5. Антимикробное действие консервантов

1. Общие механизмы действия

Консерванты в пищевых продуктах замедляют рост и развитие бактерий, плесневых грибов и дрожжей, а также обмен веществ в них.

Угнетающее и убивающее действие. На практике часто различают фунгистатическое (угнетающее грибы) или бактериостатическое (угнетающее бактерии) действие, с одной стороны, и фунгицидное (убивающее грибы) или бактерицидное (убивающее бактерии) действие - с другой. При более точном рассмотрении такое разделение оказывается необоснованным. Фунги - и бактериостатики отличаются от фунги- и бактерицидов только скоростью антимикробиотического действия. При добавлении консерванта в пищевой продукт микроорганизмы могут погибнуть или продолжать расти - результат зависит от концентрации консерванта (рис. 2) [1].

Рис. 2. Изменение числа бактерий в зависимости от концентрации

вещества, проявляющего антимикробное действие

 

Гибель всех микроорганизмов при использовании обычных концентраций консерванта происходит в течение нескольких дней или недель. В этом заключается существенное различие между консервантами и средствами дезинфекции. Последние применяются только тогда, когда микроорганизмы должны быть уничтожены очень быстро. Зависимость скорости отмирания микроорганизмов под действием консервантов от времени описывается уравнением для мономолекулярного процесса:

K = In ( Z _o / Z_t ) / tили Z_t = Z _o e ^-Kt

гдеК — константа скорости отмирания;

t — время;

Z _o — число живых клеток в начальный момент (t = 0);

Z _t — число живых клеток в момент времени t.

Эта закономерность строго соблюдается только при относительно высокой концентрации консерванта и моноклональной популяции микроорганизмов. Кроме того, она справедлива только для закрытой системы, в которой не могут происходить ни разбавление консерванта, например путём его улетучивания, ни изменение рН²², ни добавление других микроорганизмов (новое инфицирование). Но даже если указанные условия соблюдаются не полностью (как часто и бывает в практике консервирования), описанная выше «кинетика отмирания» может рассматриваться как основа для оценки действия консервантов в пищевых продуктах.

Добавление консервантов в пищевые продукты имеет смысл только в том случае, если они применяются в достаточной концентрации. Развитие микроорганизмов следует остановить на начальной (линейной) стадии их размножения, а не тогда, когда их рост стал экспоненциальным. Во-первых, в экспоненциальной стадии необходимы слишком высокие дозы консервантов, во-вторых, консерванты не предназначены для уничтожения микроорганизмов в сильно обсемененных субстратах, т.е. для возвращения уже испорченных пищевых продуктов в мнимосвежее состояние. С помощью обычных концентраций большинства консервантов это и невозможно. Поэтому консерванты непригодны для компенсации нарушений производственной гигиены.

Действие на микроорганизмы. Механизм действия консервантов на возбудителей порчи многообразен. Здесь играют роль и физические, и физико-химические, и биохимические факторы. Чаще отдельные факторы действуют совместно, но иногда блокируется одна-единственная стадия метаболизма клетки микроорганизма. Бактерии, как известно, образуют споры - консерванты угнетают определённые фазы прорастания спор (рис. 3) [2].

Рис. 3. Этапы развития бактерии от споры до делящейся клетки

с указанием стадий, уязвимых для антимикробных веществ [2].

Антимикробное действие консерванта (рис. 4) можно объяснить его воздействием:

— на ДНК,

— на синтез белка,

— на активность ферментов,

— на клеточную мембрану,

— на клеточную оболочку,

— на механизмы транспорта питательных веществ.

Рис. 4. Возможные мишени для действия антимикробных веществ в клетке микроорганизма [3]

Иной механизм действия у веществ, которые снижают активность воды в субстрате, угнетая тем самым рост и развитие микроорганизмов. Упаковка, покрытия, масла и защитная атмосфера затрудняют развитие аэробов, препятствуя доступу кислорода к пищевым продуктам. Все эти вещества, как правило, не убивают микробов, а лишь угнетают развитие. Когда их действие прекращается, вновь начинается рост вредных микроорганизмов и происходит порча продукта.

Основной причиной антимикробного действия консервантов раньше считалось их угнетающее действие на ферментативные процессы, а также на синтез ферментов и белков в микроорганизме. В последнее время главным стали признавать действие консервантов на клеточную оболочку и мембраны [3-7]. Липофильные вещества, каковыми являются большинство пищевых консервантов, атакуют клеточную мембрану и разрушают её или нарушают её целостность [8]. В результате поток протонов в клетку увеличивается и последняя вынуждена потреблять больше энергии, чтобы компенсировать проникающую в нейтральное внутреннее пространство клетки кислоту (консервирующую) [6, 7] и возникающую разность потенциалов [7].

Для антимикробного действия консерванту требуется достаточная растворимость как в воде, так и в жирах. С одной стороны, развитие микроорганизмов происходит исключительно в водной фазе, и консервант должен находиться там. С другой стороны, он должен быть в состоянии проникать через гидрофобную клеточную оболочку [9, 10].

Для консервантов имеет место чёткая зависимость доза - действие. По этой причине консервант следует добавлять в достаточной концентрации. Механизм действия отдельных консервантов описывается в специальных главах, посвященных соответствующим веществам.