что такое термофильные молочнокислые бактерии
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
Ферментация молока без молочнокислых бактерий
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОБИОТИЧЕСКИХ ЗАКВАСОК
О ФЕРМЕНТИРОВАНИИ МОЛОКА БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ
«. молочнокислые бактерии утилизируют витамины, образованные пропионовокислыми и бифидобактериями, вследствие чего снижается лечебная и биологическая ценность продуктов.»
Как известно, все традиционные закваски имеют в своем составе молочнокислые бактерии, т.е. сквашивание молока происходит с обязательным их применением.
Основным недостатком распространенных пробиотических заквасок бифидобактерий (пропионовокислых бактерий) является то, что для их активизации требуются сложные питательные среды, и они не ферментируют молоко с образованием сгустка (геля), а только обогащают продукт бифидобактериями (пропионовокислыми бактериями), а для получения кисломолочного продукта используются дополнительно молочнокислые бактерии (термофильный стрептококк или кефирная закваска). Совместное культивирование данных микроорганизмов снижает пробиотические свойства кисломолочных продуктов.
Уникальность предлагаемых нашей компанией пробиотических заквасок (как промышленного так и домашнего применения) заключается в способности пробиотических микроорганизмов ( бифидобактерий и пропионовокислых бактерий ) ферментировать молоко и пищевые среды без использования традиционных заквасочных культур – молочнокислых бактерий, к которым как известно относятся бактерии родов Lactobacillus и Streptococcus. Все это стало возможным благодаря инновационному методу активизации пробиотических культур в молоке с получением высокой ферментативной активности микроорганизмов, что в обычных условиях невозможно добиться из-за слабой энергии роста и кислотообразования.
Суть преимущества представленных бактериальных концентратов заключается в том, что при ферментации молока (или иной пищевой среды) нашими пробиотиками происходит его максимальное обогащение витаминами, аминокислотами, ферментами и др. полезными веществами, что невозможно было бы добиться при обычном обогащении молока пробиотическими микроорганизмами (т.е. без разработанного метода их активизации в молоке), а также и при совместном культивировании с молочнокислыми бактериями, для которых указанные продукты метаболизма (полезные вещества) являются пищей для активного роста. Тем самым, молочнокислые бактерии просто мешали бы качественному насыщению пищевых продуктов, ферментируемых пробиотическими микроорганизмами (бифидо- и (или) пропионовокислыми бактериями), полезными нутриентами.
Иными словами, при совместном использовании в производстве, молочнокислые бактерии не дают пробиотическим бактериям (бифидо- и пропионовокислым) качественно обогатить кисломолочные продукты полезными веществами, потому что расходуют эти же вещества (витамины, аминокислоты, ферменты) для собственного роста.
Конечно, бифидо- и пропионовокислые бактерии также нуждаются в определенных питательных веществах, необходимых для их развития и роста, но в значительно меньшей степени, чем т.н. гомоферментативные молочнокислые бактерии, речь о которых пойдет ниже. Заявленные преимущества наших заквасок вытекают из особенностей молочнокислого брожения:
БРОЖЕНИЕ (ФЕРМЕНТАЦИЯ)
Брожение (ферментация), процесс анаэробного (без доступа молекулярного кислорода) расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В ходе Брожения в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов, и образуются химические соединения, которые микроорганизмы используют для биосинтеза аминокислот, белков, органических кислот, жиров и так далее. Одновременно накапливаются конечные продукты брожения: органические кислоты (молочная, уксусная, янтарная и др.), спирты (этиловый, бутиловый и др), ацетон, СО2, H2.
МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ
ПОТРЕБНОСТЬ В ФАКТОРАХ РОСТА
Как известно, молочнокислое брожение вызывается бактериями родов Lactobacillus и Streptococcus (лактобациллы и стрептококки). То есть при традиционном производстве кисломолочной биопродукции для процессов сквашивания сырья обязательно применяют различные лактобактерии, термофильные стрептококки. (прим.: в т.ч., применительно к данной теме, используют кефирную закваску и др. кислотообразующие микроорганизмы). Молочнокислые бактерии грамположительны, не образуют спор (за исключением Sporolactobacillus inulinus) и в подавляющем большинстве неподвижны. Все они используют в качестве источника энергии углеводы и выделяют молочную кислоту.
БОЛЬШИНСТВО МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ ОБРАЗУЕТ ПРАКТИЧЕСКИ ТОЛЬКО ОДНУ МОЛОЧНУЮ КИСЛОТУ, КОТОРАЯ СОСТАВЛЯЕТ НЕ МЕНЕЕ 90% ВСЕХ ПРОДУКТОВ БРОЖЕНИЯ. ТАКИЕ БАКТЕРИИ ЯВЛЯЮТСЯ ГОМОФЕРМЕНТАТИВНЫМИ.
К гомоферментативным бактериям относятся: Стрептококк молочный Streptococcus lactis, Сливочный стрептококк Streptococcus cremoris, Болгарская палочка Lactobacterium bulgaricum, Ацидофильная палочка Lactobacterium acidophilum и др. Основным полезным свойством молочнокислых бактерий является подавление гнилостной микрофлоры.
Как известно, по типу питания бактерии делятся на автотрофные, способные синтезировать органические вещества из неорганических, и гетеротрофные, питающиеся готовыми органическими веществами. Иными словами, помимо элементов минерального питания и источников углерода и энергии многие бактерии нуждаются еще в некоторых дополнительных веществах, называемых ФАКТОРАМИ РОСТА. Эти вещества входят в основной состав клетки, но некоторые микроорганизмы не способны их синтезировать сами.
ВЫВОДЫ О ПРЕИМУЩЕСТВЕ ФЕРМЕНТАЦИИ МОЛОКА БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ
Именно поэтому, ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ПРОБИОТИЧЕСКОГО КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА совместное использование бифидобактерий (или пропионовокислых бактерий ) и гомоферментативных молочнокислых бактерий (как кислотообразующих) на сегодняшний день уже не является актуальным, т.к. разработанный способ активизации указанных пробиотических микроорганизмов в молоке без дополнительных стимуляторов роста позволяет получать высококачественные кисломолочные биопродукты, максимально обогащенные полезными веществами, которые в свою очередь уже не расходуются для роста заквасочных молочнокислых бактерий.
Дополнительная информация о молочнокислых бактериях
ГОМОФЕРМЕНТАТИВНЫЕ МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ, ПРОДУЦИРУЮЩИЕ ПРАКТИЧЕСКИ ОДНУ ТОЛЬКО МОЛОЧНУЮ КИСЛОТУ
К гомоферментативным молочнокислым бактериям относятся следующие виды:
Стрептококк молочный Streptococcus lactis. Клетки его овальной формы, соединены попарно или в короткие цепочки. Оптимальная температура 30—35° С. Вызывает скисание молока, в котором накапливается около 0,8—1,0% молочной кислоты.
Сливочный стрептококк Streptococcus cremoris — шаровидные клетки, соединенные в цепочки. Оптимальная температура роста 25—30° С. По кислотообразующей активности он подобен стрептококку молочному.
Ацидофильная палочка Lactobacterium acidophilum, выделена из экскрементов грудных детей и молодых животных. По форме и действию сходна с болгарской палочкой. Оптимальная температура роста 40° С.
Зерновая термофильная палочка Thermobacterium cereal (Lactobacterium delbr?ckii) — длинные клетки с температурным оптимумом 48—52°С, накапливают до 2,2% молочной кислоты. Сбраживает растительное сырье, в молоке не развивается. Lactobacterium plantarum — небольшая палочка, способная к удлинению (иногда образует цепочки). Этот вид накапливает около 0,9—1,2% молочной кислоты. Сбраживает растительное сырье. Развивается при квашении овощей, консервируя их, а в сахарном, спиртовом и других производствах является вредителем.
Огуречная палочка Lactobacterium cucumeris fermentati короткая палочка, часто соединенная попарно или в виде цепочки, накапливает около 1 % молочной кислоты при температуре 35° С.
ГЕТЕРОФЕРМЕНТАТИВНЫЕ МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
Представителями гетероферментативных молочнокислых бактерий являются вариабельные по форме бифидобактерии из рода Bifidobacterium (B. bifidum) и кокковые из рода Leиconostoc (L. mesenteroides), Lactobacillus brevis, Bacterium coli и др. Некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии (например, Lactobacterium pentoaceticum) могут сбраживать пентозы с образованием молочной и уксусной кислот, что имеет место при силосовании кормов. Накапливающиеся при этом кислоты предохраняют силос от порчи.
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ
Что такое термофильные молочнокислые бактерии
В повседневной обыденной жизни широко распространены и часто используются молочнокислые бактерии. Их используют при употреблении в пищу кефиров, йогуртов, молочнокислых продуктов, купленных в магазине, а в аптеке приобретают препараты для восстановления микрофлоры кишечника после приема антибиотиков.
Люди, которые страдают избыточным весом, вспоминают о чудодейственных микроорганизмах, содержащихся в кефире, а некоторые женщины экономят на косметике, прибегая к лечебному действию молочнокислых микроорганизмов.
На сегодняшний день известны такие классические культуры молочнокислых бактерий, как Streptococcus thermophilus, Lactobacterium delbrucku subsp. lactis, Lactobacterium delbrucku subsp. bulgaricus (йогуртные культуры), все более значительную роль играют специальные культуры, такие как Lactobacterium acidophilus, Lactobacterium casie subsp. rhamnosus, а также бифидобактерии Bifldobactirium lactis, Bifidobactirium longum. Их используют в биопромышленности как самостоятельно, так и в совокупности с другими молочнокислыми бактериями. Например, в йогурты добавляют не только специальные йогуртные культуры, но и бифидобактерии, ароматобразующие бактерии или ацидофильные палочки. Многие штаммы культур, которые используются в молочной промышленности, относятся к пробиотикам. Они оказывают стимулирующее и регулирующее действие на организм и обладают антагонистическими свойствами, влияющими на болезнетворные и условно-патогенные микроорганизмы желудочно-кишечного тракта.
Установлено, что пробиотические штаммы микроорганизмов дают многоплановый эффект. Например, пробиотики благотворно действуют при диарее, вызываемой клостридиями или ротавирусами, а также связанной с приемом антибиотиков или химиотерапией. Нет сомнений, что пробиотики способны влиять на определенные иммунологические параметры, например усиливать активность фагоцитов (макрофагов) и лимфоцитов.
Доказано, что под действием пробиотиков снижается концентрация токсических веществ в организме человека, активность канцерогенных ферментов, улучшается усвояемость лактозы (особенно важно для людей, которые имеют её непереносимость).
Пробиотики имеют и другие научно обоснованные оздоравливающие свойства: профилактика инфекционных заболеваний, остеопороза, улучшение состояния при аллергических и аутоиммунных заболеваниях, снижение уровня холестерина, регулирование моторики желудочно-кишечного тракта.
Молочный гриб появляется вследствие симбиоза около десяти различных микробов, растущих и размножающихся вместе. В состав гриба входят:
Кефирный продукт, появляющийся в результате жизнедеятельности молочного гриба, является продуктом одновременно и молочнокислого, и спиртового брожения. В кефире содержится не только молочная кислота, но также спирт и углекислый газ.
Полученный продукт обладает сильным сокогонным действием, потому что в нем содержатся молочная кислота, спирт, углекислоты и казеин. Молочная кислота придает напитку не только определенные вкусовые качества, но и определяет его диетические и профилактические свойства. Результатом её работы является активизация выделения пищеварительных ферментов в кишечный тракт и стимулирование их действия. Благодаря молочной кислоте в организме повышается усвоение фосфора и кальция.
Полезное действие кефира обусловлено его подавляющим действием по отношению к ряду микроорганизмов, в том числе и к болезнетворным организмам. Такое действие кефиров обусловлено способностью вырабатывать молочную кислоту и вещества (перекись водорода, уксусная, бензойная кислоты и др.), прекращающие развитие вредных бактерий в кишечнике, что, как правило, приводит к торможению гнилостных процессов и прекращению образования токсичных продуктов распада.
В результате молочнокислого и спиртового брожения содержание большинства витаминов в кисломолочных продуктах возрастает, за исключением ниацина. Свернутое молоко легче переваривается, чем натуральное, за счет изменения главных составных частей молока, поэтому люди, страдающие неусвоением лактозы, могут употреблять ферментированные молочные продукты без риска кишечных расстройств, так как количество лактозы в таких продуктах снижается до минимума благодаря действию микрофлоры закваски.
В кефире накапливаются антибактериальные вещества, органические кислоты, ферменты, свободные аминокислоты, витамины. Питательная ценность кефиров определяется содержанием в них углеводов, белков, минеральных солей и витаминов, которые находятся в легкоусвояемой для организма человека форме. В кефирах содержится около 250 различных веществ, 25 витаминов, 4 вида молочного сахара, пигменты и большое количество ферментов. Питательные вещества кефиров не только сами хорошо усваиваются, но и стимулируют усвоение питательных веществ других продуктов.
Бактерии, находящиеся в кефире, побуждают иммунную систему мобилизовать все силы организма на борьбу с раковыми клетками. Микроорганизмы кисломолочных продуктов играют большую роль в четком пропорциональном накоплении полезных веществ.
Пристальное внимание ученых привлекли полисахариды, содержащиеся в кефире. Результаты исследований свидетельствуют о том, что культура молочного гриба обезвреживает имеющиеся в организме токсины и снижает уровень холестерина в крови. Таким образом, кефир является прекрасным профилактическим средством против продолжительного действия на организм ядовитых веществ и заболеваний сердечно-сосудистой системы. По этой причине курящим людям, диабетикам, а также страдающим избыточным весом нужно обязательно включить в свой рацион кефир.
Лабораторные эксперименты показали, что молочнокислые бактерии, в больших количествах содержащиеся в кефире, нейтрализуют действие так называемых ферментов, которые являются главными виновниками разрастания раковых клеток в кишечнике. Доказано, что молочнокислые бактерии препятствуют развитию рака молочной железы и рака толстой кишки, а также способствуют лечению данных болезней. Ученые считают, что ежедневное употребление кефира в количестве 500 грамм является эффективной мерой профилактики рака.
На основании полученных результатов исследований множества авторов можно утверждать, что культуры микроорганизмов, входящие в состав кефирного продукта молочного гриба, возможно использовать в биотехнологии при производстве пробиотических препаратов, применяемых для профилактики болезней желудочно-кишечного тракта животных и даже человека.
Рецензенты:
Николаенко В.П., д.вет.н., профессор, г.н.с. лаборатории инфекционных, незаразных и паразитарных болезней ФГБНУ «ВНИИОК», г. Ставрополь;
Луцук С.Н., д.вет.н., профессор, зав. кафедрой паразитологии и ВСЭ, анатомии и патанатомии им. С.Н. Никольского, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», г. Ставрополь.