Какие продукты маслянокислого брожения вызывают разрывание агаризованной среды при глубинном посеве
Обновлено: 02.07.2024
Маслянокислое брожение – это процесс превращения бактериями в анаэробных условиях углеводов, спиртов и других органических веществ в масляную кислоту (бутират). Суммарное уравнение процесса: С6Н12О6 → СН3СН2СН2СООН + 2 СО2 + Н2 + Эн.
При этом брожении кроме масляной кислоты накапливаются побочные продукты – бутанол, этанол, ацетон, органические кислоты (уксусная, капроновая, каприловая).
При маслянокислом брожении под воздействием ферментов микроорганизмов сначала происходит гидролиз полисахаридов или других органических веществ до гексоз, затем до образования ПВК брожение идет по ЭМП-пути. Далее ПВК подвергается ферментами микроорганизмов дегидрированию, в результате чего при участии КоА образуется ацетил-КоА (СН3СО-КоА), затем происходит конденсация двух молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА. В результате восстановления ацетоацетил-КоА образуется β-оксибутирил-КоА, а из него бутират (рисунок Г.3). При маслянокислм брожении на одну молекулу глюкозы образуется три молекулы АТФ (две молекулы АТФ на этапе гликолиза и одна на этапе образования масляной кислоты).
Маслянокислое брожение широко распространено в природе. Маслянокислые бактерии обитают там, где много органического вещества и нет доступа воздуха – в иловых отложениях водоемов, в почве, в скоплениях разлагающихся отбросов, в навозе, в сточных жидкостях и т.п. Развитее этих бактерий в почве, где достаточно воздуха, становится возможным благодаря симбиозу с аэробными бактериями, использующими кислород. Маслянокислое брожение играет важную роль в цепи превращений органических веществ при минерализации.
Возбудители маслянокислого брожения относятся к роду Clostridium (C.butyricum, C.saccharodutyricum, C.amylobacter). Это строгие анаэробы. Они образуют споры, отличающиеся высокой устойчивостью. По отношению к источникам азота маслянокислые бактерии весьма неприхотливы, они усваивают белковый, аминокислотный и аммонийный азот, а некоторые – азот воздуха. Бактерии C.butyricum – возбудители типичного маслянокислого брожения. Это подвижные крупные грамположительные анаэробные палочки, длиной 4-12 мкм, шириной 0,5-1,5 мкм, . перитрихи, споры располагаются центрально или субтерминально. Характерным является накопление гранулезы (специфического запасного углеводного вещества) перед образованием спор. Споры могут выдерживать кипячение в течение нескольких минут. Оптимальная температура развития бактерий 30-40 0 С (маслянокислое брожение наиболее интенсивно протекает при 35 0 С). Оптимальная рН их развития 6,9-7,4, при рН 4,5 бактерии прекращают развитие. Они сбраживают многие углеводы и близкие к ним соединения с обильным выделением газов (СО2 и Н2). Масляная кислота бактериями не потребляется. Кроме того, C.butyricum могут сбраживать крахмал и декстрины, так как содержат амилазу, способствующую расщеплению этих соединений до простых сахаров. Бактерии C.pasteurianum по многим свойствам сходны с C.butyricum,но более кислотоустойчивые и не сбраживают крахмал. Этот вид возбудителей маслянокислого брожения описан С.Н. Виноградским как способный усваивать атмосферный азот.
В промышленности масляную кислоту получают из крахмалистого сырья (картофельное, зерновое, отходы крахмального производства), мелассы (отход сахарного производства), отходов производства молочной кислоты. Брожение ведут в присутствии мела, который нейтрализует масляную кислоту. Кислота подвергается этерификации и в виде эфиров используется в парфюмерной и кондитерской промышленности.
Маслянокислые бактерии являются опасными вредителями пищевых производств. Опасно также их развитие в производствах, связанных с использованием дрожжей, так как эти бактерии сильно угнетают дрожжи. Появление маслянокислых бактерий в молочных продуктах вызывает неприятный запах и прогорклый вкус. Эти бактерии являются причиной порчи консервов (овощных, мясных, рыбных). С ними трудно бороться, так как они встречаются на любом сырье, а споры их очень устойчивы. Технологией пищевых предприятий предусмотрены профилактические меры борьбы с маслянокислой микрофлорой, используют также антибиотик низин.
Ацетонобутаноловое брожение. В химизме брожения много общего с маслянокислым. Первые стадии этого брожения идут по типу маслянокислого. В результате маслянокислого брожения среда подкисляется, что неблагоприятно для жизнедеятельности маслянокислых бактерий. Для предотвращения дальнейшего подкисления, когда в процессе брожения рН снижается до 4,5, усиливается активность ферментов, катализирующих превращение части ацетоацетила-КоАв ацетон. Это приводит к потери одного акцептора водорода в виде ацетоацетил-КоА. Чтобы компенсировать это, в процесс включаются ферменты, восстанавливающие бутирил-КоАдо бутанола. На этом этапе освобождаются две молекулы НАД + (рисунок Г.4). Суммарное уравнение ацетонобутанолового брожения:
В 1939 г. В.Н.Шапошниковым было обнаружено, что брожение имеет двухфазный характер: первая фаза кислотная, вторая – ацетонобутаноловая.
Вначале брожения происходит активный рост культуры и накопление в среде преимущественно органических кислот (масляной и уксусной). Во второй фазе рН среды снижается, рост культуры замедляется, преобладает образование нейтральных продуктов (ацетона, бутанола, этанола). Количество органических кислот может уменьшаться.
Если значение рН среды поддерживать на уровне 5,0 и выше (путем добавления мела или другими способами), то образования в большом количестве ацетона, бутанола и этанола не происходит. При низких значениях рН активизируются ферменты, катализирующие образование ацетона и бутанола. Кроме того, бутанол может частично синтезироваться из ранее образованной масляной кислоты, вновь поступающей в клетки из среды. Таким образом, в зависимости от условий брожения, т.е. подавляя какую-либо фазу брожения, можно получить усиленное накопление тех или иных продуктов.
Отличие этого брожения от маслянокислого в том, что при маслянокислом брожении накапливающиеся кислоты постепенно замедляют процесс кислотообразования и даже приостанавливают его, а при ацетонобутаноловом – образовавшиеся кислоты потребляются бактериями и превращаются в другие вещества.
Сырьем для промышленного получения ацетона и бутанола служит меласса и другое дешевое углеводсодержащее сырье. Продукты брожения применяются для нужд нитроцеллюлозной и лакокрасочной промышленности, производства фотопленок, ацетилцеллюлозы, органического стекла, в химической и фармацевтической промышленности.
Бактерии, образующие в процессе своей жизнедеятельности значительное количество ацетона и бутанола, широко распространены в природе. Они находятся в основном в почве и относятся к роду Clostridium, наиболее активным продуцентом является C.acetobutylicum. Этот вид используется в промышленности. Возбудители брожения являются строгими анаэробами. Они представляют собой грамположительные спорообразующие палочки, перитрихи, относятся к группе протеолитических клостридий, способны фиксировать молекулярный азот.
Ацетоноэтаноловое брожениепредставляет собой биологический процесс разложения углеводов особыми микроорганизмами с образованием ацетона и этилового спирта. В процессе брожения выделяется СО2 и водород. Суммарное уравнение брожения:
Начальные стадии брожения протекают подобно другим анаэробным брожениям. На более поздних стадиях брожение имеет свои особенности. Эти особенности были установлены Н.И.Иерусалимским. Брожение происходит в две фазы: фаза роста бактерий (кислотная) и фаза зрелости (ацетонная).
Типичный пример анаэробного окисления углеводов—маслянокислое брожение. Оно осуществляется облигатно анаэробными бактериями, относящимися к роду Clostridium.
Типичный предста витель маслянокислых бактерий Cl.
butyricum. Клостридии представляют собой крупные (до 10 мкм) спороносные грамположительные палочки, подвижные в молодом возрасте. Движутся маслянокислые бактерии с помощью перитрихиально расположенных жгутиков. Они нетребовательны к условиям среды, способны использовать различные питательные вещества и поэтому широко распространены в природе. Среди маслянокислых бактерий есть формы, не нуждающиеся в соединениях азота, так как они способны усваивать молекулярный азот. Это Cl. pasteurianum, широко распространенный в почвах.
Маслянокислые бактерии получают энергию, сбраживая различные соединения. Моносахариды они окисляют по пути ЭМП до образования пировиноградной кислоты. Дальнейший путь превращения пирувата показан на рис. 36. Превращение пировиноградной кислоты маслянокислыми бактериями было изучено Баркером на примере Cl. kluyveri. В процесе превращения пирувата большую роль играет кофермент A (КoA), о котором более подробно будет рассказано при описании процесса сбраживания органических кислот.
Среди продуктов маслянокислого брожения содержатся органические кислоты (уксусная и масляная), спирты (этанол и бутанол), газы (водород и двуокись углерода) и другие соединения. По данным В. Н. Шапошникова с сотрудниками, маслянокислое брожение осуществляется в две фазы.
В первую интенсивно идет прирост биомассы, в среде накапливаются окисленные продукты (уксусная кислота и СО2), снижается рН. Во вторую фазу рост биомассы бактерий прекращается, количество уксусной кислоты снижается, но зато интенсивно образуется масляная кислота (рис. 37).
Ацетоно-бутиловое брожение отличается от маслянокислого тем, что среди его конечных продуктов преобладают нейтральные соединения: спирты и ацетон. Возбудитель ацетоно-бутилового брожения—Cl. acetobutylicum. Этот организм способен сбраживать крахмал с образованием масляной и уксусной кислот, спиртов—бутилового и этилового, ацетона, газообразного водорода и углекислого газа. Брожение протекает в две четко разграниченные фазы (рис. 38). Именно на примере этих бактерий В. Н. Шапошниковым была установлена двухфазность брожения.
В первую фазу, как и при маслянокислом брожении, наблюдается интенсивный прирост биомассы, резко возрастает кислотность среды, в среде накапливаются уксусная и масляная кислоты. Во вторую фазу рост культуры прекращается, образуются спирты и ацетон. Образование спиртов вместо кислот—следствие приспособительного обмена микроорганизмов. Когда увеличение концентрации кислот препятствует нормальной жизнедеятельности бактерий, включаются новые ферментные системы, и вместо кислот начинают вырабатываться нейтральные продукты. Если вести процесс в присутствии мела, то образующиеся кислоты нейтрализуются и, следовательно, не мешают жизни микроорганизмов, которые при этом могут неопределенно долго продуцировать кислоты. Регулируя состав питательной среды, можно задержать процесс на любой фазе развития микробной культуры. В наиболее благоприятных условиях культивирования образуется: ацетона 6 г/л, бутанола 14 г/л, этанола 3 г/л. Такое значительное накопление ценных органических соединений в культуральной жидкости позволило приспособить ацетоно-бутиловые бактерии для промышленного получения бутанола и ацетона.
Эти вещества используются как растворители лаков и красок, применяются для производства искусственных тканей и т. д.
Маслянокислые бактерии способны использовать не только моносахариды, но и полисахариды. Так, возбудители ацетоно-бутилового брожения хорошо растут на сырье, богатом крахмалом. Крахмал, попадающий в почву с растительными остатками, также активно используется маслянокислыми клостридиями.
Из всех полисахаридов наиболее широко распространена целлюлоза (клетчатка), на долю которой приходится до 70 % вещества растительных остатков. Анаэробное сбраживание клетчатки в природных условиях осуществляется целлюлозными бактериями, выделенными в чистую культуру и описанными В. Л. Омелянским и потому получившими название Clostrvdium omelianskii. Эти бактерии представляют собой длинные тонкие спороносные палочки. Толстая спора образуется на конце клетки, и потому микроорганизм становится похожим на барабанную палочку (рис. 39). Обычно бактерии располагаются непосредственно на волокнах клетчатки. Фермент, расщепляющий целлюлозу, в среду они не выделяют. Бактерии строго специфичны, моно- и дисахариды сбраживают плохо. Химизм сбраживания аналогичен маслянокислому брожению. Конечные продукты сбраживания клетчатки—уксусная, масляная, муравьиная и молочная кислоты, этанол, водород и двуокись углерода. В накопительных культурах часто образуется метан, но выделяется он в процессе жизнедеятельности сопутствующей микрофлоры.
Целлюлозоразлагающие бактерии легко вступают в симбиотические отношения с другими микроорганизмами, в том числе аэробными. Спутники целлюлозоразлагающих бактерий используют моносахара и органические кислоты, образующиеся при гидролизе клетчатки, и в свою очередь защищают анаэробных клостридиев от воздействия кислорода, обеспечивают их необходимыми витаминами и аминокислотами.
Анаэробные целлюлозные бактерии распространены повсеместно: в почвах, илах, водоемах, в кишечном тракте и навозе жвачных животных. Они сбраживают любые вещества, содержащие клетчатку: растительные остатки, бумагу, вату, картон, хлопчатобумажные ткани и пр. По этой причине роль их в процессе очистки сточных вод исключительно велика. Особенно много их в метантенках, в которых сбраживаются осадки сточных вод. Наряду с положительной целлюлозные бактерии играют и отрицательную роль, повреждая бумагу книг, обмотку кабелей, шпалы, рыболовные сети и другие материалы. Для защиты от целлюлозоразлагающих бактерий используют различные антисептики.
Второе место по распространенности среди полисахаридов занимают гемицеллюлозы, или ксиланы. На их долю приходится до 30 % вещества древесины. Они сострят в основном из пентоз, ксилозы и арабинозы. Гемицеллюлозы также могут подвергаться расщеплению по типу маслянокислого брожения. Большинство клостридиев содержит внеклеточный фермент ксилоназу, под действием которого из ксилана образуются ксилоза, ксилобиоза и более длинные остатки молекулы ксилана. Наряду с пентозами в их состав в незначительном количестве входят гексозы. Ферменты, катализирующие расщепление гемицеллюлоз, обнаруживаются у многих микроорганизмов.
БРОЖЕНИЕ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ
Растительные клетки склеиваются друг с другом с помощью особых веществ, заполняющих межклеточное пространство, так называемых пектинов. Пектины придают необходимую прочность растительным тканям. Они представляют собой сложные полисахариды, состоящие из остатков галактуроновой кислотьь При гидролизе пектинов наряду с галактуроновой кислотой образуются галактоза, арабиноза, ксилоза и другие соединения. Эти вещества могут сбраживаться по типу маслянокислого брожения бактериями, содержащими особый фермент пектиназу. Пектиновое брожение имеет место при анаэробной мочке лубоволокнистых растений: льна, конопли, кенафа, джута и др. Маслянокислые бактерии С1.
pectinovorum и Cl. felsineum имеют промышленное применение. В результате пектинового брожения образуются масляная и уксусная кислоты, Н2, СО2 и незначительные количества спиртов.
Маслянокислые бактерии всегда присутствуют в сооружениях биологической очистки сточных вод. Несмотря на то, что молекулярный кислород препятствует их жизнедеятельности, они регулярно обнаруживаются на биофильтрах и в аэротенках. По-видимому, внутри хлопьев ила и в биопленке создаются участки с низким окислительно-восстановительным потенциалом, в которых и развиваются маслянокислые бактерии. Значительное увеличение количества маслянокислых бактерий по сравнению со средним уровнем (104—105 бактерий на 1 г сухого беззольного вещества ила или биопленки) может служить показателем заиливания биофильтра или образования застойных зон в аэротенке.
Сбраживать углеводы могут не только маслянокислые бактерии, но и другие микроорганизмы. Для хозяйственной деятельности человека исключительно большое значение имеет молочнокислое брожение. В результате него из молочного сахара лактозы образуется молочная кислота. Молочнокислые бактерии относятся к факультативным анаэробам. Они не нуждаются в кислороде, но и не испытывают угнетения в его присутствии. Различают гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение.
Гомоферментативное молочнокислое брожение осуществляется молочнокислыми стрептококками (Streptococcus lactis) и палочками из рода Lactobacillus. Эти микроорганизмы широко используются для приготовления кисломолочных продуктов. Они чрезвычайно требовательны к питательным веществам. В процессах очистки природных и сточных вод существенной роли не играют.
Гетероферментативные молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой образуют уксусную кислоту, спирты, СО2. Кроме лактозы они способны сбраживать растительное сырье. По этой причине закваски молочнокислых бактерий используются при заготовке силоса. Образующаяся молочная кислота препятствует развитию гнилостных бактерий.
К гетероферментативным молочнокислым бактериям относится возбудитель слизевого брожения Leuconosloc. На средах, богатых углеводами и бедных соединениями азота, многие виды Leuconostoc образуют мощную капсулу, состоящую из декстрана. На сахарных заводах L. mesenleroid.es за короткий срок способен превратить раствор сахарозы в декстрано-вый студень.
При очистке сточных вод, богатых углеводами, иногда наблюдается интенсивное развитие Leuconostoc. При этом нарушается процесс очистки, так как, во-первых, слизевые тяжи препятствуют осаждению активного ила во вторичном отстойнике и, во-вторых, образуются вещества более сложного состава, чем исходные. Меры борьбы с Leuconostoc заключаются в соблюдении режима азотного и фосфорного питания и аэрации.
Пропионовое брожение по своему химизму близко гетерофермеитативиому молочнокислому брожению. Сбраживанию подвергаются различные соединения: сахара, органические кислоты, спирты. Продукты брожения—пропионовая и уксусная кислоты и углекислый газ. Брожение имеет выраженную двухфазность, причем пропионовая кислота как более восстановленная накапливается во второй фазе.
Пропионовые бактерии представляют собой неподвижные грамположительные бесспоровые палочки со слабовыраженной тенденцией к ветвлению. Они обладают богатым набором ферментов и, как следствие этого, способны изменять свой обмен веществ в зависимости от внешних условий. Пропионовые бактерии обычно ведут анаэробный образ жизни (особенно много их в рубце жвачных животных), но в то же время присутствие цитохромов и ка-талазы позволяет им существовать и в аэробных условиях.
Роль пропионовых бактерий в процессах очистки сточных вод не изучена.
Наряду с молочнокислым спиртовое брожение издавна используется человеком. Основной продукт спиртового брожения—этиловый спирт, в незначительных количествах образуются и другие спирты. Процесс идет по пути Эмбдена—Мейергофа до образования пировиноградной кислоты. Далее пировиноградная кислота декарбоксилируется, при этом образуются ацетальдегид и углекислый газ:
Ацетальдегид принимает водород от НАД·Н2, восстановившегося при окислении фосфоглицеринового альдегида в фосфоглицериновую кислоту, и превращается в этиловый спирт (см. рис. 35):
Основной возбудитель спиртового брожения—дрожжи рода Saccharomyces, но способностью к сбраживанию углеводов и образованию спирта обладают и другие низшие грибы и бактерии.
Дрожжи весьма разнообразны по морфологическим признакам. Они представляют собой крупные клетки овальной, круглой или вытянутой формы, неподвижные, грамположительные. Размножаются преимущественно вегетативным способом, почкованием—Saccharomycetacea и Saccharomycodaceae (почкующиеся дрожжи) или делением—Schizosaccharomycetae (делящиеся), реже с помощью спор. В отличие от бактерий споры дрожжей служат для размножения.
Отпочковавшиеся клетки дрожжей могут отделяться от материнской, и тогда культура содержит одиночные клетки, но могут образовывать и крупные скопления. Последнее особенно характерно для некоторых рас кормовых дрожжей.
Полисахариды дрожжи, как правило, не используют, но они способны сбраживать образующиеся в результате гидролиза моносахариды. При гидролизе клетчатки образуются гексозы, а при расщеплении гемицеллюлоз—пентозы. На гексозах выращивают спиртовые дрожжи. После очистки спирта и удаления дрожжей сепарированием остается отход—барда, содержащая значительные количества пентоз, ксилозы и арабинозы. В настоящее время барда используется для получения кормовых дрожжей.
Для выращивания кормовых дрожжей пригодны сточные воды многих производств. Хорошие результаты получены в экспериментах по использованию сточных вод от производства лимонной кислоты. Все более широко применяется культивирование кормовых дрожжей на отходах нефтепродуктов.
Кормовые дрожжи богаты белками и витаминами. Они находят широкое применение в звероводстве, птицеводстве и животноводстве. При производстве их одновременно решаются две задачи: получение ценного кормового продукта и снижение концентрации загрязнения в сточных водах.
Маслянокислое брожение протекает в строго анаэробных условиях по гексозодифосфатному пути до пирувата. Особенностью маслянокислого брожения является реакция конденсации двух молекул ацетил-КоА (т. е. С2 + С2 = С4) при участии фермента карболигазы с образованием ацетоацетил-КоА и его последующим восстановлением до масляной кислоты (рис. 33).
Рис. 33. Схема маслянокислого брожения.
Ферменты, участвующие в брожении: Ф1 — карболигаза; Ф2 — гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназа; Ф3 — кротоназа; Ф4 — бутирил-КоА-дегидрогеназа; Ф5 — КоА-трансфераза
Типичными возбудителями маслянокислого брожения являются бактерии рода Clostridium — С. butyricum и С. pasteurianum.
Клостридии представляют собой палочковидные грамположительные бактерии, относящиеся к семейству Васillасеае. Большинство видов подвижны благодаря перитрихиально расположенным жгутикам. По мере старения клетки теряют подвижность, накапливают запасное вещество гранулезу (крахмалоподобный полисахарид) и приступают к спорообразованию. Клостридии образуют овальные или круглые эндоспоры, диаметр которых больше диаметра клетки. Если спора располагается в центре клетки, то последняя приобретает вид веретена, если же спора находится на конце клетки, клетка становится похожей на барабанную палочку или теннисную ракетку (см. рис. 10). Споры клостридий довольно терморезистентны.
Клостридии — строгие анаэробы. Не содержат гемопротеинов (цитохромов, каталазы). Оптимальная температура роста от 30 до 40 °С. Наряду с мезофильными клостридиями встречаются и термофильные виды, имеющие температурный оптимум 60—75 °С, в частности С. thermoaceticum. Как большинство представителей семейства Васillасеае, клостридии способны расти только при нейтральной или слабощелочной реакции среды. Их нежелательное размножение в пищевых продуктах может быть полностью подавлено при подкислении среды (квашение капусты и огурцов, закисание фарша в сырокопченых колбасах, маринование овощей и грибов).
По способности использовать различные субстраты клостридии можно разделить на следующие группы:
✵ сахаролитические — расщепляют преимущественно полисахариды или сахара. Сюда относятся С. butyricum, С. acetobutylicum и др.;
✵ протеолитические — расщепляют белки, пептоны, аминокислоты. В эту группу входят С. putrificum, С. sporogenes, С. histolyticum;
✵ пуринолитические — способные разлагать пурины и пиримидины. К этой группе относятся бактерии вида С. acidiurici.
В ходе маслянокислого брожения образовавшийся из глюкозы пируват расщепляется с образованием диоксида углерода и ацетил-КоА и восстановленного белка ферредоксина (FeS-белок). Последний передает электроны на протоны и способствует появлению еще одного из метаболитов маслянокислого брожения — водорода. Конденсация двух молекул ацетил-КоА приводит к образованию ацетоацетил-КоА, который затем восстанавливается в p-оксибутирил-КоА. В результате отщепления воды от β-оксибутирил-КоА образуется соединение с двойной углеродной связью — кротонил-КоА. Он восстанавливается в последующей реакции с образованием бутирил-КоА. Перенос кофермента А с бутирил-КоА на ацетат приводит к образованию основного метаболита — масляной кислоты.
Присутствие и размножение маслянокислых бактерий в пищевых продуктах крайне нежелательно. Вследствие образования большого количества газов при сбраживании углеводов возникают такие пороки, как позднее вспучивание сыров, бомбаж консервов. Накопление масляной кислоты приводит к появлению прогорклого вкуса и резкого неприятного запаха в продукте.
В микробиологической промышленности маслянокислое брожение используют для производства масляной кислоты, которая служит основой для получения различных эфиров. Эфиры масляной кислоты имеют приятный запах и в качестве ароматических веществ находят широкое применение в парфюмерной, кондитерской промышленности, производстве безалкогольных напитков.
Биологическая библиотека - материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
Маслянокислые бактерии
Июнь 4th, 2017 cheesehead
На главную >> Записи >> Маслянокислые бактерии
Маслянокислые бактерии (клостридии)
Затем пробирки выдерживают в термостате при 30 ° С в течение трех суток. Наличие маслянокислых бактерий определяют по возникновению газообразования и запаху масляной кислоты.
Подавлять рост маслянокисслых бактерий в сырах способен вырабатываемый некоторыми штаммами Lc. lactis природный антибиотик низин. Но искусственное внесение низина, к сожалению, подавляет и рост бактерий стартерных культур. Достаточно эффективно борются с клостридиями Lb. Plantarum — потому, что они выделяют перекись водорода, являющуюся ядом для маслянокислых бактерий. Если спор клостридий изначально в молоке было слишком много, Lb. Plantarum не справятся с подавлением их всех. Эффективным методом борьбы с клостридиями является перекисно-каталазная обработка молока. Обработку молока проводят непосредственно в сыродельной ванне (сыроизготовителе) перед внесением в него хлористого кальция и закваски. В смесь с температурой +32… + 40°С добавляют 0,03-0,05% чистой перекиси водорода, предварительно растворенной в воде в соотношении 1:3. Продолжительность обработки 40 мин. После этого добавляется фермент каталаза в концентрации 75 мг/л, при этом продолжительность инактивации перекиси водорода составляет 15 мин. Метод очень эффективен, но проблема в каталазе. Возможно, раньше каталазу вырабатывали из натурального сырья и она стоила вменяемых денег. Сейчас импортные препараты каталазы стоят столько, что даже называть цены не хочется, не то что использовать их.
По сути, внесение Lb. Plantarum и обработка молока перекисью водорода одинаковые процессы. Действие лактобацилл вида плантарум основано на том, что они ту же перекись водорода выделяют в процессе своей жизнедеятельности. В литературе есть данные, что максимальное количество перекиси водорода, вырабатываемое Lb. Plantarum, равно 0,005% к объему молока. Опыт с добавлением 0,005% перекиси к молоку без последующей обработки каталазой дает полное уничтожение клостридий при сильном начальном обсеменении. На приведенных ниже фотографиях один и тот же сыр, сильно зараженный маслянокислыми бактериями, сыр из того же зараженного молока, но изготовленный с внесением Lb. Plantarum и сыр, сделанный с предварительной обработкой зараженного молока внесением в него 0,005% перекиси водорода.
Сыр Том, из молока, сильно обсемененного клостридиями через два месяца созревания
Сыр Том, сделанный из того же молока в то же время с внесением в молоко при изготовлении Lb.Plantarum Сыр на том же сроке созревания — 2 месяца
Тот же сыр Том, сделанный из того же молока в то же время с внесением в молоко при изготовлении 0,005% перекиси водорода. Сыр на том же сроке созревания — 2 месяца
Довольно эффективно споры маслянокислых бактерий удаляются из молока бактофугированием (проще говоря — пропусканием молока через специальную центрифугу) и микрофильтрацией. Но оба эти способа требуют дорогостоящего оборудования.
Подавляют прорастание спор клостридий нитраты. Причем не сами нитраты, а образующиеся при их восстановлении в сырах нитриты. И, хотя применение нитратов в пищевой промышленности не запрещено в определенных нормативами дозах, внесение нитратов в сыр, конечно, не вызывает удовольствия у сыродела и уж точно не вызовет радости у потребителя. Нитриты, хотя и применяются в мясной промышленности наравне с нитратами, являются признанными канцерогенами. В сырах, созревающих с участием пропионовокилых бактерий, применение нитратов вовсе невозможно. Нитраты подавляют рост этих бактерий. Опытами у становлено, что полное подавление маслянокислых бактерий достигается при внесении нитратов в количестве 2% от объема обрабатываемого молока, при этом количество соли должно быть не менее 3,8% в сухом веществе сыра или 2,3% от общей его массы. При уменьшении дозы нитратов, так же как и при снижении содержания соли полного подавления маслянокислого брожения не достигается. Опыты проводились при изготовлении сыров с промытым зерном. Для других сыров эти цифры будут отличаться в большую сторону.
Споры маслянокилых бактерий уничтожает лизоцим. Лизоцим — это фермент, который содержится в небольших количествах в коровьем молоке, в грудном молоке, в слюне человека и в желудочно-кишечном тракте. Это природный антибактериальный агент. Промышленный препарат лизоцима получают из куриных яиц. Лизоцим выдерживает температуру до 90 ° С и связывается казеином настолько хорошо, что от 80 до 99 процентов добавленного в молоко фермента переходит в сыр. Лизоцим борется не только с клостридиями, но и с бактериями группы кишечной палочки и другими вредными для сыра микроорганизмами. Но и лизоцим опять же не панацея. В больших количествах лизоцим начинает подавлять рост и активность бактерий стартерных культур. Поэтому при сильном обсеменении молока спорами клостридий для полного их уничтожения может понадобиться такая доза лизоцима, которая существенно повлияет на активность молочнокислых бактерий и, следовательно, на рост кислотности. Как маслянокислые бактерии, так и бактерии стартерных культур могут иметь разную устойчивость к лизоциму. Поэтому данные о дозах лизоцима, которые можно использовать в сыроделии без потери активности стартерных культур, разнятся в десятки раз. Если вы решите попробовать применять лизоцим, то для начала можно опереться на одну базовую цифру: во Франции разрешается использовать лизоцим при изготовлении сыра в количестве не более 30 мг на 1 литр молока. При этом еще раз повторю, при большом количестве спор клостридий в исходном молоке эта доза может оказаться недостаточно эффективной для борьбы с ними, а при большей дозе лизоцима развитие кислотности может значительно затормозиться.
Есть технологические приемы, которыми можно пользоваться для снижения вредного влияния маслянокислых бактерий. Поскольку рост клостридий стимулируется наличием в сыре большого количества органических кислот, можно разбавлять сыворотку водой. Но только до такой степени, чтобы pH на конечной стадии изготовления не был выше значения, необходимого для данного конкретного сыра. Следующим дающим эффект технологическим приемом является снижение температуры рассола до 6-7 ° С. Описано также предотвращение вспучивания сыров путем выдержки их в первые 15-30 суток при 5 ° С. Срок зависит от размера сыра. При таком способе выдержки соль при низкой температуре успевает достигнуть центра головки и подавить развитие клостридий. При pH 5,5 рост клостридий подавляется при концентрации соли 4,1% в водной фазе сыра или 2% в общей массе сыра влажностью 45%. Помните при этом, что такие концентрации соли препятствуют росту пропионовокислых бактерий и, следовательно, для сыров этой группы неприемлемы. После выдержки сыров в течение какого-то времени при 5 ° С такое же время придется добавить к общему сроку созревания сыра, потому что при 5 ° С процессы созревания практически не идут. И во время последующего созревания температуру лучше поддерживать на минимальном уровне, позволяющем сырам нормально зреть. Это 10-12 ° С, не более.
Силос с большим содержанием маслянокислых бактерий не только наносит вред сыроделию, но и имеет более низкую пищевую ценность и неохотно поедается животными.
Для того, чтобы избежать развития большого количества клостридий в силосе, нужно достаточно большое содержание в нем углеводов, что достигается правильным подбором компонентов силосуемой массы. Углеводы в силосе — основная пища молочнокислых бактерий, и при достаточном их количестве молочнокислое брожение получает преимущество перед маслянокислым. Смесь для заготовки силоса не должна быть влажной, ее следует тщательно измельчать, утрамбовывать и при этом закладку силоса осуществлять в максимально короткое время. Нельзя допускать загрязнения силосной массы землей и, тем более, навозом. Силос нужно тщательно укрывать. Силосование предварительно подвяленной травы снижает возможность маслянокислого брожения. Чем активней молочнокислое брожение в силосе, чем быстрее pH в силосной массе опустится до 4,2 (значение кислотности, при котором рост клостридий останавливается), тем меньше возможностей для размножения клостридий. Хорошие результаты дает добавление к силосу при закладке культур молочнокислых бактерий. На экспериментальной биофабрике в г. Углич даже производилась специальная культура ВНИИМС-ИНБИ для внесения в силос. Кормление животных силосом желательно проводить после дойки, чтобы ни сам силос, ни навоз животных, поедающих его, не были источником маслянокислых бактерий.
Наравне с силосом подходящей средой для роста клостридий является и недостаточно высушенное, влажное сено, собранное в большие тюки.
Очень желательно вообще с осени до весны при кормлении животных силосом не делать сыров, требующих длительной выдержки. Особенно головками большого размера.
Читайте также: