"Природа", №10-12, 1919 год, стр. 355-468

Душистые микробы.

Проф. В. Л. Омелянского.

В сочетании слов, поставленных в заголовке, многие, без сомнения, заподозрят скрытое желание автора придать им иронический оттенок. И в самом деле, с обычным представлением о микробах, как возбудителях болезней, как агентах гниения и других распадов органического вещества, часто с образованием дурно пахнущих продуктов, — как-то плохо вяжется представление о существовании среди них особой группы организмов, которые издают в разводках приятный аромат. А между тем такая группа имеется и заключает в себе многочисленных представителей из различных классов микробов: бактерий, в том числе и болезнетворных, дрожжей, плесеней и лучистых грибов. Микробы эти привлекают к себе большой и многообразный интерес, особенно за последние годы; в то же время сведения о них весьма мало распространены не только в широких слоях образованного общества, но и среди специалистов. Это дает нам повод избрать их темой нашей беседы.

Свойство сообщать культурам тот или иной запах присуще весьма многим представителям микроскопического мира так же, как оно присуще различным высшим растениям и животным. Им нередко с успехом пользуются для отличия близких видов. Так, типичную гнилостную бактерию легко узнать уже по одному отвратительному запаху, издаваемому ею на белковых средах благодаря образованию специфических продуктов гнилостного распада. По характерному запаху легко узнать также разводки дрожжевых, плесневых и лучистых грибов. Во всех этих случаях запах, издаваемый культурой, служит как-бы групповым признаком. Но им же характеризуются и отдельные виды. Так, разводки "чудесной палочки" (Вас. prodigiosus) — бактерии, образующей кровавокрасные колонии — издают типичный запах сельдяного рассола, или Триметиламина; Вас. odorificans характеризуется запахом лежалого навоза, Вас. Fitzianus — запахом пота и т. д. Лучистый гриб Streptothrix chromogena пахнет в разводках сырой землей. И некоторые болезнетворные бактерии издают довольно типичный аромат. Так, культуры туберкулезной палочки (Вас. tuberculosis) и палочки синего гноя (Вас. pyocyaneus) издают своеобразный запах; последний вид — приторный аромат, напоминающий запах липового цвета.

Таких и им подобных примеров можно привести сколько угодно, но нас в данном случае интересуют не они, а специальная группа микробов, которым по праву придается эпитет "душистых". Их разводки издают в большинстве случаев сильный сложноэфирный аромат, напоминающий запах различных фруктов: запах земляники, ананаса, яблок, груши, дыни и т. п. К этой же группе должны быть отнесены и те микробы, которые сообщают благородный аромат различным продуктам, употребляемым в пищу или для питья — молоку, сыру, маслу, вину, отчасти какао, чаю, кофе и пр. По признаку ароматообразования видовые названия представителей этой группы составляют обыкновенно с прибавлением эпитетов: aromaticus, aromofaciens, odorus, odoratus, esterificans, fragi, nobilis и т. п.

Душистые микробы весьма распространены в природе, встречаясь в почвенном слое, в воде, в молоке, в растительных настоях и даже в навозе и испражнениях. Как курьез упомянем, что в одном случае ароматообразующий вид был найден в испражнениях холерного больного (Bac. inraepollens Maassen'a).

Причиной появления в разводках фруктового аромата различных оттенков служит одновременное образование микробом спиртов и органических кислот, вступающих во взаимное химическое соединение in statu nascendi, т. е. в момент своего образования. Чаще всего наблюдается появление этилового, бутилового и амилового эфиров уксусной, масляной и валериановой кислот.

Свойство эфирообразования представляет, однако, довольно неустойчивый признак. У большинства видов специфический аромат слышится лишь в свежевыделенных разводках, постепенно ослабевая и совершенно теряясь в последующих пересевах. Чтобы возвратить "выдохшимся" культурам утраченное свойство, необходимо перевить микроб на его естественный субстрат. Так, имеется довольно много бактерий, издающих превосходный земляничный аромат в первых пересевах на обычные питательные среды. (Вас. fragi. В. fragarius I и II, В. fragaroideum) Одну из таких бактерий с чудесным ароматом земляники нам удалось выделить из молока, свернутого сычужным ферментом. Для того, чтобы восстановить утраченное свойство ароматообразования, достаточно сделать пересев этих бактерий на среду отвара земляничных листьев. Точно также для видов, издающих запах ананаса, потерянное свойство ароматообразования восстановляется культурой на отваре листьев ананаса; вид, издающий в разводках запах репы (Pseudomonas carotae), культивируют на среде из желтой репы и т. д. Указывая на эти любопытные примеры, мы, к сожалению, не располагаем достаточными данными для их рационального объяснения: это — дело будущих исследований.

Часто наблюдается, чго разводка, издающая в молодом состоянии чистый фруктовый аромат, при длительном культивировании на одной и той же среде изменяет его в неблагоприятную сторону, нередко приобретая гнилостный оттенок. Подобное явление может быть объяснено двояко. Мы знаем, что некоторые продукты гнилостного распада в небольших дозах обладают приятным ароматом. Так неприятно пахнущий индол, находясь в ничтожных количествах, сообщает цветам жасмина их тонкий аромат. Таким образом, одни и те же продукты обмена, в зависимости от их количества в среде, могут издавать приятный или отвратительный запах.

Но возможны и такие случаи, когда при росте микроба на данной среде сначала образуются вещества с приятным запахом, а затем, подвергаясь дальнейшему воздействию микроба, они разлагаются с образованием продуктов с иным запахом. В нашей бактериологической практике нам дважды пришлось встретиться с микробом, дававшим на молоке сначала приятный яблочный аромат, а затем, по мере растворения свертка казеина, изменявшим его в запах старого швейцарского сыра, очевидно, под влиянием образования новых продуктов распада.

Является ли свойство ароматообразования целесообразным приспособлением микробов в борьбе за существование? По отношению к некоторым высшим животным и растениям это принимается, как установленный факт, что же касается интересующих нас микробов, то здесь мы в области более или менее гадательных предположений, так как нет достаточно веских данных для решения вопроса в утвердительном смысле.

Группа душистых микробов заключает в себе представителей с самыми разнообразными физиологическими свойствами. Не претендуя на исчерпывающую полноту, назовем лишь главнейшие сюда относящиеся физиологические группы:

1) Дрожжевые грибы, вызывающие спиртовое брожение сахара часто с развитием сложно-эфирного запаха. В особенности этим свойством отличаются представители родов Mycoderma, Willia, Pichiа и отчасти Torula.

2) Уксуснокислые бактерии. Многие из них сообщают получаемому уксусу приятный фруктовый аромат, весьма повышающий расценку продукта (Вас. orleanense).

3) Молочнокислые бактерии. Среди них имеется немало рас, придающих молоку и молочным продуктам приятный аромат благодаря образованию эфиров молочной и летучих органических кислот.

4) Маслянокислые бактерии. Здесь образование эфиров — чаще всего бутилового спирта и масляной кислоты — происходит в анаэробном процессе, т. е. без доступа воздуха.

5) Гнилостные бактерии, если позволительно назвать таковыми микробов, энергично разлагающих белки, но без образования дурнопахнущих продуктов ¹). Некоторые из сюда относящихся бактерий разлагают белковые вещества с образованием эфиров масляной и валериановой кислот.

6) Мукоровые плесени. Некоторые из них развивают в культурах приятный фруктовый аромат, чаще всего напомииающий запах груши или сливы. Таковы Mucor piriformis, М. Rouxii, М. avajonensis, М. mucedo, М. racemosus и др.

7) Плесени—кистевики (Penicillium). Приводим в качестве примера вид, выделенный нами из заплесневевшего лимона и издававший на некоторых искусственных средах (с мальтозой) тонкий аромат дыни.

Не приводя дальнейших примеров и ограничиваясь сказанным, мы в этой статье остановимся преимущественно на тех душистых микробах, которые уже получили или же могут получить в будущем известное практическое применение при различных технических бродильных процессах, сообщая получаемому пищевому продукту или напитку облагораживающий его запах, значительно повышающий его рыночную ценность: вину — его букет, сыру — специфический аромат, маслу — запах майского сливочного масла и т. п.

Начнем с вина, тем более, что и исторически ему принадлежит первое место.

Вещества, придающие вину его букет, по своему происхождению могут быть разделены на три группы.

1) Ароматические вещества, составляющие "первичный букет" вина и содержащиеся уже в готовом виде в виноградном соке.

Müller-Тhurgau придает им преобладающее значение в сообщении вину его букета. Богатство этими веществами зависит от сорта винограда, особенностей почвы, климата местности, ухода за виноградной лозой, зрелости винограда и т. п. В некоторых сортах винограда, напр. в мускате, рислинге и др., содержится особенно много этих ароматических веществ.

Müller-Тhurgau относит их к эфирным маслам, a Jacquemin — к соединениям типа глюкозидов, которые скопляются в большом количестве в листьях и ягодах виноградной лозы в период ее созревания. Если к плохому виноградному суслу, дающему малоценное вино, прибавить листья благородной лозы, то после брожения получается вино высокого качества с букетом, свойственным тому сорту, листья которого были взяты. Прибавляя к тому же суслу, вместо листьев виноградной лозы, яблоневые или грушевые листья, Jacquemin получил вино с запахом соответственных сидров. Интересны опыты, произведенные с душистыми сортами винограда, как мускат и рислинг. Листья этих лоз, прибавленные к сахарной воде, сообщали последней, после брожения, аромат, свойственный соответственным винам.

Некоторые душистые вещества, оказывающие влияние на букет вина, содержатся и в виноградных семенах, напр., ваниллин.

2) Ароматические вещества, образующиеся при сбраживании сусла и сообщающие вину специфический "букет брожения" или "вторичный букет". Это главным образом спирты и эфирные кислоты, вступающие в взаимное соединение с образованием сложных эфиров, из которых особенно энантовый эфир играет большую роль в придании вину его букета.

Давно известно, какое влияние на букет вина оказывают примененные расы дрожжей, придающие запах соответственного вина даже пивному суслу. Уже в 1876 г. знаменитый Pasteur писал в своей классической монографии о пиве ("Etudes sur la biére"): "Я культивировал эти дрожжи (винные) в ряде образцов пивного сусла. Получалось пиво со специфическим винным запахом — своего рода ячменное вино. Это служит доказательством, что вкус и другие свойства вина зависят в значительной степени от природы дрожжей, участвующих в брожении. Нужно думать, что если одно и то же виноградное сусло подвергнуть действию различных дрожжей, мы получим вина различного качества".

Указанные факты и предположения Pasteur’a были затем подтверждены дальнейшими исследованиями. Возникла мысль облагораживать вина, сбраживая сусло с помощью строго определенных рас дрожжей. В пользу подобной операции говорили многочисленные факты. Так при заражении плодового сока винными дрожжами получается плодовое вино с ясным запахом виноградного. На этой почве возникали даже недоразумения. На одной выставке плодовых вин были выключены из конкурса экспонаты одной из фирм на том основании, что они будто-бы представляют собою плодовое вино, сдобренное виноградным — настолько резко выступал запах последнего. А между тем вино было цельное и лишь сброжено винными дрожжами.

Со времени введения принципа чистых культур в практику виноделия, производство вин почти не знает неудач, так как всегда получается продукт определенного достоинства.

Кроме культурных дрожжей, в прежние времена в брожении виноградного сусла принимали участие и дикие дрожжи, попадающие в него из воздуха или с поверхности ягод винограда и придающие вину резкий сложно-эфирный запах и кислый вкус. Это так называемые "Fruchtatherhefen" Lindner’a, или дрожжи, относящиеся к родам Mycoderma, Pichia, Willia и Torula. На поверхности сахаристых растворов они образуют сухую "цвель", издающую резкий фруктовый аромат. Размножение этих дрожжей в виноградном сусле служит причиной "болезней вина", придавая ему слишком резкий запах и горький или кислый привкус.

Иногда в придании вину букета принимают участие и некоторые другие грибы. Так, грибок Botrytis cinerea, развиваясь на зрелых ягодах винограда, способствует так называемому "благородному гниению" и сообщает вину превосходный букет.

Выделенный Lindner’ом грибок Sachsia suaveolens, развиваясь на солодовом сусле, придает ему аромат мозельвейна, что дало основание Lindner’y назвать этот грибок "Weinbouquetschimmelpilz". Попытки технически использовать этот грибок не дали результатов, и взятый патент не был использован.

Близкий к описанному виду грибок Oidium suaveolens был выделен Krzemieck’ом из воды. Он издает приятный фруктовый аромат на солодовых средах.

3) Ароматические вещества, образующиеся при выдерживании вин в погребах. По Jacquemin’у, как мы уже упоминали, вещества эти в значительной степени происходят за счет распада глюкозидов под влиянием дрожжей. F. Еhrlich, напротив, полагает, что они образуются при распаде содержащихся в сусле белковых веществ или самих дрожжевых грибов. Чисто химический процесс эфирообразования лежит в основе ароматизации таких крепких напитков, как коньяк, ром и им подобные.

Особенно видную роль душистые микробы играют в бактериологии молока и молочного дела. Им, несомненно, принадлежит здесь большая будущность.

Подобно тому, как по отношению к вину мы говорили о "первичном букете" его, так и здесь, по отношению к молочным продуктам приходится считаться с "первичным ароматом" молока, зависящим от природных свойств его. Давно установлено, что корм скота может сообщать молоку различные оттенки вкуса и запаха. Мы знаем, каким высоким достоинством обладает молоко коров, пасущихся на высоких горных пастбищах, напр. в Швейцарии, у нас на Кавказе и пр. Большое содержание в корме турнепса, репы, горчицы, рапсовых жмыхов и т. п., т. е. серу-содержащих растений и их отбросов, придает молоку специфический запах и привкус репы, а примесь лука — соответственный резкий запах. Содержание вики и невываренных лупинов делает молоко горьким, а нахождение в корме ядовитых трав может сделать молоко даже ядовитым.

Кроме корма, на первичный аромат молока оказывают влияние порода скота, возраст животного, уход за ним, период лактации и т. п. причины.

Но главной причиной, влияющей на ароматизацию молока, служит, без сомнения, деятельность микробов. Среди этих агентов "вторичного аромата" молока и молочных продуктов на первом месте должны быть поставлены молочнокислые бактерии, вызывающие естественное скисание молока — Bad. lactis acidi, Streptococcus hollandicus и др. Отдельные расы их различаются по оттенкам вкуса и запаха, которые они придают молоку.

Уже в первых исследованиях над микрофлорой скисшего молока Wеigmann описал особый вид, названный им "Вас. К", сбраживающий молочный сахар с образованием сложных эфиров. К энергичным эфироообразователям принадлежат также следующие молочнокислые бактерии: мелкий стрептококк Нagеnbrg’a и Wеigmann’а, Вас. № 18 Storch’a, разновидности Вас. acidi lactici Hüpре, a также: Вас. ethaceticus Frankland’a, дрожжи из рода Torula и некоторые другие.

Большое число ароматообразователей имеется среди белковых ферментов, разлагающих казеин с образованием пахучих продуктов распада. Из неразжижающих желатины видов сюда относятся: различные разновидности Вас. coli, Вас. esterifieans Мaassеn’а, Вас. aromaticus Grimm’a, Вас. № 41 Conn’а. Вас. fragi Еiсhhоz’a, Вас. fragariae I Gruber’a и др. Из разжижающих желатину видов: Вас. fragariae II Grubеr’a. Aromobacillus Wеigmann’а, Вас. suaveolens Sclavo usosio, Вас. praepollens Мaassеn’а и др.

Некоторые бактерии и грибы придают молоку неприятный запах и привкус, являясь причиной болезней молока. Так, многие разноводности Вас. acidi lactici (Вас. aerogenes) придают ему сначала сладковатый вкус и запах хлева ²), а затем горький вкус и запах загнившей мочи или куриного помета.

Некоторые разновидности кишечной палочки, по О. Jensen’y, придают молоку запах репы и горький вкус. Тем же свойством обладают и отдельные расы молочной плесени (Oidium lactis). Вас. fluorescens liquefaciens придает молоку запах моркови, плесень Penicillium brevicaule — чесночный запах, а мукоровыя плесени — запах горьких миндалей.

Причиной мыльного привкуса молока служит Вас. sapolacticum, а салистого привкуса, по Storch’y, — некоторые расы молочнокислых бактерий.

Streptococcus casei amari, Torula amara и некоторые другие виды придают молоку горький привкус. Описаны бактерии, собщающие молоку пригорелый солодовый привкус, запах растительного масла и т. д.

На аромат масла оказывают влияние те же воздействия, какие были указаны по отношению к молоку. При этом замечено, что масло бывает особенно душистым, если сливки скисают при низких температурах.

Большое влияние на аромат молока оказывает деятельность разнообразных микробов; в этом отношении особенно благоприятные результаты дало применение чистых культур. Рациональное маслоделие, основанное на этом принципе, давно уже получило широкое распространение на западе, особенно в северной Германии, в Шлезвиг-Голштейне и в Дании. Постепенно прививается оно и у нас.

Существуют две теории ароматизации масла. По мнению Weigmаnn’а и его школы, вкус и аромат масла зависят от всей совокупности его микрофлоры, главным же образом от особых рас молочнокислых бактерий (Вас. К и др.). Американский ученый Conn, наоборот, главную роль приписывает не молочнокислым бактериям, а белковым ферментам, в особенности выделенному им из южноамериканского молока виду Вас. № 41 Conn. Conn полагает, что запах, вкус и кислотность масла вызываются деятельностью отдельных бактерий и представляют независимые друг от друга свойства.

Не подлежит сомнению, что тонкие оттенки аромата и вкуса масла зависят от совокупности различных условий и от совместной деятельности разных бактерий.

Многие из них обладают вредными свойствами, способствуя понижению прочности масла и вызывая его быстрое прогорькание. Некоторые расы Oidium lactis сообщают маслу ореховый запах (Weigmann), а другие — медовый (Maassen).

Процесс созревания сыра, при множестве посвященных ему исследований, до сих пор еще не может считаться вполне выясненным, в частности — по отношению к причинам, сообщающим сыру его специфический аромат.

Важную роль в этом сложном процессе играют, повидимому, молочнокислые бактерии, но приписывать им исключительное значение нельзя. По крайней мере, все попытки вызвать нормальное созревание сыра с помощью чистых культур этих бактерий окончились неудачей. Созревание сыра мы должны рассматривать, как сложный процесс, идущий под влиянием различных микробов в условиях совместной и последовательной их деятельности. Freudenreich’y и Thöni удалось получить хороший эмментальский сыр при одновременном заражении сгустка творога четырьмя микробами: Вас. Casei α, ρ, ε и γ, а О. Jensen’y — с помощью смеси следующих видов: Chlamydomonas casei, Mucor casei I и Pemcillium aromaticum casei.

При созревании так называемых "плесневых сыров" главную роль играют отдельные виды плесеней: при приготовлении сыра "Рокфор" — Penicillium Roqueforti, сыра "Комамбер" — Реn. Comemberti. К той же категории плесневых сыров принадлежит: итальянский сыр "Горгонцола", английский "Стильтон", норвежский "Гаммельост" и др.

Одно время большие надежды возбуждал изолированный Adamеtz’oм и Kleck’им аэробный, разлагающий казеин вид Вас. nobilis, сообщающий сыру благородный аромат. Была сделана даже попытка выпустить культуры Вас. nobilis в сухом виде в продажу под названием "тирогена" (Tyrogen). Однако, опыты с этим микробом Freudenreich’a и Тroili-Petersson’а не только не подтверждали данных Adametz’a, но при заражении Вас. nobilis сыр получился даже худшего качества, чем контрольный.

Бактерии, развивающие сначала сложноэфирный аромат, а затем запах сыра, были найдены Freudenreich’ом и Mazé во францусских мягких сырах, а Wеigmаnn’ом, Gоеthаrt’oм и Воеckhout’oм — в эдамском сыре.

Подводя итог имеющейся довольно богатой литературе по вопросу о созревании сыра, мы можем разделить всех ароматизирующих сыры микробов на две категории:

1) Микробы, развивающиеся в кислом свертке казеина. Кроме плесеней, сюда относятся молочнокислые и им подобные бактерии, разлагающие молочный сахар с образованием кислот, спиртов и сложных эфиров. Бактериям этим принадлежит главная роль в приготовлении кислых сыров, как эдамский и близкие к нему. В холодных погребах американских сыроварен, где выдерживается сыр "чеддар" (Cheddar), слышен всегда ясный фруктовый запах, указывающий на развитие эфирообразующих бактерий.

2) Микробы, растворяющие и разлагающие казеин, т. е. микробы, принадлежащие к белковым ферментам, как мы уже знаем, постоянно встречающиеся в молоке. Назовем из сюда относящихся видов: Вас. bernensis — душистую бактерию, найденную Burri в эмментальском сыре (синоним: Вас. odoratus Matzusсhitа), анаэробный вид Clostridum foetidum, сообщающий белковым средам запах лимбургского сыра; Micrococcus casei liquefaciens, при разложении казеина образующий главным образом масляную и валериановую кислоты, и т. д. С прибавлением культуры этого последнего вида удалось получить эментальский сыр хорошего качества.

Одной из причин ароматизации сыра служат, несомненно, также микробы, расцепляющие жиры с образованием жирных кислот — масляной, валериановой, капроновой и каприловой, — придающих сыру специфический запах.

Мы уже указывали на то, что свойство ароматообразования представляет весьма нестойкий признак микробов, быстро ослабевающий и совершенно утрачивающийся при пересевах на искусственные среды. Этим обстоятельством, без сомнения,следует объяснить неудачи технического применения отдельных микробов и противоречивые результаты у различных авторов, работавших с одним и тем же видом. Вспомним результаты опытов с Вас. nobilis Adamеtz’a, с одной стороны, и Frendenreich’a и Troili-Petersson’a — с другой или данные относительно Вас. № 41 у Соnn’а и у Fаrrington’a и Russel’я, не получивших в опытах с этим видом благоприятных результатов. Указанное непостоянство свойств представляет серьезное препятствие для широкого использования соответственных видов в практике приготовления различных пищевых продуктов и напитков.

Однако, некоторые ароматообразующие бактерии представляют исключение в указанном отношении: они сохраняют свой аромат неопределенно долго и в искусственных условиях культивирования. Таков Вас. proepollens Maassen’a, таков же Bact. estero-aromaticum, изолированный мною из загнившего картофеля и сохраняющий свойство ароматообразования в течение 5 лет. Подобным бактериям можно предсказать большое будушее в смысле использования их в различных биохимических технических производствах.

Обозревая приведенный материал, мы видим, что класс "душистых микробов" соединяет в одной группе самые разнообразные микроорганизмы, отличающиеся между собой по морфологическим и физиологическим признакам. Их об'единяет лишь один общий им всем признак — способность вырабатывать ароматические продукты обмена. У многих может явиться сомнение, имеем ли мы право на основании лишь одного подобного признака, и притом далеко не постоянного, обособлять самостоятельную физиологическую группу микробов? Сомнение, конечно, вполне законное, но мы спросим, не с такими ли же искусственными группировками мы имеем дело в группах пигментных, светящихся или патогенных микробов? И там объединяющим звеном служит лишь один признак и притом признак, как и в нашем случае, довольно изменчивый, ибо потеря способности пигментообразования, свечения и патогенных свойств составляют довольно обычное явление.

Как и при ограничении других физиологических групп микробов, мы и в данном случае наталкиваемся на некоторую неопределенность границ группы благодаря существованию переходных форм со слабо выраженным свойством ароматообразования. Надо считаться также с тем, что самое определение качества и силы запаха носит до известной степени субъективный характер, чем затрудняется отнесение исследуемого микроба к данной группе, особенно в сомнительных случаях.