بخشی از مقاله
چکیده :
باکتریهای اسیدلاکتیک نقش مهمی در صنایع غذایی و کشاورزی داشته و به عنوان کشتهای آغازگر در تولید فرآوردههای تخمیری به کار میروند. از زمانهای گذشته، استفاده از خمیرترش حاوی باکتریهای اسیدلاکتیک - مخصوصاٌ لاکتوباسیلها - و مخمرها در تولید نانهای سنتی معمول بودهاست. در سالهای اخیر نیز به دلیل تقاضای رو به افزایش مصرفکنندگان به مواد غذایی طبیعی، سالم و با طعم مطلوب، تولید نانهای حاصل از خمیرترش مورد توجه قرارگرفته و از آن به عنوان وسیلهای جهت بهبود کیفیت تغذیهای و تکنولوژیکی نان استفاده شده است. مواد ضدمیکروبی حاصل از برخی باکتریهایاسیدلاکتیک در کنترل رشد میکروارگانیسمهای مولد فساد و بیماریزا مؤثر بوده و بنابراین استفاده از چنین سویههایی در صنعت نانوایی از اهمیت خاصی برخوردار است. خواص متابولیکی باکتریهای اسید لاکتیک موجود در خمیرترش - تولید اسیدهایلاکتیک و استیک، سنتز مواد آرومایی، فعالیت آمیلولیتیکی و پروتئولیتیکی، تولید اگزوپلیساکارید - نیز جهت انتخابشان به عنوان کشتهای آغازگر خمیرترش حائز اهمیت است. در این مقاله به شرح خصوصیات تکنولوژیکی باکتریهای اسید لاکتیک پرداخته شده است.
واژههای کلیدی: باکتریهای اسید لاکتیک، خواص تکنولوژیکی، نان
مقدمه:
باکتریهای اسیدلاکتیک شامل یک گروه اکولوژیکی از میکروارگانیسمها هستند که از متابولیسم کربوهیدراتها اسیدلاکتیک تولید میکنند. این باکتریها به خانواده لاکتوباکتریاسه تعلق داشته و به طور گستردهای در طبیعت یافت میشوند. لاکتوباسیلها باکتریهای گرام مثبت، بدون اسپور، کاتالاز منفی، عموماً بی هوازی تا میکروآئروفیل و غیر متحرک هستند - ادمز و موس، . - 1358 دمای مناسب برای رشد باکتریهای اسید لاکتیک در محدوده 30 - 40 درجه سانتیگراد میباشد. برخی از سویههای این باکتری قادرند در دمای کمتر از 5 درجه و بالاتر از 45 درجه سانتیگراد نیز رشد کنند. از این باکتریها در تولید غذاها و نوشیدنیهای تخمیری استفاده میشود . - Liu et al ., 2009 - برخی از سویههای لاکتوباسیل، فلور میکروبی نرمال روده انسان را تشکیل میدهند که نقش مهمی در عمل هضم غذا و جلوگیری از اختلال رودهای دارند. باکتریهای اسید لاکتیک با تولید متابولیتهای مختلف در ایجاد عطر و طعم، افزایش زمان ماندگاری، کنترل میکروارگانیسمهای بیماریزا و فساد مواد غذایی به ویژه نان نقش دارند - et . - al., 2010Yi-sheng از مهمترین کاربردهای باکتریهای اسید لاکتیک استفاده از آنها به عنوان کشتهای آغازگر در تولید محصولات تخمیری مانند خمیر ترش، کفیر، شیرهای تخمیری، کیمچی، ماهیهای تخمیری و سرکه سازی است... - and Vuys, 2004 - Leroy
در سالهای اخیر تقاضای مصرفکنندگان به مواد غذایی طبیعی که در تولید آنها هیچگونه ماده شیمیایی بکار نرفته باشد افزایش یافته است. باکتریهای اسید لاکتیک به دلیل تولید مواد ضد میکروبی و باکتریوسینها به عنوان نگه دارندههای طبیعی مورد توجه قرار گرفتهاند. از این رو میتوان از آنها به عنوان جایگزینی مناسب برای نگهدارندههای شیمیایی استفاده کرداخیراً. نایسین به عنوان نگهدارنده مواد غذایی در بیش از چهل کشور جهان شناخته شده و کاربرد پدیوسین PA-1 توسط مردم اروپا و آمریکا به ثبت رسانده شده است. نایسین و پدیوسین PA-1 هر دو در فرآوردههای شیری و فرآوردههای کنسروی وجود دارند. - ملکزاده و صعودی، . - 1385تا کنون پژوهشهای بسیاری در زمینه خواص تکنولوژیکی باکتریهای اسید لاکتیک و اثر آنها بر روی محصولات تخمیری انجام شده است که نتایج آنها در تولید محصولات با کیفیت و ماندگاری طولانیتر موثر بوده است .در ادامه به بررسی خواص تکنولوژیکی این باکتریها و تاثیرات این خواص بر مواد غذایی به ویژه خمیرترش و نان به شرح زیر پرداخته شده است.
-1 توانایی تولید ترکیبات آروماتیک
ترکیبات معطر آلی در طول رشد در محیط کشت ترشح میشوند. باکتریهای اسید لاکتیک نقش مهمی در تعیین خواص محصولات دارند. در شیر سیترات نقش اصلی را دارد. سیترات توسط باکتریهای شیر به دی استیل، استات و دی اکسید کربن تبدیل میشود که از عوامل تولید طعم در محصولات لبنی تخمیری میباشند. دی استیل خود به استوئین وبوتاندیول تبدیل میشود. استالدئید یک ترکیب طعم دهنده در ماست است که از ترئونین توسط ترئونین آلدولاز لاکتوباسیلوس بولگاریکوس حاصل میشود. برای اندازه گیری کلی ترکیبات آروماتیک فرار باکتریهای اسید لاکتیک از تکنیک گازکروماتوگرافی استفاده میکنند.با استفاده مناسب از خمیرترش می توان عطر و طعم نان را بهبود داد. بر اساس بررسیهای صورت گرفته، باکتریهای اسید لاکتیک در ایجاد عطر و طعم در نان نقش دارند، بهطوری که تولید ترکیبات معطر فرار در خمیرترش به کشت آغازگر مورد استفاده بستگی دارد. البته نوع آرد، راندمان خمیر، درجه حرارت و زمان تخمیر نیز در تولید ترکیبات فرار و اسیدهای آلی تأثیر دارند. در صورتیکه از اسیدهای آلی جهت اسیدی کردن خمیر استفاده گردد، نه تنها ترکیبات فرار کمتری تولید میشود بلکه شدت طعم در نانهای حاصله نیز کمتر میباشد. ترکیبات طعمی موجود در خمیرترش را میتوان به دو گروه طبقهبندی کرد که عبارتند از:
.1 ترکیبات غیر فرار نظیر اسیدهای آلی که بهوسیله باکتریهای اسید لاکتیک هموفرمنتاتیو و هتروفرمنتاتیو تولید میشوند. اسیدهای آلی باعث اسیدی کردن و کاهش PH در خمیر شده و در ایجاد عطر و طعم در نان نقش دارند..2 ترکیبات فرار - الکلها، آلدهیدها، ستونها، استرها و سولفورها - که بهوسیله واکنشهای بیوشیمیایی و بیولوژیکی در طی تخمیر ایجاد شده و در تولید عطر و طعم دخالت دارند. عوامل ایجاد کننده ترکیبات معطر در نان تهیه شده با فرآیند تخمیر خمیرترش شامل موارد زیر است:
-1 انتقال ترکیبات معطری که هنوز در آرد باقی ماندهاند.
-2 بیوسنتز ترکیبات مولد عطر و طعم بهوسیله میکروارگانیسم ها در طی تخمیر.
-3 تغییرات آنزیمی بر روی پیش سازهای مولد عطر و طعم
.-4 ایجاد مواد مولد عطر و طعم در جریان پخت نان. - ادمز و موس، . - 1358
-2 تولید اگزوپلی ساکارید
برخی از سویههای باکتریهای اسید لاکتیک قادر به سنتز اگزوپلی ساکاریدها مانند گلیکان - مواد تشکیل دهنده کپسول اطراف سلولها - هستند. اگزوپلی ساکاریدها کاربردهای زیادی درصنایع غذایی به عنوان ویسکوزیفایر و امولسیفایرها دارند و نیز میتوانند هیدروکلوئیدها را رسوب دهند. اگزوپلیساکاریدها فعالیت ضد توموری دارند و قادر به فعال کردن لنفوسیتها وماکروفاژها میباشند. اکثر اگزوپلیساکاریدهایی که توسط باکتریهای اسید لاکتیک تولید میشود هترو پلی ساکاریداند و از واحدهای تکرار شونده دو یا چندتایی مونوساکاریدها - اکثراّ گالاکتوز،گلوکز، رامنوز وفروکتوز - به وجود آمدهاند. پلی ساکاریدها به دو دسته اندو و اگزو پلی ساکاریدها تقسیم میشوند. استفاده از لاکتوباسیلهایی که اگزو پلی ساکارید تولید میکنند باعث تولید محصولاتی سالم، طبیعی با بافت تقویت شده و ماندگاری بیشتر میشود. برای شناسایی توانایی تولید اگزوپلی ساکارید توسط باکتریهای اسید لاکتیک روشهای متعددی وجود داردیکی از این روشها مشاهده تولید اگزوپلیساکارید توسط سویه باکتری در محیط کشت مایع حاوی 5 درصد ساکارز میباشد. برای بررسی این موضوع از سوپرناتانت بعلاوه اتانول سرد استفاده میشود. روش دیگر مشاهده کلنیها روی آگار حاوی 5 درصدساکارز است. - . - et al.,2011 - KockovaMozzi et al 2010, 125
-3 توانایی تولید ترکیبات ضد میکروبی
باکتریهای اسید لاکتیک خاصیت ضد میکروبی علیه طیف وسیعی از میکروارگانیسمها دارند. فعالیت ضدمیکروبی این باکتریها به علت تولید و ترشح موادی نظیر اسیدهای آلی، دی استیل، پراکسید هیدروژن، آنتی بیوتیکهای ویژه و باکتریوسینها است. مهمترین این ترکیبات، اسیدهای لاکتیک و استیک هستند که منجربه کاهش PH محیط میشوند. باکتریوسینها، پپتیدها یا پروتئینهای باکتریکشی هستند که معمولاً بر علیه گونههای نزدیک به ارگانیسم تولید کننده مؤثر میباشند. نایسین احتمالاً بهترین ماده شناخته شده است که در صنعت مواد غذایی مورد استفاده قرار میگیرد. نایسین با ایجاد شکافهایی در غشاء پلاسمایی، منجر به نابودی طیف وسیعی از باکتریهای گرام مثبت میشود. از مهمترین کاربردهای صنعتی نایسین ممانعت از رشد اسپورها در محصولات فرآیند شده توسط حرارت خصوصاً پنیرهای فرآیند شده و مواد غذایی کنسروی است.
باکتریهای اسید لاکتیک اثر ضد میکروبی نیز در برابر پاتوژنهایی مانند هلیکوباکتر پیلوری وعوامل فساد غذاها دارند. پراکسید هیدروژن ترکیبی است که خصوصیات ضد میکروبی آن کاملاً شناخته شده است. باکتریهای اسید لاکتیک فاقد آنزیم کاتالاز تجزیه کننده پراکسیداز میباشند، لذا میتوانند در حضور اکسیژن پراکسید هیدروژن تولید نمایند. تولید این ترکیب از نظر رقابت ارگانیسمها حائز اهمیت است زیرا مشخص شده است باکتریهای اسید لاکتیک در مقایسه با تعدادی از باکتریهای دیگر نسبت به اثرات این ترکیب حساسیت کمتری دارند. علاوه بر این مشخص شده است که پراکسید هیدروژن شیر در ایجاد سیستم ضد میکروبی لاکتو پراکسیداز دخالت میکند. - ادمز و موس، . - 1358 لاکتوباسیلها همچنین دارای برخی از فلاوپروتئین اکسیدازها هستند که خاصیت ضد باکتری دارند. خاصیت ضد باکتریایی این سویهها با اندازهگیری هاله عدم رشد اطراف کلنیها بر روی محیط کشت جامد بعد از استفاده از آنزیمهای پروتئولیتیک تعیین میشود.Daliéet al., 2010 - ; et al., 2004 - Corsetti
-4 مقاومت به باکتریوفاژ
باکتریوفاژها ویروسهایی هستند که به سلول باکتری حمله نموده و با تکثیر در داخل سلول باکتری موجب از بین رفتن آن و در نتیجه جلوگیری از تولید اسید میشوند. این عمل در تخمیرهای صنعتی سبب ایجاد زیانهای اقتصادی و همچنین افزایش احتمال خطر رشد باکتریهای بیماریزا در محصول میگردد. باکتریهای اسید لاکتیک با اعمال برخی مکانیسمها قادر به جلوگیری از تهاجم باکتریوفاژها هستند. اما همه سویهها به علت عدم دارا بودن پلاسمید این توانایی را ندارند. این مکانیسمها شامل محدود نمودن و یا تغییر DNA خارجی، ممانعت از جذب فاژ به کمک تغییر یا پوشانیدن گیرندههای سطحی خود و کاهش تعداد فاژهای آزاد شده به ازای سلولهای آلوده میباشد. سادهترین روش برای سنجش مقاومت فاژی، تلقیح لولههای حاوی لیتموس میلک به همراه کشت کواگولات میلک ده درصد با و بدون باکتریوفاژ و گرمخانه گذاری در دمای 22 درجه سانتی گراد است. حساسیت به فاژ با عدم کواگولاسیون در لولهها نشان داده میشود ; Mozziet al., 2010, 125 - ادمز و موس، . - 1358
-5 جلوگیری از طنابیشدن نان
طنابی شدن پس از کپک زدگی مهمترین عامل فساد نان درمناطق گرم ومرطوب است کهمعمولاً توسط گونههای باسیلوس سابتیلیس و باسیلوس سرئوس رخمیدهد. یک یاز روشهای مؤثر در محدود کردن جوانه زدن و رشد باسیلوسها افزایش اسیدیته است که محیط نامساعدی را برای بقاء اندوسپورها ایجاد میکند. باکتریهای اسید لاکتیک با تولید باکتریوسینها مانع از رشدگونههای باسیلوس میشوند. میزان اسیدیته حاصل ازتخمیرخمیرترش درخمیر نان مهمترین عامل بازدارنده طنابی شدننان میباشد. . - et al., 2008Valerio -
-6 ممانعت ازفسادکپکی وتوانایی ضد قارچی باکتریهای اسید لاکتیک
فساد ناشی ازکپک زدگی در نان ناشی ازرشدکپکهایی نظیرفوزاریوم، آسپرژیلوس نایگرو فوزاریوم کالموروم میباشد. برخی از سویههای باکتریهای اسید لاکتیک در جلوگیری از رشد قارچ های مایکوتوکسینوژنیک با تولید متابولیتهایی با وزن ملکولی کم مانند فنیل لاکتیک اسید واسیدهای چرب -3 هیدروکسیلات و... نقش دارند در شرایط مناسب کنترل شده تولید این متابولیتها توسط باکتریهای اسید لاکتیک افزایش مییابد. برخی از سویه-های لاکتوباسیل به عنوان تلهای برای سموم قارچی عمل میکنند و با پیوند به آنها باعث دفعشان میشوند. این پدیده روی لاکتوباسیلهای زنده بی تاثیر است و بستگی به سویه و مقدار آن دارد. از این خاصیت برای پاکسازی مایکوتوکسینها از غذای انسان و خوراک دام میتوان استفاده کرد. لاکتوباسیلها میتوانند به عنوان آغازگر ضد قارچی قویی در گوشتهای تخمیری و محصولات لبنی مثل پنیر که اغلب به قارچ پنیسیلیوم نوردیکوم آلوده میشوند مورد استفاده قرار گیرند. . - Daliéet al.,2010 -
-7 فعالیت آمیلولیتیکی
مولکول نشاسته از واحدهای خطی آمیلوز - یک پلیمر بدون شاخه طویل حاوی چند صد واحد گلوکز - و انشعابی آمیلوپکتین - یک پلیمر منشعب - تشکیل شده است - لامرت، . - 1389 برخی از باکتریهای اسید لاکتیک دارای فعالیت آمیلولیتیکی هستند و به کمک آنزیمهای آمیلولیتیکی منجر به هیدرولیز نشاسته میگردند. برخی سویههای لاکتوباسیل آمیلاز خارج سلولی تولید و نشاسته را مستقیم به اسید لاکتیک تخمیر میکنند و علاوه بر اسید لاکتیک ترکیبات آروماتیک و آنزیمهای خاصی تولید میکنند. تعداد کمی از باکتریهای اسید لاکتیک فعالیت آمیلاز خارج سلولی دارند. بررسی این فعالیت با مشاهده هاله در اطراف کلنی باکتریهای اسید لاکتیک - پس از ریختن محلول گرم ید - در اثر تخریب نشاسته در محیط کشت امکان پذیر میباشد - Reddy et al., 2008 - Ganzle
-8 فعالیت فیتازی
غذاهای برپایه غلات منبع خوبی از مواد معدنی میباشندولی به علت وجود اسید فیتیک قابلیت دسترسی آنها محدود میشود. اسید فیتیک قادر به اتصال به فلزات و املاح معدنی نظیر آهن و کلسیم میباشد و این عناصر را به صورت کمپلکسهای غیر محلول درآورده و از دسترس بدن دور میسازد. اسیدفیتیک درصورت عدم تجزیه توسط فیتاز به عنوان عامل ضد مغذی، موجب کمبود موادمعدنی درکودکان، زنان باردار و سالخوردگان میشود. یکی از راههای کاهش مقدار اسید فیتیک، تخمیر میباشد. باکتریهای اسید لاکتیک دارای آنزیم فیتاز بوده و با ایجاد محیط اسیدی، شرایط را برای فعالیت آنزیم فیتاز فراهم میسازند. آنزیم فیتاز میتواند فیتات را به اینوزیتول فسفات و فسفات غیر آلی تبدیل نماید. فاکتورهای متعددی بر روی فعالیت آنزیم
