Уксусные бактерии способ питания

Уксуснокислые бактерии

Являются вредной микрофлорой, вызывающей уксусное скисание вина. Уксуснокислые бактерии принадлежат к роду Acetobacter. Они имеют палочковидную форму. Клетки короткие, толстые, заключены в капсулу, располагаются в жидкой среде попарно, редко оди­ночно, иногда в виде цепочек.

Некоторые уксуснокис­лые бактерии подвижны. Характеризуются высокой скоростью размножения: при благоприятных условиях из одной клетки за 12 часов может образоваться 17 млн. бактерий.

Свое название уксуснокислые бактерии получили из-за спо­собности окислять этиловый спирт в уксусную кислоту при свободном доступе кислорода воздуха.

Уксуснокислые бактерии легко и быстро размножаются на поврежденных ягодах винограда; попав в сусло, при брожении его они не погибают. Для своего роста и развития они нужда­ются в питательных веществах: углероде, азоте (в основном усваивают его из аминокислот), витаминах. Все уксуснокислые бактерии хорошо используют в качестве источника углерода моносахариды, многоатомные спирты, могут усваивать кислоты, в том числе вырабатываемую ими уксусную кислоту.

Такое явление называется переокислением. Энергию уксуснокислые бактерии получают за счет реакций окисления. Окисление бак­териями этилового спирта в уксусную кислоту сопровождается образованием этилацетата, который придает винам неприятные тона во вкусе и аромате, характерные для уксуснокислого скисания. Из 1 % об. этанола образуется 1 г уксусной кислоты.

Помимо этилового спирта, уксуснокислые бактерии окисля­ют другие одноатомные спирты, а именно: пропиловый спирт — в пропионовую кислоту, бутиловый — в масляную, изоамиловый — в изовалериановую кислоту, а также многоатомные спир­ты— сорбит, глицерин, маннит.

При развитии уксуснокислых бактерий на поверхности вина, виноградного сока, других жидких продуктов переработки вино­града образуются слизистая пленка или пристенное кольцо. Через некоторое время возможно погружение пленки в жид­кость. Характерной особенностью пленки из уксуснокислых бактерий является ее способность всползать на стенки стеклян­ной посуды. Чаще всего бактерии образуют пленку совместно с пленчатыми дрожжами родов Candida, Pichia, Hansenula.

На развитие уксуснокислых бактерий большое влияние ока­зывает температура. Для них благоприятен широкий диапазон: от 10 до 35 °С. Бактерии сохраняются при более низких тем­пературах, но погибают при более высоких в зависимости от величины рН, концентрации сернистой кислоты и других фак­торов. Так, в столовом вине при отсутствии кислорода клетки вида Acetobacter aceti погибают в течение 10 минут при температуре 50 °С.

С повышением крепости столовых вин активность уксусно­кислых бактерий снижается, однако при температуре 20—25°С бактерии способны развиваться и подвергать скисанию вина крепостью 14—16% об.

Уксуснокислые бактерии чувствительны к SO2: при содер­жании его в количестве 125—150 мг/л жизнедеятельность бак­терий приостанавливается при температуре 15—18 °С только на 10 дней; при введении в виноматериал S02 в количестве 50 мг/л в анаэробных условиях они теряют свою жизнедеятель­ность при температуре 10°С и ниже на 5—10-е сут, а при 28— 35 °С — на несколько часов. Для инактивации всех видов уксус­нокислых бактерий необходимо сульфитировать вина до содер­жания в них общего количества S02 не менее 175 мг/л.

Уксуснокислые бактерии развиваются в вине, соках, слабо­алкогольных напитках, в не полностью долитых или недоста­точно плотно закрытых емкостях, при пористой клепке бочек, при брожении мезги, в таре с остатками вина. Вино, в котором брожение закончилось, надо хранить без доступа воздуха.

При хранении вин в металлических и железобетонных емкостях, заполненных ниже установленных норм (недолитых), рекомендуется использовать герметизирующий состав СВС с 2% метабисульфита калия. Производство виноградных соков и напитков на их основе базируется на использовании пасте­ризации — кратковременного нагрева продукта в бескислород­ных условиях при температуре 55—75 °С и выше. В целях про­филактики рекомендуется периодически производить дезинфек­цию помещений, тары и коммуникаций.

Источник

Жизнедеятельность и значение уксуснокислых бактерий

Уксуснокислые бактерии (acetobacteraceae) – это одноклеточные организмы. Они являются облигатными аэробами. Это микроорганизмы, для жизнедеятельности которых требуется свободный кислород. Облигатные, или строгие, аэробы прекращают свой рост и развитие при отсутствии свободного кислорода. Свое название это семейство получило из-за того, что его представители получают энергию за счет окисления этанола до уксусной (этановой) кислоты. Этанол – это тот же этиловый или винный спирт, в народе – алкоголь, а чаще просто «спирт».

Описание микроорганизмов

Внешне уксуснокислые бактерии напоминают короткие цилиндры или палочки, что видно на фото. Их краткая характеристика:

• в зависимости от вида их диаметр может составлять от 0,5 до 1 мкм (0,005-0,001 мм);
• длина колеблется в диапазоне 1,2-1,8 мкм (0,0012-0,0018 мм), а у некоторых разновидностей доходит до 3 мкм (0,003 мм);
• при неблагоприятных внешних условиях клетки буквально вздуваются, приобретая гигантские размеры и иногда достигая в длину 30-40 мкм (0,03-0,04 мм);
• могут располагаться обособленно, но чаще объединяются попарно или образуют большие группы в виде цепочек, что можно увидеть на фото, которые сделаны при помощи электронного микроскопа;
• на поверхности жидкостей образуют пленку, судя по имеющимся фото;
• на плотной поверхности объединяются в большие гладкие, слизистые, блестящие колонии без цвета.

Для молодых клеток характерна активная подвижность. Перемещение осуществляется за счет жгутиков, расположенных на одном или обоих полюсах и внешне напоминающих ресницы.

В семейство входит более 20 родов, каждый из которых содержит несколько видов. Для нас представляют интерес два рода: Acetobacter и Gluconobacter. Именно они являются причиной уксуснокислого брожения. Далее под уксуснокислыми бактериями будут подразумеваться представители этих двух родов.

Среда обитания

Уксуснокислые бактерии, как показывает характеристика их питания, являются обитателями сред брожения. Чаще всего они размножаются сразу же за дрожжами, используя выделяемый ими спирт. Поэтому в природе их можно обнаружить на следующих продуктах:

• сахаросодержащие спелые и перезрелые фрукты и овощи;
• зрелый виноград, особенно загнившие гроздья, что отлично видно на фото, сделанных даже без помощи увеличения;
• цветочный нектар и другие.

Особенно много их в скисших фруктовых соках, непастеризованном пиве, вине, спиртовой бражке, сидре и т.д. Как уксуснокислые, так и молочнокислые бактерии присутствуют в кефире и других кисломолочных продуктах, являются неотъемлемыми участниками процесса квашения и засолки овощей, мочения яблок.

Уксуснокислыми бактериями выдвигается много требований к среде обитания. Оптимальной для их роста является кислотность в пределах 5,4-6,3, но при этом они хорошо растут и при меньших показателях. В первые двое суток своего существования клетки активно усваивают углекислый газ, после чего необходимость в нем отпадает.

Большое значение для их развития имеет температура. Практически для всех видов этого семейства бактерий нижним пределом является –6…–10°С. Верхняя граница составляет +35…+45°С. Температурные пределы непостоянны, так как они находятся во взаимосвязи с прочими характеристиками среды. Поэтому в природе бактерии отлично себя чувствуют на богатых питательными веществами продуктах, в которых происходит брожение, при постоянном доступе свободного кислорода.

Принято считать, что определяющее значение в распространении этих бактерий имеет плодовая мушка дрозофила, как можно увидеть на фото, и уксусные угрицы (вид круглых червей).

Жизнедеятельность

Уксуснокислые бактериальные клетки размножаются делением. При благоприятных условиях каждые 30 минут их количество удваивается. Всего лишь за 12 часов одна клетка может дать 17 миллионов потомков!

К перечню основных соединений, которые могут окисляться уксуснокислыми бактериями, относят одно- и многоатомные спирты и моносахариды (глюкоза, галактоза, ксилоза, ксилит). Наиболее характерным для уксуснокислых бактерий является процесс окисления этилового спирта с получением уксусной кислоты.

Окисление, производимое бактериями, может быть двух видов.

Неполное окисление

Происходит частичное окисление с получением производных соединений. Например, бактерии Gluconobacter oxydans и Acetobacter suboxydans окисляют глюкозу в глюконовую кислоту, а сорбит – в сорбозу. К такому окислению относится и упомянутое выше превращение этанола в уксусную кислоту.

Полное окисление

Его осуществляет большинство представителей рода Acetobacter. Так, Acetobacter peroxydans после исчерпания запасов этилового спирта начинает использовать для питания уксусную кислоту, давая на выходе воду и диоксид углерода (углекислый газ). Такая уникальная особенность, известная как переокисление, не является наследственной – она вырабатывается в ходе развития клеток уксуснокислых бактерий и их адаптации к кислой среде.

Интересной особенностью обладают Acetobacter xylinum, которые способны синтезировать целлюлозу, что доступно только водорослям и растениям. К тому же получаемая целлюлоза настолько необычна, что даже служит продуктом питания для филиппинцев.

Общей чертой для всего семейства бактерий является способность образованной ими пленки подниматься по стенкам сосудов.

Негативные свойства

Уксуснокислые бактерии, являясь участниками процессов брожения, наносят вред плодам. Для винограда они считаются патогенными. Вред этих бактерий при консервации или засолке заключается в риске перекисания овощей.

В пиве и вине практически всегда содержатся уксуснокислые микроорганизмы. Само их присутствие не приносит вред. Но как только будет обеспечен доступ воздуха, бактерии активизируются и в продуктах начнется уксуснокислое брожение (скисание). В вине будет образовываться уксусная кислота, которая из-за большей плотности опускается на дно емкости. В результате вину может быть причинен непоправимый вред за счет появления неприятного запаха и резкого кислого вкуса. Процесс может продолжаться до полного превращения содержимого в уксус. Аналогичный процесс наносит вред и вкусу пива, делая его кислым.

Применение

Вред уксуснокислого брожения может обернуться пользой для человека. Вот несколько примеров его использования:

1. В промышленном производстве столового уксуса из вина или разведенного спирта использование уксусной кислоты, добавляемой в небольших количествах в продукт, ускоряет брожение и получение уксуса.
2. Окисление сорбита в сорбозу используется для синтеза аскорбиновой кислоты (витамина С).
3. Дрожжи вместе с уксуснокислыми бактериями имеют решающее значение при мочении яблок.
4. В производстве кефира, где для закваски используются специальные природные зерна, являющиеся симбиозом грибного мицелия и бактерий, одной из составляющих являются бактерии рода уксуснокислых Acetobacter.
5. Во всех кисломолочных продуктах параллельно с молочнокислым брожением идет и уксуснокислое, но гораздо менее выраженное. То есть труд над созданием кефира и творога уксуснокислых и молочнокислых бактерий является совместным.

В домашних условиях все еще популярно выращивание чайного (японского) гриба Medusomyces. Он представляет собой симбиоз уксуснокислых бактерий Acetobacter xylinum (на фото) и дрожжевого гриба Saccharomyces. В результате сладкий чай превращается в кисловатый квас, польза которого заключена в его сложном составе из уксусной, лимонной, щавелевой и других кислот, этилового спирта, ферментов и витаминов. Кроме того, в нем содержится бактериоцидин – соединение со свойствами антибиотика.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник

О том, кто «поедает наши вкусняшки»

01 декабря 2015

О том, кто «поедает наши вкусняшки»

Автор

Редактор

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Международная организация по вопросам продовольственной безопасности (FAO) бьет тревогу: ежегодно в мире пропадает треть всех произведенных продуктов питания. Откройте холодильник: на полке сыр покрылся зеленой плесенью, свежее еще вчера молоко сегодня кисло пахнет, и так перечислять можно до бесконечности. Это микробиологическая порча. Пока ученые занимаются разработкой способов борьбы с ней, узнаем «в лицо» виновников пропажи нашей еды.

Обратите внимание!

Эта работа опубликована в номинации «лучшая обзорная статья» конкурса «био/мол/текст»-2015.

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Начнем с того, что видовой состав контаминирующих «пожирателей» зависит от химического состава продукта питания (соотношения белков, жиров, углеводов и различных низкомолекулярных веществ). Можно сказать, что у микроорганизмов есть свои предпочтения. К примеру, порча продуктов, содержащих небольшое количество спирта, таких как квас и пиво, чаще происходит из-за бактерий родов Acetobacter и Gluconobacter [1]. Оптимальные условия для их жизнедеятельности таковы: высокое содержание кислорода, температура около 30 °С и концентрация С₂Н₅ОН не более 12–14% [2]. Поселившиеся бактерии в присутствии кислорода окисляют спирт до уксусной кислоты с образованием незначительных объемов сложных эфиров, альдегидов и других органических соединений, что в результате придает напитку неприятный вкус и запах.

Разнообразие микроорганизмов, выросших на чашках Петри. Рисунок с сайта www.lgcstandards-atcc.org.

Также известны микроорганизмы, способные сбраживать мёд. Главными врагами всех сладкоежек и пасечников являются сахаростойкие (да и вообще осмотолерантные и ксерофильные) дрожжи вида Zygosaccharomyces rouxii (Z. richteri). Оптимальные условия для их жизнедеятельности — температура 14–20 °С и содержание воды в мёде более 20%. По мере процесса брожения моносахара мёда разлагаются на спирт и диоксид углерода, объем мёда увеличивается, на поверхности появляется пена. Далее спирт с помощью уксуснокислых бактерий преобразуется в уксусную кислоту, при этом выделяется вода, и мёд разжижается. В нём становится меньше сахаров, но взамен появляются сивушные масла, уксусный ангидрид, нелетучие кислоты и другие соединения, ухудшающие вкусовые качества продукта и делающие его непригодным для употребления [3].

Старейшим методом консервации является высокое содержание соли — оно обеспечивает неблагоприятные условия для развития бактерий. Однако это не препятствие для ряда плесневых грибов (Penicillium, Aspergillus, Cladosporium) [1]. Они могут развиваться и при относительной влажности окружающей среды 10–15%, рН 1,5–11, температуре до −1 °С, высоком осмотическом давлении, а отдельные их виды — и при ограниченном доступе кислорода. Плесневые грибы вызывают глубокий распад белковых веществ, разлагают жиры до жирных кислот, альдегидов и кетонов. Их развитие приводит к плесневению рыбы, сопровождающемуся химическими превращениями, которые ответственны за появление неприятного запаха [2].

Грибок Penicillium под электронным микроскопом. Рисунок с сайта www.pnl.gov.

Также абсолютное лидерство мицелиальные грибы рода Penicillium держат в порче сырокопченой колбасы [4]. Они не только ухудшают внешний вид, но и «обогащают» продукт микотоксинами. В малых дозах микотоксины микромицетов способны изменять работу желудочно- кишечного тракта человека. Попадая в кровь, они могут поражать печень, почки, нервную систему, негативно влиять на иммунные механизмы и даже вносить вклад в развитие онкологических процессов.

Биоплёнка Staphylococcus aureus под растровым электронным микроскопом. Рисунок с сайта www.microbiologyinpictures.com.

А вот яйца кур привлекают бактерий. Являясь прекрасной питательной средой, они привлекают достаточно много разнообразных микроорганизмов, особенно если хранить яйца при высокой влажности и температуре 16–18 °С и выше [5]. Кто именно вызвал порчу, можно определить по цвету внутри. Бактерии рода Pseudomonas (P. fluorescens, P. aeruginosa) с энтузиазмом гидролизуют составные части яйца с образованием специфических продуктов гниения, благодаря которым белок становится зеленым. При развитии бактерий вида Proteus vulgaris и некоторых псевдомонад содержимое яйца разжижается и приобретает коричневый или черный цвет. Образовавшиеся газы часто разрывают скорлупу, и содержимое выливается на соседние яйца, загрязняя их. Из-за кишечной палочки (Escherichia coli) или золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) изменяются консистенция и окраска белка — он становится жидким и серым, а еще издает гнилостный запах. Хромогенные бактерии Serratia marcescens (ранее — Bacterium prodigiosum; «чудесная палочка») и Micrococcus roseus, а также некоторые дрожжи при развитии в яйце окрашивают его содержимое в красный цвет [2].

При бактериологическом исследовании колонии Pseudomonas aeruginosa, вырастая на питательных средах, источают приятный запах жасмина. Рисунок с сайта www.microbiologyinpictures.com.

Обратная сторона медали

Lactobacillus bulgaricus (ровные палочки). Фото с сайта test.org.ua.

Чтобы микроорганизмы не казались столь враждебными, стоит отметить, что они могут оказывать и полезное влияние на наши продукты питания. Возьмем для примера болгарскую палочку (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus), используемую при производстве йогурта. Выдающийся русский биолог, профессор Илья Ильич Мечников еще в начале 20 века заинтересовался этой бактерией. Почему? Ученый разработал собственную теорию о хроническом самоотравлении и старении организма. В своей работе «Этюды оптимизма» он утверждал, что причина этих «непритностей» кроется в нашей толстой кишке: там обитают вредные бактерии, вызывающие процессы гниения и образования вредных веществ, которые активно расходуют силы организма, преждевременно его изнашивая. Мечников обнаружил, что среди 36 изученных им стран именно Болгария выделялась высоким процентом долгожителей, и решил, что это связано с систематическим употреблением кисломолочных продуктов. То есть долгожительству, по мнению ученого, в первую очередь способствует поддержание нормальной микрофлоры кишечника и заселение его полезными лактобактериями. При взаимодействии с веществами, богатыми сахарами, лактобактерии производят молочную кислоту, препятствующую гниению. Поэтому для поддержания здоровья он рекомендовал употреблять кисломолочный продукт, в котором содержится полезная болгарская палочка (кстати, описанная не Мечниковым, а Стаменом Григоровым — Ред.) и термофильный стрептококк (для вкуса) — мечниковскую простоквашу, или просто йогурт, а по-болгарски — «кисело мляко» [6].

Вообще, говоря о микробиологической порче продуктов питания, невозможно не вспомнить Луи Пастера. С именем этого великого французского химика и микробиолога мы сталкиваемся каждый день, читая на пакетах с молоком надпись «пастеризованное». Пастеризация — это способ борьбы с патогенной микрофлорой при помощи высокой температуры [1]. Существует несколько режимов обработки в зависимости от типа продукта и степени бактериальной загрязненности: для молока, например, чаще используется температура 76 ± 2 °С с выдержкой 15–20 секунд, а для вина — 68 ± 2 °С с выдержкой 15–20 минут. Пастеризацией уничтожается до 99% микроорганизмов, за исключением спор и термофилов [6]. Но влияние исследований Пастера на нашу жизнь гораздо шире. Даже краткое перечисление его открытий удивляет, насколько разносторонен и талантлив был этот человек. Свои открытия Луи Пастер совершил в области биологии и медицины, не являясь ни дипломированным биологом, ни врачом. В середине ХIХ века он начал изучать проблемы брожения. Изучать как химик. Ведь практически все в ученом мире считали, что брожение — процесс химический. Пастер же убедительно доказал: брожение — результат жизнедеятельности микроорганизмов. Благодаря дрожжам мы можем производить вино. Больше того, он обнаружил, что их свойства определяют свойства вина. Свои открытия Пастер опубликовал в «Этюдах о вине» (1866).

Спорить о пользе и вреде микроорганизмов не имеет смысла — исключить фактор микробиологической порчи полностью невозможно. Единственное, что мы можем сделать, — это соблюдать условия хранения и правила приготовления пищи.

Источник