В чем заключается симбиоз дрожжей и молочнокислых бактерий кратко
Обновлено: 04.07.2024
спечивать необходимое разрыхление теста и создавать предпосылку для образования вкуса и аромата. Так как некоторые, содержащиеся в муке, микроорганизмы могут вызывать отрицательные оттенки аромата (спонтанное закисание), необходимо препятствовать их развитию в тесте путем достижения определенной величины pH теста или путем непосредственного добавления прессованных дрожжей, закваски или кислотообразующих бактерий [195,196,197,198,199,200].
Молочнокислые бактерии в муке находятся в состоянии анабиоза и могут развиваться лишь при несоблюдении правил хранения муки, особенно если влажность муки превышает 15%.
При соприкосновении муки с водой ее многочисленная микрофлора начинает быстро развиваться, и от того, какие условия (влажность, температура, период освежения и др.), будут созданы, процесс брожения может проходить в определенном русле — или спиртовом или молочнокислом, в основе которого будет спонтанное брожение или вернее комбинированное.
Одним из важнейших путей интенсификации процесса приготовления теста, и улучшения качества продукции является ускорение микробиологических, биохимических процессов спиртового и молочнокислого брожения.
Значение дрожжей для вкуса и аромата пшеничного хлеба было доказано экспериментально немецкими учеными, установившими, что при приготовлении теста, разрыхленного без внесения дрожжей, типичный хлебный вкус и аромат в хлебе был полностью утрачен [180,222,223,224].
М. И.Княгиничевым, Л. Я.Ауэрманом и др. [163,195,196,197] при брожении пшеничного теста на прессованных дрожжах установлено присутствие в хлебе молочной, винной, янтарной и яблочной кислот. Эти данные показали, что в пшеничном тесте одновременно со спиртовым протекает также молочнокислое брожение, как гомо -, так и гетероферментативного типа. Однако, присутствие этих кислот в пшеничном хлебе настолько незначительно, что во вкусе практически не ощущается.
При приготовлении пшеничного теста на прессованных дрожжах молочнокислые бактерии вносятся с мукой и прессованными дрожжами, содержащими некоторое количество кислотообразующих бактерий. Установлено, что дрожжевые клетки в пшеничном тесте могут образовывать в качестве побочного продукта незначительные количества янтарной кислоты [163].
Л. Н.Казанская с сотрудниками [195], изучая причины низкой кислотности в пшеничных полуфабрикатах, пришла к выводу, что прессованные дрожжи содержат слишком мало кислотообразующих бактерий. Они предложили для повышения кислотности готовой продукции специальную активацию прессованных дрожжей в мучной болтушке, в которую вносится чистая культура молочнокислых бактерий Lactobacillus plantarnm.
Незначительные добавки лимонной, уксусной или молочной кислот благоприятно сказываются на вкусе пшеничного хлеба [194], но в практике массового хлебопечения эти кислоты не применяют.
Поэтому в технологии приготовления пшеничного зернового хлеба существенный интерес имеет вопрос применения молочнокислых бактерий, продуцирующих как молочную, так и летучие кислоты [182].
Молочнокислые бактерии заквасок, являясь живыми организмами, обладают комплексом ферментов [182,184,201,225,226,96,97], которые могут оказать определенное влияние на характеристики теста. Одни исследователи [227,228,229] считают, что они способны осуществлять протеолиз и даже амилолиз мучных сред, другие [171,230,231] констатируют, что молочнокислые палочки обладают слабой протеолитической активностью.
Молочнокислые бактерии, развиваясь в природных и производственных субстратах, вступают в сложные взаимоотношения с другими микроорганизмами. Характер этих взаимоотношений зависит от многих факторов. Существенную роль играет при этом видовая принадлежность. Так, при тестоведении молочнокислые бактерии и дрожжи находятся в симбиозе, в результате которого обеспечивается объем хлеба, его вкус, аромат.
Принято считать [195,196,197,198,199,202,203,210,232], что молочнокислые бактерии стимулируют жизнедеятельность дрожжей, поэтому при производстве пшеничного хлеба на жидких дрожжах или жидких заквасках это обстоятельство нужно учитывать.
С другой стороны, в пшеничных заквасках развиваются мезо- фильные молочнокислые бактерии, внесенные как в виде чистой культуры, так и бактерии самой муки [181]. И может наступить такой момент, когда численность молочнокислых бактерий может значительно превысить количество дрожжевых клеток, и в этом случае бактерии могут вытеснить дрожжи.
О соотношении молочнокислых бактерий и дрожжей при тестоведении. В литературе имеются данные о том, что на качество полуфабрикатов и хлеба оказывает существенное влияние соотношение дрожжей и молочнокислых бактерий.
Так, Л. К. Островская [233,234], исследуя процесс приготовления хлеба из пшеничной муки второго сорта по различным технологиям, отмечает, что наилучшие показатели качества имеют опары при соотношении дрожжей и бактерий 1:1.
Л. Н. Казанская и Н. Д. Синявская [195] исследовали процесс накопления кислотности при различном соотношении дрожжей и молочнокислых бактерий в полуфабрикатах. Опыты показали, что кислотонакопление в пшеничных полуфабрикатах на прессованных дрожжах в значительной степени зависит от содержания в них сопутствующих молочнокислых бактерий. При приготовлении нарезных батонов на прессованных дрожжах соотношение дрожжей и молочнокислых бактерий в конце брожения теста составляет 1:1-1:2, при этом оптимальная кислотность равна 2,2-2,6 град, pH 4,9-5,3. Дальнейшее выбраживание теста (до кислотности 2,5-Зград и более, при pH 4,8 и ниже) приводило к снижению объема и ухудшению остальных показателей качества изделий вследствие снижения газообразования и уменьшения газоудерживающей способности полуфабрикатов в результате перекисания. Соотношение дрожжей и бактерий при этом достигает 1:3 — 1:4.
На Алматинском хлебозаводе №4 авторами [181] изучена микрофлора пшеничного теста из муки первого сорта, приготовленного однофазным способом с применением мезофильной молочнокислой закваски и прессованных дрожжей, и установлено, что соотношение дрожжей и бактерий от 1:1,3 до 1:2 обеспечивает хорошее качество теста и хлеба. В производственных условиях были проведены наблюдения за изменением соотношения микрофлоры в процессе приготовления формового хлеба из пшеничной муки первого сорта на жидких дрожжах и использованием мезофильной молочнокислой закваски. Соотношение дрож
жей и бактерий в конце брожения жидкой опары составляло 1:1,2, в конце брожения теста1:2.
По мнению Н. П. Козьминой [167], молочнокислые бактерии благоприятствуют питанию дрожжей продуктами гидролиза и органическими кислотами, продуцируемыми самими бактериями [235, 236]. В свою очередь дрожжи снабжают молочнокислые бактерии витаминами группы В.
Таким образом, симбиоз дрожжей и молочнокислых бактерий имеет существенное практическое значение в регулировании процессов брожения.
Хлеб на закваске и другие ферментированные продукты были рядом с человеком в течение многих веков. Самый древний хлеб на закваске был найден на раскопках в Швейцарии. Его возраст датируется 3500 годом до н.э.
Самое древнее свидетельство того, что люди ферментировали хлеб, было записано древними египтянами на стенах гробницы и пирамид. Исследователи обнаружили тесто для лепёшек, которое содержало в составе дикие дрожжи и бактерии.
На протяжении большей части истории человечества закваска была средством ферментации и подъёма хлеба и источником дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
Как получают хлебную закваску
Опарный хлеб создается из плотной по составу смеси, называемой закваской. Её получают путём сбраживания муки и воды при комнатной температуре. Ржаная или пшеничная мука содержат в своём составе дрожжи и споры бактерий. При добавлении воды, они становятся активными. Из воздуха в смесь дополнительно поступают бактерии и дикие дрожжи. Они заселяют закваску и запускают процесс ферментации (брожения или сквашивания), а также метаболический процесс, которые преобразует сахара в кислоты, газы и спирты.
Ежедневно закваску обновляют новыми порциями муки и воды, чтобы сохранить микроорганизмы живыми и дать им размножаться. По мере того, как закваска (стартер) становится старше, вкус хлеба, который на ней пекут становится всё более сильным и уникальным.
Симбиоз дрожжей и молочнокислых бактерий
Доминирующими видами в зрелых стартерах являются дрожжи и молочнокислые бактерии (МКБ). Но состав не был таким в самом начале выведения закваски.
Микробное сообщество (совокупность микроорганизмов, населяющих смесь) в исходной закваске-стартере полностью повторяет микробиологический состав муки и состоит из следующих видов:
- молочнокислые бактерии (Lactobacillus)
- аэробные бактерии (Bacillus sp. и Pseudomonas sp.),
- энтеробактерии (Enterobacteriaceae),
- дрожжи
- и даже плесень
Чтобы начать процесс ферментации, амилазы (ферменты, обнаруженные в клетках дрожжей) расщепляют крахмал на простые сахара, некоторые из которых метаболизируются дрожжами, чтобы поддерживать свою жизнь. Амилаза также расщепляет крахмал на мальтозу, которую дрожжи не могут метаболизировать. Бактерии заквашивают мальтозу и субпродукты ферментации мальтозы, затем усваиваются дрожжами и производят углекислый газ.
По мере того как углеводы в закваске подвергаются метаболизму, формируются молочная и уксусная кислоты. Благодаря этому уменьшается кислотно-щелочное равновесие или баланс — pH закваски. Это снижение рН хорошо переносится дрожжами, но некоторые виды бактерий (например, энтеробактерии) погибают. Кроме того, молочнокислый метаболизм приводит к образованию противогрибковых гидрокси-жирных кислот, предотвращающих рост плесени. Поэтому по мере созревания в закваске начинают преобладать малочнокислые и дрожжевые формы. Простыми словами, патогенная микрофлора замещается полезной и здоровой.
Доминирующие молочнокислые бактерии в закваске относятся к роду Lactobacillus, а доминирующими видами дрожжей являются Saccharomyces cerevisiae (в промышленности также известные, как хлебопекарные дрожжи), а также дрожжи Kazachstania exigua (также встречаются в кефире) и Candida hulilis(отвечают за аромат закваски). Однако на точное микробное сообщество в закваске-стартере может влиять целый ряд факторов, начиная от вида используемой муки, температуры, бактерий из воздуха, и, заканчивая множеством других факторов.
В следующий раз, когда вы будете есть хлеб на закваске, вы можете поблагодарить всё сообщество микроорганизмов, усердно работающих над создание вкуса и аромата.
Особенности технологии хлебобулочных и мучных кондитерских изделий
Основные стадии технологического процесса производства хлеба следующие: подготовка сырья, замес теста, брожение, разделка и расстойка теста, выпечка готовых изделий.
В производстве мучных кондитерских изделий используется только пшеничная мука. Хлеб вырабатывают из пшеничной муки, из ржаной, а также из их смеси. Технологии приготовления теста из муки ржаной и пшеничной различны, поскольку в этих процессах участвуют различные микроорганизмы.
Приготовление опары. Для приготовления пшеничного теста применяют два способа — опарный и безопарный. Целью приготовления опары является получение наибольшего количества дрожжей с наивысшей активностью. Это достигается тогда, когда начинает падать скорость образования газов СO2, т. е. когда дрожжи привыкают к мучной среде и переключаются с дыхания на брожение, в процессе последнего объем опары увеличивается. В первые 1 — 1,5 ч брожения дрожжевые клетки не размножаются, а происходит увеличение их размеров. Они приспосабливаются к новым условиям среды, т. е. переживают период задержки роста. Затем процесс брожения активизируется и дрожжи начинают энергично почковаться, т. е. происходит их быстрый рост; он продолжается до 4,5—5 ч и характеризуется наибольшей скоростью газообразования. Если в это время замесить тесто на готовой опаре, продолжительность его брожения будет минимальной, так как все бродильные ферменты дрожжей приобретут высокую активность за время брожения опары.
Замес и брожение теста. На выброженной опаре замешивают тесто. Оно бродит 1 —1,5 ч при температуре 30—31 °С. В бродящих полуфабрикатах происходит спиртовое и молочнокислое брожение, обусловливающее их разрыхление и созревание, изменение состава белков и крахмала.
В тесте микроорганизмы снова приспосабливаются к новому составу среды, это приводит к задержке роста клеток, затем они начинают быстро размножаться, т. е. переходят в фазу быстрого роста. Из всех микроорганизмов муки молочнокислые бактерии наиболее приспособлены к развитию в тесте. Размножаясь, они образуют молочную кислоту, которая отрицательно действует на другие микроорганизмы, и, таким образом, создаются условия для развития преимущественно молочнокислых бактерий. Сначала погибают микроорганизмы, живущие в щелочной среде, например гнилостные бактерии, затем микроорганизмы, развивающиеся в нейтральной среде, — бактерии кишечной группы. При дальнейшем возрастании кислотности погибают уже кислотолюбивые бактерии — уксуснокислые, маслянокислые и др. В муке имеются микроорганизмы, которые могут развиваться и при высокой кислотности среды, но для них необходим кислород, т. е. доступ воздуха. Исключение составляют дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae (Сахаромицес церевизия), которые могут жить и в кислородной, и в бескислородной среде, а так,как тесто — среда бескислородная, то в нем размножаются только эти дрожжи. Следовательно, в сбраживании пшеничного теста участвуют дрожжи Saccharomyces cerevisiae и молочнокислые бактерии.
— Как делают кефир?
— Кефир делают при помощи кефирных зерен, их еще часто называют кефирными грибками. Это микробное сообщество — смесь разных видов микроорганизмов, которые удерживаются вместе, вырабатывая что-то похожее на гель. Зерна похожи на маленькие соцветия цветной капусты или на разваренный рис.
В России кефир делают так: берут зерна, заливают молоком и держат сутки при температуре 20 градусов. Молоко становится более густым, образуются пузырьки углекислого газа, появляется характерный запах кисломолочных продуктов. Получившуюся закваску сливают, смешивают со свежим молоком и опять выдерживают при 20 градусах. Если держать сутки,— будет молодой кефир, трое — уже старый, с относительно высоким содержанием спирта — 2-3%. За рубежом, там, где делают нечто подобное, второй стадии нет — та закваска, которую сливают с кефирных зерен, и называется кефиром.
Пока наш опыт показывает, что можно. Мы делали лиофильное высушивание кефирных зерен. При этой технике их сначала быстро замораживают, затем помещают в вакуумную камеру, где содержащаяся в геле вода сублимируется, переходя изо льда сразу в пар. В высушенном виде зерна хранили два года, после чего оказалось, что они сохраняют свои свойства и состав их не меняется.
Высушенные кефирные зерна. Фото: I.B. Kotova et al. Russian Kefir Grains Microbial Composition and Its Changes during Production Process, Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health, 2016
— Кто живет в кефирных зернах?
— Кефирные зерна содержат молочнокислые бактерии, дрожжи и уксуснокислые бактерии. Молочнокислые бактерии образуют молочную кислоту, частично разрушают, гидролизируют, молочный белок и образуют молочную кислоту. Дрожжи ответственны за образование спирта. Уксуснокислые бактерии производят уксусную кислоту, хотя это необязательный компонент, он есть не во всех зернах.
Дрожжи и бактерии в зернах взаимно выгодны друг другу. Так, молочнокислым бактериям необходимы витамины и аминокислоты для роста. Сами они их синтезировать не могут, зато дрожжи вырабатывают витамины группы B. Дрожжи в свою очередь не способны сбраживать молочный сахар (лактозу), но под действием особого фермента молочнокислых бактерий этот сахар распадается на простые сахара, из которых дрожжи делают этиловый спирт. Дрожжи устойчивы как к активной кислотности среды, так и к высокому содержанию молочной кислоты в ней. Значительное число молочнокислых бактерий, в свою очередь, обладает высокой устойчивостью к продукту брожения дрожжей — этиловому спирту. Бактерицидное действие спирта на живые микроорганизмы, как правило, возрастает с увеличением кислотности среды.
Совместно дрожжи и молочнокислые бактерии вырабатывают спирт и молочную кислоту, которые не допускают развития посторонних микроорганизмов. Так, в некоторых кефирных зернах есть плесневые грибы в виде спор. Эти споры не развиваются, поскольку их подавляют продукты жизнедеятельности дрожжей и молочнокислых бактерий. А вот в кефире иногда плесневые грибы выявляются уже как полноценные члены микробиоты напитка. Хорошо это или плохо, трудно сказать. Они не образуют плесень в обывательском представлении, и возможно, выделяемые ими ферменты вносят вклад в расщепление сахаров и белков.
Поверхность кефирного зерна под сканирующим электронным микроскопом. Фото: I.B. Kotova et al. Russian Kefir Grains Microbial Composition and Its Changes during Production Process, Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health, 2016
Мы также исследовали такой вопрос: положим, видовой состав кефирных зерен установлен, будет ли он таким же в закваске? Оказалось, что из зерен не все микроорганизмы переходят в молоко. Также интересно, что в кефирных зернах дрожжей существенно меньше, чем молочнокислых бактерий. А вот в закваске их становится больше — видимо, им такая среда больше подходит для размножения.
Знать, кто перешел из кефирного зерна в молоко, нужно, чтобы предсказать, как будет развиваться при изготовлении кефира микробное сообщество и какие вещества будут содержаться в готовом напитке.
— Но ведь этот состав — дрожжи и молочнокислые бактерии — известен, затем его исследовать?
— В общих чертах состав известен, но когда дело доходит до определения конкретных видов микроорганизмов, кефир оказывается везде разный. Мы проанализировали несколько образцов из Средней России, в том числе используемых в кустарном производстве, и у всех оказался разный набор и соотношения видов молочнокислых бактерий и, соответственно, разный вкус.
Микробный состав кефирных зерен определяют двумя методами. Можно выделять чистые культуры микроорганизмов на питательных средах, получая отдельные колонии, и затем изучать их свойства. А можно выделить из них ДНК, секвенировать ее, сравнить с последовательностями, которые есть в базах данных, и таким образом определить принадлежность составляющих зерна микроорганизмов к различным видам. Мы применяли оба метода, и оба не дают абсолютной точности. В этом причина, почему до сих пор нет согласия по вопросу стандартного состава кефира.
— То есть, какие именно микроорганизмы мы получаем, когда пьем кефир, неизвестно?
— Пока у микробиологов нет единого мнения, какие микроорганизмы в кефире обязательны, какие нет и в каких они должны быть пропорциях. Поэтому проводится много работ по определению микробного состава кефира: стандартен набор микроорганизмов в конкретном образце или нет, будет ли он меняться от условий производства или нет, как поддерживать такой состав, а не другой.
Микроорганизмы в кефирном зерне под сканирующим электронным микроскопом. Фото: I.B. Kotova et al. Russian Kefir Grains Microbial Composition and Its Changes during Production Process, Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health, 2016
Поэтому же кефир нельзя официально назвать пробиотическим продуктом, как йогурт, например. Пробиотики — это живые микроорганизмы с определенным названием, которые дружественны нашей микробиоте и в определенных дозах улучшают наше здоровье. Кефир, являясь пробиотическим продуктом по сути, формально им назван быть не может, потому что состав его точно не определен.
Другие молочные продукты проще стандартизировать, так как для их производства применяют закваски определенного состава, как правило, из молочнокислых бактерий, а для производства кефира используют сложное естественно сложившееся микробное сообщество, включающее десятки видов молочнокислых бактерий и несколько видов дрожжей.
— А нужно ли его стандартизировать? Может, пусть будет разный кефир?
— Мне лично разнообразие нравится: кому-то хочется кефир с более резким вкусом, кому-то — более нежный, кому-то — с более высоким содержанием спирта. Но стандартный продукт должен быть одинаков везде, в рамках оговоренных допусков: один и тот же микробный состав, вкус, одинаковая кислотность. Вдруг кому-то плохо станет, если, например, в кефире будет слишком высокое содержание уксуса. Стандартный напиток должен хорошо переноситься большинством людей.
— Может быть, можно взять нужные бактерии в чистом виде и сделать из них кефирные зерна?
— Пока никому не удавалось реконструировать кефирные зерна из микроорганизмов. Может быть, потому что не все выделено в виде чистых культур, может быть, потому что пока не удалось подобрать правильные соотношения. Наконец, нам неизвестно, в каких физико-химических условиях кефирные зерна образовались изначально.
Мы пробовали сделать кефирное зерно из тех культур дрожжей и молочнокислых бактерий, которые нам удалось получить в виде чистых культур и вырастить. Часть из них мы поместили в молоко, часть — в специальную среду для выращивания молочнокислых бактерий и посмотрели, что будет. Образовалась слизь и маленькие зерна, но настоящих кефирных зерен не получилось.
— Откуда тогда взялись кефирные зерна?
— Почему кефир считается полезным?
— Расщепленный бактериями молочный белок легче усваивается, в таком виде его могут употреблять даже люди с непереносимостью молочного белка или слабым желудком.
Кроме того, у многих людей есть непереносимость лактозы, молочного сахара. Они могут употреблять кисломолочные продукты, потому что лактоза сбраживается в лактат и смесь органических кислот.
Считается, что кефир способствует правильному пищеварению еще и потому, что содержит в себе живые молочнокислые бактерии, аналогичные тем, которые являются частью желудочно-кишечной микробиоты человека. Наличие таких бактерий и продуктов их жизнедеятельности также угнетает развитие условно патогенных и болезнетворных микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте человека.
— Кефир полезнее других молочнокислых продуктов?
— В целом, они все полезны, но как практический микробиолог я считаю, что каждый человек должен найти свой продукт. Известно много случаев, когда нормальный качественный продукт, скажем йогурт, не подходит конкретному человеку, например у него начинается изжога.
Каждый человек индивидуален, у него своя микробиота. Значит, пришедшие извне вместе с молочнокислыми продуктами микроорганизмы могут ему подходить или не подходить.
Результаты исследования опубликованы в журнале Advances in Microbiology, Infectious Diseases and Public Health.
Читайте также: