Химические методы консервирования
Химические методы консервирования основаны на использовании специальных агентов, т.е. веществ биологического (микробного, животного или растительного) происхождения (сейчас выпускаются и полусинтетические антибиотики), обладающих способностью подавлять рост и размножение определённых видов микроорганизмов. В небольших концентрациях они способны предохранять продукт от порчи в течение определённого времени, и поэтому некоторые из них применяются в качестве консервантов.
В пищевых продуктах антибиотики имеют следующее происхождение: естественные антибиотики, свойственные исходному пищевому сырью; антибиотики, образующиеся в процессе изготовления пищевых продуктов; антибиотики, попадающие в пищевые продукты в результате лечебно-ветеринарных мероприятий, а также антибиотики, попадающие в продукты животноводства при использовании их в качестве биостимуляторов роста животных; антибиотики, применяемые в качестве консервирующих веществ.
В пищевой промышленности разрешается использовать лишь такие антибиотики, которые не используются в медицинской практике, обладают высокими антимикробными свойствами и в то же время инактивируются при тепловой обработке, не являются токсичными для человека и не оказывают влияния на органолептические свойства пищевых продуктов. В качестве консерванта антибиотики пригодны для обработки скоропортящихся продуктов (таких, как мясо и рыба) и лишь в тех случаях, когда другие способы консервирования затруднены или невозможны. Чаще всего свойства антибиотиков используются для сохранения мяса при его транспортировке на дальние расстояния и при доставке рыбы на рыбозаводы.
Ограниченное применение антибиотиков в качестве консервантов обусловлено, прежде всего тем, что, попадая в организм даже в минимальном количестве, они могут привести к появлению в нём устойчивых форм патогенных микроорганизмов. Кроме того, продолжительное употребление пищи с активным антибиотиком иногда вызывает нежелательные изменения в составе обычной, нормальной микрофлоры кишечника - дисбактериозы, которые в свою очередь, могут стать причиной развития вторичных бактериальных инфекций. Возможны повышенная чувствительность к антибиотикам и их токсичность для организма.
Технологические приемы применения антибиотиков различны: погружение пищевого продукта в раствор антибиотиков на ограниченный срок, орошение поверхности пищевого продукта раствором антибиотиков различной концентрации, введение антибиотиков перед забоем животных и т.д.
Химические вещества, используемые для консервирования пищевых продуктов, должны быть безвредными и не изменять вкус, цвет и запах продукта. В настоящее время для консервирования разрешены: этиловый спирт, уксусная, сернистая, бензойная, сорбиновая кислоты и некоторые их соли, борная кислота, уротропин, некоторые антибиотики и др.
Консервирование этиловым спиртом основано на губительном действии спирта на микроорганизмы. Этиловый спирт используется в качестве консерванта при производстве плодово-ягодных соков - полуфабрикатов. В концентрациях 12-16 % этиловый спирт задерживает развитие, а при 18 % полностью подавляет жизнедеятельность микроорганизмов. Соки с концентрацией спирта 25-30 % применяются при производстве ликеро-водочных изделий, а с концентрацией 16 % - при получении безалкогольных напитков.
Маринование представляет собой способ консервирования, в основу которого положено повышение кислотности среды путём добавления уксусной кислоты. В концентрациях 1,2-1,8 % уксусная кислота подавляет деятельность многих микроорганизмов, и в первую очередь гнилостных.
Для усиления консервирующего эффекта маринование иногда сочетают с другими видами консервирования: пастеризацией, солением, хранением при низких температурах. В пастеризованных маринованных продуктах содержание уксусной кислоты снижается до 0,8-1,2 %, что благоприятно влияет на их вкус.
При производстве маринованных продуктов обычно используют столовый уксус, содержащий 3-6 % уксусной кислоты, или пищевую уксусную эссенцию с содержанием уксусной кислоты 70-80 %. Для выработки маринадов более желателен биохимический уксус (спиртовой, винный, плодово-ягодный и др.), т.к. уксус из эссенции обладает резким вкусом. Кроме уксуса в маринадную заливку добавляют соль, пряности, сахар.
Маринуют плоды, овощи, грибы, рыбу и др. Подготовленные свежие, бланшированные или жареные продукты заливают маринадной заливкой, банки закатывают и пастеризуют при температуре 90-100оС. При хранении маринадов происходит их созревание, которое длится от 20 дней до 2 месяцев. В процессе созревания уксусная кислота, сахар и соль диффундируют в продукты. Под действием кислот около 75 % сахарозы превращается в инвертный сахар, улучшаются вкусовые качества продукта. Хранят маринады при низких температурах (от 0 до 4оС), т.к. многие плесени усваивают уксусную кислоту и могут вызывать порчу продуктов.
Консервирование пищевых продуктов сернистой кислотой, её солями и сернистым ангидридом называется «сульфитацией». Сернистая кислота является сильным антисептиком, подавляет деятельность плесеней и бактерий; более устойчивы к её действию дрожжи, особенно винные расы. Эта кислота применяется для консервирования плодов, ягод, фруктовых и овощных полуфабрикатов. Эффективность действия сернистой кислоты зависит от температуры и рН среды. При повышении кислотности степень диссоциации сернистой кислоты уменьшается, и таким образом сохраняется больше недиссоциированных молекул, обладающих консервирующим действием.
Сульфитацию проводят различными способами. Для дезинфекции помещений, бочек, резервуаров применяется газообразный сернистый ангидрид, образующийся при сжигании серы. Сернистый ангидрид может подаваться из стальных баллонов, в которых сжиженный газ находится под давлением. Сульфитацию также проводят 5-6 %-ым водным раствором или с помощью растворов разных солей, выделяющих двуокись серы. Сернистая кислота инактивирует ферменты, подавляет процессы дыхания плодов и овощей, удлиняя тем самым продолжительность их хранения и предохраняя от потемнения. При нагревании сульфитированных продуктов происходит быстрое расщепление сернистой кислоты с выделением газообразного сернистого ангидрида. На этом свойстве сернистой кислоты основан процесс её удаления из продукта - десульфитация. Сульфитированные продукты используются только для последующей переработки после удаления сернистой кислоты. Сернистый ангидрид действует на дыхательные органы и вызывает раздражение слизистой оболочки, поэтому в больших концентрациях он опасен для человека.
К наиболее часто применяемым солям сернистой кислоты относятся бисульфит натрия (NaHSO3), бисульфит калия (KHSO3), пиросульфат натрия (Na2S2O3) и сернистокислый натрий (Na2SO3), сернистокислый калий (K2SO3). Их используют для консервирования плодов и ягод с высокой кислотностью. Под действием кислот происходит расщепление солей сернистой кислоты с выделением сернистого ангидрида. Остаточное содержание сернистого ангидрида в сушёных овощах и фруктах не должно превышать 0,01-0,06 %, в плодово-ягодных пюре - 0,2, в соках - 0,12-0,15 %.
Бензойная кислота (С6Н5СООН) и бензойнокислый натрий применяются для консервирования фруктово-ягодных полуфабрикатов, соков, килек. Бензойная кислота плохо растворима в воде, поэтому для консервирования обычно используют её соль - бензойнокислый натрий (C6H5COONa). Эта кислота подавляет жизнедеятельность дрожжей, менее интенсивно действует на маслянокислые бактерии, слабо на уксуснокислые и почти совсем не влияет на развитие молочнокислых бактерий и плесеней. Наиболее сильное антисептическое действие бензойной кислоты и бензойнокислого натрия проявляется в кислой среде при рН 2,5-3,5. Недостатком бензойной кислоты является её отрицательное влияние на вкус консервируемого продукта, под её действием также происходит помутнение растительных материалов, содержащих белок, поэтому количество бензойной кислоты, добавляемое в пищевые продукты, строго регламентируется и не превышает 70-100 мг на 100 г продукта.
Сорбиновая кислота (C6H8O2) и её соли являются сильными антисептиками. Они используются для консервирования фруктовых соков, пюре, маринадов и других продуктов с низким рН среды. Сорбиновая кислота относится к непредельным и представляет собой белые или слегка желтоватые кристаллы без запаха со слабокислым вкусом. Она подавляет деятельность грибов и дрожжей и слабо или почти не действует на бактерии. Эта кислота труднорастворима в холодной воде, поэтому чаще применяется в виде водорастворимых солей: сорбата натрия или калия. Преимущество сорбиновой кислоты перед другими консервантами состоит в том, что она не изменяет вкус и запах консервированных продуктов. Количество сорбиновой кислоты, допускаемое для консервирования различных продуктов, неодинаково и колеблется от 0,05-0,1 % (безалкогольные напитки, соки) до 0,5 % (полукопчёные колбасы).
Нитраты и нитриты используют в качестве консервирующего средства для повышения стойкости окраски мяса, мясных продуктов и рыбных изделий. Они применяются вместе с поваренной солью и сахаром при засолке мяса; мясо консервированное только солью, получается жёстким, волокнистым, неприятного серого цвета. Добавление сахара улучшает вкус продукта, а добавление нитратов и нитритов - сохраняет цвет.
Из-за вредного воздействия на организм человека законодательством установлена предельно допустимая концентрация нитратов и нитритов в пищевых продуктах. Так, в варёных мясопродуктах содержание нитрита натрия не должно превышать 3 мг на 100 г продукта, в полукопчёных - 5, в копчёных - 10 мг.
Борная кислота (Н3ВО3), бура (Na2B4O7×10H2O) 0,3 %-й концентрацией и уротропин используются для сохранения зернистой осетровой икры. Борную кислоту применяют как консервант в производстве меланжа.
Антибиотики, которые могут быть использованы в пищевой промышленности, наряду с выраженным антимикробным действием должны обладать невысокой устойчивостью, а также легко инактивироваться при тепловой обработке продуктов. В настоящее время в пищевой промышленности разрешено применять хлортетрациклин (биомицин), нистатин, низин и некоторые другие.
Хлортетрациклин (биомицин) при нагревании образует изомер изохлотетрациклин, безвредный для организма человека и обладающий бактериостатическим свойством. Этот антибиотик действует на слизеобразующие микроорганизмы. В пищевой промышленности его используют для обработки мяса и рыбы, транспортируемых на дальние расстояния. Для обработки тресковых рыб используют биомициновый лёд, т.е. лёд, содержащий хлортетрациклин в количестве не более 5 г на 1 т продукта.
Нистатин - антибиотик, действующий на дрожжи и грибы, вызывающие плесневение мяса. В пищевой промышленности для более эффективной обработки мясных туш его обычно применяют в сочетании с хлортетрациклином. Концентрация хлортетрациклина в растворах не должна превышать 100 мг, а концентрация нистатина - 200 мг на 1 л воды.
Низин используется при производстве молочных и плодоовощных консервов. Он представляет собой полипептид, образующийся в процессе метаболизма молочнокислых стрептококков. В состав низина входят различные аминокислоты: метионин, лейцин, валин, лизин, гистидин, пролин, глицин, серин и др. Низин задерживает рост различных стафилококков, стрептококков, клостридий и др. В организме человека низин быстро разрушается, не оказывая отрицательного действия. Важной особенностью низина является его способность уменьшать сопротивляемость спор термоустойчивых бактерий к нагреванию, что позволяет снижать режим стерилизации.
Антибиотиками растительного происхождения являются фитонциды. Из них наиболее применимо для консервирования аллиловое горчичное масло, добываемое из семян горчицы (C3H5N=C=S). Введение этого антибиотика в маринады в количестве 0,002% позволяет сохранять их без пастеризации в течение года при условии герметичной укупорки банки.
Для сохранения качества и увеличения сроков хранения пищевых продуктов применяют озон, обладающий дезинфицирующими и дезодорирующими свойствами. Являясь сильным окислителем, озон подавляет или прекращает развитие бактерий и плесеней, их спор, как на поверхности продукта, так и в воздухе. Эффективность действия озона зависит от концентрации, относительной влажности воздуха, а также от исходной обсеменённости продукта.
Озон рекомендуется использовать для дезинфекции и дезодорации воздуха в холодильных камерах, для дезинфекции транспортных средств, оборудования и тары. Озонирование необходимо проводить высокими концентрациями озона (25-40 мг/м3) в течении 12-48 часов, что позволяет снизить заражённость камер более чем на 90 %. Для обработки мяса, колбас, сыров концентрация озона не должна превышать 10 мг/м3, т.к. более высокое его содержание вызывает ухудшение вида, вкусовых достоинств и пищевой ценности.
Углекислый газ в повышенных концентрациях подавляет или полностью прекращает жизнедеятельность многих микроорганизмов. Эффективность воздействия СО2 на микроорганизмы зависит от его концентрации в атмосфере, температуры воздуха и вида микроорганизмов. Задержка развития плесеней происходит при концентрациях СО2 около 20 %, а при 40-50 % почти полностью прекращается их рост. Бактерии более устойчивы к действию СО2. Некоторые анаэробные гидрообразующие бактерии способны развиваться при 60-80 % СО2. Однако для хранения пищевых продуктов концентрация СО2 не должна превышать 20-22 %, так как более высокое содержание углекислого газа вызывает ухудшение качества продуктов. Целесообразно использовать СО2 в сочетании с охлаждением. В этом случае сроки сохраняемости мяса, рыбы, птицы и колбасных изделий при температуре 0оС и 10-20 % СО2 увеличиваются в 2-3 раза по сравнению с обычным холодильным хранением.
Для достоверной оценки безопасности антимикробных соединений, применяемых в пищевой промышленности, в Московском государственном университете прикладной биотехнологии проведены комплексные исследования по оценке антимикробной активности некоторых препаратов, имеющихся на отечественном рынке. Эти результаты представлены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Результаты определения антимикробной активности
консервантов (цитировано по Л.С. Кузнецовой)
| Наименование консерванта | Тестируемый микроорганизм | Минимальная ингибирующая концентрация консерванта, % | Концентрация консерванта, полностью подавляющая рост микроорганизма, % |
| Сорбат калия | E. coli | 0,30 | 0,76 |
| Torulopsis sp. | 0,25 | 0,45 | |
| Pseudomonas aeruginosa | 0,25 | 0,50 | |
| Lactococcus lactis | 0,05 | 0,30 | |
| Mucor heterosporum | 0,30 | 0,60 | |
| Сорбат натрия | E. coli | 0,20 | 0,60 |
| Mucor heterosporum | 0,35 | 0,60 | |
| Torulopsis sp. | 0,25 | 0,50 | |
| Aspergillus niger | 0,35 | 0,90 | |
| Бензоатнатрия | Penicillium chrysogenum | 0,30 | 0,50 |
| Aspergillus niger | 0,25 | 0,50 | |
| Pseudomonas aeruginosa | 0,35 | 0,80 | |
| Lactococcus lactis | 0,15 | 0,30 | |
| Натриевая соль дегидрацетовой кислоты | E. coli | 0,125 | 0,25 |
| Torulopsis sp. | 0,145 | 0,25 | |
| Penicilliumexpansum | 0,125 | 0,20 | |
| Pseudomonas aeruginosa | 0,115 | 0,25 | |
| Lactococcus lactis | 0,008 | 0,15 | |
| Mucor heterosporum | 0,125 | 0,25 | |
| Aspergillus niger | 0,120 | 0,25 | |
| Pseudomonas aeruginosa | 0,039 | концентрация не определялась | |
| Калиевая соль дегидрацетовой кислоты | E. coli | 0,125 | 0,50 |
| Mucor heterosporum | 0,125 | 0,25 | |
| Aspergillus niger | 0,125 | 0,25 |
Обобщенные результаты экспериментов свидетельствуют о том, что по отношению к вегетативным клеткам исследованных микроорганизмов наибольшее фунгицидное действие оказывают водорастворимые производные дегидрацетовой кислоты.