Резистентность бактериальных спор

Резистентность бактериальных эндоспор к термическому шоку имеет большое практическое значение. Причин их высокой резистентности пока не представлено, 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:

1. Некоторые ферменты стабильны при температуре их выработки, но для инактивации этих ферментов требуются температуры немного большие.

2. Некоторые ферменты инактивируются даже при температуре их выработки случае отсутствия специфических субстратов.

3. Некоторые ферменты и белки являются чрезвычайно термоустойчивыми например, α-амилаза, некоторые протеазы, некоторые ферменты, активирующие аминокислоты, белки бактериальных жгутиков, эстеразы и термолизин.

Ферменты термофилов, которые продуцируются в условиях термофильного роста, проявляют большую терморезистентность, чем фермен­ты мезофилов. Отдельно следует упомянуть об α-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 α-амилазы бактерий G. stearothermophilus был равен 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.

Некоторыми исследователями отмечено, что не существует доказательств того, что микроорганизмы погибают при на­гревании вследствие инактивации белков и других макромолекул, каковое пред­ставление является широко распространенным. 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.

 

14.1.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

14.1.3.1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Было показано, что температуры ниже точки замерзания оказывают губи­тельный эффект на некоторые микроорганизмы. Рассмотрим наиболее характерные последствия воздействия замораживания на некоторые микроорганизмы:

· Наступает смерть клеток при замораживании у отдельных видов.

· Некоторые клетки отмирают в процессе их хранения в замороженном состоянии.

· При хранении пищевых продуктов при температуре около – 2 °С микроорганизмы погибают достаточно быстро. Температураы ниже указанной выше 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 быть стафилококк золотисты и сальмонеллы. Высокой степенью резистентности к отрицательным температура обладают токсиы и споры микроорганизмов.

В эксперименте по изучению эффекта воздействия замораживания некоторых видов бактерий рода Salmonella до – 25,5 °С и выдерживания при этой температуре до 300 суток показано, что число живых клеток снижается, но часть клеток всех испытуемых видов сохранилось.

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

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

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 реакции и приводит к повышению окислительных активностей в клетках. Изменяется значение рН кле­точного вещества от 0,3 до 2,0 единиц рН.

Замораживание вызывает денатурацию большинства клеточных белков.

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

Бактерии, например, вообще не замораживаются, но почти полностью высушиваются.

 

14.1.3.2. СОХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

 

Сохранение продуктов питания при низких температурах осно­вано на су­щественном снижении интенсивности жизнедеятельности микроорганизмов при температурах немного выше точки замерзания и 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.

 

 

14.2. МЕХАНИЗМЫДЕЙСТВИЯ 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 пищевых продуктах.

14.2.1. 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 применяются 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 в форме спрея (воздействие 5 сек), так и 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 как дезинфицирующее средство для птицы, поверхностей красного мяса, морепродуктов, некоторых фруктов и овощей, а также некоторых видов обработанного мяса. Для птицы он используется перед и после охлаждения для целых тушек либо разрубленных на куски. Также он может использоваться для воды или льда. Подкисленный сульфат кальция – родственный препарат.

Электролизуемая оксидированная вода

Электролизуемая оксидированная вода (ЕО) впервые 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 приблизительно 11,4 и окислительно-восстановительный потен­циал (ORP) -795 mV, в то же время продукт на аноде имеет рН приблизительно 2,4–2,6 и ORP приблизительно +1 150 mV. Подкисленная вода содержит неболь­шое количество свободного С12 (10-80 ppm) и хлорноватистую кислоту и более антибактериальна, чем катодная вода. Летальный эффект ЕО воды, по-видимому, обусловлен более экстремальным ORP по отношению к другим факторам, хотя некоторые свидетельства указывают на другие составляющие, например хлорноватистую кислоту. Грамотрицательные бактерии, по-видимо­му, более чувствительны, чем грамположительные.

Из многочисленных исследований стало ясно, что электролизуемая оксидиро­ванная вода демонстрировала эффект уменьшения на 2-5 порядков патогенных микроорганизмов от их первичного содержания в свежих продуктах, ростках бо­бов и т. д. Когда сравнили ее действие против S. typhimurium и L. monocyto­genes за 5- и 15-минутное погружение при 4 °С, содержание S. typhimurium умень­шилось на 5 порядков кислотной водой после 15 дней, в то время как содержание L. monocytogenes уменьшилось на 4 порядка. Кислотная ЕО вода была более эффективна при 25 °С.

При использовании культуральной среды было достигнуто уменьшение на 7-10 порядков содержания смеси 5 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. Вода в этом исследовании имела рН 2,4-2,6, ORP около 1150 и свободный С12 43-86 ррm.

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 способности обра­зовывать внутрикомплексное соединение с Fe²⁺ наряду с НСО₃. 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. Он также ингибирует рост и нейтрализует эн­дотоксины. Он взаимодействует с нуклеи­новыми кислотами и активен против РНК- и ДНК-вирусов,. Он препятствует болезнетворным мик­роорганизмам закрепиться на поверхностях мяса.

Озон (0₃)

Озон – газ с высокой антибактериальной активностью. Он – мощный окислитель, в 1,5 раза более мощный, чем хлор. Он эффективен как в растворе, так и в газообразной форме. Его получают при помо­щи генераторов озона. Не оставляет остатка после реакции, но его антибактери­альная активность блокируется органическими веществами.

Запах озона обнаруживают при концентрации 0,01 ррm. Пороговая величина при длительном воздействии на человека – 0,1 ppm/день/рабочей недели, но для краткосрочного воздействия – 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 использование для красного мяса. Типичная используемая концентрация 0,1-0,5 ррm, которая эффективна против грамположительных и грамотрицательных бактерий, так же как вирусов, и од­ноклеточных простейших микроорганизмов. Использование озона разре­шено в пищевых продуктах в Австралии, Франции и Японии. Он получил статус GRAS в США.

Перекись водорода (Н₂0₂)

Это вещество — слабая кислота, которая формируется до некоторой степени всеми аэробными организмами и ферментативно разрушается каталазой:

Перекись водорода – сильный окислитель. Механизм действия перекиси водорода на микроорганизмы заключается в окислительных свойствах кислорода, образующегося под действием каталазы микробных клеток и клеток тканей. При соче­тании с высокой температурой она ограниченно используется при пастеризации молока и обработке сахара. Используется как стерилизатор для контактирую­щих с пищей поверхностей полиолефинов в стерильных упаковочных системах. Н₂0₂ препятствует образованию спор Bacillus cereus в процессе их развития, однако не оказывает влияния на выход дипиколиновой кислоты.

Хлор и другие вещества

Хлор (С1₂) существует в природе не в свободном состоянии, а чаще всего в од­ной из многих связанных форм, типа хлорида кальция (СаС1₂). Однако, С1₂ –форма, которая необходима для санации, она получается из веществ, таких как хлорит натрия (ClNa0₂), гипохлорит натрия (CINaO), диоксид хлора (С10₂), и других. В некоторой степени он подобен Оз и Н₂0₂, он такой же сильный окис­литель, но не столь сильный, как озон. Однако в отличие от С1₂ и Оз, Н₂0₂ затра­гивает ДНК.

Определение относительной эффективности С1₂ и кальцинированного кальция для сокращения сокращения Е. coli 0157:Н7, S. typhimurium и L. monocytogenes на порядки на поверхности томатов показало, что кальций уменьшил содер­жание более чем на 7 порядков по сравнению с 2-3 порядками в случае примене­ния хлора.

Многочисленные исследования показали, что образующиеся на пищевых по­верхностях и определенных пищевых продуктах биопленки противодействуют большинству, если не всем дезинфицирующим средствам в удалении или разру­шении образующихся в пище болезнетворных микроорганизмов. В детальном исследовании сравнили эффективность ряда дезинфицирующих средств для инактивации L. monocytogenes, и усредненный порядок подавления этого организма в биопленках белка и жира. Стабилизированный диоксид хлора был самым эффективным из четырех дезинфицирующих средств наряду с надуксусной + октановой кислотами и четвертичным соединением аммония.

14.2.2. КОНСЕРВАНТЫ

Бензойная кислота и парабены

Бензоат натрия — натриевая соль бензойной кислоты широко применятся для большого количества пищевых продуктов. Парабены — сложные эфиры пара-гидроксибензойной кислоты используются в качестве консервантов в косметической, фармацевтической и пищевой промышленности благодаря антисептическим и фунгицидным свойствам

Бензойная кислота и парабены угнетают дрожжи, афлатоксинообразующие грибы, подавляет в клетках активность ферментов, ответственных за окислительно-восстановительные реакции, а также липазы и ферментов, расщепляющих крахмал. В небольших дозах они содержатся в яблоках, изюме и клюкве, корице, гвоздике и горчице.

Антибактериальная активность бензоата связана с рН, причем самая большая активность проявляется при низком значении рН. Антибактериальная актив­ность свойственна недиссоциированным молекулам.

Пропионаты

Пропионовая кислота – трехуглеродная органическая кислота СН₃СН₂СООН. Пропионовую кислоту используют в хлебопечении, сыроварении и производстве других продуктов для подавления грибов. Пропионовая кислота используется также как ингибитор в тесте.

Сорбиновая кислота

Сорбиновую кислотю применяют как пищевой консервант в виде солей в дозе не более 0,2%. Как и бензоат натрия, она эффективна в кислых пищевых продуктах. Как липофильные кислоты, сорбат, бензоат и пропионат подавляют метаболизм микробных клеток по механизму включения протонодвигательных силы.

Диоксид

Кроме диоксида серы используют натриевую и калиевую соли сульфита, бисульфита и метабисульфита. Диоксидом серы консервируют сухофрукты, лимонный сок, патоку, вина, соки и другие продукты. Вносят раствор диоксида серы или сухое вещество. Первоначально использовался как пищевой консервант, начиная с древних времен. Его не используют для консервирования мяса и других продуктов, содержащих тиамин. S0₂ также используется как антиоксидант.

Хотя механизм действия S0₂ неизвестен, предлагались несколько вариантов, каждый из которых подтвержден экспериментальными данными. Одним из предположений является то, что недиссоциированная сернистая кислота или молекулярный S0₂ ответственны за антибактериальную деятельность. В пользу этого предположения говорит факт большей эффективности при низком рН. Было предложено понизить рН определенных пищевых продуктов добавлением кислоты с целью получения большей степени сохранности при использовании S02. Было предложено, что антибактериальное действие обу­словлено сильной восстановительной способностью, которая позволяет этим соединениям уменьшать парциальное давление кислорода до значения, ниже которого не могут расти аэробные организмы или из-за прямого воздействия на определенную ферментативную систему. S0₂, как считают, 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 рН среды, рН < 3,0 способствует образованию S02, рН 3,0-5,0 — HSO3 и рН > 6,0 — SO3 [144]. S0₂ имеет рН 1,76 и 7,2. Сульфиты взаимодействуют с различными ве­ществами пищи, включая нуклеотиды, сахар, дисульфидные связи и другие.

В отношении воздействия на микроорганизмы S0₂ бактериостатичен против Acetobacter spp. и молочнокислых бактерий при низком рН, при концентрации 100-200 ppm эффективен в фруктовых соках и напитках. Самыми чувствительными бактериями были восемь серовариантов сальмонелл, которые были ингибированы 15-109 ppm при рН 7,0; самыми устойчивыми были Serratia liquefaciens, S. marcescens и Hafnia alvei, требующими 185-270 ppm свободного S0₂ в бульоне.

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

Нитриты и нитраты

Нитрат натрия (NaNОз) и нитрит натрия (NaN0₂) используются для различных видов мяса, так как они стабилизируют красный цвет мяса, ингибируют некото­рые виды порчи и болезнетворные микроорганизмы, а также влияют на аромат.

Несмотря на то что микроорганизмом, имеющим особую чувствительность к нитритному ингибированию, является С. botulinum, состав был 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 значительно более высокое со­держание.

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

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 клостридии, 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 десять 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 десять 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 Н₂0 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 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 отсутствии 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% или меньшей концен­трацией NaCl, тогда как некоторые плесневые грибы переносят и более высокую концентрацию. Организмы, которые могут расти в присутствии соли и требуют высокую концентрацию соли, известны как галофилы; те, которые могут проти­востоять, но не растут при высоких концентрациях, упоминаются как галотолерантные.

По существу сахар, такой как сахароза, проявляет консервирующий эффект так же, как и соль. Одно из главных отличий находится в относительных концен­трациях. Сахарозы требуется приблизительно в шесть раз больше, чем NaCl, чтобы достичь ту же степень ингибирования.

 

Рис. 14.1. Действие некоторых консервантов на развитие бактериальной клетки (по Gould, 1998).

 

14.2.3. АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ ПРЕПАРАТЫ

НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Антиоксиданты

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- E321 и TBHQ - добавка E319 ингибируют грамположительные и грамотрицательные бактерии, так же как дрожжи и плесневые грибы при концентрациях в пределах 10-1000 ррm, в зависимости от субстрата. ВНА был 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) были менее эффективны в свинине, чем в культуральной среде [65]. Используя 16 грамотрицательных и 8 грамположительных видов бактерий в культуральной среде обнаружиено, что грамположительные были более восприимчивыми, чем грамотрицательные к ВНА, ВНТ, TBHQ и PG.

Специи и эфирные масла

Механизмы, которыми специи ингибируют микроорганизмы, неясны, и можно предположить, что они отличны для несвязанных друг с другом групп специй. То, что механизмы при использовании орегана, розмарина, шалфея и тимьяна могут быть сходными, основывается на том факте, что резистентность некоторых молочнокислых бактерии к одной специи сопровождалась 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; орега-ном; 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 E. coli, M. pneumoniae, Staph. aureus, C. albicans, L. monocytogenes, S. cerevisiae, A. fumigates, B. subtilis являются внутренние структуры клетки. При воздействии эфирных масел на микроорганизмы происходит образование нитевидных форм длиной до 25 мкм, округлых форм, нарушение целостности ЦПМ, формирование многослойных мезоподобных структур, повреждение клеточной мембраны. Отмечено нарушения некоторых функций микробных клеток: утечка калия, истощение внутриклеточной АТФ, изменение мембранной проницаемости, полная ингибиция клеточного деления. У подвергнутых действию эфирных масел микроорганизмов происходило изменение метаболизма, окислительного фосфорилирования, разрушение целостности клеток, регистрировалась деградация ЦПМ.

Этаноловый экстракт из 33 специй протестирован на бульоне по отношению к С. botulinum и показано, что экстракт шелухи мус­катного ореха дал MIC 31 ррm и был самым эффективным при 33 ррm. Следую­щими по эффективности были мускатный орех, лавровый лист, белый и черный перец с MIC 125 ppm. Используя масло орегана, тимьяна и сассафраса, обнаружено, что 100 ppm были эффективны по отношению к V. раrаhaemolyticus 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 их присутствие в пищевых продуктах возникает 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 грамотрицательных 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 дней, на засеянной питательной среде ничего не выросло. Та же концентрация уксусной кислоты уменьшала со­держание Е. coli 0157:Н7 на 6 порядков через 1 мин.

Когда два раз­ных вида сальмонеллы были добавлены в масляно-уксусную заправку салата, величина начальной инокуляции составила5 xl06; S. enteritidis не были обнару­жены после 5 мин, S. typhimurium не был обнаружен после 10 мин.

14.2.4. АНТИБИОТИКИ

Антибиотики – вторичные метаболиты, продуцируемые микроор­ганизмами, ингибирующие или приводящие к гибели широкий спектр 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 не популярна среди потребителей. Некоторые риски могут ожидаться от использования любой добавки к пище, но риски не должны превышать выгоду. Общее представление в том, что выгода, которая будет получена при использовании антибио­тиков в пищевых продуктах, не перевешивает риски.

Требования к применению антибиотиков в качестве консервантов представлены ниже:

1) антибиотический агент должен убивать, а не ингибировать микрофлору, и должен идеально разлагаться в обрабатываемом продукте или разрушаться при приготовлении продуктов, которые требуют тепловой обработки;

2) антибиотик не должен инактивироваться компонентами пищи или продукта­ми микробного метаболизма;

3) антибиотик не должен стимулировать появление устойчивых штаммов;

4) антибиотик не должен использоваться в пищевых продуктах, если он уже ис­пользуется терапевтически или как кормовая добавка.

Монетин

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

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

Тетрациклины

Хлортетрациклин (СТС) и окситетрациклин (ОТС) были одобрены FDA в 1955 и 1956 гг., соответственно, 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 дней и изменению биоты порчи с грамотрицательных бактерий на дрожжи и грибы. При комбинировании СТС с сорбатом для замедления порчи рыбы данный со­став был эффективен в течение 14 дней. Свежее филе, опущенное в 5 ppm СТС и 1% раствор сорбата, показало значительно более низкую обсемененность (в АПК) на поверхности после хранения в вакуумной упаковке при 2 °С в тече­ние 14 дней, чем контрольные образцы.

Тетрациклины чувствительны к высокотемпературным и неустойчивым условиям хранения пищевых продуктов, и эти факторы были важны для их ис­пользования в пищевых продуктах. Они используются для лечения болезней людей и животных, а также в пищевых добавках в США. Риски, связанные 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 в консервах при концентрации 5-20 ppm, предотвращая прорастание эндо­спор, действуя с точки зрения механизма действия 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 другие. Он обладает большим 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 дней 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.

14.2.5. ПРОТИВОГРИБКОВЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ФРУКТОВ

Перечисленные в табл. 14.2. вещества применяются для обработки фруктов по­сле сбора урожая для контролирования роста грибов. Беномил применяется од­нородно на всей поверхности фруктов. Он применяется 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. Он более эффективен, чем тиабендазол, и проникает более легко. И беномил, и тиа-бендазол эффективны при контролировании сухой гнили, вызванной Fusarium spp. Для предотвращения распространения Botrytis на винограде используется SO2 для долгосрочного хранения. Типичная начальная обработка состоит из 20-минут­ного применения 1%-го раствора и приблизительно 0,25% при последующих обра­ботках (использование SO2 в других пищевых продуктах обсуждено выше).

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

Таблица 14.2. Некоторые химические вещества, применяемые для контроля грибной порчи свежих фруктов (Eckert, J.W., 1979)

Вещество	Фрукт
Тиабендазол	Яблоки, груши, цитрусовые фрукты, ананас
Беномил	Яблоки, груши, бананы, цитрусовые фрукты, манго, папайя, персики, вишня, ананас
Дифенил	Цитрусовые фрукты
ЗОг-обеззараживание	Виноград
α-фенилфенолят натрия	Яблоки, груши, цитрусовые фрукты, ананас

 

Оксиды этилена и пропилена

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

Оксиды существуют в природе как газы и используются как фумиганты в пи­щевой промышленности. Применяются для сухих плодов, орехов, специй и т. д, прежде всего как противогрибковые составы.

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 ингибированию метаболические процессы. Представ­ляется, что этиленоксид влияет на эндоспоры С. botulinum путем алкилирования гуанина и аденина.

Этиленоксид используется как газообразный стерилизатор для гибких и по­лужестких контейнеров для асептической упаковки обработанных пищевых продуктов. Весь газ рассеивается из контейн