Dołącz do czytelników
Brak wyników

Mikrobiologia

15 stycznia 2021

NR 42 (Styczeń 2021)

Bakterie fermentacji mlekowej – aktywność i wykorzystanie w przemyśle

45

Bakterie fermentacji mlekowej są Gram-dodatnimi niesporującymi ziarenkowcami, pałeczkami lub laseczkami. Przeprowadzają fermentację glukozy do kwasu mlekowego, etanolu i CO2. Wszystkie bakterie mlekowe są beztlenowcami, niektóre z nich tolerują niewielkie stężenie tlenu w środowisku.

Wśród wielu mikroorganizmów produkujących kwas mlekowy w procesie fermentacji cukrów jedynie nieliczne są uważane za gatunki probiotyczne. Aby izolat bakterii został uznany za probiotyczny, musi spełniać odpowiednie kryteria selekcji oraz następujące wymagania: bezpieczeństwo stosowania, cechy funkcjonalne oraz cechy technologiczne. Wymagania te są szczegółowo określone i zawsze precyzyjnie sprawdzane przed dopuszczeniem bakterii do stosowania przez ludzi lub zwierzęta.

POLECAMY

Cechy funkcjonalne szczepów probiotycznych:

  • pochodzenie z mikrobiomu człowieka;
  • ściśle określona przynależność rodzajowa i gatunkowa potwierdzona metodami biologii molekularnej;
  • brak działania patogennego, inwazyjnego oraz karcinogennego;
  • odporność na działanie soku żołądkowego i kwasów żółciowych po podaniu doustnym;
  • zachowanie właściwości probiotycznych po procesie technologicznym oraz względnie długim okresie przechowywania;
  • zdolność do produkcji substancji o działaniu przeciwdrobnoustrojowym, w tym także kwasów organicznych, nadtlenku wodoru oraz bakteriocyn;
  • właściwości powierzchniowe umożliwiające adherencję do komórek nabłonkowych;
  • antagonizm wobec typowych patogenów przewodu pokarmowego lub układu moczowo-płciowego;
  • konkurencja o receptory z komórkami drobnoustrojów patogenicznych, takich jak: Escherichia coli, Salmonella typhimurium;
  • korzystny wpływ na organizm gospodarza, potwierdzony w prawidłowo przeprowadzonych, kontrolowanych badaniach klinicznych. 

 

Cechy technologiczne szczepów probiotycznych:

  • łatwość produkcji dużej ilości biomasy;
  • oporność na procedury utrwalania, takie jak zamrażanie lub liofilizacja;
  • żywotność i stabilność cech bakterii w czasie przechowywania i dystrybucji produktów probiotycznych;
  • wysoka przeżywalność przechowalnicza w gotowym produkcie;
  • brak pogorszenia cech organoleptycznych gotowych produktów;
  • oporność na bakteriofagi;
  • stabilność genetyczna.

 

Tab. 1. Przykłady mikroorganizmów uważanych za probiotyczne dla ludzi i/lub zwierząt
Grupa mikroorganizmów Gatunki mikroorganizmów
Gatunki Lactobacillus L. acidophilus, L. amylovorans, L. casei, L. crispatus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, L. gallinarum, L. gassei, L. plantarum, L. reuteri, L. rhamnosus
Gatunki Bifidobacterium B. adolescentis, B. animalis, B. difidum, B. breve, B. infantis, B. lactis, B. longum
Inne bakterie mlekowe Lactococcus lactis, Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus thermophilus

 

Tab. 2. Bakterie fermentacji mlekowej wykorzystywane w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym
Przetwórstwo Dominujące gatunki bakterii fermentacji mlekowej
Fermentowane produkty mleczarskie Lactococcus lactis ssp. lactis, Lactococcus lactis ssp. cremoris, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus casei
Fermentowane produkty 
owocowo-warzywne
Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus pentosus
Fermentacja mięsa i ryb Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Pediococcus acidilactici, Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus sakei
Napoje alkoholowe Oenococcus oeni, Lactobacillus delbrueckii
Sosy sojowe Lactobacillus delbrueckii, Pediococcus sp.
Fermentowane pieczywo Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus sanfranciscensis

Środowisko życia 

Bakterie mlekowe pozyskują energię z fermentacji cukrów. Nie są zdolne do hydrolizy polisacharydów typu celuloza. Z powodu ograniczeń zdolności biosyntezy różnych związków występują w środowiskach, które są bogate w aminokwasy, witaminy, puryny i pirymidyny. Niektóre z nich są organizmami wolnożyjącymi, inne żyją w asocjacjach ze zwierzętami kręgowymi, a także mogą występować u ludzi i zwierząt jako potencjalne patogeny. Występują powszechnie w mleku i jego produktach oraz w materiale roślinnym. Wchodzą także w skład mikroflory ludzkiego przewodu pokarmowego oraz pochwy, odgrywając pozytywną rolę. Powszechnie występują także w przewodzie pokarmowym ryb, płazów, gadów, ptaków i ssaków.
Bakterie mlekowe mają zdolność regulacji wewnątrzkomórkowego pH i ta cecha jest dla nich bardzo istotna, pozwala na życie w stosunkowo niskim pH środowiska – w zakresie 4,5–7,0. Dodatkowo są w stanie rosnąć w szerokim zakresie temperatur 10–45oC℃, przy zasoleniu 6,5% NaCl.

Fermentacja węglowodanów i produkcja kwasu mlekowego

Bakterie fermentacji mlekowej są wykorzystywane w utrwalaniu żywności. Nadają one nie tylko wygląd i smak wielu produktom fermentacji, ale także hamują wzrost bakterii, które prowadzą do psucia żywności. Pewne z nich w procesie fermentacji produkują wyłącznie lub prawie wyłącznie kwas mlekowy (homofermentacja mlekowa), inne oprócz kwasu mlekowego wydzielają także CO2 (heterofermentacja mlekowa). W czasie fermentacji węglowodanów syntetyzują ATP w procesie fosforylacji substratowej.

Zastosowanie biotechnologiczne

W przemyśle spożywczym bakterie mlekowe używane są najczęściej jako kultury starterowe do produkcji wyrobów mlecznych (sery, jogurty, fermentowane napoje itd.) oraz fermentowanych produktów roślinnych, np. kiszonej kapusty, korniszonów, buraków, oliwek. Odpowiedzialne są także za przebieg fermentacji zakwasów chlebowych w piekarnictwie oraz mięsa w produkcji wędlin fermentowanych. W produkcji wina bakterie kwasu mlekowego przeprowadzają fermentację jabłkowo-mlekową.
Ważnym kierunkiem zastosowania bakterii fermentacji mlekowej jest kiszenie pasz. Do zakiszania wykorzystuje się odpady przemysłu spożywczego, np. wysłodki buraczane, ale również masę roślin, ziemniaki, kukurydzę i wiele innych surowców.
W przemyśle farmaceutycznym wiele gatunków bakterii fermentacji mlekowej wykorzystuje się do produkcji preparatów probiotycznych zalecanych do stosowania przy antybiotykoterapii lub przy schorzeniach żołądkowo-jelitowych.
Kwas mlekowy znajduje zastosowane w wielu gałęziach przemysłu, m.in. w przemyśle spożywczym (regulacja pH, poprawa jakości mikrobiologicznej przetworów mięsnych), kosmetycznym (wygładza i odmładza skórę), farmaceutycznym (składnik protez oraz szwów chirurgicznych) i chemicznym (rozpuszczalnik, środek czyszczący, pochłaniacz wilgoci). 
Uważa się, że bakterie fermentacji mlekowej mają status GRAS (ang. generally regarded as safe), co oznacza, że są bezpieczne przy odpowiednim stosowaniu.

Wykorzystanie owoców i warzyw jako nośników dla bakterii fermentacji mlekowej

Głównym źródłem probiotyków dla ludzi są wyroby mleczne, jogurty, kefiry, sery. Jednak wiele osób nie może spożywać produktów mlecznych ze względów zdrowotnych (np. alergie, nietolerancja laktozy). Dlatego poszukuje się innych nośników dla bakterii probiotycznych. Liczne badania wykazały, że owoce i warzywa mają ogromny potencjał do bycia nośnikiem bakterii probiotycznych. Probiotyczna żywność to przykładowo fermentowane soki warzywne, a także wzbogacone bakteriami probiotycznymi minimalnie przetworzone warzywa i owoce spożywane na surowo, owocowe purée czy susz owocowy. Ta dziedzina przemysłu ostatnio rozwija się szczególnie intensywnie. Na półkach w supermarketach jest coraz większy wybór produktów owocowo-warzywnych powstałych w wyniku fermentacji mlekowej lub będących ich nośnikiem.

Tab. 3. Spektrum aktywności przeciwgrzybowej bakterii z rodzaju Lactobacillus
Gatunek bakterii 
z rodzaju Lactobacillus
Hamowany szczep grzyba
L. casei Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum, Fusarium graminearum, Fusarium moniliforme, Penicillium sp.
L. fermentum Penicillium expansum, Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Botrytis cinerea, Colletotrichum gloeosporioides, F. graminearum, Fusarium sp.
L. rhamnosus A. flavus, B. cinerea, C. gloeosporioides, P. expansum, C. albicans
L. reuteri A. flavus, A. fumigatus, A. niger, B. cinerea, C. gloeosporioides
L. acidophilus P. expansum, A. flavus, B. cinerea, Penicillium sp., A. al...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy