что такое термофильные стрептококки в молоке
Молочнокислые стрептококки и их полезные свойства
Важной группой молочнокислых бактерий, наряду с лактобациллами, являются молочнокислые стрептококки. Особый интерес представляют бактерии двух видов: Lactococcus lactis (молочный стрептококк) и Streptococcus salivarius subsp. thermophilus (термофильный молочнокислый стрептококк). Именно эти виды молочнокислых стрептококков отличаются полной безопасностью для здоровья человека, подтвержденной многолетним опытом их использования в производстве различных продуктов питания, в том числе предназначенных для детей раннего возраста.
Клетки молочнокислых стрептококков имеют сферическую или овальную форму размером в диаметре 0,5-1,2 мкм, располагаются попарно или в виде цепочек различной длины. Основным видом биологической активности молочнокислых стрептококков, как и других лактобактерий, является ферментация углеводов с образованием в качестве главного продукта метаболизма молочной кислоты.
Молочнокислые стрептококки наиболее хорошо известны как представители заквасочных культур, используемых в производстве кисломолочных продуктов и сыра. Однако среди молочнокислых стрептококков указанных видов встречаются штаммы, перспективные для использования в составе пробиотиков. Интересно, что лактококки были первыми микроорганизмами, живыми клетками которых обогащали первые продукты питания для детей грудного возраста, а термофильный молочнокислый стрептококк является компонентом многих современных продуктов детского питания.
Одним из наиболее полезных свойств молочнокислых стрептококков является способность отдельных штаммов синтезировать полисахариды, уникальным биологическим функциям которых в последние годы посвящено много исследований. В частности установлено, что микробные полисахариды обладают выраженными иммуностимулирующими свойствами. Это позволяет рассматривать их в качестве важного компонента комплексной терапии больных с онкологической патологией и инфекциями, особенно вирусной этиологии. Антиоксидантные свойства некоторых штаммов молочнокислых стрептококков являются дополнительным фактором, препятствующим образованию опухолей.
Лактококки являются продуцентами бактериоцинов (низина и др.), которые обладают широким спектром противомикробного действия, подавляют развитие многих болезнетворных микроорганизмов, в том числе листерий, туберкулезной палочки, патогенных стафилококков, возбудителя ботулизма и др.
Обнаружены противовоспалительные свойства отдельных штаммов молочнокислых стрептококков. Пробиотики, содержащие эти штаммы, перспективны для профилактики и лечения таких серьезных воспалительных заболеваний кишечника как болезнь Крона и неспецифический язвенный колит.
Клетки молочнокислых стрептококков являются источником активных пищеварительных ферментов, в частности β-галактозидазы (лактазы) – фермента, расщепляющего лактозу. Использование таких бактерий представляет интерес в связи с увеличением количества детей и взрослых, страдающих непереносимостью молока из-за дефицита данного фермента.
Как и в случае других микроорганизмов, пробиотическая эффективность свойственна не всем молочнокислым стрептококкам, а лишь отдельным штаммам, поиск которых сопряжен с глубокими исследованиями. Однако успешное выявление штаммов молочнокислых стрептококков с полезными свойствами и введение их в состав пробиотиков может значительно повысить их эффективность.
В частности, пробиотические штаммы молочнокислых стрептококков, наделенные комплексом биологически ценных свойств, являются важным компонентом мультипробиотиков «Симбитер». Благодаря своей способности продуцировать полисахариды, эти микроорганизмы являются ценным иммуностимулирующим компонентом мультипробиотиков. Кроме того, полисахариды формируют своеобразный матрикс, в который заключены клетки остальных представителей мультипробиотиков, где они находят комфортные условия для своей жизнедеятельности. Благодаря особой структуре своей организации, мультипробиотики отличаются высокой жизнестойкостью, хорошей выживаемостью в желудочно-кишечном тракте, длительным сохранением высокой активности, способностью к быстрому проявлению пробиотического эффекта при поступлении в организм человека, что выгодно отличает их от сухих пробиотиков.
Использование при получении мультипробиотиков наиболее благоприятных для здоровья человека микроорганизмов (лактобацилл, бифидобактерий, пропионовокислых бактерий и молочнокислых стрептококков), а также исключительно натуральных компонентов обеспечивает безопасность мультипробиотиков для пациентов любого возраста и состояния иммунитета и их высокую эффективность.
Бактерии Streptococcus thermophilus
Streptococcus thermophilus — это кокки, часто соединенные в длинные цепочки. По величине клетки несколько крупнее, чем клетки S. lactis, что позволяет различать (по микроскопическому препарату) эти два вида при совместном развитии их в молоке. На агаре с гидролизованным молоком термофильные молочнокислые стрептококки развиваются медленнее, чем мезофильные, и дают более мелкие колонии — темные, зернистые, иногда локонообразные.
Оптимальная температура развития составляет 40—45°С. При внесении культуры петлей в 10 мл молока при оптимальной температуре активные штаммы свертывают молоко за 12—14 ч, при внесении 3% закваски — за 3,5—6 ч. Предел кислотообразования термофильного стрептококка в молоке 100—115°Т.
S. thermophilus не развивается при наличии в молоке 0,1% метиленового голубого, не восстанавливает лакмусовое молоко, образует в небольшом количестве ацетонин. В бульоне, содержащем глюкозу и 4% NaCl, кислотообразование не наблюдается, а при содержании NaCl 2% оно наблюдается только у некоторых штаммов.
Термофильные стрептококки применяют при производстве Южной и Мечниковской простокваши, йогурта, ряженки, варенца, напитков с плодово-ягодными наполнителями. Многие культуры обладают способностью образовывать вязкие, тягучие сгустки, но встречаются штаммы, образующие сгустки с колющейся консистенцией. Термофильный стрептококк часто применяют в комбинации с молочнокислыми палочками — болгарской и ацидофильной или мезофильными молочнокислыми стрептококками.
Термофильные стрептококки могут попадать в молоко и не с заквасками. Они составляют значительную часть остаточной микрофлоры после пастеризации молока при 73—76°С. Вследствие высокой оптимальной температуры развития термофильный стрептококк, содержащийся в пастеризованном молоке, не играет большой роли в снижении его стойкости. Однако в таких продуктах, как ацидофильное молоко, сквашивание которого ведется при высокой температуре, нередко возникает порок, выражающийся в снижении типичности вкуса и консистенции, обусловленный развитием стрептококков, прежде всего термофильных.
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
Молочнокислые бактерии (стрептококки)
Молочнокислые бактерии в определенных условиях могут вызывать порчу многих пищевых продуктов (мяса, молока, вина, овощей и пр). Они относятся к семейству Lactobacillaceae. По морфологическим признакам их делят на стрептококки и палочки. В каждой группе имеются как гомо-, так и гетероферментативные бактерии. Бактерии из семейства Lactobacillaceae широко распространены в природе: в почве, на растениях, гниющих остатках животного и растительного происхождения, в кишечнике человека и животных, в молочных и мясных продуктах.
Молочнокислые стрептококки
Кмолочнокислым стрептококкамотносят мезофильные стрептококки Streptococcus lactis, Str. cremoris и ароматобразующие Str. diacetilactis, Str. acetoinicus, Str. paracitrovorus (Leuconostoc citrovorum), Str. citrovorus (Leuconostoc citrovorum ); термофильные Str. thermophilus; энтерококки (молочнокислые стрептококки кишечного происхождения) Str. liquefaciens, Str. faecalis, Str. zymogenes, Str. faecium, Str. durans, Str. bovis.
Это грамположительные кокки (рис. 27), образующие короткие или длинные цепочки. Неподвижны, спор и капсул не образуют. Они относятся к факультативно-анаэробным микроорганизмам (микроаэрофилам). Большинство из них не обладают протеолитической активностью, не образуют каталазу. Вызывают расщепление углеводов гомо- или гетероферментативным путем (такое деление связано с количеством получаемых при молочнокислом брожении побочных продуктов — летучих кислот, эфиров, спирта, диацетила и пр.).
Для лучшего выделения молочнокислых стрептококков из объектов внешней среды в питательные среды необходимо добавлять аминокислоты, витамины и другие сложные вещества.
Мезофильные стрептококки
Мезофильные стрептококки. К ним относятся Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris и ароматобразующие стрептококки. Морфологические, культурные и ферментативные свойства этих микроорганизмов одинаковые.
Str. lactis (молочнокислый стрептококк ). Клетки Str. lactis имеют круглую форму, располагаются в виде овальных, попарно соединенных клеток (диплококков) или коротких цепочек. При росте на поверхности твердых питательных сред образует мелкие, росинчатые колонии; глубинные колонии лодочкообразные или в форме чечевицы. Хорошо растут в присутствии глюкозы или лактозы. На гидролизованном агаре с мелом вокруг колоний образуют зоны просветления (в результате выделения молочной кислоты происходит растворение мела). Благоприятной средой для развития стрептококков является гидролизованное молоко. По росту на кровяном агаре относится к гамма-типу. Оптимальная температура роста 30°С. При этой температуре они свертывают молоко за 10—12 ч. Сгусток ровный, плотный, колющейся консистенции, имеет чистый кисломолочный вкус и аромат. Некоторые расы (разновидности) образуют сгусток тягучей консистенции и поэтому непригодны для выработки большинства кисломолочных продуктов. Str. lactis никогда не сбраживают рамнозу, сахарозу, раффинозу. Часто разлагают казеин. Предельная кислотность, создаваемая в молоке при культивдровании Str. lactis, колеблется в пределах НО— 120° Т (иногда 130° Т), однако встречаются и малоактивные штаммы, предельная кислотность которых достигает в молоке 90—100°Т. Некоторые разновидности Str. lactis продуцируют весьма активный антибиотик низин. Отдельные штаммы молочнокислых стрептококков могут вызывать пороки молочных продуктов: тягучесть, горечь (вследствие пептонизации молока) и др.
Ароматообразующие стрептококки
Ароматообразующие стрептококки. К ним относятся Str. diacetilactis, Str. acetoinicus, Str. paracitrovorus (Leuconostoc citrovorum), Str. citrovorus (Leuconostoc citrovorum). Клетки их несколько мельче, чем у Str. lactis и Str. cremoris; располагаются в мазках, в виде диплококков, одиночных клеток или цепочек различной длины.
При росте на плотных питательных средах ароматобразующие стрептококки образуют сходные со Str. lactis и Str. cremoris круглые или каплевидные колонии; глубинные колонии лодочкообразные. Оптимальная температура развития ароматобразующих бактерий 25-30°С.
Ароматобразующие бактерии выделяют в молоке и молочных продуктах повышенное количество летучих, кислот (уксусная и пропионовая) и ароматических веществ (эфиры, диацетил). Большинство из них содержит фермент цитритазу, поэтому способны сбраживать лимонную кислоту; за эту способность их называют цитроворусами. Для культивирования чистых культур ароматобразующих бактерий рекомендуется делать посев на агар, содержащий лимоннокислый кальций. Вокруг колоний образуются зоны просветления в результате сбраживания лимоннокислого кальция. Колонии других молочнокислых бактерий не имеют зон просветления.
У ароматобразующих бактерийэнергия кислотообразования неодинакова. Так, Str. diacetilactis — наиболее сильный кислотообразователь; его предельная кислотность около 100°Т. Он вызывает образование сгустка в молоке через 16-18 ч, а менее активные штаммы — через 48 ч; Str. paracitrovorus свертывает молоко при оптимальной температуре и кислотности не более 80°Т в течение 2-3 дней. Str. citrovorus не вызывает свертывания молока, так как он слабый кислообразователь. Предельная кислотность, образуемая в молоке Str. acetoinicus, ПО—115°Т.
Термофильные стрептококки
Термофильные стрептококки. К ним относятся Streptococcus thermophilus. Термофильные стрептококки по сравнению с мезофильными лучше развиваются при повышенной температуре. Термофильные стрептококки в отличие от мезофильных сбраживают сахарозу. Поэтому для их выделения из посевного материала к безуглеводной питательной среде добавляют сахарозу. Форма и расположение клеток в мазках идентична морфологии и расположению клеток Str. cremoris. Клетки несколько крупнее, располагаются в виде цепочек разной длины. Но Str. thermophilus имеет и свои особенности (оптимальная температура развития 40-45°С, максимальная 45-50°С).
При росте на твердых питательных средах Str. thermophilus образует округлой формы с зернистой структурой поверхностные и глубинные лодочкообразные, иногда с выростом колонии. При оптимальной температуре развития термофильный стрептококк свертывает молоко за 3,5-6 ч, образуя ровный, прочный сгусток сметанообразной консистенции; предельная кислотность 110-120°Т. Некоторые штаммыстрептококкавыделяют диацетил. Термофильный стрептококк не сбраживает мальтозы, декстрина и салицина; не разлагает казеина.
Энтерококки — молочнокислые стрептококки кишечного происхождения
Энтерококки — молочнокислые стрептококки кишечного происхождения. К ним относятся Str. liquefaciens (Mammococcus), Str. faecalis, Str. zymogenes, Str. faecium», Str. durans, Str. bovis. Они обитают в кишечнике человека и животных, в навозе, сточных водах. В больших количествах находятся в сыром и в малых в пастеризованном молоке, сыре.
Многие энтерококки образуют короткие цепочки или располагаются попарно. Клетки имеют округлую или яйцевидную форму. Они могут развиваться как при 10, так и при 45°С. Устойчивы к поваренной соли (6,5%), метиленовой сини и желчи (40%), к щелочной реакции среды (рН 9,6), к пенициллину в концентрации 0,3 ед. в 1 мл, к высокой температуре. Выдерживают нагревание при 65°С в течение 30 мин. Ферментируют большинство углеводов.
Str. liquefaciens (Mammococcus). Имеет некоторое сходство со Str. lactis. Оптимальная температура роста 37°С. Маммококк образует не только молочную кислоту (110-115°Т), но и выделяет фермент типа сычужного, вследствие этого свертывание молока наступает при низкой кислотности 35-40°Т. Сгусток вначале прочный, ровный, затем под действием сычужного фермента стягивается (выделяется значительное количество сыворотки). Сбраживает сорбит и глицерин. Разлагает казеин и разжижает желатин. Молочные продукты при попадании маммококков приобретают горький вкус в результате накопления большого количества пептонов.
Str. faecalis. Располагается в виде диплококков коротких цепочек. Способен ферментировать маннит, сорбит, редко арабинозу; восстанавливает лакмусовое молоко. На агаре с кровью вызывает гемолиз. Гидролизует белки (особенно в сырах, придавая им специфический запах).
Str. zymogenes. По морфологии и культуральным свойствам сходен с Str. liquefaciens. Он частично разлагает казеин. В отличие от других энтерококков вызывает р-гемолиз эритроцитов, поэтому на кровяном агаре вокруг колоний образуются прозрачные зоны. Гемолиз эритроцитов считают признаком патогенности микроорганизма.
Str. faecium. Его свойства аналогичны свойствам Str. faecalis, сбраживает арабинозу, сахарозу, редко сорбит; частично восстанавливает лакмусовое молоко. Не разлагает казеина.
Str. durans (вариант Str. faecium). Сбраживает лактозу, глюкозу, мальтозу. Редко сбраживает сахарозу, салицин, маннит. Не сбраживает инулина, сорбита, раффинозы.
Str. bovis. По своим свойствам, сходен с термофильным стрептококком. Некоторые штаммы этого стрептококка подвижны. Отличаются от других стрептококков большой чувствительностью к поваренной соли, желчи, щелочной среде и метиленовой сини. Не способен расти при 10°С. Лакмусовое молоко не свертывает, вызывает лишь частично его восстановление. Не сбраживает арабинозу, но часто ферментирует ксилозу.
Термофильные бактерии
Термофильные бактерии очень теплолюбивы. Это следует из их названия. Данные микроорганизмы имеют широкое представительство в природе – в частности, их наличие подтверждено в микрофлоре кишечника человека и животных, в почве и воде. Также бактерии часто встречаются в компостных кучах, навозе и подстилках для скота. Особенностью отдельных термофилов является способность образовывать споры даже в неблагоприятных условиях. Микроорганизмы отличаются быстрым обменом веществ.
Причины популярности термофильных бактерий
Термофилы очень популярны у исследователей благодаря своей способности проводить ферментативную реакцию при высоких температурах. При этом, чем выше скорость реакции, тем ниже вероятность заражения посторонними микроорганизмами. Устойчивость к высоким температурам и, более того, предрасположенность к росту в таких условиях, связана с невосприимчивостью к воздействию других негативных факторов.
В частности, бактерии способны выдерживать атаки детергентов, что делает возможным их использование в моющих средствах. Это одна из множества причин, которые привели к популярности исследований разнообразия микроорганизмов, обладающих термофильными свойствами.
Одним из примеров можно назвать поиск и обнаружение кератиназы Caldoanaerobacter 1004. Организм, который вызывает появление данного фермента, был выделен из горячего источника. Производимая им кератиназа внеклеточного типа побуждает развитие гидролиза кератинов, которые отличаются устойчивостью к воздействию стандартных протеиназ. Данный фермент используется в птицеводстве, значительно ускоряя переработку перьев.
Виды термофильных бактерий
Термофильные бактерии различаются по необходимым для проживания и роста условиям, которые зависят от среды – выращиваемые в искусственных условиях лучше ощущают себя в твердых средах с наличием воздуха. Другие же способны обходиться без кислорода и растут в жидких средах. Форма бактерий, которые могут быть подвижными и неподвижными, зависит от температуры. С температурой до 40 °C микроорганизмы имеют вид палочковидных бацилл, а при ее повышении приобретают вид нитей.
Однако, стоить отметить прогресс, который был достигнут за последние годы в плане исследований данной категории микроорганизмов. Так, установлено, что наиболее заметным изменениям,
которые происходят под влиянием высоких температур, подвергаются клеточные белки и липиды, связанные с основными жизненными процессами бактерий.
Разделение термофилов на группы
Если задевать вопрос температуры, бактерии по данному показателю разделяются на несколько подгрупп, различающихся по предпочитаемым температурным показателям:
О пользе термофилов
Есть ли от термофильных бактерий польза? Да, и довольно большая. Но здесь все зависит от правильности применения и дозирования. Так, молочнокислые палочки, которые активно используются в пищевой промышленности, являются неотъемлемой частью молочнокислых продуктов и оказывают положительное влияние на человеческий организм.
В частности, они контролируют обменные процессы, помогая стабилизировать деятельность пищеварительного тракта, и обеспечивают лучшую защиту от вредоносных бактерий. Коме того, термофильные бактерии благотворно влияют на иммунитет, успокаивая нервную систему, и подавляют негативное воздействие антибиотиков.
Термофилы в молоке и молочных продуктах
Отдельного упоминания стоят термофильные бактерии в молоке. В ходе исследований специалистами было доказано, что при пастеризации молока происходит заметный прирост количества микроорганизмов. Если судить с гигиенической точки зрения, то подобное недопустимо.
Большая часть микрофлоры молока, которое прошло процедуру пастеризации, образуется медленно растущими колониями. Термофильные микроорганизмы обычно размножаются при температуре 60-63 °C, свойственной так называемой «низкой» пастеризации. При «высокой» их развития практически не происходит.
Однако, несмотря на повышенную температуру при процедуре одного размножения термофилов в молоке оказалось бы недостаточно, если говорить о росте бактериального населения. Видимо, резкий рост связан еще и оборудованием, которое не соответствует стандартам и нормам, а также несоблюдением условий содержания. Это вызывает загрязнение самого молока.
В каких сферах применяют термофильные бактерии?
Помимо использования в пищевой промышленности, в частности, при изготовлении молока и кисломолочной продукции, данные микроорганизмы находят широкое применение в косметологии и фармакологии в качестве основы для пробиотиков и средств по уходу за кожей. Термофильные и мезофильные микроорганизмы, проживающие в почве и компосте, оптимизируют процесс переработки органических веществ.
При отслеживании предельно допустимого уровня концентрации и постоянном наблюдении за производственным процессом можно избежать осложнений, которые вызывают термофильные бактерии. Термофилы и мезофилы, проживающие в почве и компосте также способствуют более быстрому росту саженцев. При этом эффективность работы первых в данном случае заметно выше.
Как уменьшить вред, который могут наносить термофильные палочки? Если речь идет о предприятиях, помочь в этом сможет постоянный мониторинг оборудования, а также регулярная обработка с использованием бактерицидных препаратов. Подобные мероприятия позволяют контролировать качество изготавливаемой продукции, снижая риск возникновения каких-либо проблем до нуля.
Чем обусловлена устойчивость бактерий к высоким температурам?
На протяжении многих лет в рамках исследований учеными осуществлялись попытки установления причин устойчивости термофильных микроорганизмов к высоким температурам. Речь о значениях от 50 до 90 °C.
Основной причиной является особенность составляющих бактерий, в то числе оболочки, рибосомы и ферментов – по своим характеристикам они заметно отличаются от схожих компонентов мезофильных форм. При этом термофилы способны замещать недостаточную стабильность клеток за счет синтеза, который в таких случаях осуществляется более быстро – для этого в процессе задействуются наиболее термостабильные ферменты.
О вреде термофилов
Ряд термофилов способен вызвать инфицирование почвы во время добавления органических удобрений и при обогащении земли перепревшей подстилкой, ранее находившейся в коровниках. Вследствие этого наносится серьезный вред грунтовым водам и водоемам.
Отметим, что для термофильных бактерий не характерны патогенные или токсигенные свойства, тем самым они не относятся к категории особо опасных микроорганизмов для человека. Однако, загрязнение ими молока, продуктов, а также воды и почвы крайне нежелательно и рискует привести к неблагоприятным последствиям. В связи с этим рекомендуется проводить исследование на содержание термофилов в специализированной лаборатории.
Чтобы избавиться от термофилов, можно воспользоваться способом, доказавшим свою эффективность – достаточно поместить их в условия с заметным превышением верхнего температурного порога. Учеными установлен максимальный порог, при котором микробы способны выживать, пусть и теряют умение расти – это 122 °C. Стоит отметить, что обеспечить больший нагрев можно в лабораторных условиях, оснащенных необходимым оборудованием. Также на жизнедеятельность бактерий пагубным образом влияют температурные колебания.
Какие термофильные бактерии существуют?
Науке известно множество видов термофилов, которые получили широкое распространение в природе. Благодаря своей теплолюбивости они хорошо чувствуют себя в человеческом организме, а также растениях, почве и воде. Несмотря на общую предрасположенность, некоторым бактериям требуется воздух для роста, другие могут продолжать свое развитие и без него. В связи с этим термофильные организмы разделяют на аэробные и анаэробные.
Анаэробные, то есть не нуждающиеся в кислороде для роста, могут принадлежать одной из нескольких групп:
Аэробные термофилы также делятся на группы, среди которых нужно выделить две:
Об организации и реализации генетических данных бактерий
Изучение ферментов, влияющих на процесс синтеза дочерних молекул ДНК термофилов, пользуется популярностью благодаря наличию как теоретического, так и практического интереса. Он связан с успешным применением ферментов при осуществлении полимеразной цепной реакции – это один из самых чувствительных анализов ДНК.
Ее суть заключается в организации размножения в объеме, которого достаточно для осуществления исследований с применением гель-электрофореза. Исследование проводится в несколько шагов, среди которых разработка способов клонирования с последующей оценкой эффективности действия ферментов.
Полезные статьи
Проведение анализов почвы, лабораторные исследования