Технологии

Лактобациллы и их применение в биотехнологии

И.А. Функ, канд. биол. наук Е.Ф.Отт, Т.Н. Орлова, канд. с.-х. наук Р.В. Дорофеев, К.Е. Шевченко
Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий
Лактобациллы  широко  применяются  в  различных  отраслях биотехнологии и пищевой промышленности.  Основная  область  их использования – производство ферментированных молочных продуктов и создание  пробиотиков  в  форме  лекарственных препаратов
31.07.2020

Представители рода Lactobacillus – неподвижные, палочковидные грампо-ложительные бактерии, не образующие спор. Они отличаются по размеру, длине, ширине и расположению клеток относительно друг друга (одиночные, дипло- и стрептобактерии различной длины), в определенных условиях могут принимать коккобациллярную и даже спиралевидную формы. Большинство лактобацилл являютсямикроаэрофилами, часть из них относится к факультативным или облигатным анаэробам. Они не продуцируют каталазу и оксидазу. Оптимальные значения активной кислотности 5,5–5,8. По синтезу углекислоты из глюкозы, потребности в тиамине и ферментации фруктозы их делят на две группы: гомо-и гетероферментативные. Таксономическое положение бактерий рода Lactobacillus до настоящего времени окончательно не определено. Род включен в группу микроорганизмов, объединяющую представителей 11 родов: Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Carnobacterium, Enterococcus, Streptococcus, Pediococcus, Tetragenococcus,Vagococcus, Oenococcus, Weissella[1].

Наиболее часто лактобациллы встречаются в почве, эпифитной микрофлоре, организме человека и животных. Основоположник русской школы бактериологии И.И.Мечников в начале прошлого столетия впервые обратил внимание на значение лактобацилл, входящих в состав кисломолочных заквасок, для нормализации микрофлоры кишечника. Он первым создал предпосылки для формирования нового научного направления, включающего исследования антагонизма в микробных сообществах пищеварительного тракта, а также сформулировал возможные пути коррекции ЖКТ человека. Это способствовало изучению антагонистических свойств лактобацилл, что в дальнейшем привело к появлению и развитию целой индустрии пробиоти-ческих продуктов и препаратов на основе живых микроорганизмов [2]. 

Среди многочисленных пробиотиков особый интерес представляют живые культуры бактерий рода Lactobacillus spp. Полная безвредность и безопасность используемых для изготовления пробиотиков патогенных штаммов лактобацилл при высокой антагонистической и биологической активности стали основанием для их широкого изучения в качестве профилактических препаратов и лечения многих патологических процессов у человека и животных. Основной отличительной чертой лактобацилл является синтез молочной кислоты и других органических кислот, которые понижают рН содержимого тонкого кишечника, тем самым создавая оптимальные условия для функционирования остальных представителей симбионтной микрофлоры. Помимо этого продуктами метаболизма лактобацилл являются антибиотикоподобные субстанции (например, бактериоцины), обладающие антимикробным действием по отношению как к близкородственным бактериям, так и условно-патогенной и патогенной микрофлоре. Лактобациллы оказывают выраженное иммуностимулирующее и противоопухолевое воздействие [3]. 

Среди биологически активных веществ, секретируемых лактобациллами, большую роль играют ферменты. Так, например, гидролазы обеспечивают клетки низкомолекулярными продуктами распада компонентов питания, которые относятся к основным или дополнительным факторам роста, необходимым для полноценного развития популяций молочнокислых бактерий, и могут быть использованы организмом-хозяином [4]. Поэтому штаммы Lactobacillus применяются в составе пробиотических препаратов, способных нормализовать кишечную микрофлору человека. Бактерии рода Lactobacillus представляют обширную группу эпифитной микрофлоры растений. Основные ее представители – L. plantarum, L. fermentum, L. brevis, L. casei, L. buchneri. В гниющих растениях и силосе они играют ключевую роль в сбраживании углеводов. Ферментация пищевых продуктов растительного происхождения (квашеной капусты, соленых огурцов и др.) также происходит с участием лактобацилл, ограничивающих рост и размножение нежелательных микроорганизмов, что предотвращает порчу и увеличивает сроки хранения. Некоторые виды, в частности гетероферментативные (L. fermentum, L. buchneri, L. brevis, L. reuteri, L. plantarumи др.), помимо молочной кислоты синтезируют также уксусную, янтарную и пирролидон-5-карбоксильную кислоты. Снижая pH среды, эти продукты метаболизма лактобацилл препятствуют развитию других микроорганизмов, не оказывая пагубного влияния на самих кислотоустойчивых продуцентов [5].

Бактерии рода Lactobacillus нашлиширокое применение в различных отраслях пищевой промышленности – молоко- и мясоперерабатывающей, хлебопекарной, винодельческой и др. Наиболее активно лактобациллы используются для производства ферментиро-ванных молочных продуктов. Все ферментированные молочные продукты обладают высокой питательной ценностью и легко усваиваются в основном за счет того, что казеин и жиры молока подвергаются действию эстераз и протеолитических ферментов молочнокислой микрофлоры и гидролизуются допептидов, аминокислот и свободных жирных кислот. Развитие микроорганизмов бактериальной закваски в молоке приводит к его обогащению ценными метаболитами: лактатом, биотином, ниацином, тиамином, фолиевой кислотой, бактериоцинами. Выраженная способность к кислотообразованию, интенсивная выработка экзополисахаридов молочнокислыми кокками и некоторыми термофильными лактобациллами (Lactococcus lactis, Lactococcus cremoris, Str. thermophilus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus) влияют на скорость сквашивания молока, образование плотного сгустка и обусловливают технологичность этих культур. Поэтому лактобациллы являются основой или важным компонентом заквасок для получения различных ферментированных продуктов [6]. Лактобациллы также используются в производстве сыров.

Главной функцией мезофильных лактобацилл (L. plan-tarum, L. brevis, L. casei, L. buchneri) в крупных сырах является сбраживание источников энергии, по каким-либо причинам несброженных микрофлорой традиционных заквасок, в состав которых входят лактококки, термофильный стрептококк и термофильные лактобациллы. Непосредственное влияние лактобацилл на органолептические показатели сыров зависит от их количества в сыре и характера метаболизма штаммов. Если количество лактобацилл в сырах 4–6-недельного возраста не превышает 1 % от биомассы лактококков, то они не вызовут пороков независимо от видовой и штаммовой принадлежности. Большое количество мезофильных лактобацилл в сыре в зависимости от вида и штамма может быть причиной появления нечистого, дрожжевого, горького, металлического, пряного вкуса, самокола и щелевидного рисунка, пороков цвета, но может и улучшать качество сыра. В сыроделии для производства твердых сыров с высокими температурами второго нагревания применяют L. helveticus (швейцарская палочка), L. bulgaricus (болгарская палочка) иL. lactis(молочная палочка). Для производства мягких сыров применяют L. acidophilus (ацидофильная палочка).

Термофильные лактобациллы в сырах с высокой температурой второго нагревания выполняют две функции: сбраживают углеводы и формируют специфические органолептические показатели. При этом важная роль отводится высокой протеолитической активности термофильных лактобацилл, особенно способности высвобождать пролин и другие аминокислоты. По протеолитической активности термофильные лактобациллы намного превосходят термофильный стрептококк и пропионовокислые бактерии. Недостаточный протеолиз приводит к появлению в сырах таких дефектов, как слабовыраженный сырный вкус и аромат. Выявлена еще одна важная функция лактобацилл в производстве сыров – антагонистическая активность по отношению к маслянокислым бактериям. 

В нашей стране закваски, содержащие наряду с лактококками штаммы L. plan-tarumсо специфической антагонистической активностью к маслянокислым бактериям и энтеробактериям, широко применяются в промышленности с начала 1970-х годов и получили высокую оценку производителей [7, 8]. Кроме того, закваски лактобацилл (L. fermentum, L. plantarum, L. delbrueckii,L. acidophilus, L. casei, L. brevis, L. buch-neri) используют в хлебопекарной промышленности для коррекции свойств основного и дополнительного сырья, улучшения качества и предотвращения микробиологического инфицирования готовых изделий. Такие закваски представляют собой комбинации и ассоциации штаммов различных видов микроорганизмов, могут применяться в жидком, сухом и пастообразном виде. Добавление лактобацилл к традиционным закваскам на основе дрожжей улучшает брожение теста, аромат и срок годности изделий и придает им дополнительную пищевую ценность [9].

Добавки на основе лактобацилл используются в производстве широкого ассортимента копченых и варено-копченых мясных продуктов. Они позволяют сократить продолжительность созревания мышечной ткани и ферментации, повышают выход готового продукта. Эффективно применяются стартерные культуры, содержащие L. plantarum, L. cellobiosus, L. reuteriиL. fermentum[10]. Роль молочнокислых бактерий в винодельческой промышленности заключается в возбуждении яблочно-молочного брожения – перехода яблочной кислоты в молочную на заключительном этапе брожения вина. Ведущая роль в этом процессе принадлежит Oenococcus oeni,а также гомо- и гетероферментативным лактобациллам: L. kunkeei, L. brevis,L. curvatus, L. plantarum, L. frumenti,L. pentosus[11]. Таким образом, использование молочнокислых палочек в промышленной биотехнологии позволяет получать высококачественные ферментированные пищевые продукты для всех слоев населения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Бондаренко, В.М. Классификация бак-терий рода Lactobacillus/ В.М. Бондаренко// материалы VIII съезда Всероссийского общества эпидемиологов, микробиологов и паразитологов. 2002. Москва, 20–23 января. Т. I.С. 140.

2. Глушанова, Н.А. Биологические свойства лактобацилл / Н.А. Глушанова // Бюллетень сибирской медицины. 2003. Т. 2 (4). С. 50–57.

3. Лихачева, А.Ю. Биологические свойства лактобацилл и тест-системы для их идентификации: дис. ... канд. мед. наук: 03.00.07 / Лихачева Алла Юрьевна. – Н. Новгород,1992.

4. Tarnberg, M.Identification of randomly selec-ted colonies of lactobacilli from normal vaginalfluid by pyrosequencing of the 16 SrDNA variableV1 and V3 regions/ M.Tarnberg [et al.]// APMIS.2002. V. 10. P. 802–810.

5. Mesas, J.M. Characterization of lactic acidbacteria from musts and wines of three conse-cutive vintages of Ribeira Sacra/ J.M.Mesas,M.C.Rodriguez, M.T.Alegre// Lett Appl Microbiol.2011. No 52 (3). Р. 258–68.

6. Ратникова, И.А. Биологические основы создания пробиотиков направленного действия для медицины, сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности: авто-реф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.07 / Ратникова Ирина Александровна. – Республика Казахстан, Алматы, 2010. – 43 с.

7. Сыроделие: технологические, биологические и физико-химические аспекты / под ред. С.А.Гудкова. – 2-е изд., испр. и доп. –М.: ДеЛи принт, 2004. – 804 с.

8. Квасников, Е.И. Молочнокислые бактерии и пути их использования/ Е.И. Квасников, О.А. Нестеренко. – М.: «Наука», 1975. – 384 с.

9. Суюнчева, Б.О. Использование пробиотиков и пребиотиков в хлебопекарной промышленности / Б.О.Суюнчева, П.В.Вавренюк,М.С.Ткачева // сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Продовольствие». 2006. No 2. С. 42–47.

10. Шипулин, В.И. Основные направления использования пищевых препаратов, интенсифицирующих технологический процесс производства сырокопченых колбас / В.И.Шипулин [и др.]// Вестник СевКав ГТУ. 2010.No 3. С. 20–24.

11. Бурьян, Н.И. Микробиология виноделия / Н.И. Бурьян, Л.В. Тюрина. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 271 c.20.




Источник: журнал "Молочная промышленность". 2020. № 6.