Все организмы построены из химических компонентов, и все процессы жизни проис­ходят на основе химических реакций, под­чиненных законам термодинамики. Температура действует на ско­рость химических реакций и является причиной структурной пере­стройки протеинов, фазовых перемещений жиров, изменения структуры воды. Температурная амплитуда биохимической актив­ности относительно мала в связи со специфическими свойствами биомолекул.

По отношению к температуре среды обитания микроорганизмы делят на мезофильные, психрофильные и термофильные. Деление бак­терий на указанные группы довольно условно, так как темпера­турные диапазоны их роста значительно перекрываются (рис. 13.1).

13 1

Рис. 13.1. Температурные границы и оптимальные зоны роста прокариот
и основанная на этом их классификация:

I – психрофилы: 1 – облигатные; 2 – факультативные; II – мезофилы; III – термо­филы: 3 – термо­толерантные; 4 – факультативные; 5 – облигатные; 6 – экстре­мальные. Жирной линией выде­лены оптимальные температуры роста

К мезофилам относятся микроорганизмы, у которых опти­мальные температуры роста лежат между 30 и 40°С, а темпера­турный диапазон, в котором возможен рост, находится между 10 и 45–50°С. Типичным мезофилом является Е. coli: нижняя гра­ница роста 10°С, верхняя – 49°С, оптимальная температура – 37°С при росте на богатой среде.

Психрофилы и факторы, определяющие возможность роста при низких температурах. Границы адаптивных температур для психрофилов лежат в диапазоне от
–10 до +20°С. Психрофилы делятся на облигатные и факультативные.

Сходство облигатных и факультативных психрофилов состоит в способности к росту при 0°С и минусовых температурах. Термин «психрофильные организмы» в настоящее время применяется в пи­щевой микробиологии к микроорганизмам, которые растут в об­ласти температур от точки замерзания до 20°С при оптимальных значениях температур от 10 до 15°С. Для микроорганизмов, спо­собных расти при 5°С и ниже, был предложен термин «психротрофы» (от лат. psychros – холод и trephein – питаться, разви­ваться). К психротрофам относят бактерии, растущие при темпера­турах 0–7°С. Поэтому микроорганизмы, вызывающие порчу молочной продукции, мяса, растительного сырья, овощей и фруктов при их хранении в температурных диапазонах 0–5°С, называют психротрофами.

Однако скорость роста у различных групп психротрофов в вы­шеуказанном диапазоне температур разная, поэтому их разделили на две группы: эврипсихротрофы (от eurypsychrotroph – от eurys – широкий. пространный, размашистый) и стенопси­хро­трофы. Они отличаются скоростью образования видимых колоний на плотных средах.

Микроорганизмы размножаются при низких температурах, по­тому что:

  • клетки обладают ферментами с низкотемпературной адапта­цией;
  • в связи с большим количеством ненасыщенных жирных кислот мембраны не замерзают;
  • не утрачивается свойство образовывать полисомы при низкой температуре;
  • приспособление к пониженной температуре проявляется в из­менении состава мембран (в ней повышается содержание нена­сыщенных жирных кислот) и синтезе криопротекторов (на­пример, глицерола);
  • другой механизм связан с накоплением в клетках больших коли­честв наиболее важных ферментов, так что даже при неопти­мальной температуре их функцио­нирование позволяет клетке поддерживать достаточную активность.

Постоянно обитающие в источниках с низкой температурой ми­кроорганизмы назы­вают психротрофами.

Холодоустойчивость микроорганизмов. Организмы, способные образовывать тепло внутри своего организма с помощью различных физиологических и биохимических механизмов, называют эндотермными (эндотермы), а организмы, температура тела которых полностью зависит от температуры окружающей среды, т.е. опреде­ляется внешними источниками тепла, – эктотермными (эктотермы).

Многочисленные наблюдения позволяют утверждать, что при переходе от среды обитания с относительно высокой температурой к среде обитания с низкой температурой эктотермные организмы способны поддерживать свой метаболизм на необходимом для нор­мальной жизнедеятельности уровне, для чего в процессе эволюции у них сформи­ровались специальные генетико-биохимические ме­ханизмы.

Поддержание постоянства метаболизма у эктотермных орга­низмов при смене температуры обитания названо температурной компенсацией. Генетико-биохимическая адаптация эктотермных организмов к изменению температурных условий обитания дости­гается разными путями: регуляцией экспрессии генов, измене­ниями функциональной актив­ности ферментов, заменой одних изоферментов другими, изменениями концен­трации ферментов в клетках и тканях и подвижностью жидкокристаллического со­стояния мембран.

Как происходит компенсация температурных влияний у экто­термных организмов? Это осуществляется при помощи каче­ственной или количественной стратегии, т.е. или путем каче­ственного изменения каталитической эффективности самих фер­ментов, или путем изменений количественного содержания ферментов в клетках. Под каталитической эффективностью фер­мента понимают меру скорости, с которой одна молекула фермента может превратить субстрат в необходимый для метаболизма про­дукт.

Патогенные бактерии при выведении из теплокровного орга­низма попадают в окружающую среду, где температура значительно ниже и ее перепад для бактерий может составлять до 30–35°С. С учетом узкого диапазона активности ферментов становится понятным, что в этих изменяющихся условиях один фермент не спо­собен функционировать. Экзотермные организмы могут синтези­ровать несколько форм фермен­тов, сходных по функциям, но от­личающихся молекулярной массой и приспособ­ленностью к различным температурам. Синтез этих форм может кодироваться разными генными локусами, и тогда они называются изоферментами (изозимами).

Изоферменты, которые способны работать при различных тем­пературах сред обитания, назвали холодовыми и тепловыми вариан­тами. Этих вариантов может быть от двух и более. Синтезируются они по принципу регуляции экспрессии генов. Различная темпера­тура является индуктором депрессии и репрессии операторных локусов, поскольку известно, что репрессоры при различной темпе­ратуре могут более или менее активно блокировать операторные локусы генов и ослабляют или усиливают их экспрессию. Возможен вариант конформационных изменений фермента, приводящих к переходу фермента в другую форму, адаптированную для работы в холодных условиях. Таким образом, температурная фенотипическая адаптация эктотермов может происходить или вследствие за­мены одних изоферментов другими, или в результате изменений устойчивости одного и того же фермента.

При изменении температурных условий обитания компенсация может осуществляться за счет изменения концентрации ферментов. Однако для бактерий наиболее целесо­образной представляется адаптация к изменениям температуры на изоферментном уровне.

В бактериальной клетке температурозависимые изоферменты всегда находятся в небольших количествах, чтобы немедленно включиться в метаболизм при резких перепадах температуры. А затем под ее индуктивным влиянием синтезируется изофер­мент, который необходим.

Для каждого фермента существует зона минимума, в которой активность фермента тормозится в разной степени низкой темпе­ратурой, а реакции, им катализируемые, протекают с меньшей ско­ростью или останавливаются. Среди многообразия адаптации к температурным условиям среды необходимо отметить пойкилотермию микроорганизмов. Температура микробных тел следует за температурой внешней среды, и микроорганизмы вынуждены периодически впадать в состояние физиологического покоя, что сопро­вождается повышением устойчивости к неблагоприятным абиотическим факторам.

 

13.1.1. Термофилы и механизм термофилии

Термофилов делят на четыре подгруппы.

  1. Термотолерантные микроорганизмы имеют диапазон темпе­ратуры роста от 10 до 55–60°С, причем оптимальная температура — 35–40°С.
  2. Факультативные термофилы растут притемпературе 50 и 65°С и способны к размножению при температуре 20°С.
  3. Облигатные термофилы растут при 70°С, но не размножаются при температуре ниже 40°С.
  4. Наконец, недавно обнаружены прокариоты, выделенные в подгруппу экстремаль­ных термофилов. Оптимум их роста нахо­дится в области 80–105°С, минимальная температура роста – 60°С и выше, максимальная – до 110°С. К экстремальным термо­филам относятся организмы из группы архебактерий, не имеющие ана­логов среди мезофилов, например представители родов Termoproteus, Pyrococcus, Pirodictium и др.

Появились публикации об обнаружении бактерий, способных расти при температуре воды 250–300° С и давлении 265 атм (при этом давлении вода в жидком состоянии может пребывать до тем­пературы 460°С). Эти бактерии выделены из проб воды, поднятых с глубины 2560 м от поверхности Тихого океана, где предположи­тельно они существуют в горячих струях, выбрасываемых на дне океана так называемыми «черными гейзерами». Давление в районе обнаружения бактерий – около 250 атм, а температура воды может быть выше 350°С. В связи с этим исследователи начинают переоце­нивать границы условий, при которых способны развиваться про­кариоты. Высказывается предположение, что прокариоты могут существовать везде, где есть вода в жидком состоянии и доста­точное количество питательных веществ.

Воздействие температуры примерно равной 60°С приводит к гибели вегетативных бактерий в течение 30 мин, а при 80–100°С они гибнут через 1 мин. Температура около и ниже 0°С не обладает повреждающим действием на микроорганизмы.

Микроорганизмы длительно сохраняются при –100°С; неко­торые из них десятки лет выживают при температуре жидкого азота (–196°С).

Простейшие и некоторые бактерии (спирохеты, риккетсии и хламидии) менее устойчивы к температурным воздействиям.

Воздействие высоких температур широко используется на практике. Стерилизация (sterilis – бесплодный) объектов проводится методами автоклавирования, кипячения, тиндализации, пастери­зации, стерилизации сухим жаром, паром без давления.

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов.

 

13.1.2. Использование высоких температур для обеззараживания и сохранения пищевых продуктов

Высокими температурами обычно называют любые темпера­туры выше температур окружающей среды. Для предотвращения порчи пищевых продуктов чаще всего исполь­зуют методы пастери­зации и стерилизации. Использование пастеризации подразумевает температурную дезинтеграцию микроорганизмов или уменьшение количества микро­организмов порчи.

Например, пастеризация молока проводится при следующих со­четаниях времени и температуры:

  • 63°С в течение 30 мин (низкая температура, длительное время обработки (НТДВ));
  • 72°С в течение 15 с (ВТКВ);
  • 89°С в течение 0,1 с;
  • 90°С в течение 0,5 с;
  • 94°С в течение 0,1 с;
  • 100°С в течение 0,01 с.

Названные способы высокотемпературного воздействия вполне эффективны для дезинтеграции многих устойчивых патогенных бактерий, не способных к споро­образованию.

Внесенные в молоко штаммы Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (от 40 до 100 000 КОЕ/мл) не показали роста ко­лоний после пастеризации молока вышеуказанными способами. Аналогична судьба испытанных дрожжей, мицелиальных грибов, грамм­отрицательных и многих грамположительных бактерий.

Две группы микроорганизмов способны выдерживать темпера­туры пастеризации молока: терморезистентные (Thermodurics) и термофильные, к которым относятся представители родов Streptococcus и Lactobacillus.

Термофилы к тому же нуждаются в высоких температурах для своего метаболизма. К ним относятся представители родов Bacillus, Clostridium, Alicyclobacillus, Geobacillus и Thermoanaerobacter, которые существенно влияют на сохранение и качество продуктов питания.

Стерильные продукты питания, запечатанные в банках, не со­держат живых микроорганизмов или в них не может быть обнару­жено обычно применяемыми культуральными методами любое ми­нимальное число живых микроорганизмов.

К методам стерилизации относится использование ультравы­соких температур (УВТ). Молоко, подвергнутое УВТ, относится к особого рода продуктам и отличается от пастеризованного мо­лока.

Способ УВТ-обработки предполагает использование высоких температур (в пределах 140–150°С). Достаточное время для на­дежной стерилизации – несколько секунд.

Рассмотрим влияние некоторых условий хранения продуктов на механизм дезинтеграции микроорганизмов, действуя термиче­ским шоком.

Высушивание микроорганизмов и снижение активности воды повышают рези­стентность микробиоты и патогенных бактерий к действию термического шока.

Присутствие жиров повышает термическую устойчивость неко­торых микроорга­низмов. Это явление называют жировой защитой.

Воздействие различных солей, сахаров и рН среды на устойчи­вость микроорганизмов к термическому шоку не одинаково. Влияние белков, количества микроорганизмов в продукте на их терморезистентность доказано.

Резистентность спор. Резистентность бактериальных эндоспор к термическому шоку имеет большое практическое значение. При­чины их высокой резистентности пока не установлены, хотя дока­зано, что уменьшение содержания влаги в клетке является основной причиной термоустойчивости микроорганизмов. Известны и неко­торые другие причины их термоустойчивости.

Ферменты термофильных микроорганизмов могут быть разде­лены на три группы:

  • некоторые ферменты стабильны при температуре их выра­ботки, но для инактивации этих ферментов требуются температуры немного бо́льшие;
  • некоторые ферменты инактивируются даже при температуре их выработки в случае отсутствия специфических субстратов;
  • некоторые ферменты и белки являются чрезвычайно термо­устойчивыми, например, a-амилаза, некоторые протеазы, неко­торые ферменты, активирующие аминокислоты, белки бактери­альных жгутиков, эстеразы и термолизин.

Ферменты термофилов, которые продуцируются в условиях тер­мофильного роста, проявляют бо́лыпую терморезистентность, чем ферменты мезофилов. Отдельно следует упомянуть об a-амилазе, продуцируемой штаммом бактерий G. stearothermophilus, которая оставалась в активном состоянии даже после нагревания до 70°С в течение 24 ч. Было показано, что оптимум температуры для ак­тивности a-амилазы бактерий G. stearothermophilus составляет 82°С, а оптимальное значение рН было равно 6,9. Для сохранения ста­бильности фермент требует присутствия ионов кальция.

Термостабильность цитоплазматических белков, выделенных из четырех различных термофильных микроорганизмов, была выше, чем у аналогичных белков, изолированных из четырех разных мезофилов.

Следует отметить такую особенность ферментов термофилов, как более высокое содержание гидрофобных аминокислот, чем у аналогичных ферментов мезофилов. Белки, обладающие большей гидрофобностью, проявляют большую степень термоустойчивости.

Некоторые исследователи отметили: не существует доказа­тельств того, что микроорганизмы погибают при нагревании вслед­ствие инактивации белков и других макромолекул, хотя это пред­ставление широко распространено. Согласно представлениям этих авторов, гибель микроорганизмов происходит в результате нагре­вания некоторых больших структур, таких как клеточные мем­браны. Образование даже одного отверстия в мембране клетки может привести к вытеканию всего ее внутреннего содержимого и последующей смерти.

Закономерность термической смерти вследствие инактивирования термочувстви­тельных ферментов или термочувствительных рибосом, у которых существует много копий в клетке, не может подчиняться кинетике первого порядка. Предположение о том, что летальные повреждения происходят в результате плавления липидных составляющих клетки или клеточных мембран, является не просто вероятным, а получило подтверж­дения результатами экс­периментов многих исследователей. Клеточная мембрана состоит из липидных слоев, окруженных белками, имеющих разнообразные биологические функции. Следует ожидать, что при разрушении этой структуры наступает повреждение клетки и возможен смер­тельный исход.

 

13.1.3. Использование замораживания и низких температур для сохранения пищевых продуктов

Было показано, что температуры ниже точки замерзания губи­тельно действуют на некоторые микроорганизмы. Рассмотрим наи­более характерные последствия воздействия замораживания на не­которые микроорганизмы:

  • после замораживания происходит внезапная смерть клеток;
  • некоторые клетки отмирают в процессе их хранения в заморо­женном состоянии;
  • при хранении пищевых продуктов при температуре около -2°С микроорганизмы погибают достаточно быстро. Температуры ниже вышеуказанной не приводят к быстрому отмиранию ми­кроорганизмов.

По способности переживать процесс замораживания виды и группы бактериий значительно различаются. Грамположительные кокки проявляют большую устойчивость, чем грамотрицательные. Примером могут служить стафилококк золотистый и сальмо­неллы. Высокой степенью резистентности к отрицательным температурам обладают токсины и споры микроорганизмов.

Эксперимент по изучению эффекта воздействия отрицательных температур (замораживание некоторых видов бактерий рода Salmo­nella при –25,5°С и выдерживание при этой температуре до 300 сут) показал, что число живых клеток снижается, но часть клеток всех испытуемых видов сохраняется.

Сохранение микроорганизмами жизнеспособности в заморо­женном состоянии зависит от вида, свойств продукта, температуры хранения и других факторов. Замораживание не должно рассматри­ваться как способ разрушения пищевых микроорганизмов, так как температуры около –20°С лишь незначительно повреждают бак­терии в отличие от -10°С.

При замораживании клеток происходят некоторые физические и химические явления в теле микроорганизмов.

При замораживании образуются кристаллы льда, а свободная вода в клетке может быть представлена относительно небольшим числом этих кристаллов. Связанная вода остается в незаморо­женном состоянии. При замораживании клеток происходит их обезвоживание.

Прямым следствием концентрирования воды в форме кри­сталлов льда является повышение вязкости клеточного вещества.

Замораживание клеток приводит к высвобождению из цито­плазмы кислорода и углекислого газа, что ведет к репрессии дыха­тельных реакций и приводит к повышению окислительных актив­ностей в клетках.

Изменяется значение pH клеточного вещества от 0,3 до 2,0.

Наблюдается эффект концентрирования клеточных электро­литов, что является следствием концентрирования воды при обра­зовании кристаллов льда.

Замораживание вызывает денатурацию большинства клеточных белков.

Замораживание индуцирует температурный шок у микроорга­низмов и вызывает нарушения метаболизма у некоторых из них, таких, например, как Pseudomonas spp.

Это зависит от способности организма переживать обезвожи­вание, в том числе когда обезвоживание происходит в заморажива­емой среде. Бактерии, например, вообще не замораживаются, но почти полностью высушиваются.

Сохранение продуктов питания при низких температурах. Оно основано на существенном снижении интенсивности жизнедея­тельности микроорганизмов при температурах немного выше точки замерзания и ее практическом прекращении при температурах ниже точки замерзания. Это обусловлено тем, что скорость фер­ментативных реакций зависит от температуры. Повышение темпе­ратуры на каждые 10°С в пределах подходящей для организма об­ласти приводит к повышению скорости биологических реакций в два раза.

Температурами замораживания являются те, которые находятся на уровне около -18°С. Некоторые микроорганизмы могут расти в области температур замораживания, но с очень низкой скоро­стью.

 

13.2. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Химические соединения широко используются для предотвра­щения или задержки порчи пищевых продуктов. Пищевые консер­ванты не используются для лечения людей и животных. Хотя боль­шинство химических веществ потенциально могут являться пище­выми консервантами, только некоторые из них разрешены к использованию в целях консервации.

13.2.1. Дезинфектанты

Большое количество химических веществ было оценено по эф­фективности разрушения болезнетворных микроорганизмов на фруктах, овощах и поверхностях мяса. Первичные болезне­творные микроорганизмы – энтерогеморрагические штаммы Е. coli, L. monocyto­genes и сальмонеллы. Одна из желаемых целей дезин­фекции пищи – это возможность произвести 5-кратное сокра­щение содержания патогенных микроорганизмов. Помимо приме­нения на поверхностях пищевых продуктов, некоторые из этих химических веществ используются для обработки поверхностей оборудования для переработки и хранения продуктов. Химические вещества, рассмотренные в этом разделе, не добавляют к пище.

Подкисленный хлорид натрия. Производимый подкисленный хлорид натрия (ASC) – продукт, состоящий из лимонной или фос­форной кислоты и NaCl, который используется как спрей (воздей­ствие 5 с), а также в виде раствора (погружение на 5 мин) при кон­центрациях 1000–1200 ppm.

Антибактериальная активность – продукт диссоциации хло­рида, который нарушает или разрушает окислительные связи на по­верхности клеточных мембран специфическим способом. Он одо­брен в некоторых странах для улучшения качества пищевых про­дуктов и медикаментов и как дезинфицирующее средство для птицы, поверхностей красного мяса, морепродуктов, некоторых фруктов и овощей, а также некоторых видов обработанного мяса. Он используется перед охлаждением и после него для целых тушек птицы либо тушек, разрубленных на куски. Также он может ис­пользоваться для воды или льда. Подкисленный сульфат кальция – родственный препарат.

Электролизуемая оксидированная вода (ЕО). Впервые она была продемон­стрирована в России в 1970-х гг. и в дальнейшем в Японии как обладающая анти­бактериальными свойствами. Этот процесс происходит в специальном устройстве после наполнения водопро­водной водой и добавления NaCl. Вода и соль (около 12%) сепари­руются мембраной. Когда прикладывается напряжение, продукт, который произведен на катоде, имеет рН ~ 11,4 и окислительно-восстановительный потенциал (ORP) 795 mV, в то же время про­дукт на аноде имеет рН ~ 2,4–2,6 и ORP ~ 1150 mV. Подкисленная вода содержит небольшое количество свободного С12 (10–80 ppm) и хлорноватистую кислоту и более антибактериальна, чем катодная вода. Летальный эффект ЕО воды, видимо, обусловлен более экс­тремальным ORP по отношению к другим факторам, хотя неко­торые свидетельства указывают на другие составляющие, например, хлорноватистую кислоту. Грамотрицательные бактерии, похоже, более чувствительны, чем грамположительные.

Из многочисленных исследований стало ясно, что ЕО демон­стрировала эффект уменьшения патогенных микроорганизмов на 2–5 порядков от их первоначального содержания в свежих про­дуктах, ростках бобов и т.д. Когда сравнили ее действие на
S. typhimurium и L. monocytogenes в течение 5- и 15-минутного погру­жения при 4°С, оказалось, что содержание S. typhimurium уменыпилось на пять порядков. Содержание L. monocytogenes уменьшилось на 4 порядка. Кислотная ЕО была наиболее эффективна при 25°С.

При использовании культуральной среды было достигнуто уменьшение на 7–10 порядков содержания смеси пяти штаммов Е. coli 0157:Н7, S. enteritidis и L. monocytogenes после погружения при 4 или 25°С в кислотную воду. После 10-минутного погружения про­изошла полная инактивация штаммов. Вода в этом исследовании имела рН 2,4–2,6.

Активизированный лактоферрин (ALF, Activin). Лактоферрин – компонент свежего молока, который обладает антибактериальными свойствами, гликопротеин с молеку­лярной массой приблизительно 80 000. Он содержится также в физиологических жидкостях. Активин – более мощный антибактериальный препарат, чем обычный лактоферрин. Ему присвоен статус GRAS американским Управ­лением контроля качества пищевых продуктов и медикаментов.

Механизм действия заключается в его способности образовы­вать внутрикомплексное соединение с Fe2+ наряду с НСO3. Он свя­зывается с клеточной поверхностью и имеет высокое сходство с внешними мембранными белками (ОМР) грамотрицательных бактерий как блокирующее вещество, которое служит препят­ствием адгезии бактериальных клеток и животных тканей; ингибирует рост и нейтрализует эндотоксины; взаимодействует с нуклеи­новыми кислотами и активен против РНК- и ДНК-вирусов; пре­пятствует закреплению болезнетворных микроорганизмов на поверхностях мяса.

Озон (O3). Это газ с высокой антибактериальной активностью – является мощным окислителем (в 1,5 раза более мощный, чем хлор); эффективен как в растворе, так и в газообразной форме. Его получают при помощи генераторов озона. Озон не оставляет остатка после реакции, но его антибактериальная активность бло­кируется органическими веществами.

Запах озона обнаруживают при его концентрации 0,01 ppm. Пороговая величина при длительном воздействии на человека – 0,1 ppm/день/рабочей недели, но при кратко­срочном воздей­ствии – 0,3 ppm в течение 15 мин. Озон нарушает функции прони­цаемости клеточных мембран микроорганизмов. Он признан без­вредным для использования в бутилированной воде и разнообразных свежих пищевых продуктах, но в связи с его сильной способностью к окислению не рекомендуется его применение для красного мяса. Типичная используемая концентрация – 0,1–0,5 ppm, которая эф­фективна против грамположительных и грамотрицательных бак­терий, так же как против вирусов и одноклеточных простейших

 

Хотя механизм действия SO2 неизвестен, предлагались не­сколько вариантов, каждый из которых подтвержден эксперимен­тальными данными. Одним из предположений является то, что недиссоциированная сернистая кислота или молекулярный SO2 от­ветственны за антибактериальную деятельность. В пользу этого предположения говорит факт большей эффективности при низком pH. Было предложено понизить pH определенных пищевых про­дуктов добавлением кислоты с целью получения большей степени сохранности при использовании SO2. Существовало предполо­жение, что антибактериальное действие обусловлено сильной вос­становительной способностью, позволяющей этим соединениям уменьшать парциальное давление кислорода до значения, ниже ко­торого не могут расти аэробные организмы, или прямым воздей­ствием на определенную ферментативную систему. SO2, как счи­тают специалисты, является ферментативным ядом, сдержива­ющим рост микроорганизмов путем ингибирования основных ферментов. Его использование при сушке пищевых продуктов для ингиби­рования ферментативного окрашивания основано на этом предположении. Поскольку сульфиты, как известно, действуют на дисульфидые связи, можно предположить, что затронуты опре­деленные основные ферменты и так происходит ингибирование. Сульфиты не препятствуют клеточному транспорту.

Преобладание ионной формы сернистой кислоты зависит от pH среды, причем pH < 3,0 способствует образованию SO2 pH 3,0–3,0 — HSO3 и pH > 6,0 — SO3. SO2 имеет pH 1,76 и 7,2. Соли серни­стой кислоты взаимодействуют с различными веществами пищи, включая нуклеотиды, сахар и другие.

На микроорганизмы SO2 воздействует бактериостатично (ис­пользуется против Aceto­bacter spp. и молочнокислых бактерий) при низком pH, при концентрации 100–200 ppm эффективен в фрук­товых соках и напитках. Самыми чувствительными бактериями оказались восемь серовариантов сальмонелл, которые были ингибированы 15–109 ppm SO2 при pH 7,0; самыми устойчивыми были Serratia liquefaciens, S. marcescens и Hafnia alvei, требующими 185–270 ppm свободного SO2 в бульоне.

Сернистая кислота при 0,2–20 ppm эффективна против неко­торых дрожжей, включая Saccharomyces, Pichia и Candida, для Zygosaccharomyces bailii для ингибирования в определенных видах фруктовых напитков при pH 3,1 требовалось до 230 ppm. В действительности дрожжи могут продуцировать SO2 при ферментации сока.

Нитриты и нитраты. Нитрат натрия (NaNO3) и нитрит натрия (NaNO2) используются для различных видов мяса, так как они ста­билизируют его красный цвет, ингибируют некоторые виды болез­нетворных микроорганизмов и микроорганизмов порчи, а также влияют на его аромат.

И хотя микроорганизмом, имеющим особую чувствительность к нитритному ингиби­рованию, является С. botulinum, состав оценен на антибактериальную активность по отношению к другим орга­низмам.

Антиботулинический эффект состоит в ингибировании вегета­тивного клеточного роста и предотвращении прорастания и роста спор, которые выдерживают высоко­температурную обработку или копчение. Остальные клостридии также ингибируются. Принимая во внимание, что низкий первоначальный уровень нитрита доста­точен для развития цвета и аромата, для проявления антибактери­альных эффектов необходимо его значительно более высокое со­держание.

Он был признан как консервант рыбы и был достаточно эффек­тивным, но при низком значении pH. Он эффективен против S. aureus при высоких концентрациях, и опять-таки эффективность увеличивается с понижением pH.

Состав неэффективен против энтеробактерий, включая сальмо­неллы и молочнокислые бактерии, хотя некоторый эффект отмечен в обработанном и упакованном под вакуумом мясе, благодаря, ве­роятно, взаимодействию нитрита с другими параметрами окру­жающей среды.

Также он эффективен против ряда клостридий, включая С. sporogenes и С. perfringens, которые часто используются в лабора­торных исследованиях, чтобы оценить антиботули­нический потен­циал, вследствие использования не только нитритов, но и других ингибиторов, которые могли бы иметь ценность как дополнения к нитритам или другим агентам. Используя среду культуры, в 1967 г. было выявлено, что нитрита требовалось приблизительно в 10 раз больше, чтобы ингибировать клостридии, если они были внесены прежде, чем среда была стерилизована в автоклаве. Было заклю­чено, что нагревание среды с нитритом произвело вещество или агент, приблизительно в 10 раз более эффективный, чем собственно нитрит. Эти агенты известны как фактор Perigo. Существование этого фактора или эффекта некоторыми было подтверждено, а дру­гими подвергнуто сомнению.

Хлорид натрия и сахар. При высоких концентрациях соль оказы­вает подсушивающее влияние и на пищу, и на микроорганизмы. Соль в воде при концентрациях 0,85–0,90% образует изотониче­ские условия для микроорганизмов. Поскольку количество NaCl и воды равно с обеих сторон мембраны клетки, движение воды через мембрану клетки одинаково в обоих направлениях. Когда ми­кробные клетки суспендированы в 5%-м солевом растворе, в клетках концентрация воды больше, чем снаружи (самая высокая концентрация Н2O там, где низкая концентрация раствора). При диффузии вода перемещается из области высокой концен­трации в область низкой концентрации. В этом случае вода быстрее выходит из клеток, чем входит в них. В результате клетка подверга­ется плазмолизу, что ведет к ингибированию роста и в даль­нейшем – к смерти. Это по существу то, что происходит, когда высокие концентрации соли добавляются к свежему мясу с целью его сохранения. И микробные клетки, и клетки мяса подвергаются плазмолизу, приводя к сушке мяса, ингибированию или смерти ми­кробных клеток. Для достижения гипертонических условий должно быть использовано достаточное количество соли. Чем выше кон­центрация, тем больше проявляются консервирующие и подсуши­вающие эффекты. В отсутствие охлаждения рыба и мясо могут быть эффективно сохранены солением. Ингибирующие эффекты соли не зависят от рН в отличие от некоторых других химических кон­сервантов. Большинство неморских бактерий может быть ингибировано 20%-й или меньшей концентрацией NaCl, тогда как неко­торые плесневые грибы переносят и более высокую концентрацию. Организмы, которые могут расти в присутствии соли и требуют ее высокой концентрации, известны как галофилы; те, которые могут противостоять, но не растут при высоких концентрациях, упомина­ются как галотолерантные.

По существу сахар, такой как, например, сахароза, проявляет консервирующий эффект так же, как и соль. Одно из главных от­личий состоит в том, что она находится в относительных концент­рациях. Сахарозы требуется приблизительно в 6 раз больше, чем NaCl, чтобы достичь той же степени ингибирования.

 

13.2.3. Антибактериальные препараты непрямого действия

Фенольные антиоксиданты используются в пищевых продуктах, так как была продемонстрирована их антибактериальная актив­ность против широкого спектра микроорганизмов, включая неко­торые вирусы, микоплазмы и простейшие.

Бутилгидроксианизол (ВНА) – добавка Е320, бутилгидрокситолуол (ВНТ) – добавка Е321 и TBHQ – добавка Е319. Они ингибируют грамположительные и грамотрицательные бактерии, так же как дрожжи и плесневые грибы при концентрациях в пределах 10–1000 ppm в зависимости от субстрата. ВНА приблизительно в 50 раз менее эффективен по отношению к Bacillus spp. в цыпленке, чем в питательном бульоне. ВНА, ВНТ, TBHQ и эфир галловой кислоты (PG) менее эффективны в свинине, чем в культуральной среде. Используя 16 грамотрицательных и 8 грамположительных видов бактерий в культу­ральной среде, обнаружили, что грамполо­жительные более восприимчивы, чем грамм­отрицательные, к ВНА, ВНТ, TBHQ и PG.

Специи и эфирные масла. Механизмы, которыми специи ингибируют микроорга­низмы, неясны, но можно предположить, что они отличны для не связанных друг с другом групп специй. Эти меха­низмы при использовании орегано, розмарина, шалфея и тимьяна могут быть сходными. Сказанное основывается на том, что рези­стентность некоторых молочнокислых бактерий к одной специи сопровождается резистентностью к другим трем. Из девяти масел специй, тестированных на активность против выделения микоток­синов Aspergillus parasiticus и Fusarium moniliforme, самым эффек­тивным был эвгенол в концентрации 0,25 ppm, сопровождаемый альдегидом коричной кислоты, тимолом и карвакролом, ореганом, маслами шелухи мускатного ореха, содержащими миристин.

Изучение механизма действия эфирных масел (пальмарозы, мяты, тимола монотерпе­новых спиртов, фарнезола, орегано, ко­рицы, чабера горного, чайного дерева, тимьяна яйцевидного, гво­здики, эвкалипта, ментола и др.) на микроорганизмы показало, что мишенями действия эфирных масел у Е. coli, М. pneumoniae, Staph. aureus, С. albicans, L. monocytogenes, S. cerevisiae A. fumigates, B. subtilis являются внутренние структуры клетки. При воздействии эфирных масел на микроорганизмы происходят образование нитевидных форм длиной до 25 мкм, округлых форм, нарушение целостности ЦПМ, формирование многослойных мезоподобных структур, по­вреждение клеточной мембраны. Отмечены нарушения некоторых функций микробных клеток: утечка калия, истощение внутрикле­точной АТФ, изменение мембранной проницаемости, полная ингибиция клеточного деления. У подвергнутых действию эфирных масел микроорганизмов происходили изменение метаболизма, окислительного фосфорилирования, разрушение целостности клеток, регистрировалась деградация ЦПМ.

 Этаноловый экстракт из 33 специй протестирован на бульоне по отношению к С. botulinum; показано, что экстракт шелухи му­скатного ореха дал MIC 31 ppm и был самым эффективным при 33 ppm. Следующими по эффективности были мускатный орех, лавровый лист, белый и черный перец с MIC 125 ppm. Используя масло орегано, тимьяна и сассафраса, обнаружили, что 100 ppm были эффективны по отношению к V. parahae­molyticus в бульоне. Рост и производство афлатоксина Aspergillus parasiticus в бульоне было ингибировано 200–300 ppm корицы и масла гвоздики, 150 ppm альдегида коричной кислоты и 125 ppm эвгенола.

Органические кислоты. Уксусная и молочная кислоты часто ис­пользуются как консерванты. Нередко они появляются в пищевых продуктах в процессе производства под действием молочнокислых бактерий. Ферментированные продукты (квашеная капуста и фер­ментированное молоко) изготавливаются ферментативным воздей­ствием различных молочнокислых бактерий, которые производят уксусную, молочную и другие кислоты.

Антибактериальный эффект органических кислот объясняется понижением рН ниже диапазона роста и метаболическим ингибированием недиссоциированными молекулами кислоты. Молочная кислота усиливает проницаемость внешней мембраны грамотрица-тельных бактерий и является потенцирующим средством других антибактериальных препаратов.

Когда Е. coli 0157:Н7 и пять других видов обнаруживаемых в пище патогенных микро­организмов были выдержаны в 10%-й ук­сусной кислоте при 30°С в течение 4 сут, на засеянной питательной среде ничего не выросло. Та же концентрация уксусной кислоты уменьшала содержание Е. coli 0157:Н7 на шесть порядков через 1 мин.

Когда два разных вида сальмонеллы были добавлены в масляно-уксусную заправку салата, величина начальной инокуляции соста­вила 5 · 106; S. enteritidis не обнаруживался через 5 мин, S. typhimurium не был обнаружен через 10 мин.

 

13.2.4. Антибиотики

Антибиотики – вторичные метаболиты, продуцируемые микро­организмами, ингиби-рующие или приводящие к гибели множество микроорганизмов. Большинство анти­биотиков синтезируется гри­бами и бактериями рода Streptomyces и некоторыми Bacillus и Paenibacillus spp. Многие из клинически используемых агентов теперь получают синтетически.

Идея использования химических консервантов, в том числе ан­тибиотиков, в пищевых продуктах крайне непопулярна среди по­требителей. Некоторые риски могут ожидаться от использования любой добавки к пище, но риски не должны превышать выгоды. Общее представление состоит в том, что выгода, которая будет по­лучена при использовании антибиотиков в пищевых продуктах, не перевешивает рисков.

Требования, предъявляемые к применению антибиотиков в ка­честве консервантов, представлены ниже:

  • антибиотический агент должен убивать, а не ингибировать микрофлору, и идеально разлагаться в обрабатываемом продукте или разрушаться при приготовлении продуктов, которые требуют тепловой обработки;
  • антибиотик не должен инактивироваться компонентами пищи или продуктами микробного метаболизма;
  • антибиотик не должен стимулировать появление устойчивых штаммов;
  • антибиотик не должен использоваться в пищевых продуктах, если он уже используется терапевтически или как кормовая до­бавка.

Монензин. Антибиотик был одобрен в качестве кормовой до­бавки для крупного рогатого скота и используется для компенсации аминокислотной недостаточности у жвачных животных.

Антибиотик ингибирует грамположительные бактерии, поэтому его долгосрочное исполь­зование может способствовать изменению состава бактериальной биоты желудочно-кишечного тракта с грам-положительного до грамотрицательного. Монензин – ионофор (нарушает селективную проницаемость мембран клетки).

Тетрациклины. Хлортетрациклин (СТС) и окситетрациклин (ОТС) были одобрены FDA соответственно в 1955 и 1956 гг. На уровне 7 ppm происходило контролирование бактериальной порчи необработанного охлажденного мяса птицы, однако эти утвержде­ния были впоследствии аннулированы. Последующие ис­следования, проведенные боль­шим количеством ученых во многих странах, установили эффективность СТС и ОТС при замедлении бактериальной порчи не только свежей рыбы и морепродуктов, но и домашней птицы, мяса, овощей, молока и других пищевых продуктов. СТС более эффективен, чем ОТС. Поверхностная обра­ботка охлажденного мяса раствором 7–10 ppm приводит к увели­чению срока годности по крайней мере на 3–5 сут и изменению биоты порчи с грамотрицательных бактерий на дрожжи и грибы. Комбинирование СТС с сорбатом для замедления порчи рыбы было эффективным в течение 14 сут. Свежее филе, опущенное в раствор СТС 5 ррm и 1%-й раствор сорбата, показало значительно более низкую обсемененность (в АПК) на поверхности после хра­нения в вакуумной упаковке при 2°С в течение 14 сут, чем конт­рольные образцы.

Тетрациклины чувствительны к высокотемпературным и не­устойчивым условиям хранения пищевых продуктов, и эти фак­торы были важны для их использования в производстве пищевых продуктов. Они используются для лечения болезней людей и жи­вотных, а также в качестве пищевых добавок в США. Риски, свя­занные с использованием тетрациклинов как пищевых консер­вантов в развитых странах, явно перевешивают выгоды.

Субтилин. Этот антибиотик был обнаружен и разработан уче­ными в Западной региональной лаборатории USDA, его свойства были описаны Dimick и др. Он структурно подобен низину, произ­водится штаммами Bacillus subtilis. Как и низин, он эффективен против грамположительных бактерий, устойчив к кислоте и обла­дает достаточной резистентностью к высокой температуре, проти­востоит деструкции при 121°С в течение 30–60 мин. Субтилин эф­фективен для консервов при концентрации 5–20 ррm, он предот­вращает прорастание эндоспор, действуя с точки зрения механизма как низин. Подобно низину он не используется при лечении забо­леваний людей и животных и как пищевая добавка. Этот антиби­отик может быть столь же эффективным, как низин, хотя на него не обращают пристального внимания с 1950-х гг. Его способ дей­ствия, разработка и оценка были рассмотрены выше.

Тилозин. Этот антибиотик – неполиеновый макролид, како­выми являются клинически используемые антибиотики эритро­мицин, олеандомицин и др. Он обладает бо́льшим ингибирующим действием, чем низин или субтилин. Изучено возможное приме­нение этого антибиотика в консервах. Когда в зерна, содержащие споры, был добавлен 1 ррm тилозина, продукт не портился в те­чение 30 сут при инкубации при 54°С.

В отличие от низина, субтилина и натамицина тилозин исполь­зуется в кормах животных и при лечении некоторых заболеваний домашней птицы. Как макролид он более эффективен против грам­положительных бактерий. Он ингибирует синтез белка, связываясь с 50S-субъединицами рибосом, и показывает, по крайней мере час­тичную, гибридрезистентность с эритромицином.

 

13.2.5. Противогрибковые средства для фруктов

Перечисленные в табл. 13.1 вещества применяются для обра­ботки фруктов после сбора урожая для контролирования роста грибов. Беномил наносится однородно по всей поверхности фруктов. Он используется в концентрации 0,5–1,0 г/л. Он может проникать через поверхность некоторых овощей и используется во всем мире, чтобы контролировать гниль верхушек и антракноз ба­нанов, а также гниение плодов цитрусовых. Беномил более эффек­тивен, чем тиабендазол, и проникает внутрь более легко. И бе­номил, и тиабендазол эффективны при контролировании сухой гнили, вызванной Fusarium spp. Для предотвращения распростра­нения Botrytis на винограде для долгосрочного хранения использу­ется SO2. Типичная начальная обработка состоит из 20-минутного применения 1%-го раствора и приблизительно 0,25%-го при после­дующих обработках (использование SO2 в других пищевых про­дуктах обсуждалось выше).

Экстракт Trichoderma sp. (6-пентил-a-пирон, 6-РАР) – эффек­тивный ингибитор штаммов Botrytis и Armillaria, которые разру­шают фрукты киви в Новой Зеландии.

Таблица 13.1

Некоторые химические вещества, применяемые для контроля
грибной порчи свежих фруктов
(Eckert, J.W., 1979)

13 1

Оксиды этилена и пропилена наряду с этил- и метилформиатом (НСООС2Н5 и НСООСН3 соответственно) рассматриваются вместе в этом разделе из-за сходного способа действия. Структурные фор­мулы оксидов следующие:

13 1 1

Газы используются как фумиганты в пищевой промышлен­ности. Ими обрабатывают сухие плоды, орехи, специи и т.д., прежде всего как противогрибковыми составами.

Этиленоксид – алкилирующий агент. Предполагается, что его антибактериальная деятельность связана с этой активностью сле­дующим образом. В присутствии лабильных атомов Н неста­бильное трехчленное кольцо этиленоксида распадается. Атом Н присо­единяется к кислороду, образуя этилгидроксильный радикал СН2СН2ОН, который присоединяется к органической молекуле вместо атома Н. Этилгидроксильная группа блокирует реактивные группы микробных белков, таким образом приводя к ингибиро-ванию метаболических процессов. Представляется, что этиле­ноксид влияет на эндоспоры С. botulinum путем алкилирования гуанина и аденина.

Этиленоксид используется как газообразный стерилизатор для гибких и полужестких контейнеров, используемых для асептиче­ской упаковки обработанных пищевых продук­тов. Весь газ рассеи­вается из контейнеров после их удаления из камер обработки. Его действие ненамного более эффективно против вегетативных клеток, чем против эндоспор, как это может быть отмечено по зна­чениям D.

 

13.2.6. Другие консерванты

Хитозаны. Хитозаны – катионоактивные полисахариды, произ­водимые из хитина кислотным или ферментативным гидролизом; это деацетилированные производные хитина. Последний может быть получен под действием хитозаназ. О-карбометили­рованный хитозан водорастворим и обладает более широким антибактери­альным спектром, чем некоторые другие вещества. Хитозаны раз­нообразны по размеру молекул, имеют молекулярную массу от 30 до более 1000. Доказано, что эти вещества более эффективны против грамположительных, чем грамотрицательных бактерий. Они исследуются как антибактериальные вещества для использо­вания в упаковочных пленках (биологически активная упаковка). Поликатионоактивные хитозаны связываются с отрицательно заря­женными бактериальными клетками и, оказывая олигодинамическое действие на бактерии, влияют на их мембранные и транс­портные функции.

Этанол. Гидроксид пентагидродикарбония присутствует в экс­трактах специй и оказывает сохраняющий эффект благодаря своим осушающим и денатурирующим свойствам. Пары этанола могут быть размещены в пустотах упаковки. Доказано, что эти пары могут быть эффективными против некоторых бактерий и грибов. Пока­зано, что этанол повышает чувствительность L. monocytogenes к низким значениям рН, органическим кислотам и осмотическому давлению. Эти эффекты могут проявляться при его 5%-й концен­трации. Этанол изменяет мембранную проходимость и таким образом делает клетки более восприимчивыми к определенным агентам. Споры, обработанные этанолом, не прорастали как в пи­тательном растворе, так и непитательном растворе; они не восста­навливались после обработки лизоцимом.

Полиаминокислоты. По крайней мере две аминокислоты катионоактивных полимеров проявили ингибирующие свойства к мно­жеству обнаруживаемых в пище бактерий и грибов и обладают ми­нимальной токсичностью. Очевидно, что они действуют путем влияния на активность клеточных мембран. Эти аминокислоты имеют статус GRAS.

Полилизин эпсилон, производимый в Японии, как было устано­влено, при концен­трации 5 ppm ингибирует некоторые грамположительные бактерии. Он водо­растворим, эффективен в широком диапазоне рН, разрушается до лизина протеазами.

 

13.2.7. Биологический контроль микробиоты

Биоконтроль связывают с защитой пищи с помощью молочно­кислых бактерий, бактериоцинов, лейкинов, бактериофагов и «за­щитных культур».

Это использование одного или более организмов для ингибиро­вания или контроля других организмов. Для контроля можно ис­пользовать живой организм или он может быть осуществлен аген­тами (как при использовании бактериоцинов).

Антагонизм бактерий. Это общее ингибирование или разрушение одного микро­организма другими видами той же среды обитания. Антагонизм молочнокислых микроорганизмов – четкий пример микробного подавления. Есть другие, менее явные, пути, в резуль­тате которых происходят ингибирования. Примеры антагонизма бактерий в пищевых продуктах были отмечены и рассмотрены в конце ХIХ в. Ученые заметили, что естественная биота заморо­женных пирогов ингибировала инокулируемые клетки Staphylococcus aureus, E. coli и S. typhiniurium. Была выявлена репрессия приблизи­тельно 105S. aureus в пирогах с нормальной биотой. Обнаружена неспособность имеющихся в пище болезнетворных микроорга­низмов к росту в свежем говяжьем фарше с биотой в концентрации приблизительно 105/г. Начиная с ранних исследований демонстри­ровался антагонизм нормальной биоты пищи против L. monocytogenes и патогенных штаммов Е. coli. Хорошо установлен подавляющий эффект достаточно развитой аэробной бакте­риальной биоты против роста Clostridium botulinum в свежем мясе, как и подавление дрожжей и грибов бактериальной биотой свежего мясного фарша.

Несмотря на непонятные механизмы антагонизма бактерий, не­которые наблюдения достойны внимания. Для проявления антаго­низма, во-первых, необходимо, чтобы фоновая биота содержала больше жизнеспособных клеток, чем инокулируется клеток орга­низма, который будет ингибирован. Во-вторых, антагонистическая биота в общем случае не гомогенна, и роль, которую играют от­дельные виды, неясна. Исследователи выдвинули следующие объ­яснения антагонизма бактерий: борьба за источники питания; кон­куренция за участки присоединения/адгезии; неблагоприятное из­менение окружающей среды и комбинация этих факторов.

Антагонизм обычно проявляется при АПК 106 клеток/г. Образо­вание биопленки и возникновение значимого кворума играют пока неизвестную роль в этом явлении.

Молочнокислый антагонизм. Явление молочнокислого ингибирования, или разрушения, связанное как с пищевым отравлением, так и с организмами порчи пищи, наблюдается в течение более чем 80 лет. Точные механизмы его все еще неясны. Среди идентифици­рованных факторов – производство антибиотиков, Н2O2, диацетила и бактериоцинов в дополнение к падению рН и истощению питательных веществ. Таким образом, молочнокислый антаго­низм – пример микробного антагонизма.

«Защитные культуры» относятся к микроорганизмам, которые могут быть найдены или добавлены к пищевому продукту, чтобы его сохранить/защитить. Организмы, учас­твую­щие в молочно­кислом антагонизме, соответствуют определению защитных культур. Среди свойств, которыми последние должны обладать, следующие:

  • они не должны представлять риск для здоровья;
  • должны обеспечивать благоприятное воздействие на продукт;
  • не иметь отрицательного воздействия на потребительские свойства;
  • служить «индикаторами» при условиях злоупотребления.

Молочнокислые бактерии составляют наибольшую и самую важную группу, которая подпадает под эту категорию.

Для примера можно привести результаты одного исследования. Эффективность пяти молочнокислых бактерий, используемых для контроля L. monocytogenes в пастеризо­ванном молоке, была оценена путем инокулирования патогенного микроорганизма в количестве 104 КОЕ/мл с инкубацией при 30°С. Используемыми молочнокис­лыми бакте­риями были Lactococcus lactis, Leuconostoc cre-moris, Lactobacillus plantarum, L. delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus salivarious subsp. thermophilus. Ингибирование на
89–100% было до­стигнуто при рН 4,17–4,21 и 30 или 37°С. В ряде других исследо­ваний продемонстрирована эффективность различных молочно­кислых бактерий как ингибиторов обнаруживаемых в мясе и мясных нарезках патогенных микроорганизмов. Мясная стар­товая культура Pediococcus acidilactici вызвала сокращение на 2,3 по­рядка количества Е. coli 0157:Н7, L. monocytogenes и Staphylococcus aureus в течение ферментации салями после 24 ч по сравнению с сокращением на 1,3 порядка в контрольных образцах.

Низин. Некоторые штаммы Lactococcus lactis производят поли­пептид низин – антибиотик, прототип образующихся в пище бак­териоцинов. Низин используют для предотвращения порчи швей­царского сыра микроорганизмами Clostridium butyricum. Низин эф­фективен против грамположительных бактерий, прежде всего спорообразу­ющих, и неэффективен против грибов и грамотрица­тельных бактерий. Enterococcus faecalis – одна из самых устойчивых к нему грамположительных бактерий.

Низин нетоксичен; производится естественным путем штам­мами Lactococcus lactis; устойчив к высоким температурам и ста­бильно сохраняется; разрушается пищевари­тельными ферментами; не имеет вкуса и запаха; имеет узкий спектр антибактериальной активности.

Бактериофаги как агенты биоконтроля. Литические фаги, специ­фичные для конкретных видов и штаммов бактерий, как известно, являются эффективными в разрушении клеток их хозяина, что яв­ляется основой метода фаготипирования. Возникает вопрос, могут ли фаги разрушить клетки хозяина в среде пищевых продуктов. Предотвращают ли пищевые субстраты фаговую атаку на клетки хозяина, и если нет, то какие факторы предотвращают лизис клетки?

Показано, что фаги лизируют клетки хозяина, извлеченные из рыбы, мяса и молока. Существуют более ранние исследования использования фагов и бактерий в бульоне и вытяжках из мяса. В исследовании были использованы стейки с Pseudomonas sp., пред­варительно изолированные от испорченной говядины, и гомологи­ческий фаг в количестве 108 бляшкоообразующих единиц/мл, до­бавление 108 бляшкообразующих единиц/мл которого увеличило срок хранения стейка с 1,6 до 2,9 сут. В целом при обработке фа­гами потребительские свойства продуктов были улучшены.

Показано, что фаги уменьшают количество обнаруживаемых в пище патогенных микроорганизмов, таких как L. monocytogenes, на поверхности созревших сыров, а также Е. coli 0157:Н7 и сальмо­нелл на свежей домашней птице. Колифаги используются для свежей домашней птицы, так как, очевидно, они уменьшают число жизнеспособных Е. coli. Фаги представляют проблемы для стар­товых культур молочной и мясной промышленности, вызывая лизис одного или более стартовых штаммов, приводя к дефектной ферментации. Достоверность влияния бактериальных вирусов на сокращение порчи и количества пищевых отравлений пище­выми продуктами требует более подробного исследования.

 

13.3. ВЛИЯНИЕ ДЕГИДРАТАЦИИ НА МИКРООРГАНИЗМЫ И СОХРАНЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ПОМОЩЬЮ ВЫСУШИВАНИЯ

Дегидратация и предотвращение воздействия на микроорга­низмы основано на том, что для поддержания функциональной ак­тивности микроорганизмам и ферментам необхо­димо наличие воды. При дегидратации необходимо стремиться к снижению со­держания влаги до той точки, при которой ингибируется актив­ность микроорганизмов, вызывающих порчу и пищевые отрав­ления. Пищевые продукты, содержащие не более 25% влаги и имеющие значение активности воды (aw) в пределах от 0,0 до 0,60, относятся к обезвоженным, высушенным продуктам или продуктам с низким содержанием влаги (НСВ). Пищевые продукты, полу­ченные методом замораживания-высушивания, также относятся к этой категории пищи. К другой категории продуктов, пригодных для длительного хранения, относятся те, у которых содержание влаги в пределах от 15 до 50% и которые имеют значения актив­ности воды (aw) в пределах от 0,60 до 0,85. Такие пищевые продукты называются продуктами со средним содержанием влаги (ПСВ).

Бактерии для своего роста требуют относительно высоких уровней влажности; у дрожжей эти требования ниже, а у микроско­пических грибов – еще ниже. Бактериям для роста требуются зна­чения aw выше 0,90, поэтому эти виды микроорганизмов не играют роли в порче высушенных пищевых продуктов. Уровни значений aw связаны со стабильностью и сохранностью высушенных пищевых продуктов и с вероятностью их порчи. При aw = 0,80–0,85 в порче продуктов питания участвуют разнообразные микроско­пические грибы, процесс длится одну-две недели, а при aw = 0,75 порча за­медляется. Порча пищевых продуктов значительно замедляется и может вовсе не происходить в течение очень длительного периода хранения при aw = 0,70. При aw = 0,65 способными к росту оказыва­ются лишь весьма редкие виды микроорганизмов, и вероятнее всего, порча продуктов питания в таких условиях не будет происхо­дить как минимум в течение двух лет (табл. 13.2).

Таблица 13.2

Минимальные значения aw для микроорганизмов пищевых продуктов

Таблица 13 2

Наибольшие проблемы при хранении высушенных продуктов питания представляет группа микроорганизмов, в которую входят в основном микроскопические грибы. Наибольшими способно­стями выживать и расти в области низких значений активности воды обладает группа штаммов гриба Aspergillus glaucus. Обнару­жено, что домини­рующими в процессе порчи как высушенного, так и содержащего много влаги чернослива являются грибы видов Aspergillus glaucus и Xeromyces bisporus. Алейроспоры гриба Xeromyces bisporus, например, были способны прорастать из спор в течение 120 сут даже при aw = 0,605.

Метод замораживания-высушивания является одним из наи­лучших из всех известных способов сохранения микроорганизмов в жизнеспособном состоянии. После завершения этого процесса клетки могут оставаться жизнеспособными неопределенно долго. При исследовании жизнеспособности 277 культур бактерий, дрожжей и микроскопических грибов, которые были лиофилизированы и хранились в этом состоянии в течение 21 года, обнару­жено, что только три культуры не смогли восстановиться после регидратации.

Показано, что быстро замораживаемые пищевые продукты де­монстрируют лучшее качество и более приемлемы, чем медленно замораживаемые. Образование очень мелких кристаллов льда при быстром замораживании вызывает меньшие механические повре­ждения структуры пищевых продуктов, чем при медленном замора­живании. После оттаивания в быстро замороженных пищевых продуктах остается больше воды и они демонстрируют характеристики, более близкие к показателям свежих продуктов, чем в медленно замороженных пищевых продуктах.

Вода в белковых пищевых продуктах может быть разделена на две группы: замораживаемая и незамораживаемая. Было опре­делено, что незамораживаемой (связанной) является вода, которая остается не замерзшей при температуре ниже –30°С. Удаление за­мораживаемой воды осуществляется в процессе первой фазы высу­шивания. Во время этой фазы происходит удаление от 40 до 95% общего содержания влаги. В последнюю очередь удаляется, как правило, связанная вода. Ее часть может быть удалена в ходе всего процесса высушивания.

Уровень влажности в конечных пищевых продуктах, продуктах, обработанных методом замораживания-высушивания, составляет, как правило, около 2–8% и имеет показатель активности воды (aw) в пределах от 0,1 до 0,25.

Метод замораживания-высушивания является, как правило, более предпочтительным, чем метод высокотемпературного высу­шивания в вакууме.

Было сделано предположение, что хорошим показателем ста­бильности хранения высушенных продуктов питания является кри­тическое содержание воды. Этот показатель отражает содержание воды, которое не должно быть превышено для предотвращения роста микроскопических грибов.

В случае использования метода замораживания-высушивания уровень влажности снижается до 2%. Отмечено, что столь низкий уровень влажности является, видимо, излишне жестким для неко­торых продуктов питания, которые вполне успешно могут хра­ниться и при большем содержании влаги без излишних расходов на достижение более низких значений критического содержания воды для пищевых продуктов.

В процессе высушивания пищевых продуктов некоторые микро­организмы подвергаются разрушению, эндоспоры бактерий, тем не менее, при этом выживают. Кроме того, в таких условиях спо­собны выживать дрожжи, микроскопические грибы, а также и многие грамположительные и грамотрицательные бактерии. Исследованиями бактерий куриного мяса, подвергавшегося проце­дуре замораживания-высушивания и последующей регидратации при комнатной температуре, удалось установить, что в этих условиях около 32% от исходной микрофлоры восстанавливается и способно к росту. Эти исследователи показали, что бактерии Staphylococcus aureus, которые добавлялись до проведения процедуры замораживания-высушивания, могут выживать в таких условиях. Кроме того, было установлено, что некоторые паразиты, которые могут содер­жаться в продуктах питания, такие, например, как Trichinella spiralis, способны к выживанию в условиях процесса высушивания.

Целью дегидратации является снижение содержания жизнеспо­собной микробиоты до значений не более 100 000 м. т./г при общем чашечном подсчете. Колиформных бактерий в высушенных пи­щевых продуктах быть не должно. Недопустимо присутствие других организмов, вызывающих порчу продуктов, за возможным исклю­чением, касающимся небольшого количества бактерий Clostridium perfringens.

Стресс или гибель микроорганизмов в результате дегидратации может быть следстви­ем денатурации компонентов микробных тел, в результате испарения «связанной» воды и/или рекристализации солей или гидратов из эвтектических растворов. Наибольшая ско­рость процесса отмирания микроорганизмов при дегидратации пи­щевых продуктов отмечается на ранней стадии высушивания. Со­общалось, что молодые культуры микроорганизмов более чувстви­тельны к высушиванию, чем старые.

Пищевые продукты средней влажности (ПСВ). ПСВ характеризу­ются значениями влажности от 15 до 20% и значениями активности воды (aw) 0,60–0,85. Пищевые продукты с такой влажностью при­годны к длительному хранению при температуре окружающей среды в течение разных периодов времени. Импульс производству ПСВ был дан в начале 1960-х гг. с развитием рынка собачьих кон­сервов. Производство подобных продуктов для потребления людей развивается уже в течение многих лет. Сказанное относится к тра­диционным ПСВ, которые следует отличать от новых ПСВ. Тради­ционные пищевые продукты имеют пониженные значения aw, что достигается извлечением воды путем десорбции, адсорбции, вне­сения добавок, таких как соли или сахара. Современные ПСВ ха­рактеризуются значениями aw в пределах от 0,60 до 0,85, а также использованием таких добавок, как глицерин, двухатомные спирты, сорбит и сахароза, влагоудерживающие вещества и фунгистатики – сорбаты и эфиры бензойной кислоты.

Принципы приготовления пищевых ПСВ. Бактерии Staphylococcus aureus имеют особую важность для здравоохранения. Они способны расти при аw = 0,86. Поэтому технология приготовления пищевых ПСВ должна быть разработана таким образом, чтобы содержание влаги было в пределах от 15 до 50%; при этом aw должно быть дове­дено до величины ниже 0,86 после применения влагоудерживающих веществ. Должны быть также добавлены антигрибковые агенты, необходимые для ингибирования роста довольно большого числа различных дрожжей и микроскопических грибков, о которых известно, что они способны расти при aw > 0,70. Стабильность при хранении таких пищевых продуктов дополнительно можно повы­сить посредством снижения рН,

Микробиологическая безопасность пищевых продуктов средней влажности. Значения aw в пищевых ПСВ делает мало вероятным размножение в них грамм­отрицательных бактерий. Это касается и большинства грамположительных бактерий, за исключением кокков, некоторых спорообразующих микроорганизмов и молочнокислых бактерий. Помимо ингибирующего воздействия низких значений, в пищевых ПСВ антимикробной активностью обладает также сочетание таких факторов, как рН, окислительно-восстановительный потенциал (Eh), консерванты (включая некоторые увлажнители), конкурирующие представители микрофлоры, низкие температуры хранения, а также различные способы высокотемпературной обработки, включая пастеризацию, применяемые в процессе приготовления пищевых ПСВ.

Изменения показателей жизнеспособности культуры бактерий Staphylococcus aureus в высушенных при 25°С с глицерином свиных кубиках иллюстрируют следующие закономерности:

  • в случае приготовления продукта методом десорбции и при aw = 0,88 количество жизнеспособных бактерий остается посто­янным в течение приблизительно 15 сут, а затем немного повы­шается;
  • в случае приготовления продукта методом адсорбции, при том же значении aw коли­чество жизнеспособных бактерий медленно снижается (бактерии погибают) в тече­ние первых трех недель, затем темпы отмирания бактерий значительно повышаются;
  • при всех значениях aw < 0,88 микроорганизмы погибают. Однако скорость отмира­ния микроорганизмов значительно выше при aw = 0,73, чем при более высоких значениях.

В отношении эффекта термической гибели бактерий в системе ПСВ было показано, что терморезистентность микроорганизмов повышается в случае понижения значений aw, а их устойчивость зависит от компонентов, применяемых при контроле aw.

Можно избежать роста микроскопических грибов в ПСВ, если сделать вполне стабильной активность воды (aw) до значений в об­ласти 0,7, но в этом случае будут получены высушенные продукты. Большое количество различных видов микроскопи­ческих грибов способно к росту в области значений aw ~ 0,8. Показано, что из семи различных химических ингибиторов, используемых поодиночке или в комбинации друг с другом для ингибирования роста таких микроскопических грибов, как Aspergillus niger и Aspergillus glaucus, предварительно инокулируемых в продукты, пропиленгликоль ока­зался единственным достаточно эффективным при его добавлении.

Хранение ПСВ в правильно подобранных условиях влажности является основным фактором в предотвращении роста микроско­пических грибов и в общем для стабильности хранения.

Взаимообмен водой пищевых продуктов и влажного воздуха происходит до уравнове­шивания парциального давления при данной температуре с парциальным давлением воды во влажном воздухе. Таким образом, значение равновесной относительной влажности является прямым измерением того, как будет вести себя влага на пищевых продуктах – сорбироваться или десорбироваться.

 

13.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В 1929 г. был получен патент на использование радиации как средства сохранения или защиты пищевых продуктов от микроор­ганизмов. После Второй мировой войны на этот метод обратили серьезное внимание. Применение этого метода в полном объеме вызывало сомнения микробиологов и других ученых, занима­ющихся продуктами питания.

Радиация – это эмиссия и распространение энергии через ва­куум или среду. Основной тип радиации, которым пользуются при сохранении пищи, – электромагнитный. Электромагнитный спектр разделен относительно по значимости излучения в сохра­нении пищи следующим образом: микроволновые, ультрафиоле­товые УФ-лучи, Х-лучи (рентгеновские) и гамма-лучи.

Наиболее эффективные излучения, используемые для сохра­нения пищи, – ионизирующая радиация, излучения с длиной волны 200 нм или меньше, например, альфа-частицы, бета-, гамма- и Х-лучи. Они содержат достаточно энергии, чтобы ионизировать молекулы на своем пути. Они разрушают микроорганизмы, не по­вышая температуру продукта, поэтому процесс называют «холодной стерилизацией».

Рассматривая радиацию, необходимо пояснить несколько ис­пользуемых понятий. Рентген – единица измерения, используемая для того, чтобы выразить дозу облучения Х- или гамма-лучами. Миллирентген равен 1/1000 рентгена. Кюри – количество радио­активного вещества, в котором происходит 3,7 · 1010 радиоактивных распадов за 1 с (1 г чистого радия обладает радиоактивностью 1 Кюри). Беккерель (Бк) – один распад в 1 с. Рад – единица, эквивалентная поглощению 100 эргов/г вещества. Килорад (крад) равен
1000 рад, а мегарад (Мрад) равен 1 млн рад. Новая единица погло­щенной дозы — Грей
(1 Гр = 100 рад = 11 Дж/кг; 1 кГр = 10 рад). Один электрон-вольт равен энергии, которая необходима для пере­носа электрона в электрическом поле между точками с разницей потенциалов 1 В. МэВ равен 1 млн электрон-вольт. Рад и эВ — еди­ницы измерения интенсивности излучения.

 

13.4.1. Механизм действия излучений на микроорганизмы

Ультрафиолетовый свет. Наиболее эффективная длина его волны равна прибли­зительно 260 нм. Он поглощается белками и нуклеи­новыми кислотами, фотохимические изменения которых могут привести к гибели клетки. Механизм гибели бактериальной клетки в результате воздействия УФ-лучей — возникновение летальных мутаций в результате действия на нуклеиновые кислоты клетки. УФ-свет иногда используется для обработки поверхности выпе­ченных кексов с цукатами и орехами и подобных продуктов перед упаковыванием.

Бета-лучи, гамма-лучи, Х-лучи, микроволны. Бета-лучи – потоки электронов, испускаемых радиоактивными веществами. Катодные лучи – то же самое, за исключением того, что они испускаются катодом вакуумной трубки. Эти лучи обладают плохой проника­ющей способностью.

Гамма-лучи – электромагнитные излучения, испускаемые воз­бужденными ядрами таких элементов, как Со и Сs. Это самая де­шевая форма радиации, используемой для сохранения пищи, по­тому что исходные элементы — побочные продукты атомного рас­пада или продукты радиоактивных отходов. У гамма-лучей превосходная проникающая способность в отличие от бета-лучей. Со имеет период полураспада ~ 5 лет; период полураспада Сs — ~ 30 лет.

Х-лучи возникают при бомбардировке ядер тяжелых металлов ускоренными электронами (катодными лучами) в вакуумной трубке. В остальном они по существу представляют собой то же самое, что и гамма-лучи.

Микроволновая энергия. При помещении электрически ней­тральных продуктов в электро­магнитное поле заряженные асимме­тричные молекулы сначала двигаются в одном направлении, а затем в другом. Во время этого процесса каждая асимметричная молекула пытается приспособиться к быстро изменяющемуся полю перемен­ного тока. Поскольку молекулы колеблются около своих осей, пы­таясь двигаться к положительному и отрица­тельному полюсам, со­здается межмолекулярное трение, приводящее к нагреву.

Природа радиационной устойчивости микроорганизмов. Пока не­ясно, почему некоторые микроорганизмы являются устойчивыми к радиации. Чрезвычайную устойчивость дейнококков к высуши­ванию связывают с радиорезистентностью.

Радиолиз воды вызывает образование свободных радикалов. Ор­ганизмы, не устойчивые к радиации, не способны противостоять окисляющему действию радикалов. Химические вещества, которые содержат SН-группы, зачастую обладают радиопротекторными свойствами, но какую роль они играют, если таковая вообще име­ется в чрезвычайно устойчивых бактериях, все еще неясно.

Отличие радиоустойчивого вида микроорганизмов D. radiodurans – наличие четырех геномов, т. е. четырех копий собственной хромосомы.

Активно делящиеся клетки могут содержать 4—10 копий. Можно предположить, что дополнительная ДНК поврежденной радиацией клетки синтезирует новый геном.

 

13.4.2. Применение радиации

Два наиболее широко используемых метода облучения про­дуктов: гамма-излучение от Со или Сs и использование элект­ронных лучей линейных акселераторов.

Гамма-излучение обладает преимуществом, потому что Со и Сs являются относительно недорогими побочными продуктами атом­ного распада. В радиационной камере, использующей эти эле­менты, радиоактивный материал помещают наверх элеватора, ко­торый поднимается вверх при эксплуатации и опускается вниз под воду, если не используется.

Материалы, которые предстоит облучить, для получения жела­тельной дозы помещают вокруг радиоактивного источника на опре­деленном расстоянии. Как только камеру покидает весь персонал, источник устанавливается на место, и гамма-лучи облучают про­дукты. Облучение при желательных температурах достигается путем помещения образцов в изотермические контейнеры с регулируемой температурой или камеру со стенами из бетона и свинца. Недо­статок использования радиоактивных материалов состоит в том, что изотопный источник испускает лучи во всех направлениях и не может быть «включен» или «выключен» по желанию.

Радаппертизация, радисидация и радуризация продуктов. Радаппертизация – эквивалент радиационной стерилизации или «про­мышленной стерильности» в консервной промышленности. Типичные уровни облучения — 30–40 кГр. Термин происходит от фа­милии изобретателя метода тепловой стерилизации пищевых продуктов в герметичной таре (консервов) француза Николя Франсуа Аппера.

Радисидация – подобие пастеризации, например молока. При­водит к выборочному подавлению жизнеспособных неспорообразующих патогенов большинства типов, кроме вирусов, так, чтобы ни один не был обнаружен любыми стандартными методами. Типич­ными дозами радиации в этом процессе являются 2,5–10 кГр.

Радуризацию можно считать эквивалентом пастеризации. Она способствует повышен­ному сохранению качества пищи за счет су­щественного сокращения числа жизне­способных не образующих спор патогенов с помощью радиации. Обычные дозы радиации для свежего мяса, домашней птицы, морепродуктов, фруктов, овощей и зерна хлебных злаков – 0,75–2,5 кГр.

 

13.5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ АТМОСФЕРЫ

Вакуумная упаковка. Воздух извлекается из газонепроницаемых пакетов, после чего пакет запечатывается, что уменьшает оста­точное давление воздуха от обычного (1 бар) до 0,3–0,4 бар. При этом определенное количество O2 удаляется. По мере хранения упакованного под вакуумом продукта происходит увеличение со­держания СO2 в результате дыхания ткани и микробного дыхания, при котором потребляется O2 и выделяется СO2. Содержание СO2 может увеличиться на 10–20% в течение 4 ч, а в конечном счете концентрация может достигнуть 30% в результате дыхательной ак­тивности аэробной микробиоты.

Метод, подходящий для мясного сырья, состоит из простого вы­давливания воздуха, что ведет к замедлению роста аэробных ми­кроорганизмов порчи. Вакуумная упаковка минимизирует усадку продукта и задерживает окисление жиров и их обесцвечивание. Ба­рьерные свойства некоторых пластмасс, используемых для упако­вывания пищевых продуктов под вакуумом, для СO2 всегда выше, чем для O2, приблизительно в 2–5 раз.

Упаковка в модифицированной атмосфере (МАР). Модифициро­ванная атмосфера – гипербарический процесс, который заключа­ется в создании состава атмосферы упаковки за счет заполнения смесями из СO2, N2, и/или O2. Исходная концентрация газа не может быть изменена в течение хранения. Существует два типа МАР, отличающихся концентрацией O2, СO2 и N2.

Равновесно-модифицированная атмосфера. Упаковывание в рав­новесно-модифици­рованную атмосферу (ЕМА) осуществляется путем помещения в газопроницаемую упаковку или запечатывания упаковки без изменения среды. ЕМА используется для упаковы­вания свежих фруктов и овощей.

Контролируемое атмосферное упаковывание или хранение (САР, CAS). Контролируемое атмосферное упаковывание или хранение можно считать одним из видов MAP. При использовании MAP со­ставы газов могут изменяться в процессе хранения, при применении САР составы остаются неизменными в течение продолжительного периода хранения. САР требует использования многослойных мате­риалов на основе алюминиевой фольги или стеклянных контей­неров, так как однослойная пластиковая пленка не полностью не­проницаема для газов.

 

13.5.1. Механизм действия

СO2 блокирует метаболизм Pseudomonas aeruginosa и предполо­жительно влияет на ферментативное декарбоксилирование. СO2 влияет на проницаемость мембран клетки, что показано в исследо­ваниях по прорастанию эндоспор Clostridium sporogenes и С. perfrin­gens. Растворяясь в жидкости, СO2 образует угольную кислоту, ко­торая вызывает нарушение клеточной проницаемости бактерий.

Вакуумная упаковка, MAP и CAS прошли успешные испытания и широко исполь­зуются в пищевой промышленности.

Основное влияние СO2 на микроорганизмы. При длительном воз­действии 10% и более СO2 проявляется следующее.

  1. Ингибирующая активность СO2 проявляется в обратной зави­симости от темпера­туры инкубации или хранения. Это происходит благодаря большей растворимости СO2 в воде при низких темпера­турах по сравнению с высокими. При 1 атм и 20°С 100 мл воды по­глотят 88 мл СO2, но только 36 мл при 60°С. Для свежего мяса 20-процентная концен­трация СO2 является идеальной. Более вы­сокая концентрация может исполь­зоваться для морепродуктов. Для поддержания красного цвета мяса перед обработкой СO2 можно выдерживать его в угарном газе (СО) или хранить в смеси СO2 + O2 в отношении 20 : 80.
  2. Ингибирование усиливается при уменьшении pH.
  3. Более чувствительны к действию СO2 грамотрицательные бак­терии, наиболее чувствительны – псевдомонады, самые рези­стентные – клостридии.

СO2, находясь под давлением, обладает значительно большим антибактериальным эффектом, чем в отсутствие давления.

Свежее и обработанное мясо. Срок хранения красного мяса может быть увеличен до
2 мес, если упаковать его в смеси 75% O2 + 25% СO2 и хранить при –1°С.

Как следует из результатов многочисленных исследований, низ­котемпературное хранение свежего мяса под вакуумом или в условиях MAP вполне эффективно, что в значительной степени является результатом жизнедеятельности молочнокислых и неко­торых других бактерий на свежем мясе. При низких температурах нормальная микробиота предотвращает рост патогенных микроор­ганизмов за счет понижения рН, конкуренции за O2, возможного синтеза антибактериальных веществ и других факторов.

Морепродукты. В 1933 г. в Англии впервые показано предохра­няющее влияние СO2 на рыбу. Использовался состав, состоящий из 80% СO2 и воздуха. При этом содержание микро­организмов на 1 см2 через 14 сут выдержки при 35°С составляло ~ 6,00 log10/cм2 по сравнению с контрольными образцами, где их содержание было более 10,5 Iog10/см2. Для рыбы следует использовать высокие кон­центрации СO2, так как она содержит меньше миоглобина.

 

13.5.2. Микробиологическая безопасность пищи, упакованной в режиме MAP

Clostridium Botulinum. Пищевые продукты, подвергнутые упако­выванию в режиме MAP, должны обладать одним или несколькими из следующих антиботулинических свойств:

  • иметь активность воды (aw) < 0,93;
  • иметь рН < 4,6;
  • быть обработанными NaCl или NO2;
  • содержать высокие уровни неболезнетворных микроорга­низмов (для сырого мяса, домашней птицы, и т.п.);
  • сохраняться в замороженном состоянии;
  • иметь определенный срок хранения (например, < 10 сут).

Оценку опасности появления ботулизма при режиме MAP про­вели в исследовании на пяти видах овощей (салата, капусты, брок­коли, моркови и зеленых бобов). Овощи инокулировали смесью спор Clostridium botulinum и хранили в упаковке при 4, 12 и 21°С. В капусте, моркови и бобах не было найдено ни одного токсина при 40°С в течение 50 сут. Токсин был обнаружен во всем объеме брокколи при 21°С.

Listeria monocytogenes. В опыте на свежей говядине с рН 5,47, ко­торая была упакована под вакуумом и инкубирована при 4°С в течение 56 сут, содержание одного штамма увеличилось на 2,3 лога­рифмических порядка (с 4,25 до 6,53) после 35 сут, содержание другого увеличилось на 1,8 логарифмических порядка после 35 сут, а содержание третьего осталось неизменным после 56 сут. В опыте на говядине с более высоким рН (6,14) через 28 сут значительно увеличилось содержание трех штаммов L. monocytogenes, а содер­жание четвертого штамма не увеличилось.

Исследование L. monocytogenes на предмет роста и выживания в упакованном под вакуумом говяжьем фарше (начальное значение рН 5,4), инокулированном Lactobacillus alimentarius, показало, что при 2°С количество L. monocytogenes уменьшилось за счет антилистерийного действия лактобацилл благодаря биосинтезу молочной кислоты.

Критическими параметрами для L. monocytogenes в упакованной под вакуумом говядине являются температура хранения, рН и вид мышечной ткани, постность или жирность. Микроорганизм растет более экстенсивно на жирной, чем на постной говядине, а фоновая микробиота не имеет влияния на его рост.

Согласно результатам проведенных в Австралии исследований Listeria spp. на упакованном под вакуумом обработанном мясе, бывшем в розничной продаже, листерии были найдены в 93 из 175 образцов, при этом L. monocytogenes была найдена в 78 из этих 93 образцов. Бактерии были обнаружены в основном на говяжьей солонине и ветчине, на двух образцах говяжьей солонины их содер­жание было > 104 КОЕ/г.

В одном из исследований роста L. monocytogenes и Yersinia enterocolitica на приготовленной домашней птице, упакованной в режиме MAP, продукт хранился в смеси СO2 + N2, в соотношении 44 : 56 при 3,5; 6,5 и 10°С в течение 5 недель. При указанных условиях испытания естественная микробиота не оказывала влияния на рост, и оба микроорганизма росли.

Предварительно очищенный картофель был инокулирован L. monocytogenes и упако­ван под вакуумом в низкопроницаемую упаковку. При 4°С не произошло роста микроорга­низма в течение 21 сут, но при 15°С его количество выросло на 7 log]0/r в течение 12 сут.

В опыте упаковывания болонской колбасы под вакуумом за­держка роста Clostridium perfringens произошла в результате жизне­деятельности микробиоты. Исследование выжи­ваемости Campylo­bacter jejuni на говяжьем фарше при давлении 4 атм показало, что не отмечено различий в количественном составе С. jejuni. Мясо было обсеменено 105 КОЕ/г С. jejuni и хранилось в среде, состоявшей из 5% O2 + 10% СO2 + 85% N2, 80% СO2 + 20% N2, под ва­куумом и в чистом азоте при 4°С в течение 2 недель. В условиях хранения травмированных высокой температурой и нативных клеток Aeromonas hydrophila при 5°С в течение 22 сут в атмосфере 100% N2 или 100% СO2 содержание обоих штаммов уменьшилось.

Токсин, продуцируемый типом Е, не был обнаружен ни в одном из пакетов с речными раками, инокулированными 103 КОЕ С. botulinum типа Е, упакованными под вакуумом в низкопроница­емую упаковку и хранившимися при 4 и 10°С в течение 30 сут.

Контрольные вопросы и задания

  1. Раскройте механизмы существования микроорганизмов при высоких и низких темпе­ратурах.
  2. В чем отличительные особенности психротрофов и психрофилов?
  3. Охарактеризуйте использование высоких температур для обеззаражи­вания и сохранения пищевых продуктов.
  4. Охарактеризуйте использование замораживания и низких температур для сохранения пищевых продуктов.
  5. Как воздействует замораживание на микроорганизмы?
  6. Раскройте технологии сохранения продуктов питания при низких температурах.
  7. Опишите механизмы действия и использования химических веществ для сохранения пище­вых продуктов: дезинфектантов, консервантов, антибактериальных препаратов непрямого действия, антибиотиков, противогрибковых средств для фруктов, других консервантов.
  8. Как осуществляют биологический контроль микробиоты при исполь­зовании химических веществ?
  9. Опишите механизмы действия дегидратации на микроорганизмы
  10. Как обеспечивают микробиологическую безопасность пищевых про­дуктов средней влажности?
  11. Раскройте механизм действия излучений на микроорганизмы.
  12. Опишите применение радиации в обеспечении микробиологической безопасности пищевых продуктов.
  13. Изложите механизм действия модифицированной атмосферы на ми­кроорганизмы.
  14. Охарактеризуйте уровень микробиологической безопасности пищи, упакованной в режиме MAP.