Разработка способов деконтаминации и диагностики специфических микробных контаминантов

Большая часть производимого в мире продовольствия подвержена повреждающему действию микроорганизмов и выделяемых ими ферментов или токсинов. Поэтому важнейшей задачей является недопущение или предотвращение развития микроорганизмов-контаминантов в пищевых продуктах.

В настоящее время остаются актуальными проблемы безопасности сырья для пищевых продуктов: молока и пшеничной муки. Процессы их порчи во многом обусловлены наличием общего типа контаминантов — присутствием спор бактерий.

Молоко, поступающее на завод, изначально заражено вегетативными клетками и спорами. Первичная термическая обработка молока — термизация и пастеризация недостаточна для уничтожения термоустойчивых микроорганизмов и тем более спор. Инактивация спор происходит при температуре свыше 120 °C, то есть в режиме стерилизации, что негативно сказывается на технологических свойствах молока и качестве получаемых из него продуктов.

Изменение экологических условий окружающей среды, широкое применение искусственных пищевых добавок, химических консервантов приводит к появлению новых более устойчивых штаммов — контаминантов. Разработанные ранее режимы тепловой обработки при производстве продуктов питания часто бывают неэффективными.

Для расчета эффективных режимов стерилизации и пастеризации необходимо изучение кинетики гибели новых штаммов — контаминантов, выделенных из исходного сырья при различных условиях.

В настоящее время производство продуктов питания свободных от микроорганизмов уже не является достаточным условием. Продукты должны быть не только безопасны, но и сохранять как можно больше ценных питательных компонентов, иметь внешний вид и вкус, приближенные к натуральным продуктам. Альтернативой жестким режимам стерилизации может быть термическая обработка в более мягких условиях, которую позволяет провести внесение в продукт консерванта низина.

Использование в качестве консерванта бактериоцина низина, продуцируемого молочнокислыми бактериями, в последнее время всё более расширяется. Низин зарекомендовал себя как эффективный и безопасный консервант и был удостоен статуса наивысшей безопасности — статуса GRAS, низин разрешён к применению более чем в 50 странах, включая страны Европы и США. Поэтому использование низина для деконтаминации и последующего хранения пищевых продуктов остаётся актуальной задачей.

Следующая проблема — проблема безопасности хлебобулочных изделий, связанная с повышенной зараженностью муки спорами бактерий рода Bacillus, вызывающих картофельную болезнь хлеба.

Известно, что «картофельная палочка» и сопутствующие ей бактерии рода Bacillus могут вызывать у ослабленных людей такие тяжелые заболевания как эндокардиты, эндофтальмиты, менингиты, септицемии, артриты, остеомиелиты, пищевые токсикоинфекции, бактериемии, перитониты, заболевания желчного пузыря.

Проблема качества муки является актуальной, с одной стороны, для производства здорового хлеба потребителю, с другой стороны Россия после вступления в ВТО становится потенциальным экспортером муки. Товары, представляемые страной-экспортером на международный рынок, должны соответствовать международным стандартам по показателям безопасности.

В России стандартизированный микробиологический контроль муки существует лишь для продуктов детского питания ГОСТ 26 972–86. Однако, даже там отсутствует контроль количества споровых бактерий — возбудителей картофельной болезни хлеба (КБХ). Несмотря на множество разработанных методик оценки зараженности муки бактериями-возбудителями КБХ, до сих пор единственным способом проверки муки является метод пробной лабораторной выпечки.

Несомненно, актуальна разработка единой методики по оценке качества муки в отношении возбудителей КБХ, которая отличалась бы хорошей чувствительностью и простой воспроизводимостью в условиях любой исследовательской лаборатории.

Положения, выносимые на защиту:

Установлено, что добавление низина увеличивает удельную скорость гибели клеток контаминанта, но снижает стерический коэффициент и энергию активации. Получено математическое описание кинетики гибели клеток контаминанта с учетом концентрации низина в стерилизуемой среде.

Показано, что низин подавляет развитие газообразующих лактобацилл и введение низина в творожные изделия в концентрации 40 МЕ/мл практически полностью подавляет активность наиболее активного газообразующего штамма Lactobacillus fermentum 2, что позволяет его использовать для предотвращения вздутия творожных изделий.

Установлено, что рациональной концентрацией низина для сырого молока является 10 мг/л, при этом режим пастеризации 95±1 °С может быть заменен более мягким режимом — 83±2 °С без увеличения микробного заражения.

Изучение влияния остаточного количества низина в молоке на развитие микрофлоры закваски показало, что низин не оказывает существенного влияния на скорость сквашивания обезжиренного молока и молока с массовой долей жира до 3,5%.

Показано, что хлеб, приготовленный из зараженной муки и не проявляющий признаков КБХ по органолептическим показателям, не может быть признан удовлетворительным по микробиологическим показателям.

Подобраны условия и режим термической обработки анализируемой суспензии муки, после которого остаются только споровые бактерии, вызывающие картофельную болезнь хлеба.

Установлено, что заболеваемость хлеба в большей степени определяется амилолитической активностью популяции бактерий-контаминантов в муке.

Разработаны экспресс-методики сравнительной оценки качества муки по показателям протеолитической и амилолитической активности бактерий КБХ в муке.

Научная новизна.

Изучено влияние добавок низина на кинетику термической деконтами-нации споровых контаминантов и установлены значения стерического коэффициента, А и энергии активации Е.

Разработаны инженерные методы расчета комбинированного способа деконтаминации, сочетающего тепловую обработку с добавлением биоконсерванта низина.

Установлено ингибирующее действие низина на неспоровые газообра-. зующие контаминанты Lactobacillus fermentum, выделенные из молочнокислых десертов.

Изучена динамика развития споровых бактерий-возбудителей картофельной болезни в образцах хлеба и на модельной среде.

Предложено в качестве методов диагностики картофельной болезни хлеба использовать протеолитическую и амилолитическую активность бактерий и разработаны экспресс-методы для оперативной оценки этих параметров.

Основные публикации по работе выполнены в соавторстве с В. В. Бирюковым и Л. П. Минаевой, которые также принимали участие в постановке саэкспериментов, обсуждении результатов, редактировании публи мого текста работы.

Соискателем были выполнены все экспериментальные раб дена статистическая оценка экспериментальных данныхполученные таты оформлены в виде статьи и тезисов, которые были апробированы на шести конференциях.

Таким образом, вклад соискателя в работу является определяющим.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Изучено влияние низина на кинетические характеристики гибели клеток контаминанта. Показано, что в присутствии низина увеличивается удельная скорость инактивации К, но снижается стерический коэффициент, А и энергия активации Е. С помощью математического анализа получено описание кинетики гибели клеток контаминанта с учетом концентрации низина в среде.

2. Изучено действие низина на штаммы газообразующих лактобацилл. Показано, что добавление низина в творожные изделия в концентрации 40 мг/кг практически полностью подавляет активность наиболее газообразующего штамма Lactobacillus fermentum 2, что позволяет использовать низин для предотвращения вздутия творожных изделий.

3. Установлено, что рациональной дозой низина для сырого молока при сезонном повышенном микробном фоне является 10 мг/л, при этом режим пастеризации 95±-1°С может быть заменен более мягким режимом — 83±-2°С без увеличения микробного заражения.

4. Показано, что использование предварительной пастеризации молока с низином не оказывает существенного влияния на скорость сквашивания обезжиренного молока и молока с массовой долей жира 0,5% и 3,5%, что позволяет использовать низин в молоке при производстве кисломолочных продуктов.

5. Проведено изучение влияния протеолитической и амилолитической активностей бактерий-возбудителей на развитие картофельной болезни хлеба. Установлено преимущественное влияние на этот процесс амилолитической активности.

6. Разработана методика диагностики качества муки по содержанию спор бактерий-возбудителей картофельной болезни хлеба и предложены экспресс-методы сравнительной оценки протеолитической и амилолитической активности споровых контаминантов муки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящее время остаются актуальной проблема безопасности продуктов повседневного потребления: молока и хлебобулочных изделий. Процессы порчи этих продуктов во многом обусловлены наличием общего типа контами-нантов — присутствием спор бактерий.

Направленное воздействие на кинетические характеристики споровых контаминантов представляет большой интерес, так как именно споры создают наибольшие трудности при производстве безопасных продуктов. Природный консервант низин эффективно действует на споры при термической обработке. Очевидно, что добавление низина в продукт, подлежащий деконтаминации, должно влиять на кинетические характеристики споровых контаминантов.

Изучали действие низина на споровые формы в условиях пастеризациипри температурах 75, 85, 97 °C и при концентрации низина 25, 50, 75, 100 125 МЕ/мл. Споровую культуру контаминанта выделяли из цельного молока.

По результатам были определены кинетические характеристики спорового контаминанта, А и Е, исследовано влияние низина на эти характеристики. Показано, что показатели, А и Е падают при увеличении концентрации низина. Было получено итоговое уравнение зависимости удельной скорости гибели К от концентрации низина. Проведен статистический анализ полученного уравнения, показано, что уравнение позволяет оценивать удельную скорость гибели клеток контаминанта в присутствии низина с погрешностью ± 6%.

Сезонные изменения микробного фона молока, особенно в весенне-летний период, приводят к необходимости ужесточения режимов его тепловой обработки. Изучение действия низина на микрофлору молока и молочных продуктов проводили в весенний период — наиболее неблагоприятный в микробиологическом отношении. Также повышенные температуры хранения молока и, соответственно, повышенный фон микробиологической зараженности существует в летний период. В связи с этим температурные режимы обработки молока — термизация, пастеризация — как правило, выше установленных режимов.

Введение

низина в концентрации 10 мг/л в молоко перед пастеризацией позволяет снизить температуру пастеризации с 95±2 °С до 84±2 °С с последующим хранением молока при 24±2 °С без заметного ухудшения микробиологических показателей (104 КОЕ/мл) в течение У ч.

Использование низина при пастеризации молока не оказывало тормозящего действия на развитие мезофильных заквасок при последующем приготовлении творога.

При производстве термизированных молочных продуктов из пастеризованного молока существует опасность попадания в готовый продукт остаточной микрофлоры молока.

В процессе исследований из вздутых образцов творожков были выделены контаминанты, вызывающие порчу герметически упакованных кисломолочных продуктов. Выделенные штаммы были идентифицированы как Lactobacillus fermentum — непатогенные грамположительные гетерофермен-тативные палочки. Была проверена термоустойчивость и подтверждена возможность контаминирования кисломолочных продуктов лактобациллами, выжившими после пастеризации молока.

Исследования показали, что эти контаминанты проявляют различную газообразующую способность. При проверке чувствительности к низину наиболее чувствительным оказался штамм с наибольшей газообразующей способностью. Это было подтверждено в опытах in vitro и в образцах творога.

Показано, что добавление низина в творожные изделия в концентрации 40 МЕ/мл практически полностью подавляет активность наиболее газообразующего штамма Lactobacillus fermentum 2, что позволяет использовать низин для предотвращения вздутия творожных изделий в условиях жаркого климата и при повышенной микробиологической зараженности. Хранение творожного десерта, приготовленного с добавкой низина в количестве 40 мг/кг, при температуре 6±0,5 °С в течение 21 дня не выявило никаких отклонений в органолепти-ческих показателях.

Проблема безопасности хлебобулочных изделий, связанная с повышенной зараженностью муки спорами бактерий рода Bacillus, вызывающих картофельную болезнь хлеба. Проблема качества муки является актуальной, как для производства здорового хлеба потребителю, так и с точки зрения конкурентоспособности на мировом рынке. Проанализированы методы оценки зараженности муки споровыми контаминантами. Несмотря на множество разработанных методик оценки зараженности муки, до сих пор единственным способом проверки муки является метод пробной лабораторной выпечки.

Изучена динамика развития бактерий-контаминантов в заболевшем хлебе. Установлено, что хлеб по органолептическим признакам может не вызывать опасности, а содержание бактерий в нем превышает нормы, допустимые для пищевых продуктов, предназначенных для непосредственного употребления в пищу, т. е больше чем.

1(Г КОЕ/г. Хлеб, приготовленный из зараженной муки и не проявляющий признаков КБХ по органолептическим показателям, не может быть признан удовлетворительным по микробиологическим показателям.

Проведены исследования по разработке экспресс-методики определения зараженности муки бактериями-возбудителями КБХ. В результате подобраны условия и режим термической обработки анализируемой суспензии муки, после которого остаются только споровые бактерии. Последующий высев на подобранную идентификационную среду показывает наличие именно бактерий, вызывающих картофельную болезнь хлеба. Исследованы протеолитическая и ами-лолитическая активности этих бактерий. Выявлено, что бактерии чувствительны к присутствию кислорода и наиболее чувствительным показателем является амилолитическая активность.

На основании проведенных исследований разработаны экспресс-методы определения протеолитической и амилолитической активности бактерий КБХ в муке.

Показано, что заболеваемость хлеба, приготовленного из муки с примерно одинаковой степенью зараженностью споровыми бактериями — 10 спор/г муки, в большей степени определяется амилолитической активностью популяции бактерий-контаминантов в отдельном образце муки.

Разработана методика оценки количества бактерий, вызывающих картофельную болезнь хлеба, в образцах хлеба и муки.