Биоконсервация
Биоконсервация — это использование естественной или контролируемой микробиоты или противомикробных препаратов как способ сохранения продуктов питания и продления срока их хранения . [1] Биоконсервация пищевых продуктов, особенно с использованием молочнокислых бактерий (МКБ), которые подавляют микробы, вызывающие порчу пищевых продуктов, практиковалась с раннего возраста, сначала неосознанно, но со временем имея все более прочную научную основу. [2] Полезные бактерии или продукты ферментации , производимые этими бактериями, используются в биоконсервации для контроля порчи и обезвреживания патогенов в пищевых продуктах. [3] Существуют различные способы действия, посредством которых микроорганизмы могут препятствовать росту других, например, выработка органических кислот, что приводит к снижению pH и антимикробной активности недиссоциированных молекул кислоты, широкого спектра небольших ингибирующих молекул, включая водород. перекись и т.д. [2] Это щадящий экологический подход, который привлекает все больше внимания. [1]
Биоконсерванты и способы действия.
[ редактировать ]Молочнокислые бактерии
[ редактировать ]Особый интерес представляют молочнокислые бактерии (МКБ). Молочнокислые бактерии обладают антагонистическими свойствами, что делает их особенно полезными в качестве биоконсервантов. Когда МКБ конкурируют за питательные вещества, их метаболиты часто включают активные противомикробные препараты, такие как молочная и уксусная кислоты, перекись водорода и пептидные бактериоцины . Некоторые молочнокислые бактерии производят противомикробный низин , который является особенно эффективным консервантом. [4] [5]
В настоящее время бактериоцины LAB используются как неотъемлемая часть барьерной технологии . Их использование в сочетании с другими методами консервирования может эффективно контролировать бактерии, вызывающие порчу, и другие патогены, а также подавлять активность широкого спектра микроорганизмов, включая устойчивые по своей природе грамотрицательные бактерии ». [1] Молочнокислые бактерии и пропионибактерии были тщательно изучены на предмет их эффективности против порчи продуктов, вызывающей дрожжи и плесень. [6]
Дрожжи
[ редактировать ]Сообщалось, что помимо молочнокислых бактерий дрожжи также обладают биоконсервирующим эффектом из-за их антагонистической активности, основанной на конкуренции за питательные вещества, выработке и толерантности к высоким концентрациям этанола, а также синтезе большого класса противомикробных соединений. проявляет широкий спектр активности против микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов, а также против патогенов растений, животных и человека. [11]
Бактерия/дрожжи, подходящие для использования в качестве биоконсерванта, не обязательно должны ферментировать пищу. Однако, если условия подходят для роста микробов, то бактерия-биоконсервант будет хорошо конкурировать за питательные вещества с бактериями, вызывающими порчу и патогенными микроорганизмами в пище. В качестве продукта своего метаболизма он должен также производить кислоты и другие противомикробные вещества, в частности бактериоцины. Биоконсервирующие бактерии, например молочнокислые бактерии, должны быть безвредны для человека. [3]
Бактериофаги
[ редактировать ]Бактериофаги (по-гречески «пожиратели бактерий») или просто фаги — это вирусы, которые заражают бактерии. [12] Большинство всех известных бактериофагов имеют двухцепочечный ДНК-геном внутри капсида вириона и относятся к отряду хвостатых фагов Caudovirales. Хвостатые фаги можно разделить на три семейства: Podoviridae, для которых характерны очень короткие хвосты; Myoviridae, у которых более длинные, прямые и сокращающиеся хвосты; и Siphoviridae, которых можно идентифицировать по длинным и гибким хвостам. Другая хорошо изученная группа фагов, имеющая множество применений, хотя и незначительная с точки зрения видового разнообразия, представлена нитчатыми фагами, которые имеют одноцепочечный геном ДНК, декорированный спиральным белковым слоем, окружающим молекулу ДНК. [12] Бактериофаги широко распространены в природе, а также могут быть выделены из микрофлоры человека или животных. Они превосходят по численности свои бактериальные виды-хозяева в десять раз, представляя собой самые многочисленные самовоспроизводящиеся организмы на Земле, насчитывающие в общей сложности 1031 фаг. [13] Идея использования фагов против нежелательных бактерий возникла вскоре после их открытия. С развитием органической химии в 1950-х годах исследование и разработка антибиотиков широкого спектра действия вытеснили интерес к исследованиям бактериофагов. Несколько лабораторий проверяли пригодность изолятов бактериофагов для борьбы с некоторыми бактериальными патогенами. Значительные успехи в этих исследованиях были достигнуты в Институте бактериофагов в Тбилиси, Грузия, где фаговая терапия регулярно применяется в области медицинских исследований. Сегодня лечение бактерий, устойчивых к антибиотикам, представляет собой сложную задачу. В последнее время исследования бактериофагов получили дополнительный импульс в связи с выявлением антибиотикорезистентных возбудителей инфекционных заболеваний, при которых применение антибиотиков неэффективно, поэтому исследования по применению бактериофагов активно рассматриваются. [12] Недавно в США бактериофаги получили общепризнанный статус безопасных из-за отсутствия токсичности и других вредных воздействий на здоровье человека для применения в мясных продуктах. [14]
Препараты фагов, специфичные для серотипов L. monocytogenes, E. coli O157:H7 и S. enterica, поступили в продажу и одобрены для применения в пищевых продуктах или в рамках протоколов обеззараживания поверхностей. [14]
Биоконсервация мяса
[ редактировать ]В мясопереработке широко изучается биоконсервация ферментированных мясных продуктов и готовых к употреблению мясных продуктов. [15] [16] [17] Использование нативной или искусственно введенной микробной популяции для улучшения здоровья и продуктивности животных и/или уменьшения количества патогенных организмов получило название пробиотического или конкурентного подхода к улучшению. [18] Разработанные стратегии повышения конкурентоспособности включают конкурентное исключение, добавление микробной добавки (пробиотика), улучшающей здоровье желудочно-кишечного тракта, и добавление ограничивающего, не усваиваемого хозяином питательного вещества (пребиотика), которое обеспечивает существующую (или введенную) комменсальную микробную популяцию конкурентоспособной. преимущество в желудочно-кишечном тракте. [16] Каждый из этих подходов использует деятельность местной микробной экосистемы против патогенов, извлекая выгоду из естественной микробной конкуренции. Вообще говоря, стратегии повышения конкурентоспособности предлагают естественный «зеленый» метод снижения количества патогенов в кишечнике животных, употребляемых в пищу. [16]
Биоконсервация морепродуктов
[ редактировать ]Продукты рыболовства являются источником широкого спектра ценных питательных веществ, таких как белки, витамины, минералы, жирные кислоты омега-3, таурин и т. д. Однако продукты рыболовства также связаны с интоксикацией и заражением человека. Примерно от 10 до 20% болезней пищевого происхождения связаны с употреблением рыбы. [19] Изменение потребительского спроса привело к снижению привлекательности традиционных процессов обработки морепродуктов (например, засолки, копчения и консервирования) по сравнению с мягкими технологиями, предполагающими более низкое содержание соли, более низкую температуру приготовления и вакуумную упаковку (VP)/упаковку в модифицированной атмосфере (MAP). Эти продукты, разработанные как рыбные продукты легкой консервации (LPFP), обычно производятся из свежих морепродуктов, и дальнейшая обработка увеличивает риск перекрестного загрязнения. [19] Этих более мягких обработок обычно недостаточно для уничтожения микроорганизмов, и в некоторых случаях в течение длительного срока хранения LPFP могут развиваться психотолерантные патогенные бактерии и бактерии, вызывающие порчу. Многие из этих продуктов также едят сырыми, поэтому сведение к минимуму присутствия и предотвращение роста микроорганизмов имеет важное значение для качества и безопасности пищевых продуктов. [19] Микробиологическая безопасность и стабильность пищевых продуктов основаны на применении консервирующих факторов, называемых барьерами. [20] Нежная текстура и вкус морепродуктов очень чувствительны к технологиям обеззараживания, таким как приготовление пищи, а также к более современным мягким технологиям, таким как импульсный свет, высокое давление, озон и ультразвук. Химические консерванты, которые представляют собой не процессы, а ингредиенты, не пользуются популярностью у потребителей из-за спроса на натуральные консерванты. Альтернативное решение, привлекающее все больше внимания, — это технология биоконсервации. [20] [21] [22] При переработке рыбы биоконсервация достигается за счет добавления противомикробных препаратов или повышения кислотности рыбных мышц. Большинство бактерий перестают размножаться, когда pH меньше 4,5. [19] Традиционно кислотность повышали путем ферментации , маринования или путем непосредственного добавления в пищевые продукты уксусной, лимонной или молочной кислоты. Другие консерванты включают нитриты , сульфиты , сорбаты , бензоаты и эфирные масла . [4] Основная причина менее документированных исследований по применению защитных микроорганизмов, бактериофагов или бактериоцинов на морепродуктах для биоконсервации по сравнению с молочными или мясными продуктами, вероятно, заключается в том, что ранние стадии биоконсервации происходят в основном в ферментированных пищевых продуктах, которые не так развиты среди морепродуктов. [19] Выбор потенциальных защитных бактерий в морепродуктах является сложной задачей в связи с тем, что они нуждаются в адаптации к матрице морепродуктов (бедны сахаром и их метаболическая активность не должна изменять исходные характеристики продукта, т.е. за счет подкисления, и не вызывать порчу, которая может привести к сенсорному отторжению. [19] Среди микробиоты, обнаруженной в свежих или обработанных морепродуктах, LAB остается категорией, которая предлагает самый высокий потенциал для прямого применения в качестве биозащитной культуры или для производства бактериоцинов. [19]
Коммерческие приложения и продукты
[ редактировать ]Во всем мире успешно внедряются различные препараты фагов. Были разработаны различные способы применения/доставки в пищу. Бактериофаги и их эндолизины могут быть включены в пищевые системы несколькими способами, такими как распыление, погружение или иммобилизация, отдельно или в сочетании с другими препятствиями. [23] Фаговый препарат LMP-1O2 впоследствии был коммерциализирован под названием «ListShield» Intralyx, Inc. Показано, что он эффективен против 170 различных штаммов « L. monocytogenes », значительно снижая (от 10 до 1000 раз) зараженность листериями при распылении на готовые к употреблению продукты, не изменяя при этом общий состав, вкус и запах продуктов. или цвет. [14] Компания Intralytix также коммерциализирует противомикробные препараты на основе фагов, такие как SalmoFresh и SalmoLyse, для борьбы с S. enterica . [24] SalmoFresh приготовлен из смеси встречающихся в природе литических бактериофагов, которые избирательно и специфически убивают сальмонеллы, включая штаммы, принадлежащие к наиболее распространенным/высокопатогенным серотипам Typhimurium, Enteritidis, Heidelberg, Newport, Hadar, Kentucky и Thompson. По словам производителя, SalmoFresh специально разработан для обработки продуктов питания, подверженных высокому риску заражения сальмонеллой . В частности, красное мясо и птицу можно обрабатывать перед измельчением для значительного снижения заражения сальмонеллой. SalmoLyse — это измененный состав фагового коктейля, полученный на основе SalmoFresh, в котором заменены два из шести фагов исходного коктейля. [24] Были разработаны и рекомендованы дополнительные препараты бактериофагов для снижения микробной нагрузки на животных перед убоем, и они коммерчески доступны от Omnilytics, например, линия продуктов BacWash против Salmonella Omnilytics . Другое коммерческое применение было разработано компанией Micreos в Нидерландах, Listex_ P100, и FDA и USDA предоставили ему общепризнанный статус безопасного (GRAS) для использования во всех пищевых продуктах. [23]
Еще одним важным коммерческим применением бактериофагов является ELICOSALI, широкий спектр коктейлей фагов против сальмонеллы и кишечной палочки , для обработки сельскохозяйственной продукции, разработанный Институтом Элиавы в Тбилиси, Республика Грузия . Институт Элиавы . [14]
Безопасность
[ редактировать ]Биоконсервация разумно использует антимикробный потенциал встречающихся в природе микроорганизмов в пищевых продуктах и/или их метаболитов с длительной историей безопасного использования. Бактериоцины, бактериофаги и ферменты, кодируемые бактериофагами, подпадают под эту теорию. Давняя и традиционная роль молочнокислых бактерий в ферментации пищевых продуктов и кормов является основным фактором, связанным с использованием бактериоцинов в биоконсервации. Молочнокислые бактерии и их бактериоцины использовались непреднамеренно на протяжении веков, что свидетельствует о долгой истории их безопасного использования. Их антимикробный спектр ингибирования, бактерицидный механизм действия, относительная толерантность к условиям обработки (pH, NaCl, термическая обработка) и отсутствие токсичности по отношению к эукариотическим клеткам усиливают их роль в качестве биоконсервантов в пищевых продуктах. [25] Оценка любых новых противомикробных активных веществ в мясе проводится Министерством сельского хозяйства США, которое опирается на оценку GRAS, проведенную FDA, среди других данных о пригодности.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Анану С., Македа М., Мартинес-Буэно М. и Вальдивия Э. (2007) «Биоконсервация, экологический подход к повышению безопасности и срока годности пищевых продуктов». Архивировано 26 июля 2011 г. в Wayback Machine. Автор: А. Мендес-Вилас. (Ред.) Распространение текущих исследований, образовательных тем и тенденций в области прикладной микробиологии , Formatex. ISBN 978-84-611-9423-0 .
- ^ Перейти обратно: а б Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 1. Определение новых защитных культур и культурных компонентов для биоконсервации пищевых продуктов. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009273P1/protective-culturals-antimicrobial/identifying-new-protective
- ^ Перейти обратно: а б Юсеф А.Е. и Кэролин Карлстром С. (2003) Пищевая микробиология: лабораторное руководство Wiley, стр. 226. ISBN 978-0-471-39105-0 .
- ^ Перейти обратно: а б ФАО: Технологии сохранения, Департамент рыболовства и аквакультуры, Рим. Обновлено 27 мая 2005 г. Проверено 14 марта 2011 г.
- ^ Альсамора, Стелла; Тапиа, Мария Соледад; Лопес-Мало, Аурелио (2000). Минимально обработанные фрукты и овощи: фундаментальные аспекты и применение . Спрингер. п. 266. ИСБН 978-0-8342-1672-3 .
- ^ Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 2. Противогрибковые молочнокислые бактерии и пропионибактерии для биоконсервации пищевых продуктов. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009274A1/protective-culturals-antimicrobial/antifungal-lactic-acid .
- ^ Адамс, Мартин Р., Морис О. Мосс и Питер МакКлюр. Пищевая микробиология. 4-е изд. Np: Королевское химическое общество, 2014. Печать.
- ^ «Молочнокислые бактерии - их использование в пище». ЮФИК. Европейский совет по продовольственной информации, январь 2016 г. Интернет. 26 ноября 2016 г.
- ^ Пэриш, Микки. «Как соль и сахар предотвращают микробную порчу?» Научный американец. , 17 февраля 2006 г. Интернет. 27 ноября 2016 г.
- ^ Сумро, Айджаз Хусейн, Тарик Масуд и Анваар Киран. «Роль молочнокислых бактерий (LAB) в сохранении пищевых продуктов и здоровье человека – обзор». Исследовательские ворота. Азиатская сеть научной информации, январь 2002 г. Интернет. 27 ноября 2016 г.
- ^ Мучилли, С.; Рестучча, К. (2015). «Биозащитная роль дрожжей» . Микроорганизмы . 3 (4): 588–611. дои : 10.3390/микроорганизмы3040588 . ПМК 5023263 . ПМИД 27682107 .
- ^ Перейти обратно: а б с Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 6. Бактериофаги и безопасность пищевых продуктов. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009277EL/protective-culturals-antimicrobial/bacteriophages-food-safety .
- ^ БРУССОУ Х. и КАТТЕР Э. (2005). «Экология фага». Каттер Э. и Сулаквелидзе А (ред.) Бактериофаги – биология и применение, Нью-Йорк, CRC Press, 13–1 стр.
- ^ Перейти обратно: а б с д Перес Пулидо, Рубен; Гранде Бургос, Мария Хосе; Гальвес, Антонио; Лукас Лопес, Росарио (2015). «Применение бактериофагов в послеуборочной борьбе с патогенными для человека и портящими продукты бактериями» . Критические обзоры по биотехнологии . 36 (5): 1–11. дои : 10.3109/07388551.2015.1049935 . ISSN 0738-8551 . ПМИД 26042353 . S2CID 20081805 .
- ^ Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 7. Использование антимикробных культур, бактериоцинов и бактериофагов для снижения носительства пищевых бактериальных патогенов в птицеводстве. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009277U3/protective-culturals-antimicrobial/using-antimicrobial-culturals .
- ^ Перейти обратно: а б с Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 8. Использование противомикробных культур, бактериоцинов и бактериофагов для снижения носительства патогенов пищевого происхождения у крупного рогатого скота и свиней. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009278K1/protective-culturals-antimicrobial/using-antimicrobial-culturals-2 .
- ^ Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 12. Применение защитных культур, бактериоцинов и бактериофагов в ферментированных мясных продуктах. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00927AP3/protective-culturals-antimicrobial/applications-protective-4.
- ^ Фуллер, Р. (1989). «Пробиотики у человека и животных» . Журнал прикладной бактериологии . 66 (5): 365–378. дои : 10.1111/j.1365-2672.1989.tb05105.x . ПМИД 2666378 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 13. Применение защитных культур, бактериоцинов и бактериофагов в свежих морепродуктах и продуктах из морепродуктов. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00927B0C/protective-culturals-antimicrobial/applications-protective-2.
- ^ Перейти обратно: а б РОДЖЕРС (2001), «Сохранение неферментированных охлажденных продуктов с помощью микробных культур: обзор», Trends in Food Science and Technology 12,276-284.
- ^ DORTU c и THONART P (2009), «Бактериоцины из молочнокислых бактерий: интерес к биоконсервации пищевых продуктов», Biotechnol Agron Soc Environ 13, 143-154.
- ^ КАЛО-МАТА П., АРЛИНДОС С., БЁМЕ К., ДЕ МИГЕЛЬ Т., ПАСКОАЛЬ А. и БАРРОСВЕЛАСКЕС Дж. (2008), «Текущие применения и будущие тенденции молочнокислых бактерий и их бактериоцинов для биоконсервации пищевых продуктов из водных организмов», «Технологии пищевых и биопроцессов». 1,43-63.
- ^ Перейти обратно: а б Хагенс, С; Лесснер, MJ (2010). «Бактериофаг для биоконтроля патогенов пищевого происхождения: расчеты и соображения». Карр Фарм Биотехнология . 11 (1): 58–68. дои : 10.2174/138920110790725429 . ПМИД 20214608 . S2CID 11806178 .
- ^ Перейти обратно: а б Вулстон, Дж; Паркс, Арканзас; Абуладзе, Т; и др. (2013). «Бактериофаги, литические для сальмонеллы, быстро уменьшают заражение сальмонеллой на поверхностях из стекла и нержавеющей стали» . Бактериофаг . 3 (3): e25697. дои : 10.4161/bact.25697 . ПМЦ 3821689 . ПМИД 24228226 .
- ^ Гарсиа, Пилар; Родригес, Лорена; Родригес, Ана; Мартинес, Беатрис (2010). «Биоконсервация пищевых продуктов: многообещающие стратегии с использованием бактериоцинов, бактериофагов и эндолизинов». Тенденции в пищевой науке и технологиях . 21 (8): 373–382. дои : 10.1016/j.tifs.2010.04.010 . hdl : 10261/51440 .
