Geçen yaklaşık 150 yıllık süreçte Laktik asit bakterileri üzerine 50.000’e yakın SCI kapsamında bilimsel yayın kaleme alındı ve sadece 2023 yılında yayınlanan makale sayısı 3453’tü. (Web of Science, 2024)
Bugün hala binlerce bilim insanın konu üzerinde yoğun olarak çalıştığı ve çok önemli keşiflerin yapıldığı ve dünyada laktik asit bakterilerinin temelini oluşturduğu starter kültür pazarının milyar dolarlar seviyesinde olduğu göz önüne alındığında, laktik asit bakterilerinin ne derece önemli mikroorganizma grubu olduğu ortaya çıkmaktadır.
Ne yazık ki, laktik asit bakterileri için kati bir tanım ve sınıflandırma (aile bazında) yapmak mümkün değildir. Son taksonomik gelişmeler ve biriken genetik verilere bakıldığında, antik Bacillus-benzeri toprak organizmalarının yeni ve beslenme açısından zengin ekolojik ortamlara adapte olmuş halini temsil ettikleri söylenebilir.
Adaptasyon sürecinde birçok metabolik aktivitelerini kaybetmelerine rağmen; fermantasyon sistemleri, asit üretimi ve aside tolerans gibi etkili özellikleri, laktik asit bakterilerinin diğer mikroorganizmalarla güçlü bir şekilde rekabet edebilmelerini sağlamıştır.
Biyolojik sınıflandırmaya göre LAB, bakteriler âleminin Firmicutes şubesi Lactobacilleae sınıfı Lactobacillales takımına üyedirler. Aşağıdaki görselde, bu bakterilerin aile ve cinslere göre geleneksel sınıflandırmasıyla bazı karakteristik özellikleri gösterilmiştir.
Laktik Asit Bakterilerinin Sınıflandırılmasında 2020 Sonrası Değişiklikler
Yukarıdaki görsel, laktik asit bakterileri için uzun yıllar kullanılan sınıflandırmayı yansıtıyor. Genom dizileme çalışmalarının gelişmesiyle, özellikle Lactobacillus adı altında toplanan türlerin birbirlerinden sanıldığından daha farklı olduğu görüldü. Zheng ve arkadaşları (2020), eski Lactobacillus cinsinin kapsamını 25 cins altında yeniden düzenledi. Bunlar arasında adını koruyan Lactobacillus, daha önce tanımlanmış Paralactobacillus ve çalışmada önerilen 23 yeni cins bulunuyor.
Bu değişiklik, yazının ilerleyen bölümlerinde karşılaştığımız tür adlarına da yansıyor. Eskiden Lactobacillus casei ve L. rhamnosus olarak bildiğimiz türler artık sırasıyla Lacticaseibacillus casei ve Lacticaseibacillus rhamnosus adıyla anılıyor. Benzer şekilde L. plantarum için Lactiplantibacillus plantarum, L. brevis için Levilactobacillus brevis, L. reuteri için de Limosilactobacillus reuteri adları kullanılıyor.
Kefirde bulunan Lactobacillus kefir, 2020’deki sınıflandırma değişikliğiyle Lentilactobacillus kefiri adını aldı. Yazıda genom büyüklüğüne örnek verdiğim L. sanfranciscensis ve L. parakefiri ise sırasıyla Fructilactobacillus sanfranciscensis ve Lentilactobacillus parakefiri olarak adlandırılıyor. Buna karşılık Lactobacillus acidophilus, L. delbrueckii, L. helveticus, L. johnsonii ve Lactobacillus kefiranofaciens gibi türler Lactobacillus cinsinde kalmıştır. Kısacası, eskiden Lactobacillus adı taşıyan her türün cins adı değişmiş değildir.
Değişiklikler yalnızca cins adlarıyla sınırlı değil. Görselde ayrı bir aile olarak gösterilen Leuconostocaceae, 2020 düzenlemesinde genişletilen Lactobacillaceae ailesine dâhil edildi. Görseldeki Lactobacillus satırı da cinsin eski, geniş kapsamını yansıtıyor. Bu nedenle o satırda verilen özellikleri bugün ayrı cinslerde değerlendirilen bütün türlerin ortak özellikleri gibi okumamak gerekiyor.
Bir sonraki değişiklik ise 2021 yılında Lactococcus cinsinde yapıldı. Li ve arkadaşları, Lactococcus lactis subsp. cremoris‘i tür düzeyine yükselterek Lactococcus cremoris adını önerdi. Bu düzenleme Zheng ve arkadaşlarının 2020 çalışmasından ayrıdır; Lactococcus lactis subsp. lactis veya Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris adlarını değiştirmez. Eski yayınlarda önceki adlarla karşılaşmamızın nedeni de bu sınıflandırma değişiklikleridir.
| Eski isim | Güncel isim |
| Lactobacillus casei | Lacticaseibacillus casei |
| Lactobacillus plantarum | Lactiplantibacillus plantarum |
| Lactobacillus rhamnosus | Lacticaseibacillus rhamnosus |
| Lactobacillus brevis | Levilactobacillus brevis |
| Lactobacillus reuteri | Limosilactobacillus reuteri |
| Lactobacillus kefir | Lentilactobacillus kefiri |
| Lactobacillus sanfranciscensis | Fructilactobacillus sanfranciscensis |
| Lactobacillus parakefiri | Lentilactobacillus parakefiri |
| Lactococcus lactis subsp. cremoris | Lactococcus cremoris |
Kaynaklar: Zheng et al. (2020), https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004107; Li et al. (2021), https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004727.
Laktik Asit Bakterilerinin Bazı Karakteristikleri
Çoğunlukla Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus (süt, et, sebze ve tahıl ürünleri), Lactococcus (süt ürünleri), Leuconostoc (sebze ve süt ürünleri), Oenococcus (şarap), Pediococcus (sebze ve et ürünleri), Streptococcus ve Weissella (süt ürünleri) cinsi laktik asit bakterileri gıda endüstrisinde starter kültür olarak kullanılmaktadır.
Laktik asit bakterileri, genel olarak spor oluşturmayan, heterotrof, anaerobik ve mikroaerofilik, Gr (+), hareketsiz, aside karşı dirençleri nispeten yüksek, çubuk veya kok şeklindeki bakterilerdir.
DNA’larında G+C oranı %55’in altındadır. LAB genomları, 1,23 Mb (Lactobacillus sanfranciscensis) ile 4,91 Mb (Lactobacillus parakefiri) arasında değişen küçük boyutlarla karakterize edilmektedir.
Karbonhidratları homofermentatif veya heterofermentatif yolla fermente ederek ana ürün laktik asit olmakla birlikte, asetik asit, formik asit, etanol ve CO2 üretebilmektedirler.
LAB, optimum gelişme sıcaklıklarına göre mezofilik ve termofilik olarak ikiye ayrılabilir. Mezofilik LAB’lar optimum 20-30 oC’de gelişebilirken termofilik LAB’lar 30-45oC arasında optimum gelişebilmektedir.
Muhtemeldir ki bu yüzden, Batı ve Kuzey Avrupa ülkelerinin ürünlerinde ağırlıkla mezofilik LAB bulunurken, subtropikal ülkelerin ürünlerinde termofilik LAB’lar bulunmaktadır.
Süt ve bitkiler (sebze, meyve ve tahıl) laktik asit bakterilerinin doğal habitatlarını oluşturmaktadırlar. Bununla birlikte, sıcakkanlı canlıların ağız boşluğu, bağırsak, kolon gibi mukozal yüzeylerinde de doğal olarak bulunabilmektedirler.
LAB üyesi bir suş insan, bitki, hayvan ve süt ürünleri gibi çok farklı ortamlardan izole edilebilmektedir. Bu durum, LAB’ların çok geniş bir dağılım ve güçlü bir adaptasyon sergilediğini göstermektedir.
LAB’ların GRAS (genel olarak güvenilir) statüsünde yer almasının yanı sıra, artan antibiyotik dirençliliği ve bu dirençliliğin patojen bakterilere aktarılabiliyor olması göz ardı edilmemesi gereken bir risk oluşturmaktadır.
Laktik asit bakterileri sitokrom ve elektron taşıma proteinlerinden yoksun oldukları için oksijenli solunum aktivitesi ile enerji elde edememektedirler. Bu nedenle glikoliz sırasında meydana gelen substrat seviyesinde fosforilasyon reaksiyonları ATP elde edilmesinin başlıca yoludur.
Bazı cins ve türlerin belirli karbonhidratları nasıl kullandığı ve metabolize ettiği önemli farklılıklar gösterse de, laktik asit bakterileri genellikle metabolik çeşitlilikten yoksundurlar. Laktik asit bakterileri karbonhidratları iki yolla fermente edebilmektedir.
Homofermentatif LAB’lar karbon kaynağını Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) yolu üzerinden metabolize ederek her mol heksoz için 2 mol ATP ve 2 mol piruvat üretmektedirler. Piruvat daha sonra laktat hidrojenaz ile laktata indirgenmektedir ve böylece başlangıç heksozunun %90’ından fazlası laktik aside dönüştürülmektedir.
Heterofermentatif LAB’lar pentoz fosfat, Leloir yolu, fosfo ketolaz yolunu izleyerek 1 mol ATP ve en az %50 oranında laktik asit, %50-30 oranında ise etil alkol ve/veya asetik asit ile CO2 oluşturmaktadırlar.
LAB’lar, laktozu bir enerji ve karbon kaynağı olarak kullanmaya çok uygun oldukları gibi, kazeini bir nitrojen kaynağı olarak kullanmaya da iyi adapte olmuşlardır.
İnorganik nitrojeni kullanamayan laktik asit bakterileri, amino asit gereksinimlerini karşılamak için proteinleri ve peptitleri metabolize edebilmektedirler. Laktik asit bakterileri, kazein alt fraksiyonlarını daha küçük parçalara indirgeyerek gelişimleri için gerekli tüm amino asitleri sağlayabilen yüksek verimli sistemlere sahiptir. Gelişim üzerine olan etkilerinin yanı sıra, laktik asit bakterilerinin sahip olduğu proteolitik aktivite özellikle peynir üretiminde olgunlaşma ve aroma üzerine son derece etkilidir.
Genel itibari ile laktik asit bakterilerinin çok düşük derecelerde lipolitik aktiviteye sahip olduğu söylenebilir. Bu aktivite daha çok mono- ve digliseritler üzerine etkilidir. Bazı peynir çeşitlerinde ve tereyağında (yüksek olmamak kaydı ile) uçucu yağ asitlerinin konsantrasyonlarının artırılarak istenen karakteristik tat ve aromanın kazandırılması amacıyla lipoliz aktivitesi istenebilmektedir.
Diasetil (tereyağı aroması) ve asetoin/2,3-butanediol’e giden sitrat metabolizması, birçok LAB’da yaygın olmasına rağmen Lactococcus ve Leuconostoc cinsi bakteriler teknolojik açıdan önemlidir. Nitekim sitrat metabolizması, süt ürünlerinde aroma ve lezzet oluşumunda en önemli faktördür.
Sitrat metabolizması, NAD+ rejenerasyon ihtiyacına göre fazla miktarda piruvat gerektirmektedir. İhtiyaç duyulan piruvat, sütte doğal olarak bulunan (~1,5 mg/mL) sitratın parçalanması ile sağlanmaktadır. Burada önemli olan husus, sitratın hücre içine alınabilmesi için ortam pH’sının 6,0’dan düşük olması gerekmektedir.
Son tahlilde, fermente ürünlerde aroma oluşumu üzerine LAB’ların sergiledikleri glikoliz, lipoliz ve proteoliz metabolizması olmak üzere üç ana yol bulunmaktadır.
Laktoz dönüşümünden üretilen ana ürün laktat iken, ara ürün piruvatın bir kısmı alternatif olarak diasetil, asetoin, asetaldehit veya asetik asit gibi bileşiklere dönüştürülmektedir.
LAB’ın lipolize katkısı nispeten azdır, ancak proteoliz lezzet oluşumu için anahtar biyokimyasal yoldur.
Kazeinlerin peynir mayası enzimlerinin ve hücre zarfı proteinaz ve peptidazların aktiviteleri ile parçalanması, küçük peptidler ve serbest amino asitler oluşturmaktadır ki; bu amino asitler ayrıca spesifik lezzet gelişimi için çeşitli alkollere, aldehitlere, asitlere, esterlere ve kükürt bileşiklerine dönüştürülebilmektedir.
Süt ürünlerinde starter kültür olarak kullanılan laktik asit bakterilerinin türleri aşağıdaki tabloda verilmiştir;
| Tür/Alttür | Kullanıldığı Ürün | Kullanım Amacı | Referans |
|---|---|---|---|
| Lactococcus lactis subsp. lactis | Tereyağı, bazı peynir çeşitler ve buttermilk | Asitlik gelişimi, bakteriyosin üretimi | Broome et al. (2003), Wouters et al. (2002) |
| Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis | Tereyağı, gouda, edam, ekşi krema ve buttermilk | Asitlik gelişimi, aroma | Wood (1997), Leroy and De Vusyt (2004) |
| Lactococcus cremoris | Tereyağı, bazı peynir çeşitler ve buttermilk | Asitlik gelişimi | Weerkam et al. (1996) |
| Streptococcus thermophilus | Yoğurt, bazı sert ve yarı sert peynirler | Asitlik gelişimi | Broome et al. (2003), Beresford et al. (2001) |
| Lactobacillus acidophilus | Tereyağı, bazı peynir çeşitleri, yoğurt, kefir | Probiyotik karakter, yardımcı kültür | Erkaya vd (2015), Brigiler-Moarco et al. (2007) |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | Yoğurt, grana, emmental, mozzarella, taiogga, kefir | Asitlik gelişimi | Slaterry et al. (2010), Acculas and Auclair (1983), Dellaglio et al. (1994), Kılıç (2011) |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis | Fermente süt ve pıhtısı pişirilen sert ve yarı sert peynirler | Asitlik gelişimi | Broome et al. (2003), Giraffa et al. (2010) |
| Lactobacillus helveticus | Çedar, kefir | Aroma, yardımcı kültür | Slattery et al. (2010) |
| Lacticaseibacillus casei | Fermente süt ve bazı peynir çeşitleri, kefir | Probiyotik karakter, yardımcı kültür | Minelli et al (2004), Kongo (2013) |
| Lactiplantibacillus plantarum | Yoğurt, bazı peynir çeşitleri, probiyotik süt | Probiyotik karakter, yardımcı kültür | Leroy and De Vusyt (2004) |
| Lacticaseibacillus rhamnosus | Bazı peynir çeşitleri | Probiyotik karakter, yardımcı kültür | Coppola et al. (2005) |
| Levilactobacillus brevis | Beyaz peynir, kefir | Aroma | Terzic-Vidojevic et al. (2015), Leroy and De Vusyt (2004) |
| Limosilactobacillus reuteri | Çedar | Ekzopolisakkarit üretimi, yardımcı kültür | Lynch et al. (2014) |
| Lactobacillus johnsonii | Yoğurt, fermente süt | Probiyotik karakter, yardımcı kültür | Leroy and De Vusyt (2004) |
| Lentilactobacillus kefiri | Kefir | Probiyotik karakter, yardımcı kültür | Leroy and De Vusyt (2004) |
| Lactobacillus kefiranofaciens | Kefir | Probiyotik karakter, yardımcı kültür | Leroy and De Vusyt (2004) |
| Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris | Tereyağı, ekşi krema, bazı taze peynirler, edam, gouda, kefir | Aroma | Weerkam et al. (1996) Slattery et al. (2010) |
Bu yazı da ilginizi çekebilir; Starter Kültürler; Tanım, Sınıflandırma ve Tarihsel Gelişimi
