Между количеством организмов и количеством образующихся кислот нет прямой связи.Изменение состава карбоновых кислот в питательной среде (соли молочной, пировиноградной и янтарной кислот) значительно влияет на продуцирование пропионовой и уксусной кислот культурами P. shermanii. Отношение пропионовой кислоты к уксусной изменяется, с лактатом оно равно 1,83 (17,55:9,55), с пируватом – 0,64 (8,20:12,75) и янтарной кислотой – 2,0 (3,30:1,50). В присутствии лактозы продуцирование пропионовой кислоты происходит более энергично, чем в присутствии глюкозы. При сбраживании культурами P.jensenii пировиноградной кислоты более окисленной, чем молочная, также наблюдается, что соотношение пропионовой и уксусной кислот смещается в сторону более окисленной уксусной.Соотношение кислот зависит от состава закваски. Так, при использовании закваски с двумя культурами – L. helveticum и Str. thermophilus это соотношение ниже, чем при использовании одной L.helveticum.
Таким образом, уникальность пропионовокислого брожения обусловлена: 1) участием ФЕП – карбоксилтрансфосфорилазы фермента, не обнаруженного у других организмов, синтезирующих пропионат; благодаря наличию этого фермента, брожение, осуществляемое пропионово-кислыми бактериями, работает как циклический процесс.
2) особым способом образования пропионата, которое сопряжено с восстановлением фумарата до сукцината и окислением пирувата до ацетата и СО2; транспорт электронов, сопровождающий эти реакции, сопряжен с окислительным фосфорилированием и синтезом АТФ;
3) высокий выход АТФ, превышающий выход АТФ в других известных брожениях. 1,5 М глюкозы могут дать пропионовокислым бактериям около 6 М АТФ.
Энергетическая эффективность пропионовокислого брожения связана также с выработкой пропионовыми бактериями новых метаболических способностей: реакций транскарбоксилирования и перегруппировки, участия в процессе КоА-производных. Образование дикарбоновой кислоты из пировиноградной с использованием механизма транскарбоксилирования вместо прямого карбоксилирования пирувата позволяет избежать дополнительных энергетических затрат на этом этапе брожения. Все это вместе взятое позволяет рассматривать пропионовокислое брожение как более совершенный из рассмотренных до сих пор способов получения энергии в анаэробных условиях.
2. Использование пропионовокислых бактерий в промышленности
Сыроделие – наиболее древняя биотехнология, использующая биохимическую активность пропионовых бактерий. Первые исследования пропионовокислых бактерий были связаны с изучением их роли в созревании сыров. Наиболее высокими органолептическими свойствами и длительными сроками хранения обладают твердые сычужные сыры с высокой температурой второго нагревания, при изготовлении которых принимают участие пропионовокислые бактерии. Общее правило, касающееся использования этих бактерий в созревании сыров, гласит: вреден как недостаток, так и избыток пропионовокислых бактерий, но без их участия сыр нужного качества изготовить невозможно; могут получаться «слепые», т.е. сыры без «глазков» или с другими дефектами. Многие пороки лучших сыров вызваны отсутствием или слабым ростом пропионовокислых бактерий.
Основная роль пропионовокислых бактерий в созревании сыров состоит в использовании лактатов, образованных молочнокислыми бактериями при сбраживании лактозы молока, при этом лактаты превращаются в пропионовую, уксусную кислоты и СО2. Кислоты обеспечивают острый вкус сыров и участвуют в консервации молочного белка казеина; гидролитическое расщепление липидов с образованием жирных кислот важно для развития органолептических свойств сыра; образование пролина и других аминокислот, а также летучих веществ: ацетоина, диацетила, диметилсуль-фида, ацетальдегида, участвующих в формировании аромата сыра; образование углекислоты в процессе пропионово-кислого брожения лактата и декарбоксилирования аминокислот (главным образом); СО2 участвует в создании рисунка сыра - «глазков», образовании витаминов и в первую очередь витамина В12.
Созревание сыра – сложный биохимический процесс, протекающий при участии сычужного фермента, ферментов молока, молочнокислых и пропионовых бактерий. Происходят энзиматические изменения в белках, жире, аминокислотах; формируется аромат, внешний вид, консистенция сыра.
Пропионовокислые бактерии размножаются в сыре в значительном количестве в период выдерживания его в бродильном подвале, рост их продолжается в течение всего периода созревания. В результате пропионовокислого брожения образуются специфический вкус и запах, а также характерный рисунок «Швейцарского» сыра».
Пропионовокислые бактерии также применяют в хлебопечении. Их наряду с молочнокислыми бактериями и дрожжами вводят в некоторые закваски для теста с целью образования в процессе ферментации, помимо молочной и уксусной кислот, еще и пропионовой. При внесении в тесто такой закваски хлеб содержит 0,1% уксусной, 0,2% молочной, 0,1% пропионовой кислоты (по отношению к весу муки). Такого количества пропионовой кислоты достаточно для проявления фунгицидного действия, без заметного влияния на вкус и аромат выпекаемого хлеба.
Использование пропионовокислых бактерий нашло себя, хотя и незначительно, в кисломолочном производстве.
С целью обогащения витамином В12 в кефир и другие молочнокислые продукты вносили пропионовокислые бактерии, повышая, таким образом, питательные свойства и лечебную ценность этих продуктов. Готовый продукт имеет однородную сметанообразную гомогенную консистенцию молочно-белого цвета, кисломолочный освежающий, слегка острый вкус. Количество клеток пропионовокислых бактерий в 1 см3 10 единиц, молочнокислых стрептококков 107.
Разбавление молока творожной сывороткой приводит к экономии молока, но вместе с тем и к разбавлению его, вследствие чего содержание в продукте сухих веществ, витаминов, белка снижается. Эти неизбежные потери компенсируются использованием в составе закваски пропионовокислых бактерий, синтезирующих белки, витамины, внеклеточные полисахариды, увеличивающие вязкость продукта.
При изготовлении сметаны применение закваски, содержащей продуценты витаминов группы В, позволяет вести процесс ее производства в одних условиях независимо от жирности сырья, при этом сквашивание ведут при 30– 320С, что ускоряет процесс и позволяет получить продукт с высокими питательными свойствами. Полученный продукт богат витаминами группы В (В1, В2, В12), фолиевой кислотой, микроэлементами, в том числе и железом, а также другими продуктами метаболизма в легкоусвояемой форме, которые обладают лечебными свойствами.
Пропионовокислые бактерии используют в основном в сыроделии при производстве сыров с высокой температурой второго нагревания и незначительно – при производстве кисломолочных продуктов. При выработке кисломолочных продуктов в качестве закваски используют пропионовокислые бактерии в комбинации с молочнокислыми бактериями.
Интенсивный путь развития молочной промышленности требует новых нетрадиционных подходов к разработке технологии молочных продуктов. Одним из важнейших направлений развития технического прогресса в области переработки молока является развитие биотехнологии, в частности применение ферментных препаратов для производства молочных продуктов. Среди ферментных препаратов, рекомендованных для пищевой промышленности, важная роль принадлежит β-галактозидазе, использование которой при переработке молочного сырья позволяет ускорить процесс молочнокислого брожения, повысить лечебные свойства и качество молочных продуктов.
Пропионовокислые бактерии также применяют для микробиологического синтеза витамина B12. У пропионовокислых бактерий обнаружена способность к активному синтезу витамина B12, который накапливается внутри клеток. Эта особенность используется для промышленного получения витамина B12 на отходах производства (молочной сыворотке и др.) с добавлением кукурузного экстракта в качестве источника витаминов.
Заключение
Таким образом, можно сказать о том, что пропионовокислое брожение имеет ряд отличий от других типов брожения, имеет высокую продуктивность и широко применяется в микробиологической промышленности для синтеза пропионовой, уксусной кислот, цианкобаламина и других метаболитов. Для этого в производстве используют пропионовокислые бактерии. Немаловажна роль явления пропионовокислого брожения в пищевой промышленности в производстве сыров, в хлебопечении,а также при приготовлении некоторых кисломолочных продуктов.
Список литературы
1. Аркадьева З.А. Промышленная микробиология / З.А. Аркадьева, А.М. Безбородов, И.Н. Блохина и др. – М.: Высшая школа, 1989. – 688 с.
2. Шлегель Г. Общая микробиология / Г. Шлегель. – М.: Мир, 1987.-567 с.
3. Лысак В.В. Микробиология / В.В. Лысак. – Мн.: БГУ, 2005. – 261 с.
4. Егоров Н.С. Биотехнология: проблемы и перспективы / Н.С. Егоров, В.Д. Самуилов. – М.: Высшая школа, 1987. – 159 с.
5. Быков В.А. Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов / В.А. Быков, И.А.Крылов, М.Н. Манаков и др. – М.: Высшая школа, 1987. – 143 с.
6. Елинов Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб: Наука, 1995. – 600 с.
7. Беккер М.Е. Введение в биотехнологию / М.Е. Беккер. – Рига: 1978. – 231 с.
8. Хиггинс И. Биотехнология. Принципы и применение / И. Хиггинс, Д. Бест, Дж. Джонс. – М.: Мир, 1988. – 480 с.
9. Виестур У.Э. Биотехнология: биологические агенты, технология, аппаратура / У.Э. Виестур, И.А. Шмите, А.В. Жилевич. – Рига, 1987. – 263 с.
10.Волова Т.Г. Биотехнология / Т.Г. Волова. – Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения Российской Академии наук, 1999. – 252 с.