Бактерии брожения польза и вред
Люди уже давно получают и используют продукты природного процесса брожения в своих интересах. Квашеные овощи, вино, сыр, кисломолочные продукты – все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые, вкладывая собственную энергию в ходе ряда химических реакций-превращений, одни органические соединения преобразуют в другие. Новообразованная органика имеет для человека особую ценность.
Виды брожения
Брожение – это химический процесс, который протекает в средах с окислительно-восстановительным потенциалом (они не до конца окислены и не до конца восстановлены).
В зависимости от состава среды, процесс брожения инициируют и осуществляют разные виды бактерий. Указанные обстоятельства определяют, какой вид брожения протекает в каждом конкретном случае.
Различаются следующие основные виды брожения:
- молочнокислое;
- пропионовокислое;
- смешанное (уксусное);
Роль бактерий в каждом из этих видов – снабжение процесса энергией и потребление выделяющейся энергии.
Молочнокислые бактерии
Что такое кисломолочные продукты, их роль и значение для здоровья человеческого организма – один из самых популярных вопросов о здоровье. Людей интересует, что это за такие интересные процессы, вызывающие столь глобальное оздоровление организма. Ответ на этот вопрос знают микробиологи.
Для начала можно дать характеристику бактериям, которые производит молочную кислоту – основу кисломолочного продукта:
- В группу входят два разных по происхождению рода микроорганизмов (лактобактерии и бифидобактерии). Эти бактерии имеют разную морфологию, но и у лакто-, и у бифидобактерий грамположительная клеточная стенка.
- Энергию для жизни получают только в процессе брожения, именно этот процесс играет ключевую роль в энергетическом обеспечении всех их жизненных процессов.
- Способ питания – гомоферментное (лактобактерии) или гетероферментное (бифидобактерии) преобразование лактозы (молочного сахара) в лактат (молочную кислоту).
- Процесс дыхания отсутствует, но данные бактерии относятся к анаэробным прокариотам, которые не используют кислород для своих жизненных процессов. При этом данная группа микроорганизмов может жить в присутствии кислорода, он не является для них ядом и не влияет на их функции в каком-либо негативном значении.
Что представляет собой гомоферментное брожение, характерное для питания лактобактерий:
- При воздействии на лактозу фермента β-галактозидаза, молекула лактозы распадается на две молекулы глюкозы.
- Запускается процесс гликолиза, в котором используется прибывшая к месту реакции молекула АТФ.
- Глюкоза, преобразуясь в пируват, использует один фосфорный остаток АТФ, превращая его в АДФ.
- На следующем этапе пируват возвращает фосфорный остаток молекуле АДФ, в результате чего получается органическая молекула молочной кислоты.
Лактобактерии
Гетероферментное питание подразумевает то, что анаэробные бифидобактерии используют несколько ферментов для разложения глюкозы (бифидобактерии легко используют для питания не только молочный сахар, а любую глюкозу).
На глюкозу воздействуют несколько ферментов: фосфоглюконат, рибулозодифосфат. При образовании энергетических связей и их распаде получается лактат (молочная кислота), тот же продукт, что и в способе, который используют лактобактерии.
Но, кроме того, при гетероферментном способе сбраживания образуется важный коэнзим Ацетил-КоА, который регулирует углеводный и жировой обмен.
Именно на этом свойстве бифидобактерий в кишечнике основаны препараты, которые призваны наладить обмен веществ. Для этой регулировки решающее значение имеют бифидобактерии.
Это довольно простой способ питания, но имеющий большое значение для человека, если вспомнить, какую роль играют молочнокислые бактерии в защите кишечника, кожи и всех слизистых организма.
Сегодня простейшие анаэробные микроорганизмы, у которых вообще отсутствует дыхание, используются на многих производствах:
- Их выращивают для наведения порядка в кишечнике и подавления микрофлоры гниения. Гниение – это катаболический процесс, который дезактивируется в кислотной среде. Проще говоря, бактерии гниения погибают в среде, где основу составляют продукты жизнедеятельности молочных бактерий.
- Так же, как для наведения порядка в кишечнике, их используют для предотвращения гниения на коже и на слизистых человека. Гниение на этих тканях предотвращается по той же причине (бактерии гниения погибают, отравленные молочной кислотой).
Восстановление естественной бактериальной защиты организма и эффективная борьба с микрофлорой гниения в кишечнике – не единственное значение для человека работы молочнокислых организмов. Их роль в продуцировании жизненно важных витаминов и в формировании и поддержании иммунитета сложно переоценить.
Пропионовокислые бактерии
Propionibacterium образуют пропионовую кислоту (пропионат), которая имеет решающее значение на стадии дозревания сыров.
Дыхание пропионибактерий анаэробное. Кроме сыра, место их обитания – рубец и кишечник жвачных животных, а также кожа лица человека (являются причиной сильных воспалений).
Способ разложения глюкозы при данном виде брожения предусматривает выделение таких полезных соединений, как:
- биотин (водорастворимый фермент группы В);
- молочная кислота.
Кожа, пораженная деятельностью пропионибактерий
Этот состав объясняет пользу сыров для здоровья человека, в том числе и для общего оздоровления кишечника.
Смешанное брожение
В результате этого вида анаэробного дыхания микроорганизмов из глюкозы производится целая сложная смесь кислот:
- ацетат (уксусная кислота);
- лактат;
- сукцинат (янтарная кислота);
- формиат (муравьиная кислота).
Микроорганизмы, которые осуществляют дыхание через смешанное брожение, в процессе систематизации выделили в отдельный порядок – энтеробактерии (Enterobacteriaceae). В этот порядок входят практически все основные возбудители кишечных инфекций человека: сальмонеллы, кишечные палочки, шигеллы, клебсиеллы.
В отсутствие глюкозы эти микроорганизмы могут переходить на кислородный способ дыхания (факультативные анаэробы). Они очень нетребовательны к субстрату для роста и размножения, но некоторые виды погибают при повышении температуры среды.
Живут в кишечнике человека, при проведении санитарно-эпидемиологических исследований являются симптомом наличия фекального загрязнения.
Спиртовое брожение
Однако не только бактерии являются фабриками по разложению глюкозы на составляющие с образованием новых органических соединений. Человеку давно известен способ получения этанола с помощью одноклеточных грибов – дрожжей. Осуществляющие спиртовое брожение дрожжи выделены в отдельную внетаксономическую группу, причем границы этой группы еще не до конца определены.
По генетическому анализу спиртовые дрожжи имеют общие родственные связи с аксомицетами (несовершенными грибами). Одни из самых известных несовершенных грибов – трюфели.
Процесс спиртового брожения по способу мало чем отличается от других видов преобразования глюкозы. Спиртовые дрожжи в отсутствии кислорода переключаются на анаэробное дыхание (если кислород есть, спиртовые дрожжи дышат только им). Этот эффект спиртовых дрожжей исследовал и описал Луи Пастер. Теперь он так и называется: эффект Пастера.
Кроме того, если во время брожения в субстрат добавлять некоторые химические вещества, то меняется состав продуктов брожения. Так, например, можно получить глицерин.
Но не только дрожжи могут сбраживать глюкозу с образованием этанола, есть один род бактерий – Sarcina. Эти микроорганизмы осуществляют сбраживание по тому же пути, что и дрожжи. Кроме процессов, в которых спирт является основным продуктом, есть еще процесс, где этанол – побочный продукт брожения. Эти процессы протекают в организмах клостридий и энтеробактерий.
Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.
В то время как ферментация традиционно использовалась для увеличения срока годности, недавние исследования выявили ряд полезных для здоровья эффектов от употребления продуктов, получаемых в результате молочнокислого брожения.
Эта статья объясняет все, что вам нужно знать о молочнокислом брожении.
Что такое молочнокислое брожение (лактоферментация)?
Ферментация продуктов – это процесс, при котором бактерии, дрожжи, плесень или грибки расщепляют углеводы, такие как крахмал и сахар, на кислоты, газы или спирт. В результате получается ферментированный пищевой продукт с желаемым вкусом, ароматом или текстурой (1).
Существуют различные виды ферментации: вино производится путем спиртовой ферментации с использованием дрожжей, уксус ферментируется бактериями, продуцирующими уксусную кислоту, а соевые бобы ферментируются плесенью, в результате чего получают темпе (2).
Термин «лакто» относится к молочной кислоте, которая является типом кислоты, образующейся при расщеплении сахара в бескислородной среде. Впервые она была идентифицирована в молоке, которое содержит сахарную лактозу, отсюда и название молочная кислота.
Молочнокислое брожение использует бактерии, продуцирующие молочную кислоту (в основном из рода Lactobacillus), а также некоторые дрожжи. Эти бактерии расщепляют сахара в пище с образованием молочной кислоты, а иногда и алкоголя или углекислого газа (1, 3, 4).
Примерами продуктов, получаемых в результате молочнокислого брожения являются:
- ферментированное молоко
- йогурты
- мясо
- хлеб на заквасках
- оливки
- квашеная капуста
- кимчхи
- соленья (1, 5)
Кроме того, во всем мире производится большое количество менее известных традиционных лактоферментированных продуктов. К ним относятся турецкий шалгам, который представляет собой сок красной моркови и репы, и эфиопская ынджера – лепешка на закваске (3, 5, 6).
Резюме:
Молочнокислое брожение (лактоферментация) – это процесс, при котором бактерии расщепляют сахара в пищевых продуктах и образуют молочную кислоту. К лактоферментированным продуктам относятся йогурт, квашеная капуста, кимчхи и соленья.
Процесс молочнокислого брожения
Популяции молочнокислых бактерий встречаются по всей природе, в том числе у животных и человека. Те, которые содержатся в молоке и фруктах, зерновых, овощах и мясе, могут быть использованы для брожения.
Кроме того, специальные культуры можно разводить и добавлять в пищу, чтобы начать процесс ферментации. С помощью этих бактерий можно сбраживать продукты, обеспечивая особый вкус или аромат, или улучшая качества и безопасность пищевых продуктов (3, 7).
Простейший метод молочнокислого брожения – погрузить пищу, которая содержит молочнокислые бактерии, такие как капуста или огурец, в рассол из воды и соли.
Ферментированное молоко, йогурт и закваска также могут сбраживаться сами по себе, но часто для обеспечения безопасности и лучшего вкуса используется закваска.
Для ограничения воздействия кислорода обычно используется герметичный контейнер, такой как стеклянная банка, керамический горшок или пищевой пластиковый контейнер. Некоторые продукты, такие как квашеная капуста, хранятся в больших бочках и придавливаются, чтобы овощи погрузились в соленый рассол.
Когда бактерии расщепляют сахар, образуются молочная кислота и углекислый газ, которые удаляют кислород и делают пищу более кислой. Это стимулирует рост еще большего количества молочнокислых бактерий и предотвращает рост других микроорганизмов (3).
Время, необходимое для брожения, колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев. После этого ферментированную пищу обычно хранят в прохладном месте, чтобы замедлить дальнейшую ферментацию и предотвратить порчу.
Резюме:
Во время процесса молочнокислого брожения молочнокислые бактерии расщепляют углеводы на молочную кислоту и углекислый газ. Это создает кислую среду с низким содержанием кислорода, которая стимулирует рост полезных бактерий и предотвращает рост других микроорганизмов.
Почему используется молочнокислое брожение?
Ферментация использовалась для сохранения продуктов питания в течение тысячелетий, поскольку она очень проста, недорога и эффективна (8).
Увеличение численности определенного типа полезных бактерий в пище делает невозможным рост вредных микроорганизмов, предотвращая порчу пищи (2, 9).
Кислая среда с низким содержанием кислорода и добавление соли способствуют созданию среды обитания, благоприятной для полезных бактерий и враждебной для потенциально вредных организмов, таких как грибки и плесень (3).
Продолжительность хранения ферментированных пищевых продуктов может различаться в зависимости от вида пищевых продуктов, температуры, контейнера и любой дальнейшей обработки. Молоко хранится от нескольких дней до недель, охлажденный йогурт – до месяца, а ферментированные овощи – от 4 до 6 месяцев или дольше.
Некоторые ферментированные продукты после ферментации пастеризуются, что убивает все живые бактерии и позволяет хранить их дольше. Тем не менее эти продукты не приносят такой пользы для здоровья в отличие от живых бактериальных культур.
В дополнение к этому, ферментация облегчает переваривание пищи, уменьшает или устраняет необходимость в приготовлении пищи, продлевает срок годности, сокращает количество пищевых отходов и добавляет характерные вкусы, текстуры и ароматы (2, 3, 5).
Резюме:
Молочнокислое брожение традиционно используется для сохранения продуктов питания путем предотвращения роста вредных микроорганизмов. Это продлевает срок годности пищевых продуктов и уменьшает потери продуктов питания, создавая особый вкус, текстуру и аромат.
Чем молочнокислое брожение отличается от консервирования?
Ферментированные и консервированные продукты могут выглядеть одинаково, но они совершенно разные.
Консервирование использует тепло для стерилизации пищи и устранения или уменьшения роста вредных организмов. Поскольку еда запечатана в банке, внутрь не могут попасть вредные организмы или воздух, и пища может храниться в течение очень длительного периода (10).
С другой стороны, для молочнокислого брожения используются живые бактерии для предотвращения роста вредных организмов. Ферментированные продукты могут подвергаться некоторой тепловой обработке, как в случае пастеризованного ферментированного молока, но они не нагреваются до такой же степени (11).
Консервы обычно имеют более длительный срок хранения, чем ферментированные продукты, но их также сложнее приготовить, особенно в домашних условиях. Консервирование требует специального оборудования для стерилизации, тогда как для основной ферментации требуется только емкость, вода, а иногда и соль.
Вкусы, текстуры и ароматы ферментированных и консервированных продуктов также очень разные. Консервированные продукты мягкие и могут содержать добавленный сахар или соль. Продукты, которые были подвержены процессу молочнокислого брожения, как правило, не готовятся, имеют отчетливый аромат и имеют кислый, а иногда и соленый вкус.
Наконец, в то время как консервирование сохраняет большинство питательных веществ, некоторые витамины группы B и витамин C теряются. Напротив, ферментация сохраняет и даже увеличивает количество многих питательных веществ и полезных соединений (6, 12).
Резюме:
Консервирование использует тепло для приготовления пищи и уничтожения вредных микроорганизмов, в то время как в молочнокислом брожении используются полезные бактерии для предотвращения роста вредных микроорганизмов.
Польза продуктов, полученных в результате молочнокислого брожения
Появляется все больше свидетельств того, что ферментированные продукты полезны для здоровья. Польза в основном связана с соединениями, вырабатываемыми молочнокислыми бактериями (1, 6, 13).
Например, во время ферментации молока бактерии продуцируют соединение, понижающее кровяное давление, известное как ингибитор ангиотензинпревращающего фермента (ингибитор АПФ). Таким образом, ферментированное молоко может помочь в лечении высокого кровяного давления (6, 14).
Другой пример – кимчхи – традиционная корейская квашеная капуста. Он содержит множество аминокислот и других биологически активных соединений, которые, как было установлено, улучшают состояние при сердечно-сосудистых заболеваниях и помогают бороться с воспалением, некоторыми видами рака, инфекциями и ожирением (15, 16, 17, 18, 19).
Кроме того, ферментированные продукты, такие как молочные продукты, квашеная капуста и оливки, являются богатыми источниками живых бактерий. Эти бактерии могут способствовать здоровью таким же образом, как и пробиотики, поддерживая здоровье кишечника и иммунную функцию (20, 21, 22, 23).
Вот другие потенциальные полезные свойства продуктов, полученных путем молочнокислого брожения:
- Улучшение усвоения питательных веществ. Ферментация увеличивает доступность питательных веществ в пище. Например, железо легче усваивается из ферментированных овощей, чем из неферментированных (6, 24).
- Уменьшение воспаления. Ферментированные продукты могут снизить количество воспалительных молекул, повысить антиоксидантную активность и улучшить защитный барьер кишечника (25, 26).
- Улучшение здоровья сердца. Было обнаружено, что йогурт и кисломолочные продукты способствуют умеренному снижению кровяного давления и уровня холестерина (27, 28).
- Поддержка иммунной функции. Было выявлено, что некоторые штаммы молочнокислых бактерий обладают иммуностимулирующим, противовирусным и антиаллергенным эффектами (29, 30, 31).
- Противораковые свойства. Ферментированное молоко связано с более низким риском развития некоторых видов рака. В исследованиях в пробирках и на животных было также выявлено, что некоторые типы даже убивают и ингибируют рост раковых клеток (32, 33, 34).
- Улучшение контроля уровня сахара в крови. Было обнаружено, что многие ферментированные продукты, такие как кимчхи, кефир и йогурт, улучшают чувствительность к инсулину и уровень сахара в крови (35, 36, 37).
- Способствуют контролю массы тела. Употребление йогурта, кисломолочных продуктов и кимчхи связано со снижением массы тела и улучшением контроля веса (38, 39, 40).
- Улучшение функции мозга. Было выявлено, что кисломолочные продукты улучшают когнитивные функции у взрослых и людей с болезнью Альцгеймера, хотя необходимы дополнительные исследования (41).
- Облегчение симптомов непереносимости лактозы. Поскольку лактоза расщепляется в процессе ферментации, люди с непереносимостью лактозы могут иногда переносить кисломолочные продукты, такие как йогурт и сыр (1, 42).
Резюме:
Молочнокислое брожение может улучшить усвоение питательных веществ из продуктов питания, улучшить здоровье сердца и мозга, обладает противовоспалительными, противораковыми, иммуностимулирующими и антидиабетическими свойствами, а также может помочь в борьбе с ожирением.
Подведем итог
- Молочнокислое брожение (лактоферментация) использует молочнокислые бактерии, чтобы просто и эффективно сохранить пищу.
- Лактоферментированные продукты могут улучшить здоровье сердца и мозга и предложить противовоспалительные, противораковые, иммуностимулирующие и антидиабетические свойства.
- Многие ферментированные продукты имеют прекрасный вкус и могут быть легко включены в ваш рацион питания. К ним относятся освежающие напитки, такие как пахта, закуски, такие как йогурт или оливки, и гарниры, такие как квашеная капуста и кимчхи.
Ферментация