Млечнокиселите бактерии са група Грам-положителни бактерии, не дишащи, не образуващи спори, коки или пръчки, които произвеждат млечна киселина като основен краен продукт на ферментацията на въглехидратите.
Свързани термини:
- Глюкоза
- Педиокок
- Лактобацилус
- Оцетна киселина Бактерии
- Сорго
- Перлено просо
- Уиски
- Коджи
- Мисо
Изтеглете като PDF
За тази страница
ФЕРМЕНТАЦИЯ | Храни и безалкохолни напитки
Безопасност на храните
LAB ферментацията на каша до рН 4,0 или по-ниска ще инхибира растежа на Enterobacteriaceae, включително патогенни бактерии като Salmonella typhimurium. Изглежда, че растежът на грам-отрицателни чревни патогенни бактерии като ентеротоксигенни Escherichia coli, Campylobacter jejuni, Shigella flexneria и S. typhimurium е силно инхибиран от ниското рН, причинено от образуването на млечна и оцетна киселини. За разлика от него, инхибирането на грам-положителния Staphylococcus aureus вероятно се дължи и на образуването на бактериоцини, антибиотици, произведени от LAB. Инхибирането на хранителните патогени чрез LAB ферментация е от голяма полза в развиващите се страни, където дори днес много хора нямат достъп до безопасна вода. Последствията от това са дълбоки. Световната здравна организация (СЗО) изчислява, че годишно има 00 1500 милиона епизода на диария при деца на възраст под пет години и над 3 милиона деца умират като пряк резултат. В много райони по света житни каши и каши обикновено се използват като отбиваща храна за кърмачета. Следователно, СЗО насърчава млечнокиселата ферментация, заедно с хигиенните практики за приготвяне на храна, като начин да се гарантира безопасността на храните.
Съобщено е също така, че LAB ферментацията на царевица или сорго, замърсени с афлатоксин, за да се получи каша, намалява нивото на афлатоксин с повече от 70%. Независимо от тази очевидна полза, приготвянето на храна от замърсено с микотоксини зърно не е практика, която трябва да се насърчава.
Друго истинско предимство на LAB ферментацията е, че ниското рН забавя скоростта на микробно разваляне на хранителните продукти поради други бактерии. Растежът на бактериите за разваляне се възпрепятства от условията на околната среда, създадени от LAB. Следователно, LAB ферментацията може да се разглежда като начин за удължаване на безопасния живот на съхранение на храни и напитки. Това е от особено значение в по-слабо развития свят, където по-голямата част от домакинствата нямат хладилници.
Промени в киселинността след ферментация
5.4 Разграждане на лимонена и сорбинова киселина
Различни млечнокисели бактерии могат да причинят разлагане на лимонена киселина (Фигура 16.8), за да генерират редица продукти, главно млечна киселина, оцетна киселина и други продукти като ацетоин и 2,3-бутандиол.
ФИГУРА 16.8. Разграждане на лимонената киселина.
Ефектът е повишаване на летливата киселинност и концентрацията на кетонни съединения, като ацетоин, и техните производни, като бутандиол.
Сорбиновата или 2,4-хександиокова киселина е съединение с противогъбични, но не бактерицидни свойства. Често се използва в хранителната промишленост в дози до 200 mg/L. Разграждането на сорбиновата киселина не причинява съществени промени в киселинния състав на виното, но води до появата на съединения с аромат на здравец.
Млечнокиселите бактерии като Leuconostoc oenos и хетеролактокиселите бактерии от рода Lactobacillus (brevis, hilgardii) са отговорни за тази трансформация (Фигура 16.9). Едно от съединенията, отговорни за аромата на здравец, е 2-етокси-3,5-хексадиен, който е мощен одорант.
ФИГУРА 16.9. Разграждане на сорбиновата киселина.
ТАБЛИЦА 16.3. Диагностика на утайките, които могат да бъдат открити в съдовете, съдържащи вино
Прекомерно торене на лозата
Всички тези процеси на разваляне са причинени от бактерии и могат да бъдат свързани с лоша хигиена във винарските съоръжения, което води до прекомерно развитие на микробните популации. Освен това развитието на тези микроорганизми се благоприятства от ниски дози сулфит и високо рН. Трябва да се обърне значително внимание на хигиената на винарната и оборудването трябва да се почиства редовно по време на реколтата. Съвременното оборудване от неръждаема стомана се почиства по-лесно от резервоарите от бетон или дърво. Остаряващите бъчви също трябва да се поддържат адекватно, особено когато са празни.
Преобразуването на мъст във вино
8.1 Млечнокисела ферментация на хексози
Млечнокиселите бактерии могат да метаболизират глюкозата чрез хомолактична или хетеролактична ферментация.
Хомолактична ферментация
Хомолактичната ферментация се извършва от млечнокисели бактерии от родовете Pediococcus и Streptococcus, както и от някои видове Lactobacillus. Първият етап от този процес е идентичен с гликолизата, извършена от дрожди, която води до образуването на пировиноградна киселина. Вторият етап включва образуването на млечна киселина от пировиноградна киселина (Фигура 11.15).
ФИГУРА 11.15. Хомолактична ферментация на глюкоза.
ADP = аденозин дифосфат; ATP = аденозин трифосфат; NAD = никотинамид аденин динуклеотид.
Хетеролактична ферментация
Хетеролактичната ферментация се извършва от бактерии от рода Leuconostoc и от някои видове Lactobacillus. Нарича се хетеролактична ферментация, тъй като освен млечна киселина, тя дава и етанол, CO2 и понякога оцетна киселина (Фигура 11.16).
ФИГУРА 11.16. Хетеролактична ферментация на глюкоза.
ADP = аденозин дифосфат; ATP = аденозин трифосфат; NAD = никотинамид аденин динуклеотид.
ПРОЗО | Перла
Накисване
Обеленото зърно се потапя във вода на околната температура за една нощ. Този процес на накисване всъщност представлява млечнокисела ферментация. За посяване на стръмната вода се използва „култура на млечнокисели бактерии“, поддържана чрез процеса на „изпъкване назад“. Културата включва част от предишната стръмнина, която е развила силен, чист киселинен вкус поради голямото натоварване на подходящи млечнокисели бактерии. Изглежда, че целта на млечнокиселата стръмна е няколко пъти. Изсветлява и озарява брашното. Ниското pH на стръмната вода е отговорно за изсветляването на цвета и частичното извличане на кафявите/сиви полифенолни пигменти на зърното. Гитрогените също могат да бъдат извлечени от зърното. Въпреки това е вероятно водоразтворимите протеини, витамини и минерали да се загубят в процеса на накисване. Стръмното омекотява зърното, като улеснява редукцията му до фино брашно. Полученото брашно има кисел вкус, който потребителите предпочитат.
НАПИТКИ | Азиатски алкохолни напитки
Научна основа на процеса
Процесът на варене на вино се провежда като паралелна ферментация и се провежда най-добре при ниски температури. Освен това, развитието на ниско рН поради производството на киселина от млечнокисели бактерии или добавянето на млечна киселина забавя растежа на развалените организми и позволява растежа на дрожди. Паралелната ферментация е уникална с това, че докато ензимите освобождават глюкозата от нишестето, дрождите я ферментират, за да произведат етанол, за разлика от бирата, при която първо се отделят разтворимите захари и след това се провежда ферментацията.
От проучвания, проведени в Япония, е известно, че отделянето на захари първоначално от запарения ориз става бързо. Повишената концентрация на глюкоза обаче потиска активността на α-амилазата, така че освобождаването на глюкоза намалява, докато значителната активност на дрождите намалява глюкозата и произвежда етанол. Разграждането на ориз-коджи в мороми е по-сложно. Разрастването на плесени във външните слоеве на оризовото зърно доста бързо разтваря външния слой нишесте, оставяйки променливи количества от сърцевината на оризовото зърно, което се разгражда много по-бавно под действието на α-амилазата. Разграждането на тази вътрешна сърцевина зависи от сорта ориз, използван в производството.
Буферен капацитет на вината
7.4 Мъгла
Наличието на вещества в суспензия намалява качеството на виното. Тези вещества имат различен произход и причиняват валежи, които се появяват в по-голяма или по-малка степен в зависимост от рН на виното. Физикохимичната стабилност на виното е по-висока при ниско рН, което също благоприятства бистротата и блясъка и ефекта на финване. Таблица 14.3 показва някои примери за това как pH влияе върху определени „аварии“ във виното.
ТАБЛИЦА 14.3. Слабо разтворими съединения, намерени във виното, и рН, при което се образуват.
| Тартаратните утайки | По-голям риск при pH> 3.6 |
| Бяла каса | Най-голям риск при pH = 3,3 |
| Синя каса | Най-голям риск при pH> 3.3 |
| Протеинова обвивка | Най-голям риск при pH ≥4 (което е изоелектричната точка за протеините във виното) |
И накрая, рН влияе върху активността на ензимите и микроорганизмите, намиращи се във виното, и води до подбор на микроорганизми според адаптивната им способност. Като цяло, микроорганизмите, които представляват интерес за винопроизводството (дрожди, млечнокисели бактерии и оцетно-кисели бактерии) са по-устойчиви на високи концентрации на алкохол, отколкото на ниско рН. Следователно следните фактори - които също служат като напомняне за важността на pH в процеса на винопроизводство и съхранение - са особено важни:
От технологична гледна точка, по-високата киселинност (по-ниско рН) предлага по-голяма защита срещу микробно разваляне и в същото време предлага предимства по време на процеса на винопроизводството, които се отразяват в по-бързото естествено избистряне на ново вино, по-голяма ефективност на стабилизиращите процедури ( избистряне и по-ниски дози сулфит) и по-дълъг срок на годност на бутилираното вино.
Въпреки това, от сензорна гледна точка, прекомерната киселинност може да има отрицателен ефект върху вкуса на виното и равновесието между вещества, които произвеждат приятни вкусове (сладки), като захари и алкохоли, или неприятни аромати, като стягащ, кисел аромат допринесени от танини (по-високите концентрации на танини трябва да съвпадат с по-ниска киселинност и обратно), трябва да се вземат под внимание.
Микробиологично in vivo производство на CLNA като инструмент за регулиране на приемната микробиота при контрол на затлъстяването
Лигия Лео Пиментел,. Луис Мигел Родригес-Алкала, в Изследвания по химия на природните продукти, 2019
Млечнокисели бактерии
Тъй като бактериите на търбуха са способни да трансформират LNA в CLNA, възниква логичен въпрос, т.е. има ли други бактерии, способни да осъществят такъв синтез? Проведени са някои изследвания по отношение на производството на CLNA от млечнокисели бактерии (LAB). Анализите по отношение на Lactobacillus plantarum AKU 1009a показаха, че той представлява способност да използва а- и Υ-линоленова киселина като субстрати, за да генерира съответно CALNA (конюгирана α-линоленова киселина) и CGLNA (конюгирана Υ-линоленова киселина) [158] . Като се имат предвид Lactobacillus sakei и Lactobacillus curvatus, скорошни проучвания отчитат високи нива на производство на CLNA: съответно 22,4% и 60,1%. Беше забелязано, че процесът на изомеризация на LNA до CLNA варира в зависимост от изследвания щам LAB, като същото се наблюдава и при изомера, получен след култивиране [159] .
Интелигентна опаковка
8.4.2.3 Температурни индикатори
Разработването на индикатори за време и температура е обект на непрекъснато изследване и досега в тази тема са публикувани над 100 патента. Сред всички видове интегратор на времева температура (TTI) преобладават TTI на микробна основа, тъй като реакцията им е пряко свързана с разваляне на храните. Kim et al. [154] разработи TTI на базата на млечнокисели бактерии за мониторинг на опаковани говежди продукти и определи как реда на цветовата реакция на TTI на базата на млечнокисели бактерии се променя с различни pH показатели. Парк и др. [155] установи, че базираният на млечнокисели бактерии индикатор за време и температура (TTI) може да бъде полезен инструмент за прогнозиране на промените в качеството на месото от пилешки гърди по време на съхранение. Индикатор за времева температура (TTI), базиран на активността на Burkholderia cepacia lipase (BCL), е разработен за мониторинг на качеството на земното говеждо месо при динамични условия на съхранение от Kim et al. [156] .
Методът на ситопечат се използва за получаване на микробни индикатори за времева температура. Биопасти, съдържащи натоварени с млечнокисели бактерии микрочастици Ca-alginate (LCAM), подходящи за печат върху полимерни филми, са произведени от Choi et al. [157]. Kocak и Soysal [158] разработиха нов ензимен индикатор за време и температура, базиран на реакцията, катализирана от тирозиназа. Ензимен TTI прототип от липазен тип е разработен въз основа на реакцията между Aspergillus niger липаза и глицерол трибутират за мониторинг на срока на годност на някои плодове и зеленчуци [159]. Ензимна алкална липаза/PVA TTI, базирана на ензимна реакция, дифузия и ензимна демобилизационна технология, може да се използва за наблюдение на срока на годност на нетрайните храни по време на транспортирането на студената верига [160] .
Индикатор за времева температура на базата на полимер, произведен с включване на малки количества BBS хромофори в кополимери на етилен от търговски клас и TOPAS 5013, може да се използва за високотемпературни преработени хранителни продукти [161] .
Индикатор за времева температура (TTI), базиран на полимер PVA/хитозан, легиран с антоцианини, извлечени от червено зеле, е разработен с цел индиректно индикация за промени в качеството на храните чрез откриване на промени в рН на пакетираните хранителни продукти, като пастьоризирано мляко, когато са подложени на неправилни температури на съхранение [66] .
ФЕРМЕНТАЦИЯ | Произход и приложения
Семена
Обсъжданите досега растителни продукти се характеризират с високо съдържание на вода. Това важи дори за най-твърдите продукти, като кореноплодните култури. Това водно съдържание означава както, че всяко нараняване оставя хранителните продукти да подлежат на ферментация или други микробни атаки, както и че дори неповреденият предмет има ограничен срок на съхранение, тъй като в крайна сметка загубата на вода ще го намали до вяло и неканено състояние. Някои зеленчуци обаче могат да бъдат направени подходящи за съхранение чрез умишлено, контролирано дехидратация.
Със семената, както вече беше отбелязано, тяхното еволюционно развитие доведе до много сух, жилав, дълготраен продукт. Семената също са пълни с хранителни вещества, поставени там от родителското растение, за да подпомогнат първоначалния растеж на новото растение, чийто ембрион съдържа семето. По този начин едно семе има много характеристики, които го правят потенциално желателно като храна за хора или животни. От човешка гледна точка обаче семената често имат значителни недостатъци като храни. Прибрани, те са трудни за ядене. Ако се обработи по очевидния начин, чрез накисване и/или кипене във вода, продуктът може да бъде по-скоро мек и неапетитен. Всъщност от различните зърнени култури и семена, събрани от хората, само оризът се консумира предимно по този начин. Раздробяването чрез смачкване или смилане може да доведе до някои подобрения, но получените каши или каши все още са с ограничен интерес. Почти същото важи и ако материалът се оформя в паста и се пече или пече.
От друга страна, дори най-простите ферментации могат да доведат до значителни подобрения. Например, често срещано ястие за закуска в Африка е царевичната каша, в която смляната царевица се оставя за една нощ във вода и след това се вари на следващата сутрин, готова за ядене. През нощта има значително подкисляване чрез действието на млечнокисели бактерии. Въпреки че това е доста малка промяна, резултатът е много по-апетитна каша, особено когато малко сурова захар се добави непосредствено преди консумацията на сварения материал. Повечето такива смеси от брашна и вода ще развият значителни популации от млечнокисели бактерии, самостоятелно или свързани с дрождни клетки.
Производството на микробен газ ще доведе до известно разширяване на пастата или тестото и ще даде по-вкусен и привлекателен продукт при готвене. Най-очевидният пример за този тип е разбира се хлябът с квас. Изглежда разумно да се вярва, че това е много древен продукт и се появяват археологически доказателства в подкрепа на това схващане. На най-основното ниво оставянето на тестото за една нощ ще доведе до ефект на втасване. Едно просто подобрение би било добавянето на част от добър фермент към прясна смес от брашно и вода. Този процес, който понякога се нарича „накланяне на гърба“, остава основата за много производство на хляб с квас до днес. Не само осигурява по-надеждна ферментация, но също така и повишеното ниво на присъстващите микроби, а фактът, че те вече са в активна ферментация, ще доведе до засилено втасване на хляба над това, което може да се очаква от нововъзникнала ферментация.
По-разредена смес от брашно и вода ще даде сурова алкохолна напитка. Истински важното развитие тук беше откритието, че покълването на семената значително повишава алкохолното съдържание и общото качество на получената напитка. Производството на бира на Запад допълнително модифицира свойствата на напитката чрез сушене и термична обработка на покълналите семена (ечемичен малц). Това също така позволява производството на малц в количество, по-голямо от необходимото веднага, и съхранението му за бъдеща употреба. Африканската бира сорго не изисква това допълнително усъвършенстване и изглежда разумно да се мисли, че най-ранните ферментации на ечемика биха използвали „зелен“ (несушен) малц. Отново ферментациите биха използвали смес от млечнокисели бактерии и дрожди. Ясно е, че от доста ранни времена остатъчни дрожди от ферментации на бира и вино са били използвани за приготвяне на хляб. По същия начин, ферментацията на „квас“ от ръжен хляб и вода използва част от ферментацията на квасен хляб, за да започне нова варя, макар че след като се започне, тя се поддържа чрез „хранене“ на ферментацията с добавки на хляб и вода.
Оризовото брашно, смесено с брашно от бобови семена и вода, ще ферментира с втасване, осигурено от въглероден диоксид, генериран от хетероферментативни млечнокисели бактерии. В някои части на Индия този прост процес дава продукти като „idli“ и „dosa“.
Изглежда, че оризът няма да се малцува добре, въпреки че авторът не е наясно с конкретна причина, поради която това трябва да бъде така. Със сигурност не се ферментира от процеси, включващи покълване. Вместо това „коджи“ процеси, подобни на използваните за соев сос и други ферментации на семена от бобови култури, отдавна се използват в подготвителни етапи за последващо превръщане на ориза в алкохолни напитки, оцет и др. По същество щамове на плесента, която плесен Aspergillus oryzae произвежда високи нива на амилолитик ензимите се използват за захарифициране на оризовото нишесте, последвано от алкохолна ферментация при условия, при които фугалните ензими остават активни по време на него, така че осигуряват стабилно снабдяване с ферментиращи въглехидрати.