Вятская государственная сельскохозяйственная академия

Факультет ветеринарной медицины

Кафедра морфологии и микробиологии

Курс микробиологии и вирусологии

По теме «Молочнокислое брожение»

Киров 2012г.

1. Характеристика и химизм молочнокислого брожения

Характеристика возбудителей брожения

Практическое применение молочнокислого брожения в народном хозяйстве

Продукты, которые получают с использованием молочнокислого брожения

1. Характеристика и химизм молочнокислого брожения

Молочнокислое брожение - процесс анаэробного окисления углеводов, конечным продуктом при котором выступает молочная кислота. Название получило по характеру продукта - молочной кислоте. Для молочнокислых бактерий является основным путём катаболизма углеводов и основным источником энергии в виде АТФ. Также молочнокислое брожение происходит в тканях животных в отсутствие кислорода при больших нагрузках.

Белки молока являются отличным источником азотистого питания для молочнокислых бактерий, которые расщепляют молочный сахар, превращая его в молочную кислоту, повышают кислотность среды, и молоко свёртывается, образуя плотный однородный сгусток.

Виды молочнокислого брожения. Различают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение, в зависимости от выделяющихся продуктов помимо молочной кислоты и их процентного соотношения. Отличие также заключается и в разных путях получения пирувата при деградации углеводов гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями.

Гомоферментативное молочнокислое брожение. Поскольку расщепление лактозы происходит внутри клетки микроорганизма, ключевым этапом этого метаболического пути является поступление глюкозы в клетку. При переносе лактозы снаружи в цитоплазматическую мембрану и в клетку микроорганизма для превращения в фосфат лактозы участвуют четыре белка (последовательно: фермент II, III, I и HPr). Лактозо-6-фосфат гидролизуется b-фосфогалоктогеназой (b-Pgal) на его моносахаридные компоненты. Галактоза и глюкоза затем катаболизируются через тагатозный путь и путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (EMP). Возможно дефосфорилирование галактозы, и в этом случае она неусваивается и выводится из клетки микроорганизма. В обоих случаях глюкоза и галактоза превращаются дигидроксиацетон-фосфат и глицеринальдегид-3-фосфат, где трёхуглеродные сахара окисляются дальше до фосфоенолпирувата, а затем образуют молочную кислоту при помощи лактатдегидрогеназы. Продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения является молочная кислота, которая составляет не менее 90% всех продуктов брожения. Примеры гомоферментативных молочнокислых бактерий: Lactobacillus casei, L. acidophilus, Streptococcus lactis.

Гетероферментативное молочнокислое брожение. Лактозу и глюкозу по гетероферментативному пути образуют только бифидобактерии. При катаболизме глюкозы СО2 не образуется, поскольку отсутствует начальный этап, включающий декарбоксилирование. Лактоза транспортируется в клетку с помощью пермеазы, а затем гидролизуется в глюкозу и галактозу. Альдолаза и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа у этого вида отсутствуют. Гексозы подвергают катаболизму путём гексозомонофосфатного шунта с участием фруктозо-6-фосфат-фосфокетолазы. Продуктами ферментации видами Bifidobacterium являются лактат и ацетат, а ферментация двух молекул глюкозы даёт три молекулы ацетата и две молекулы лактата. Побочными продуктами являются: уксусная кислота, этанол. Примеры гетероферментативных молочнокислых бактерий: L. fermentum, L. brvis, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni.

Характеристика возбудителей брожения

Молочнокислые бактерии - группа микроаэрофильных грамположительных микроорганизмов, сбраживающих углеводы с образованием молочной кислоты как одного из основных продуктов.

Все молочнокислые бактерии (они же лактобактерии) - грамположительные, факультативные анаэробы. Среди молочнокислых бактерий есть мезофиллы (предпочитают температуру около 30 °С) и термофилы (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus), оптимальной температурой для которых является температура около 40-50 °С.

Молочнокислые бактерии нуждаются в полном наборе готовых аминокислот, в витаминах группы В12, в компонентах нуклеиновых кислот, что и определяет их распространение в природе.

Молочнокислые бактерии обитают в основном на растениях, плодах, овощах, в желудочно-кишечном тракте, в молоке и молочных продуктах, а также в местах разложения растительных остатков.

В качестве источника углерода используют лактозу, мальтозу.

Оптимальное значение рН для развития молочнокислых бактерий около 4. Молочнокислые бактерии образуют от 1 до 3,5 % молочной кислоты. брожение молочнокислый бактерия пищевой

Молочнокислое брожение вызывается несколькими видами бактерий

Типичные молочнокислые бактерии (почти полностью превращают углеводы в молочную кислоту) - ацидофильная болгарская палочка, бактерия казея, куаказикум, а также молочнокислые кокки, лейконосток, лактобактерии, стрептококки и бифидобактерии.

Нетипичные (брожение с накоплением небольшого количества молочной кислоты) - протеус и кишечная палочка.

Молочнокислые бактерии объединяют в семейство Lactobacillaceae. Хотя эта группа морфологически гетерогенна (включает длинные и короткие палочки, а также кокки), в физиологическом отношении её можно охарактеризовать достаточно хорошо. Все относящиеся к ней бактерии грамположительны, не образуют спор (за исключением Sporolactobacillus inulinus) и в подавляющем большинстве неподвижны.

Все они используют в качестве источника энергии углеводы и выделяют молочную кислоту. Молочнокислые бактерии способны только к брожению; они не содержат гемопротеинов (таких, как цитохромы и каталаза).

Могут расти в присутствии кислорода воздуха: будучи анаэробами, они всё же аэротолерантны.

Ещё один отличительный признак молочнокислых бактерий - это их потребность в ростовых веществах. Ни один представитель этой группы не может расти на среде с глюкозой и солями аммония. Большинство нуждается в ряде витаминов (лактофлавине, тиамине, пантотеновой, никотиновой и фолиевой кислотах, биотине) и аминокислотах, а также в пуринах и пиримидинах.

Культивируют эти бактерии преимущественно на сложных средах, содержащих относительно большое количество дрожжевого экстракта, томатного сока, молочной сыворотки и даже крови.

Таким образом, молочнокислые бактерии - это своего рода «метаболические инвалиды», которые, вероятно в результате своей специализации (рост в молоке и других средах, богатых питательными и ростовыми веществами), утратили способность к синтезу многих метаболитов. С другой стороны, многие из них обладают способностью, которой нет у большинства других микроорганизмов; они могут использовать молочный сахар (лактозу). В этом они сходны с многими кишечными бактериями.

Распространение и места обитания. Распространение молочнокислых бактерий в природе определяется их сложными потребностями в питательных веществах и способом получения энергии (только брожение). Эти бактерии почти никогда не обнаруживаются в почве и водоёмах. В естественных условиях они встречаются:

в молоке, местах его переработки и молочных продуктах (Lactobacillus lactis, L. bulgaricus, L. helveticus, L. casei, L. fermentum, L. brevis, Streptococcus lactis, S. diacetilactis).

на растениях и на разлагающихся растительных остатках (Lactobacillus plantarum, L. delbriickii, L. fermentum, L. brevis, Streptococcus lactis, Leuconostoc mesenteroides).

в кишечнике и на слизистых оболочках человека и животных (Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium, Streptococcus faecalis, S. salivarius, S. bovis, S. pyogenes, S. pneumoniae).

Описание некоторых видов лактобактерий:bulgaricus (Thermobacterium buldaricum). Образует длинные палочки и является гомоферментативной. Совместно с Streptococcus thermophilus или с окисляющей в большей степени Lactobacillus jughurti она применяется для приготовления йогурта. Иногда Lactobacillus bulgaricus входит в состав бактерий молочнокислой закваски для приготовления молочнокислых продуктов. Ее используют также при производстве твердых сыров. Оптимальная температура ее развития составляет 40-45°С.lactis (Thermobacterium lactis) образует длинные нити. Постоянно находится в кишечнике человека и животных. Ее можно обнаружить на доильном оборудовании, и чаще, чем другие виды лактобацилл, она присутствует в необработанном (сыром) молоке. Lactobacillus lactis идентична Lactobacillus caucasicus, находящейся в кефире. Она часто принимает участие в созревании твердых сыров. Оптимальная температура ее развития примерно 40°С.helveticus (Thermobacterium helveticum) встречается в необработанном (сыром) молоке, в сычуге и в сычужном ферменте телят. Используется вместе с Streptococcus thermophilus для приготовления эмментальского и грюйерского сыров. Образует не только молочную кислоту, но и участвует благодаря наличию протеолитического эндофермента в созревании сыров.acidophilus (Bifidobacterium bifidum). При преимущественно молочном питании находится в большом количестве в кишечнике детей и взрослых. Часто ее обнаруживают и в кишечнике телят. Из других встречающихся в молоке лактобацилл следует отметить: Lactobacillus casei (Streptobacterium casei)- сильно протеолитическая, Lactobacillus brevis (Betabacterium breve), Lactobacillus fermenti (Betabacterium longum).lactis. Он является первым микроорганизмом, который выделен в чистой культуре (в 1873 г. Листером). Streptococcus lactis встречается на растениях. С пылью и растительными частицами попадает на доильное оборудование и затем в молоко. Он встречается в виде коротких цепочек из двух - шести звеньев. Определенные штаммы, которые не образуют слизи и ароматических веществ с неприятным запахом, как многие дикие штаммы, входят в состав заквасок. Оптимальная температура развития Streptococcus lactis - около 30°С. Отдельные штаммы, однако, могут также размножаться, но медленно, при низких температурах (ниже 7°С). При температуре 25°С Streptococcus lactis за счет образования молочной кислоты снижает показатель рН примерно до 4,5 и молоко свертывается вследствие выпадения казеина.diacetilactis. Он образует в молоке не только молочную кислоту, но и ацетон и диацетил, важнейшие ароматические масла, а также СО2. Streptococcus diacetilactis содержится в значительном количестве в закваске для приготовления масла.

Молочнокислые бактерии являются компонентом нормального микробиоценоза пищеварительного тракта человека, а их количественный состав служит критерием оценки состояния здоровья. Лечебный эффект препаратов которые содержат лактобактерии, обусловлен антагонистическим действием лактобактерий по отношению к патогенным микроорганизмам, включая стафилококки, энтеропатогенные кишечные палочки, протеи, шигеллы, что определяет корригирующее действие препарата при нарушениях бактериоценоза. Препараты лактобактерий улучшают обменные процессы, препятствуют формированию затяжных форм кишечных заболеваний, повышают неспецифическую резистентность организма.

Штаммы молочнокислых бактерий используют в производстве медицинских препаратов - пробиотиков, предназначенных для восстановления нормальной микрофлоры кишечника и репродуктивной системы у женщин (после инфекционных заболеваний, антибиотикотерапии).

Практическое применение молочнокислого брожения в народном

хозяйстве

Молочнокислое брожение используется в молочной промышленности для изготовления простокваши, творога, сметаны, кефира, сливочного масла, ацидофильного молока и ацидофильной простокваши, сыров, квашеных овощей, при приготовлении хлебных заквасок, молочной кислоты. Молочнокислые бактерии широко применяют также при силосовании кормов, при выделке меховых шкурок и в производстве молочной кислоты.

Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов (растительной массы) для животных, в хлебопечении, особенно при изготовления ржаного хлеба. Положительные результаты дают исследования по использованию молочнокислых бактерий при изготовлении некоторых сортов колбас, солено-вареных мясных изделий, а также при созревании слабосоленой рыбы для ускорения процесса и придания продуктам новых ценных качеств(вкуса, аромата, консистенции и др.).

Промышленное значение имеет также применение молочнокислых бактерий для получения молочной кислоты, которую используют в безалкогольных напитках.

Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочнокислое брожение в продуктах (молоке, вине, пиве, безалкогольных напитках и др.) приводит к их порче (прокисанию, помутнению, ослизнению).

Применение молочнокислых бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления пищевых продуктов. Если нестерильный раствор, содержащий наряду с сахарами также сложные источники азота и факторы роста, оставить без доступа воздуха или просто налить в сосуд достаточно большое количество такого раствора, то вскоре в нем появятся молочнокислые бактерии. Они снижают рН до значений < 5 и тем самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться в столь кислой среде. Какие именно молочнокислые бактерии вырастут в таких накопительных культурах, зависит от прочих условий. Благодаря своему стерилизующему и консервирующему действию, основанному на подкислении среды, молочнокислые бактерии используются в сельском и домашнем хозяйстве и в молочной промышленности.

Приготовление силоса. Молочнокислые бактерии, обитающие на растениях, играют большую роль при запасании впрок кормов для скота. Для приготовления силоса используют листья сахарной свеклы, кукурузу, картофель, травы и люцерну. Растительную массу прессуют и прибавляют к ней мелассу, чтобы повысить отношение C/N, и муравьиную или какую-либо неорганическую кислоту, чтобы заранее обеспечить преимущественный рост лактобацилл и стрептококков. В таких условиях происходит контролируемое молочнокислое брожение.

Приготовление кислой капусты. Кислая капуста тоже представляет собой продукт, в приготовлении которого участвуют молочнокислые бактерии. В мелко нарезанной, посыпанной солью (2-3%) и спресованной белокочанной капусте при исключении доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в котором принимает участие сначала Leuconostoc (с образованием С02), а позднее Lactobacillus plantarum.

Молочные продукты. Молочнокислые бактерии, образующие кислоту и придающие продуктам определенный вкус, находят широкое применение в молочной промышленности. Стерилизованное или пастеризованное молоко или же сливки сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые («стартовые») культуры молочнокислых бактерий. Кисломолочное масло готовят из сливок, сквашенных с помощью Streptococcus lactis, S. cremoris и Leuconostoc cremoris. Образующийся в процессе брожения диацетил придает маслу специфический аромат.

Закваски, содержащие Streptococcus lactis или Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus, вызывают свертывание казеина при приготовлении творога и немецких сыров (гарцского и майнцского). При изготовлении твердых сыров (в отличие от сыров из кислого молока) для свертывания казеина пользуются сычужным ферментом. Молочнокислые бактерии (Lactobacillus casei, Streptococcus lactis) вместе с пропио-новокислыми участвуют лишь на стадии созревания сыров.

Для приготовления молочнокислых продуктов в качестве заквасок тоже используются стартовые культуры молочнокислых бактерий, образующих кислоту и некоторые вещества, придающие продукту характерный запах. Ароматное пахтанье получают с помощью упомянутых выше заквасок, применяемых для приготовления кисломолочного масла. Пахтанье наряду с молочной кислотой содержит также уксусную кислоту, ацетоин и диацетил. Йогурт получают из пастеризованного гомогенизированного цельного молока, инокулированного Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus (после внесения закваски молоко выдерживают 2-3 ч при 43-45°С). Под названием биогурт в продажу поступает кислое молоко, сквашенное Lactobacillus acidophilus и Streptococcus thermophilus. Кефир принадлежит к молочнокислым продуктам, содержащим кислоты и этанол; его получают из молока (коровьего, овечьего или козьего). Закваску готовят на так называемых кефирных зернах, которые состоят из пока еще не полностью изученного сообщества организмов, включающего лактобациллы, стрептококки, микрококки и дрожжи. Сквашивание молока ведут при 15-22°С в течение 24-36 ч. Для приготовления кумыса используют ослиное молоко, которое инокулируют культурой, содержащей Lactobacillus bulgaricus и дрожжи рода Torula.

Чистую молочную кислоту, которая используется для различных промышленных целей и как добавка к пищевым продуктам, получают в результате брожения. Молоко или сыворотку сбраживают при помощи lactobacillus casei или L. bulgaricus. Для сбраживания глюкозы и мальтозы применяют L. delbruckii, L. leichmannii или Sporolactobacillus inulinus. Источником необходимых факторов роста служат меласса и солод.

Образование кислоты в кислом тесте, используемой для его подъема, тоже обеспечивается молочнокислыми бактериями, в частности Lactobacillus plantarum и L. coryneformis. Стартовые культуры лактобацилл и микрококков применяются также для приготовления сырокопченых колбас (салями, сервелат). Образуя молочную кислоту и снижая рН, молочнокислые бактерии предохраняют от порчи те виды колбас, которые не подвергаются варке.

Продукты, получаемые с использованием молочнокислого брожения

В основе получения кисломолочных продуктов лежит направленная и регулируемая деятельность определенных видов молочнокислых бактерий. В результате жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов молоко изменяется и приобретает новые вкусовые, диетические, биологические и лечебные свойства.

Кисломолочные продукты лучше и быстрее усваиваются. Если обычное молоко через час после потребления усваивается на 32%, то кефир, простокваша и др. усваиваются на 91%.

При сквашивании молока образуются мелкие, легкоусвояемые хлопья. Белок молока подвергается частичному расщеплению (пептонизации) и приобретает мелкодисперсную структуру, в связи с чем для его усвоения не требуется той обработки в желудке, которой подвергается обычное молоко.

Важнейшей составной частью кисломолочных продуктов является молочная кислота, которая обладает биологической активностью, создавая оптимальные условия для проявления действия антибиотических веществ и жизнедеятельности молочнокислых бактерий. В то же время молочная кислота тормозит развитие гнилостных и других немолочнокислых (в том числе и патогенных) бактерий.

С помощью кисломолочных напитков представляется возможным ограничить и даже полностью прекратить образование в кишечнике вредных веществ гнилостными микробами. Знаменитый русский ученый И.И. Мечников экспериментально доказал, что при введении в кишечник животных этих вредных продуктов жизнедеятельности гнилостных микробов через несколько месяцев у животных развивается склероз аорты. По-видимому, в развитии атеросклероза у человека немалую роль играет интенсивная жизнедеятельность гнилостной микрофлоры кишечника.

Определенные виды молочнокислых бактерий - ацидофильная палочка, молочнокислый стрептококк и др., способны образовывать в кисломолочных напитках антибиотические вещества, обладающие бактериостатическим и бактерицидным действием. Изучение антибиотических свойств ацидофильных бактерий выявило способность их продуцировать ряд термостабильных антибиотических веществ: низин, лактолин, лактомин, стрептоцин и др., проявляющие свое действие преимущественно в кислой среде.

Во всех случаях нарушения нормального состава кишечной микрофлоры использование кисломолочных, ацидофильных продуктов позволяет в значительной степени нормализовать микрофлору кишечника, особенно в отношении снижения интенсивности гнилостных процессов.

Молочнокислые бактерии являются продуцентами витаминов группы В. Путем подбора культур молочнокислых бактерий представляется возможным получить кисломолочные продукты с высоким содержанием витаминов.

Таким образом, кисломолочные продукты обладают разносторонними биологическими и лечебными свойствами. Известно лечебное действие кисломолочных продуктов (напитков) при многих заболеваниях пищеварительной системы. Они улучшают желудочную секрецию, нормализуют перистальтику кишечника, снижают газообразование.

Биологические свойства кисломолочных продуктов оказывают оздоровляющее действие на полезную кишечную микрофлору.

В СССР промышленное производство кисломолочных продуктов было организовано на основе широкого использования чистых культур молочнокислых бактерий и молочных дрожжей. Была создана сеть специальных лабораторий по подбору культур и производству заквасок, которыми обеспечиваются предприятия молочной промышленности. В производстве кисломолочных напитков использовались современные установки, обеспечивающие выпуск продуктов высокого качества (рис. 1).

Кисломолочные продукты подразделяются на продукты молочнокислого и смешанного брожения.

Рис. 1. Линия производства кисломолочных напитков резервуарным способом с охлаждением в потоке.

Молокохранительный танк ТМА-10, 2 - центробежные насосы - МЦН-10, 3 - приемный бак, 4 - пластинчатый пастеризатор, 5 - молокоочиститель типа ОМА-2М, 6 - двухстенный танк, 7 - гомогенизатор, 8 - двухстенные танки, 9 - мембранный насос для сгустка, 10 - автомат для розлива напитков в бутылки, 11 - автомат для розлива напитков в пакеты.

Простокваша - это кисломолочный напиток, выработанный из пастеризованного молока путем сквашивания его закваской, приготовленной на чистых культурах молочнокислых растений. В зависимости от культур молочнокислых бактерий различают простоквашу обыкновенную, мечниковскую, южную, украинскую (ряженка), ацидофильную и варенец. Обыкновенную простоквашу готовят на чистых культурах молочнокислых стрептококков; она имеет нежный сгусток с освежающим, приятным, слабокислым вкусом. Мечниковская простокваша отличается от обыкновенной более плотным сгустком и кисловатым вкусом. Это объясняется тем, что ее готовят из чистых культур болгарской палочки и молочнокислых стрептококков. Южная простокваша имеет консистенцию сметаны, слегка вязкую, вкус кисловатый, щиплющий, освежающий. При приготовлении кроме молочнокислых стрептококков и палочек используют дрожжи. Варенец готовят из стерилизованного молока, выдержанного при высокой температуре в течение 2-3 ч (томленого). Варенец имеет плотную, слегка вязкую консистенцию, кисловатый вкус со сладковатым привкусом томленого молока, кремовый цвет. Варенец готовят на тех же культурах, что и мечниковскую простоквашу.

Ряженка, или украинская простокваша, кремового цвета, по вкусу и консистенции напоминает сметану, но имеет своеобразный вкус. Сладковатым привкусом напоминает томленое молоко. Жирность ряженки 6%. Для приготовления ее применяют чистые культуры молочнокислого стрептококка. Калорийность ряженки значительно выше калорийности простокваши других разновидностей.

Мацони, мацун, катык - по сути это разные названия примерно одного и того же вида южного кислого молока, вырабатываемого из коровьего, буйволиного, овечьего, верблюжьего или козьего молока. Основная микрофлора этих напитков - болгарская палочка и теплолюбивые молочнокислые стрептококки. Молоко заквашивают при повышенных температурах (48-55 °С) и сквашивают в устройстве, сохраняющем тепло. Джугурт вырабатывают на Северном Кавказе (преимущественно в Кабардино-Балкарии). Это отжатое кислое молоко, внешне похожее на сметану или пасту. Жира в нем 12 -13 %, а воды не более 70 %. Из такого отжатого кислого молока готовят различные блюда. Его можно хранить длительное время для потребления в зимние месяцы в виде сметанообразного продукта «брнацмацун».

Курунга - это кисломолочный напиток, широко распространенный в Северо-Восточной Азии у бурятов, монголов, тувинцев и других народов. Способ приготовления курунги известен из глубокой древности. Для монголов и тувинцев, которые вели полукочевой образ жизни, летом курунга представляла собой один из важнейших продуктов. Начиная с XVIII века секрет приготовления курунги узнали и другие народы (буряты, хакассы). Готовят курунгу посредством двойной ферментации - молочнокислой и спиртовой. Содержание алкоголя обычно не превышает 1 %.

Айран - очень распространенный напиток у народов Средней Азии, на Кавказе, в Татарии, Башкирии. Готовят из коровьего, козьего, овечьего молока. Несколько похож на кумыс (при приготовлении используется молочнокислая и спиртовая ферментация). У некоторых народов нашей страны под словом «айран» подразумевается прохладительный напиток, представляющий собой смесь кислого молока с водой. Узбекский рецепт, например, предусматривает разбавление простокваши холодной переваренной водой в соотношении 1:1, после чего напиток разливают в стаканы со льдом. В Таджикистане и в Узбекистане производится еще кисломолочный продукт чакка (суему) - с удалением определенной части воды. На Балканском полуострове йогурт с давних времен делают из молока овец и буйволиц. Так как в этом молоке белка, жира и углеводов больше, чем в коровьем, йогурт гуще многих других кисломолочных напитков. С переходом на промышленное производство йогурт стали приготовлять из коровьего молока, к которому добавляют сухое молоко или частично выпаривают из коровьего молока влагу на вакуум-аппаратах. Закваска, применяемая для производства йогурта, состоит из молочнокислых стрептококков и болгарской палочки. Совместно развиваясь, они дают более высокое содержание молочной кислоты. Йогурт быстро уменьшает жажду, утоляет чувство голода. Он полезен людям всех возрастов, особенно пожилым, беременным и кормящим матерям. Ежедневное употребление йогурта способствует быстрому восстановлению сил, покрывает потребности нашего организма в аминокислотах, солях кальция и др.

«Кисело млеко» - болгарское кислое молоко, приготовляемое с применением «болгарской палочки», открытой в начале нашего века Стаменом Григоровым. В тайном архиве Людовика XIV были обнаружены свидетельства того, что французский король весьма успешно пользовался в целях исцеления от тяжкого желудочного недуга этим густым белым напитком, который ему привозили из Болгарии в специальных мешках из овечьей кожи. «Пища настоящих мужчин до глубокой старости» - так с гордостью называют болгары этот эликсир молодости и долголетия. Кружка «кисело млеко» обязательно присутствует в меню болгар.

Чал (шубат) - кисломолочный, сильно пенящийся напиток с чистым кисломолочным вкусом и дрожжевым запахом, готовится из молока верблюдицы. В Туркмении он называется чал, в Казахстане - шубат. И. И. Мечников писал, что кочевники арабы, имеющие отличное здоровье и обладающие большой физической силой, питаются почти исключительно свежим или скисшим молоком верблюдиц. Первоначальной закваской для приготовления этого напитка служит кислое молоко верблюдиц - «катык». Напитку чал приписываются могущественные целебные свойства. В Туркмении даже имеются районы, куда ездят для принятия курса лечения чалом.

К числу наиболее молодых кисломолочных напитков относятся ацидофильные напитки. Ацидофильная палочка, которая используется для приготовления ацидофилина и других ацидофильных напитков,- одна из разновидностей молочнокислых бактерий. Она не разрушается под действием пищеварительных соков, лучше чем другие молочнокислые бактерии приживается в толстых кишках человека. Для приготовления ацидофилина используют равные количества ацидофильной палочки, молочнокислого стрептококка и кефирных грибков. Получается тягучий напиток слегка острого вкуса. Ацидофилин выпускают сладкий, добавляя сахар. В эту же группу напитков входит ацидофильное молоко и ацидофильно-дрожжевое молоко. Как и другие кисломолочные напитки, эта группа - ацидофилин, ацидофильное и ацидофильно-дрожжевое молоко - ценный продукт для питания детей, взрослых и пожилых. Она содержит основные, необходимые для нашего организма пищевые вещества, причем в легкоусвояемой форме.

Природа позволяет человеку пользоваться теми благами, что в ней имеются. При этом люди стараются эти богатства приумножать, создавать что-то новое и познавать еще неизвестное. Бактерии - это мельчайшие создания природы, которых также научился использовать в своих целях человек.

Но не только вред, сопряженный с патогенными процессами и болезнями, несут в себе эти прокариотические организмы. Они еще являются источником важного промышленного процесса, который издревле применяется людьми - брожения. В данной статье мы рассмотрим, что собой представляет этот процесс и как осуществляется конкретно молочнокислое сбраживание веществ.

История возникновения и использования брожения

Первые упоминания о том, что процесс брожения использовался людьми с целью получения определенной продукции, появились еще 5000 году до нашей эры. Именно тогда вавилоняне использовали этот способ для получения таких продуктов, как:

• вино;
• простокваша и другие молочные изделия.

Позже подобное продовольствие стали получать и в Египте, Китае, Судане, Мексике и прочих древних государствах. Стали выпекать дрожжевой хлеб, сбраживать овощные культуры, появились первые попытки консервирования.

Процесс молочнокислого брожения применялся людьми тысячелетиями. Сыры, кефиры, йогурты были важной частью трапезы во все времена. О пользе этих продуктов знали все лекари и врачеватели. Однако причины, по которым возможно превращение подобного рода, долгое время оставались неизвестными.

То, что условия брожения требуют присутствия микроорганизмов, люди даже предположить не могли. В середине XVII века Ван Гельмонт предложит ввести термин "брожение" для тех процессов приготовления пищи, которые сопровождаются выделением газа. Ведь в переводе данное слово означает "кипящий". Однако лишь в XIX веке, то есть почти двести лет спустя, французский микробиолог, химик и физик Луи Пастер открыл миру существование микробов, бактерий.

С тех пор стало известно о том, что разное брожение требует присутствия разного рода невидимых глазу микроорганизмов. Их изучение дало возможность со временем управлять брожением и направлять его в нужную человеку сторону.

Суть процессов брожения

Если говорить о том, что собой представляет процесс брожения, то следует указать на его биохимическую природу. Ведь, по своей сути, это просто деятельность бактерий, которые добывают себе энергию для жизни, вырабатывая при этом различные побочные продукты.

В целом брожение можно обозначить одним словом - окисление. Анаэробный распад какого-либо вещества под влиянием тех или иных бактерий, который приводит к образованию целого ряда продуктов. Какое вещество лежит в основе, а также что получится в результате, определяется типом самого процесса. Выделяют несколько вариантов брожения, поэтому существует своя классификация для данных преобразований.

Классификация

Всего выделяют три основных типа брожения.

1. Спиртовое . Заключается в окислении исходной молекулы углевода до этилового спирта, углекислого газа, воды и молекулы АТФ (источника энергии). Данные превращения осуществляются под действием не только бактерий, но и грибов разных родов и видов. Именно таким способом издревле получают такие продукты, как пиво, вино, дрожжи для выпечки, спирт. Та энергия, что выделяется в ходе разложения углевода, уходит на обеспечение процессов жизнедеятельности микроорганизма. Именно в этом состоит биологическая суть процесса.
2. Брожение молочнокислое заключается в окислении углеводов до молочной кислоты с выходом ряда побочных продуктов. Как оно осуществляется и каких видов бывает, рассмотрим подробнее дальше.
3. Маслянокислое . Этот тип брожения важен в природном масштабе. Он осуществляется за счет жизнедеятельности маслянокислых бактерий, которые живут в анаэробных условиях на дне болот, речном иле и так далее. Благодаря их работе в природе перерабатывается огромное количество органических компонентов. Продуктами являются многие вещества, основное среди которых Также выделяются: ацетон, углекислый газ, уксусная кислота, молочная, и прочие соединения.

   
   

   Каждый из обозначенных типов имеет важное значение как природного, так и промышленного масштаба. Виды организмов, осуществляющих подобные превращения, хорошо изучены на сегодняшний день и многие из них культивируются искусственно для того, чтобы получать большой выход продукта.

   Брожение молочнокислое: общее понятие

   Этот вид брожения известен с самой древности. Еще до нашей эры жители Древнего Египта и прочих государств умели изготовлять сыр, варить пиво и вино, выпекать хлеб, сквашивать овощи и фрукты.

   Сегодня используются специальные закваски для кисломолочных продуктов, искусственно выращиваются штаммы нужных микроорганизмов. Процесс модернизирован и доведен до автоматизма, проводится при помощи комплектационного оборудования. Существует множество заводов-изготовителей, которые непосредственно производят брожение молочнокислое.

   Суть всего процесса можно изложить в нескольких пунктах.

   1. За основной продукт исходный берется углевод - простой (фруктоза, глюкоза, пентозы) или сложный (сахароза, крахмал, гликоген и прочие).
   2. Создаются анаэробные условия.
   3. В продукт подселяются штаммы молочнокислых бактерий определенного вида.
   4. Обеспечиваются все необходимые внешние факторы, которые являются оптимальными для желаемого продукта: освещенность, температура, наличие тех или иных добавочных компонентов, давление.
   5. После завершения процесса брожения происходит обработка продукта и выделение всех побочных соединений.

   Конечно, это лишь общее описание происходящего. На самом деле на каждом этапе происходит множество сложных биохимических реакций, ведь процесс молочнокислого брожения - это результат жизнедеятельности живых существ.

   Основы процесса молочнокислого брожения

   С химической точки зрения эти превращения представляют собой ряд последовательных стадий.

   1. Сначала происходит изменение исходного субстрата, то есть изменяется углеродная цепь вещества (углевода). Это приводит к появлению промежуточных соединений совершенно иной природы, относящихся к разным классам. Например, если исходный субстрат - глюкоза, то она перестраивается в глюконовую кислоту.
   2. Окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся выделением газов, образованием побочных продуктов. Основной единицей в ходе всего процесса является молочная кислота. Именно она вырабатывается и накапливается в ходе брожения. Однако это не единственное соединение. Так, происходит формирование молекул уксусной кислоты, этилового спирта, углекислого газа, воды, иногда и других сопровождающих.
   3. Энергетический выход процесса в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). На одну молекулу глюкозы приходится 2 молекулы АТФ, если же исходный субстрат более сложного строения, например целлюлоза, тогда три молекулы АТФ. Эту энергию используют молочнокислые бактерии для дальнейшей жизнедеятельности.

   Естественно, что если разбираться в биохимических превращениях подробно, то следует указывать все промежуточные молекулы и комплексы. Такие, например, как:

   
   
   

   Однако этот вопрос заслуживает отдельного внимания и рассматриваться должен с точки зрения биохимии, поэтому его затрагивать в данной статье не будем. Более подробно рассмотрим, какова технология производства молочнокислых продуктов и какие виды рассматриваемого брожения существуют.

   Гомоферментативное брожение

   Гомоферментативное брожение молочнокислое подразумевает использование специальных форм возбудителей и отличается от гетероферментативного получаемыми продуктами и их количеством. Происходит оно по гликолитическому пути внутри клетки микроорганизма. Суть состоит, как и в целом у любого брожения, в превращении углеводов в молочную кислоту. Основное преимущество подобного процесса в том, что выход нужного продукта составляет 90%. И лишь оставшаяся часть уходит на побочные соединения.

   Бактерии брожения такого типа следующих видов:

   • Streptococcus lactis.
   • Lactobacillus casei.
   • Lactobacillus acidophilus и другие.

   Какие еще вещества образуются в результате гомоферментативного брожения? Это такие соединения, как:

   • этиловый спирт;
   • летучие кислоты;
   • углекислый газ;
   • фумаровая и янтарная кислота.

   Однако в промышленности этот способ получения кисломолочной продукции практически не используется. Он сохранился в природе как первоначальный этап гликолиза, он же происходит в клетках мышц млекопитающих при обширных физических нагрузках.

   Технология производства нужных продуктов для питания людей подразумевает использование таких исходных углеводов, как:

   
   
   

   А гомоферментативные бактерии не способны окислять многие из этих соединений, поэтому их использование в качестве заквасок при производстве не представляется возможным.

   Гетероферментативное молочнокислое брожение

   Этот способ является именно тем промышленно применимым, благодаря которому и осуществляется производство всей кисломолочной продукции, осуществляется консервация овощей, происходит заготовка силосных кормов для скота.

   Основное отличие от описанного ранее - это то, что молочнокислое брожение возбудители осуществляют с образованием большего числа побочных продуктов. Лишь 50% сахара перерабатывается бактериями в молочную кислоту, остальной же уходит на формирование таких молекул, как:

   • уксусная кислота;
   • глицерин;
   • диоксид углерода;
   • этиловый спирт и прочие.

   Чем это лучше и выгоднее, чем образование 90% чистой молочной кислоты при гомоферментативном методе? Все дело в том, что когда основного продукта вырабатывается слишком много, то жизнедеятельность многих бактерий угнетается совсем. Кроме того, продукты теряют многие вкусовые качества, которые приобретают благодаря побочным соединениям. Так, например, приятный аромат консервированных овощей обеспечивается уксусной кислотой и изоамиловым спиртом. Если же этих соединений не будет, то результат консервации станет совсем иным.

   Выход молочной кислоты в 50% вполне достаточен для подавления развития и жизнедеятельности всех посторонних грибков и микроорганизмов в системе. Потому что даже 1-2% вызывают слишком сильное подкисление среды, в которой не могут существовать никакие иные организмы, кроме молочнокислых бактерий. Весь процесс осуществляется по

   
   

   Условия брожения при гетероферментативном способе должны быть следующими:

   • хорошая и свежая закваска, добавляемая на первоначальном этапе;
   • оптимальные внешние условия, которые подбираются для каждого продукта индивидуально;
   • качественное и отлаженное оборудование;
   • все необходимые для процесса технические приспособления.

   Среди внешних условий особое значение имеет температура процесса. Она не должна быть слишком высокой, но и холод резко затормозит весь ход брожения.

   Сегодня существует специализированная емкость для брожения, которая автоматически создает все необходимые условия для правильной и комфортной работы микроорганизмов.

   Необходимое оборудование

   Как мы уже отметили выше, среди самых важных атрибутов следует отметить емкость для брожения. Если говорить о домашнем проведении процедуры, то тогда следует обратить внимание на чистоту используемой посуды при консервации, изготовлении простокваши и прочих продуктов. Одним из способов добиться сокращения численности посторонних популяций микроорганизмов является стерилизация емкостей перед их использованием.

   Какая посуда подойдет для гетероферментативного брожения? Это может быть стеклянная либо качественная пластиковая (полипропиленовая, полиэтиленовая) емкость, которая способна плотно закрываться крышкой.

   В промышленности используют специальные устройства для обеззараживания и очищения тары перед началом процесса брожения.

   Бактерии, используемые в процессе

   Если говорить о культурах бактерий, которые используются для создания консервированных и кисломолочных продуктов, то можно обозначить несколько самых распространенных видов организмов.

   
   
   

   На основе сочетания и чистых культур обозначенных организмов, изготавливают закваски для кисломолочных продуктов. Они находятся в открытом доступе, их может приобрести каждый желающий. Самое главное, это соблюдать условия процесса брожения, чтобы получить пользу от образующегося продукта.

   Какие продукты получают в результате подобного брожения?

   Если говорить о том, какие продукты брожения можно получить при помощи лактобактерий, то можно назвать несколько основных категорий.

   1. питания (ряженка, йогурты, варенцы, кефир, творог, сметана, масло сливочное, ацидофильная продукция и прочие).
   2. Корма силосного типа для сельскохозяйственных животных.
   3. Молочная кислота, которую используют при изготовлении безалкогольных напитков, выделке меховых шкур и прочее.
   4. Хлебопечение, производство сыров.
   5. Консервирование овощей и фруктов.

   Все это доказывает важное значение бактерий определенных видов в жизни людей, их промышленной деятельности.