Mjölksyrebakterier (lactic acid bacteria)

2009 juni 6

Mjölksyrebakterier är de bakterier som genomför den malolaktiska jäsningen i vin. Den går ut på att malic acid (äppelsyra) omvandlas till lactic acid av bakterien för att generera energi.

Mjölksyrebakterier är gram-positiva (inget yttre membran och en cellvägg bestående av enkla peptidoglykaner (sockerarter fästa till varandra med enkla peptidbindningar, detta gör dom flexibla och robusta). Dessa bakterier utför inte heller någon sporulering. I cellvägen finns även Theichoic acids vilka är negativt laddade för att minda mineraler (MG2+ och Ca2+) för transport in i cellen.

Innanför cellväggen finns ett plasma membran, detta ser i stort sett ut som i alla andra typer av celler. Uppbyggt av två lager av fosfolipider med en hydrofob och en hydrofil del bildar dom en flexibelt selektivt membran runt cellen. Etanol påverkar detta membran negativt och därför tål en del bakterier inte för höga halter av alkohol (glukonobacter).

Celler bildar ibland något som kallas Capsules runt sig för att dra till sig vatten. Dessa kapslar är slemmiga och kan orsaka ropiness i vin.

Mjölksyrebakterier har i förhållande till jäst cikulära chromosomer där generna är organiserade i något som kallas operon. Då bakterierna är prokaryoter saknar de mitochondrier och mängden gener i genomet är betydligt mindre än hos jäst.

Bakterier, och i detta fallet mjölksyrebakterier, förökar sig genom delning (binary division). Med andra ord blir en cell efter delning två identiskt lika celler.

Taxonomin för bakterier bygger på flera punkter

  • Gram-positiva kontra gram-negativa.
  • Mängden (G + C) i genomet, läs mer här
  • Sekvenser av vissa gener
  • Fysiologiska karaktärsdrag, (runda, ovala etc.)
  • Huruvida de är ”homofermantative” eller ”heterofermentative

Homofermentativ (strict homofermenters):

Dessa producerar 85% eller mer mjölksyra vid metabolismen av glukos. De fermenterar heller inte pentos. Två mol ”lactic acid” bildas av en mol glukos via ”Embden-Meyerhoff pathway” eller som den vanligen kallas glykolysen.

Heterofermentative:

Denna grupp kan delas in i två delar facultative samt strict.

De bakterier som ingår i denna grupp är från genuset Pediococcus

Facultative heterofermenters:

Precis som homofermenters omvandlar dessa en mol glukos till två mol mjölksyra. Däremot omvandlar den även pentose till mjölksyra samt ättiksyra, detta görs via pentose phosphate pathway.

Till denna grupp hör en del bakterier från genuset Lactobacillus.

Strict heterofermenters:

Saknar enzymet aldolase som omvandlar fruktos-1,6-fosfat till dihydroxyaceton fosfat + glyceraldehyd-3-fosfat i glykolysen. Istället omvandlar de glukos till mjölksyra, ättiksyra, CO2 samt etanol via pentose phosphate pathway. Pentose omvandlas på samma sätt som i facultative.

Det finns 3 viktiga grupper av mjölksyrebakterier ur vinsynpunkt.

  • Leuconostoc dit den vanligaste mjölksyrebakterien oenococcus oeni hör, är ”non-motile”, icke-sporulerande, sfäriska, lätt utdragna. Kräver ett näringsrikt medium och socker att fermentera. 20-30grader är optimalt. Strict heterofermenter och därmed omvandlar dom glukos till mjölksyra, ättiksyra, CO2 samt etanol via ”pentose phosphate pathway”
  • Pediococcus är ”non-motile”, ickesporulerande och kräver även de näringssrikt medium samt fermenterbara sockerarter. Pediococcus hör till de homofermentativa bakteriern, med andra ord omvandlar de glukos endast till mjölksyra (acetic acid). Sfäriska till formen.
  • Lactobacillus är stavformade, icke-sporulerande, ”non-motile” och kräver likväl näring och fermenterbart socker. Lactobacillus är både heterofermentative och homofermentative. Till viss del producerar den bara mjölksyra från glukos och till viss del producerar den ättiksyra, CO2 samt etanol.

Faktorer som påverkar förökningen.

Det finns många faktorer som påverkar förökningen och överlevnaden hos mjölksyrebakterier. Ph är viktigt och bakterierna måste klara av låga pH då de själva tillverkar syror av olika slag. Lägsta pH är 2,8. Precis som andra bakterier tål de svavel dåligt (därför svavlar man) och en mer än 10mg/l fritt eller 100mg/l bundet svavel inhiberar tillväxten. Alkohol inverkar även det negativt på bakterierna och för att man skall kunna inokulera bakterier i ett färdigjäst vin behöver man aktivera bakterierna i etanol (5-6%). Sedan tål de upp till 13-14%. Temperatur påverkar och optimalt är mellan 20-30 grader.

Metabolism:

Mjölksyrebakterier är ”chemotrophes”, de metaboliserar energi från oxidation av kemiskt material.

Sättet att utvinna energi följer ett simpel schema

meta1

Först oxideras det organiska ämnet, och i glykolysens fall fosforyleras det. Sedan förs energin från fosforbindningarna över till ADP för att bilda ATP. Det oxiderade ämnet reduceras sedan för att ett nytt ämne skall kunna oxideras. Resultatet blir i detta fallet en jäsningsprodukt (etanol). I mjölksyrebakterien är det ämne som bildas vid reduceringen av pyruvat mjölksyra, acetic acid.

Pyruvat → Mjölksyra

Vid denna reaktion bildas NAD+ från NADH + H

Hela denna process, från en mol hexos till två mol mjölksyra + två mol ATP kallas homolactic pathway.

I mjölksyrebakterierna sker glykolysens första steg, fosforyleringen av t. ex. glukos till glukos-6-fosfat, direkt över plasma membranet och det är fosfoenolpyruvat som fosforylerar och inte ATP. Detta kräver energi och kallas för fosfortransferas.

Detta var den homofermentativa metabolismen. Vid heterofermentativ metabolism bildas förutom mjölksyra även ättiksyra, CO2 och etanol i pentose phosphate pathway. Den heterofermentativa metabolismen leder till 1 mol ATP istället för 2 mol ATP. Huruvida det bildas Ättiksyra eller etanol beror på syretillgängligheten. Finns det syre dominerar ättiksyra medans om det finns lite syre eller om det saknas helt så kommer etanol att dominera.

Äppelsyra till mjölksyra.

Det är på grund av mjölksyrebakteriernas förmåga att omvandla äppelsyra till mjölksyra som de har fått så stor betydelse i vinindustrin. Äppelsyra är mycket skarpare och surare än mjölksyra och man låter ofta röda viner och en del vita viner genomgå MLF (malolactic fermentation) just för att runda av dem.

Det som kemisk händer är:

malic acid → lactic acid +CO2

Fördelen för bakterien att omvandla äppelsyra till mjölksyra är att den höjer pH i vinet och kan därmed generera ATP via plasma membranet.

Malate:

Malat är äppelsyrans korresponderande salt. I malolaktisk jäsning kommer en del malat att omvandlas till etanol via följande process:

malat → pyruvat → acetaldehyd → etanol

Citrat:

Citrat är citron syrans korresponderande bas. Citrat metaboliseras till viktiga organoleptiska ämnen av mjölksyrebakterier, acetoin, butanediol och framförallt diacetyl. Nyckelenzymet är citrat lyase som klyver citrat till acetat och oxaloacetat. 0.2-0.3g/l citrat ger upphov till 10mg/l diacetyl.

Tartrat:

Tartrat är vinsyrans salt. Vissa MLB metaboliserar tartar vilket kan ge upphov till volativa syror.

Glycerol:

Likväl metaboliserar en del MLB glycerol vilket kan ge upphov till bitterämnen i vin. Främst i kombination med tanniner i rödvin.

Biogena aminer:

Vid MLF bildas det olika mycket biogena aminer, dessa kan vara ett problem då det är allergena. Den mest omtalade är histamin som dekarboxyleras från histidin. Men det är ofta i kombination med varandra som de blir tillräckligt mycket för att ge någon effekt. Andra är cadaverin, putrescine, tyramine och fenyletylamine.

histadin → histamine + CO2



Inga kommentarer ännu.

Lämna ett svar

Du måste vara inloggad för att lämna en kommentar.