Дифференцированная оценка ферментативной активности Lactococcus для создания заквасок прямого внесения

Представители рода Lactococcus являются одними из ключевых заквасочных микроорганизмов в молочной промышленности. Они играют ведущую роль в осуществлении молочнокислого брожения при выработке кисломолочных продуктов и сыров. В статье представлены результаты дифференцированной оценки ферментативной активности 9 штаммов Lactococcus lactis subsp. lactis в молоке при температуре культивирования (30 ± 1) °C, а также в процессе охлаждения и хранения при температуре (6 ± 1) °C в течение 21 суток. Все исследованные параметры кислотообразования (прирост титруемой кислотности в процессе ферментации и хранения) продемонстрировали статистически значимые различия между штаммами (ANOVA, P < 0,05). Наиболее выраженная вариативность штаммов наблюдалась по их способности подкислять молоко при хранении: снижение активной кислотности за 21 сутки составило от 0,19 до 0,49 ед. рН. Это может быть обусловлено их генетическими различиями в ферментативной активности и устойчивости к низким температурам, что требует дальнейшего изучения. Самая высокая активность при (30 ± 1) °C наблюдалась у четырех штаммов (663–12, 792–7, 618–5 и 549–1), которые повысили титруемую кислотность молока на 69–70 °Т. Три из этих штаммов (792–7, 618–5 и 549–1) медленно накапливали кислоту при хранении, увеличив кислотность за 21 сутки на 4,7–7,3 °Т. Штаммы 637–4 и 429–6 показали низкую скорость ферментации при оптимальной температуре (прирост кислотности составил 56,7 и 54,3 °Т соответственно), но высокую — при хранении (прирост кислотности — 18,3 и 16,7 °Т соответственно). Кластерный анализ методом Уорда и евклидовой метрики расстояния, выполненный в программной среде R4.3.1, позволил распределить изученные культуры L. lactis на три группы по характеру ферментативного профиля при температуре активной ферментации и в условиях хранения. Выделенные кластеры представляют собой различные метаболические профили, определяющие потенциальное применение штаммов в технологических процессах. Полученные результаты свидетельствуют, что для комплексной оценки кислотообразующей активности культур при подборе их в состав заквасок прямого внесения для кисломолочных продуктов и сыров необходимо исследовать как скорость кислотообразования, так и постферментативный потенциал.

1. Hutkins, R. W. (2018). Microbiology and Technology of Fermented Foods. WileyBlackwell, 2018. https://doi.org/10.1002/9780470277515

2. Altieri, C., Ciuffreda, E., Di Maggio, B., Sinigaglia, M. (2017). Lactic acid bacteria as starter cultures. Chapter in a book: Starter Cultures in Food Production. Weinheim, Germany: John Wiley & Sons., 2017.

3. Fusieger, A., Martins, M. C. F., de Freitas, R., Nero, L. A., de Carvalho, A. F. (2020). Technological properties of Lactococcus lactis subsp. lactis bv. diacetylactis obtained from dairy and non-dairy niches. Brazilian Journal of Microbiology, 51(1), 313–321. https://doi.org/10.1007/s42770-019-00182-3

4. Камартдинова, Д. Р., Китаевская, С. В., Решетник, О. А., Тюрин, М. Ю. (2025). Разработка консорциума молочнокислых бактерий с антиоксидантными свойствами. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств», 2, 15–24. https://doi.org/10.17586/2310-1164-2025-18-2-14-23

5. Wang, Y., Wu, J., Lv, M., Shao, Z., Hungwe, M., Wang, J. et al. (2021). Metabolism characteristics of lactic acid bacteria and the expanding applications in food industry. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 9, Article 612285. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.612285

6. Tamime, A. Y., Robinson, R. K. (2007). Tamime and Robinson’s Yoghurt: Science and Technology. Woodhead Publishing, 2007. https://doi.org/10.1533/9781845692612

7. De Melo Pereira, G. V., De Carvalho Neto, D. P., De O. Junqueira, A. C., Karp, S. G., Letti, L. A. J., Magalhães Júnior, A.I. et al. (2019). A review of selection criteria for starter culture development in the food fermentation industry. Food Reviews International, 36(2), 135–167. https://doi.org/10.1080/87559129.2019.1630636

8. Шухалова, О. М. (2021). Основные критерии подбора заквасочных микроорганизмов в состав бактериальных заквасок для созревающих сыров. Пищевые системы, 4(3S), 315–320. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-3S-315-320

9. Kelleher, P., Mahony, J., Bottacini, F., Lugli, G.A., Ventura, M., van Sinderen, D. (2019). The Lactococcus lactis Pan-Plasmidome. Frontiers in Microbiology, 10, Article 707. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00707

10. White, K., Eraclio, G., McDonnell, B., Bottacini, F., Lugli, G. A., Ventura, M. et al. (2024). A multifaceted investigation of lactococcal strain diversity in undefined mesophilic starter cultures. Applied and Environmental Microbiology, 90(3), Article e0215223. https://doi.org/10.1128/aem.02152-23

11. Panebianco, F., Giarratana, F., Caridi, A., Sidari, R., De Bruno, A., Giuffrida, A. (2021) Lactic acid bacteria isolated from traditional Italian dairy products: Activity against Listeria monocytogenes and modelling of microbial competition in soft cheese. LWT, 137(17), Article 110446. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.110446

12. De Vos, P., Garrity, G. M., Jones, D., Krieg, N. R., Ludwig, W., Rainey, F. A. et al. (2009). Bergey’s manual® of systematic bacteriology. Firmicutes. Springer New York, NY, 2009.

13. Iskandar, C. F., Cailliez-Grimal, C., Borges, F., Revol-Junelles, A.-M. (2019) Review of lactose and galactose metabolism in lactic acid bacteria dedicated to expert genomic annotation. Trends in Food Science and Technology, 88, 121–132. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.03.020

14. Pohanka, M. (2020). D-Lactic acid as a metabolite: Toxicology, diagnosis, and detection. BioMed Research International, 2020, Article 3419034. https://doi.org/10.1155/2020/3419034

15. Ma´slak, E., Złoch, M., Arendowski, A., Sugajski, M., Janczura, I., Rudnicka, J. et al. (2022). Isolation and identification of Lactococcus lactis and Weissella cibaria strains from fermented beetroot and an investigation of their properties as potential starter cultures and probiotics. Foods, 11(15), Article 2257. https://doi.org/10.3390/foods11152257

16. Bintsis, T. (2018). Lactic acid bacteria as starter cultures: An update in their metabolism and genetics. AIMS Microbiology, 4(4), 665–684. https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.4.665

17. Li, T. T., Tian, W. L., Gu, C. T. (2019). Elevation of Lactococcus lactis subsp. cremoris to the Species Level as Lactococcus cremoris sp. nov. and Transfer of Lactococcus lactis subsp. tructae to Lactococcus cremoris as Lactococcus cremoris subsp. tructae comb. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 71(3), Article 004727. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004727

18. Manno, M. T., Zuljan, F., Alarcón, S., Esteban, L., Blancato, V., Espariz, M. et al. (2018). Genetic and phenotypic features defining industrial relevant Lactococcus lactis, L. cremoris and L. lactis biovar. diacetylactis strains. Journal Biotechnology, 282, 25–31. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2018.06.345

19. Kim, W. S., Ren, J., Dunn, N. W. (1999). Differentiation of Lactococcus lactis subspecies lactis and subspecies cremoris strains by their adaptive response to stresses. FEMS Microbiology Letters, 171(1), 57–65. https://doi.org/0.1111/j.1574-6968.1999.tb13412.x

20. Zeidan, A. A., Poulsen, V. K., Janzen, T. Buldo, P., Derkx, P. M. F., Øregaard, G. et al. (2017). Polysaccharide production by lactic acid bacteria: From genes to industrial applications. FEMS Microbiology Reviews, 41, 168–200. https://doi.org/10.1093/femsre/fux017

21. Kelleher, P., Mahony, J., Bottacini, F., Lugli, G. A., Ventura, M., van Sinderen, D. (2019). The Lactococcus lactis Pan-Plasmidome. Frontiers in Microbiology, 10, Article 707. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00707

22. Свириденко, Г. М., Шухалова, O. M. (2019). Молочнокислые лактококки как основной кислотообразующий компонент. Молочная промышленность, 4, 30–33. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2019-4-30-33

23. Zapaśnik, A., Sokołowska, B., Bryła, M. (2022). Role of lactic acid bacteria in food preservation and safety. Foods, 11(9), Article 1283. https://doi.org/10.3390/foods11091283

24. Guan, Y., Cui, Y., Qu, X., Li, B., Zhang, L. (2024). Post-acidification of fermented milk and its molecular regulatory mechanism. International Journal of Food Microbiology, 426, Article 110920. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2024.110920

25. Гудков, А. В. (2004). Сыроделие: технологические, биологические и физико-химические аспекты. М.: ДеЛи принт, 2004.

26. McSweeney, P. L. N., Cotter, P. D., Everett, D. W. (2017). Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology. Academic Press, 2017.

27. Kok, J., van Gijtenbeek, L. A., de Jong, A. van der Meulen, S. B., Solopova, A., Kuipers, O. P. (2017). The evolution of gene regulation research in Lactococcus lactis. FEMS Microbiology Reviews, 41(Supp_1), S220-S243. https://doi.org/10.1093/femsre/fux028

28. Свириденко, Г. М., Шухалова, О. М. (2020). Влияние температуры на развитие и метаболизм основной кислотообразующей заквасочной микрофлоры. Молочная промышленность, 7, 49–51. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-07-49-51

29. Poudel, R., Thunell, R. K., Oberg, C. J., Lefevre, M., Oberg, T. S., McMahon, G. J. (2022). Comparison of growth and survival of single strains of Lactococcus lactis and Lactococcus cremoris during Cheddar cheese manufacture. Journal of Dairy Science, 105(3), 2069–2081. https://doi.org/10.3168/jds.2021-20958

30. Deshwal, G. K., Tiwari, S., Kumar, A., Raman, R. K., Kadyan, S. (2021). Review on factors affecting and control of post-acidification in yoghurt and related products. Trends in Food Science and Technology, 109, 499–512. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.01.057

31. Просеков, А. Ю., Остроумов, Л. А. (2016). Инновационный менеджмент технологий заквасочных культур. Техника и технология пищевых производств, 4(43), 64–69

32. Mahony, J., Bottacini, F., van Sinderen, D. (2023). Towards the diversification of lactococcal starter and non-starter species in mesophilic dairy culture systems. Microbial Biotechnology, 16(9), 1745–1754. https://doi.org/10.1111/1751-7915.14320

33. Дорофеев, Р. В., Кузнецова, Т. Н., Отт, Е. Ф., Функ, И. А. (2023). Выделение лактококков, перспективных для молочной промышленности. Ползуновский вестник, 4, 24–28 https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.003

34. Cavanagh, D., Casey, A., Altermann, E., Cotter, P. D., Fitzgerald, G. F., McAuliffe, O. (2015). Evaluation of Lactococcus lactis isolates from non-dairy sources with potential dairy applications reveals extensive phenotype-genotype disparity and implications for a revised species. Applied Environmental Microbiology, 81(12), 3961–3972. https://doi.org/10.1128/AEM.04092-14

35. Семенова, В. А., Митрова, В. А., Кишилова, С. А., Рожкова, И. В., Петров, А. Н. (2025). Сравнительная оценка свойств производственно ценных штаммов Lactococcus. Пищевая промышленность, 8, 82–87. https://doi.org/10.52653/PPI.2025.8.8.022

36. Трубицына, Ю. М., Отт, Е. Ф., Дорофеев, Р. В., Шевченко, К. Е., Грянкина, Т. В. (2024). Биотехнологические свойства лактококков, выделенных из природных источников. Ползуновский вестник, 3, 29–35. https://doi.org/10/25712/ASTU.2072–8921.2024.03.004

37. Li, W., Ren, M., Duo, L., Li, J., Wang, S., Sun, Y. et al. (2020). Fermentation Characteristics of Lactococcus lactis subsp. lactis isolated from naturally fermented dairy products and screening of potential starter isolates. Frontiers in Microbiology, 11, Article 1794. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01794