В рамках Евразийского экономического союза (далее – Союз) виды пищевых продуктов и сырья животного происхождения определены с учетом применения:
- ветеринарно-санитарных мер при ввозе на таможенную территорию Союза подконтрольных ветеринарному контролю (надзору) товаров и (или) перемещении их между государствами – членами Союза;
- обязательных требований технических регламентов Таможенного союза 021/11 «О безопасности пищевой продукции», 034/13 «О безопасности мяса и мясной продукции», 033/13 «О безопасности молока и молочной продукции» к микробиологическим нормативам безопасности пищевых продуктов и сырья животного происхождения.
Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю), утверждены решением Комиссии Таможенного союза от 28 мая 2010 г. № 299.
Меры, принимаемые в отношении подконтрольных товаров, ввозимых на таможенную территорию Союза, вывозимых с таможенной территории Союза и перемещаемых между государствами – членами Союза, представлены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Перечень мер в отношении подконтрольных товаров
Примечание. «+» – мера применяется; «-» – мера не применяется.
3.1. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ НА ИХ МИКРОБНЫЙ СОСТАВ
Так как продукты питания имеют растительное или животное происхождение, необходимо учитывать параметры растительных и животных тканей, влияющих на рост микроорганизмов. Механизмы защиты растений и животных от проникновения и развития в них микроорганизмов изучены достаточно полно, поэтому их можно эффективно использовать для предотвращения или замедления роста патогенных и гнилостных микроорганизмов в продуктах растительного и животного происхождения.
К внутренним параметрам относятся рН, содержание влаги, окислительно-восстановительный потенциал, содержание питательных веществ, антимикробные компоненты и биологические структуры.
рН. Большинство микроорганизмов хорошо растет при рН около 7,0 (6,6–7,5), а небольшое их количество растет при рН < 4,0. Например, уровень рН, необходимый для роста отдельных групп, родов или видов микроорганизмов, составляет: для плесеней — 1,0–2,0; дрожжей — 2,5–3,5; Salmonella — 4,0–6,5; Shigella — 5,5–6,5; Escherichia coli —
5,8–7,5; Clostridium perfringens — 6,0–8,5; Campylobacter spp. — 6,0–8,5.
Одна часть пищевых продуктов характеризуется природной кислотностью; другая обязана своей кислотностью деятельности определенных микроорганизмов. Последний тип относится к биологической кислотности и представлен такими продуктами, как ферментированные молочные продукты, квашеные овощи и маринады.
Фрукты, безалкогольные напитки, уксус и вина имеют рН ниже точки, при которой обычно растут бактерии. Качество хранения этих продуктов в значительной мере связано с уровнем рН: фрукты подвергаются порче под действием плесеней и дрожжей, что связано со способностью этих организмов расти при значениях рН < 3,5. Это значение значительно ниже минимального для большинства гнилостных бактерий и для всех бактерий, вызывающих пищевые отравления. Природная кислотность пищевых продуктов, особенно фруктов, может рассматриваться как способ защиты их тканей от деструктивного воздействия микроорганизмов. Интересно, что плоды имеют значения рН ниже тех, что необходимы для роста многих гнилостных организмов. Большинство мясных продуктов и морепродуктов имеют конечный минимальный рН ~ 5,6 и выше, что делает эти продукты восприимчивыми к порче, вызываемой как бактериями, так и плесенями и дрожжами.
После убоя гликоген мяса превращается в молочную кислоту, что приводит к понижению уровня рН от 7,4 до ~ 5,6 – в зависимости от вида животного. Для говядины самое низкое значение рН составляет 5,1, а самое высокое (после созревания) – 6,2. Обычное значение рН для говядины ~ 5,6–6,4. Самое низкое и самое высокое значения рН для баранины и свинины составляют 5,4 и 6,7 и 5,3 и 6,9 соответственно. Конечное значение рН свинины может быть < 5,0. Влияние таких значений рН на микроорганизмы очевидно. У большинства рыб конечные значения рН находятся в диапазоне от 6,6 до 6,8.
Приблизительное значение рН некоторых пищевых продуктов: масло – 6,1–6,4; пахта – 6,2–6,5; молоко – 5,5; сливки – 4,9–5,9; сыр – 5,9; говядина – 5,1–6,2; ветчина – 5,9–6,1; курица – 6,1–6,4; рыба – 6,6–6,8.
Бактерии имеют поверхностный отрицательный статический заряд. Поэтому незаряженные вещества могут проникать в клетку, тогда как ионизированные вещества не могут. При нейтральном или щелочном рН органические кислоты не проникают через мембрану, тогда как при кислых значениях рН эти компоненты не ионизированы и могут поступать в отрицательно заряженную клетку. Степень ионизации боковых цепей ионизируемых аминокислот изменяется при любом показателе рН, отличном от нейтрального, и может приводить к увеличению денатурации мембранных и транспортных белков. Неблагоприятный уровень рН делает клетки более чувствительными к действию токсичных веществ различной природы.
Окислительно-восстановительный потенциал. Микроорганизмы проявляют переменную чувствительность к окислительно-восстановительному (ОВ) потенциалу (O/R, Eh) среды обитания, который обозначают символом «е». Как правило, ОВ-потенциал субстрата может быть определен как легкость, с которой субстрат теряет или приобретает электроны. Когда элемент (вещество) теряет электроны, он окисляется, тогда как субстрат, который приобретает электроны, становится восстановленным. Вещество, которое легко отдает электроны, – хороший восстановитель, а то, что легко принимает электроны, – хороший окислитель. Когда электроны переносятся от одного вещества к другому, между этими веществами создается разница потенциалов. Эта разница может быть измерена при использовании подходящего оборудования и выражена в милливольтах (мВ). Чем больше окислено вещество, тем более положительным будет его электрический потенциал. Когда концентрации окислителей и восстановителей равны, электрический потенциал равен нулю.
Максимальные положительные и отрицательные значения ОВ-потенциала могут быть летальными для соответствующих групп микроорганизмов.
ОВ-потенциал пищевых продуктов определяется следующими параметрами: специфическим ОВ-потенциалом сырья; буферной емкостью – сопротивляемостью изме нению потенциала пищевых продуктов; давлением кислорода атмосферы вокруг пищевого продукта; доступом атмосферы к продукту.
Некоторым бактериям для начала роста необходимы восстановленные условия
(Eh ~ –200 мВ), тогда как другим бактериям для роста нужен положительный Eh. К первой категории относятся анаэробные бактерии (род Clostridium); ко второй принадлежат аэробные бактерии (некоторые виды рода Bacillus). Некоторые аэробные бактерии в действительности растут лучше при слегка восстановленных условиях, и эти организмы относятся к микроаэрофилам. Примерами микроаэрофильных бактерий могут служить лактобациллы и кампилобактеры. Некоторые бактерии способны расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Бактерии такого типа называются факультативными анаэробами. Большинство плесеней и дрожжей, выделяемых с поверхности и изнутри продуктов, – аэробы, хотя их небольшое количество имеет черты факультативных анаэробов.
При рассмотрении ОВ-потенциала растительных пищевых продуктов, особенно растительного сока, выясняется, что он имеет значения Eh от +300 до +400 мВ. Неудивительно, что аэробные бактерии и плесени чаще всего вызывают порчу продуктов этого типа. Цельные мясные продукты имеют значения Eh ~ -200 мВ; в фарше Eh обычно равно +200 мВ. Сыры различных типов имеют ОВ-потенциал в отрицательной области: от –20 до -200 мВ.
ОВ-потенциал мышц до наступления посмертного окоченения и после созревания мяса влияет на рост анаэробных бактерий. Обнаружено, что ОВ-потенциал М. Sternoeephalicus лошади сразу после ее смерти был равен +250 мВ. При таком значении Eh клостридии теряли способность размножаться. Через 30 ч после смерти ОВ-потенциал падал примерно до 30 мВ в отсутствие бактериального роста. Рост клостридии наблюдался при значении ОВ-потенциала 36 мВ и ниже.
Аэробы могут снижать ОВ-потенциал окружающей среды, тогда как анаэробы не могут. При росте аэробов количество O2 в среде уменьшается, что приводит к снижению ОВ-потенциала, а рост замедляется по мере расходования организмами O2-донируюших или водород-акцептирующих веществ среды. Наличие или отсутствие подходящего количества окислительно-восстановительных агентов в среде имеет очевидную важность для роста и активности микроорганизмов.
Рост анаэробов имеется при пониженных значениях ОВ-потенциала. Исключение кислорода может быть необходимо для некоторых анаэробов: Clostridium perfringens, Bacteroides fragilis и Peptococcus magnus.
Содержание питательных веществ. Для роста и функционирования микроорганизмам необходимы конкретные важные компоненты среды: вода; источник энергии; источники углерода и азота; витамины и подобные факторы роста; минералы.
Источником энергии для микроорганизмов, выделенных из продуктов питания, служат сахара, спирты, жиры и аминокислоты. Часть микроорганизмов способна утилизировать сложные углеводы (крахмал и целлюлозу) и использовать их в качестве источника энергии, разлагая перед этим до простых сахаров.
Кроме аминокислот в качестве источника азота некоторые микробы способны утилизировать нуклеотиды, тогда как другие нуждаются в пептидах и протеинах. Вообще же простые компоненты, такие как аминокислоты, утилизируются почти всеми организмами прежде всего преобразуясь до более сложных соединений, таких как высокомолекулярные белки. То же верно для полисахаридов и жиров.
Некоторые микроорганизмы могут испытывать потребности в витаминах, макро- и микроэлементах.
Антимикробные компоненты. В пищевых продуктах имеются природные вещества с антимикробной активностью, обусловливающей их устойчивость к воздействию микроорганизмов. Растения содержат эфирные масла, обладающие противомикробной активностью: эвгенол – в гвоздике, аллицин – в чесноке, коричный альдегид и эвгенол – в корице, аллилизотиоцианат – в горчице, эвгенол и тимол – в шалфее. Коровье молоко содержит лизоцим, лактоферрин, конглютинин, лактопероксидазную систему, ингибитор ротавируса. Молочный казеин, как и свободные жирные кислоты, при определенных условиях обладает антимикробным действием.
Лизоцим, овотрансферрин и кональбумин содержатся в яйцах и обеспечивают их довольно эффективной антимикробной зашитой. Во фруктах, овощах, чае, мелассе (черной патоке) и других растительных продуктах обнаружены производные гидроксили-монной кислоты (b-кумаровая, феруловая, кофеиновая и хлорогеновая). Они проявляют антибактериальную, а некоторые из них и противогрибковую активность. Лактоферрин – железосодержащий гликопротеин, ингибирующий рост бактерий. Его используют в качестве микробного блокирующего агента для говяжьих туш. Отдельные антимикробные компоненты пищевых продуктов не только ингибируют рост микробиоты порчи, но и подавляют рост патогенных бактерий, в том числе Salmonella enteritidis.
Крестоцветные растения (кочанная капуста, брюссельская капуста, брокколи, репа и т.д.) содержат глюкозинолаты, которые распадаются до изотиоцианатов, обладающих как противогрибковой, так и противомикробной активностью.
Лактопероксидазная система присутствует в коровьем молоке и состоит из трех компонентов: лактопероксидазы, тиоцианата и Н2O2. Компоненты обладают антимикробным эффектом: грамотрицательные психрофилы, такие как псевдомонады, достаточно чувствительны к ней. Необходимое количество лактопероксидазы составляет 0,5–1,0 ppm, а коровье молоко обычно содержит 30 ppm. Ее количество в молоке варьирует. Для ингибиторной системы требуется около 100 ед/мл Н2O2, но в молоке обычно содержится только 1–2 ед/мл. Эффективное количество тиоцианата составляет примерно 0,25 мМ, тогда как в молоке его количество варьирует от 0,02 до 0,25 мМ.
При активации лактопероксидазной системы в сыром молоке путем добавления тиоцианата в количестве 0,25 мМ и эквимолярного количества Н2O2 срок хранения продукта увеличился до 5 сут по сравнению с 48 ч, взятыми для контроля. Мишенью системы является цитоплазматическая мембрана. Эффективность лактопероксидазной системы против Р. fluorescens и Е. coli показана ее добавлением в козье молоко.
Биологические структуры. Естественные оболочки некоторых продуктов обеспечивают защиту от проникновения внутрь гнилостных организмов и последующего разрушения пищи под их действием. Здесь можно назвать такие структуры, как кожура семян, внешняя оболочка фруктов, скорлупа орехов, шкура животных и скорлупа яиц. Оболочка орехов защищает от проникновения любых организмов. Если скорлупа треснула, то ядро ореха подвергается порче под действием плесеней. Внешняя скорлупа и мембраны яиц, если они не повреждены, предотвращают проникновение в них почти всех микроорганизмов, когда яйца хранятся при необходимых влажности и температуре. Фрукты и овощи с поврежденной оболочкой подвергаются порче намного быстрее, чем неповрежденные. Покровы тела рыб и поверхность кожи мясных отрубов, таких как свинина, предотвращают контаминацию и порчу этих пищевых продуктов, частично потому, что они имеют тенденцию высыхать быстрее, чем свежесрезанные поверхности.
Содержание влаги. Старейшим методом консервирования пищевых продуктов являяется высушивание или обезвоживание. Такое консервирование – прямой результат удаления или связывания влаги, без которой микроорганизмы не растут. Потребность микроорганизмов в воде обозначается показателем активности воды (aw) в окружающей среде.
Активность воды. Термин «активность воды» (от англ. water activity – aw) впервые был введен австралийским микробиологом Вильямом Джеймсом Скоттом, который в 1952 г. доказал, что существует зависимость между состоянием воды в продукте и ростом микроорганизмов в нем.
Активность воды – отношение давления паров воды над данным материалом к давлению паров над чистой водой при одной и той же температуре. Дистиллированная вода имеет активность, равную 1, а активность воды 22%-го раствора NaCl составляет 0,86.
Известно, что между водой, химическими соединениями и биологической структурой пищевых продуктов происходят взаимодействия различного характера, так как вода является дисперсной средой для ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в продуктах питания. Величина aw хорошо коррелирует со многими из них. Так, понижение aw с 1 до 0,2 приводит к значительному замедлению химических и ферментативных реакций (кроме процесса окисления липидов и реакции Майяра).
В настоящее время изучены и определены пороговые значения aw для большинства микроорганизмов, за пределами которых замедляются или прекращаются процессы их роста. Так, для большинства бактерий предельное значение aw, обеспечивающие их нормальное развитие, должно быть не ниже 0,90–0,99. Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже при aw равном 0,85–0,65. В частности, в молочноконсервном производстве наиболее опасны осмофильные дрожжи, которые могут развиваться при aw около 0,70 и являться причиной возникновения брака сгущенных молочных консервов с сахаром.
По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов:
- продукты с высокой влажностью (aw = 1,0–0,9);
- продукты с промежуточной влажностью (aw = 0,9–0,6);
- продукты с низкой влажностью (aw = 0,6–0,0).
Активность воды большинства свежих пищевых продуктов составляет ~ 0,99. В целом бактериям для роста необходимы более высокие значения активности воды, чем плесеням, при этом грамотрицательные бактерии более требовательны в этом отношении, чем грамположительные. Гнилостные бактерии не растут при активности воды субстрата ниже 0,91, тогда как плесневые грибы могут расти при значении aw = 0,80. Бактерии, вызывающие пищевые отравления (Staphylococcus aureus), могут расти при значении aw = 0,86, Clostridium botulinum не растет при aw < 0,94. Известно, что плесени и дрожжи растут при более широком диапазоне значений рН, чем бактерии. Подобная зависимость наблюдается и для aw. Наименьшее отмеченное значение aw для бактерий, обнаруженных в продуктах питания, составляло 0,75 (для галлофилов). Дрожжи и плесени росли при значениях aw 0,65 и 0,61 соответственно.
Рост некоторых клеток может наблюдаться при низком значении активности воды, в то время как определенные внеклеточные продукты при таких условиях не синтезируются. Пониженная активность воды приводит к остановке продукции энтеротоксина В у S. aureus.
Влияние пониженных значений активности воды на питание микроорганизмов является общим признаком. Пониженная активность воды неблагоприятно влияет на функционирование клеточной мембраны, которая должна поддерживаться в жидком состоянии.
Свойства окружающей среды, которые влияют как на пищевые продукты, так и на микроорганизмы, относятся к внешним параметрам.
Температура хранения. Диапазоны температур роста микроорганизмов, важных для пищевых продуктов, очень широки, поэтому следует рассмотреть с этой точки зрения выбор правильной температуры хранения различных типов пищевых продуктов.
Минимальная температура роста микроорганизмов – 34°С; максимальная – >100°С. Психрофильные виды и штаммы обнаруживаются среди следующих родов: Alcaligenes, Shewanella, Brochothrix, Corynebacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Pectobacterium, Pseudomonas, Psychrobacter, Enterococcus и др. Психротрофы, обнаруживаемые в большинстве случаев в пищевых продуктах, принадлежат родам Pseudomonas и Enterococcus. Эти организмы хорошо растут при температуре холодильника и при 5–7°С, вызывая порчу мяса, рыбы, птицы, яиц и других пищевых продуктов, обычно хранящихся при этой температуре. Общая обсемененность таких продуктов обычно выше, если колонии инкубируются при °С в течение по меньшей мере 7 сут, чем когда хранение происходит при 30°С и выше. Мезофильные виды и штаммы могут быть обнаружены в пищевых продуктах, хранящихся при температурах холодильника. Они, несомненно, не растут при этой температуре, но растут при температурах внутри мезофильного диапазона, если остальные условия являются подходящими. Необходимо указать, что некоторые организмы могут расти за пределом диапазона температур от 0 до >40°С. К таким организмам можно отнести Enterococcus faecalis.
Большинство термофильных бактерий, участвующих в порче продуктов питания, относятся к бациллам, паенибактериям, клостридиям, геобациллам и алициклобациллам. Плесени способны расти за пределами широкого диапазона температур. Многие плесени могут расти при температурах холодильника. Дрожжи обладают предельной психрофильностью, мезофильностью, но активно проявляют себя в термофильном диапазоне.
Казалось бы, что лучше всего хранить пищевые продукты при отрицательности и в том числе качества пищевых продуктов. Бананы лучше хранятся при 13–17°С, чем при 5–7°С. Овощи лучше всего хранить при температуре ~10°С. Сохранность овощей зависит не только от температуры хранения, но и от относительной влажности окружающей среды и содержания газов (СО2 и О3).
Относительная влажность окружающей среды. Если активность воды продукта низка, то этот продукт хранят при низкой относительной влажности среды, что предотвращает поглощение воды продуктом. Такие условия нужны для того, чтобы предотвратить увеличение влажности поверхности продукта и активности воды его внутренних слоев до уровня, при котором могут размножаться микроорганизмы.
Если пищевые продукты с высоким уровнем активности воды находятся в окружающей среде с низкой относительной влажностью, то они теряют влагу. Между относительной влажностью и температурой хранения продукта существует прямая зависимость. Об этом следует помнить при выборе условий хранения пищевых продуктов. Чем выше температура хранения, тем ниже относительная влажность окружающей среды, и наоборот.
При хранении пищевых продуктов в условиях высокой относительной влажности они подвергаются порче разными микроорганизмами (бактериями, плесенями и дрожжами). Предотвратить порчу можно, изменяя химический состав среды хранения.
Углекислый газ (СO2) – один из самых распространенных естественных газов, используемых в пищевой микробиологии.
Озон (O3) – другой атмосферный газ, который обладает антимикробными свойствами. Он отличается высокой окислительной способностью и поэтому его не используют при хранении пищевых продуктов с высоким содержанием липидов. Озон вызывает окис-ленкие и прогоркание таких продуктов. Он был протестирован на Escherichia coli
O157 : Н7 в культуральной среде, и при 3–18 ppm бактерии разрушались в течение 20–50 мин. Озон широко применяется в Австралии, Франции и Японии. Он признан полностью безвредным (статус GRAS). Показано, что содержание O3 от 0,2 до 5,0 ppm в атмосфере хранения продуктов подавляет рост аммонификаторов и дрожжей.
Исследованиями выявлены и применяются в пищевой промышленности микроорганизмы, растущие в продуктах, которые вырабатывают вещества, тормозящие развитие других организмов или действующие на них бактерицидно. К ним относятся антибиотики, бактериоцины, перекись водорода и органические кислоты. Установлено ингибирующее действие некоторых видов микробиоты пищевых продуктов на другие микроорганизмы.
Контрольные вопросы и задания
- Назовите параметры пищевых продуктов, влияющих на их микробный состав.
- Опишите влияние внутренних параметров пищевых продуктов (рН, окислительно-восстановительный потенциал, содержание питательных веществ, антимикробные компоненты, лактопероксидазная система, биологические структуры, содержание влаги, активность воды), влияющих на их микробный состав.
- Каково влияние внешних параметров пищевых продуктов (температуры хранения, относительной влажности, наличия углекислого газа, озона) на их микробный состав?