Для замедления роста или инактивации и гибели дрожжей используют самые разные физические и химические факторы (и средства). Их эффективность в значительной степени зависит от дозы (концентрации) и длительности воздействия. Кроме того, взаимодействие факторов между собой может определять их эффективность. Все они в настоящее время имеют большое практическое значение.
5.5.1. Нагревание
Высокие температуры инактивируют дрожжевые клетки. При температуре выше 55°С дрожжи обычно погибают в течение нескольких минут. В отличие от бактериальных эндоспор, аскоспоры и базидиоспоры дрожжей лишь ненамного устойчивее к теплу, чем вегетативные клетки. Время десятикратного уменьшения численности (показатель D) при 55°С составляет примерно 5-10 мин, а при 65°С – менее 1 мин. При увеличении температуры на 4-5°С скорость гибели возрастает в десять раз, то есть показатель z равняется 4-5°С (это усредненные значения). Кроме того, на скорость инактивации значительное влияние оказывает состав пищевого продукта. Например, показатели D для Pichia anomala во фруктовых соках составляют около 6 мин при рН 3,95, 3 мин – при рН3,0 и 2 мин – при рН 2,62. Термостойкость клеток снижается по мере увеличения кислотности и возрастает с уменьшением αω. Следовательно, фруктовые соки (рН около 3,5) можно консервировать путем пастеризации, однако ее температура может оказаться недостаточной для консервирования джемов с таким же pН, но содержащих более 55% сахара.
5.5.2. Замораживание
Замораживание не вызывает немедленной гибели дрожжевых клеток, хотя количество выживших клеток в замороженном состоянии со временем уменьшается. Степень и скорость гибели клеток при замораживании зависит от ряда факторов – температуры замораживания, скорости снижения температуры, времени пребывания в замороженном состоянии и условий размораживания. В целом, чем выше скорость замораживания и размораживания и ниже температура хранения в замороженном состоянии, тем выше процент выживших клеток. Это происходит вследствие образования микрокристаллов льда, которые уменьшают повреждение клеток при замораживании. В таких условиях время, в течение которого клеточные мембраны подвергаются разрушительному воздействию возрастающего осмотического давления, оказывается меньше. Отсюда следует чисто практический вывод: культурные штаммы дрожжей можно хранить при -80°С длительное время, причем наилучший способ сохранить штаммы – провести их быструю и глубокую заморозку при температуре паров жидкого азота (-196°С).
5.5.3. Обезвоживание
Снижение активности воды ниже значений, допускающих рост дрожжей, может быть достигнуто различными способами. Один из старейших методов консервирования пищевых продуктов – сушка – все еще успешно применяется для ингибирования роста дрожжей во фруктах и овощах (например, изюм, орехи и бобы). Высокие концентрации сахара (50-60%) или соли (5-10%) также приводят к связыванию свободной воды и предотвращают размножение дрожжей (например, в джемах, сиропах, ветчине и соевом соусе). Некоторые ксеротолерантные (осмофильные) дрожжи, например Zygosaccharomyces spp., способны к медленному росту, особенно если влага абсорбируется на поверхности продуктов.
В сухих и концентрированных пищевых продуктах активность воды ниже 0,70, а у огромного числа разных пищевых продуктов, например, у сыров, колбас и хлебобулочных изделий, она находится в интервале от 0,85 до 0,95. Такие продукты называют продуктами умеренной влажности, и для сохранения их качества применяются другие методы консервирования (охлаждение, вакуумная упаковка, упаковка в модифицированной газовой среде, внесение консервантов), а также их сочетание.
5.5.4. Облучение
Различного рода ионизирующее излучение (электронные лучи, рентгеновские лучи, гамма-излучение изотопами 60Со) характеризуется высокой энергией и вызывает интенсивную гибель клеток. Облучение пищевых продуктов давно признано одним из эффективных методов консервирования. Многочисленные исследования и накопленный производственный опыт позволили четко установить его недостатки и преимущества. Следует отметить, что до сих пор наблюдается определенное неприятие потребителем облученных пищевых продуктов, хотя применение этого метода одобрено во многих странах.
Никакая другая технология консервирования не исследовалась так тщательно, как облучение. Существует большое количество научно-технической литературы, посвященной сто применению и биологическим последствиям. Мы приводим лишь немногие из этих данных, относящиеся к дрожжам. Результаты исследования радиационной стойкости некоторых видов дрожжей приведены в табл. 5.8. Радиационная стойкость дрожжей выше, чем у большинства вегетативных бактерий. Значение десятикратного снижения численности дрожжей находится в интервале 0,1-0,5 кГр, а доза облучения около 5 кГр уменьшает их количество на 10 логарифмических циклов. Следует отметить, что кривые выживания часто имеют «плечи», что значительно затрудняет расчет дозы облучения. Пo всей видимости, некоторые дрожжи, например, Trichosporon spp. или, по крайней мере, некоторые штаммы этих видов, обладают еще более высокой радиационной стойкостью.
При промышленном применении гамма-излучение в относительно слабых дозах (1-3 кГр) позволяет значительно снизить дрожжевую контаминацию портящихся фруктов и увеличить срок их хранения. Особенно перспективным является применение облучения для увеличения срока хранения мягких ягод (например, малины и земляники), которые теряют качество и внешний вид при тепловом и холодильном консервировании.
Таблица 5.8. Радиационная стойкость некоторых дрожжей (по данным [4])
Виды дрожжей* | Облучаемая среда | Доза облучения, кГр** |
Sporidioholus pararoseus | Питательный бульон | 5 |
Issatchenkia orientalis | Фосфатный буфер | 5,5 |
Debaryomyces hansenii | Виноградный сок | 7,5 |
Cryptococcus albidus | Виноградный сок | 10 |
Torulaspora delbrueckii | Виноградный сок | 15 |
Saccharomyces cerevisiae | Виноградный сок | 18 |
Trichosporon pullulans | Фосфатный буфер | 20 |
* Исходное количество клеток – 106-107/мл.
**Доза, необходимая для предотвращения роста в течение 15 сут.
5.5.5. Консерванты
Мягкие химические консерванты на основе органических кислот (сорбиновой, бензойной, пропионовой и их солей) в концентрациях, разрешенных для применения в пищевых продуктах, подавляют рост дрожжей. Эффективность этих консервантов максимальна при низких значениях рН. Сорбат калия более эффективен для дрожжей, чем бензоат натрия. Некоторые виды дрожжей, особенно Zygosaccharomyces bailii, устойчивы к действию консервантов и способны не только адаптироваться к их высоким концентрациям, но и преодолевать их ингибирующее действие, метаболизируя и разлагая консерванты. Для временной консервации мякоти плодов может использоваться сернистый газ. При брожении вина в виноградное сусло для инактивации диких дрожжей (определенных видов Pichia и Candida) добавляют сульфит, поскольку винные дрожжи S. cerevisiae менее чувствительны кSO2).
5.5.6. Комбинированные системы консервирования
Для более мягкой обработки и сохранения пищевой ценности и органолептического качества пищевых продуктов при обеспечении требуемого уровня безопасности методы и средства консервации могут применяться комбинированно. Одновременное применение нескольких консервирующих факторов многие называют «барьерной технологией» и поясняют это одновременным созданием нескольких «барьеров», которые микроорганизмы преодолеть не способны. Действительно, эта аналогия вполне адекватна, так как в данном случае речь идет об одновременном действии нескольких «барьеров», которые синергично взаимодействуют. На этом подходе основаны разработки новых продуктов и методов консервирования, например, минимальная тепловая и холодильная обработка продуктов, упаковка в модифицированной газовой среде, и создание продуктов умеренной влажности.
При минимальной тепловой обработке пищевые продукты подвергаются более мягкому температурному воздействию, содержат меньше кислот, соли и сахара, а также значительно меньше консервантов (сульфитов, нитритов, сорбиновой и бензойной кислот), однако для таких консервов обычно применяют холодильное хранение [7]. Сочетание консервирующих факторов призвано защитить продукт от роста патогенных бактерий, однако оно не всегда препятствует развитию ДВПП. Типичным примером являются готовые к употреблению фрукты и овощи, обработка которых включает предварительную очистку, удаление кожуры или нарезку на доли, мойку, дезинфекцию и упаковку. При этом для контроля ферментативного потемнения и снижения количества дрожжей, плесеней и бактерии используют бланширование [5].
Пищевые продукты умеренной влажности, как правило, характеризуются αωниже 0,90, что в сочетании с низким рН, пастеризацией или охлаждением (холодильным хранением) делает их пригодными для продолжительного хранения. Кроме мясных продуктов и сыров примером продуктов умеренной влажности могут служить фруктовые пресервы. Целые фрукты, их половники, ломтики или фруктовое пюре можно консервировать, применяя бланширование и регулирование αωв диапазоне 0,91-0,98 с использованием сахара. Значения рН большинства фруктов находится в интервале 3,1-3,5, и при необходимости они могут быть снижены путем добавления лимонной кислоты. Кроме того, могут быть использованы также сульфиты и сорбаты. В таких условиях потенциальными микроорганизмами, которые могут вызвать порчу, являются дрожжи (особенно осмофильные).
Для сохранения свежих и минимально обработанных продуктов часто применяют упаковку с использованием регулируемой газовой среды (MAP,РГС). В случае мясных продуктов снижение содержания кислорода внутри упаковки достигается применением вакуума, тогда как собственное дыхание свежих фруктов и овощей модифицирует газовую среду внутри упаковки после их помещения в полупроницаемую или термоусадочную пленку. Содержание кислорода при этом снижается до 3-5%, а концентрация СО2 возрастает до 5-10%. В таких условиях рост аэробных бактерий и плесеней значительно снижается, однако отмечается замедленный рост дрожжей и молочнокислых бактерий, даже если продукт упакован с использованием модифицированной газовой среды и хранится в условиях охлаждения.
5.5.7. Повреждение и восстановление дрожжевых клеток
Важным аспектом применения комбинированных методов консервирования является возможность выживания микроорганизмов. Сублетальная температура не всегда приводит к гибели дрожжевых клеток, а только нарушает их клеточную структуру и/или метаболизм. При такой обработке возможно повреждение клеточных мембран, что вызывает потери компонентов клеток и нарушение механизма транспорта различных веществ. Могут быть нарушены ферментативная активность, синтез ферментов и регуляция их метаболизма, а также репликация и транскрипция нуклеиновых кислот. Поврежденные клетки становятся чрезмерно чувствительными к факторам внешней среды и могут быть инактивированы при последующей обработке. Тем не менее со временем и в благоприятных условиях часть клеток после частичных повреждений может восстанавливаться и становиться способными к размножению.
Эти явления на практике могут использоваться по-разному. В первую очередь они составляют основу комбинированных технологий консервирования, то есть совместного применения щадящих способов и средств консервирования в дозировках, которые по отдельности были бы неэффективными. При приготовлении партий промышленно используемых микроорганизмов (например, сухих пекарских дрожжей или дрожжей для замораживаемого теста) также необходимы методы, не повреждающие клетки. Следует отметить, что если условия культивирования не допускают роста поврежденных клеток, то при оценке и контроле микробиологического качества пищевых продуктов существует риск получения ошибочных результатов (см. главу 13).