Особенности развития и метаболизма штаммов Streptococcus thermophilus в разных условиях глубинного жидкофазного культивирования

Микрофлора большинства ферментируемых молочных продуктов, в том числе сыров, полностью состоит из молочнокислых бактерий, т. е. специально вносимых в смесь бактериальных заквасок с различным видовым и штаммовым составом. Видовой состав закваски должен обеспечить интенсивность и направленность микробиологических и биохимических процессов вырабатываемого продукта и гарантировать его безопасность, качество и хранимоспособность. В частности, молочнокислые бактерии осуществляют преобразование основных компонентов молока (белка, молочного жира, лактозы) во вкусовые, ароматические, биологически активные вещества, участвующие в формировании идентификационных и органолептических показателей ферментируемых молочных продуктов. Количество заквасочных микроорганизмов в ферментируемых молочных продуктах, в том числе и сырах, значительно превышает содержание любой посторонней микрофлоры и может стать причиной появления таких органолептических пороков, как кислота, горечь, неспецифический посторонний привкус или избыточное газообразование. Способность микроорганизмов к образованию тех или иных продуктов метаболизма определяется как их видовыми и штаммовыми свойствами, так и условиями культивирования. К таковым относятся, прежде всего, состав среды развития и температурные режимы культивирования. Комбинируя состав закваски и подбирая благоприятные режимы культивирования микроорганизмов, можно добиться оптимального развития заквасочной микрофлоры, получив продукты с искомыми качественными характеристиками. В данной статье представлены результаты сравнительной оценки свойств производственных штаммов Streptococcus thermophilus в процессе их развития в молочных средах при оптимальных температурах (41±1)°C, имитирующих условия производства кисломолочных продуктов, а также в режимах, имитирующих условия созревания сыров (11±1)°C и концентрации поваренной соли 4%. Также проводилась оценка характера ферментативных процессов гликолиза, протеолиза, липолиза и вкусообразования в результате метаболизма данных культур.

1. Перфильев, Г. Д., Свириденко, Ю. Я. (2006). Производство и применение бактериальных концентратов. Сыроделие и маслоделие, 3, 24–29.

2. Wedajo, B. (2015). Lactic acid bacteria: Benefits, selection criteria and probiotic potential in fermented food. Journal of Probiotics and Health, 3(2), Article 1000129. https://doi.org/10.4172/2329-8901.1000129

3. González-González, F., Delgado, S., Ruiz, L., Margolles, A., Ruas-Madiedo, P. (2022). Functional bacterial cultures for dairy applications: Towards improving safety, quality, nutritional and health benefit aspects. Journal of Applied Microbiology, 133(1), 212–229. https://doi.org/10.1111/jam.15510

4. Steele, J., Broadbent, J., Kok, J. (2013). Perspectives on the contribution of lactic acid bacteria to cheese flavor development. Current Opinion in Biotechnology, 24(2), 135–141. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2012.12.001

5. Hayaloglu, A. A., Guven, M., Fox, P. F., McSweeney, P. L. H. (2005). Influence of starters on chemical, biochemical, and sensory changes in Turkish white-brined cheese during ripening. Journal of Dairy Science, 88(10), 3460–3474. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(05)73030-7

6. Гудков, А. В. (2004). Сыроделие: технологические, биологические и физикохимические аспекты. М.: ДеЛи принт, 2004.

7. Hols, P., Hancy, F., Fontaine, L., Grossiord, B., Prozzi, D., Leblond-Bourget, N. et al. (2005). New insights in the molecular biology and physiology of Streptococcus thermophilus revealed by comparative genomics. FEMS Microbiology Reviews, 29(3), 435–463. https://doi.org/10.1016/j.fmrre.2005.04.008

8. Сорокина, Н. П. (2013). Обзор рынка бактериальных заквасок. Сыроделие и маслоделие, 4, 10–13.

9. Gobbetti, M., Di Cagno, R., Calasso, M., Neviani, E., Fox, P. F., De Angelis, M. (2018). Drivers that establish and assembly the lactic acid bacteria biota in cheeses. Trends in Food Science and Technology, 78, 244–254. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.06.010

10. Tilocca, B., Costanzo, N., Morittu, V. M., Spina, A. A., Soggiu, A., Britti, D. et al. (2020). Milk microbiota: Characterization methods and role in cheese production. Journal of Proteomics, 210, Article 103534. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2019.103534

11. Holt, J. G., Krieg, N. R., Sneath, P. H. A., Staley, J. T., Williams, S.T. (1994). Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology. Lippincott Williams and Wilkins, 1994.

12. Сорокина, Н. П., Кураева, Е. В., Кучеренко, И. В. (2016). Бактериальные закваски для производства сыров. Сыроделие и маслоделие, 4, 26–31.

13. Knight, G. C., Nicol, R. S., McMeekin, T. A. (2004). Temperature step changes: a novel approach to control biofilms of Streptococcus thermophilus in a pilot plant-scale cheese-milk pasteurisation plant. International Journal of Food Microbiology, 93(3), 305–318. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2003.11.013

14. Xu, Z., Guo, Q., Zhang, H., Wu, Y., Hang, X., Ai, L. (2018). Exopolysaccharide produced by Streptococcus thermophiles S-3: Molecular, partial structural and rheological properties. Carbohydrate Polymers, 194, 132–138. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.04.014

15. Cui, Y., Jiang, X., Hao, M., Qu, X., Hu, T. (2017). New advances in exopolysaccharides production of Streptococcus thermophilus. Archives of Microbiology, 199, 799–809. https://doi.org/10.1007/s00203-017-1366-1

16. Bolotin, A., Quinquis, B., Renault, P., Sorokin, A., Ehrlich, S. D., Kulakauskas, S. et al. (2004). Complete sequence and comparative genome analysis of the dairy bacterium Streptococcus thermophilus. Nature Biotechnology, 22(12), 1554–1558. https://doi.org/10.1038/nbt1034

17. Markakiou, S., Gaspar, P., Johansen, E., Zeidan, A. A., Neves, A. R. (2020). Harnessing the metabolic potential of Streptococcus thermophilus for new biotechnological applications. Current Opinion in Biotechnology, 61, 142–152. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2019.12.019

18. Töpel, A. (1976). Chemie und Physik der Milch. Fachbuchverlag, 1976. (In German)

19. Rodriguez-Serrano, G. M., Garcia-Garibay, J. M., Cruz-Guerrero, A. E., Gomez-Ruiz, L.d.C., Ayala-Nino, A., Castaneda-Ovando, A. (2018). Proteolytic system of Streptococcus thermophilus. Journal of Microbiology and Biotechnology, 8(10), 581–1588. https://doi.org/10.4014/jmb.1807.07017

20. Hafeez, Z., Cakir-Kiefer, C., Lecomte, X., Miclo, L., Dary-Mourot, A. (2019). The X-prolyl dipeptidyl-peptidase PepX of Streptococcus thermophilus initially described as intracellular is also responsible for peptidase extracellular activity. Journal of Dairy Science, 102(1), 113–123. https://doi.org/10.3168/jds.2018-14823

21. Тишкина, Т. Н., Вельматов, А. А., Ерофеев, В. И. (2023). Влияние периода года на жирнокислотный состав молочного жира и качество масла. Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии, 1(61), 155–160. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2023-1-155-160

22. Topnikova, E. V., Zabolotin, G. Y., Danilova, E. S., Dunaev, A. V. (2022). Influence of diets, lactating animal breeds and seasons of the year on the fatty acid composition of cow milk. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1052(1), Article 012042. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1052/1/012042

23. Wu, S. L., Sun, J., Chen, X., Wei, W., Song, L., Dai, X. et al. (2020). Unveiling the mechanisms of medium-chain fatty acid production from waste activated sludge alkaline fermentation liquor through physiological, thermodynamic and metagenomic investigations. Water Research, 169(1), Article 115218. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115218

24. Ариповский, А. В., Титов, В. Н. (2013). Физиология среднецепочечных жирных кислот. Физиология, особенности метаболизма и применение в клинике. Клиническая лабораторная диагностика, 6, 3–10.

25. Roopashree, P. G., Shetty, S. S., Kumari, N. S. (2021). Effect of medium chain fatty acid in human health and disease. Journal of Functional Foods, 87, Article 104724. https://doi.org/10.1016/j.jff.2021.104724

26. Holland, R., Liu, S.-Q., Crow, V. L., Delabre, M. L., Lubbers, M., Bennett, M. et al. (2005). Esterases of lactic acid bacteria and cheese flavour: Milk fat hydrolysis, alcoholysis and esterification. International Dairy Journal, 15(6–9), 711–718. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2004.09.012

27. Zha, M., Yu, J., Zhang, Y., Wang, H., Bai, N., Qin, Y. et al. (2015). Study on Streptococcus thermophilus isolated from Qula and associated characteristic of acetaldehyde and diacetyl in their fermented milk. The Journal of General and Applied Microbiology, 61(2), 50–56. https://doi.org/10.2323/jgam.61.50

28. Valero, E., Villamiel, M., Miralles, B., Sanz, J., Martınez-Castro, I. (2001). Changes in flavour and volatile components during storage of whole and skimmed UHT milk. Food Chemistry, 72(1), 51–58. https://doi.org/10.1016/S0308-8146(00)00203-X

29. Chaves, A. C. S. D., Fernandez, M., Lerayer, A. L. S., Mierau, I., Kleerebezem, M., Hugenholtz, J. (2002). Metabolic engineering of acetaldehyde production by Streptococcus thermophilus. Applied and Environmental Microbiology, 68(11), 5656–5662. https://doi.org/10.1128/AEM.68.11.5656-5662.2002