Чем питаются молочнокислые бактерии
Главное о молочнокислых бактериях
Рассказываем о микроорганизмах, которые участвуют в двойном брожении настоящего кваса, придают ему особый вкус, а в целом — помогают сохранить свежесть и полезные свойства разных продуктов
Что такое молочнокислые бактерии?
Микроорганизмы, которые преобразуют углеводы в молочную кислоту. Этот процесс называется ферментацией: благодаря ему люди продлевали срок хранения еды еще несколько тысяч лет назад — так появились дальние родственники современных молочнокислых продуктов. Когда кочевники перевозили молоко, в него из окружающей среды попадали молочнокислые бактерии. Они запускали процесс брожения и превращали молоко в напиток с кисловатым вкусом, который дольше не портился.
Где их можно найти в природе?
Почти везде. Молочнокислые бактерии живут как во внешней среде, например на листьях растений, в почве и воде, так и внутри живых организмов — на слизистых, в кишечнике. И конечно, они есть в молоке. Кроме этого, эти микроорганизмы необходимы для производства многих продуктов питания. Благодаря им у нас есть кефир, сыр, йогурт, кумыс, квашеная капуста, отдельные виды колбас, кимчи, комбуча (напиток чайного гриба), настоящий квас, а также некоторые сорта вина и пива, к примеру гозе.
Почему именно эти бактерии «подружились» с человеком?
Изначально бактерии помогали защитить продукты питания от «вредных» микроорганизмов и снизить вероятность появления в них токсинов — до изобретения холодильника это было очень важно. Сейчас кисломолочные бактерии ценят в основном за их способность придавать еде и напиткам особый вкус и аромат. Например, фирменная кислинка любого нашего кваса — заслуга молочнокислых бактерий. А еще благодаря совместному дрожжевому и молочнокислому брожению в готовом квасе сохраняется максимум витаминов и других полезных веществ, содержащихся в злаках — основном ингредиенте напитка после воды. Поэтому так важно внимательно читать этикетки, чтобы найти настоящий квас (увы, сегодня это редкость на прилавках) — такой как «Очаковский» или «Семейный секрет».
Когда молочнокислые бактерии начали массово использовать в пищевой промышленности?
После того, как ученые-микробиологи нашли и научились разводить отдельные типы этих организмов. В этом сыграл важную роль наш соотечественник Илья Мечников. Он узнал, что в болгарском йогурте содержатся микроорганизмы, которые сквашивают молоко и превращают его в этот вкусный продукт. Мечников предположил, что именно эти бактерии влияют на долгожительство болгарских крестьян, и начал продвигать йогурт по всей Европе и в России. Сначала кисломолочный продукт продавался в аптеках как лекарство, а со временем переместился на полки обычных магазинов.
Значит, молочнокислые бактерии полезны для здоровья?
Многие виды молочнокислых бактерий относят к пробиотикам — живым микроорганизмам, которые приносят пользу человеку, обогащая микрофлору кишечника и защищая ее от патогенных бактерий. Однако исследования этого вопроса находятся в самом начале пути.
Какие еще продукты производят с участием молочнокислых бактерий?
Например, еду, которую приготовили путем ферментации. Это квашеная капуста, моченые яблоки, мисо-суп и натто — сброженные соевые бобы.
Если человек придерживается веганской диеты, можно ли ему употреблять молочнокислые бактерии?
Можно, если они не входят в состав молочных продуктов. Сами по себе бактерии производятся отдельно, без эксплуатации животных. Поэтому веганы спокойно могут есть как продукты, подвергающиеся ферментации, вроде кваса или моченых яблок, так и йогурты на растительном молоке с закваской из молочнокислых бактерий.
Группа молочнокислых бактерий: их физиолого-биохимические особенности, практическое значение, характеристика патогенных представителей молочнокислых бактерий
Основные свойства
Кокковые формы лактобацилл имеют диаметр 0,6 – 1,1 мкм. В культуре кокки расположены одиночно, сдвоенно или цепочками различной длины. Палочки очень вариабельны по форме: от шаровидных до нитевидных форм длиной от 0,7 до 8,0 мкм, одиночные или в цепочках. На морфологию клеток значительно влияет химический состав среды обитания. Молочнокислые бактерии, фото которых представлено ниже, выделены из йогуртовой закваски.
Размножаются лактобактерии в основном делением, описаны случаи перешнуровывания клетки и размножения с помощью гонидий. Доказано наличие фильтрующихся форм и процесса спорообразования.
Бактериофаги
Широкий количество пищевых продуктов, товарных химикатов и биотехнологии продукты производятся в промышленности крупномасштабной бактериальной ферментации различных органических субстратов. Поскольку огромное количество бактерий культивируются каждый день в больших бродильных чанах, риск того, что бактериофаг загрязнение быстро приводит брожение к остановке и вызвать экономические неудачи является серьезной угрозой в этих отраслях
Взаимодействие бактериофага-хост
экзополисахариды
Кто такие молочнокислые бактерии?
Молочнокислые бактерии, входящие в состав микрофлоры кишечника, представляют собой многочисленную группу анаэробных грамположительных микроорганизмов.
Сегодня значение термин «анаэробный» не является каким-либо секретом даже для людей, бесконечно далеких от биологии. Большинство прекрасно знает, что анаэробными называются такие живые организмы, для жизни и размножения которых противопоказан кислород.
Деление же бактерий на грамположительные и грамотрицательные часто остается непонятым. У несведущего в микробиологии человека даже может возникнуть впечатление, что грамотрицательные бактерии — это какие-то невероятные организмы с отрицательной массой тела, прибывшие на Землю из самой черной дыры.
На самом деле все намного проще и прозаичнее. Происхождение настоящих терминов связано с тем, что разные виды бактерий окрашиваются в разные цвета при применении популярного в микробиологии метода Грама: грамположительные бактерии демонстрируют синюю окраску, грамотрицательные — красную. Различие в окраске обусловливается различным строением клеточной стенки.
Итак, молочнокислые бактерии — это анаэробные микроорганизмы. Кислород им для жизни абсолютно не нужен и даже противопоказан, а вот наличие углеводов совершенно необходимо. Все молочнокислые бактерии сбраживают углеводы с образованием молочной кислоты.
Молочнокислые бактерии разделяют по формам их клеток: шаровидные (Streptococcus lactis), палочковидные (Lactobacillus). А так же по субстрату, то есть тому углеводу, который эти бактерии переводят в молочную кислоту: Lactobacillus — глюкоза и лактоза, Betabacterium — глюкоза и мальтоза.
Особенности строения
Клетка бактерии отличается не только тем, что в ней нет ядра, но и отсутствием митохондрий и пластид. ДНК данного прокариота находится в специальной ядерной зоне и имеет вид замкнутого в кольцо нуклеоида. У бактерии строение клетки состоит из клеточной стенки, капсулы, капсулоподобной оболочки, жгутиков, пили и цитоплазматичной мембраны. Внутреннее строение оформляют цитоплазма, гранулы, мезосомы, рибосомы, плазмиды, включения и нуклеоид.
Клеточная стенка бактерии выполняет функцию обороны и опоры. Вещества могут свободно протекать сквозь неё, благодаря проницаемости. Данная оболочка имеет в своем составе пектин и гемицеллюлозу. Некоторые бактерии выделяют особую слизь, которая может помочь защититься от пересыхания. Слизь формирует капсулу – полисахарид по химическому составу. В такой форме бактерия способна переносить даже очень большие температуры. Также она выполняет и другие функции, к примеру слипание с любыми поверхностями.
На поверхности клетки бактерии находятся тонкие белковые ворсинки – пили. Их может быть большая численность. Пили помогают клетке передавать генетический материал, а также обеспечивают слипание с другими клетками.
Под плоскостью стенки находится трехслойная цитоплазматичная мембрана. Она гарантирует транспорт веществ, а также имеет немалую роль в образовании спор.
Цитоплазма бактерий на 75 процентов произведена из воды. Состав цитоплазмы:
Обмен веществ у прокариотов возможен, как с участием кислорода, так и без его него. Большая их часть питаются уже готовыми питательными веществами органического происхождения. Очень мало видов способны сами синтезировать органические вещества из неорганических. Это сине-зеленые бактерии и цианобактерии, которые отыграли немалую роль в формировании атмосферы и насыщении её кислородом.
[править] Биология
Молочнокислые бактерии представлены разнообразными по форме палочками: от коротких коккообразных до длинных нитевидных. Длина клеток у различных культур одних и тех же видов зависит от состава среды, присутствия кислорода, способа инкубации (от 0,7—1,1 до 3,0— 8,0 мкм).
Размножаются молочнокислые бактерии делением перегородкой, что приводит к образованию цепочек. Ультратонкое строение клеток этих бактерий во многом сходно с другими грамположительными бактериями.
На агаризированных средах молочнокислые бактерии образуют мелкие колонии (на мясо-пептонном агаре эти бактерии дают точечные круглые колонии, в толще агара — чечевицеобразные). Молочнокислые бактерии требовательны к источникам питания, растут на средах, содержащих растительные отвары, мясные и дрожжевые экстракты, белковые гидролизаты, так как эти бактерии нуждаются в аминокислотах, витаминах и ряде неорганических соединений.
Для лактобактерий необходим pH сред в пределах 5,0 — 6,5, оптимум pH — 5,5, но могут расти и при pH 3,8 и ниже.
Для культивирования данных бактерий применяется среда Рогозы, либо её модификации. Наиболее благоприятная для развития температура составляет от + 15 до +30-35°C, до 45°C (в зависимости от вида бактерии).
Лактобактерии не имеют содержащих цитохром дыхательных систем, неподвижны, не образуют каталазу, не восстанавливают нитраты в нитриты, не разжижают желатину, не образуют спор и пигмента. Эти бактерии — строгие анаэробы или факультативные. Они обладают протеолитической активностью, обусловливаемой действием протеаз и пептидаз. Липолитической активностью не обладают.
Источником энергии для лактобактерий являются молочнокислое брожение
Streptococcus реклассификации
Положительная роль отдельных видов бактерий микрофлоры кишечника
Нормальной работе организма человек обязан бифидобактериям, лактобактериям, энтерококкам, кишечной палочке и бактериодам, на долю которых приходится 99% нормальной микрофлоры кишечника. 1% составляют представители условно-патогенной флоры: клостридии, синегнойная палочка, стафилококки, протеи и др.
Бифидобактерии
Рис. 6. Бифидобактерии. Трехмерное компьютерное изображение.
Кишечная палочка
Рис. 7. Кишечная палочка. Трехмерное компьютерное изображение.
Рис. 8. Кишечная палочка под микроскопом.
Лактобактерии
Рис. 9. Лактобактерии. Трехмерное компьютерное изображение.
Использование молочнокислых бактерий в пищевой промышленности
К молочнокислым бактериям относятся молочные стрептококки, сливочные стрептококки, палочки болгарская, ацидофильная, зерновая термофильная и огуречная. Молочнокислые бактерии широко используются в пищевой промышленности:
Бактерии рода стрептококков и лактобациллы придают продуктам более густую консистенцию. В результате их жизнедеятельности улучшается качество сыров. Именно они придают сыру определенный сырный аромат.
Рис. 10. Колония ацидофильной палочки.
Рис. 11. Полезные бактерии — болгарская палочка и термофильный стрептококк. Трехмерное компьютерное изображение.
Рис. 12. На фото кефирный (тибетский или молочный) гриб.
Рис. 13. Молочнокислые палочки перед непосредственным внесением в молоко.
Рис. 14. Бактерии Streptococcus thermophilus применяются при приготовлении сыра моцарелла.
Рис. 15. На фото кефир — продукт недели.
Рис. 16. На фото кефирный грибок. Он представляет собой содружество более 10 видов разных микроорганизмов.
Рис. 17. Кисломолочная продукция.
Статьи раздела «Дисбактериоз»
Статьи раздела «Дисбактериоз»
О микробах и болезнях 2020
Значение нитрифицирующих микроорганизмов
В царстве бактерий есть такой вид простейших, как нитрифицирующие. Это микроорганизмы, которые отвечают за переработку азота. Считается, что нитрифицирующие бактерии имеют самое широкое распространение. Нитрифицирующие организмы окисляют аммиак, который образовывается при гниении органики, до нитрата, который потом перерабатывается почвенными микробами. Нитрифицирующие простейшие относятся к категории хемосинтезирующих, которые имеют очень широкое распространение. Нитрифицирующие простейшие организмы имеют большое сходство с почвенными.
Чтобы понять роль и значение бактерий в природе, следует изучить их свойства и характеристики всех представителей царства. Есть очень много организмов: нитрифицирующие, молочнокислые, гнилостные и другие. Все они выполняют свои функции и являются важнейшей составляющей живой природы.
Классификация
Классификация бактерий может быть основана на таких показателях, как:
По способу питания бывают бактерии автотрофы или гетеротрофы. Автотрофные бактерии пребывают в основном в почве. Гетеротрофы различают такие, как: симбионты, паразиты и сапрофиты.
Бактерии симбионты живут в содружестве с иными организмами.
Бактерии паразиты ничего не производят, поэтому питаются тем, что произвел организм хозяина, либо питается тканями другого организма.
Бактерии сапрофиты проживают на уже отмерших организмах, продуктах и органических отходах. Они способствуют процессам гниения и брожения.
Гниение очищает природу от трупов и других отходов органического происхождения. Без процесса гниения не было бы круговорота веществ в природе. Так в чем же состоит роль бактерий в круговороте веществ?
Бактерии гниения — это помощник в процессе расщепления белковых соединений, а также жиров и других соединений, содержащих в себе азот. Проведя сложную химическую реакцию, они разрывают связи между молекулами органических организмов и захватывают молекулы белка, аминокислот. Расщепляясь, молекулы высвобождают аммиак, сероводород и другие вредные вещества. Они ядовиты и могут вызывать отравление у людей и животных.
Бактерии гниения быстро размножаются в благоприятных для них условиях. Так как это не только полезные бактерии, но и вредные, то чтобы не допустить преждевременного гниения у продуктов, люди научились их обрабатывать: сушить, мариновать, солить, коптить. Все эти способы обработки убивают бактерии и не дают им размножаться.
Бактерии брожения при помощи ферментов способны расщеплять углеводы. Эту способность люди заметили еще в древние времена и используют такие бактерии для изготовления молочнокислых продуктов, уксусов, а также других продуктов питания до сих пор.
Кроме полезных, существуют также и патогенные бактерии. Их жизнедеятельность базируется на паразитизме в организме животных, растений и даже человека. Они вызывают серьезные инфекционные болезни, примером может служить туберкулез, сифилис, язву (сибирскую и язву желудка), дифтерию, чуму и многие другие не менее тяжелые заболевания.
Бактерии, трудясь в совокупности с другими организмами, делают очень важную химическую работу
Очень важно знать какие есть виды бактерий и какую пользу или вред приносят для природы
История
Человечество использует жизнедеятельность молочных бактерий с давних времен. Сыры, хлеб, вино – все это продукты разложения органики, в результате которого образуется молочная кислота. Эта кислота и сбраживает имеющийся субстрат.
Молоко сбраживают гомоферментативные молочнокислые микроорганизмы (использующие один фермент для реакции брожения), а вино и сыры делают с использованием гетероферментативных молочнокислых бактерий (несколько ферментов).
История исследований и анализа молочнокислых микроорганизмов насчитывает не более ста лет. Нобелевский лауреат в области физиологии и медицины Илья Мечников в первые годы двадцатого века начал активно заниматься выделением, идентификацией и изучением видов болгарской палочки (Lactobacillus bulgaricus).
Lactobacillus bulgaricus
В результате изучения Мечников определил полезные свойства этого молочнокислого микроба:
Мечников изготовил кисломолочный йогурт с использованием болгарской палочки, и несколько сотен добровольцев в течение нескольких месяцев принимали опытный препарат.
Польза ацидофильных (молочнокислых) микроорганизмов и бифидобактерий была установлена гораздо позже.
Микрофлора в кишечнике человека
В кишечном тракте человека обитает множество молочнокислых микроорганизмов, называемых лакто- и бифидобактериями. Продукт их метаболизма — молочная кислота — обладает рядом положительных моментов.
Кроме того, лактобактерии обладают способностью противостоять различным патогенным микробам. За счет выработки биологически активных веществ (органические кислоты, перекись водорода, антибиотики и бактериоцины) происходит вытеснение опасных для деятельности кишечника микроорганизмов. Если в содержимом химуса молочнокислые бактерии снижены по количеству, то их место занимает условно-патогенная микрофлора. На основе выделенных из кишечника человека и животных штаммов разработаны лекарства, улучшающие состояние больного при многих инфекциях.
Среда обитания
Уксуснокислые бактерии, как показывает характеристика их питания, являются обитателями сред брожения. Чаще всего они размножаются сразу же за дрожжами, используя выделяемый ими спирт. Поэтому в природе их можно обнаружить на следующих продуктах:
Особенно много их в скисших фруктовых соках, непастеризованном пиве, вине, спиртовой бражке, сидре и т.д. Как уксуснокислые, так и молочнокислые бактерии присутствуют в кефире и других кисломолочных продуктах, являются неотъемлемыми участниками процесса квашения и засолки овощей, мочения яблок.
Большое значение для их развития имеет температура. Практически для всех видов этого семейства бактерий нижним пределом является –6…–10°С. Верхняя граница составляет +35…+45°С. Температурные пределы непостоянны, так как они находятся во взаимосвязи с прочими характеристиками среды. Поэтому в природе бактерии отлично себя чувствуют на богатых питательными веществами продуктах, в которых происходит брожение, при постоянном доступе свободного кислорода.
Принято считать, что определяющее значение в распространении этих бактерий имеет плодовая мушка дрозофила, как можно увидеть на фото, и уксусные угрицы (вид круглых червей).
Роль в сельском хозяйстве
Силосование корма – это лучший способ заготовки и сохранения зеленой массы. Для создания необходимых условий исходное сырье (траву, зеленую массу кукурузы, ботву) укладывают в специальные силосные ямы, тщательно утрамбовывают и накрывают слоем земли. При этом создаются условия, в которых основная часть микробов погибает, а молочнокислые бактерии перерабатывают углеводы растений до тех пор, пока концентрация молочной кислоты не составит 60 % и более, а кислотность силоса не достигнет рН 4.5. Кроме молочной, в силосе накапливается и уксусная кислота. Для завершения процесса требуется около одного месяца.
Филогения
Принятая в настоящее время систематика на основе списка прокариотических имен с Standing в Номенклатуре
Aerosphaera taetra Хутсон & Collins 2000
Carnococcus allantoicus Таннера и др. 1995
Granulicatella Коллинз и Lawson 2000
Atopobacter phocae Lawson и др. 2000
Bavariicoccus Шмидт и др. 2009
Trichococcus Шефф и др. 1984 исправлять. Лю и др. 2002
Лактобактерии algidus Като и др. 2000
Лактобактерии группа видов 1
Лактобактерии группа видов 2 Бейеринк 1901 исправлять. Цай и др. 2012
Лактобактерии группа видов 3
Лактобактерии группа видов 4
Лактобактерии группа видов 5
Лактобактерии группа видов 6
Лактобактерии группа видов 7
Carnobacterium Коллинс и др. 1987
Isobaculum MELIS Collins и соавт. 2002
Carnobacteriaceae 2 [вкл. различные Carnobacterium зр.]
Desemzia (Штейнгауз 1941) Stackebrandt и др. 1999
Lactobacillales часть 2 (продолжение)
Vagococcus fessus Hoyles и др. 2000
Vagococcus Коллинс и др. 1990
Catellicoccus marimammalium Lawson и др. 2006
Enterococcus phoeniculicola Закон-Браун и Meyers 2003
Enterococcus группы видов 2 [вкл. Melissococcus plutonius & Tetragenococcus ]
Enterococcus группа видов 3
Enterococcus виды группа 4
Enterococcus raffinosus Коллинс и др. 1989
Enterococcus Авиум (бывший Ноулан и Deibel 1967) Коллинс и др. 1984
Enterococcus pallens Тиррелла и др. 2002
Enterococcus hermanniensis Коорт и др. 2004
Pilibacter Higashiguchi и др. 2006