17.2. Биологические консерванты

Особую группу пищевых добавок, замедляющих порчу пище­вых продуктов, представляют антибиотики и другие продукты ме­таболизма микроорганизмов. Применение антибиотиков позволяет продлить срок хранения пищевого сырья и некоторых видов пи­щевых продуктов в 2—3 раза. Обычно антибиотики применяют для обработки свежих растительных продуктов путем их погру­жения в раствор антибиотика на короткий срок или орошения поверхности пищевого продукта раствором различной концен­трации.

Однако использование антибиотиков человеком вместе с пи­щей может привести к нежелательным последствиям, в том числе к нарушению нормального баланса микроорганизмов желудочно-кишечного тракта.

Низин Q₄₃H₂₃₀O₃₇S₇ — один из немногих антибиотиков, раз­решенный в небольших дозах для использования в пищевой про­мышленности. Он быстро разрушается ферментами пищевого тракта до аминокислот.

Использование низина позволяет получать пищевые продукты высокого качества с длительным сроком хранения. Обработка их сведена к минимуму, однако они не подвержены быстрой порче и не представляют опасности для здоровья человека. Минздравсоцразвития РФ разрешено применение низина в пищевой про­мышленности при изготовлении плавленых сыров, овощных продуктов, соков, грибов и консервированных супов, а также в хлебопечении.

Низин — антибиотик полипептидного типа с молекулярной массой около 7000. В его состав входят аминокислоты: лизин, гистидин, аспарагиновая кислота, лантионин, β-метиллантионин, пролин, глицин, аланин, валин, метионин, изолейцин, лейцин, дегидроаланин и β-метилдегидроаланин. Характерная особенность низина — наличие в его составе двух серосодержащих аминокис­лот: лантионина и β-метиллантионина, редко встречающихся в природе. В каждой молекуле низина содержится два остатка лан­тионина и восемь — β-метиллантионина.

По химической структуре низин представляет собой два спа­ренных кольца, каждое из которых состоит из 13 атомов, в том числе одного атома серы:

Антибактериальное действие низина обусловлено особенностя­ми его химического состава и структуры. Отечественная промыш­ленность выпускает препараты низина в виде сухого мелкого по­рошка. В таком виде при температуре 18...22 °С низин сохраняет активность в течение нескольких лет.

Низин продуцируется штаммами Lactococcus lactis, которые ши­роко распространены в природе. По сравнению с другими анти­биотиками он не обладает широким спектром действия на микро­организмы. Подавляет развитие стафилококков, стрептококков, сарцин, бацилл и клостридий, прорастание спор. Механизм дей­ствия низина на микроорганизмы до конца не выяснен.

Наиболее благоприятная среда для биосинтеза низина — обез­жиренное молоко. При использовании сыворотки вместо молока выход низина в 2 раза меньше. Добавление к сыворотке 25 % пеп­синового гидролизата молочнокислых бактерий, картофельной патоки или глюкозы (2,5—5 %) способствует повышению выхода низина до 90 %.

Основные стадии технологического процесса получения низи­на представлены на рисунке 17.1.

Производственный посевной материал готовят в три стадии. Культуру выращивают сначала в обезжиренном молоке (300 см³) с содержанием сухих веществ до 8 % в течение 24 ч, на второй ста­дии — в 4000 см³ обезжиренного молока 22—24 ч, на третьей — в инокуляторе с 80 дм³ обезжиренного молока (рН 6,8—6,9) в тече­ние 18—20ч.

Готовый посевной материал представляет собой густую взвесь дипло- и стрептококков в свернувшемся обезжиренном молоке с рН 4,5—4,7, активность не ниже 50—60мкг/см³.

Производственное культивирование ведут на смеси гидролизата молока с творожной или сырной сывороткой в соотноше­нии 1:2. Гидролизат получают в результате обработки 6%-го обез­жиренного молока протеолитическим ферментом панкреатином при температуре 45 °С и рН смеси 8,1 в течение 24 ч.

В ферментере на питательной среде происходят рост и разви­тие низинобразующего молочнокислого стрептококка. При этом образуется молочная кислота, которая, закисляя среду, тормозит развитие микроорганизма и биосинтез низина. В связи с этим ос­новным условием при выращивании культуры — продуцента ни­зина — является поддержание рН питательной среды в пределах 6,8—6,9. Обычно выращивание культуры заканчивают за 14—15 ч. При этом активность должна быть не ниже 100 мкг/см³.

Культуральную жидкость подкисляют соляной кислотой до рН 1,8—2 и кипятят 3—4 мин. После охлаждения до 40 °С на сепараторе отделяют микробную массу и нерастворимые белки. Низин, содержащийся в нативном растворе, концентрируют флотационным методом. Для этого нативный раствор подще­лачивают 20%-м раствором NaOH до рН 4,5—4,7, добавляют поверхностно-активное вещество типа Твин-80 и пропускают через раствор воздух в течение 2—2,5 ч при температуре 20...25 °С. Большая часть низина (от 50 до 100 %) выходит в пену. Собранную пену разбивают, в образующейся жидкости доводят рН до 1,8—2. Антибиотик высаливают сухой поваренной солью (25% объема жидкости) или осаждают ацетоном (5% объема жидкости).

Высоленный низин отделяют в виде пасты сепарированием или центрифугированием и высушивают в сублимационной су­шилке до остаточной влажности 3,5—4 %. Пасту можно сушить в распылительной сушилке, если приготовить раствор с 4,5—5%-м содержанием сухих веществ. Потери активности при сушке незна­чительны.

После сублимационной сушки препарат измельчают до состоя­ния пудры и стандартизируют NaCl до активности 0,6 • 10⁶ ед/г. Препарат слабо растворяется в воде и хорошо растворяется в 0,02 н. НС1 при подогреве до 80 °С.

В присутствии низина терморезистентность спор микроорга­низмов уменьшается, следовательно, можно понижать температу­ру или продолжительность стерилизации продукта, что положи­тельно сказывается на его качестве.

Возможно консервирование растительных, мясных (говядина, свинина, конина, баранина) и рыбных продуктов путем использо­вания в качестве консервантов неспорообразующих грамположительных бактерий рода Lactobacillus, например, L. plantarum, L. sake, L. curvatus и преимущественно L. casei, штамм LMGP-21007, вводимых в продукты при 2О...44°С в атмосфере воздуха или его смеси с СО₂ и N₂; при этом подавляются рост и развитие пато­генной микрофлоры, например Enterococcus, Pseudomonas, Staphy-lococcus и др., и сохраняются внешний вид, цвет, вкус и другие органолептические характеристики продуктов [бактерии вводят в концентрациях (1—4)10⁹ед/см³ в присутствии стабилизирую­щих веществ, %: декстрина — 5, пептона — 10, экстракта дрож­жей - 0,2].

Известен способ предупреждения порчи пищевых продуктов (молока, йогурта, сыра, плодовых и овощных соков, приправ к са­латам и т. д.) дрожжами, предусматривающий введение в продукт метаболитов, образуемых культурой Propionibacterium. Обезжирен­ное молоко пастеризуют при 87,8 °С в течение 45 мин и охлаждают до температуры 30 °С, после чего его подкисляют 85%-й молочной кислотой до рН 5,3 и инокулируют 0,5 % культуры Propionibacte­rium shermanii. Инокулируемое молоко термостатируют в течение 48 ч при слабом перемешивании и нейтрализуют NaOH до рН 7,0. Затем продукт пастеризуют при температуре 62,8 °С в течение 20 мин, охлаждают до 23 °С, фасуют в стерильную полимерную тару и замораживают. Эффективное предупреждение размноже­ния дрожжей обеспечивается не пропионовой кислотой, а други­ми метаболитами Propionibacterium.