Пищевые продукты, как правило, быстро портятся. Поэтому приходится использовать их немедленно или, если это невозможно, принимать меры для их сохранения, т.е. консервировать.
§1. Защита пищевых продуктов: определения
В пищевом продукте могут происходить физические, химические, биохимические и микробиологические процессы, отрицательно влияющие на его качество. В данной книге рассматриваются только микробиологическая порча пищевых продуктов и вещества, которые такую порчу замедляют или предотвращают.
Микробиологическая порча пищевых продуктов происходит при наличии определенных условий, необходимых для протекания биологических процессов:
- Наличие возбудителей порчи. Микробиологическая порча пищевого продукта невозможна, если на его поверхности или внутри него отсутствуют микроорганизмы.
- Наличие доступных для микроорганизмов питательных веществ. Если таковые отсутствуют, то микроорганизмы не могут развиваться.
- Наличие благоприятных для жизнедеятельности микроорганизмов температуры, активности воды, концентрации кислорода, окислительно-восстановительного потенциала, концентрации ионов водорода (рН). Если эти условия неблагоприятны, микроорганизмы или не будут развиваться повес, или их развитие будет замедленным.
- Достаточно длительное время хранения пищевого продукта. Если пищевой продукт будет использован до того, как начнётся нежелательный рост микроорганизмов, мероприятия против микробиологической порчи излишни.
О микробиологической порче можно говорить лишь тогда, когда в результате деятельности микроорганизмов качество пищевого продукта ухудшается.
Под порчей пищевого продукта понимают лишь нежелательное изменение его качества. Отсюда следует, что не всякое микробиологическое изменение – порча. Например, сбраживание виноградного сока дрожжами не является порчей, если целью служит получение вина, и является, если требуется сохранить виноградный сок неизменным. Уксус может образовываться при нежелательном прокисании вина, а может целенаправленно получаться из вина с помощью тех же уксуснокислых бактерий; в первом случае налицо порча, а во втором ее нет. Напомним также, что микроорганизмы необходимы для получении таких известных продуктов питания, как хлеб, йогурт и т.д. Иногда ответ на вопрос о том, оценивать ли микробиологическое изменение пищевого продукта как ухудшение его качества или нет, зависит от глубины и направлении этого изменения. Например, процесс созревания сыра может плавно перейти в его порчу, причем точно определить переходный момент зачастую невозможно. Такая неопределённость может иметь юридические последствия, так как во многих странах существуют запреты на поставку в торговлю испорченных продуктов.
§2. Способы консервирования
Под консервированием продуктов питания понимается совокупность мер, направленных прошв различных видов порчи. В более узком смысле под консервированием понимают действия, направленные против микробиологической порчи. Для этого издавна пользуются двумя принципиально отличающимися методами: физическим и химическим. В последнее время активно обсуждаются методы биологического консервирования пищевых продуктов (см. гл. 54 и 55).
При консервировании необязательно уничтожать имеющиеся микроорганизмы. Важнее создать условия, в которых они не могли бы испортить пищевой продукт.
Физические методы консервирования (которые в этой книге не обсуждаются) заключаются в том, что пищевой продукт подвергают физическому воздействию, которое препятствует росту микробов. Самые известные из них – стерилизации и пастеризация (воздействие нагреванием), охлаждение и замораживание (воздействие холодом), сушка (удаление воды) и облучение.
Химические методы консервирования заключаются в добавлении более или менее хорошо известного химического соединения, которое подавляет развитие микроорганизмов или уничтожает их. Такие вещества называют консервантами. Различают консерванты в широком и в узком смысле этого слова. К первым относят, например, соль и уксус, ко вторым – сорбиновую и сернистую кислоты. Существенное отличие между этими группами заключается в используемых концентрациях. Первые применяются в концентрациях выше 0,5-1%, а для вторых из-за их более сильного антимикробного действия достаточно 0.5% и менее.
При биологических способах консервирования к продуктам питании добавляют очищенные культуры определённых микроорганизмов, которые оказывают тормозящее действие на возбудителей порчи. Такие культуры называют защитными.
§3. Почему необходимо консервировать пищевые продукты
Зерно, фрукты и другие растительные продукты питания можно употреблять всвежем виде лишь в течение короткого времени после сбора урожая. Поэтому с давних пор, особенно в наших широтах, люди вынуждены были делать долговременные запасы. Периоды дождей и засухи, которые были и есть повсюду в мире, также заставляли сохранять продукты питания. Упоминание об этом встречается в Библии: «И сказал Иосиф фараону: <...> Да повелит фараон поставить над землёю надзирателей и собирать в семь лет изобилия пятую часть с земли Египетской. Пусть они берут всякий хлеб этих наступающих хороших годов... И будет сия пища в запас для земли на семь лет голода..." [Быт. 41: 25, 34-36]. В этом отрывке говорится (если излагать в современных терминах) о сохранении продуктов питания в атмосфере защитного газа, так как зерно защищалось от порчи углекислым газом, образующимся при дыхании2.
Необходимость консервировать пищевые продукты возникла в результате развития цивилизации. Сегодня человечество живёт преимущественно в городах, где производить продукты питании практически невозможно. В промышленно развитых странах все меньшее число людей производит пишу для всё большего их числа. Это возможно, только если пищевые продукты имеют достаточный срок хранения.
С развитием цивилизации изменились жизненные привычки и потребности людей, у них появилось желание наслаждаться деликатесами и экзотическими продуктами из дальних стран. Выпускается множество «фирменных» продуктов питании, к сохранности которых предъявляются особенно высокие требовании. Во всех этих случаях не обойтись без использования соответствующих приемов сохранения, т.е. без консервирования.
Хотя консервирование (по крайней мере в развитых странах) достигло высокого уровня, все еще поразительно много пищевых продуктов теряется в результате порчи. По некоторым оценкам, более 20% произведенных продуктов не достигают стола потребителя, а достаются грызунам, насекомым и микроорганизмам. В менее развитых странах эти потери намного больше.
Если раньше продукты питании консервировали исключительно по экономическим причинам, то в последнее время добавился и токсикологический аспект3. Например, в 60-х годах обнаружилось, что многие плесневые грибы образуют токсины, которые могут попадать в продукты питания. Если ограничить рост плесневых грибов, например, применяя консерванты, то уменьшается и образование токсинов. Поэтому с точки зрения профилактики заболеваний использование безусловно нетоксичных консервантов менее рискованно, чем отказ от них.
§4. История химического консервирования пищевых продуктов
Когда человек был еще собирателем и охотником и буквально «едва сводил концы с концами», он не нуждался в консервировании продуктов питания. Длительное их хранение не требовалось, так как природа предоставляла ему постоянные источники пищи. С началом неолитической революции (примерно 10 тыс. лет назад), когда человек стал переходить к оседлому образу жизни, на смену собирательству и охоте пришли обработка земли и приручение диких животных. Человек стал делать запасы продовольствия, наподобие белки или хомяка защищая их от сородичей и непогоды. Переход к питанию припасами приводил и к изменению его структуры, нарушению традиционных (физиологичных) норм Значительно изменялись при этом и органолептические свойства продуктов
Первыми способами консервировании были сушка и засолка. Пища, сохранённая таким образом, имела соответствующие недостатки. Так, один парижский торговец XIV века советовал своим покупателям дли приготовления сушеной трески, хранившейся 12 лет, вымочить её в течение ночи в воде, а затем отбить кувалдой до размягчении. Читая исторические документы о питании населении умеренных климатических зон зимой или о рационе моряков, мы видим, что та пища полностью или в основном состояла из консервированных продуктов. В питании преобладали зерно и мука, сушеное, вяленое и соленое мясо или рыба. Во многих странах хлеб пекли только два или три раза в году. Потом его высушивали и месяцами употребляли размоченным, в виде кашицы. Однообразие такой пищи очевидно. О влиянии методов консервирования на составляющие продуктов питания почти ничего не знали. Нередки были болезни.
С течением времени список применяемых консервантов пополнился спиртом, коптильным дымом, сернистой кислотой, уксусной, молочной и некоторыми другими органическими кислотами. Этивещества использовали в течение двух тысячелетий.
Сдвиги в консервировании продовольствия появляются с началом индустриализации потребитель становится требовательнее, его больше не удовлетворяет качество пищи, сохраняемой с помощью известных к тому времени консервирующих средств, - они слишком сильно изменяют структуру и свойства продуктов питания.
Достижения химии начали применить и в консервировании. Стали возникать теории, обосновывающие технологию этого процесса. Исследуя дым, Райхенбах обнаружил в продуктах сухой перегонки древесины маслянистое вещество, которое назвал креозотом4 из-за его способности сохранять мясо. О своём открытии он сообщил в восторженных тонах, хотя тогда же установил, что это вещество представляет опасность для здоровья. Применение креозота ограничивалось его неприятным запахом. Однако в одной книге по химии пищевых продуктов, изданной в 1848 году, креозот подробно описывался как еще одно консервирующее средство наряду с солью (применение которой правильно называли косвенной сушкой), сушкой, названием, молочнокислым брожением, сахаром, спиртом, уксусом и коптильным дымом.
Лишь сто лет назад стали предприниматься усилия с целью не только «как-нибудь» сохранить продукты питании, но и защитить имеющиеся в них нестойкие составные части от разрушения, а также сохранить их питательные и вкусовые свойства. На первых порах в список пищевых консервантов попали такие вещества, как плавиковая кислота, фториды, хлораты и т.п. Предложения добавлять такие «химикалии» к продуктам питания не были связаны с аморальными побуждениями (корыстью или желанием ввести в заблуждение). Скорее всего они были вызваны незнанием возможных вредных последствий их применении, ведь токсикологические исследования ещё не проводились. Существовало мнение, что добавление тех малых количеств веществ, какие необходимы для консервировании, едва ли может нанести ущерб здоровью. Поэтому вначале в выборе консервантов не особенно церемонились Сделанное около ста лет назад предложение о внесении салициловой и борной кислот в перечень пищевых консервантов было прогрессивным, хотя сегодня оба эти консерванта уже не удовлетворяют требованиям безопасности.
Таблица 1. История развития химического консервирования продуктов питания
Доисторические времена |
Использование поваренной соли, коптильного дыма |
Древний Египет | Использование уксуса, масла, мёда |
Древний Рим | Использование сернистой кислоты для стабилизации вин |
До 1400 года | Бойкель изобретает соления |
1775 | Хофор предлагает в качестве консервантабуру |
1810 | Предложено использовать сернистую кислоту для консервирования мяса |
1833 | Райхенбах предлагает креозот для консервирования мяса |
1858 | Яквес открывает антимикробное действие борной кислоты |
1859 | Гофман выделяет из масла рябины сорбиновую кислоту |
1865 | Иодин открывает антимикробное действие муравьиной кислоты |
1874 | Кольбе и Тирш открывают антимикробное действие салициловой кислоты |
1875 | Флек открывает антимикробное действие бензойной кислоты |
1907 | Беринг предлагает формальдегид и перекись водорода для консервирования молока |
1908 | В США разрешено применять в продуктах питании бензойную кислоту |
1913 | Марголиус открывает антимикробное действие п-хлорбензойной кислоты |
1923 | Сабаличка открывает антимикробное действие сложных эфиров n-оксибензойной кислоты |
1938 | Гофман, Дэлби и Швайцер предлагают пропионовую кислоту для консервирования хлебобулочных изделий |
1939 | Мюллер (и независимо от него в 1940 году Гудинг) открывает антимикробное действие сорбиновойкислоты |
1947 | Колеман и Вольф открывают антимикробное действие дегидрацетовой кислоты |
С 1950 | Систематическая проверка вновь предлагаемых консервантов |
1954 | Начало промышленного производства сорбиновой кислоты |
1956 | Бернхард, Тома и Гент открывают антимикробное действие сложных эфиров пироугольной кислоты |
С 1980 | Широкое применение защитной атмосферы |
В конце XIX столетия в качестве консерванта стали применить муравьиную кислоту, а в начале XX века – бензойную кислоту, которая и сегодня используется в больших масштабах. Поскольку вначале к бензойной кислоте (и к салициловой) относились осторожно, причисляя их к соединениям ароматическою ряда, и считая канцерогенными, велись поиски её заменителей. Ими оказались n-хлорбензойная кислота и сложные эфиры n-оксибензойной кислоты5. В конце 30-х годов в качестве консервантов стали применять соли пропионовой кислоты, а после Второй мировой войны – сорбиновую кислоту и ее соли. Широкое распространение сорбиновой кислоты является в значительной мере следствием возникшего в 50-х годах нового подхода к токсикологической оценке пищевых добавок вообще и консервантов в частности. Это– ненасыщенная жирная кислота, исследована она лучше всех других широко применяемых консервантов, и безопасность ее использования не вызывает ни малейшего сомнения.
В последние 15-20 лет наблюдается сильное стремление к потреблению свежих продуктов питания. В связи с этим промышленность старается сократить путь от производителя к потребителю. В развитых странах для сохранения свежих продуктов широко используют охлаждение (даже во время транспортировки).
Современные тенденции развития способов сохранения продуктов питания дают основания полагать, что в недалеком будущем станут применяться «щадящие» способы химического консервирования. Под этим следует понимать применение веществ, которые могут быть получены из растений или микроорганизмов, проявляющих антимикробные свойства. Такие вещества неспециалисты a prioriсчитают менее подозрительными, потому что это природные соединения.
Примечательно, что в публикациях, направленных против пищевых добавок, консерванты критикуются меньше всего, так как критикам известно, что в определенных случаях применение консервантов защищает здоровье потребителей. Таким образом, несомненно, что химическое консервирование продуктов питания сохранит свое значение и в будущем.