Микроорганизмы заквасочной микрофлоры и пробиотические микроорганизмы.

Для производства молочных продуктов используются бифидобактерии, молочнокислые, пропионовокислые, уксуснокислые бактерии и дрожжи.

1. Бифидобактерии

Бифидобактерии рода Bifidobacterium семейства Actinomycetaceae являются представителями облигатной и доминирующей частью кишечной микрофлоры человека и животных. В настоящее время идентифицировано 24 вида бифидобактерий.

В производстве молочных продуктов используют наиболее изученные виды бифидобактерий: B.bifidum, B.breve, B. longum, B. infantis, B. thermopfilum, B. pseudolongum, B.adolescentis и другие виды. Бифидобактерии используют для производства кисломолочных продуктов детского и функционального питания. Являясь источником незаменимых аминокислот, макро- и микронутриентов, а также обладая антагонистической активностью по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам, бифидобактерии придают продуктам лечебно-профилактические свойства.

Биохимические свойства

Бифидобактерии активно сбраживают сахарозу, галактозу, фруктозу, мальтозу, раффинозу, лактозу с образованием уксусной и молочной кислот, этанола. Большинство штаммов бифидобактерий не сквашивают молоко, некоторые штаммы сквашивают его только более 4 суток. Биохимическая активность бифидобактерий повышается в процессе культивирования при добавлении бифидогенных веществ, в результате чего свертывание молока возможно через 24-36 часов. Предельная кислотность достигает 120-130⁰С.

Культуральные свойства

Бифидобактерии являются строгими анаэробами, но некоторые штаммы бифидобактерий могут развиваться и в присутствии небольшого количества кислорода, т.к. в присутствии углекислого газа могут быть толерантны к кислороду.

Факторы роста бифидобактерий

- Оптимальная температура роста 37-40⁰С. Оптимальное значение рН 6-7. Ниже 4,5 и выше 8,5 их рост прекращается;

- наличие пребиотиков : азотфиксирующих олигосахаридов (N-ацетил-глюкозамина, N-ацетил-галактозамина, N-ацетил-маннозамина и др) , полисахаридов, кофермента витамина А, рибофлабина, пантотеновой кислоты, ненасыщенных жирных кислот, пектинов, биотина, аминосахаров, аминокислот (лизин, пролин, серин, аланин, аспаргиновая и глутаминовая кислоты), цистеина, гистидина, железа, магния, фосфора, марганца, хлоридов калия и натрия др.;

- наличие бифидогенных факторов (ростовых веществ): дрожжевой автолизат, кукурузный экстракт, цистеин, гидролизаты казеина, растительные экстракты сои, картофеля, моркови и др., соли железа, сорбит, микроэлементы (сернокислая медь и лактит железа) и др.

Факторы ингибирующие рост бифидобактерий в молоке

- наличие растворенного кислорода в молоке

являясь строгими анаэробами, бифидобактерии развиваются в молоке достаточно медленно;

- наличие казеина

бифидобактерии не обладают казеолитической активностью и усваивают казеин только после гидролиза – расщепления казеина с образованием полипептидов, аминосахаров и гликопептидов;

- низкая фосфотазная активность.

2 Молочнокислые бактерии

Молочнокислые бактерии (молочнокислые стрептококки) представлены тремя родами – Lactococcus (Lac.), Leuconostoc (Leu.), Streptococcus (Str.).

Молочнокислые стрептококки обуславливают молочнокислое брожение с образованием уксусной кислоты, углекислого газа ароматических веществ, этилового спирта и др.

Лактококки

Род Lactococcus (lacticus – молочный) представлен пятью видами: Lactococcus lactis типовой вид) молочный лактококк, Lactococcus garvieae, Lactococcus piscium, Lactococcus plantarum, Lactococcus raffinolactis.

В молочной промышленности широко используются представители вида Lactococcus lactis – подвиды Lac. lactis subspecies lactis ( молочный лактококк), Lac. lactis subsp. cremoris (сливочный лактококк). Эти подвиды схожи между собой, обладают общим ферментом b-фосфогалактазой и продуцируют молочные дегидрогеназы.

Культуральные свойства

Лактококки являются факультативными анаэробами. В присутствии кислорода не проявляется аэробное дыхание, а продолжается процесс брожения – анаэробное дегидроденирование.

Факторы роста

Оптимальная температура роста 30⁰С, многие штаммы имеют широкий диапазон температур роста от 8 до 41⁰С.

рН среды – от 5,5 до 8,8, некоторые- при рН –от 2,0-3,2.

- В качестве источника углерода могут использовать моно- и дисахариды, органические кислоты.

- Стимуляторами роста являются: аминокислоты (аргинин, лейцин, изолейцин, валин, гистидин), жирные кислоты (уксусная, олеиновая), пиримидины (урацил, тимин), пептиды, пурины (аденин, гуанин, гипоксантин), лимонная кислота, рибофлабин В₂, тиамин В₁, пантотеновая В₃, никотиновая РР, фолиевая В_с кислоты, пиридоксин В₆, питательные растительные субтраты кукурузы, моркови, картофеля и др.

При развитии лактококков в молоке они вызывают его свертывание – образование плотного сгустка имеющего кисломолочный запах и вкус

Биохимические свойства

- интенсивность кислотообразования и качество сгустка – время образования ровного, плотного, гомогенного сгустка, без отделения сыворотки молока ( кислотность 50-60⁰Т);

- протеолитическая активность бактерий – образование водорастворимых продуктов распада белка, образование аммиака сероводорода, индола;

- способность ферментировать соли лимонной кислоты (цитраты) – образование водорастворимых продуктов брожения при наличии ферментов цитритазы;

- ферментативная активность – способность ферментировать углеводы с образованием с образованием L (+)-молочной кислоты без газа.

Lac. lactis является активным кислотообразователем. Предельная кислотность достигает 120⁰Т. Интенсивность кислотообразования 4-7 часов. Не развивается в щелочной среде при рН=9,5. Образует кислоту из галактозы, глюкозы, мальтозы и лактозы. Не ферментирует арабинозу, ксилозу, сахарозу, трегалозу, салицин, инулин, глицерол, сорбитол. Многие штаммы продуцируют антибиотик – низин. Обладает антагонистической активностью к стафилококкам, стрептококкам, клостридиям, актиномицетам и др. Используется в составе бактериальных заквасок для производства кисломолочных продуктов.

Lac. сremoris Предельная кислотность 110-115⁰Т. Интенсивность кислотообразования 6-8 часов. Отдельные штаммы синтезируют антибиотик диплококцин (растворимый в воде протеин), обладающий антагонистической активностью по отношению к другим штаммам St.aureus . Его используют в производстве кисломолочных продуктов с умеренным кислотообразованием и вязкой консистенцией (сметана, творог и др).

Lac. diacetylactis– ароматобразующий лактококк . Продуцирует цитритазу, которая расщепляет цитраты с образованием диоксида углерода и ароматических веществ (ацетоина и диацетила). Слабый кислотообразователь. Предельная кислотность 70-100⁰Т. Интенсивность кислотообразования более 16 часов. Развитие ароматообразующего лактококка в молоке характеризуется спицифическим запахом молочного сгустка, обусловленный наличием ароматического вещества – диацетила. Применяется при производстве масла, сливок, пахты и сыра. Диацетил образуется в результате сбраживания лактококками углеводов с последующим расщеплением лимонной кислоты и ее солей с образованием ацетата, пировиноградной кислоты и диоксида углерода. Пировиноградная кислота и преобразуется в диацетил. Оптимальной температурой ароматообразования является Т=25⁰С.

Лейконостоки

РодLeuconostoc (Leucos– белый, nostoc –водорослевое обобщенное название; Leuconostoc– бесцветные слизистые растения) объединяет 9 видов: Leu.mesenteroides, Leu.lactis, Leu. amelibiosum, Leu. carnosum, Leu. citreum, Leu. gelidum, Leu. oenos, Leu. paramesenteroides, Leu. pseudomesenteroides.

В молочной промышленности в основном применяются подвиды вида Leu. mesenteroides: Leu. mesenteroides subsp.dextranicum, Leu. mesenteroides subsp.cremoris Leu. mesenteroides subsp. mesenteroides.

Культуральные свойства

Лейконостоки являются факультативными анаэробами. Оптимальная температура роста 20-30⁰С, минимальная 5⁰С. Большинство штаммов растет в молоке при добавлении ростовых факторов, экстракта дрожжей и глюкозы.

Факторы роста:

- аминокислоты, комплексные факторы роста – никотиновая кислоты + биотин и пантотеновая кислота или ее производные;

- глутаминовая кислота, валин, рибофлабин, пиридоксаль, фолиевая кислота,твин-80;

- ростовой комплекс – гуанин+аденин+ксантин+урацил.

Биохимические свойства

Ферментируют глюкозу с образованием кислоты и газа. Основные продукты брожения: этанол, Д(-)-изомер молочной кислоты и ароматические вещества – диацетил, ацетоин и 2,3 –бутиленгликоль. Являются слабыми кислотообразователями, в основном молоко не свертывают, протеолитической активностью не обладают, индол и аммиак не образуют, нитраты не восстанавливают. Оптимальная рН роста в среде с глюкозой –4,4 –5,0.

Leu. mesenteroides subsp.dextranicum является слабым кислотообразователем, свертывает молоко через 2-3 суток. Предельная кислотность 70-80 ⁰Т.

Leu. mesenteroides subsp.cremoris медленно развивается в молоке и не сквашивают. Предельная кислотность 40-50 ⁰.

При добавлении в молоко лимонной кислоты наблюдается образование СО₂. Большинство видов усваивают цитраты, с образованием ароматических веществ – ацетоина и диацетила. На рост бактерий и образование ароматических веществ оказывает влияние содержание марганца в среде. Так в коровьем молоке его содержится от 8 до 85 мкг\л , в зависимости от времени года. В присутствии марганца повышается ароматообразующая способность выше перечисленных подвидов. Оптимальная температура ароматообразования 18-20⁰С при рН=6. В связи с этим эти штаммы используют для ароматообразования в многоштаммовых заквасках в сочетании с Lac. lactis и Lac. cremoris.

Лейконостоки обладают липолитической активностью. Расщепляют триглицериды, встречающиеся в молоке, сыре и масле.

Термофильный стрептококк

Streptococcus thermofhlus –факультативный гетероферментативный молочнокислый стептококк. В небольшом количестве образует ацетоин, поэтому занимает промежуточное положение между гомо- и гетероферментативными стрептококками.

Культуральные свойства

Факультативный анаэроб. Хорошо растет на обезжиренном молоке, а также в плотных средах, содержащих компоненты молока и ростовые факторы.

Факторы роста

-Аминокислоты: валин, лейцин, изолейцие, лизин, аргинин, метионин, гистидин и пролин;

- оптимальная температура 37-40⁰С, общий диапазон температур 20-50⁰С.

Некоторые разновидности образуют слизь и придают кисломолочным продуктам особую кремоподобную вязкую консистенцию.

Биохимические свойства

Интенсивность кислотообразования достигает уровны термофильных лактобактерий. Сквашивает молоко через 3-6 часов, предельная кислотность 110-115⁰Т. Стимулирующие факторы при сквашивании – дрожжевой эктракт и сахароза. Обладает слабовыраженной сахаролитической активностью. Ферментирует лактозу, глюкозу, сахароду, сбраживает раффинозу. Некоторые штаммы образуют диацетил.

Обладает высокой термоустойчивостью. Выдерживает температуру 75⁰С в течение 15 мин. Составляет часть остаточной микрофлоры в молоке после пастеризации.

Применяется при производстве простокваши, йогурта, варенца, кисломолочных напитков с наполнителями и др.

Лактобактерии

Молочнокислые палочки (лактобактерии) относят к семейству Lactobacteriaceae, роду Lactobacterium. В зависимости от отношения к температуре их делят на термофильные и мезофильные.

Термофильные молочнокилые палочки применяют при производстве кисломолочных продуктов с высокой температурой второго нагревания.

Основными представителями термофильных молочнокислых палочек являются болгарская палочка – Lbm bulgaricum, ацидофильная - Lbm. acidophilum, лактобактериум хельветикум - Lbm. helveticum. К мезофильным относятся - Lbm. casei supsp.casei, Lbm. . casei supsp pseudoplantarum, Lbm. casei supsp tolerans, Lbm. fermentum).

В «Определителе бактерий Берджи» рода лактобактерий распределены на 3 группы:

1 группа – Thermobacterium

2 группа - Streptobacterium

3 группа - Betabacterium

В первую группу входят 15 видов гомоферментативных молочнокислых палочес, которые ферментируют углеводы до молочной кислоты. В подавляющем большинстве это термофилы: Lbm. delbrueckii, Lbm. bulgaricum, Lbm. lactis, Lbm. acidophilum, Lbm.amylophilum, Lbm.animalis и др.

Во вторую группу отнесены 11 видов факультативных гетероферментативных лактобактерий, которые ферментируют углеводы до молочной, уксусной, муравьиной кислот и этилового спирта: Lbm. casei, Lbm. plantarum, Lbm. murinus, Lbm. sace и др.

К третьей группе отнесены 18 видов лактобактерий, которые ферментируют углеводы до молочной и уксусной кислот, этанола и СО₂: Lbm. brevis, Lbm. fermentum, Lbm. kefir, Lbm. fructosus, Lbm. bifermentas и др.

Культуральные свойства

Молочнокислые палочки являются факультативными анаэробами или микроаэрофилами, растут при пониженном содержании кислорода. Стрептобактерии и бетабактерии являются мезофилами, термобактерии - термофилами.

При развитии в молоке вызывают образование однородного плотного сгустка с приятным кисломолочным запахом и вкусом.

При росте в жидких средах (гидролизованное молоко) наблюдается помутнение среды и однородный гомогенный осадок. На плотных средах (МРС, ЛС и др.) формируют округлые мелкие блестящие колонии серо-белого цвета со сферической поверхностью. В некоторых случаях колонии бывают шероховатые, волокнистые, врастающие в субстрат.

Глубинные колонии термобактерий могут быть темными, желтовато-бурыми, с отходящими ниями. Поверхностные колонии термобактерий – более крупные зернистые или локонообразные. Глубинные колонии стрептобактерий –лодочкообразной формы, могут быть с выростами. Слизистые колонии образует только вид –Lbm. confuses, который относится к третьей группе.

Факторы роста:

- РН оптимум. Составляет – 6,4;

- Наличие углеводов, нуклеотидов, аминокислоты и витамины;

(рабофлабин, фолиевая кислота, фосфат пиридоксаля, р-аминобензойная кислота, биотин )

- ростовые факторы: дрожжевой экстракт, твин-80 и др.

- для мезофилов оптимальная темепература – 30⁰С; для термофилов – 37-40⁰С.

Факторы снижающие рост :

- нейтральная или слабощелочная реакция;

- рН – 3,6-4,0;

Биохимические свойства

Лактобактерии обладают эффективным метаболизмом углеводов и аминокислот.

Стрептобактерии ферментируют пентозы до молочной и уксусной кислот. Лимонная, винная и яблочная кислоты расщепляются стрептобактериями до молочной или уксусной кислот и СО₂. В процессе ферментации углеводов образуется молочная кислота в форме D- и L- изомеров.

Многие виды лактобактерий обладают сахаролитическими свойствами. Гомо- и гетероферментативным видам лактобактерий характерен метаболизм бродильного типа, в результате использования пентозов.

Молочнокислые бактерии не восстанавливают нитраты и нитриты, не образуют пигментов, не продуцируют каталазу и обладают слабой протеолитической активностью.

В качестве заквасочных микроорганизмов используют как термобактерии, так и стрептобактерии.

Термофильные молочнокислые палочки являются активными кислотообразователями, сквашивают молоко через 4-5- часов. Предельная кислотность составляет 200-350⁰Т.

В составе заквасок для производства простокваши, йогурта, ряженки и др., используют Lbm. bulgaricum, Lbm. acidophilum – мацони, ацидофилин и др.

Lbm. bulgaricum– образует - ацетальдегид - ароматическое вещество, придающее вкус, запах, а также подавляющее патогенные и условно-патогенные микроорганизмы. Чувствительна ко многим антибиотикам и бактериофагу.

Lbm. acidophilum– является представителем кишечной микрофлорой человека и животных.Подавляет патогенные и условно-патогенные микроорганизмы. Продуцирует антибиотики: ацидофилин и лактоцидин. Предельная кислотность 200-250⁰Т. Некоторые штаммы слизеобразующие.

Стрептобактерии (Lbm. Plantarum, Lbm. casei) являются менее активными кислотообразователями. Предельная кислотность 180⁰Т. Сквашивают молоко через 2-3 суток. Усваивают лактозу, соли молочной кислоты. Обладают высокой протеолитической активностью. Используются в составе заквасок для кисломолочных продуктов. Ферментируют лактозу, фруктозу, галактозу, маннит, маннозу, рибозу, силицин и др. Глюкозу сбраживают без образования газа.

Бетабактерии –обладают слабой интенсивностью кислотообразования. Молоко не сквашивают. Предельная кислотность 150-16-⁰Т.

Образуют в молоке незначительное количество летучих кислот, углекислый газ, этиловый спирт, молочную кислоту. Ферментируют глюкозу с образованием кислоты и газа, маннозу, рибозу, фруктозу и др. Используются при производстве (созревании) сыров.

4. Пропионовокислые бактерии

Эти бактерии являются возбудителями пропионовокислого брожения. Ферментируют углеводы с образованием главных продуктов брожения – пропионовой кислоты и ее солей. Пропионовокислые бактерии относятся к семейству Prorionibacterium. Представлены неподвижными бесспоровыми грамположительными палочками. Факультативные анаэробы, но вариабельные по аэротолерантности. В молоке развиваются медленно, свертывают его через 5-7 суток. Предельная кислотность в молоке 160-170⁰Т. При развитии в молоке используют молочный сахар, молочную кислоту и ее соли, образуя при этом пропионовую и уксусную кислоты, диоксид углерода и воду. В молоке и кисломолочных продуктах для быстрой реализации, пропионовокислые бактерии не кспевают развиться и оказать влияние на качество. Пастеризация молока приводит к их гибели. Пропионовокислые бактерии используют в качестве заквасок при производстве твердых сыров с длительным сроком хранения, т.к. продукты пропионовокислого брожения (молочная, уксусная и пропионовая кислоты) придают сырам острый вкус, а образующийся диоксид углерода формирует рисунок сыра. Пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В₁₂, что может быть использовано для обогащения молочных продуктов этим витамином.

Факторы роста:

Оптимальная температура роста 30-32⁰С

рН среды =7

пантотенат кальция, биотин, тиамин, никотинамид, олеат (соль олеиновой кислоты), р-аминобензойная кислота, дрожжевой экстракт, аминокислоты и др.

5. Уксуснокислые бактерии

Уксуснокислые бактерии имеют широкое распространение в производстве кисломолочных продуктов. Они являются обязательными компонентами микрофлоры кефирной закваски (кефирного грибка), что обуславливает консистенцию кефира и вкус. Так же постоянно обнаруживаются в твороге и сметане. Содержание их более 10⁶КОЕ в 1см³ продукта обуславливает привкус уксусной кислоты и ослизнение.

Уксуснокислые бактерии – ацетобактерии, окисляют этиловый спирт в уксусную кислоту. Относятся к роду Acetobacter, который включает 7 видов: A.aceti (типовой вид), A. hansenii, A. methanolicus, A. pasteurianus, A. xylinum, A.diazotrophicus, A.liguefaciens.

Облигатные аэробы.

Культуральные свойства

В молоке в чистой культуре практически не развиваются, т.к. не усваивают лактозу. В присутствии лактатов и молочной кислоты развиваются активно. Синтезируют флавин, обуславливающий на поверхности свернувшегося молока оранжевое кольцо. Большинство штаммов не нуждаются в витаминах. Растут на простых и сложных средах. Образуют бесцветные блестящие колонии, крайне редко колонии желтого и розового цвета.Оптимальная температура роста 25-30⁰С, рН оптимум – 5,4-6,3.

Биохимические свойства

Окисляют этанол в уксусную кислоту, аминокислоты, продуцируют каталазу и перекись водорода. Способны , как и пропионовокислые бактерии синтезировать витамин В₁₂.

Дрожжи

В производстве кисломолочных продуктов и молочных консервов дрожжи выполняют несколько функций. Т. е. Влияют как и на ухудшения качества готового продукта, так и важной составляющей при производстве витаминизированных продуктов. Они вырабатывают антибиотические вещества, подавляющие развитие бактерий группы кишечной палочки, стимулируют размножение молочнокислых бактерий, повышают стойкость масла и т.д.

Однако, незаквасочные дрожжи в молоке и других молочных продуктах образуют этиловый спирт, тем самым создавая условия для развития уксуснокислых бактерий. При развитии в сгущенном молоке вызывают бомбаж консервов.

Таким образом, дрожжи условно можно разделить на две группы: дрожжи не применяемые при производстве молочных продуктов, не ферментирующие лактозу (неспорообразующие дрожжи вида Candida mycoderma и спорообразующие дрожжи вида Saccharomyces cartilaginosus) и дрожжи входящие в состав заквасок для производства кисломолочных продуктов, ферментирующие лактозу (спорообразующие виды - Saccharomuces lactis, Fabospora fragilis, Zigosasacharomuces lactis, а также неспорообразующие - Torulopsis kefir Candida pseudotropicalis var. Lactis).

Культуральные свойтсва

Факультативные анаэробы. Оптимальная температура развития 25-30 ⁰С. Активность роста зависит от температуры. Повышение температуры особенно стимулирует рост дрожжей не ферментирующих лактозу. Большинство дрожжей предпочитают для своего развития кислую реакцию среды. Поэтому их содержание в кисломолочных продуктах допускается СанПин 2.3.21078-01.

Биохимические свойства

В качестве источника углерода используют гексозы, спирты, органические кислоты. Обладают липолитической активностью, что обуславливает прогоркание, осаливание и неприятный запах жиросодержащих продуктов. В качестве источника азота усваивают соли аммония, аминокислоты, пептиды, реже – нитраты и нитриты.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие микроорганизмы используются в молочных заквасках?

2. Какие вещества относятся к бифидогенным?

3. Какие факторы ингибируют рост бифидобактерий?

4. Какие подвиды лактококков являются активными кислотообразователями?

5. Как называется ароматическое вещество образованное Lac. diacetylactis?

6. Какие подвиды лейконостоков применяются в молочной промышленности?

7. оптимальные температуры ароматообразования лейконостоков и лактококков?

8. Какие витамины синтезируют пропионовокислые бактерии?

9. Компонентами каких заквасок являются уксуснокислые бактерии? В производстве каких видов продуктов они применяются?

10. Чем отличается пищевое отравление по пищевой инфекции?

11. По каким группам микроорганизмов осуществляется гигиенический контроль пищевой продукции?