De mælkesyrebakterier er bakterier til grampositive , anaerobe delvis tolerante over for oxygen, ikke producerer sporer generelt tilvejebragt i form af skrog eller stifter, og i stand til at fermentere sukkere i mælkesyre . De er også kendetegnet ved det lave indhold af deres DNA i GC guanin - cytosinbasepar (<50%) bortset fra bifidobakterier, der har et GC-indhold større end 50%. De lever i adskillige naturlige miljøer og ledsager menneskelig aktivitet som bakterier i slimhindernes kommensflora og madfloraen.
I henhold til den nuværende taksonomiske klassificering tilhører de phylum Firmicutes , klassen Bacilli og rækkefølgen Lactobacillales , der omfatter følgende familier: Aerococcaceae , Carnobacteriaceae , Enterococcaceae , Lactobacillaceae , Leuconostocaceae og Streptococcaceae . Den Bifidobacteriaceae (i) rækkefølgen af Bifidobacteriales (i) klassificeres også som mælkesyrebakterier.
Mælkesyrebakterier er til stede i mange naturlige miljøer lige fra jord, rådnende planter til dyr. I sidstnævnte findes de i mund- og vaginal hulrum, fæces og mælk. Mavetarmkanalen hos pattedyr er koloniseret af mælkesyrebakterier såsom Bifidobacterium , Lactobacillus , Leuconostoc og Weissella (en) .
De er blevet brugt af mennesker siden yngre stenalder til at fremstille gærede fødevarer. Deres produktion af mælkesyre gør det muligt at forsure substratet og derved hæmme spredning af patogene bakterier eller uønskede midler, der forårsager organoleptiske ændringer . Gæring forbedrer holdbarheden og ændrer madens smag. Mælkebakterier findes i mejeriprodukter (yoghurt, ost), gærede grøntsager (oliven, syltede agurker, surkål), gærede alkoholholdige drikkevarer (vin, øl, cider), pålæg (skinke, pølser) og surdejsbrød.
Hovedprodukter, der stammer fra gæring af mælkesyrebakterier (efter Spinnler) | |||
Familie | Venlig | Underlag | Eksempler |
---|---|---|---|
Lactobacillaceae | Lactobacillus | mælk | gærede mælk, yoghurt, kefirs, de fleste oste |
kød | tørre pølser, hærdede skinke | ||
Fiskene | nuoc mam | ||
planter | surkål, oliven, sojamælk "yoghurt" | ||
korn | surdejsbrød, øl, huangjiu | ||
Pediococcus | planter | surkål, ensilage | |
kød | halvtørrede pølser, tørre pølser | ||
Fiskene | nuoc mam | ||
korn | surdejsbrød, gæret ris | ||
Streptoccaceae | Lactococcus | mælk | hvide, bløde eller pressede ubehandlede oste, kefirs |
Streptococcus | mælk | yoghurt, gærede mælker, hårdkogte oste | |
Enterococcaceae | Tetragenococcus | planter | sojasovs, miso |
Fiskene | ansjos saltlage, fiskesauce, nuoc mam | ||
Leuconostocaceae | Leuconostoc | planter | surkål, oliven, vin, cider |
mælk | oste, kefirs | ||
Oenococcus | planter | vin | |
Bifidobacteriaceae | Bifidobacterium | mælk | gærede mælker |
Mælkesyrebakterier er aero-anaerobe eller mikro-aerofile. I nærvær af ilt kan de fleste ikke trække vejret.
De er også ernæringsmæssigt krævende bakterier, fordi de ikke er i stand til at syntetisere et antal aminosyrer (de siges at være auxotrofe for disse forbindelser). Modellen mælkesyrebakterie, Lactococcus lactis, er auxotrof for 7 til 12 aminosyrer afhængigt af stammen. Manglende evne til at syntetisere disse aminosyrer, der er nødvendige for deres vækst, tvinger mælkesyrebakterier til at finde disse molekyler i deres miljø via en nitrogenholdig ernæringsproces.
Deres kultur kræver miljøer rig på sukker, aminosyrer, fedtsyrer, salte og vitaminer og fattige med ilt. De dyrkes normalt i MRS-agar (de Man, Rogosa, Sharpe). De er i stand til at overleve i meget sure miljøer.
Da mælkesyrebakterier ikke er i stand til at få deres energi gennem åndedræt, tyder de på gæring af kulhydrater til mælkesyre.
For at blive metaboliseret, skal sukkeret fra det ydre miljø først krydse cellemembranen . Der er to aktive sukkertransportsystemer:
Afhængigt af arten kataboliseres sukkeret i henhold til en af tre forskellige ruter: homofermental rute, heterofermenteringsrute og bifid rute .
Andre heksoser end glucose ( mannose , galactose , fruktose ) slutter sig generelt til de tidligere veje efter forskellige faser af isomerisering og phosphorylering til glucose-6-P og fruktose-6-P. Den laktose i cellen ved PTS-systemet, og phosphoryleres til lactose-6-phosphat og hydrolyseret i glucoseenhed og galactose-6-phosphat. Det slutter endelig med glykolyse på niveauet af trioser-fosfat. De forbrugte pentoser ( ribose , arabinose , xylose ) omdannes til xylulose-5-phosphat ved phosphorylering og isomerisering eller epimeriseringsreaktioner.
Mælkesyrebakterier er grundlaget for produktionen af oste, yoghurt og fermenteret mælk. I mejeriindustrien anses citronsyre, der er til stede i mælk, for at være den vigtigste forløber for dannelsen af populære aromatiske forbindelser såsom acetat , acetoin (lugt af smør) og diacetyl (lugt af ost). På den anden side, når diacetyl produceres i høj koncentration i gæringen af vin, øl eller pølser (ved Lactobacillus plantarum og Oenococcus oeni ), er det oprindelsen til organoleptiske ændringer.
Under aerobe forhold finder metabolismen af citronsyre sted via Krebs-cyklussen , men under anaerobe forhold kræves en alternativ specifik metabolisk vej. Kun et lille antal mælkesyrebakterier er i stand til at fermentere citrat. De har en citratpermease, der sikrer transport af sidstnævnte fra det ydre miljø til det indre af cellen og en citratlyase, der er i stand til at omdanne den til oxaloacetat og acetat.
Mesofile gæringer, hvis optimale væksttemperatur er tæt på 30 ° C , anvendes til fremstilling af friske mejeriprodukter ( frisk ost , smør , friske cremer ). De er sammensat af forsurende bakterier, såsom Lactococcus, og aromastoffer, såsom Leuconostoc og Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis . Fermenteringen pathway er homofermentativ i Lactococcus og heterofermentative i Leuconostoc med ækvimolær dannelse af lactat, ethanol og CO 2.
I Leuconostoc , af de to konkurrerende metabolismer for nedbrydning af citrat og glucose, er acetolactat pathway i det tidligere stillede og strømmen af pyruvat går til syntese af aromatiske forbindelser (C 4 forbindelser : acetoin, diacetyl, 2, 3-butandiol) . CO 2 -produktionfra brugen af citrat, er oprindelsen til dannelsen af hulrum i ostemassen , som derefter vil blive befolket af Penicillium , hvilket giver en venet udseende af blå oste. Diacetyl er den vigtigste aromatiske forbindelse, der er efterspurgt af friske produkter som smør, flødeost og crème fraîche. Acetaldehyd giver en frisk friskhed til mejeriprodukter, især værdsat i yoghurt.
Bakterier syntetiserer flere typer polysaccharider :
EPS produceret af mælkesyrebakterier anvendes i mejeriindustrien til at øge viskositeten af mælk og fastheden af fermenterede produkter og til at reducere adskillelsen af vand og gel ( syneresis ). De undgår brugen af tilsætningsstoffer til fødevarer, mens de har ækvivalente egenskaber som stabiliserende og fortykningsmidler på mejeriprodukternes struktur. Yoghurt produceret i stor skala fermenteres ikke i deres gryde, men omrøres og transporteres, før de ristes. For at bevare deres struktur skal deres viskositet øges enten med polysaccharidmidler fra andre oprindelser ( carrageenaner , alginater , xanthaner ) eller ved hjælp af EPS fra mælkesyrebakterier. En anden undersøgt anvendelse er brugen af fortykkende mælkesyrebakterier, der producerer EPS til produktion af fedtfattig ost ( mozzarella , cheddar ) for at forbedre fugtighedsretentionen.
EPS for mælkesyrebakterier har ingen smag, og hvis deres fortykningsegenskaber er interessante for mejeriprodukter, kan de også føre til en forringelse af kvaliteten af drikkevarer såsom øl eller vin eller gøre kød pakket i emballage uegnet til forbrug. Vakuum (ved EPS produceret af Leuconostoc ).
Flere undersøgelser har vist de potentielt gavnlige sundhedsegenskaber ved EPS: sænkning af kolesterol, antisår, antitumor og immunmodulerende egenskaber. Dextransulfat anvendes som et antikoagulerende middel og antiinflammatorisk. EPS er blevet klassificeret som kostfiber, fordi det kan fremme væksten af probiotiske bakterier i mave-tarmkanalen.
Flere EPS har interessant potentiale til industrielle applikationer. De dextraner (EPS består af glucoserester forbundet af α-1,6) er anvendelige til bioremediering af miljøet for forbedret olieindvinding eller til rensning af spildevand.
Dextran syntetiseres i en bioreaktor af Leuconostoc mesenteroides i en saccharoseopløsning. Den industrielle produktion af EPS kræver strategier for at reducere koncentrationen af lactater i kulturen, som hæmmer bakterievækst. Fed-batch fermenteringsprocesser er blevet brugt til dette formål.
De bakteriociner er lavmolekylære antimikrobielle peptider, der udskilles af bakterierne. De har en hæmmende aktivitet mod taksonomisk relaterede bakterier og mod visse større patogener såsom Bacillus cereus (ansvarlig for madforgiftning), Clostridium botulinum (producerer botulinumtoksin ) og Listeria monocytogenes . De producerende bakterier er beskyttet mod virkningen af deres egne bakteriociner. Alle de hidtil beskrevne bakteriociner produceret af mælkesyrebakterier har en aktivitet rettet mod grampositive bakterier (Dordu et al, 2009).
Mange bakteriociner produceres af mælkesyrebakterier af slægterne Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus, Carnobacterium, Leuconostoc, Enterococcus og Streptococcus . De er især interessante for fødevareindustrien på grund af deres anerkendte uskadelighed for mennesker. Takket være deres virkemåde, der adskiller sig fra konventionelle antibiotika, er de også af interesse for den farmaceutiske industri, fordi de kunne blive et alternativ til den nuværende antibiotikabehandling i lyset af resistens fra patogene bakterier.
Bakteriociner er opdelt i tre klasser (Cleveland et als, 2001):
Bakteriociner produceres industrielt i fermentorer på et fødevaresubstrat. Tilsætningen af næringsstoffer under gæring med diskontinuerlig strømning (i foderet batch ) gør det ofte muligt at øge produktionen sammenlignet med en kultur i batch . Bakteriocin-oprensningsproceduren er lang og dyr. De tilbydes generelt i semi-oprenset og tør form.