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.