Молочнокислые бактерии - это группа микроорганизмов-прокариот, отличающихся способностью образовывать молочную кислоту как основной конечный продукт метаболизма (анаэробного сбраживания) углеводов. Молочнокислые бактерии являются хемоорганогетеротрофами и используют глюкозу, лактозу и некоторые другие сахара как источник углерода и энергии.

Классификация молочнокислых микроорганизмов постоянно совершенствуется. В соответствии с «Определителем бактерий Берджи» (Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, переведен на русский язык, издан в 1997 г.) они относятся ко второй категории «Грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки»; молочнокислые кокки кратко рассмотрены в группе 17 «Грамположительные кокки», молочнокислые палочки - в группе 19 «Грамположительные неспорообразующие палочки правильной формы».

Новое издание справочника Берджи по бактериологической систематике (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, издан на английском языке в 5 томах в 2001-2011 гг.) относит все молочнокислые бактерии к порядку Lacto- bacillales, включающему семейства Aerococcaceae, Carnobacteriaceae, Enterococcaceae, Lactobacillaceae, Leuconostocaceae, Streptococcaceae. Кроме хорошо изученных и применяющихся в качестве заквасочной микрофлоры представителей родов Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus и Streptococcus к молочнокислым также относят бактерии родов Pediococcus, Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, Sporolactobacillus, Tetragenococcus, Vagococcus и Weissella. Место молочнокислых микроорганизмов в общей системе живого мира показано на рисунке 2.1.

В природе молочнокислые микроорганизмы встречаются на поверхности растений (например, на листьях, фруктах, овощах, зернах), в молоке, на наружных и внутренних эпителиальных тканях животных. Молочнокислые бактерии играют важную роль в живой природе, сельском хозяйстве и нормальной жизнедеятельности человека. Широко используются в молочной отрасли, а также при квашении овощей, получении теста, какао, силоса.

Общие свойства молочнокислых микроорганизмов: грамположительные, неподвижные, неспорообразующие прокариоты, факультативные анаэробы или микроаэрофилы, обладают слабой протеолитической и липолитической активностью. Элективные среды - обезжиренное молоко, гидролизованное молоко (ГМ) и агар гидролизованного молока (АГМ). Имеют сложные питательные потребности, им необходимы аминокислоты, витамины, микроэлементы.

Рис. 2.1
Классификация молочнокислых микроорганизмов (жирным шрифтом выделены таксоны бактерий, применяемых в молочной отрасли)

Основные источники энергии для молочнокислых микроорганизмов - моно- и дисахариды (глюкоза, лактоза, сахароза, мальтоза), некоторые штаммы сбраживают полисахариды, а также органические кислоты (лимонная, яблочная, пировиноградная, фумаровая, уксусная и муравьиная) в концентрации 30- 50 мкг/мл. Из жирных кислот рост молочнокислых микроорганизмов стимулируют олеиновая, линолевая, а также линоленовая. При отсутствии углеводов и органических кислот молочнокислые бактерии могут использовать в качестве источника энергии аминокислоты.

В основе классификации молочнокислых микроорганизмов лежат два основных пути брожения гексоз. В условиях избытка глюкозы и ограниченного поступления кислорода гомоферментативные бактерии катаболизируют один моль глюкозы по механизму гликолиза (путь Эмбдена - Мейергофа - Парнаса) с получением двух молей пирувата. Внутриклеточный окислительно- восстановительный баланс поддерживается за счет окисления NADH, сопровождающегося превращением пирувата в молочную кислоту при помощи лактат- дегидрогеназы. От стереоспецифичности лактатдегидрогеназы и наличия лак- татрацемазы зависит, какой энантиомер молочной кислоты будет превалировать в продуктах- L-, D-молочная кислота или же DL-рацемат. Продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения является молочная кислота, которая составляет не менее 90% всех продуктов брожения. Этот процесс дает два моля АТФ на моль потребляемой глюкозы. Такое брожение вызывают представители родов Lactococcus, Enterococcus, Streptococcus, Pediococcus и группа термолактобацилл.

Гетероферментативные молочнокислые микроорганизмы используют пентозофосфатный путь. Один моль глюкозо-6-фосфата первоначально превращается в 6-фосфоглюконат и затем декарбоксилируется с получением одного моля СОг. Образующийся из ксилулозо-5-фосфата глицеральдегид-3-фосфат окисляется до молочной кислоты, ацетилфосфат восстанавливается до этанола, некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии окисляют полученный этанол частично или полностью до ацетата. Таким образом, при гете- роферментативном молочнокислом брожении образуется не только молочная кислота, но и уксусная кислота, этанол, двуокись углерода, могут также образовываться диацетил и ацетоин (ароматообразующие вещества). Строгими ге- тероферментативными молочнокислыми бактериями являются представители родов Leuconostoc, Oenococcus, Weissella и группы стрептолактобактерий.

Большинство молочнокислых микроорганизмов не способно синтезировать органические соединения азота, и поэтому нуждаются в присутствии их в питательной среде. В частности, им необходим ряд аминокислот: аргинин, цис- теин, глутаминовая кислота, лейцин, фенил ал анин, триптофан, тирозин, валин. Все виды лактобацилл нуждаются в пантотеновой кислоте, биотине, никотиновой кислоте, а гетероферментативным бактериям нужен тиамин. Для роста и развития молочнокислым микроорганизмам нужны соединения меди, железа, натрия, калия, фосфора, йода, серы, магния и марганца.

К важным характеристикам молочнокислых микроорганизмов, применяющихся в молочной отрасли, относятся:

предельная кислотность (К_п)- максимальная кислотность, создаваемая культурой в молоке, измеряется в градусах Тернера (°Т);

энергия кислотообразования (ЭК) характеризует активность сбраживания лактозы и определяется по времени образования сгустка в молоке (для этого титруемая кислотность должна быть около 60°Т, что соответствует уровню рН изоэлектрической точки казеина) при внесении 5% закваски, или по скорости накопления молочной кислоты.

органолептические свойства сгустка - консистенция сгустка, вкус и запах, должны быть характерными для определенной продукции (например, однородная плотная консистенция, приятный чистый кисломолочный вкус без посторонних привкусов и запахов, выраженный аромат и т. п.).

Благодаря многолетнему опыту использования в молочной промышленности применяемые виды молочнокислых бактерий имеют международный GRAS-статус (Generally Recognized as Safe в целом признаны безопасными). Способность бактерий вызывать молочнокислое брожение дает следующие преимущества при их использовании в молочной промышленности:

• кисломолочные продукты имеют хорошие органолептические показатели и легко усваиваются организмом;
• молочная кислота подавляет рост вредной микрофлоры, что обеспечивает высокую стойкость и диетическую ценность кисломолочных продуктов;
• следствием высокой скорости сбраживания лактозы является относительно небольшая продолжительность технологических процессов производства кисломолочных продуктов.

Некоторые молочнокислые микроорганизмы способны вырабатывать бактериоцины, которые также подавляют рост нежелательной микрофлоры. Кроме того, ряд молочнокислых палочек относят к пробиотикам, которые используются для получения лечебно-профилактических продуктов.

Молочнокислые микроорганизмы по морфологическим признакам делят на кокки и палочки. Размер клеток у различных культур одних и тех же видов молочнокислых бактерий зависит от состава среды, присутствия кислорода, способа инкубации.