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])

* 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).