Молочнокислым брожением называется процесс разложения сахара до молочной кислоты.
Своё название это брожение получило от молока, где оно чаще всего встречается. Связь молочнокислого брожения с деятельностью микроорганизмов была впервые установлена Пастером в 1857 г. Чистая культура молочнокислых бактерий была выделена впервые Листером в 1874 г. Различают типичное или гомоферментативное молочнокислое брожение, продуктом которого является в основном молочная кислота, и нетипичное или гетероферментативное брожение, при котором, кроме молочной кислоты, образуется целый ряд побочных продуктов — уксусная и янтарная кислоты, этиловый спирт, углекислый газ, водород.
Химизм молочнокислого брожения
Химизм молочнокислого брожения во многом сходен с химизмом спиртового брожения. Разложение сахара до пировиноградной кислоты происходит одинаково. Дальнейшее превращение пировиноградной кислоты идёт по иному пути вследствие отсутствия у молочнокислых бактерий фермента карбоксилазы.
Пировиноградная кислота вступает в окислительно-восстановительную реакцию с фосфоглицериновым альдегидом, в результате чего образуются фосфоглицериновая и молочная кислоты.
Эта реакция катализируется ферментом лактикодегидраза. Так протекает гомоферментативное молочнокислое брожение. Химизм гетероферментативного молочнокислого брожения менее изучен. Образование углекислого газа, уксусной кислоты и этилового спирта объясняют, исходя из той же схемы спиртового брожения.
Возбудители молочнокислого брожения
Возбудителями этого процесса являются различные формы молочнокислых бактерий — шарообразные и палочковидные. Все молочнокислые бактерии неподвижны. Они относятся к неспорообразующим факультативным анаэробам. По
Граму, окрашиваются положительно. Сбраживают моносахариды и дисахариды; крахмал и другие полисахариды не сбраживают.
В природе молочнокислые бактерии широко распространены: встречаются в молоке, в почве, в навозе, на растениях, плодах и овощах.
К типичным молочнокислым бактериям относятся:
Streptococcus lactis — кокки, соединённые попарно или цепочками. Находятся в молоке, преимущественно в северных районах. Оптимальная температура 30—35°. Накапливают до i % молочной кислоты.
Bacterium bulgaricum — палочки длиною 4—5 микронов. Встречаются в молоке, являясь возбудителем естественного скисания молока в южных районах. Оптимальная температура 40—45°. Образуют 2,7—3,7% молочной кислоты.
Bact. casei — палочки. Оптимальная температура 40—42° Применяются в производстве сыра.
Bact. acidophilum — палочки. Оптимальная температура 40° Накапливают до 2,2% молочной кислоты. Применяются в производстве ацидофильного (высоко-кислотного) молока.
Thermobacterium cereale (Bact. Delbriickii) — палочки, pacположенные поодиночке и цепочками. Оптимальная температура 45—50° Накапливают 2,2% молочной кислоты, а с нейтрализаторами до 10%. Применяются в производстве молочной кислоты.
Bact. cucumeris fermentati — короткие палочки, расположенные попарно или цепочками. Развиваются при квашении овощей и силосовании кормов.
Возбудителями нетипичного молочнокислого брожения являются: Bact. brassicae fermentatae — встречается при квашении капусты. Образует, кроме молочной кислоты, ещё и уксусную кислоту, этиловый спирт (до 2,4%) и углекислый газ. Нетипичное молочнокислое брожение вызывают также кишечная палочка (Bact. coli) и близкая к ней Bact. lactis аеrogenus. Кишечная палочка во время брожения образует больше водорода, чем СО2.
Практическое использование молочнокислого брожения
Наиболее широкое применение молочнокислые бактерии имеют в молочном производстве для приготовления простокваши, кефира, ацидофильного молока, сметаны, сливочного масла, сыра.
Молоко является очень благоприятной средой для развития микроорганизмов. В нем встречаются различные микроорганизмы, среди которых преобладают молочнокислые бактерии. Даже в свежевыдоенном молоке содержатся тысячи бактерий на 1 мл. Часть их попадает в молоко ещё в вымени коровы, большая же часть — извне, причём количество их зависит от гигиены доения, чистоты посуды, воздуха и пр.
В свежевыдоенном молоке, хранящемся при низкой температуре, в первые часы не только не наблюдается увеличения количества микроорганизмов, а, наоборот, оно значительно уменьшается, иногда даже вдвое. Как показали исследования, это объясняется вовсе не низкой температурой хранения, так как температуры, близкие к нулю, не являются губительными для микроорганизмов, а бактерицидными свойствами самого свежего молока. Последние обязаны специфическим веществам, вырабатываемым живыми организмами, в том числе и организмом коровы. Продолжительность бактерицидной фазы зависит от быстроты охлаждения. С повышением температуры бактерицидная фаза значительно сокращается, очевидно, вследствие быстрого разрушения бактерицидных веществ молока.
Самой благоприятной температурой хранения молока является 4—5° В этих условиях увеличение числа микроорганизмов в молоке наблюдается только через 72 часа. Кроме молочнокислых бактерий, в молоке содержатся также маслянокислые, уксуснокислые, пропионовокислые и гнилостные бактерии, дрожжи и споры плесеней.
В первое время после выдоя в микрофлоре молока преобладают гнилостные бактерии, составляющие 80—90% всей микрофлоры. Однако молочная кислота, которая накапливается в результате деятельности молочнокислых бактерий, прекращает их развитие. Если не прекратить развитие молочнокислых бактерий пастеризацией или кипячением, то они продолжают размножаться, и это приводит к свёртыванию молока, особенно при нагревании. На естественном скисании молока основано приготовление простокваши в домашних условиях. На молочных же заводах при изготовлении кисломолочных продуктов применяю! закваски чистых культур молочнокислых бактерий. В приготовлении кефира и кумыса, кроме молочнокислых бактерий, участвуют и дрожжи, накапливающие 1—2° спирта.
Молочнокислое брожение имеет также значение при изготовлении ржаного теста. Образующаяся при этом молочная кислота способствует развитию дрожжей и препятствует развитию маслянокислых и гнилостных бактерий. Особенно велика роль молочнокислых бактерий при квашении овощей п силосовании кормов. Накапливающаяся при этом молочная кислота предохраняет овощи и силос от гниения. Однако для длительного хранения этих продуктов необходимы анаэробные условия и низкая температура.
На молочнокислом брожении основана обработка меховых шкурок методом квашения (киселевания). Меховые шкурки помещают в закисшую мучную болтушку, где их выдерживают 4—5 суток при температуре 32—35° Молочнокислое брожение применяется также в заводском производстве молочной кислоты. Сырьём служат крахмал, патока, меласса (остаток сахарного производства), гидролизированная древесина, молочная сыворотка и другие сахаристые материалы. Крахмал должен быть предварительно осахарен.
В качестве возбудителя молочнокислого брожения используется Дельбрюковская палочка (Thermobacteriumi cereale) При брожении молочной сыворотки могут быть использованы любые молочнокислые бактерии. Концентрация сахара в заторе не должна превышать 10—15%. Для нейтрализации накапливающейся молочной кислоты вводят мел, в результате чего выход кислоты достигает 60—70% от количества сброженного сахара. Полученная в результате этого процесса кальциевая соль молочной кислоты разлагается затем серной кислотой. Полученная молочная кислота подвергается очистке и используется в кондитерском производстве, для безалкогольных напитков, в текстильном, консервном и меховом производствах, а также в химико-фармацевтической промышленности и в медицине.
