После прекращения жизни растительных и животных оранизмов, являющихся источником соответствующих видов сырья, в них начинают развиваться процессы распада - гидролитические, окислительные, микробиологические, интенсивность которых за­висит от следующих основных факторов:

• особенности состава и состояния сырья;
• воздействие окружающей среды (влажность, температура, рН и др.);
• способы переработки и хранения;
• наличие в сырье антимикробных, антиокислительных и консер­вирующих веществ.

Процессы распада заканчиваются порчей пищевой продукции, накоплением в ней токсических соединений, представляющих угрозу для здоровья, и в целом приводят к значительным экономи­ческим потерям.

Наряду с традиционными способами сохранности продоволь­ственного сырья и готовой продукции (использование низких или высоких температур, снижение влажности, копчения, добавление сахара, засолка), применяют широкий спектр пищевых добавок, перечень которых определен нормативным документом [49].

Внутригрупповой состав пищевых добавок включает: консер­ванты (preservaties, antimicrobial agents) и антиокислители (antioxidants). В качестве вспомогательных веществ, способствующих уве­личению сроков годности, можно отметить: синергисты антиокис­лителей (sinergists, sequestrants, chelating agents); защитные газы (protective gases, packing gases, inert gases); уплотнители (firming agents); влагоудерживающие агенты (humectants, conditioners); антислеживающие агенты (free flowing agents, anticaking agents, antibaking agents); пленкообразователи (coating agents); стабилизаторы пены (foam stabilizers); стабилизаторы замутнения (clouding agents).

Консерванты

Современные условия жизни диктуют необходи­мость применения целого ряда химических соединений, способных эффективна предупреждать развитие микробиальной флоры - главным образом бактерий, плесени, дрожжей, среди которых могут быть как патогенные, так и непатогенные виды.

Консервант - пищевая добавка, предназначенная для про­дления (увеличения) сроков годности пищевой продукции путем защиты от микробной порчи и (или) роста патогенных микроорга­низмов [49].

Химические консерванты должны обеспечивать длительное хра­нение продуктов, не оказывая какого-либо отрицательного влияния на его органолептические свойства, пищевую ценность и здоровье потребителя. Эффективность действия консерванта зависит от его концентрации, рН среды, качественного состава микрофлоры. Ни один из известных консервантов не является универсальным для всех продуктов питания. Каждый консервант имеет свой спектр действия.

Показано, что антимикробное действие консервантов усилива­ется в присутствии аскорбиновой кислоты.

Консерванты могут оказывать бактерицидное действие (прекра­щать развитие микроорганизмов) или бактериостатическое (оста­навливать, замедлять рост и размножение микроорганизмов).

Одним из основных признаков гигиенического регламентиро­вания химических консервантов является их использование в кон­центрациях, минимальных для достижения технологического эф­фекта. Применение антимикробных веществ в более низких дозах может при определенных условиях способствовать размножению микроорганизмов. Все это должно учитываться при разработке са­нитарных правил, норм и технических регламентов для пищевых добавок и их практическом применении.

Наиболее распространенные консерванты - соединения серы, такие как сульфит натрия безводный - Na₂SO₃, или его гидратная форма - Na₂SO₃ • 7Н₂0, метабисульфат (тиосульфат) натрия Na₂S₂O₃, кислый, или гидросульфит натрия - NaHSO₃. Все эти со­единения хорошо растворимы в воде и выделяют сернистый анги­дрид SO₃, которым и обусловлено их антимикробное действие. Сернистый ангидрид и вещества, выделяющие его, подавляют главным образом рост плесневых грибов, дрожжей и аэробных бак­терий. В кислой среде этот эффект усиливается. В меньшей сте­пени соединения серы оказывают влияние на анаэробную микро­флору. Сернистый ангидрид обладает высокой восстанавливающей способностью, что объясняется его легкой окисляемостыо. Благо­даря этим свойствам соединения серы являются сильными ингиби­торами дегидрогеназ, предохраняя картофель, овощи и фрукты от неферментативного потемнения. Сернистый ангидрид относи­тельно легко уходит из продукта при нагревании или длительном контакте с воздухом. Вместе с тем сернистый ангидрид обладает способностью разрушать тиамин и биотин, способствует окисли­тельному распаду токоферола (витамина Е). В связи с этим соеди­нения серы нецелесообразно использовать для консервирования продуктов питания, являющихся источником этих витаминов.

Попадая в организм человека, сульфиты превращаются в суль­фаты, которые выводятся с мочой и фекалиями. Вместе с тем большая концентрация соединений серы, например однократное пероральное введение 4 г сульфита натрия, может вызвать токсиче­ские явления. ОКЭПД ФАО/ВОЗ установил уровень приемлемого суточного потребления (ПСП) сернистого ангидрида - 0,7 мг/кг массы тела. Ежедневное потребление сульфитированных продуктов питания может привести к превышению допустимой суточной дозы: с одним Стаканом сока в организм вводится примерно 1,2 мг сернистого ангидрида, с 200 г мармелада, зефира или пастилы - 4 мг, с 200 мл вина - 40-80 мг.

Сорбиновая кислота (С₆Н₈0₂). Проявляет главным образом фунгистатическое действие благодаря способности ингибировать дегидрогеназы. Она не подавляет рост молочнокислой флоры, поэтому используется обычно в комплексе с другими консервантами, в основном с сернистым ангидридом, бензойной кислотой, ни­тритом натрия. Широко применяются соли сорбиновой кислоты.

Антимикробные свойства сорбиновой кислоты мало зависят от величины рН, что обеспечивает широкий спектр ее использования при консервировании фруктовых, овощных, яичных, мучных из­делий, мясных, рыбных продуктов, маргарина, сыров, вина.

Сорбиновая кислота - вещество малотоксичное, в организме человека легко метаболизируется с образованием уксусной и b-оксимасляной кислот. Однако имеются данные о возможности обра­зования d-лактона сорбиновой кислоты, обладающего канцеро­генной активностью.

Бензойная кислота (С₇Н₆0₂) и ее соли - бензоаты (С₇Н₅О₅Na и др.). Антимикробное действие основано на способности подав­лять активность ферментов, осуществляющих окислительно-восстановительные реакции. В частности, при ингибировании каталазы и пероксидазы накапливается перекись водорода, угнетающая деятельность микробной клетки. Бензойная кислота способна бло­кировать сукцинатдегидрогеназу и липазу - ферменты, расщепля­ющие жиры и крахмал, подавляет рост дрожжей и бактерий маслянокислого брожения. Слабо действует на бактерии уксуснокислого брожения и совсем незначительно - молочнокислую флору и пле­сени.

В качестве консервантов применяют также n-оксибензойную кислоту и ее эфиры (метиловый, этиловый, n-пропиловый, n-бути­ловый). Однако их консервирующие свойства менее выражены, возможно отрицательное влияние на органолептичеекие свойства продукта.

Бензойная кислота практически не накапливается в организме человека, она входит в состав некоторых плодов ягод как природное соединение; эфиры n-оксибензойной кислоты - в состав расти­тельных алкалоидов и пигментов. В небольших концентрациях бензойная кислота образует с гликоколом гиппуровую кислоту и полностью выделяется с мочой. В больших концентрациях воз­можно проявление токсических свойств бензойной кислоты. ДСД для человека составляет 5 мг/кг.

Борная кислота (Н₃В0₃) и бораты. Обладают способностью на­капливаться в организме, главным образом в мозге и нервных тканях, проявляя токсичность. Снижают потребление тканями кис­лорода, синтез аммиака и окисление адреналина. В этой связи в нашей стране не применяются.

Перекись водорода (Н₂0₂). Используется в ряде стран при кон­сервировании молока, предназначенного для изготовления сыров. В готовом продукте перекись должна отсутствовать. Каталаза мо­лока расщепляет ее.

В нашей стране перекись водорода применяется для обесцвечи­вания боенской крови, куда дополнительно вносят каталазу для удаления остатков перекиси. Перекись водорода находит приме­нение при изготовлении кореньев различных полуфабрикатов.

Гексаметилентетрамин (С6Н12К4), или уротропин, гексалин. Действующим началом этих соединений является формальдегид (СН20). В нашей стране гексамин разрешен для консервирования икры лососевых рыб и выращивания маточных культур дрожжей. Содержание его в зернистой икре составляет 1000 мг/кг продукта. В готовых дрожжах он должен отсутствовать.

Установленный ВОЗ уровень ДСД - не выше 0,15 мг/кг массы тела.

За рубежом гексаметилентетрамин используется при консерви­ровании колбасных оболочек и холодных маринадов для рыбной продукции.

Дифенил, бифенил, о-фенилфенол (С₁₂Н₁₀) - труднорастворимые в воде циклические соединения. Обладают сильными фунгистатическими свойствами, препятствующими развитию плесневых и других микроскопических грибов.

Применяются для продления сроков хранения цитрусовых путем их погружения на непродолжительное время в 0,5-2%-й рас­твор или пропитывания этим раствором оберточной бумаги. В нашей стране эти консерванты не применяются, однако реали­зация импортируемых цитрусовых плодов с использованием этого консерванта разрешена.

Рассматриваемые соединения обладают средней степенью ток­сичности. При попадании в организм из него выводится около 60% дифенилов.

Величина ДСД, согласно рекомендациям ВОЗ, составляет для дифенила 0,05 мг/кг, для о-фенилфенола - 0,2 мг/кг. В разных странах допускается различный уровень остаточного содержания дифенилов в цитрусовых - от 20 до 110 мг/кг. Рекомендуется тща­тельно мыть цитрусовые плоды и вымачивать их корочки, если они используются в питании.

Органические кислоты - муравьиная, пропионовая, салици­ловая и др. В Российской Федерации используются только для кон­сервирования грубых кормов сельскохозяйственных животных.

Муравьиная кислота (СН₂0₂). По своей органической структуре относится к жирным кислотам. Обладает сильным антимикробным действием. В небольших количествах встречается в растительных и животных организмах. При больших концентрациях оказывает токсическое действие. В пищевых продуктах обладает способ­ностью осаждать пектины, что в целом ограничивает ее использо­вание в качестве консерванта.

В нашей стране используются соли муравьиной кислоты - формиаты - в качестве солезаменителей в диетическом питании.

ДСД для муравьиной кислоты и ее солей не должна превышать 0,5 мг/кг.

Пропионовая кислота (С₂Н₅СООН). Так же, как и муравьиная, широко распространена в живой природе, являясь промежуточным звеном цикла Кребса, обеспечивающего биологическое окисление белков, жиров и углеводов.

В США пропионовая кислота применяется в качестве консер­ванта при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий, предупреждая их плесневение. В ряде европейских стран добавля­ется к муке.

Соли пропионовой кислоты, в частности пропионат натрия, ма­лотоксичны. Суточная доза последнего в количествах 6 г не вызы­вает каких-либо отрицательных явлений, в связи с чем ОКЭПД ВОЗ не считает необходимым установление для этого соединения ДСД.

Салициловая кислота (С₇Н₆0₃). Традиционно используется при домашнем консервировании томатов и фруктовых компотов. В Англии соли салициловой кислоты - салицилаты - применя­лись для консервирования пива. Наиболее высокие антимикробные свойства проявляются в кислой среде.

В настоящее время накоплен большой экспериментальный и клинический материал о токсичности салициловой кислоты и ее солей, что послужило основанием для запрещения их использо­вания в качестве пищевой добавки.

Диэтиловый эфир пироугольной кислоты. Обладает способностью подавлять рост дрожжей, молочнокислых бактерий и в меньшей степени плесеней. Используется в отдельных странах для консерви­рования напитков. Обладает запахом фруктов. При концентрации 150 мг/кг и выше ухудшает вкусовые качества напитков, проявляя токсические свойства.

Показательна способность эфира взаимодействовать с пище­выми компонентами продукта - витаминами, аминокислотами, аммиаком. В частности, реакция эфира с аммиаком приводит к образованию канцерогенного соединения - эфира этилкабаламиновой кислоты, обладающего способностью проникать через плаценту материнского организма. В связи с изложенным рассма­триваемый препарат запрещен в нашей стране в качестве пищевой добавки.

Нитраты и нитриты натрия, калия (NaNO₃, KNO₃, NaNO₂, KNO₂). Находят широкое применение в качестве антимикробных средств при производстве мясных и молочных продуктов. В кол­басном производстве нитрит натрия добавляется в количестве не более 50 мг/кг готового изделия, при изготовлении некоторых сортов сыров и брынзы - не более 300 мг/л используемого молока. В продуктах детского питания исключается.

Нафтохиноны. Применяются для стабилизации безалкогольных напитков, обеспечивают подавление роста дрожжей. Наиболее ши­рокое распространение получили юглон (5-окси- 1,4-нафтохинон) и плюмбагин (2-метил-5-окси-1,4-нафтохинон). Консервирующий эффект юглон проявляет в концентрации 0,5 мг/л, плюмбагин - 1 мг/л. Малотоксичны. Обладают 100-кратным порогом безопас­ности.

Выбор консервантов и их дозировка зависят от следующих фак­торов: степени бактериальной загрязненности и качественного со­става микрофлоры; условий производства и хранения; химического состава продукта и его физико-химических свойств; ожидаемого срока годности.

Не допускается использование консервантов при производстве продуктов массового потребления: молока, сливочного масла, муки, хлеба (кроме расфасованного и упакованного для длитель­ного хранения), свежего мяса, продуктов детского и диетического питания, а также обозначаемых как «натуральные» или «свежие».

Имеются консерванты, не имеющие разрешения к применению в Российской Федерации: азиды, антибиотики, Е284 борная кис­лота, Е285 бура (боракс), Е233 тиабендазол, Е243 диэтилдикарбонат, озон, этиленоксид, пропиленоксид, салициловая кислота, тиомочевина, Е240 формальдегид и др.

Антиокислители (антиоксиданты, далее - АО) - защищают пи­щевые продукты от вызванной окислением порчи, такой как прогоркание жиров, изменение цвета (потемнения), ферментативное окисление напитков (вина, пива, безалкогольной продукции).

Антиокислитель - пищевая добавка, предназначенная для за­медления процесса окисления и увеличения сроков годности пи­щевой продукции (пищевого сырья) [49].

Как и консервирующие вещества, антиоксиданты применя­ются для увеличения сроков хранения пищевых, главным образом жироемких, продуктов. В основе их действия лежит ингибирование реакций окисления пищевых компонентов. Окисление про­исходит под влиянием кислорода, воздуха, света, температуры, технологических факторов производства. Окисляются в первую очередь липиды и их соединения, витамины, другие биологически важные нутриенты, что снижает пищевую ценность продукта. Ко­нечные продукты окисления отрицательно влияют на органолептические свойства и могут быть токсичны для организма человека. Так, например, окисление липидных компонентов приводит к образованию гидроперекисей, которые* тоже окисляясь, дают такие токсические соединения, как альдегиды, кетоны, отдельные жирные кислоты и многочисленные продукты их полимеризации.

Содержание гидроперекисей определяют, как правило, йодометрическим методом и выражают в пероксидных числах (далее - ПЧ). Для ряда жиров и жиросодержащих продуктов установлены допустимые уровни гидроперекисей, при превышении которых продукт считается непригодным к применению (табл. 1.2).

Таблица 1.2
Допустимая концентрация гидролероксидов в различных жирах, пищевых и кормовых продуктах

Качество продукта лимитируется содержанием свободных жирных кислот, наличие которых свидетельствует об использо­вании недоброкачественного исходного сырья, поскольку их на­копление происходит при превышении концентрации гидропере­кисей.

При окислении отдельных видов жиров (особенно содержащих ненасыщенные жирные кислоты) действие кислорода воздуха может быть направлено на непредельные, двойные связи жирных кислот, что приводит к снижению такого показателя качества жира, как йодное число.

Для предотвращения окислительной порчи используют АО, ко­торые делятся на две группы - природные и синтетические.

К природным относят токоферолы (витамин Е), аскорбиновую кислоту (витамин С), флавоны (кверцетин), эфиры галловой кис­лоты, гваяковую кислоту и т.д.

Наиболее богаты витамином Е нерафинированные растительные масла. Значительные количества токоферолов содержатся в масле из зародышей пшеницы, сои, овса, других зерновых и бобовых культур.

Антиокислительные свойства хлопкового масла обусловлены содержанием госсипола, кунжутного масла - сезомола. В на­стоящее время интенсивно изучаются другие действующие начала растительных масел и механизмы их антиоксидантного действия.

Синтетические АО - бутилоксианизол (БОА), бутилокситолуол (БОТ) - «ионол», додецилгаллет (ДГ), сантохин (этоксихин), дилудин, дибуг, фенозан-кислота и др.

Для пищевых продуктов применяют БОА, БОТ, ДГ, которые яв­ляются ингибиторами фенольного типа - тормозят процесс окис­ления посредством взаимодействия с пероксидными радикалами либо вступают в синергическое взаимодействие с природными АО или фосфолипидами. В отличие от указанных АО антиоксидантная активность аскорбиновой кислоты связана с регенерацией ис­ходных форм природных и синтетических АО за счет отрыва атома водорода аскорбиновой кислоты.

Действие кормовых АО (сантохин, дилудин, дибуг, фенозан-кислота) также обусловлено дезактивацией пероксидных радикалов путем отрыва атома водорода от OH- (дибуг, фенозан) или NH- группы (сантохин). Для других АО характерны свои механизмы предотвращения окисления.

Особое практическое значение имеет использование антиоксидантов для предотвращения окислительной порчи жироемких про­дуктов, поскольку при получении, переработке и хранении они в наибольшей степени подвержены окислительной деструкции.

Перечень применяемых в нашей стране АО представлен в При­ложении 1.

Допустимый уровень синтетических АО в пищевых продуктах, как правило, не превышает 0,02%, в кормовых концентрация может быть увеличена в 5-10 раз. Вызывает определенные опасения ис­пользование БОТ, так как установлены его токсические и канцеро­генные свойства.

За рубежом активно применяют другие АО как синтетического, так и природного происхождения. Показано, что антиоксидантная активность соединений зависит от природы продукта, целого ряда других факторов, поэтому необходимы научные исследования для обоснования использования АО или их комплексов в отношении конкретных продуктов питания.

Особый интерес представляют препараты природных АО, в част­ности токоферола (0,05%) и синтетические смеси на его основе. Широкое применение имеет АО фирмы «HaffmannlaRoche» роноксан А - смесь а-токоферола, лецитина и аскорбинпальмитата (феминара). В нашей стране производство АО не отвечает потреб­ностям рынка.

В силу недостаточной изученности ряд антиокислителей не имеет разрешения к применению в Российской Федерации: дилудин, гиссипол, редуктоны, нордигидрогваяретовая кислота (кре­озот).

Синергисты антиокислителей. Усиливают действие антиокисли­телей, но сами по себе не обладают их свойствами.

Группу синергистов антиокислителей составляет относительно большое количество веществ различной природы, большинство из которых относятся к кислотам и комплексообразователям.

Механизм действия синергистов-кислот связан с тем, что по­следние являются донорами водорода, необходимого для регенерации антиокислителей.

Если в качестве синергистов выступают комплексообразователи, то механизм их действия объясняется связыванием (пере­водом в неактивную форму) ионов металлов, катализирующих окисление.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Назовите пищевые добавки, замедляющие микробную порчу сырья и пищевых продуктов.
2. Охарактеризуйте консерванты как вещества, продлевающие срок хра­нения продуктов питания. Охарактеризуйте антибиотики.
3. Охарактеризуйте антиоксиданты. Каково их применение в качестве добавок, замедляющих окислительные процессы в пищевых про­дуктах?
4. Дайте общую характеристику действия консервантов. Каковы допус­тимые концентрации этих добавок?
5. Каковы роль и механизм действия антиоксидантов и их синергистов?