Возросший за последние годы спрос на свежие и безопасные пищевые продукты создал перспективу для исследований и разработок альтернативных методов консервирования. Многие из них основаны на физических принципах, отличных от тепловой обработки, например, на применении высокого давления, импульсного электрического поля, осциллирующего магнитного поля и ультразвука (по отдельности или о сочетании с пастеризацией, охлаждением или замораживанием). Были проведены испытания некоторых химических методов обработки, например, применение хитозанов, бактериоцинов и других противомикробных препаратов. До настоящего времени эксперименты проводились в лабораторных условиях без масштабного внедрения их результатов. Усилия микробиологов были направлены в основном на уничтожение патогенной микрофлоры, а дрожжевые клетки зачастую служили в качестве эукариотических модельных организмов.
5.6.1 Нетермические методы консервирования
Гидростатическое давление
Давление выше 100 МПа разрушает клеточные мембраны и может инактивировать вегетативные клетки. Эукариотические дрожжевые клетки более чувствительны к высокому давлению, чем прокариотические бактерии, а бактериальные споры чрезвычайно устойчивы. Давление в 400-600 МПа вызывает инактивацию микроорганизмов, но неполную, так как некоторые клетки после повреждения могут выживать. В инактивации дрожжей очень важную роль играет активность воды, тогда как значение рН на их выживание не влияет (табл. 5.9). Хотя стоимость и производительность оборудования ограничивает промышленное применение высокого давления для обработки пищевых продуктов, его использование постоянно расширяется [10]. Технология высокого давления чаще всего применяется при консервировании фруктовых соков, джемов, желе, соусов и других продуктов, подверженных дрожжевой порче.
Таблица 5.9. Время десятикратного уменьшения численности (показатель D) при инактивации аскоспор Saccharomyces cerevisiae высоким давлением (по [11])
Давление, МПа |
Показатель D, мин | |||
Апельсиновый сок, рН 3,3 |
Яблочный сок, рН З,9 |
Модельный сок, рН 3,5 |
Модельный сок, рН 5,0 |
|
500 | 0,18 | 0,15 | 0,14 | 0,19 |
450 | 0,50 | 0,48 | 0,38 | 0,49 |
400 | 0,97 | 0,88 | 0,72 | 0,98 |
350 | 2,80 | 2,51 | 2,15 | 2,84 |
300 | 10,81 | 9,97 | 7,21 | 9,42 |
Импульсное электрическое поле
Электрические поля с напряженностью 5-25 кВ/см, применяемые в виде нескольких десятков импульсов, каждый длительностью в несколько микросекунд, способны инактивировать микроорганизмы. Под воздействием электрического поля дрожжи погибают быстрее, чем бактерии, причем инактивация возрастает с повышением напряженности поля и количества импульсов. Воздействие импульсного электрического поля повреждает клеточную структуру, о чем свидетельствуют фотографии, сделанные с помощью электронного микроскопа. Этот метод может применяться для консервации таких жидких продуктов, как фруктовые соки и молоко, не вызывая нежелательных органолептических изменений.
Осциллирующее магнитное поле
Магнитное поле высокой интенсивности, достаточной для инактивации микроорганизмов, можно создать с помощью катушки индуктивности, через которую пропускается электрический ток. Для консервирования в магнитном поле лучше всего подходят пищевые продукты с высоким электрическим сопротивлением. Хотя проведены успешные эксперименты в области консервирования апельсиновых соков и йогуртов, контаминированных Saccharomyces cerevisiae, прежде чем эта технология сможет найти промышленное применение, необходимо более тщательное ее изучение.
Световые импульсы
Антимикробный эффект УФ-облучения сводится к повреждению ДНК, что приводит к летальному исходу или мутациям клеток. УФ-облучение используется, в частности, для стерилизации воздуха и обработки питьевой воды. Ближнеинфракрасное УФ-излучение, применяемое в виде коротких импульсов высокой интенсивности, составляет основу технологии, которая может использоваться для стерилизации поверхностей пищевых продуктов и упаковочных материалов, а также тонкого слоя прозрачных жидкостей. При использовании полноспектрального света интенсивностью 0,1-0,4 Дж/см2 количество дрожжевых клеток может быть уменьшено на 5-6 логарифмических циклов всего за 2-4 вспышки. Плесени и бактерии оказываются более устойчивыми. Эта технология составляет альтернативу асептической обработке.
Ультразвук
В ультразвуковых технологиях используются звуковые волны высокой энергии – от 20 000 и более колебаний в секунду (Гц). Ультразвук большой мощности благодаря создаваемой внутриклеточной кавитации, которая нарушает клеточные структуры и функции, обладает микробиоцидным эффектом. Пищевые материалы могут препятствовать распространению звуковых волн, поэтому для обеспечения безопасности продуктов ультразвук должен применяться совместно с другими методами консервирования. По всей видимости, ультразвук имеет огромный потенциал для обеззараживания продуктов и технологического оборудования. Очищающее действие кавитации проявляется в удалении клеток с поверхности сырых и минимально обработанных фруктов и овощей, но в настоящее время нам не известен ни один пищевой продукт, обработанный этим способом в промышленных условиях.
5.6.2. Противомикробные препараты
Кроме разработки новых физических методов инактивации микроорганизмов продолжается поиск новых перспективных химических и биохимических препаратов для консервирования пищевых продуктов. Натуральные противомикробные препараты (лизоцим, низин и другие бактериоцины), оказывают антагонистическое воздействие на бактерии, но они, как правило, не действуют на грибы. Реутерин, метаболит Lactobacillus reuteri, обладает широким спектром действия и подавляет рост грамположительных и грамотрицательных бактерии, а также грибов. За исключением низина, который применяется как биоконсервант в ряде пищевых продуктов, другие бактериоцины пока не нашли практического применения.
Противомикробную активность способен проявлять хитозан, деацилированное производное хитина, особенно по отношению к мицелиальным плесеням и дрожжам. Известны работы по применению хитозана в концентрации 0,3-1,0 г/л в качестве средства пролонгирования хранения свежих фруктов и овощей, однако в свежих фруктах и салатах, заправленных майонезом, рост дрожжей подавлялся не полностью [8, 9].
Сообщается также о противомикробном действии экстрактов растений, содержащих различные натуральные вещества, в частности, эфирных масел и бальзамов [6]. Экстракты чеснока, лука и хрена, а также специй (корицы, гвоздики, горчицы, орегана и др.) могут оказывать антибактериальное или антигрибковое действие, а иногда – и то и другое. Тем не менее использование их эффективных концентраций обусловливает чрезмерный аромат, который не совместим с большей частью пищевых продуктов. Эффективность экстрактов растений увеличивается в случае их применения в сочетании с другими консервирующими ингредиентами. Например, в работе [1] было установлено, что ванилин в концентрации 0,2% предотвращает рост важнейших ДВПП (Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces bailii, Z. rouxii и Debaryomyces hansenü) в яблочном пюре с рН 3,5 и αω0,95 в течение 40 сут хранения при 27°С.
5.6.3. Современные комбинированные методы консервирования
Многие новые альтернативные методы консервирования разработаны специально для использования в «барьерной технологии», предполагающей одновременное применение нескольких методов с синергическим эффектом. Для достижения оптимального качества продукта и микробиологической безопасности альтернативные физические методы обработки в сочетании с другими способами консервирования могут использоваться, как и в случае облучения, в меньших дозах по сравнению с их применением по отдельности. Высокое давление, импульсные электрические поля, ультразвук и осциллирующие магнитные поля можно успешно применять одновременно с пастеризацией или замораживанием без снижения конечной эффективности обработки. Для защиты от дрожжевой порчи фруктовых соков и нарезанных фруктов при сохранении аромата, вкуса, цвета и функциональных свойств продуктов целесообразно использовать такие комбинированные способы, как «мано-термо-звуковая» технология (низкое давление + щадящая температура + ультразвук) или осмодегидрозамораживание (добавление сахара + воздушная сушка + замораживание). Применение новых методов для предотвращения роста патогенных и вызывающих порчу микроорганизмов и для обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов – одно из перспективных направлений развития современных пищевых технологий.