Болгарская палочка

Болгарская палочка (лат. Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus) — это грамположительная, неподвижная, неспорообразующая молочнокислая бактерия, относящаяся к роду лактобацилл. Является одной из ключевых культур, используемых в производстве йогурта и других кисломолочных продуктов. Название получила в честь Болгарии, где традиционно применяется для сквашивания молока и где была впервые выделена и описана.

История открытия и изучения

В 1905 году болгарский студент-медик Стамен Григоров, стажировавшийся в Женевском университете, впервые выделил из болгарского кислого молока (кисело мляко) микроорганизм, вызывающий его скисание. Григоров установил, что этот микроорганизм представляет собой палочковидную бактерию, которая в сочетании с молочнокислым стрептококком (Streptococcus thermophilus) обеспечивает характерное сквашивание и вкус продукта. Своё открытие он описал в статье, опубликованной в 1905 году в швейцарском медицинском журнале.

В 1907 году выдающийся русский и советский учёный, лауреат Нобелевской премии Илья Ильич Мечников, работавший в Пастеровском институте в Париже, заинтересовался открытием Григорова. Мечников выдвинул теорию о том, что болгарская палочка, попадая в кишечник человека, подавляет гнилостные процессы и способствует долголетию. Он активно пропагандировал употребление кисломолочных продуктов, заквашенных этой культурой, что привело к широкой популярности «мечниковского простокваши» и йогуртов в Европе и России. В 1917 году американский учёный Лео Риггс официально назвал микроорганизм Bacillus bulgaricus в честь Болгарии. Позднее, с развитием таксономии, бактерия была переклассифицирована и включена в вид Lactobacillus delbrueckii как подвид bulgaricus.

Биологические свойства и морфология

Морфология

Болгарская палочка представляет собой длинные, тонкие палочки с закруглёнными концами, размером 0,5–0,8 мкм в ширину и 2–9 мкм в длину. В мазках часто располагаются одиночно, парами или короткими цепочками. Не образует спор и капсул, неподвижна. Грамположительна, то есть окрашивается по Граму в фиолетовый цвет.

Физиология

Является облигатным (строгим) анаэробом, но может переносить небольшие концентрации кислорода. Оптимальная температура роста — 40–45 °C, при температуре ниже 20 °C рост прекращается. Оптимальная кислотность среды (pH) — 5,5–6,0. Бактерия является термофильной, то есть предпочитает повышенные температуры.

Метаболизм

Болгарская палочка — гомоферментативный молочнокислый микроорганизм. Это означает, что в процессе сбраживания углеводов (прежде всего лактозы — молочного сахара) она производит преимущественно молочную кислоту. Выход молочной кислоты может достигать 1,5–2% от объёма среды. Помимо молочной кислоты, в процессе метаболизма образуются ароматические вещества (ацетальдегид, диацетил), которые придают йогурту характерный кисломолочный вкус и запах. Бактерия также способна синтезировать некоторые витамины группы B и ферменты, частично расщепляющие белки молока (протеолиз).

Роль в производстве йогурта

Болгарская палочка является обязательным компонентом закваски для производства классического йогурта. В соответствии с международными стандартами (Codex Alimentarius), йогуртом может называться только продукт, сквашенный симбиотической закваской, состоящей из Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus.

Симбиоз с термофильным стрептококком

Взаимодействие этих двух культур носит характер протокооперации (взаимовыгодного симбиоза):

• Streptococcus thermophilus начинает развиваться первым, быстрее размножается, подкисляет среду и выделяет углекислый газ и муравьиную кислоту, которые стимулируют рост болгарской палочки.
• Lactobacillus bulgaricus продолжает сквашивание, выделяя больше молочной кислоты и аминокислот (в частности, валина), которые, в свою очередь, стимулируют рост стрептококка.
• В результате совместной работы за 4–6 часов при температуре 40–45 °C молоко превращается в плотный, однородный сгусток с характерным вкусом и ароматом.

Технология применения

В промышленности болгарскую палочку используют в виде лиофилизированных (сухих) или замороженных заквасок прямого внесения. Закваску добавляют в пастеризованное и гомогенизированное молоко, после чего смесь выдерживают при оптимальной температуре до достижения необходимой кислотности и плотности. Готовый продукт охлаждают до 4–6 °C для остановки ферментации.

Значение для здоровья человека

Пробиотические свойства

Болгарская палочка традиционно считается пробиотиком — микроорганизмом, оказывающим благотворное влияние на здоровье человека при употреблении в достаточных количествах. Однако её пробиотический статус неоднозначен, так как она не является типичным обитателем кишечника человека и плохо выживает в кислой среде желудка. Тем не менее, исследования показывают, что она может оказывать следующие эффекты:

• Улучшение переваривания лактозы: бактерия расщепляет лактозу, что облегчает усвоение молочных продуктов людьми с лактазной недостаточностью.
• Подавление патогенной микрофлоры: молочная кислота и другие метаболиты создают неблагоприятную среду для развития гнилостных и болезнетворных бактерий в кишечнике.
• Иммуномодуляция: некоторые штаммы способны стимулировать активность иммунных клеток (макрофагов, лимфоцитов).
• Антиоксидантная активность: в лабораторных исследованиях показана способность связывать свободные радикалы.

Критика и ограничения

Несмотря на популяризацию Мечниковым, прямая связь между употреблением болгарской палочки и долголетием не была доказана в ходе современных клинических исследований. Кроме того, у некоторых людей (особенно с ослабленным иммунитетом) возможно развитие редких оппортунистических инфекций, вызванных лактобациллами. В целом, употребление продуктов, содержащих болгарскую палочку, считается безопасным для здорового человека.

Классификация и таксономия

Современная классификация болгарской палочки претерпела несколько изменений:

• Домен: Бактерии (Bacteria)
• Тип: Фирмикуты (Firmicutes)
• Класс: Бациллы (Bacilli)
• Порядок: Лактобациллы (Lactobacillales)
• Семейство: Лактобацилловые (Lactobacillaceae)
• Род: Лактобацилла (Lactobacillus)
• Вид: Lactobacillus delbrueckii
• Подвид: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus

Ранее выделялась как самостоятельный вид Lactobacillus bulgaricus, но в результате генетических исследований была понижена в ранге до подвида. Геном болгарской палочки был полностью секвенирован в 2006 году. Его размер составляет около 1,8–2,0 млн пар оснований, что меньше, чем у многих других бактерий, что связано с адаптацией к жизни в богатой питательными веществами среде молока.

Интересные факты

• Болгарская палочка считается национальным микроорганизмом Болгарии. В стране существует государственный стандарт на «кисело мляко», который предписывает использование только определённых штаммов этой бактерии.
• В 1984 году в Болгарии была выпущена почтовая марка, посвящённая 80-летию открытия Стаменом Григоровым болгарской палочки.
• Илья Мечников, пропагандируя употребление болгарской палочки, сам ежедневно пил простоквашу, приготовленную на её основе. Он прожил 71 год, что для начала XX века было весьма почтенным возрастом.
• Болгарская палочка используется не только в пищевой промышленности, но и в качестве модельного организма для изучения молочнокислого брожения и генетики лактобацилл.

Источники

1. Григоров, С. (1905). «Исследование болгарского кислого молока». Женевский медицинский журнал.
2. Мечников, И. И. (1907). «Этюды о природе человека». Издание Пастеровского института.
3. Codex Alimentarius. (2011). «Стандарт на йогурт (CXS 243-2003)».
4. Kandler, O., & Weiss, N. (1986). «Bergey's Manual of Systematic Bacteriology». Том 2.
5. van de Guchte, M., et al. (2006). «The complete genome sequence of Lactobacillus bulgaricus reveals extensive and ongoing reductive evolution». Proceedings of the National Academy of Sciences.
6. Tamime, A. Y., & Robinson, R. K. (2007). «Yoghurt: Science and Technology». Woodhead Publishing.