислые бак­терии используют лактозу или мальтозу. Могут они также использовать некоторые пентозы, сахароспирты и орга­нические кислоты. Из всех известных непатогенных прокариот молочнокислые бактерии отличаются наибольшей требовательно­стью к субстрату. Зависимость этих бактерий от наличия готовых органических веществ среды указывает на примитивность в целом их конструктивного метаболизма.

Молочнокислые бактерии распространены там, где они мо­гут обеспечить свои высокие потребности в питательных веще­ствах и где имеются большие количества углеводов, переработка которых дает им необходимую для роста энергию. Их много в молоке и молочных продуктах, на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков; обнаружены они в пи­щеварительном тракте и на слизистых оболочках животных и человека.