Каждому известно, что если оставить при комнатной температуре стакан вина или пива, то уже через несколько дней жидкость скисает. При этом количество спирта уменьшается и накопляется уксус. На поверхности жидкости образуется плёнка. Рассматривая кусочек этой плёнки в капельке воды под микроскопом, мы увидим, что она состоит из небольших палочковидных бактерий (рис. 38). Это уксуснокислые бактерии, окисляющие спирт до уксусной кислоты и использующие выделяющуюся в процессе окисления свободную энергию. Превращение вина в уксус известно еще с глубокой древности. Упоминание об этом процессе можно найти у древнего греческого историка Геродота. Теперь же для промышленного производства уксуса применяются культуры уксуснокислых бактерий. В качестве сырья применяются молодое вино, пиво или водные экстракты из чёрных сухарей, яблок, ягод, обогащённые спиртом.
Рис. 38. Уксуснокислые бактерии
Уксус является предметом широкого потребления в качестве приправы к пище и как консервирующее средство. Для большинства бактерий, в том числе и гнилостных, уксусная кислота, содержащаяся в уксусе, является ядом. Поэтому уксусные маринады широко применяются для предохранения различных пищевых продуктов от порчи.
Кроме уксусной кислоты, некоторые микробы производят щавелевую и лимонную кислоту. Эти кислоты также широко применяются в пищевой промышленности, и их изготовление в заводских условиях основано на работе микробов. Щавелевая кислота получается при окислении сахара глюкозы плесневым грибком — чёрным аспергиллом. При окислении того же сахара плесневым грибком цитромицес получается лимонная кислота. Советский учёный проф. В. С. Буткевич разработал технологию производства лимонной кислоты при помощи этого грибка.
Огромное значение в производстве пищевых продуктов имеет и молочнокислое брожение, осуществляемое особой группой молочнокислых бактерий, приспособившихся к сбраживанию молочного сахара в молочную кислоту. Молочнокислое брожение имеет широчайшее применение в молочнокислой, масляной и сыроваренной промышленности, в изготовлении силоса (высокопитательного корма для скота), в квашении овощей.
Молочная кислота применяется в различных отраслях промышленности. Без неё нельзя обойтись в кожевенном деле для удаления извести с кож. Она широко используется и в ситцепечатном и красильном деле. В медицине она является средством прижигания и входит в состав некоторых лекарств. В пищевой промышленности она используется также в производстве конфет и безалкогольных напитков.
Молочнокислые бактерии весьма распространены в природе. Они находятся на поверхности сосков вымени и в шерсти коров, и в воздухе, и в сене, поэтому уже и в свежевыдоенном молоке всегда имеется много молочнокислых бактерий. Молоко вообще является особенно благоприятной средой для развития не только молочнокислых, но и многих других бактерий. Там всегда можно найти гнилостные бактерии, кишечные палочки, плесени, дрожжи.
Если в молоко попадут болезнетворные бактерии, палочки туберкулёза, брюшного тифа, холеры, бруцеллёза, то они там прекрасно развиваются. Поэтому некипячёное молоко может служить путём передачи заразы. Но при хранении молока в тепле при температурах выше 15° в нём обычно раньше других размножаются молочнокислые бактерии. Выделяя молочную кислоту, которая является ядом для гнилостных и многих других бактерий, они тем самым подавляют развитие вредных микробов. В результате превращения молочного сахара в молочную кислоту из молока выпадает в виде сгустка его белковая часть — казеин. Молоко свёртывается, превращается в простоквашу. Помимо истинных молочнокислых бактерий, многие другие микробы, например, кишечная палочка, также могут разлагать сахар до кислоты. Поэтому молоко свёртывается после размножения в нём кишечной палочки. Но при свёртывании молока кишечной палочкой сахар разлагается на кислоту и углекислый газ, который, выделяясь на поверхность, делает сгусток ноздреватым. Молочнокислые же бактерии целиком превращают молочный сахар в молочную кислоту без выделения газа. Поэтому хорошая простокваша, получившаяся под воздействием истинных молочнокислых бактерий, отличается гладкой поверхностью сгустка. Для получения хорошей простокваши обычно пользуются специальными заквасками — чистыми культурами молочнокислых бактерий. Простокваша, действительно, является весьма ценным питательным продуктом и часто применяется как диетическое блюдо при некоторых заболеваниях. Еще более ценным лечебным продуктом является ацидофилин. Это та же простокваша, получившаяся после молочнокислого брожения на чистой культуре так называемой ацидофильной молочнокислой палочки. Ацидофильные палочки в природных условиях живут не в молоке, а в кишечнике детей и животных, откуда они были выделены в чистых культурах, употребляемых для приготовления закваски. Ацидофилин, или ацидофильное молоко, применяется для лечения и предупреждения некоторых кишечных заболеваний человека и животных. В последние годы выяснилось, что его применение особенно успешно при лечении кишечных заболеваний молодых животных: телят, поросят, цыплят.
Опыты, проведённые еще в 1939 г. в колхозах Московской области, показали, что вскармливание молодняка ацидофильным молоком снизило заболеваемость в 2–2,5 раза и увеличило вес животных.
Большой известностью пользуются также такие кисломолочные продукты, как кефир и кумыс. Но в изготовлении этих продуктов, кроме молочнокислых бактерий, принимают участие также и дрожжевые грибки. Кефир и кумыс — это продукты молочнокислого и спиртового брожения.
Кефир имеет древнее происхождение. Родиной его является Северный Кавказ. Это очень приятный на вкус, освежающий диетический напиток, содержащий около 0,7 процента молочной кислоты и столько же спирта. Приготовляется он путём заквашивания коровьего молока особыми кефирными зёрнами, которые местные горцы раньше называли «зёрна пророка» или «пшено пророка» и считали, что зёрна эти посланы им богом в подарок.
Кефирные зёрна были впервые описаны известным кавказским врачом Джогиным в 1866 г. Они состоят из цепочек молочнокислых бактерий, в складках которых залегают группы дрожжевых клеток. В зависимости от длительности брожения молока различают слабый — молодой однодневный кефир, средний — двухдневный и крепкий — трёхдневный.
Кумыс приготовляется из кобыльего молока. Он также обладает целебными свойствами и применяется при лечении туберкулёза и общего истощения. В кумысе содержится до 2 процентов спирта и 1 процент молочной кислоты. Кумыс также известен с глубокой древности, и, судя по описаниям Геродота, способ его изготовления и целебные свойства были известны еще древним скифам.
Приготовление таких кислоспиртовых напитков, как мацони, айран, крымская буза, хлебный квас, также основано на совместной деятельности дрожжей и молочнокислых бактерий. Этот тесный симбиоз между двумя организмами, конечно, не случаен. Объясняется он следующим: дрожжи частично питаются молочной кислотой, выделяемой бактериями. Тем самым они снижают её концентрацию, что благоприятно влияет на жизнедеятельность молочнокислых бактерий, которые не переносят высокого содержания кислоты. Кроме того, дрожжи обогащают питательную жидкость витаминами, что также благоприятствует развитию бактерий.
В домашнем быту мы встречаемся еще с одним случаем использования сожительства — симбиоза двух микробов для приготовления приятного слабокислого напитка — чайного кваса. Чайный квас получается после заражения сладкого чая культурой так называемого чайного или японского гриба, разрастающегося в виде толстой, морщинистой, слизистой плёнки на поверхности жидкости. Этот псевдогрибок состоит из уксуснокислых бактерий и дрожжеподобных организмов. Дрожжи вырабатывают из сахара спирт, а уксуснокислые бактерии окисляют часть его в уксус. В результате получается очень приятный на вкус, освежающий слабоспиртовой и кисловатый напиток.