Главная \ Пробиотики \ Пропионовокислые бактерии \ Биотехнологический потенциал пропионовокислых бактерий

Свойства и биотехнологический потенциал пропионовокислых бактерий

ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ. СВОЙСТВА И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

Ультратонкий срез пропионовокислых бактерий

По материалам: Хамагаева И.С. Биотехнология заквасок пропионовокислых бактерий.−Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006.− 172 с.; Воробьева Л.И. Пропионовокислые бактерии. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 288 с.

1. Физиолого-биохимические свойства пропионовокислых бактерий

Содержание:

1.1. Общие сведения о пропионовокислых бактериях

Пробиотический потенциал пропионовокислых бактерий

Классические пропионовокислые бактерии обладают уникальными иммунностимулирующими и антимутагенными свойствами, они приживаются в кишечнике людей и способны к снижению геннотоксического действия ряда химических соединений и УФ-лучейИзвестно, что положительная роль пропионовокислых бактерий как пробиотиков обусловлена образованием ими пропионовой кислоты, минорных органических кислот, бактериоцинов и ферментов, а также синтезом большого количества витамина В12.

Открытие пропионовокислых бактерий 

Пропионовокислые бактерии (пропионибактерии, пропионовые бактерии) были открыты Фройденрайхом и Орла-Енсеном. Сыры, молоко и мо­лочные продукты стали основными источниками выделения пропионовых бактерий. Из «эмментальского» сыра Фройденрайх и Орла-Енсен выделили чистые культуры бактерий, которые составили три морфологические группы: Bacterium acidi propionici а, В. acidi propionici b и Bacillus acidi propionici. Тролли-Петерсон, пользуясь методом Бури, выделила ряд штаммов, большая часть которых идентична с культурами Фройденрайха и Орла-Енсена, а одна отлича­лась значительным слизеобразованием и была отнесена к 4 группе - Bacterium acidi propionici с.

Первым исследователем микрофлоры русских сыров был А.Ф. Войткевич. Он описал изолированные пропионовокислые бактерии, которые по своим свойствам напомина­ли В. acidi propionici а. Шерман выделил ряд культур пропионовых бактерий, в том числе новую - В. acidi propi­onici d, отличавшуюся от известных высокой продукцией кислот при развитии в молоке и на среде с глицерином.

Ван Ниль изолировал 30 штаммов пропио­новокислых бактерий. В результате собственных исследо­ваний, а также на основании литературных данных он уста­новил восемь видов и одну разновидность пропионовокис­лых бактерий, что положило начало их систематике.

Пропионовокислые бактерии объединены в род Propionibacterium, который входит в состав семейства Propionibacteriaceae.

В целом пропионовокислые бактерии (лат. Propionibacterium) характеризу­ются как грамположительные, каталазоположительные, неспорообразующие, неподвижные, факультативно анаэробные или аэротолерантные палочковидные бактерииПри брожении они образуют пропионовую кислоту, откуда и получили свое название.

1.2. Места обитания и виды пропионовокислых бактериий

Прим.: Чтобы выделить бактерии булавовидной формы (греч. согуnе - булава), в 1896 г. был создан род Corynebacterium, в который входят виды, сходные с дифтерийной палочкой С. diphtheriae. К коринеформным бактериям с недавних пор относят также и виды Propionibacterium (Шлегель Г. Общая микробиология / под ред. Е.Н. Кондратьевой. - 6-е изд. - Москва; "Мир", 1987. - С. 95-97. - 567 с.)

Поскольку главное место обитания анаэробных коринебактерий — это поверхность кожи лю­дей, их стали называть кожными пропионовокислыми бак­териями, а бактерии, выделенные из сыра и молока, — мо­лочными, или классическими, пропионовокислыми бакте­риями. Все виды (классических) пропионовокислых бакте­рий рода Propionibacterium представлены в табл. 1.

Таблица 1. — Виды рода Propionibacterium

Название видов и групп, принятых к 1988 г.
Первоначальное название
P. freudenreichii
P. freudenreichii, P. shermanii
P. thoenii
P. thoenii, P. rubrum
P. jensenii
P. jensenii,P.zeae,  P.  thechnicum, P.raffinosaceum, P. petersonii
P. acidi-propionici
P. arabinosum
P. cocoides*
P. pentosaceum

*Предложен в 1983 г. (Воробьева и др.).

Воробьева и др. предложили в род Propionibacterium включить пропионовокислые кокки, имеющие с палочковидными бактериями много общих свойств. Кокки выделяют из молока и сыров на ранних стадиях их созрева­ния. В отличие от типичных пропионовых бактерий кокки хорошо растут на поверхности плотных сред в виде оран­жевых колоний и обладают широкими ферментативными способностями. Новый вид предложено назвать Propionibacterium coccoides.

Важным свойством рода является образование пропионовой кислоты в результате пропионовокислого броже­ния, зависимого от кофермента B12.

Главное место обитания классических пропионово­кислых бактерий - твёрдые сычужные сыры и более 60% штаммов, выделенных в Финляндии из «Эмментальского» сыра, относится к Propionibacterium freudenreichii и Propion­ibacterium shermanii.

Коринеформенные бактерии рода Propionibacterium впервые были выделены из швейцарского сыра. Лактат, ко­торый первоначально образуется в свернувшемся молоке молочнокислыми бактериями, сбраживается, затем до пропионата, ацетата и СО2, развивающимися как вторичная микрофлора пропионовокислыми бактериями. Пропионат и ацетат придают швейцарскому сыру специфический аромат, а выделяющаяся СО2 создает характерную для него ноздре­ватость.

Дальнейшие исследования показали, что первичным природным местообитанием пропионовых бактерий являет­ся рубец травоядных животных, где они сбраживают лактат, образованный другими представителями микрофлоры руб­ца. Кроме лактата эти бактерии могут сбраживать и другие сахара. Хотя пропионовокислые бактерии не растут в при­сутствии воздуха и требуют для своего развития анаэроб­ных условий или низкого парциального давления О3, сооб­щение Воробьевой о том, что эти бактерии можно культи­вировать в аэробных условиях, было встречено микробио­логами с удивлением. Американские исследователи обна­ружили у бактерий ферменты цикла Кребса. В результате изучения аэробного метаболизма у пропионовокислых бак­терий установлены функционирующая цепь переноса элек­тронов (ЦПЭ), кислородное, фумаратное, нитратное дыха­ние, система антиокислительной защиты.

Эти исследования продемонстрировали удивительную лабильность метаболизма пропионовокислых бактерий, которые, как оказалось, экипированы как для анаэробной, так и для аэробной жизни. Например, оказалось, что анаэробные представители семей­ства образуют значительные количества супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы, ферментов, характерных для аэроб­ного метаболизма. Кроме того, исследованные Антилой штаммы развивались в аэробной среде, если субстрат содержал дрожжевой экстракт.

1.3. Форма пропионовокислых бактерий.

ultratonkiy_srez_propionovokislykh_bakteriy_1_kletochnaya_stenka_2_tsitoplazmaticheskaya_membrana_3_nukleidy_4_vklyucheniye_

Пропионовокислые бактерии - это палочки самой раз­нообразной величины, от очень коротких, почти кокков, до длинных. Клетки расположены единично, парами или ко­роткими цепочками. Некоторые виды характеризуются утолщениями и веточками на концах. Величина клеток мо­жет значительно меняться в зависимости от их возраста и условий культивирования. Молодые клетки в аэробных ус­ловиях имеют вид коротких палочек, в анаэробных, а также при повышенных температурах они становятся более длин­ными. Имеются сведения о наличии пропионовокислых бактерий в пределах одного вида взаимопревращающихся от шарообразной до палочковой формы и обратно. Палочковидные клетки бактерий склонны к полимор­физму. Рудиментарное ветвление наблюдается в аэробных или в анаэробных условиях при низких значениях рН.

Бактерии хорошо окрашиваются по Грамму (граммположительные), слабо окрашиваются метиленовой синью, чем значительно отличаются от молочнокислых. Колонии обычно влажные, округлые или в виде гречишного зерна, блестящие, маслянистые. Цвет колоний у пропионовокис­лых бактерий кремовый, желтый, оранжевый, красный, ко­ричневый. Под микроскопом они отличаются от других бактерий по своеобразному «полисадному» расположению клеток, иногда образующих изогнутые цепочки и «иерог­лифы» вследствие деления с защелкиванием. В сканирующем микроскопе видно, что клетки бактерий неровные, с округлыми концами, в отдельных случаях покрыты слизью и образуют слизистые тяжи.

Клетки Propionibacterium freudenreichii имеют вид кокков, у Propionibacterium rubrum, Propionibacterium pentosaceum - короткие палочки, а у Propionibacterium petersonii - длинные палочки 8-10 мкм, что в 4-5 раз превосходит раз­меры клетки других видов. Толщина клеток (0,5-1) мкм. Клетки имеют тенденцию к рудиментарному ветвлению, местами образуя небольшие утолщения, отростки и вздутия. Этот вид отличается от других необычайным плеоморфиз-мом. Неправильной формы клетки с ложным ветвлением и беспорядочными перегородками сохраняются на всех ста­диях роста культуры.

P. shermanii выделяют из «Швейцарского» и «Совет­ского» сыров, сырого молока. В больших количествах обра­зует пролин, с чем связывают аромат сыра. Клетки в виде коротких палочек, часто почти кокков. От других видов от­личается более высокой термоустойчивостью. Главная жир­ная кислота - 12-метилтетрадекановая (»43%). Главный са­хар в пептидогликане - галактоза, меньше маннозы и рамнозы, глюкозы нет вообще. Сбраживает лактозу.

1.4. Условия для роста пропионовокислых бактерий

условия для роста пропионовокислых бактерий


Пропионовокислые бактерии растут в пределах темпе­ратуры (15-40)°С, хотя есть данные, что рост происходит при более низкой температуре (до минус 10°С). Оптималь­ная температура развития классических пропионовокислых бактерий (30±1)°С. Оптимальная величина рН роста про­пионовокислых бактерий 6,5-7,0, максимальная - 8,0, мини­мальная - 4,6.

Пропионовокислые бактерии относятся к солеустойчивым. При содержании в лактатной среде 4% NaCl проис­ходит нормальный рост и брожение.

Состав клеточных стенок: обнаружено два раз­личных типа пептидогликана. Клетки P. shermanii и P. freudenreichii содержат непосредственно поперечно связанный пептидогликановый тип с т-ДАП в положении 3. В состав сахаров клеточных стенок P. shermanii и P. freudenreichn входят галактоза, манноза и рамноза (последняя в клеточ­ных стенках других видов не обнаружена), глюкоза отсут­ствует.

При   обследовании   40   штаммов   было   обнаружено, что основным типом жирной кислоты, экстраги­руемой из целых клеток, является С15 насыщенная кислота с разветвленной цепочкой. Причем у видов P. shermanii и Р. freudenreichii С15-кислота присутствует в форме антеизо-С15-изомера (12-метилтетрадекановая), у второй группы (Р. arabinosum, P. jensenii, P. pentosaceum, P. thoenii, P. zeae) об­наруживают в основном изо-С15-кислоту (13-метилтетра-декановую). У других бактериальных видов С15-кислоты присутствуют в «следовых» количествах, так что наличие ее в больших количествах (больше в 2-3 раза, чем любой другой жирной кислоты) у пропионовых бактерий может служить диагностическим признаком.

Таксономическим признаком рода является также со­став клеточных фосфолипидов. Для рода Propionibacterium основной фосфолипид представлен мономанозидом глицерил фосфорилмиоинозита. Фосфолипиды у пропионовокислых бактерий составляют около 10% от общего коли­чества липидов.

Главный гликолипид пропионовокислых   бактерий представлен  1-0-пентаденаил-2-0 (6-0-гентадеканоил-a-D-маннопиранозил) миоинозитом и  включает жирные кисло­ты (пентадеканоидную, гептадеканоидную), маннозу и ино­зит в молярных отношениях 2:1:1. Все изученные виды пропионовых бактерий содержат однотипный главный гли­колипид, что является важным таксономическим признаком рода.

Пропионовокислые бактерии синтезируют значитель­ные количества жирных кислот, липидов и фосфолипидов, состав которых является таксономическим признаком. Некоторые штаммы P. shermanii синтезируют также C12, С21, С22, С23 - жирные кислоты. Липиды пропионовокислых бактерий, по-видимому, не только входят в структурные элементы клеток, но и играют еще роль защитных компо­нентов против действия некоторых антибиотиков.

Пропионовокислые бактерии в значительных количе­ствах синтезируют полифосфаты.

При выделении пропионовокислых бактерий учитыва­ют такие свойства, как способность использовать лактаты, хороший рост в анаэробных условиях при нейтральном зна­чении рН. Анаэробные условия создают путем добавления к агаровой среде сульфита Na или цистеина, тиогликолята Na.

Купенов с целью получения колоний пропионо­вокислых бактерий в чашках Петри без создания анаэроб­ных условий предлагает использовать среду Кребса, содер­жащую дрожжевой экстракт Дифко, лактат Na, «V.F.»-бульон, соли и 0,5-1,0% агара «Oxoid».

Для выделения и поддержания пропионовокислых бактерий рекомендуют среду следующего состава (%): триптиназа (BBL)-l, дрожжевой экстракт (Difco)-l, лактат Na-1, KH2PO4-0,25, MnSO4-0,0005, агар (Difco)-1,5. Вода дистиллированная, конечный рН доводят до 7,0. Для созда­ния оптимальных условий роста в среду вносят х-цистеин (0,05%) и твин 80 (0,05%), стимулирующие рост бактерий.

Среда, поддерживающая хороший рост всех пропио­новых бактерий, имеет следующий состав (%): триптиназа (BBL)-l, дрожжевой экстракт (Дифко)-0,5, глюкоза-1, СаС12, MnSO4, NaCl-0,002, К-фосфатный буфер-0,05М, твин 80 Na-формальдегид сульфоксалат-0,05, NaHCO3-0,l, ко­нечный рН-7,0.

В исследованиях Воробьевой хороший рост пропионовокислых бактерий достигался в кукурузно-глюкозной среде состава: кукурузный экстракт - 2%, глюко­за - 1%, К2НРО4-0,2%, (NH4)2SO4-0,5%, СоС12-6Н2О-10 мг/м, рН 7,0 с помощью насыщенного раствора NaHCO3. В отли­чие от многих, пропионовокислые бактерии хорошо утили­зируют лактаты, поэтому зрелые сыры («Швейцарский», «Советский», «Алтайский») успешно используют для выде­ления пропионовых бактерий.

Пропионовокислые бактерии лучше всего используют лактат в присутствии дрожжевого экстракта, но еще более сильное стимулирующее действие, чем дрожжевой экстракт, проявляет бесклеточный экстракт штаммов мо­лочнокислых бактерий - Streptococcus thermophilus. Лактат в качестве источника углерода обеспечивает более высокую скорость роста пропионовокислых бактерий, чем лактоза.

Суммируя результаты изыскания повышения биоло­гической полноценности молочных сред, можно отметить следующее. При добавлении в молоко или сыворотку 0,5%-ного дрожжевого экстракта увеличивается продуцирование кислот пропионовокислыми бактериями в 2,5-4,5 раза, а при внесении 1% лактата натрия активизируется этот процесс в 1,6-4,6 раза. Эффект от добавления пептонизированного молока, гидролизата казеина значительно меньше. Наи­более  благоприятной средой для развития пропионовых бактерий является дрожжевой автолизат с глюкозой.

Потребность пропионовокислых бактерий в наборе витаминов значительно меньшая, чем у молочнокислых бактерий. Delwiche показал, что они нуждаются толь­ко в пантотеновой кислоте и биотине, некоторые из них требуют тиамина. Рибофлавин стимулирует рост, но облигатной потребности в нем нет, витамины B12 и В2 бактерии синтезируют самостоятельно. Рост всех пропионовокислых бактерий стимулируется твином 80. Низин оказывает сильное ингибиторное действие.

В качестве источника углерода для синтеза наиболее благоприятна глюкоза, хотя бактерии неплохо растут на лактозе, лактате, пирувате, глицерине. Отдельные виды свертывают молоко, не разжижают желатин, образуют диацетил и ацетоин. На средах с глюкозой и арабинозой про­пионовокислые бактерии образуют a-молочную кислоту, при использовании в качестве источника углерода молоч­ной кислоты - пропионовую и уксусную кислоты.

Для культивирования на лактозосодержащих средах наибольший интерес представляет вид Propionibacterium shermani.

Из дрожжевого экстракта было выделено растворимое в эфире вещество, которое являлось фактором роста для пропионовокислых бактерий, если последние культивиро­вались на среде с единственным источником азота - суль­фатом аммония. Сравнительное изучение влияния различ­ных солей аммония на рост P. shermanii показало, что наи­более благоприятен уксуснокислый и щавелевокислый ам­моний, наименее - NH4NO3; NH4H2PO4, цитрат H(NH4)3PO4 являются равноценными источниками азота для пропионо­вокислых бактерий.

Пропионовые бактерии могут синтезировать все ами­нокислоты за счет ассимиляции азота (NH4)2SO4. Биосинтез белков пропионовыми бактериями сопрово­ждается созданием пула из 15 аминокислот: цистина, гистидина, аргинина, аспартата, глутаминовой кислоты, глицина, серина, треонина, b-аланина, тирозина, валина, метионина, пролина, фенилаланина и лейцина. Известно, что бактерии содержат пептидазы, при участии которых обес­печивают себя незаменимыми аминокислотами и осуществ­ляют реакции трансаминирования, могут расти на любой из 20 аминокислот, внесенной в среду в качестве единственно­го источника азота.

 1.5. Антимутагенная активность пропионовокислых бактерий

Антимутагенная активность пропионовокислых бактерий

Прим.: Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза. Мутагенез — внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез. См. : Мутагены, антимутагены и пробиотики

Известно, что серосодержащие аминокислоты стиму­лируют рост, а бактерии устойчивы к высоким концентра­циям H2S в среде. Из серосодержащих амино­кислот пептидов молока бактерии образуют диметилсульфид, обладающий антимутагенным действием.

Пропионовые бактерии, как и все живые существа, в первую очередь бактерии, постоянно и длительно подвер­гаются воздействию внешних и внутренних мутагенов. К обычным внешним естественным источникам мутагенов относятся радиация, газ радон, космические лучи, К40 и дру­гие радионуклиды (ядра нестабильных изотопов, самопро­извольно распадающихся в земной коре).

Поскольку в естественных условиях микроорганизмы (а также растения и животные) постоянно подвергаются действию мутагенов, у них сформировались эндогенный и экзогенный защитные механизмы: у всех живых существ образуются молекулы, способные к осуществлению анти­мутагенеза. Под антимутагенезом понимают снижение час­тоты спонтанной и индуцированной мутации. Антимутаге­ны регулируют скорость спонтанных мутаций, стабилизи­руют мутационный процесс. Антимутагены повышают ак­тивность ферментативных систем, участвующих в детокси­фикации поступающих в клетку веществ, влияют на окис­лительно-восстановительный потенциал организма. Все эти процессы приводят к снижению мутаций.

В 1989 г. Воробьевой, с использованием теста Эймса, впервые была обнаружена антимутагенность пропионовых бактерий против азида Na (NaN3). 

Изучение антимутагенеза  (см. мутагенез) важно именно в отношении тех бактерий, которые используют при изготовлении кор­мов, кормовых добавок и пищи. Бактерии как источники антибиомутагенов или десмутагенов могут быть использованы для предобработки пищевых продуктов и кормов с це­лью нейтрализации мутагенных (канцерогенных) веществ, а также как пробиотики. Пропионовокислые бактерии широ­ко используют на практике: в сыроделии, производстве ви­тамина В12, приготовлении ветеринарного препарата пропиовита, силосовании кормов. 

Экстракты клеток классических пропионовокислых бактерий проявляют высокую эффективность антимутаген­ного действия. Кроме супероксиддисмутазы в клеточном экстракте пропионовых бактерий присутствуют и другие белки (видимо, ферменты) с антимутагенной активностью. Пока можно твердо сказать, что обследованные штаммы обладают антимутагенностью против Азида натрия (NaN3) и Нитрозогуанидина (НГ) и что антимутагены имеют пептидную (белковую) природу и, видимо, являются ферментами.

См. также: Антимутагенная активность ПКБ против 4НХО и МННГ

Было показано, что кожные и классические про­пионовокислые бактерии выделяют в среду вещества с ан­тимутагенной активностью. Десмутагенное действие культуральной жидкости проявлялось при выращивании бакте­рий на среде с глюкозой, лактозой и лактатом. Установле­ние факта атимутагенности культуральной жидкости и кле­точного экстракта пропионовокислых бактерий открыло но­вые, ранее не известные у них свойства, обуславливающие защиту клетки от внешних и эндогенных мутагенов. Поэтому пропионовокислые бактерии могут стать источни­ками новых и ценных антимутагенов.

Таким образом, пропионовокислые бактерии относят­ся к наиполезнейшим микроорганизмам. Они способны к синтезу практически важных веществ: большинства амино­кислот, значительного количества жирных кислот, липидов и фосфолипидов, полифосфатов, ферментов и витаминов.

2. Пропионовокислое брожение

молекула пропионовой кислотыГлавное энергетическое значение для пропионовокислых бактерий имеют так называемые ключевые реакции пропионовокислого брожения. Под пропионовокислым брожением подразумевают биохимический процесс превращения бактериями сахара, молочную кислоту и ее солей в пропионовую кислоту. В этом брожении, кроме пропионовой кислоты, образуются и такие продукты, как уксусная кислота, углекислый газ, ян­тарная кислота, ацетоин, диацетил, другие летучие ароматические соединения - диметилсульфид, ацетальдегид, пропионовый альдегид, этанол и пропанол.

Пропионовокислое брожение выражается следующим уравнением:

3C3H12О6  =   6С3Н6О3   =   4С3Н6О2  +   2С2Н4О2   +  2СО2   +   2Н2О  +   х кДж

  сахар         молочная   пропионовая   уксусная
                      кислота         кислота          кислота

Химизм данного брожения подобен типичному мо­лочнокислому брожению с той разницей, что образовавшая­ся молочная кислота в этом брожении не конечный продукт, а промежуточный. От других типов брожения пропионово­кислое отличается высоким выходом АТФ, участием неко­торых уникальных ферментов и реакций.

Пропионовокислым бактериям свойственен бродиль­ный тип метаболизма: они расщепляют сахара по пути Эмбдена-Мейергоффа до пропионата, ацетата, СО2 и сукцината. Химизм пропионовокислого брожения хорошо изучен и описан. Ключевую реакцию брожения - превращение a-метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА катализирует кофермент B12 (Ado Cbl).

Когда сбраживаемым субстратом является лактат, он сначала окисляется в пируват. Часть пирувата далее окисля­ется до ацетил-КоА и СО2, причем превращение ацетил-КоА в ацетат сопровождается образованием АТФ. По­лучение в процессе брожения окисленных продуктов, аце­тата и СО2 уравновешивается сопутствующим восстановле­нием пирувата до пропионата.

Пировиноградная кислота - обязательное промежу­точное соединение в брожении.

Пируват может быть превращен в пропионат несколь­кими путями:

1). пируват —> акрилат -> пропионат;

2). пируват —> лактат -» пропионат;

3). пируват + С1> сукцинат —> метилмалонат —> про­пионат.

Первые две возможности у пропионовых бактерий не реализуются, и образование пропионата происходит из дикарбоновой кислоты по третьему пути.

Сначала лактат окисляется до пирувата при участии флавопротеида в качестве акцептора водорода, затем в ре­акции транскарбоксилирования образуется оксалоацетат. Донором СО2 служит (8)-метилмалонил-КоА, а переносчи­ком СО2 - биотин. Под действием малатдегидрогеназы и фумаразы образуется фумарат, который восстанавливается до сукцината в реакции, катализирующей фумаратредуктазой. Эта реакция сопряжена с синтезом АТР путем фосфо-рилирования, сопряженного с переносом электронов. Далее в КоА - трансферазной реакции образуется сукцинал-КоА. Затем под действием метилмалонил-КоА-мутазы, содержа­щей кофермент B12, осуществляется перегруппировка, ве­дущая к образованию (R)-метилмалонил-КоА, который, однако, не является субстратом для транскарбоксилазы. Ско­рее всего, (S)-стереоизомер образуется при действии спе­цифической рацемазы. В зтом случае в реакции транскарбоксилирования синтезируется пропионил-КоА, и в резуль­тате последующего переноса КоА на сукцинат образуется пропионат.

В процессе сбраживания лактата в пропионат потреб­ляется одна молекула NADH2. Она образуется при окисле­нии лактата до ацетата в соответствии с суммарным урав­нением реакций брожения:

лактат + NADH2 + ADP + Pi  —>  пропионат  +  NAD  + ATP.

Открытие американских исследователей нашло свое подтверждение и в исследованиях Воробьевой. Реак­ции, ведущие к образованию пропионовой кислоты у пропионовокислых бактерий, могут быть представлены сле­дующей последовательностью:

Реакции, ведущие к образованию пропионовой кислоты у пропионовокислых бактерий, могут быть представлены следующей последовательностью

суммарно: пируват + 4Н+> пропионат

Превращение оксалоацетата в сукцинат происходит в результате работы ферментов ЦТК: малатдегидрогеназы, фумаразы и сукцинат-дегидрогеназы. Указанные ферменты выделены из клеток P. shermanii и осуществляют пре­вращение оксалоацетата в сукцинат с достаточно высокой скоростью. Уксусная кислота образуется в результате окислительного декарбоксилирования пирувата:

Уксусная кислота образуется в результате окислительного декарбоксилирования пирувата

Соотношение продуктов брожения может быть разное и в значительной степени зависит от степени окисленности источника углерода. При росте на среде с глицерином, на­пример, отношение пропионовая : уксусная 2 :1, с лактатом 1:1,5 и пируватом 1:2. Так, по Данным Орла-Енсена, в нор­мальном, вполне созревшем эмментальском cыpe количест­во пропионовой кислоты обыкновенно превышает количе­ство уксусной приблизительно в два раза. В сырах других типов это соотношение всегда сильно отклоняется в пользу уксусной кислоты, которая нередко становиться уже преоб­ладающей. Так, по данным Орла-Енсена, в нормальном эдамском сыре количество пропионовой кислоты / количе­ство уксусной кислоты = 1/8. С другой стороны, по наблю­дениям А. Виртанена, при культивировании пропионовокислых бактерий в строго аннааэробных условиях соотноше­ние между количествами кислот отклоняется в обратную сторону; именно в этом случае на одну молекулу уксусной всегда образуется 3 молекулу пропионовой. Также большое влияние имеет значение концентрации ионов во­дорода. При увеличении концентрации ионов водорода в среде изменяется соотношение основных продуктов броже­ния: образование уксусной кислоты увеличивается, а про­пионовой заметно уменьшается.

Соотношение пропионовой и уксусной кислот зависит от состава и свойств среды и внешних условий существова­ния микроорганизмов. В сырах в период максимального развития культуры пропионовых бактерий (первая фаза) в основном образуются относительно окисленные соединения (уксусная кислота), в период спада развития - преимущест­венно более восстановленные (вторая фаза). Но при замед­лении развития культуры P. shermanii (замена пептона ам­монийными солями) уксусная кислота превалирует перед пропионовой, однако и в этом случае отношение пропионовой кислоты к уксусной возрастает. Этот пример служит доказательством связи продуцирования кислот с составом среды. Отношение пропионовой кислоты к уксусной зави­сит также от вида бактерий. В среде с глюкозой и дрожже­вым автолизатом пропионовокислые бактерии рода P. thonii продуцируют указанные кислоты в отношении 5:1, для       Р. rubrum это отношение равно 3:1 и для P. shermanii - 2:1. Для культур P. shermanii (9 штаммов) отношения пропионовой кислоты к уксусной колеблется от 1,4 до 2,8. Между коли­чеством организмов и количеством образующихся кислот нет прямой связи.

Изменение состава карбоновых кислот в питательной среде (соли молочной, пировиноградной и янтарной кислот) значительно влияет на продуцирование пропионовой и ук­сусной кислот культурами P. shermanii. Отношение пропионовой кислоты к уксусной изменяется, с лактатом оно равно 1,83 (17,55:9,55), с пируватом - 0,64 (8,20:12,75) и янтарной кислотой - 2,0 (3,30:1,50). В присутствии лактозы продуцирование пропионовой кислоты происходит более энергично, чем в присутствии глюкозы. При сбраживании культурами P.jensenii пировиноградной кислоты более окисленной, чем молочная, также наблюдается, что соот­ношение пропионовой и уксусной кислот смещается в сто­рону более окисленной уксусной.

Соотношение кислот зависит от состава закваски. Так, при использовании закваски с двумя культурами - L. helveticum и Str. thermophilus это соотношение ниже, чем при ис­пользовании одной L.helveticum.

Таким образом, уникальность пропионовокислого брожения обусловлена участием ФЕП - карбоксилтрансфосфорилазы фермента, не обнаруженного у других орга­низмов, синтезирующих пропионат. Благодаря наличию этого фермента, брожение, осуществляемое пропионово-кислыми бактериями, работает как циклический процесс. Другая особенность брожения связана со способом образо­вания пропионата, которое сопряжено с восстановлением фумарата до сукцината и окислением пирувата до ацетата и СО2. Транспорт электронов, сопровождающий эти реакции, сопряжен с окислительным фосфорилированием и синтезом АТФ. И третьей уникальной характеристикой брожения яв­ляется высокий выход АТФ, превышающий выход АТФ в других известных брожениях. 1,5 М глюкозы могут дать пропионовокислым бактериям около 6 М АТФ.

3. Использование пропионовокислых бактерий в пищевой промышленности

использование заквасок пропионовокислых бактерий в пищевой промышленности

Данная глава описывает более ранние (исходные) сведения об опыте использования пропионовокислых бактерий в пищевом производстве.

Сегодня, благодаря новым исследованиям, а также разработанному во ВСГУТУ методу активизации пробиотических культур в молоке и иных пищевых средах, значительно расширилась сфера применения пропионовокислых бактерий (и др. пробиотических культур) в пищевой отрасли. В частности, инновационные технологии успешно апробированы в производстве кисломолочной продукции, мясопродуктов и хлебопечении (см.: Закваски для пищевой промышленности).

 

cheese

Сыроделие - наиболее древняя биотехнология, ис­пользующая биохимическую активность пропионовых бак­терий. Первые исследования пропионовокислых бактерий были связаны с изучением их роли в созревании сыров. Наиболее высокими органолептическими свойствами и дли­тельными сроками хранения обладают твердые сычужные сыры с высокой температурой второго нагревания, при из­готовлении которых принимают участие пропионовокислые бактерии.

Общее правило, касающееся использования этих бактерий в созревании сыров, гласит: вреден как недоста­ток, так и избыток пропионовокислых бактерий, но без их участия сыр нужного качества изготовить невозможно; мо­гут получаться «слепые», т.е. сыры без «глазков» или с другими дефектами. Многие пороки лучших сыров вызва­ны отсутствием или слабым ростом пропионовокислых бактерий. Для нормального развития пропионовокислых бакте­рий рекомендуют использовать молоко с высоким со­держанием белка (3,3%). При концентрации мочевины ме­нее 4 мМ, нужно обеспечивать преобладание стрептококков над молочнокислыми бактериями введением смешанной термофильной культуры с соотношением микроорганизмов 10:1. Существуют и другие условия, несоблюдение которых подавляет деятельность в сырах пропионовых бактерий.

Физиологические особенности пропионовых бакте­рий: термоустойчивость, отсутствие роста при высоких температурах, при более 4,5% концентрациях соли, задерж­ка роста при 9°С, способность сбраживать лактаты, нахо­дятся в соответствии с технологическим режимом сырова­рения. После второго нагревания большая часть молочно­кислых палочек погибает, а образованный ими лактат начи­нает активно сбраживаться пропионовокислыми бактерия­ми.

Из высококачественного «Советского» сыра и молока было выделено 25 штаммов пропионовокислых бактерий, из которых 17 штаммов представлены P. freudenreichii,  а  остальные  отнесены  к  P. acidipropionici  и  Р. jensenii, так что основным штаммом «Советского» сыра яв­ляется P. freudenreichii. Кроме того, на ранней стадии созре­вания сыра были выделены пропионовокислые кокки. Ос­новная роль пропионовокислых бактерий в созревании сы­ров состоит в использовании лактатов, образованных мо­лочнокислыми бактериями при сбраживании лактозы моло­ка, при этом лактаты превращаются в пропионовую, уксус­ную кислоты и СО2. Кислоты обеспечивают острый вкус сыров и участвуют в консервации молочного белка казеина; гидролитическое расщепление липидов с образованием жирных кислот важно для развития органолептических свойств сыра; образование пролина и других аминокислот, а также летучих веществ: ацетоина, диацетила, диметилсуль-фида, ацетальдегида, участвующих в формировании арома­та сыра; образование углекислоты в процессе пропионовокислого брожения лактата и декарбоксилирования амино­кислот (главным образом); СО2 участвует в создании ри­сунка сыра - «глазков», образовании витаминов и в первую очередь витамина B12.

Вместе с тем требуется регуляция активности пропио­новокислых бактерий, которые не должны, в частности, развиваться и образовывать СО2 при низких температурах, что может привести к разрывам и трещинам в сырах.

Созревание сыра - сложный биохимический процесс, протекающий при участии сычужного фермента, ферментов молока, молочнокислых и пропионовых бактерий. Проис­ходят энзиматические изменения в белках, жире, аминокис­лотах; формируется аромат, внешний вид, консистенция сыра. Высокая температура второго нагревания содействует развитию термофильных молочнокислых стрептококков и пропионовых бактерий. Посолка оказывает сдерживающее влияние на интенсивность развития микрофлоры сыра: за­держивается рост молочнокислых палочек и пропионово­кислых бактерий.

Пропионовокислые бактерии размножаются в сыре в значительном количестве в период выдерживания его в бродильном подвале, рост их продолжается в течение всего периода созревания. В результате пропионовокислого бро­жения образуются специфический вкус и запах, а также ха­рактерный рисунок «Швейцарского» сыра». Развитие про­пионовокислых бактерий внутри сыра происходит энергич­нее, чем у поверхности. Это, по всей вероятности, связано с повышением содержания влаги и уменьшением содержания соли во внутренних слоях.

Источником пропионовокислых бактерий в сыре явля­ется молоко. Специально приготовленные культуры этих бактерий применяют в сыроделии очень редко. Пропионо-вокислые бактерии погибают при 15-минутной выдержке при 70°С, в то время как такая же выдержка при 60°С ока­зывает только подавляющее действие. Большинство пропионовокислых бактерий хотя и погибает при подогре­вании до 70°С, тем не менее при кратковременной пастери­зации молока при этой температуре в нем можно найти еще много живых микроорганизмов.

Классическая технология изготовления «Швейцарско­го» сыра не предусматривала специального внесения пропионовокислых бактерий (закваска), поскольку использова­ли сырое молоко хорошего качества, вытяжку из сычуга молочных телят, где содержалось достаточное. количество пропионовокислых бактерий. В настоящее время в сыроделии используют пастеризованное молоко, так при пастери­зации при 71°С за 15 с погибают почти все пропионовокис-лые бактерии (1.0,95), а норма предусматривает содержание в 1 г сыра после прессования 2×103 - 4×103 пропионовокис­лых бактерий, поэтому при изготовлении «Советского» сы­ра требовалось внесение пропионовокислых бактерий с вы­сокой кислото-, газообразующей способностью, липолитической активностью, устойчивостью к действию различных ингибиторов (включая постороннюю микрофлору) при развитии в сыре и совместимостью с молочнокислыми бактериями, входящими в состав закваски для сыров (10,46). Так из 22 штаммов молочнокислых бактерий 9 оказались антагонистами пропионовокислых .бактерий, при этом Str. lactis и Str. diacetilactis имели наибольший спектр подавления. Str. cremoris, Str. thermophilus и Lbm. helveticum отнесены к штаммам совместимым c  P. freudenreicnii и Р. shermami.: При учете совместимости штаммов в закваске ка­чество жира повышается и по общему среднему баллу превышает качество сыра высшего сорта. Среди обитателей сыра есть и такие, которые, стимулируют биохимическую активность пропионовых бактерий. Так, под действием микрококков  сыра на 20 % увеличивается выход СО2 пропионовокислыми бактериями; Micrococcus caseolyticus ингибирует активность бактерий кишечной палочки при выработке и созревании сыров, что создает благоприятные условия для развития пропионовокислых   бактерий.

Пропионовокислое брожение в «Советском» сыре не достигает необходимых масштабов без внесения в молоко культур пропионовых бактерий, что отрицательно сказывается на его качестве. Для улучшения качества сыра необходимо применять эти культуры. Пастеризация молока при выработке «Советского» сыра создает предпосылки для систематического применения культур пропионовокислых бактерий. Их вносят в молоко в незначительных количествах – несколько капель на 1 т. Такая предосторожность вызывается тем, что излишнее активизирование пропионовокислого брожения ведет к появлению ненормального рисунка в сыре (крупные «глазки» и разрывы сырного теста). В последние годы взгляды на  дозы культур пропионовокислых бактерий существенно изменяются под влиянием того, что их развитие не находится в пропорциональной зависимости от количества введенной культуры и обусловливаются биологическими факторами, связанными с составом среды и жизнедеятельностью молочнокислой микрофлоры.

Богданов исследовал влияние состава различных сред на рост пропионовокислых бактерий для подбора наилучшей среды для приготовления производственной закваски. Им избраны  сыворотка с пептоном и обезжиренное молоко с панкреатиновым автолизатом. Максимальное количество бактерий в первой среде при 30°С наступает через 5 дней, при 22°С – через 15дней и при комнатной температуре – через 30 дней.

За  рубежом: закваски   пропионовокислых   бактерий обычно готовят в виде жидкой культуры на сывороточно-пептоновой среде, и рассылают потребителям в небольших бутылочках,   снабженных  капельным  устройством.   Срок годности заквасок два месяца. Войткевич рекомендует для приготовления производственной закваски пропионовокислых бактерий использовать молочную сыворотку, до­бавляя к ней 2% карбоната кальция. Смесь сыворотки с ме­лом разливают в бутылочки, закрывают их пробками и сте­рилизуют.  После охлаждения в  среду вносят основную культуру (1-2)% и выдерживают 10 дней при температуре 30°С. Богданов предложил применять в производственных условиях, закваски 10- 15-дневного возраста, выдержанные при 30°С на следующих средах: молочно-пептонной сыворотке с мелом; обезжиренном молоке с автолизатом и ме­лом и автолизате.с глюкозой и мелом. Количество вносимой закваски зависит от степени развития рисунка и в среднем составляет 10 мл на ванну.

Культуры P. shermanii выращивали на разведенном водой (1:1) дрожжевом автолизате с  2% глюкозы при 30°С в течение 4-5 дней. В одной капле такой среды содержалось в среднем 293 млн. клеток. Культуры этих же пропионовых бактерий были приготовлены на обезжиренном молоке при совместном выращивании их с молочнокислыми стрепто­кокками и палочками L. helyeticwn в условиях регулярной нейтрализации, образующейся молочной кислоты (рН 5,2-5,6).  Этот препарат содержал около 570 млн. клеток пропионовокисльж бактерий,      11 млн. клеток молочнокислых палочек.

Для созревания и получения сыра высокого качества важное значение имеет фосфолипазная активность дропионовокислых бактерий. Бактерии содержат внутри - (А) и внеклеточную (С) фосфолипазу. В некоторых штаммах присутствуют обе липазы вместе, но для сыроделия важна внеклеточная фосфолипазная активность. Под действием фосфолипазы С происходит значительный гидролиз фосфолипидных компонентов сыра (обнаружено 8 таких компо­нентов) без образования лизосоединений, обнаруженных наряду с фосфатидными кислотами в прогорклых образцах сыров, а также в сырах с привкусом сала. Наиболь­шее число фосфолипитиков выявлено среди штаммов Р. globosum. Сыр, выработанный с бактериальной заква-ской с высоким уровнем фосфолипазы С, имел наиболее высокие вкусовые показатели, консистенцию, рисунок; штамм рекомендован для включения в состав закваски для «Советского» сыра.

Усовершенствованием в технологии сыроварения можно назвать создание многоштаммовой сухой закваски пропионовых бактерий из трех штаммов вида P.freudenreichii. Многоштаммовая закваска превосходила монокультуру в отношении газо- и кислотообразования (10,66). Общая оценка опытных сыров, изготовленных с применением сухой многоштаммовой закваски по сравне­нию с контрольными; была на 4,2 балла выше. Установлена возможность непосредственного внесения сухих культур в перерабатываемое молоко без предварительного их перево­да в активное состояние. Сухая закваска удобнее при транс­портировке,  чем ранее применявшаяся жидкая закваска. Многоштаммовая сухая закваска внедрена в производство сыра «Советского».


хлеб на закваске

Пропионовокислые бактерии также  применяют в хлебопечении. Их наряду с молочнокислыми бактериями и дрожжами вводят в некоторые закваски для теста с целью образования в процессе ферментации, помимо молочной и уксусной кислот, еще и пропионовой.

При внесении в тесто такой закваски хлеб содержит 0,1% уксусной; 0,2% молочной, 0,1% пропионовой кислоты (по отношению к весу муки). Такого количества пропионовой кислоты достаточно для проявления фунгицидного дей­ствия, без заметного влияния на вкус и аромат выпекаемого хлеба.


кисломолочные биопродуктыИспользование пропионовокислых бактерий нашло себя, хотя пока и незначительно, в кисломолочном производстве (прим.: сегодня есть все перспективы расширения сферы применения пропионовокислых бактерий в производстве кисломолочных биопродуктов).

С целью обогащения витамином В12 в кефир и другие молочнокислые продукты вносили пропионовокислые бак­терии, повышая, таким образом, питательные свойства и лечебную ценность этих продуктов.

В нашей стране изготовлен кисломолочный напиток, закваска которого включает уксуснокислые бактерии Acetobacter lovaniense, вязкие рассы молочнокислых стрептококков и P. shermanii с соотношении штаммов (2,5-3,5):(9-11):(3-4). Сырьем, служит смесь молока с творожной сывороткой в соотношении 9:1-7:3. Разбавление молока творожной сывороткой приводит к экономии молока, но вместе с тем и к разбавлению его, вследствие чего содержа­ние в продукте сухих веществ, витаминов, белка снижается. Эти неизбежные потери компенсируются использованием в составе закваски бактерий, синтезирующих белки, витами­ны, внеклеточные полисахариды, увеличивающие вязкость продукта. Активными продуцентами внеклеточных полиса­харидов служат некоторые штаммы уксуснокислых бакте­рий. В симбиозе со стрептококками образование внеклеточ­ных полимеров увеличивалось. P. shermanii и A.lovaniense в виде монокультур не росли в молоке, а в смеси росли и вы­зывали его свертывание за  (32-36)ч, обогащая молоко вита­мином В12 и другими витаминами группы В.

Однако при совместном культивировании с молочно­кислыми стрептококками наблюдали снижение содержания витаминов, которые, по-видимому, утилизировались по­следними. Поэтому при изготовлении напитка уксуснокис­лые и пропионовокислые бактерии выращивают в сыворотке (где они хорошо растут), а молочнокислые и уксуснокис­лые бактерии в молоке с последующим смешиванием ком­понентов. При добавлении в молоко 5% творожной сыворотки содержание в продукте витамина В12 составляло 12500 мкг/кг, В2 74,8 мкг/кг, никотиновой кислоты 2900 мкг/кг, а при добавлении в молоко 20% сыворотки 27850; 176,8 и 18250 мкг/кг соответственно.

Известен также способ производства кисломолочного продукта, предусматривающий нормализацию молока, до­бавление 4,5 % сахарозы, пастеризацию при 87°С с выдерж­кой 15 мин,: гомогенизацию при давлении 15 МПа при 45°С. Молоко охлаждают до 33°С и вносят 5% симбиотической закваски пропионовокислых бактерий, молочнокислых мезофильных ароматобразующих стрепококков и. уксусно­кислых бактерий. После сквашивания до кислотности 56-64°Т в течение (3,5-5,0)ч в межстенное пространство резер­вуара со сгустком пускают ледяную воду и оставляют в по­кое. Через 2 ч проводят перемешивание молочного сгустка  5 мин, затем продолжают охлаждение до 14°С. Титруемая кислотность сгустка составляет 80°Т. Далее вносят 12% фруктово-ягодного наполнителя или 0,08% ароматизатора, перемешивают его в течение 5 мин, после чего разливают в тару. Охлаждение продукта до (2-4)°С ведут в холодильной камере. Срок хранения продукта один месяц при данной температуре. Готовый продукт имеет однородную сметанообразную гомогенную консистенцию молочно-белого цвета, кисломолочный освежающий, слегка острый вкус. Количество клеток пропионовокислых бактерий в 1 см3 10 единиц, молочнокислых стрептококков 107, уксуснокислых бакте­рий 102.

С использованием пропионовокислых бактерий изготовляют кисломолочный продукт «Тонус».  Мо­локо нормализуют, гомогенизируют, пастеризуют при 90-94оС  с выдержкой    2-8 мин или при 85-89°С 10-15 мин, охлаждают до температуры заквашивания 32-34°С, вносят 3-5% симбиотической закваски, состоящей из пропионовокислых, молочнокислых мезофильных ароматобразующих стрептококков и уксуснокислых бактерий, сквашивают до 68-7б°Т, охлаждают в покое 2-3 ч, перемешивают (5-10)мин, охлаждают до (14-20)°С, перемешивают и доохлаждают до (4-8)оС. Готовый продукт содержит пропионово­кислых бактерий 108-109, молочнокислых бактерий 107-108, уксуснокислых бактерий 101-103. Создание оптимальных условий для жизнедеятельности вышеперечисленных мик­роорганизмов приводит к продуцированию и накоплению витаминов в процессе сквашивания. В результате в готовом продукте содержится витамина А больше, чем в сборном сыром молоке или простокваше в 3 раза, витамина Е в 7-8 раз, В1 - в 1,5-2 раза, В2 - в 1,5 раза, витамина В12 - в 10-15 раз. В готовом продукте содержание нитратов-канцерогенов снижается на 50% по сравнению с сырым молоком.


сметанаЭ.Е. Грудзинской, A.K. Максимовой и А.В. Рожковой были разработаны способы получения кисломолочно­го продукта «Эвита» и сметаны, в состав закваски которых входили пропионовокислые бактерии - продуценты вита­минов группы В, за счет которых повышаются питательные свойства и биологическая ценность продуктов.

При изготовлении сметаны применение закваски, со­держащей продуценты витаминов группы В, позволяет вес­ти процесс ее производства в одних условиях независимо от жирности сырья, при этом сквашивание ведут при (30-32)оС, что ускоряет процесс и позволяет получить продукт с высокими питательными свойствами.

Полученный продукт богат витаминами группы В (В1, В2, В12), фолиевой кисло­той, микроэлементами, в ток числе и железом, а также дру­гими продуктами метаболизма в легкоусвояемой форме, ко­торые обладают лечебными свойствами. Срок хранения сметаны составляет 10 суток.

Д.С. Янковким и Г.С. Дымент (Украинский научно-исследовательский институт мясной и молочной промышленности) получили бактериальную закваску, состоя­щую из пропионовокислых бактерий и аэробных микроор­ганизмов родов Acetobacter, Bacillus и Pseudomonas. Активизация размножения пропионовокислых бактерий в молоке происходит в результате активного поглощения кислорода аэробными микроорганизмами вышеуказанных таксономи­ческих групп и таким образом исключается влияние данного ингибитора на пропионовокислые бактерии. Кроме того, штаммы родов Bacillus и Pseudomonas, обладающие высо­кой протеолитической активностью, накапливают низкомо­лекулярные азотистые вещества, стимулирующие развитие Propionibacterium.

В процессе исследований было выявлено, что для по­лучения симбиотических сочетаний, обладающих высокой молокосвертывающей протеолитической   активностью и другими производственно-ценными свойствами при высо­ком содержании клеток пропионовокислых бактерий, анаэробные бактерии рода Propionibacterium необходимо со­единить с аэробными бактериями родов Acetobacter, Bacillus или Pseudomonas в соотношение комбинаций молочнокис­лых бактерий 2:3.

Во Всесоюзном научно-исследовательском институте молочной промышленности Э.Е.Грудзинской был раз­работан способ получения кисломолочного напитка из сы­воротки, предусматривающий термическую обработку ис­ходного сырья, охлаждение до температуры заквашивания, внесение закваски, сквашивания полученной смеси и охла­ждение. Способ отличается тем, что, с целью повышения биологической ценности продукта и улучшения его вкусо­вых свойств, после термической обработки в сыворотку вносят добавку азотистых соединений в количестве (5-10)% от массы сыворотки, перед внесением закваски смесь нейтрализуют, а в качестве закваски используют культуру про­пионовокислых бактерий - штамм P.shermanii Э2 и дрожжи «Скородумовой», при этом сквашивание ведут при темпе­ратуре (29-31)°С в течение (70-74) ч. В качестве добавки азотистых соединений используют гидролизованное моло­ко, кукурузной экстракт, дрожжевой автолизат или культуральную жидкость из микроорганизмов, синтезирующих аминокислоты - ацидофильных или уксуснокислых бакте­рий. Готовый продукт имеет кисло-сладкий вкус с дрожже­вым привкусом и содержит: витамин В12 250-300; B1156-228; В2 250-150; фолиевой кислоты 110-178 мкг/л.

Э.Е. Грудзинской, В.Ф. Семенихиной, Н.В. Скобелевой был создан консорциум бактерий P. shermanii, Strepto­coccus lactis subsp, Diacetilactis и Acetobacter aceti, исполь­зуемый для приготовления кисломолочных напитков. Ве­дущая роль пропионовокислых бактерий проявляется в преобладании их по количеству клеток (108-109) КОЕ в 1см3 и осуществлению синтеза витаминов группы В. Пропионовокислые бактерии в чистой культуре плохо развиваются в молоке и нуждаются в сопутствующих микроорганизмах, способных обогатить среду доступным для них азотным пи­танием. С этой целью в симбиоз введены ароматобразующие молочнокислые и уксуснокислые бактерии. Ароматобразующие молочнокислые, стрептококки находятся в симбиозе в количестве 107-108 клеток. Они подрабатывают сложные белки молока до более усвояемых форм (пептиды, полипептиды, аминокислоты), кроме того, они малоактив­ные и при развитии снижают рН среды медленно до рН 4,7 (к моменту сквашивания), имеют низкий предел кислотообразования. Тем самым создают благоприятные условия и благоприятствуют условиям синтеза витаминов группы В.

Уксуснокислые бактерии в симбиозе находятся в ко­личестве 101-103 клеток. В чистой культуре они в молоке не развиваются. Являясь автотрофами, они синтезируют аминокислоты и поставляют азотное питание для пропионовокислых бактерий, особенно в период формирования сим­биоза, активизируя их развитие. Уксуснокислые бактерии увеличивают жизнеспособность бактерий за счет потребле­ния молочной кислоты основного продукта метаболизма молочнокислых бактерий, снижая кислотность закваски и повышая рН среды, в сторону, благоприятную для жизне­деятельности пропионовокислых и молочнокислых бактерий. Симбиоз стабильно синтезирует при развитии на моло­ке витамина: В12 - от 28 до 32 мкг/л, B1 - от 0,06 до 0,08 мг%, В2 - от 0,16 до 0,69 мг%, Е - до 0,064 мг%, содержит фолиевую кислоту. Титруемая кислотность соответствует 65-75°T.

Данные раздела показывают, что пропионовокислые бактерии использовали в основном в сыроделии при произ­водстве сыров с высокой температурой второго нагревания и незначительно - при производстве кисломолочных про­дуктов.

Таким образом, при выработке кисломолочных про­дуктов в качестве закваски используют пропионовокислые бактерии в комбинации с молочнокислыми бактериями. При совместном культивировании пропионовокислых бактерий молочнокислыми бактериями отмечается отсутст­вие антагонистического воздействия друг на друга. Однако молочнокислые бактерии утилизируют витамины, образо­ванные пропионовокислыми бактериями, вследствие чего снижается лечебная и биологическая ценность продуктов. Анализируя данные раздела, следует подчеркнуть, что от­сутствуют кисломолочные продукты с использованием од­них пропионовокислых бактерий.

инновации в пищевой промышленности

Инновации в использовании пропионовокислых бактрий

Интенсивный путь развития молочной промышленно­сти требует новых, нетрадиционных подходов к разработке технологии молочных продуктов. Одним из важнейших на­правлений развития технического прогресса в области переработки молока является развитие биотехнологии, в част­ности применение ферментных препаратов для производст­ва молочных продуктов. Среди ферментных препаратов, рекомендованных для пищевой промышленности, важная роль принадлежит b-галактозидазе, использование которой при переработке молочного сырья позволяет ускорить про­цесс молочнокислого брожения, повысить лечебные свой­ства и качество молочных продуктов.

И.С. Хамагаевой были созданы научные осно­вы биотехнологии получения новых лечебных кисломолоч­ных продуктов для детского и диетического питания с при­менением ферментного препарата дрожжевой b-галактозидазы. Авторами установлено, что вследствие дей­ствия b-галактозидазы на молочный сахар накапливаются важные бифидогенные продукты трансгликозилирования. Известно, что, помимо гидролитического действия, b-галактозидаза катализирует реакции трансгликозилирова­ния, в ходе которых образуются высокомолекулярные олигосахариды при использовании лактозы в качестве субстра­та.

И.С. Хамагаевой теоретически обоснован механизм стимулирующего действия b-галактозидазы на рост бифидобактерий в молоке. Обнаружено, что активизация роста бифидобактерий связана с повышением собственной b-галактозидазной активности бактерий, в результате чего бифидобактерий приобретают способность накапливать из лактозы необходимые для своего роста соединения: глюко­зу и олигосахариды.

Так как пропионовокислые бактерии и бифидобакте­рии относятся к одной группе - коринеформенным бакте­риям, то была выдвинута гипотеза о возможности активи­зации пропионовокислых бактерий в молоке с помощью ферментного препарата b-галактозидазы... Сегодня, запатентованный метод активизации ПКБ позволил создать уникальные закваски из монокультур пробиотических микроорганизмов и их комбинаиций, которые успешно могут применяться в технологиях производства разнообразных пищевых продуктов.

Результаты:

На инновационных заквасках уже сегодня можно производить высококачественные кисломолочные биопродукты с высокими пробиотическими и потребительскими свойствами, а сама технология позволяет интенсифицировать технологический процесс за счет  исключения трудоемких этапов изготовления лабораторных, пересадочных и производственных заквасок, гарантирует получение продукта со стабильными свойствами и снижает до минимума возможность его обсеменения посторонней микрофлорой. На основе использования культур пробиотических микроорганизмов разработаны и апробированы технологии производства функциональных хлебобулочных изделий и мясопродуктов. Высокая перспективность использования биотехнологических приемов в производстве продуктов питания подтверждается практическими результатами. Помимо улучшения вкусовых, структурно-механических и микробиологических свойств пищевого продукта, повышается и его биологическая ценность. Ферментированные биопродукты отличает высокая степень витаминизации (витаминами групп В, в т.ч. В12) и сбалансированность по аминокислотному составу. Также заметно продлеваются сроки хранения хлебобулочных и мясных изделий, изготовленных по соответствующим технологиям, в т.ч. за счет повышения микробиологической чистоты продуктов, а сам технологический процесс производства продуктов значительно интенсифицируется.

По теме см. также:

Более подробную информацию об уникальных пробиотических свойствах и биотехнологическом потенциале пропионовокислых бактерий см. в разделе "СТАТЬИ".


ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

  1. ПРОБИОТИКИ
  2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
  3. БИФИКАРДИО
  4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
  5. ПРОПИОНИКС
  6. ЙОДПРОПИОНИКС
  7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
  8. БИФИДОБАКТЕРИИ
  9. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
  10. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
  11. СИНБИОТИКИ
  12. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  13. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
  14. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
  15. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  16. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
  17. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
  18. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
  19. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
  20. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
  21. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
  22. ДИСБАКТЕРИОЗ
  23. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
  24. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
  25. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
  26. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
  27. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
  28. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
  29. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
  30. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
  31. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
  32. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  33. НОВОСТИ