Mikrobiologiczne metody konserwowania żywności
Konserwacja żywności to różne sposoby przetwarzania i przechowywania żywności, których celem jest wydłużenie jej trwałości.
Głównym czynnikiem powodującym psucie się żywności są mikroorganizmy, zabiegi konserwacyjne mają więc na celu zwykle zabicie mikroorganizmów występujących w żywności i taką zmianę właściwości chemicznych żywności, która ograniczyła by ich przyszły rozwój.
Do technik konserwacji żywności należą:
obróbka cieplna - powoduje zabicie mikroorganizmów, z wyjątkiem tych tworzących przetrwalniki, jednak po ochłodzeniu może nastąpić ponowna infekcja. Przy okazji obróbki cieplnej może też następować suszenie.
suszenie - woda jest potrzebna do życia, jej brak ogranicza rozwój mikroorganizmów w pożywieniu
chłodzenie lub mrożenie - czynności życiowe bakterii są zahamowane w niższych temperaturach. Współcześnie lodówki znajdują się prawie w każdym domu.
zakwaszanie - w kwaśnym środowisku mogą żyć tylko gatunki bakterii które są bezpieczne dla ludzi, gdyż pH organizmu ludzkiego jest dla nich zbyt wysokie. Przykładem polskiej żywności konserwowanej w ten sposób jest kiszona kapusta.
solenie - dodanie dużej ilości soli zwiększa ciśnienie osmotyczne do tego stopnia, że większość mikroorganizmów nie może w takim środowisku przeżyć. Solono głównie mięso.
alkohol - alkohol etylowy o wysokim stężenie jest silną trucizną dla bakterii. Przed spożyciem tak zakonserwowanej żywności należy obniżyć jego stężenie, np. podając z jakąś potrawą bezalkoholową (np. mięso zakonserwowane w ten sposób ze świeżo gotowanym ryżem i warzywami) lub dodając wody.
ocet
olej
pasteryzacja - zabija wszystkie mikroorganizmy, włącznie z tworzącymi przetrwalniki.
hermetyczne zamknięcie - jeśli w żywności nie ma mikroorganizmów, wystarczy ją zamknąć w sposób który uniemożliwi mikroorganizmom z zewnątrz dostanie się do środka. Zwykle następuje po pasteryzacji.
Mikrobiologiczne metody konserwowania żywności.
Działanie środków konserwujących w zależności od dawki, może być kolejno: obojętne, pobudzające, hamujące i przy największej dawce zabójcze.
Działanie środka konserwującego na komórki drobnoustrojów w czasie można podzielić na następujące fazy:
nagromadzenie się środka czynnego na powierzchni komórek,
reakcję chemiczną z określonym elementem morfologicznym lub molekularnym,
przerywanie się normalnych funkcji komórki w następstwie powyższych reakcji,
stopniowe lub natychmiastowe zakłócenia wzrostu lub działalności drobnoustrojów.
Wydaje się oczywiste, że etapowość w oddziaływaniu środka konserwującego ujawni się tym szybciej i tym wyraźniej, im większa jest jego dawka. W stosunku do organizmu ludzkiego dawka konserwanta wnoszona z pożywieniem, biorąc pod uwagę wielkość tego organizmu i ilość zawartych w nim komórek, jest zwykle poniżej wartości progowej i nie powinna działać szkodliwie.
W terminologii środków konserwujących, działających przeciw drobnoustrojom spotyka się nazwy:
germicydy - na określenie substancji działających zabójczo na wszystkie mikroorganizmy,
bakteriocydy - środki niszczące bakterie,
antyseptyki - środki przeciw gnilne działające hamująco lub zabójczo na drobnoustroje,
środki dezynfekujące - substancje wyjaławiające środowisko,
wirusocydy - środki niszczące wirusy,
fungicydy - środki niszczące grzyby itp.
Spośród tysięcy znanych środków chemicznych o działaniu abiotycznym, do konserwowania żywności są używane tylko nieliczne substancje, które w dopuszczalnych dawkach w sposób ogólny lub wybiórczy uniemożliwiają rozwój drobnoustrojów, nie zmieniając jednocześnie cech organoleptycznych i fizycznych żywności i nie oddziałując szkodliwie na człowieka. Wśród substancji dozwolonych do konserwowania żywności znaczną liczbę stanowią kwasy. Należy zwrócić uwagę, że działanie konserwujące kwasów zależy od rozpuszczalności i obecności niezdysocjowanych cząsteczek, a więc od wartości pH środowiska. Spełniają one rolę konserwującą tylko w produktach spożywczych kwaśnych (o wartości pH poniżej 6) z zastrzeżeniem, że w doborze tych związków uwzględniono ich specyficzne działanie w stosunku do różnych drobnoustrojów.
Bezwodnik kwasu siarkawego i sole tego kwasu. Dwutlenek siarki SO2 jest jednym z najdawniejszych i najwszechstronniejszych środków konserwujących. W wodzie przechodzi on w kwas siarkowy (IV).
Kwas siarkowy hamuje głównie rozwój bakterii, a w mniejszym stopniu rozwój pleśni.
Kwas siarkowy (IV) stosuje się do utrwalania żywności zwykle w dawkach 0,03-0,1%, w większych dawkach 0,1-0,2% dodaje się go jedynie do półproduktów. Kwas siarkowy działa jako przeciwutleniacz, zabezpiecza np. przed utlenianiem się kwasu askorbinowego lub witaminy A, natomiast niszczy witaminę B1.
Kwas benzoesowy i jego sól sodowa. Kwas benzoesowy C6H5COOH (drobnokrystaliczny lekki proszek) jest słabo rozpuszczalny w wodzie w przeciwieństwie do jego soli, np. sodowej, prawie nieograniczenie rozpuszczalnej, dlatego zwykle stosowanej w praktyce. W dawkach do 0,1% w środowisku kwaśnym (pH 2,0-4,5) wykazuje wyraźne działanie hamujące w stosunku do drożdży, pleśni i wielu gatunków bakterii, przy czym bakterie mlekowe są mało wrażliwe na kwas benzoesowy. Toksyczność kwasu benzoesowego w stosunku do człowieka jest nieźle poznana i wyraźniejsze objawy zatrucia ( bóle głowy, wymioty) obserwowano jedynie przy bardzo dużych dawkach, np. 40 g jednorazowo.
Estry kwasu p-hydroksybenzoesowego (parabeny). Ester etylowy i ester propylowy kwasu 4-hydroksybenzoesowego, w porównaniu z kwasem benzoesowym i innymi kwasami, hamują rozwój drobnoustrojów także w środowisku obojętnym i zasadowym (do pH 9,5). Przepisy krajowe zezwalają na stosowanie tych estrów w dawce 0,1-0,2%, chociaż w środowisku kwaśnym wystarcza zwykle niższa dawka (0,05-0,075%).
Właściwości fizyczne i mechanizm działania estrów jak również kwasu p-hydroksybenzoesowego, są zbliżone do kwasu benzoesowego.
Kwas mrówkowy i jego sole - sodowa i wapniowa. Kwas mrówkowy HCOOH stosuje się do przejściowego konserwowania tzw. surowych soków owocowych w dawce do 0,15%, która np. w środowiskach podatnych na rozwój fermentacji mlekowej prawie nie zapobiega tej fermentacji, podobnie jak kwas benzoesowy.
Kwas mrówkowy jest nieograniczenie rozpuszczalny w wodzie, o ostrym zapachu. Drożdże, a szczególnie pleśnie są łatwo hamowane w rozwoju przez kwas mrówkowy. Do konserwowania soków owocowych wysoko słodzonych dopuszczona dawka kwasu mrówkowego lub jego soli jest mniejsza (0,07%), a do żelatyny i podpuszczki w płynie jeszcze mniejsze (0,03%).
Kwas sorbowy oraz jego sole - potasowa, sodowa i wapniowa. Kwas sorbowy jest drobnokrystalicznym, białym proszkiem bez zapachu, o słabo kwaśnym smaku. Jest słabo rozpuszczalny w wodzie i dobrze rozpuszczalny w alkoholu. W środowisku kwaśnym działa on szczególnie hamująco na rozwój drożdży i pleśni, stąd bywa stosowany w małych ilościach (np. 0,05%) w kapuście lub w ogórkach kiszonych czy marynowanych, w celu niedopuszczenia do rozwoju pleśni i drożdży, zwłaszcza na powierzchni zalewy. Dopuszczalna dawka 0,1-0,15% stwarza znaczne możliwości zwalczania pleśnienia i zafermentowania różnych półproduktów i produktów owocowych i warzywnych, sosów, sałatek itp. Działanie konserwujące kwasu sorbowego ma być związane z hamowaniem działalności enzymów. Kwas sorbowy jest uznawany za nietoksyczny dla organizmu ludzkiego.
Sorbiniany: sodowy i potasowy są wygodne w użyciu, gdyż dobrze rozpuszczają się w wodzie, zwłaszcza sorbinian potasu. Działanie konserwujące sorbinianów jest podobne do działanie kwasu sorbowego. Zwykle stosuje się je w dawce 0,02-0,15%. Sorbinian wapnia słabo rozpuszcza się w wodzie, stosuje się go m.in. do fermentowanych produktów mlecznych, margaryny i do opakowań, najczęściej w dawce 2-4 g /m2 materiału opakowaniowego.
Kwas propionowy i jego sole. Kwas propionowy występuje w organizmie człowieka i zwierząt. Może on również powstać w procesie fermentacji, np. w serach typu ementalskiego. Sole kwasu propionowego: sodu, potasu i wapnia dobrze rozpuszczają się w wodzie. Są one stosowane jako środki konserwujące, gdyż działają hamująco na rozwój pleśni drożdży i laseczki ziemniaczanej. Ta ostatnia bakteria powoduje śluzowacenie i ciągliwość pieczywa, dlatego propioniany znalazły praktyczne zastosowanie w piekarstwie do przedłużenia trwałości wyrobów. Kwas propionowy jest dobrze metabolizowany w organizmie, a o ilość tego kwasu i jego soli dodawanych do produktów spożywczych decyduje dobra praktyka przemysłowa. W Polsce jest dozwolony dodatek kwasu propionowego i jego soli do chleba i wyrobów ciastkarskich w dawce do 0,2%.
Azotany. Azotan sodu lub potasu praktycznie nie jest środkiem konserwującym, jednak od dawna wraz z solą kuchenną i ewentualnym dodatkiem azotynu jest stosowany do konserwowania mięsa pod postacią suchego lub mokrego peklowania, niekiedy w formie wstępnych wstrzyknięć dotętniczych lub domięśniowych. Azotan sodu oraz potasu może być dodawany do wędlin surowych typu salami w ilości 400 mg/kg (w tym azotynów nie więcej niż 60 mg/kg). Azotan sodu i potasu dopuszczony jest także do serów podpuszczkowych dojrzewających solonych w solance w ilości 50 mg/kg sera. Działanie konserwujące, jak i ewentualna toksyczność azotanów w stosunku do człowieka jest związane z możliwością przechodzenia (redukcji) azotanów w azotyny, przy czym uzdolnienia takie wykazuje wiele gatunków bakterii, rozwijających się w warunkach raczej beztlenowych i środowiskach obojętnych lub lekko zasadowych. Zjawisko to zachodzi w pewnym stopniu w solance peklującej, a może także odbywać się w przewodzie pokarmowym (zwłaszcza w niemowląt).
Azotyn sodu. Azotyn sodu jest dozwolony wyłącznie w postaci równomiernej mieszaniny z solą kuchenną w stężeniu 0,5-0,6% do peklowania przetworów mięsnych w następujących nieprzekraczalnych ilościach łącznie z azotanami:
w peklowanych wędlinach, wędzonkach, konserwach mięsnych pasteryzowanych, w wyrobach garmażeryjnych z mięsa peklowanego 125 mg/kg,
w peklowanych konserwach mięsnych sterylizowanych 50 mg/kg .
W procesie peklowania mięso uzyskuje trwałą, różową barwę wskutek przejścia labilnego barwnika mięśniowego mioglobiny w nitrozomioglobinę, co stanowi jeden z głównych celów peklowania.
Głównym źródłem azotanów i azotynów w środkach spożywczych są warzywa. W Polsce zawartość azotanów i azotynu w środkach spożywczych do produkcji żywności jest normowana i maksymalnie może wynosić od 250 mg/kg do 2000 mg/kg .
3