Группа компаний "Униконс"

Продвижение и реализация пищевых добавок, антисептиков и другой продукции НПО Альтернатива.

Перейти на сайт

"Бесплатные образцы"

Комплексные пищевые добавки "Униконс".

Для всех отраслей пищевой промышленности!

Перейти на сайт

"Петритест"

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

Перейти на сайт

§1. Общие механизмы действия

Консерванты в пищевых продуктах замедляют рост и развитие бактерий, плес­невых грибов и дрожжей, а также обмен веществ в них.

Угнетающее и убивающее действие. На практике часто различают фунгистатическое (угнетающее грибы) или бактериостатическое (угнетающее бактерии) действие, с одной стороны, и фунгицидное (убивающее грибы) или бактерицидное (убивающее бактерии) действие – с другой. При более точном рассмотрении та­кое разделение оказывается необоснованным. Фунги- и бактериостатики отли­чаются от фунги- и бактерицидов только скоростью антимикробиотического дей­ствия. При добавлении консерванта в пищевой продукт микроорганизмы могут погибнуть или продолжать расти – результат зависит от концентрации консер­ванта (рис. 2).

Гибель всех микроорганизмов при использовании обычных концентраций консерванта происходит в течение нескольких дней или недель. В этом заключа­ется существенное различие между консервантами и средствами дезинфекции. Последние применяются только тогда, когда микроорганизмы должны быть уничтожены очень быстро.

Рис. 2 (с. 40)

Зависимость скорости отмирании микроорганизмов под действием консервантов от времени описывается уравнением для мономолеку­лярного процесса:

К = 1n (Zo/Zt)/t или Zt= Zo c-Kt,

где      К   – константа скорости отмирания;

  t     – время;

    Zo  – число живых клеток в начальный момент (t = 0);

    Zt  – число живых клеток в момент времени t.

Эта закономерность строго соблюдается только при относительно высокой концентрации консерванта и моноклональной популяции микроорганизмов. Кро­ме того, она справедлива только для закрытой системы, в которой не могут про­исходить ни разбавление консерванта, например путём его улетучивания, ни из­менение рН, ни добавление других микроорганизмов (новое инфицирование). Но даже если указанные условия соблюдаются не полностью (как часто и бывает в практике консервирования), описанная выше «кинетика отмирания» может рас­сматриваться как основа для оценки действия консервантов в пищевых продуктах.

Добавление консервантов в пищевые продукты имеет смысл только в том случае, если они применяются в достаточной концентрации. Развитие микроор­ганизмов следует остановить на начальной (линейной) стадии их размножения, а не тогда, когда их рост стал экспоненциальным. Во-первых, в экспоненциаль­ной стадии необходимы слишком высокие дозы консервантов, во-вторых, кон­серванты не предназначены для уничтожения микроорганизмов в сильно обсе­менённых субстратах, т.е. для возвращения уже испорченных пищевых продук­тов в мнимосвежее состояние. С помощью обычных концентраций большинства консервантов это и невозможно. Поэтому консерванты непригодны для компен­сации нарушений производственной гигиены.

Действие на микроорганизмы. Механизм действия консервантов на возбу­дителей порчи многообразен. Здесь играют роль и физические, и физико-хими­ческие, и биохимические факторы. Чаще отдельные факторы действуют совме­стно, но иногда блокируется одна-единственная стадия метаболизма клетки мик­роорганизма. Бактерии, как известно, образуют споры – консерванты угнетают определённые фазы прорастания спор (рис. 3).

Антимикробное действие консерванта (рис. 4) можно объяснить его воздей­ствием:

-    на ДНК.

-    на синтез белка,

-    на активность ферментов,

-    на клеточную мембрану,

-    на клеточную оболочку,

-    на механизмы транспорта питательных веществ.

Иной механизм действия у веществ, которые снижают активность воды в субстрате, угнетая тем самым рост и развитие микроорганизмов. Упаковка, по­крытия, масла и защитная атмосфера затрудняют развитие аэробов, препятствуя доступу кислорода к пищевым продуктам. Вес эти вещества, как правило, не уби­вают микробов, а лишь угнетают развитие. Когда их действие прекращается, вновь начинается рост вредных микроорганизмов и происходит порча продукта.

Рис. 3 (с. 42)

Основной причиной антимикробного действия консервантов раньше счита­лось их угнетающее действие на ферментативные процессы, а также на синтез ферментов и белков в микроорганизме. В последнее время главным стали при­знавать действие консервантов на клеточную оболочку и мембраны. Липофильные вещества, каковыми являются большинство пищевых консервантов, ата­куют клеточную мембрану и разрушают сё или нарушают ее целостность. В результате поток протонов в клетку увеличивается и последняя вынуждена по­треблять больше энергии, чтобы компенсировать проникающую в нейтральное внутреннее пространство клетки кислоту (консервирующую) и возникаю­щую разность потенциалов.

Для антимикробного действия консерванту требуется достаточная раство­римость как в воде, так и в жирах. С одной стороны, развитие микроорганизмов происходит исключительно в водной фазе, и консервант должен находиться там. С другой стороны, он должен быть в состоянии проникать через гидрофобную клеточную оболочку.

Рис. 4 (с. 42)

Для консервантов имеет место четкая зависимость доза–действие. По этой причине консервант следует добавлять в достаточной концентрации. Механизм действия отдельных консервантов описывается в специальных главах, посвящен­ных соответствующим веществам.

§2. Спектр действия консервантов

Эффективность конкретного консерванта неодинакова в отношении плес­невых грибов, дрожжей и бактерий, т.е. он не может быть эффективен против всего спектра возможных возбудителей порчи пищевых продуктов. Большинст­во консервантов, находящих практическое применение, действует в первую оче­редь против дрожжей и плесневых грибов. Некоторые консерванты малоэффек­тивны против определённых бактерий, так как в области оптимальных для бак­терий значений рН (часто это нейтральная среда) они слабо проявляют своё дей­ствие. Впрочем, такие бактерии не развиваются в средах с рН, благоприятным для применения консервантов.

В литературе имеется большое количество данных об эффективности кон­сервантов в отношении отдельных микроорганизмов. Некоторые из них проти­воречивы. Сравнивать можно только сведения, полученные в стандартных усло­виях. Представление о применимости тех или иных консервантов можно получить из табл. 7. Конкретные сведения об эффективных концентрациях следует искать в главах, посвященных отдельным веществам.

Таблица 7. Эффективность некоторых консервантов по отношению к микроорганизмам

Консервант Бактерии Дрожжи Плесневые грибы
Нитриты ++ - -
Сульфиты ++ ++ +
Муравьиная кислота + ++ ++
Пропионовая кислота + ++ ++
Сорбиновая кислота ++ +++ +++
Бензойная кислота ++ +++ +++
n-Оксибснзоаты ++ +++ +++
Дифенил - ++ ++

– - неэффективен

+ - малая эффективность

++ - средняя эффективность

+++ - высокая эффективность

§3. Возникновение устойчивости к консервантам

Из медицинской практики известно, что некоторые микроорганизмы могут приобретать устойчивость к действующим на них веществам. Под устойчивостью понимают способность микроорганизмов с увеличением числа воздействий пе­реносить более высокие концентрации антимикробных веществ. При этом различают не передающуюся по наследству (адаптационную) и наследуемую (мута­ционную) устойчивость. Первая исчезает, если прекращается действие антимик­робного вещества. Во втором случае устойчивость остаётся и после прекращения воздействия. Устойчивость приобретают прежде всего бактерии и особенно к ан­тибиотикам. В медицине и в области защиты растений ведутся поиски веществ, которые могут делать устойчивость микроорганизмов обратимой.

Отмстим, что не следует смешивать понятие устойчивости микроорганизма с отсутствием (или наличием лишь слабого) угнетающего действия вещества или со способностью микроорганизма к разрушению антимикробного вещества.

Следствием истинной устойчивости микроорганизмов к пищевым консерван­там является существенный экономический ущерба пищевой промышленности и, опосредованно, ущерб здоровью. Хорошо изучено формирование устойчивости бак­терий и грибов к пищевым консервантам. Его наблюдали, например, при ис­пользовании тиабендазола для сохранения цитрусовых. Описана устойчивость конкретных штаммов микроорганизмов (Listeria monocytogenes Scott А) к определён­ным консервантам (низин). В данном конкретном случае причинами возникнове­ния устойчивости оказались существенные структурные и функциональные изме­нения мембран и появление способности к разрушению низина.

Для антибиотиков, не применяемых в консервировании пищевых продук­тов (пенициллин, тетрациклин, окситетрациклин, хлортетрациклин), коэффи­циенты увеличения устойчивости составляют от 15 до 150, а для стрептомици­на – даже 1670, Устойчивость Escherichia coli к антибиотикам можно возоб­новить действием сублетальной дозы сорбиновой кислоты. Возможность фор­мирования устойчивости к антибиотикам – основная причина отказа от их при­менения в качестве пищевых консервантов. Если иногда антибиотики всё-таки применяются в консервировании, то только те из них, которые не используются в терапевтических целях.

§4. Применение смесей консервантов

В медицине различные субстанции иногда используют в сочетании друг с другом, чтобы достичь усиления или изменения действия отдельных компонен­тов. В консервировании тоже применяют эмпирически подобранные комбина­ции консервантов. При использовании таких смесей в пищевой технологии можно ожидать следующих результатов.

-    расширение спектра действия;

-    усиление антимикробного эффекта;

-    уменьшение концентрации отдельных консервантов.

Расширение спектра действия. Любой консервант эффективен только про­тив части возбудителей порчи, встречающихся в продуктах питания. Это ограни­чение можно обойти, используя смеси консервантов. Теоретически такие смеси могут иметь спектр действия, отличающийся от суммы спектров обоих компо­нентов (в том числе и более широкий). В таком случае смесь может оказаться эффективной против микроорганизмов, против которых отдельные её компоненты неэффективны. Например, многие бактерии в большей степени угне­таются смесью сорбиновой и бензойной кислот, чем каждой в отдельности.

Основной практический интерес представляет сочетание бензойной и сор­биновой кислот (действующих преимущественно против дрожжей и плесеней) с антибактериальными консервантами. В качестве последнего наибольшее значе­ние имеет сернистая кислота (особенно для продуктов растительного происхож­дения). В этом случае одновременно используются ее противоферментные и ан­тиокислительные свойства.

Изменение антимикробного действия. При совместном использовании двух и более консервантов возможны три варианта:

-    простое сложение;

-    синергизм;

-    антагонизм.

При простом сложении смесь действует как сумма её составляющих; в слу­чае синергизма она проявляет угнетающее действие в меньшей концентрации, чем каждый из компонентов по отдельности; при антагонизме эффект противо­положен – для смеси необходима более высокая концентрация, чем для индиви­дуальных консервантов.

Применение синергически действующей смеси позволяет достигнуть сни­жения общего содержания консервантов в продукте питания и уменьшения воз­можных побочных эффектов (в частности – органолептических). К сожале­нию, до сих пор нет надёжных данных о влиянии одних консервантов на дейст­вие других. Синергический эффект, который удавалось наблюдать в ла­бораторных условиях, настолько мал, что не имеет практического значения. Ве­роятно, большинству комбинированных препаратов (которые раньше продава­лись во множестве) оказывали предпочтение в сравнении с чистыми консерван­тами скорее по коммерческим причинам.

Одной из разновидностей синергизма можно считать сочетание консерван­та длительного действия (например, сорбиновой кислоты) с быстро, но недолго действующим (например, диэтилпирокарбонатом). Последний быстро унич­тожает имеющиеся бактерии, а сорбиновая кислота защищает от вторичного ин­фицирования.

Положительный эффект может давать применение консервантов совместно с теми веществами, которые уменьшают диссоциацию кислот или вызывают ос­мос и снижают равновесную влажность продуктов (поваренная соль или сахар).

§5. Сочетание консервантов с физическими способами консервирования

Зачастую имеет смысл не только совместное применение нескольких кон­сервантов, но и сочетание консервантов с физическими приёмами консервиро­вания – нагреванием, охлаждением, облучением, сушкой, обработкой высоким давлением, токами высокой частоты или импульсными электрическими полями. Такое сочетание может снижать нежелательное побочное действие отдельных спо­собов. Следует отметить, что добавление консервантов требует меньших энерге­тических затрат, чем использование физических способов консервирования.

Совместное использование нескольких способов консервирования имеет дос­таточно древнюю историю. Мумифицирование тел в Древнем Египте (хотя му­мии безусловно нельзя отнести к продуктам питания) по существу представляло собой консервирование с помощью целого набора приемов – снижение актив­ности воды, сдвиг рН в неблагоприятную для роста бактерии область, примене­ние антибактериальных веществ. Квашение и маринование тоже сочетают разные методы – понижение рН вследствие образования или добавления кисло­ты и снижение активности воды под действием поваренной соли23. При копче­нии сочетаются химические ифизические факторы – воздействие антимикроб­ных составляющих дыма дополняется подсушиванием. Для сохранения рыбных пресервов уже десятки лет используют сочетание холода и добавления бензой­ной кислоты.

Комбинирование различных факторов в последние годы систематически изу­чал Лейстнер, который ввел понятие «технологии барьеров». Он пришёл к выводу, что несколько тормозящих факторов (барьеров) замедляют развитие микроорганизмов, если эти барьеры установлены в продукте в достаточном числе и на нужной «высоте» (даже если каждый барьер в отдельности недостаточен для угнетения микробов). На рис. 5 представлена упрощённая схема этой концепции.

Важнейшими барьерами для микроорганизмов служат:

-    низкая начальная обсеменённость;

-    низкая температура хранения;

-    низкое значение рН;

-    низкая активность воды;

Рис. 5 (с. 46)

-    минимальное воздействие кислорода,

-    высокая температура тепловой обработки;

-    достаточная концентрация консервантов.

Консерванты и нагрев. Пониженные и повышенные температуры быстрее приводят к гибели микроорганизмов в присутствии консервантов, чем в их от­сутствие. Другими словами, при одной и тон же температуре микробы скорее погибают при наличии консервантов, чем без них. Это подтверждено в лабора­торных опытах со многими видами бактерий и большинством обычных консер­вантов, например: с дрожжами и бензойной или салициловой кислотами, дрожжами и пимарицином, дрожжами и сорбиновой кислотой, плесневыми грибами и бензойной кислотой, плесневыми грибами и сорбиновой кислотой, а также бактериями рода Salmonella и сорбиновой ки­слотой. Снижение активности воды (поваренной солью или сахаром) усили­вает устойчивость дрожжевых клеток к воздействию нагрева. Добавление сорбиновой или бензойной кислоты делает дрожжи восприимчивыми даже при пониженной активности воды.

Синергизм температуры и консервантов не столь велик, чтобы иметь большое практическое значение.

Консерванты и холод. Совместное действие консервантов и низких темпе­ратур подчиняется тем же закономерностям, которые описаны для высоких тем­ператур. Концентрации консервантов, которые при комнатной температуре не могут предотвратить порчу, при хранении пищевого продукта на холоде стано­вятся достаточными.

Консерванты и облучение. Добавление консервантов позволяет уменьшить дозу облучения при обработке продуктов питания с помощью ионизирующей ра­диации. Как in vitro, так и на практике был установлен синергизм между консер­вантами н ионизирующим излучением, например для рыбопродуктов. Кро­ме того, консерванты (например, сорбиновая кислота) могут уменьшать такие явления, вызванные облучением, как посторонний привкус или изменение окрас­ки, т.е. выступать в роли радиопротекторов. Использование консервантов совместно с ионизирующим излучением предполагает их достаточную радиаци­онную стабильность. Установлено, что антимикробное действие УФ-лучей усиливается в присутствии консервантов, например сорбиновой кислоты.

§6. Консервирование как защита от токсинобразующих микроорганизмов

Если раньше консерванты применяли в продуктах питания исключительно из экономических соображений, то сегодня их все чаще используют с целью за­щиты от токсинобразующих микроорганизмов24. Фактически применение кон­сервантов имеет профилактический характер. Предотвращая порчу продуктов пи­тания, они уменьшают опасность образования токсинов. Такая профилактика тем более важна, что образовавшееся ядовитое вещество не может быть удалено из пищи или корма.

Против токсинобразующих бактерий консерванты использовались давно, хотя и неосознанно. Так, нитриты и нитраты применяют в производстве солений не только для придания продуктам привычной окраски. Нитриты препятствуют раз­витию бактерий рода Clostridium и, следовательно, образованию ботулотоксина. Поскольку нитриты сравнительно токсичны, в начале 80-х годов была проведена большая работа по исследованию действия на токсинобразующис бактерии, осо­бенно рода Clostridium, иных консервантов (совместно с пониженными количе­ствами нитрита или в его отсутствие). Хорошие результаты были достигнуты с сорбиновой кислотой. Однако она не может заменить нитрит в части окрашива­ния мяса в красный цвет и придания ему характерного аромата соления.

Использование консервантов против токсинобразующих грибов позволяет снизить опасность загрязнения пищи микотоксинами. Такого рода опас­ности в большой степени подвержены твердые сыры, твердокопченые колбасы, фруктовые продукты и выпечка (примерно треть спонтанно растущих на амери­канском эмментальском сыре плесневых грибов образуют микотоксины). Наиболее технологичный способ борьбы с загрязнением этих продуктов мико­токсинами – применение консервантов.

Особенно хорошо изучено действие на токсинобразующие грибы сорбино­вой кислоты. Другие консерванты (например, пропионовая и бензойная кислоты или натамицин) тоже препятствуют образованию токсинов. Сорбиновая кислота сильнее подавляет образование микотоксинов. чем разви­тие соответствующих плесневых грибов. В культурах Aspergillus paraciticus, находящихся в состоянии покоя (но не роста), сорбиновая кислота подав­ляет синтез афлатоксина. Так же действуют и пропионаты. При высокой обсемененности в благоприятной среде грибы продолжают развиваться в при­сутствии 3 г сорбата калия на 1 кг продукта, однако образование микотоксинов при этом подавляется. В подпороговой концентрации пропионовая и сорбиновая кислоты могут способствовать образованию афлатоксина.

Сульфиты в определенных условиях разрушают афлатоксины. Теорети­чески они могли бы использоваться для «деконтаминации» пораженных продук­тов, но такой способ рекомендовать нельзя. Следует предотвращать рост плесне­вых грибов и связанное с ними образование афлатоксинов добавлением консер­вантов.

§7. Влияние свойств субстрата на действие консервантов

Эффективность консервантов зависит от состава и физико-химических свойств консервируемого пищевого продукта. На неё могут влиять вещества, ко­торые изменяют рН или активность воды либо селективно адсорбируют консер­ванты, а также природные составляющие продукта, которые сами проявляют ан­тимикробное действие. Некоторые из этих факторов усиливают действие кон­сервантов, а другие ослабляют. По этим причинам используемая концентрация консерванта в пищевом продукте часто отличается от минимальной действую­щей концентрации, определённой in vitro.

Влияние водородного показателя. Консерванты, способные к электролити­ческой диссоциации, могут проявлять антимикробное действие либо за счёт об­разующихся ионов водорода, либо в виде недиссоциированных молекул25.

Примером консерванта, который действует посредством ионов водорода, мо­жет служить уксусная кислота. Здесь на первом плане стоит кислотное действие, т.е. снижение величины рН. При пониженном рН некоторые микроорганизмы, прежде всего бактерии, теряют жизнеспособность. Консерванты этого типа при­меняются в относительно высокой концентрации, так как для существенного сни­жения рН забуференного субстрата (а таковым оказывается большинство пище­вых продуктов) необходимо не менее 1% кислоты.

Типичный представитель второй группы – сорбиновая кислота. В этом слу­чае антимикробное действие проявляют почти исключительно недиссоциированные молекулы. Только молекулы (но не гидрофильные анионы) из-за своей липофильности могут проникать через клеточные мембраны микроорганизмов и угнетать внутриклеточные ферменты. Такие консерванты действуют в концен­трации много ниже 1%.

Доля недиссоциированной кислоты уменьшается с повышением рН. Таким образом, консерванты, способные диссоциировать, тем эффективнее, чем выше кислотность субстрата. Долю недиссоциированных молекул можно вычислить из константы диссоциации кислоты по формуле:

a = [Н+]/([Н+]+D),

где   а – доля недиссоциированной кислоты;

[Н+] – концентрация ионов водорода;

D – константа диссоциации.

В табл. 8 приведены доли недиссоциированных молекул для важнейших консервантов в области рН 3-7.

Из данных следует, что в нейтральной среде эти консерванты проявляют сла­бую активность или не проявляют ее вообще. В такой среде применимы только недиссоциирующие или малодиссоциирующие соединения, например эфиры n-оксибензойной кислоты или борная кислота. Существенное различие между отдельными консервантами обнаруживается при рН 5-6, который имеют многие пищевые продукты. Например, сорбиновая и пропионовая кислоты в этих усло­виях еще достаточно эффективны, а бензойная и муравьиная почти непригодны.

Таблица 8. Доли недиссоциированных молекул для консервантов-кислот при различных значениях рН

Консервант (кислота) Константа диссоциации рН Доля недиссоциированной кислоты, %, при рН
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
Сернистая 1,54 • 102 1,81 6 2 0,6 0,2 0,06 0,02 0,01 0 0
Салициловая 1,07 • 103 2,97 48 23 9 3 1 0,3 0,1 0,03 0,01
Муравьиная 1,77 • 104 3,75 85 64 36 15 5 1,8 0,6 0,2 0,06
n-Хлорбензойная 9,3 • 105 4,03 92 77 52 25 10 3,3 1,1 0,3 0,1
Бензойная 6,46 • 105 4,18 94 83 61 33 13 5 1,5 0,5 0,15
n-Гидроксибензойная 3,3 •105 4,48 97 91 75 49 23 9 2,9 1,0 0,3
Уксусная 1,76 • 105 4,75 98 95 85 64 36 15 5,4 1,8 0,6
Сорбиновая 1,73 • 105 4,76 98 95 85 65 37 15 5,5 1,8 006
Пропионовая 1,32 • 105 4,88 99 96 88 71 43 19 7,0 2,3 0,8
Дегидрацетовая 5,30 • 106 5,27 100 98 95 86 65 37 16 5,6 1,9
Гидросульфитный ион 1,02 • 103 6,99 100 100 100 100 99 97 91 76 50
Борная 7,3 • 1010 9,14 100 100 100 100 100 100 100 100 99

Теоретически можно было бы компенсировать малую долю недиссоциированных молекул высоким общим содержанием консерванта. Однако такой спо­соб может привести к выходу за рамки законодательных нормативов на количе­ство применяемых добавок и(или) к недопустимому изменению вкуса пищевого продукта.

Особое место среди консервантов занимает сернистая кислота. Она может присутствовать в продукте в четырех формах: в виде растворенного газа (CO2), сернистой кислоты (Н2SO3), гидросульфит-иона (НSO3-) и сульфит-иона (SO2-3). Антимикробное действие отдельных форм весьма различается. Благодаря нали­чию гидросульфит-ионов сернистая кислота еще проявляет некоторое антимик­робное действие в области средних значений рН.

По описанным причинам смещение рН пищевого продукта в область кис­лой реакции в принципе увеличивает эффективность консервантов. Повышение кислотности благоприятно для сохранения пищевых продуктов ещё и потому, что некоторые бактерии в достаточно кислой среде теряют способность разви­ваться. На практике рост кислотности пищевого продукта имеет ограничения по вкусу.

Есть основания утверждать, что кислоты-консерванты проявляют антими­кробное действие не только в недиссоциированной форме, но и в виде ионов. Однако действие последних всегда существенно слабее, чем недиссоциированных кислот (в случае сорбиновой кислоты примерно в 100 раз).

Влияние коэффициента межфазного распределения. Коэффициентом распре­деления растворенного вещества между фазами называется отношение его кон­центраций в этих средах. Оценить коэффициент распределения можно по отно­шению растворимостей вещества в обеих фазах. В практике консервирования пищевых продуктов важную роль играет коэффициент распределения консер­ванта между жировой и водной средами в эмульсиях (маргарин, майонез и т.п.). Рост микроорганизмов в таких системах происходит исключительно в водной фазе, и та часть консерванта, которая находится в жировой среде, оказывается бесполезной. Следовательно, лучшим (при прочих равных условиях) будет кон­сервант, имеющий наименьший коэффициент распределения.

Консерванты имеют различную растворимость в разных жирах, и коэффи­циент распределении зависит от вида жира. Поваренная соль, сахар и другие рас­творенные в воде вещества снижают растворимость в ней консервантов и увели­чивают коэффициенты распределения (так называемое высаливание). С повыше­нием рН коэффициент распределения уменьшается, потому что в жировую фазу переходят только недиссоциированные молекулы консерванта. В табл. 9 пред­ставлены коэффициенты распределения некоторых консервантов между расти­тельным маслом или октанолом и водой.

Влияние активности воды. Для нормальной жизнедеятельности микроорга­низмов нужно, чтобы активность воды (αω) в субстрате, на котором они развива­ются, была не ниже определенной величины. Добавление веществ, снижающих активность воды в пищевом продукте, положительно сказывается на эффективности консервантов. Важнейшими из таких веществ являются поваренная соль, сахар, глицерин и гликоли. В табл. 10 приведены сведения о пороговых значени­ях активности воды для некоторых микроорганизмов, встречающихся в пище­вых продуктах. Из нее следует, что большинство бактерий нуждаются в высокой активности воды, в то время как многие плесневые грибы и дрожжи хорошо развиваются даже при активности воды ниже 0,85.

Таблица 9. Коэффициенты распределения консервантов

Консервант Растительное масло Октанол
Пропионовая кислота 0,17
Сорбиновая кислота 3,0 21
Метил-n-оксибензоат 5,8 91
Бензойная кислота 6,1 51
Этил-n-оксибензоат 26,0
Пропил-n-оксибензоат 87,5 1010

Активность воды (если она не единственный лимитирующий фактор) влия­ет и на образование микроорганизмами токсинов. Например, образование пенициллиновой кислоты грибами Aspergillus ochraceus возможно даже при активно­сти воды ниже 0,76. Бактерии Clostridium botulinum типа В не образуют токсинов при αω < 0,94. Выработка энтеротоксина А бактериями Staphylococcus aureus прекращается при активности воды ниже 0,87.

Влияние других физико-химических свойств субстрата. На жизнедеятельность микроорганизмов влияют и другие свойства субстрата, например окислительно-восстановительный потенциал и парциальное давление кислорода. Поэтому все добавки и составляющие пищевых продуктов, способные изменять эти фак­торы, влияют на необходимую концентрацию консерванта. Типичным приме­ром может служить сернистая кислота, которая изменяет окислительно-восста­новительный потенциал. На парциальное давление кислорода в системе влияют поваренная соль, диоксид углерода и азот.

Влияние веществ, содержащихся в пищевом продукте. Из веществ, входящих в состав пищевых продуктов или добавляемых в них, на эффективность консер­вантов больше всего влияют поваренная соль, углеводы и этанол.

Поваренная соль в некоторых пищевых продуктах усиливает действие кон­сервантов, главным Образом из-за осмотического удаления воды и как следствие снижения сё активности. Кроме того, соль непосредственно влияет на ферменты и таким образом содействует консервантам. С другой стороны, в эмульсиях соль увеличивает коэффициенты распределения консервантов, что неблагоприятно сказывается на их эффективности.

Среди углеводов самое большое влияние на действие консервантов оказы­вают сахара. В низких концентрациях эти легко усвояемые питательные вещест­ва способствуют развитию микроорганизмов, и в некоторых пищевых продуктах только лишь их присутствие делает необходимым добавление консервантов. При высоких концентрациях сахара, наоборот, подавляют развитие микроорганиз­мов, так как, подобно поваренной соли, снижают активность воды. По влиянию на коэффициенты распределения они также схожи с солью, но действуют не­сколько слабее.

Таблица 10. Пороговые значения активности воды для некоторых микроорганизмов, встречающихся в пищевых продуктах 

αω Бактерии Дрожжи Плесневые грибы
0,98 Clostridium1, Pseudomonas*
0,97 Clostridium2, Pseudomonas* -
0,96

Flavobacterium, Klebsiella. Lactobacillus*, Proteus*,

Pseudomonas*, Shigella

- -
0,95 Alcaligenes, Bacillus, Citrobacter, Clostridium3, Enterobacter. Escherichia, Propionibacterium, Proteus, Pseudomonas, Salmonella, Serratia, Vibrio - -
0.94 Bacillus*, Clostridium4, Lactobacillus, Microbacterium, Pediococius, Streptococcus*, Vibrio - Stachybotrys
0.93 Bacillus5, Micrococcus*, Lactobacillus*, Streptococcus Botrytis, Mucor, Rhizopus
0,92 Pichia, Rhodotorula, Saccharomyces*
0,91 Corynebacterium, Streptococcus
0,90 Bacillus6. Lactobacillus*, Micrococcus, Pediococus, Staphylococcus7. Vibrio* Hansenula, Saccharomyces -
0,88 -

Candida, Debaryomyces

Hanseniaspora, Torulopsis

Cladosporium
0,87 Debaryiomyces*
0,86 Micrococcus*, Staphylococcus8, Vibrio*
0,84

Alternaria, Aspergillus*.

Paecilomyces

0,83 Staphylococcus* Debariomyces* Penicillium*
0,81 Saccharomyces* Penicillium
0,79 Penicillium*
0,78 Aspergillus, Emericella
0,75 Halobaclerlum, Halococcus Aspergillus*. Wallemia
0,70 Aspergillus*. Chrysosporium
0,62 Saccharomyces* Eurotium*
0,61 - Monascus Xeromyces

Примечание. Звездочками и цифрами помечены: *отдельные штаммы; 1Clostridium botulinum типа C; 2Clostridium botulinum типа Е и отдельные штаммы С. perfringens; 3Clostridium botulinum типа А и В, а также С. Perfringens; 4Отдельные штаммы C. botulinum типа В; 5Отдельные штаммы Bacillus subtermophilus; 6Bacillus subtilis в определенных услвоиях; 7Staphylococcus aureus при анаэробном развитии; 8Staphylococcus aureus при аэробном развитии; 9Отдельные штаммы Vibrio costicola.

Этанол обычно усиливает действие консервантов.

Некоторые консерванты могут взаимодействовать с компонентами пищевых продуктов. При этом они частично или полностью теряют свою активность. Ес­ли предполагаются реакции такого рода, то для компенсации, как правило, ис­пользуют более высокие дозы консерванта. Примером может служить диоксид серы, который реагирует с альдегидами и глюкозой. В вине эта реакция нежелательна, потому что ведет к связыванию важного побочного продукта бро­жения – ацетальдегида. Нитриты тоже могут реагировать с составляющими пи­щевых продуктов. В частности, из нитритов и аминов могут образовываться кан­церогенные нитрозамины. Более подробные сведения о возможных взаимодей­ствиях с компонентами пищевых продуктов приводятся в главах, посвященных отдельным консервантам.

§8. Разложение консервантов

Как правило, пищевые консерванты химически стабильны. Поэтому можно не опасаться их разложения в пищевых продуктах в течение допустимых для по­следних сроков хранения. Среди неорганических консервантов исключения со­ставляют нитриты, сульфиты, перекись водорода и озон, среди органических – пирокарбонаты и антибиотики.

Для некоторых из этих веществ разложение необходимо, так как на нём ос­новано их действие. Например, перекись водорода уничтожает микробов посред­ством выделяемого кислорода. Для других консервантов, например, для диметилпирокарбоната, разложение нежелательно, так как приводит, в конце кон­цов, к их исчезновению из продукта.

Некоторые консерванты могут разлагаться микроорганизмами. Это относится прежде всего к органическим соединениям, которые служат некоторым микро­организмам источником углерода. Например, метилпарабен разлагается бактериями вида Pseudomonas aeruginosa, а сорбиновая кислота – грибами рода Penicilliumи другими. Разложение наблюдается не только в тех слу­чаях, когда консервант не действует против данного микроба, но и если имеется значительное несоответствие между концентрацией эффективного консерванта и обсемененностью субстрата (например, в случае сильно загрязнённого пище­вою продукта или при уже начавшейся микробиологической порче). Поэтому нельзя сохранить пищевые продукты с помощью консервантов и возвратить им «свежесть», если порча уже началась. Потребитель пищевых продуктов, которые законсервированы веществами, способными к микробиологическому разложе­нию, имеет тем самым гарантию, что для выработки этих продуктов было ис­пользовано микробиологически чистое сырьё.

§9. Методы проверки консервантов

Для проверки эффективности консервантов в пищевых продуктах имеется два метода, которые, как правило, используются последовательно: тест на пита­тельных средах и практические испытания.

Тест на питательных средах. При испытаниях на питательных средах, кото­рые проводится и первую очередь для соединений с неизвестными свойствами, в пробы субстрата добавляют различные количества исследуемого вещества и вы­севают чистую культуру тестируемого микроорганизма. После нескольких дней инкубации на основе различий в развитии культур на отдельных пробах можно получить представление о концентрации действующего вещества, тормозящей развитие данного микроба. Полученный результат может зависеть от вида ис­пользованного субстрата. Важны и условии инкубации – с точки зрения их оп­тимальности как для развития выбранного вида микроорганизмов, так и для дей­ствия тестируемого консерванта Количественные результаты получают на жид­ких питательных средах, измеряя их помутнение на спектрофотометре или опре­деляя прирост массы мицелия (для грибов).

Известная в бактериологии проба с диффузией в агар-агаре веществ, вводи­мых через отверстия, имеет ограниченное значение для проверки пищевых консервантов. Использование этой пробы предполагает, что действующее вещество должно угнетать как можно больше микроорганизмов. Однако при кон­сервировании пищевых продуктов такая задача не ставится. Добавляя консер­ванты в пищевые продукты, стремятся подавить только те микроорганизмы, ко­торые вызывают порчу. Описанные в медицинских изданиях тесты дтя космети­ческих средств и фармацевтических препаратов в пищевой сфере тоже имеют ограниченное применение. Предъявляемые в косметике и формации требо­вания по срокам хранения и условия первичного и вторичного инфицирования не совпадают с таковыми в области пищевых продуктов.

Тест на питательных средах in vitro достаточно точен с микробиологической точки зрения, но для практики представляет интерес лишь как ориентир. С его помощью невозможно смоделировать некоторые воздействия пищевого продук­та на консервант. Кроме того, на практике имеют дело не с одним видом микро­организмов, а с множеством. Поэтому в реальных условиях никогда не бывает такого «идеального» заражения, как в опытах in vitro.

Практические испытания. После тестов in vitro обязательно должны быть проведены практические испытания. Для них в качестве питательной среды исполь­зуют тестируемый пищевой продукт. Исследуемый консервант в различных кон­центрациях добавляется к разным партиям пищевого продукта, находящегося в обычной торговой упаковке. Пробы инфицируют микроорганизмами, обычно вы­ступающими в роли возбудителей порчи данного продукта. Часть проб хранится в обычных условиях (прежде всего, при нормальной температуре),часть – в ухудшенных (при повышенной температуре). В течение определенного времени, которое должно соответствовать обычному или желательному сроку хранения, продукт проверяют на годность. Установления органолептических свойств при этом недостаточно. Помимо них проверяют изменение химических и физических параметров (каких именно – зависит от вида пищевого продукта). Особое значение имеет определение чиста микроорганизмов.

Здесь возникают проблемы с «правильным» инфицированием продукта. Речь идёт не только о том, чтобы привить те виды микроорганизмов, которые на прак­тике играют роль возбудителей порчи, необходимо также создать обсемененность, приближенную к реальной, что не всегда просто. Консерванты не предназначе­ны для того, чтобы уничтожить как можно больше микроорганизмов, они долж­ны подавить относительно небольшую популяцию микробов, которая может ока­заться в пищевом продукте, изготовленном с соблюдением требований гигиены. Существуют консерванты, которые могут разлагаться микроорганизмами, если последние присутствуют в необычно большом количестве. Если при проверке действия такого консерванта применяют слишком сильно обсемененный субстрат, то может показаться, что консервант не работает, хотя на практике (в нормально инфицированном пищевом продукте) его эффективность достаточна.

§10. Принципы выбора подходящего консерванта

Пищевые продукты нельзя защищать от порчи любыми веществами, прояв­ляющими консервирующее действие. При выборе консерванта для конкретного случая необходимо соблюдать определенные требования.

Консервант не должен

-    вызывать опасений с точки зрения физиологии.

-    порождать токсикологические и экологические проблемы в процессе про­изводства, переработки и использования,

-    вызывать привыкания.

-    реагировать с компонентами пищевого продукта или реагировать только тогда, когда антимикробное действие больше не требуется;

-    взаимодействовать с материалом упаковки и адсорбироваться им.

Консервант должен:

-    иметь возможно более широкий спектр действия.

-    быть достаточно эффективным против микроорганизмов, обычно при­сутствующих или ожидаемых в (или на) данном пищевом продукте в условиях, имеющихся в данном пищевом продукте (рН, активность воды и т.д. - см. §7 гл.5);

-    воздействовать на токсин образующие микроорганизмы и, по возможно­сти, замедлить образование токсинов в большей степени, чем развитие микроор­ганизмов;

-    как можно меньше влиять на микробиологические процессы, протекаю­щие в некоторых пищевых продуктах (дрожжевое брожение теста, молочнокис­лое брожение квашений, созревание сыра).

-    по возможности оставаться в пищевом продукте в течение всего срока хранения.

-    как можно меньше влиять на органолептические свойства пищевого про­дукта (запах, вкус, цвет и текстуру);

-    по возможности быть простым вприменении;

-    достаточно хорошо растворяться в воде (при использовании в пищевых продуктах, содержащих воду);

-    быть недорогим, чтобы не увеличивать существенно цену пищевого про­дукта (впрочем, использование консервантов, даже дорогостоящих, обычно де­шевле применения физических способов консервирования, например, термооб­работки или облучения);

-    иметь разрешение на применение в пищевых продуктах или перспективы на получение такого разрешения;

-    иметь качество и чистоту, соответствующие национальным и междуна­родным нормам и требованиям.

Консервирующие вещества

В гл. 6-29 рассмотрены консерванты, используемые в настоящее время на практике; в гл. 30-55 обсуждаются вещества либо утратившие полностью своё значение, либо находящие незначительное применение; в гл. 56 кратко изложены сведения об упаковках и покрытиях.

В табл.11 приведены отдельные консерванты, используемые в наиболее важных группах продуктов.

Таблица 11. Консерванты, обычно применяемые для наиболее важных групп продуктов

Группа продуктов Нитраты, нитриты Диоксид серы Сахароза Гексаметилентетрамин Муравьиная кислота Уксусная кислота Пропионовая кислота Сорбиновая кислота Бензойная кислота n-Гидроксибензоаты Дифенил, о-Фенилфенол, тиабендазол Коптильный дым
Жировые эмульсии - - - - - - - ++ + - - -
Сыры (+) - - (+) - - + + + (+) (+) - +
Мясопродукты ++ (+) - - - - - + - (+) - ++
Рыбопродукты + - - (+) - ++ - + + (+) - ++
Овощная продукция - + (+) - (+) ++ - ++ ++ - - -
Фруктовая продукция ++ ++ - (+) + - ++ ++ - (+) -
Безалкогольные напитки - ++ ++ - (+) - - ++ ++ - - -
Вино - ++ - - - - - ++ - - - -
Хлебобулочные изделия - - ++ - - - ++ ++ - - - -
Кондитерские изделия - - ++ - - - - ++ (+) (+) - -

Примечание. Консервант применяется: ++ - часто; + - реже; (+) – в исключительных случаях; – - не применяется.

 

яндекс.ћетрика