2. Бактерії

Відомий для дріжджів шлях утворення етанолу (фруктозобісфосфатний шлях, піруватдекарбоксилазна реакція) із всіх досліджених бактерій виявлений у Sarcina ventriculi.

Sarcina ventriculi відноситься до групи грампозитивних анаеробних коків. Клітини нерухомі; діляться у трьох площинах, тому в культурі часто утворюють пакети, що складаються з 8 і більше клітин. Речовиною, що зв'язує клітини в пакетах, служить целюлоза. Описана здатність утворювати ендоспори. Єдиний спосіб отримання енергії - зброджування цукрів. Потреба в поживних речовинах досить висока (численні амінокислоти і ряд вітамінів).

Крім етилового спирту і СО₂ в якості продуктів бродіння S.ventriculi в середовищі накопичується оцтова кислота і виділяється молекулярний водень.

Здатність здійснювати в анаеробних умовах спиртове бродіння притаманна також бактерії Erwinia amylovora. Erwinia amylovora відноситься до групи ентеробактерій. Це грамнегативні рухливі палички. Особливістю виду є його патогенність для рослин. Факультативний анаероб. В аеробних умовах отримує енергію в процесі дихання. Крім етилового спирту і СО2 в якості продуктів бродіння у Е. amylovora в середовищі накопичується молочна кислота.

Різноманітність кінцевих продуктів у цих бактерій пов'язана з тим, що піруват, який утворюється при зброджуванні глюкози шляхом гліколізу, далі може метаболізуватися по різному: відновлюватися до молочної кислоти; піддаватися декарбоксилюванню і подальшому відновленню, піддаватися ферментативному розщепленню, що призводить до утворення ацетату та ін. [3, 4].

Із соку агави (Agave mexicano) була виділена паличкоподібна грампозитивна рухлива бактерія з полярними джгутиками, яка утворює етанол. Ця бактерія Zymomonas mobilis розщеплює глюкозу 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатним шляхом і розщеплює піруват за допомогою піруватдекарбоксилази на ацетальдегід і вуглекислий газ. Ацетальдегід відновлюється до етанолу. Продуктами цього процесу є етанол, СО₂ та невелика кількість молочної кислоти (лактату).

При бродіннях, які викликані деякими видами Enterobacteriaceae і клостридіями, етанол є побічним продуктом. Попередник етанолу – ацетальдегід – утворюється не прямо з пірувату, а шляхом відновлення ацетил-КоА.

Зовсім іншим шляхом утворюють етиловий спирт гетероферментативні молочнокислі бактерії (наприклад, Leuconostoc mesenteroides). Глюкоза розщеплюється ними по пентозофосфатному шляху до пентозофосфату. На ксилулазо-5-фосфат діє фосфокетолаза з утворенням ацетил фосфату і гліцеральдегід-3-фосфат. Утворений ацетилфосфат відновлюється ацеальдегіддегідрогеназою і алкогольдегідрогеназою в етанол. Гліцеральдеід-3-фосфат відновлюється до лактату (через піруват). [Шлегель]

2. Мікроорганізми молочнокислого бродіння

Багато напрямів практичного використання молочнокислих бактерій виникли давно, коли людина почала використовувати їх в повсякденному житті. Перші наукові дослідження були проведенні Л. Пастером. Основною властивістю молочнокислих бактерій, яка дозводяє об'єднати їх в одну фізіологічну групу, є здатність існувати за рахунок бродіння, накопичуючи при цьому в якості головного продукту молочну кислоту [1].

Молочнокислі бактерії об'єднують в родину Lactobacillaceae. Ця група бактерій морфологічно гетерогенна (включає довгі і короткі палочки, а також коки), але всі бактерії цієї групи є грампозитивними, не утворюють спор ( за винятком Sporolactobacillus inulinus) і в переважній більшость нерухомі. Молочнокислі бактерії здатні тільки до бродіння; не містять гемопротеїнів (таких, як цитохроми і каталаза). Незважаючи на це Lactobacillaceae можуть рости в присутності кисню; будучи аеробами, вони все ж аеротолерантні.

Ще одна відмінна ознака молочнокислих бактерій - це необхідність ростових речовин. Жоден представник цієї групи не може рости на середовищі з глюкозою та солями амонію. Більшість потребує ряд вітамінів (лактофлавін, тіамін, пантотенова, нікотинова і фолієва кислоти, біотин) і амінокислоти, а також пурини і піримідини. Культивують ці бактерії переважно на складних середовищах, які містять відносно велику кількість джіжджового екстракту, томатного соку, сироватки молока і навіть крові. Молочнокислі бактерії не можуть синтезувати порфірини, але володіють здатністю засвоювати молочний цукор (лактозу). Цим вони подібні з багатьма кишковими бактеріями (наприклад, Escherichia coli).

У зв'язку з утворенням великої кількості молочної кислоти поживне середовище для молочнокислих бактерій має бути добре забуферена. З цією метою, частіше всього, додають карбонат кальцію. На агаризованому середовищі з вапном утворення кислоти виявляється за прозорим полем навколо колоній. В природних умовах вони зустрічаються: в молоці, місцях його переробки і молочних продуктах; на рослинах і на рештках рослин які розкладаються; в кишечнику і на слизових оболонках людини і тварин. Завдяки утворенню великої кількості молочної кислоти, до якої вони толерантні, молочнокислі бактерії при відповідних умовах можуть досить швидко розмножуватися, витіснюючи інші мікроорганізми. З цієї причини їх легко культивувати на селективних середовищах і легко виділяти.

В залежності від того, які продукти утворюються при зброджуванні глюкози - тільки молочна кислота чи також інші органічні продукти і вуглекислий газ - молочнокислі бактерії прийнято поділяти на гомоферментативні і гетероферментативні.

Гомоферментативні молочнокислі бактерії утворюють практично тільки одну молочну кислоту (90 % від всіх продуктів бродіння). Катаболізм глюкози відбувається у них по фруктозобісфосфатному шляху, а водень, який від'єднується при дегідруванні гліцеральдегід-3-фосфату, передається на піруват. Лише невелика частина пірувату декарбоксилюється, перетворюючись в оцтову кислоту, етанол і СО_2, а також в ацетат. Кількість утворених побічних продуктів залежить від доступу кисню.

У гетероферментативних молочнокислих бактерій немає головних ферментів фруктозобісфосфатазного шляху - альдолази і тріозофосфатізомерази. Початкове перетворення глюкози йде у них виключно по пентозофосфатному шляху, тобто через глюкозо-6-фосфат, 6-фосфоглюконат і рибулозо-5-фосфат, які в подальшому перетворюються у гліцеральдегідфосфат і ацетилфосфат. Ацетилфосфат відновлюється до етанолу. При зброджуванні фруктози гетероферментативними бактеріями утворюється лактат, ацетат, вуглекислий газ і манітол [3, 2].

Молочнокислі бактерії відносять до родів Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus, Pediococcus.

Рід Lactobacillus об'єднує паличкоподібні бактерії, форма яких різноманітна - від довгих ниткоподібних до коротких кокоподібних. Деякі види цього роду здатні рости і при високих температурах (45 ^оС), утворювати газ на середовищах з вуглеводами. Серед представників роду є гомо- і гетероферментативні види.

Рід Leuconostoc об'єднує гетероферментативні кокоподібні бактерії, які бувають овальними або яйцеподібними. Представники цього роду часто зброджують трегалозу, не утворюють аміак із аргініну і продукують D-молочну кислоту з глюкози.

До роду Pediococcus відносять гомоферментативні кокоподібні бактерії. Поділ їх клітин відбувається в двох площинах, в результаті чого часто утворюються тетради або грона.

Рід Streptococcus об'єднує гомоферментативні кокоподібні бактерії сферичної або овальної форми, які діляться в одній площині і розташовуються парами або ланцюгами. Стрептококи поділяють на фекальні, молочні, стрептококи ротової порожнини і піогенні.