Microorganisme implicate în fermentația lactică - aplicații în industria alimentară

Cap. 1. Fermentaţia lactică

1.1. Descrierea procesului

Fermentaţia lactică este un proces anaerob prin care glucidele fermen-tescibile sunt metabolizate sub acţiunea echipamentului enzimatic al microorganismelor în acid lactic ca produs principal şi produse secundare, cum ar fi: diacetil, acetoina, acid acetic, alcool etilic şi CO2.

Calea metabolică de producere a acidului lactic este frecvent întâlnită în lumea microbiană, în schimb randamente superioare de convertire a glucidelor în acid lactic sunt întâlnite la bacterii şi mucegaiuri. Dintre acestea, bacteriile lactice, considerate agenţi tipici ai fermentaţiei, sunt folosite industrial în biotehnologii alimentare, la industrializarea laptelui şi a cărnii, în panificaţie, la conservarea produselor vegetale şi la obţinerea acidului lactic. Mucegaiurile selecţionate ale genurilor Aspergillus, Penicillium şi Mucor pot fi cultivate submers cu aerare dirijată, pentru obţinerea industriala a acidului lactic, în condiţii naturale, acidul lactic se poate forma şi în ţesutul muscular prin procesul de glicoliza, prin secvente biochimice catalizate de enzime similare cu cele ale celulei microbiene.

1.2. Caracteristicile morfo-fiziologice generale ale bacteriilor lactice

Bacteriile lactice sunt foarte răspândite în natură în diferite biotopuri: aparatul foliar al plantelor, microbiota intestinală (în primii ani de viaţă sau când în alimentaţie predomină laptele), cavitatea bucală, suprafaţa pielii. Dintre sursele alimentare permanent asociate cu bacteriile lactice amintim laptele, în care bacteriile lactice prezente pe canalele galactofore sunt antrenate la mulgere, şi legumele (varză, castraveţi ş.a.).

Caracterele morfologice. Bacteriile lactice prezinta heterogenitate morfologica; principalele forme sunt derivate de la forma coccus: streptococi (genul Lactococcus şi Streptococcus), diplococi (genul Leuconostoc), tetrade (genul Pediococcus). Numeroase alte bacterii lactice se prezintă sub forma cilindrica, de bastonaşe cu dimensiuni variabile, izolate sau formând lanţuri lungi (genul Lactobacillus).

Caracterele fiziologice. Bacteriile lactice sunt pretentioase din punct de vedere nutritiv şi înmulţirea lor are loc în medii cu compoziţie chimică complexă. Ca surse de carbon şi energie, bacteriile lactice pot să producă asimilarea sau fermentarea pentozeior (riboza, xiloza, arabinoza), a hexozelor (glucoza, galactoză), a diglucidelor (lactoză, maltoză, zaharoză). Dintre acizi, acidul malic poate fi transformat în acid lactic, iar acidul citric în acetoină şi diacetil. Acidul lactic nu poate fi folosit de către bacteriile producătoare şi acumularea sa prin fermentare conduce la inhibarea înmulţirii şi la încetinirea vitezei de fermentaţie. Ca surse de azot, bacteriile lactice preferă amino-acizi, peptide şi amide, fără să poată folosi sărurile amoniacale. Bacteriile lactice au enzime proteolitice intracelulare, care pot avea un rol pozitiv la maturarea brânzeturilor, după eliberarea lor din celulele autolizate. Specia Lactobacillus casei poate produce o hidroliză enzimatică a cazeinei.

Bacteriile lactice, în general, şi cele termofile, în special, necesită prezenţa în mediu a unor factori de creştere (vitaminele: B2 si B6, biotina, acidul para-amino-benzoic, acidul folic, acidul pantotenic). Bacteriile lactice sunt acidotolerante, valorile minime de pH la care are loc creşterea fiind de 4,3 - 4,8, pentru lactococi, şi 3,8 - 4,4, pentru lactobacili, cu valori optime în domeniul de pH = 4 - 6.

În raport cu oxigenul din aer, bacteriile lactice sunt anaerobe sau facultativ anaerobe. Prin creştere în medii lichide (bere, vin, sucuri) dau o tulbureală persistenta şi acrire, iar prin dezvoltarea în lapte produc coagularea acidă a cazeinei când pH-ul se reduce la 4,6, ca urmare a formarii de acid lactic. Bacteriile lactice sunt adaptate sa crească într-un domeniu larg de temperaturi (0 55°C), cu valori optime in domeniu mezofil (20 25°C - streptobacterii, 30 35°C - lactococi) sau termofil (35 45 °C - lactobacterii). Sunt bacterii nesporulate şi pot fi inactivate pe cale termică la temperaturi mai mari de 65°C (în 30 de minute) sau la 72 74 °C, în 15-20 de secunde (regim de pasteurizare a laptelui).

1.3 Clasificarea bacteriilor lactice

După punerea în evidenţă a bacteriilor lactice de către Louis Pasteur, în 1875, ca agenţi de acrire ai berii, mulţi cercetători au studiat aceste bacterii atât de răspândite în natură. O clasificare de referinţă aparţine lui Orla Jensen (1919), care împarte bacteriile lactice în două mari grupe;

- bacterii lactice adevărate, Gram-pozitive, facultativ anaerobe, care produc numai acid lactic cu un randament de 90-100% din zahărul consumat. Genurile mai importante sunt Thermobacterium si Streptobacterium, în care erau incluşi lactobacilii. streptococii lactici (genul Streptococcus), precum şi reprezentanţii genurilor Betacoccus (actual Leuconostoc) si Tetracoccus (actual Pediococcus);

- pseudofermenti lactici (bacterii lactice atipice), care produc prin fermentaţie cantităţi mici de acid lactic, şi, în cantităţi superioare. gaze: CO2, H2, acid acetic ş.a. Sunt bacterii Gram-negative, aerobe. În aceasta grupă erau incluse bacteriile coliforme cu genul Eschenchiae şi Aerogenes (actual Enterobacter).

O altă clasificare, cea a lui Bergey, separa bacteriile lactice adevărate în familia Lactobacteriaceae. în timp ce bacteriile coliforme se regăsesc în familia Enterobacteriaceae.

Cea mai recentă clasificare aparţine lui Kandler şi Weiss (1986). Care în afară de proprietăţile fiziologice şi tinctoriale ale bacteriilor lactice, are la bază cunoaşterea procentuală a conţinutului de guanină şi citozină din structura acizilor nucleici, criteriu taxonomic stabil pe baza căruia s-au putut constata similitudini sau diferenţieri între speciile cunoscute.

Conform acestei clasificări, bacteriile lactice sunt incluse în familia LACTOBACTERIACEAE cu mai multe genuri care sunt prezentate în continuare.