Пропионово-кислое брожение

Общая характеристика пропионово-кислого брожения. Пропио-иово-кислые, или пропионовые, бактерии были впервые выделены из сыров в 1878 г. Фитцем, и сыроделие — самая древняя биотехнология, их использующая. Свое название они получили в связи с образовани­ем при брожении больших количеств пропионовой кислоты. Характе­ризуются выделением в значительном количестве корриноидов (вита­мин В₁₂) и каталазы, даже при росте в анаэробных условиях. Пред­ставлены бесспоровыми, неподвижными грамположительными палоч­ками (0,5 х 0,7 + 2,0 мкм) и объединены в семейство Propioni-bacteriaceae. Пропионово-кислые бактерии по современной класси­фикации подразделены на четыре вида, вместо одиннадцати ранее опи­санных.

В последние годы в род Propionibacterium предложено включить кокки, участвующие в брожении. Пропионовые бактерии содержат все ферменты цикла трикарбоновых кислот и имеют с палочковидными бактериями много общих феиотипических свойств и высокую степень гомологии ДНК. Кокки выделяют из молока и сыров на ранних ста­диях созревания. В отличие от типичных пропионовых бактерий они растут на поверхности плотных сред.

В целом пропионово-кислые бактерии обладают хорошими синте­тическими способностями и могут расти на простой синтетической среде следующего состава: соединение углерода, сульфат аммония, К₂НРО₄, С1₂ х 6Н₂О, биотин, тиамин, пантотеновая кислота.

Из 1,5 моль глюкозы в результате брожения образуются до 2,0 моль пропионовой кислоты, 1,0 моль уксусной кислоты, 1,6 моль СО₂, синтезируется до б моль АТФ.

В брожении участвует 19 ферментов. В качестве их кофакторов выступает тиаминдифосфат — в составе пируватдегидрогеназы, био­тин — в составе метилмалонил-КоА-транскарбоксилазы, паптотено-вая кислота — как составная часть Ко А, витамин В₁₂ — в своей ко-ферментной форме как компонент метилмалонил-КоА-изомеразы. Три первых витамина бактерии самостоятельно не синтезируют, витамин В₁₂ образуется в больших количествах, намного превышающих нор­му для изомеразной реакции.

Наиболее активными кислотообразователями являются штаммы P. freudenreichii и пропионово-кислые кокки, чаше всего встречающиеся в сырах сортов «Советский» и «Швейцарский». Наиболее активны­ми продуцентами витамина В₁₂ являются P. shermanii, P. freuden­reichii и P. acnes. Эти же штаммы накапливают наибольшую био­массу. Первые два вида находят широкое применение в промыш­ленности. Содержат бактерии также активные флавооксидазы.

Кроме субстратного фосфорилироваиия бактерии способны к окис­лительному фосфорилированию, сопряженному с переносом электро­нов с цитохрома на фумарат и образованием из пего сукципата.

Несмотря на наличие и функционирование аппарата, обеспечива­ющего аэробный образ жизни, а также супероксиддисмутазы и катала-зы, бактерии проявляют явную тенденцию к анаэробиозу. Причина этого явления до конца не выяснена. Предполагают, что анаэробиоз пропионовых бактерий вызывается высокой чувствительностью SH-содержащих ферментов к молекулярному кислороду, с одной сторо­ны, и низкой эффективностью окислительного фосфорилироваиия — с другой. Однако в присутствии кислорода эти бактерии не погибают.

Использование пропионово-кислых бактерий. Пропионово-кис­лые бактерии давно уже используются при изготовлении твердых сы­чужных сыров с высокой температурой (55 — 58 °С) второго нагре­вания. К таким относятся сыры сортов «Советский», «Швейцарский», «Бийский», «Алтайский». В их созревании кроме P. shermanii уча­ствуют также Streptococcus thermophilus, Lactobacterium helveticum, L. lactis. Молочно-кислые бактерии превращают лактозу в лактат, осу­ществляют протеолиз казеина, образуют ароматические вещества. Про-пионовые бактерии из лактозы и лактата синтезируют пропионовую, уксусную кислоты и выделяют углекислоту, которая в значительной степени обусловливает рисунок сыра.

Пропионовым бактериям присуща высокая липолитическая ак­тивность, способствующая образованию жирных кислот: пропионовой, уксусной, миристиновой, пальмитиновой, стеариновой и олеиновой. Все они способствуют созданию аромата сыра. Функцию ароматизатора в швейцарском сыре выполняют также пролин, в большом количестве выделяемый P. shermanii, и летучие карбонильные соединения.

Значительная термо- и солеустойчивость (до 2,5 % NaCl), а также способность пропионово-кислых бактерий расти при 10 — 14 °С соот­ветствуют особенностям технологии выработки твердых сычужных сыров.

Пропионовые бактерии вносят в закваску определенных сортов кефира, обогащая последний витамином В₁₂. Для его получения необ­ходимы молочно-кислые, уксусно-кислые и пропионово-кислые бак­терии.

Пропионово-кислые бактерии используются как продуценты вита­мина В₁₂. Пропионовая кислота представляет большой практический интерес как консервант (фунгицид). Зерно и комбикорма, обработанные

ею, долго сохраняются даже при влажной погоде и не плесневеют. Эту кислоту можно использовать при хранении сливочного масла (его заворачивают в бумагу, пропитанную пропиоиовой кислотой), черного хлеба, консервов. Она хорошо усваивается и в небольших количест­вах безвредна для человека. Уксусная кислота, как известно, также обладает консервирующими свойствами. Поэтому для целей консер­вирования эти кислоты можно не разделять.

На основе бактерий рубца, в состав которых входит P. acnes, соз­дан препарат «Пропиовит». В последние годы в связи с применением антибиотиков, сульфамидных средств и различных подкормок у сель­скохозяйственных животных часто возникает дисбактериоз, что ведет к массовым заболеваниям и гибели молодняка.

Применение бактериальных препаратов способствует восстанов­лению нормальной микрофлоры. Использование «Пропиовита» при выращивании сельскохозяйственных животных и птиц повышает их сопротивляемость неблагоприятным воздействиям, увеличивает при­росты, сокращает потери от заболеваемости и гибели, стимулирует развитие полезной микрофлоры кишечника.

При контакте с кислородом в клетках пропиоиово-кислых бак­терий образуются супероксидные радикалы, которые, однако, не на­капливаются благодаря наличию у них супероксиддисмутазы (СОД), осуществляющей следующую реакцию:

2О₂ + 2Н⁺->Н₂О₂ + О₂

Образуемые в реакции пероксиды разлагаются при участии ката-лазы и пероксидазы, синтезируемых этими бактериями. СОД пропи-оиовых бактерий — термостабильный железосодержащий белок. В форме, очищенной до гомогенного состояния, он рекомендован как лекарственный препарат при лечении воспалительных процессов и лучевой болезни. До настоящего времени СОД получали из эритро­цитов крови. Комплекс антиокислительных ферментов — СОД, ката-лаза и пероксидаза — применяется в ряде стран в пищевой промыш­ленности в целях предотвращения окисления липидов и других цен­ных компонентов пищевых продуктов. Поэтому бесклеточный экст­ракт безвредных пропионовых бактерий рекомендован как антиокис-лительный и витаминный препарат для пищевой промышленности.