9.2 Пропионовокислые бактерии
Являются возбудителями пропионовокислого брожения, при котором углеводы ферментируются с образованием главных продуктов брожения - пропионовой кислоты и ее солей - пропионатов.
Пропионовокислые бактерии относят к семейству Propionibacteriaceae, роду Propionibacterium, который включает две основные группы микроорганизмов, выделенных из различных естественных сред обитания.
Виды, выделенные из сыра и молочных продуктов, отнесены к «классическим пропионобактериям», или «молочным пропионобактериям». Они были найдены и в других естественных ферментациях, например силосе, в забродивших (ферментирующих) маслинах, выделены также из почвы.
Вторую группу составляют виды, обнаруженные на человеческой коже или встречающиеся в других местах, например кишечнике. Они выделены также из угрей, поэтому их называют «группой акнес (угрей)» или «кожными пропионобактериями». Угрями называют воспаление сальных желез кожи.
В первую группу включены 4 вида: P. freudenreichii, P. jensenii, P. thoenii и Р. acidipropionici.
К группе кожных пропионобактерии относятся также 4 вида: Р. acnes, P. avidum, P. granulosum и P. lymphophilum. Среди P. acnes и Р. avidum различают по два биовара, которые обозначают как первый и второй.
Типовым видом рода является Propionibacterium freidenreichii (назван по имени швейцарского бактериолога Edouard'a Freidenreich'a, который первый выделил этот вид).
В прошлом штаммы этого вида были дифференцованы на 2 подвида: P. freidenreichii subsp. freidenreichii и P. freidenreichii subsp. schermanii. Первый подвид восстанавливал нитраты и не ферментировал лактозу, второй - наоборот. Поэтому в сыроделии использовали Р. freidenreichii subsp. schermanii. В последнее время такого деления нет, так как подвиды определяют по генетическим, а не фенотипическим особенностям. Например, содержание моль % гуанина + цитозина (Г+Ц) в молекулах ДНК различных видов микроорганизмов. Пределы такого содержания для пропионовокислых бактерий составляют 53-68 моль %.
Морфология. Бактерии пропионовокислого брожения представляют собой неподвижные, не образующие спор и капсул грамположительные полиморфные палочки размером 0,5-0,8 х 1-5 мкм. Клетки могут быть кокковидными, удлиненными, раздвоенными или разветвленными, встречаются булавовидные формы. Располагаются одиночно, парами, короткими цепочками, в виде букв V или Y или группами и в виде китайских иероглифов (рис. 26), но нитчатые формы отсутствуют.
Классические пропионобактерии имеют тенденцию к образованию более коротких и довольно толстых форм, хотя все штаммы могут быть очень вариабельными, особенно в ранних культурах в логарифмической фазе роста. Штаммы P. acnes образуют тонкие палочки в молодых культурах. В более старой культуре все виды имеют тенденцию к образованию кокковых форм.
Значительное число штаммов всех видов может продуцировать внеклеточную слизь, не организованную ' в форме четких индивидуальных капсул.
Состав и расположение аминокислот межпептидных соединений (связей) в пептидогликане клеточной стенки различно для отдельных видов пропионобактерии. Чаще встречаются сочетания: аланин-глицин-глутамин; аланин-глутамин-мезо-диамино-пимелиновая кислота.
Рисунок 26 ‑ Пропионовокислые бактерии
Изомеры диаминопимелиновой кислоты имеются в клеточной стенке всех видов, за исключением P. limphophilum, где вместо них имеется лизин.
Культуралъные свойства. Пропионовокислые бактерии являются факультативными анаэробами, но вариабельными по аэротолерантности. Большинство культур растет в той или иной степени на воздухе, хотя большинство штаммов наиболее быстро растут в строго анаэробных условиях.
В пищевых потребностях обе группы пропионобактерий оказываются схожими. Пантотенат кальция требуется для всех штаммов, многим необходим биотин; рост улучшается тиамином и никотинамидом; соль олеиновой кислоты (олеат) также является стимулятором, а некоторым штаммам требуется р-аминобензойная кислота. Потребности в аминокислотах комплексные для группы акнес, но некоторые из классических пропионобактерий могут расти с аммонием сульфатом как источником азота.
Превосходный рост всех пропионобактерий может быть получен на трипсиново-дрожжевой экстракт-глюкозной среде, содержащей 0,05 % твина-80. Бактерии хорошо растут в бульоне с пептоном, дрожжевым экстрактом и глюкозой в глубоких пробирках при свободном доступе воздуха. Вызывают помутнение бульона и образование часто окрашенного осадка. Большинство штаммов растет в глюкозном бульоне с 20 % желчи и 6,5 % NaCl.
На плотной среде (кровяном агаре) пропионовокислые бактерии образуют мелкие выпуклые полупрозрачные блестящие колонии, которые могут быть белыми, серыми, розовыми, красными, желтыми или оранжевыми. Оптимальный рост наблюдается при температуре 30-37 °С и рН около 7. Некоторые штаммы растут при 25 и 45 °С. Классические пропионовокислые бактерии лучше растут при 30-32 °С, а штаммы кожных видов - при 36-37°С. Максимальный рост достигается через 48 ч.
Биохимические свойства. Пропионобактерий являются хемоорганотрофами. Продукты ферментации включают большие количества пропионовой и уксусной кислот, и меньшие количества изовалериановой, муравьиной, янтарной, молочной кислот и диоксида углерода.
В молоке пропионовокислые бактерии развиваются медленно и свертывают его через 5-7 дней.
Несмотря на слабую энергию кислотообразования при развитии этих бактерий, предельная кислотность молока может достигать 160-170
Пропионовокислому брожению подвергаются различные углеводы, в том числе глюкоза и лактоза, а также лактаты, т.е. соли молочной кислоты, и пептон.
Пропионовокислые бактерии используют в составе заквасок при производстве твердых сыров с длительным сроком созревания.
После окончания молочнокислого брожения лактозы в созревающем сыре наступает стадия пропионовокислого брожения, сопровождающаяся сбраживанием молочной кислоты в уксусную и пропионовую кислоты. Эти кислоты придают сырам острый вкус, а образующийся диоксид углерода формирует рисунок сыра (глазки). Пропионовокислые бактерии способны синтезировать витамин Bt2 и обогащать им молочные продукты. Кожные пропионобактерии витамина В12 не продуцируют. Пропионобактерии образуют аммиак из белковых веществ, фермент каталазу и ферменты дегидрогеназы и цитохромы.
Пропионобактерии обнаруживаются в основном в сыре и в молочных продуктах, а также на кожных покровах человека.