Окислительно-восстановительные условия среды

Развитие микроорганизмов и их биохимическая деятельность тесно связаны с окислительно-восстановительными условиями в среде, ко­торые зависят от соотношения в ней окисленных и восстановленных веществ. В биологических системах – культурах микроорганизмов – окисле­ние и восстановление служат источниками энергии для всех процес­сов, протекающих в клетке.

При развитии любого микроорганизма окислительно-восстанови­тельный потенциал падает, т. е. восстановительные свойства среды усиливаются (И. Л. Работнова, 1957). И. Л. Работнова рассматри­вает это явление как приспособление, обеспечивающее лучшие усло­вия для развития культуры. При добавлении редуцирующих веществ, предохраняющих клетку от чрезмерного окисления, сокращается продолжительность lag-фазы и ускоряется размножение аэробов. И. Л. Работнова с сотрудниками (1957) установила, что падение окислительно-восстановительного потенциала обусловлено не только поглощением культурой растворенного кислорода, но и образовани­ем редуцирующих веществ. Некоторые микроорганизмы выделяют редуцирующие вещества в среду, у других восстановительными свойствами обладают только живые клетки. При производстве кисломолочных продуктов окислительно-восстано­вительные условия среды могут меняться под влиянием таких фак­торов, как аэрация (перемешивание), добавление редуцирующих веществ (например, аскорбиновой кислоты), и в результате жизне­деятельности самих микроорганизмов.

Для микроорганизмов, у которых нет необходимых систем фермен­тов для использования кислорода в качестве акцептора водорода, такими акцепторами могут служить аскорбиновая кислота, цпстешт, глютатион, метиленовый голубой и резазурин. Метиленовый голубой и резазурин применяют для установления наличия активного процесса обмена веществ микроорганизмов в молоке. Чем больше в мо­локе микроорганизмов и интенсивнее обмен веществ, тем быстрее падает окислительно-восстановительный потенциал и быстрее вос­станавливаются метиленовый голубой или резазурин. Процесс вос­становления этих веществ сопровождается их обесцвечиванием или изменением цвета, что легко установить при визуальном наблюде­нии за пробами.

Резазурин по сравнению с метиленовым голубым восстанавливается при более высоком окислительно-восстановительном потенциале. Следовательно, на его восстановление и получение результата о ко­личестве и активности микроорганизмов требуется меньше времени. Молоко как сырое, так и пастеризованное обладает определенной восстановительной способностью, уровень которой колеблется в за­висимости от периода лактации, состояния здоровья животного и т. д. Молочнокислые бактерии относятся к факультативным анаэробам. Некоторые виды, например Str. lactis, в процессе жизнедеятельности используют свободный кислород в незначительной степени или сов­сем его не используют. Однако они могут развиваться и в присутст­вии кислорода. У ароматообразующнх стрептококков отмечена обрат­ная зависимость между редуцирующей способностью и образовани­ем диацетила и ацетоина. Она может меняться у одного и того же штамма под влиянием условий культивирования (С. Н. Анантарамаиах, 1970).

Гомоферментативные молочнокислые палочки более анаэробны. Осо­бенно чувствительны они к кислороду в момент выделения из есте­ственных субстратов, вследствие чего часто затрудняется получение поверхностных колоний этих микроорганизмов на плотных питатель­ных средах. Редуцирующая активность у разных видов молочнокис­лых палочек неодинакова и находится в обратной зависимости от содержания в клетках флавопротеина.

Кислород почти не оказывает вредного воздействия на развиваю­щиеся микроорганизмы, у которых протекает активный обмен ве­ществ. У покоящихся культур чувствительность к кислороду резко возрастает. С повышением окислительно-восстановительного потен­циала, что происходит при проникновении кислорода в клетку, инактивируются некоторые ферментные системы и снижается жизне­деятельность культуры. В результате удаления кислорода из культур значительно сохраня­ется их жизнеспособность, что используют, высушивая культуры в замороженном состоянии под вакуумом и храня их в атмосфере азота. Рекомендуется также хранить жидкие культуры в лакмусо­вом молоке с мелом в герметически закупоренных сосудах (Дж. Дэвис, 1963).

Для плесеней требуется кислород, так как их мицелий в основном развивается в воздушной среде и только часть его погружается в пи­тательный субстрат. Как правило, они развиваются на поверхности кисломолочных продуктов.

 

 

Сезонные изменения молока

Осенью и особенно весной (март – апрель) часто наблюдается за­медление или полная задержка сквашивания молока, изменение ха­рактера сычужного и кислотного свертывания, нарушение способ­ности к газообразованию и ароматообразованию у ароматообразующих бактерий. Вследствие этого ухудшается качество заквасок и готовой продукции, а иногда и развиваются различные пороки. Такое резкое нарушение биохимической деятельности молочнокис­лых бактерий обусловлено изменениями биологических свойств мо­лока, вызванных изменением рационов питания и периодом лакта­ции животных. На развитие молочнокислых бактерий в весеннем и осеннем молоке влияет, по-видимому, комплекс факторов. По дан­ным Т. Тихомировой (1961), весной изменяется аминокислотный состав молока – почти в 5 раз снижается количество необходимых для развития молочнокислых бактерий аминокислот (аргинина, ва-лина с метионином и лейцина с фенилаланином) и примерно в 2 ра­за снижается общее количество свободных аминокислот. Работой Э. Е. Грудзинской и Н. С. Королевой (1970) не установлено столь резких колебаний в аминокислотном спектре молока, полученного в разное время года. Однако отмечено, что весной в пробах молока не содержалось таких важных аминокислот, как валин, фенилала-нин и лейцин. В весеннее время молоко характеризуется также по­ниженным содержанием в нем факторов роста – биотина (Р. Дави­дов и Л. Круглова, 1957), никотиновой кислоты (М. Б. Тевелевич, 1961) и др. Окислительно-восстановительные процессы протекают значительно слабее. Минеральный состав молока в весеннее время также меняется в сторону, неблагоприятную для развития молочно­кислых бактерий: содержание марганца снижается, а меди повышается, в молоке отсутствует ко­бальт (А. П. Корнильцева, 1965).

Весной культуры Str. lactis резко снижают свою энергию кислото-образования и протеолитическую активность (М. Б. Тевелевич, 1961). По данным Т. Тихомировой (1961), весной молочнокислая микрофлора продуцировала молочную кислоту в 3 раза меньше, чем зимой. И. И. Климовский и Г. А. Калинина, изучая сезонное влия­ние состава молока на Str. lactis, установили резкое падение числен­ности бактерий и снижение кислотности в апрельском молоке по сравнению с июньским.

Еще более чувствительны к сезонным изменениям биологических свойств молока ароматообразующие стрептококки типа Leuc. citro-vorum и Leuc. dextranicum, которые весной теряют способность к сбраживанию Сахаров и снижают продуцирование летучих жирных кислот (М. Р. Гибшман, 1960).

Т. Гелслоот и Ф. Хассинг (1962) отметили, что ароматоооралующне стрептококки типа Leuc. citrovorum более чувствительны к сезонным изменениям состава молока, чем Str. diacetilactis. При добавлении к молоку небольшого количества марганца влияние сезонных колебаний на развитие этих культур устранялось, однако, как было ука­зано выше, это отрицательно влияло на образование аромата. Весной крайне затрудняется поддержание коллекции чистых куль­тур, которые часто теряют способность к свертыванию и резко ме­няют некоторые свойства, например, приобретают тягучесть. Потеря активности кислотообразования наблюдается не только у мо­лочнокислых стрептококков, но и у палочек. У некоторых штаммов так и не удается восстановить эту способность даже путем пересе­вов большого количества посевного материала (до 1 мл) и длитель­ной выдержки в термостате.

Т. Тихомирова пришла к выводу, что, несмотря на низкое содержа­ние свободных аминокислот в весеннем молоке, потребление их есте­ственной микрофлорой значительно ослаблено. Возможно, что в ве­сенний период это обусловлено биологической неполноценностью молока, влияющей на нормальный обмен веществ микроорганизмов. Установлено, что во все периоды года в молоке содержатся вещества, подавляющие развитие молочнокислых бактерий. При принятых в промышленности режимах пастеризации эти вещества сохраняют­ся, а при стерилизации разрушаются. Поэтому активность культур и чувствительность их к сезонным изменениям нельзя устанавливать на стерилизованном молоке. Факторы роста, имеющиеся в молоке, летом и осенью позволяют молочнокислым бактериям развиваться в присутствии ингибиторов. Зимой и весной из-за недостатка факто­ров роста труднее преодолевать угнетающее действие ингибиторов. Дж. Чулак и Л. Минуэлл (1951 а, б) выделили культуры молочно­кислых стрептококков, чувствительные и нечувствительные к сезон­ным изменениям состава молока. М. Б. Тевелевич также установила, что среди штаммов Str. lactis имеются культуры, малочувстви­тельные к сезонным изменениям свойств молока. Эти культуры отли­чаются способностью усваивать необходимые им факторы роста (рибофлавин и биотин) из неполноценного весеннего молока, накап­ливать никотиновую кислоту в процессе своего развития. В биоло­гически неполноценном молоке протеолитическая активность этих культур не снижается. Следовательно, сезонные изменения состава молока не оказывают заметного влияния на интенсивность обмена веществ у этих микроорганизмов.

Культуры, мало чувствительные к изменениям состава молока, бы­ли выделены весной, и, по-видимому, это их свойство является след­ствием приспособления к неблагоприятным условиям. При производстве кисломолочных продуктов на направление микро­биологических процессов влияют также технологические свойства молока (скорость образования и характер кислотного и сычужного сгустка, скорость отделения сыворотки и т. д.), обусловленные его физико-химической характеристикой. Весной, а иногда и осенью технологические свойства молока резко отличаются от технологиче­ских свойств молока, получаемого зимой и летом. С изменением кис­лотно-щелочного равновесия в сторону уменьшения кальциевых со­лей ухудшаются сычужная свертываемость молока и обработка зер­на при производстве сыра (Т. Тихомирова, 1962). Технологические

свойства молока имеют не менее важное значение и при выработке кисломолочных продуктов. Задержка процесса коагуляции сгустка и отделения сыворотки при изготовлении творога не только нару­шает ритмичность работы предприятия, но влечет за собой и более серьезные последствия, в частности замедление технологического процесса.

Замедление технологического процесса обычно сопровождается раз­витием посторонней микрофлоры, менее требовательной к условиям среды. Так, в случае плохого отделения сыворотки при производстве творога кислотность готового продукта, как правило, повышается вследствие развития термоустойчивых молочнокислых палочек. Уменьшить влияние сезонных изменений состава молока на разви­тие и биохимическую деятельность молочнокислых бактерий можно разными путями. М. Р. Гибшман (1960) рекомендует при культиви­ровании ароматообразующих молочнокислых бактерий в весеннее время добавлять к молоку 0,05–0,2% препаратов, богатых факто­рами роста (дрожжевой автолизат, гидролизаты и т. д.). Однако при большом объеме производства этот способ активации молочнокислых бактерий может вызвать значительные трудности. М. Б. Тевелевич (1961), Дж. Чулак и Л. Минуэлл (19516) предлагают использовать специально подобранные культуры, не чувствительные к сезонным изменениям состава молока. Применение малочувствительных куль­тур в заквасках для масла дало хорошие результаты.

Особого вни­мания в этом направлении заслуживают результаты работы Л. А. Банниковой и С. Б. Задояна по получению культур, сохраня­ющих гомогенность популяции на протяжении всего периода года. Весьма целесообразно также применять симбиотические закваски, в состав микрофлоры которых входили бы компоненты, снабжающие молочнокислые бактерии недостающими им факторами роста и ре­гулирующие азотный обмен этих микроорганизмов. Как правило, па развитие симбиотических культур сезонные изменения свойств мо­лока не влияют так сильно, как на развитие чистых культур. Нами при производстве кефирных заквасок и кефира не наблюдалось на­рушений сквашивания, обусловленных сезонностью.