Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биотехнология пищевых продуктов. Учебное пособие
.pdf
При употреблении нитрита в пищу с продуктами питания (например, с солёным мясом) этот барьер помогает уничтожать в желудке нежелательные микроорганизмы, поскольку обладает мощным
бактерицидным действием при низком рН. Следующие линии обороны – высокий рН, ферменты поджелудочной железы и поверхностная
активность солей жёлчи в тонком кишечнике. Более того, нормальная
микрофлора толстого кишечника (обычно 1012 log колониеобразующих единиц/г фекалий) играет чрезвычайно важную, хотя до сих пор
плохо понятную роль, но конкурентоспособность нормальной микрофлоры легко преодолеть в случае колонизации кишечника большим количеством патогенных вирулентных микроорганизмов (например, Sаlтопеllа или Shigella). Надлежащая перистальтика кишечника и диарея помогают избавиться от патогенных микроорганизмов.
На возможность развития бактериемии под воздействием патогенных
микроорганизмов влияет состояние слизистой оболочки кишечника,
и, особенно, защитных сил организма.
Вполне достижимо расширение областей применения барьерной
технологии, включающее состояние здоровья растений и животных,
предназначенных к производству продуктов питания (в организме
некоторых животных, употребляемых в пищу человеком, действуют
барьеры, сходные с имеющимися в организме человека, причём такие
же эффективные), активизацию барьеров, предотвращающих появление патогенных микроорганизмов в продукте питания, прошедшем
надлежащую технологическую обработку, и, наконец, барьеров, действующих в организме человека, как указано выше. Эти три звена одной цепи определяют, разовьётся ли пищевое отравление или его удастся предотвратить.
7.5.1. Барьеры в продуктах питания
В чистых цехах предприятий по производству продуктов питания
следует исключить (или, по крайней мере, свести к минимуму) повторное заражение прошедших тепловую обработку или обеззара-
101
женных продуктов питания во время технологической обработки и
упаковки. Чистые цеха состоят из нескольких отделений (т. е. санитарно-гигиенических зон), представляющих собой примыкающие
друг к другу помещения, используемые для разных целей, где может
находиться только персонал, имеющий специальное разрешение. Более того, в указанных помещениях принимаются различные меры
предосторожности (т. е. санитарно-гигиенические барьеры). Это
барьеры механические (специальная одежда для сотрудников, в том
числе маски, перчатки и бахилы), физические (воздушные фильтры и
давление выше атмосферного в чистых цехах, которые должны быть
холодными и сухими), химические (чистка без применения аэрозолей
и средств, вызывающих коррозию, использование поверхностей с
бактерицидными свойствами) и биологические (защитные культуры
в сточных трубах), сводящие к минимуму проникновение микроорганизмов в продукты питания во время технологической обработки
и упаковывания. После упаковывания скоропортящиеся продукты
питания необходимо быстро подвергнуть повторному охлаждению
или пастеризации в упаковке перед холодильным хранением.
7.5.2. Барьерная технология и ферменты
Ряд пищевых ферментов, либо присущих некоторым продуктам
питания животного или растительного происхождения, либо синтезируемых микроорганизмами, связанных с данными продуктами питания,
может вызывать порчу продуктов питания (например, в пастеризованном молоке или фруктовом соке) или улучшать сенсорные характеристики (например, удлинённого созревшего окорока с костью или мяса
в тушах во время тендеризации). Активность ферментов, синтезируемых микроорганизмами, зачастую сохраняется, когда микроорганизмы,
выработавшие данные ферменты, инактивированы (например, при тепловой обработке) или подавлены (например, при снижении активности
воды). Но на активность ферментов в продуктах питания, конечно,
влияет ряд факторов окружающей среды (барьеров). Чаще всего изуча-
102
ли влияние только одного барьера в определённый период времени на
характеристики ферментов, например, активность ферментов в связи
с активностью воды в продуктах питания.
Немецкие ученые в 1994 г. изучали протеолитическую активность 10 штаммов Васillus при различных комбинациях температуры
и активности воды (2–37 °С; аw = 0,748–0,980). Снижение температуры и активности воды (аw) заметно ослабило протеолитическую активность. При исследуемом диапазоне значений температура по
сравнению с влиянием аw активнее подавляла протеолитические ферменты. При аw = 0,748 (точке насыщения NаСl) отмечалась неожиданно высокая протеолитическая активность, а при 2 °С она была незначительна. Также было изучено влияние различных комбинаций
температуры (2 и 7 °С), активности воды (0,80–0,98) и рН (4,0–7,3) на
активность протеаз, выработанных 2 штаммами Васillus и
2 штаммами Рseudomonas. Снижение температуры, аw и рН вызвало
падение активности протеаз. Наблюдавшееся воздействие имело место в результате применения комбинации всех трёх барьеров, но температура среди них была наиболее эффективна. Протеолитические
ферменты всё ещё оставались активными при комбинациях барьеров,
исключавших рост исследуемых микроорганизмов. При низкой температуре протеазы Рseudomonas были активнее протеаз Васillus.
По наблюдениям ученых, по прошествии нескольких недель протеазы Васillus и Рseudomonas были активны при -2 °С, если диапазон
значений рН и аw был оптимален. В 1999 г. изучали активность внеклеточных липолитических и протеолитических ферментов, используя свободные от микроорганизмов фильтрованные растворы ферментов, содержавшие по два штамма родов Рseudomonas, Аеrотопаs,
Рrоteus, Васillus, Staphylococcus и по одному штамму Мicrococcus,
Sеrrаtiа и Сlostridium, находившихся под совместным воздействием
рН (4,0–7,3), температуры (2–37 °С), активности воды (0,8–0,98) и
различных режимах тепловой обработки при 60–75 °С. Результаты
показывают, что сочетание температуры, рН и аw повлияли на активность ферментов в большей степени, чем барьеры, использованные
по отдельности. Максимальные ферментные реакции появлялись ме-
103
жду 30 и 37 °С, рН 7,3 и аw от 0,95 до 0,98. В общем, снижение температуры, рН или аw было связано с потерей активности ферментов. Но
реакции липаз и протеаз обнаруживались даже при 3 °С или аw = 0,80
и после тепловой обработки при 65 °С в течение 30 мин или 75 °С в
течение 5 мин.
На основании полученных данных выяснили, какие именно комбинации барьеров полностью инактивировали липазы и протеазы
Рseudomonas fluorescens. В рассматриваемой работе, диапазон актив-
ности ферментов был гораздо шире диапазона роста микроорганизмов, т. е. рост исследуемых микроорганизмов прекращался задолго
до того, как активность ферментов, изучаемая при тех же самых условиях, становилась практически не обнаруживаемой. Это подтверждается исследованиями, предпринятыми в 1960 и 1986 гг.
7.6. БАРЬЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
Консервирование продуктов питания отвечает требованиям,
предъявляемым покупателями к безопасным, питательным, вкусным
и удобным продуктам питания, экономит ресурсы, поскольку требует
небольших затрат энергии во время технологической обработки и
хранения и незначительных капиталовложений; оно пригодно к применению как в промышленно развитых, так и в развивающихся странах. Перечисленные требования к методам производства продуктов
питания отвечают задачам непрерывности производства и гарантирования надлежащего снабжения продуктами питания в будущем. Поэтому непрерывное консервирование продуктов питания методом
барьерной технологии было выбрано в качестве раздела «Энциклопедии систем жизнеобеспечения», предназначенной служить руководством по жизнеобеспечению во всём мире в нашем тысячелетии;
Энциклопедия будет опубликована под эгидой ЮНЕСКО.
Важный аспект непрерывной технологической обработки умеренной интенсивности, основанный на барьерной технологии, послужит для разработки простых нормативов консервирования продуктов
104
питания, микробиологически стабильных и безопасных, вкусных и
питательных, простых при производстве на средних и малых предприятиях, пригодных к хранению без охлаждения [13].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дайте определение понятию «барьерные технологии».
2. Укажите, какое практическое значение имеет хорошо подобранная комби-
нация барьеров.
3. Дайте характеристику барьерным технологиям с позиции микробиологиче-
ской стабильности.
4. Приведите примеры положительного и отрицательного влияния барьеров на
продукты питания.
5. Приведите пример воздействия барьера на реологические свойства продукта.
6. Укажите, в чем заключается эффективное управление эффектом барьера.
7. Объясните, каким образом происходит изменение барьеров в продуктах
питания.
8. Укажите, каковы медицинские аспекты барьеров в продуктах питания.
9. Охарактеризуйте барьеры в пищевых продуктах.
10. Перечислите требования, которые предъявляют к консервированным про-
дуктам питания.
Глава 8. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
НА ОСНОВЕ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
8.1. ПОНЯТИЕ О ТРАНСГЕННЫХ ПРОДУКТАХ
Трансгенными могут называться те виды растений, в которых успешно функционирует ген (или гены), пересаженный из других видов
растений или животных. Делается это для того, чтобы растениереципиент получил новые удобные для человека свойства, повышающие устойчивость к вирусам, гербицидам, вредителям и болезням растений. Пищевые продукты, полученные из таких генноизмененных культур, могут иметь улучшенные вкусовые качества, лучше
выглядеть и дольше храниться. Также зачастую такие растения дают
более богатый и стабильный урожай, чем их природные аналоги.
105
Генетически измененный продукт – это продукт, полученный
в результате пересадки выделенного в лаборатории гена одного организма в клетку другого. Вот примеры из американской практики:
чтобы помидоры и клубника были морозоустойчивее, им
«вживляют» гены рыб, обитающих в северных морях;
чтобы кукурузу не уничтожали вредители, ей могут «привить»
очень активный ген, полученный из яда змей;
чтобы у крупного и мелкого рогатого скота был высокий при-
рост живой массы, ему осуществляют инъекцию измененного гормона роста;
чтобы соя была устойчива к гербицидам, в нее внедряют гены
петунии, а также некоторых бактерий и вирусов.
Соя – один из основных компонентов многих кормов для скота и
занимает почти 60 % продуктов питания. К счастью, в России, в отличие от некоторых странах Европы, генетически измененные сельскохозяйственные культуры (в мире их создано больше 30 видов) пока не распространяются такими большими темпами, как в США, где
официально закреплена идентичность «натуральных» и «трансгенных» продуктов питания.
На данный момент в России зарегистрировано множество видов
продуктов из модифицированной сои, среди которых: фитосыр, смеси
функциональные, сухие заменители молока, мороженое «Сойка-1», 32
наименования концентратов соевого белка, 7 видов соевой муки, модифицированные бобы сои, 8 видов соевых белковых продуктов, 4 наименования соевых питательных напитков, крупка соевая обезжиренная,
комплексные пищевые добавки и специальные продукты для спортсменов. Департамент государственного санитарно-эпидемиологического
надзора выдал «сертификаты соответствия» одному сорту генномодифицированного картофеля и двум сортам кукурузы.
Надзор за генетически модифицированными продуктами осуществляет Научно-исследовательский институт питания РАМН и учреждениями-соисполнителями: Институтом вакцин и сывороток им.
И. И. Мечникова РАМН, Московским научно-исследовательским институтом гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана Минздрава России.
106
Последнее десятилетие ученые строят неутешительные прогнозы
относительно быстрорастущего потребления сельскохозяйственных
продуктов на фоне снижения площади посевных земель. Решение
данной проблемы возможно с помощью технологий получения трансгенных растений, направленных на эффективную защиту сельскохозяйственных культур и увеличение урожайности.
Получение трансгенных растений является на данный момент
одной из перспективных и наиболее развивающихся направлений агропроизводства. Существуют проблемы, которые не могут быть решены такими традиционными направлениями, как селекция, кроме
того, на подобные разработки требуются годы, а иногда и десятилетия. Создание трансгенных растений, обладающих нужными свойствами, требует гораздо меньшего времени и позволяет получать растения с заданными хозяйственно ценными признаками, а также обладающих свойствами, не имеющими аналогов в природе. Примером
последнего могут служить полученные методами генной инженерии
сорта растений, обладающих повышенной устойчивостью к засухе.
Создание трансгенных растений в настоящее время развивается
по следующим направлениям.
1. Получение сортов сельскохозяйственных культур с более вы-
сокой урожайностью.
2. Получение сельскохозяйственных культур, дающих несколько
урожаев в год (например, в России существуют ремонтантные сорта
клубники, дающие два урожая за лето).
3. Создание сортов сельскохозяйственных культур, токсичных
для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого
являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок).
4. Создание сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых
к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем
геноме ген скорпиона).
107
5. Создание сортов растений, способных синтезировать некото-
рые белки животного происхождения (например, в Китае получен
сорт табака, синтезирующий лактоферрин человека).
Таким образом, создание трансгенных растений позволяет ре-
шить целый комплекс проблем как агротехнических и продовольственных, так и технологических, фармакологических и т. д. Кроме того, уходят в небытие пестициды и другие виды ядохимикатов, которые нарушали естественный баланс в локальных экосистемах
и наносили невосполнимый ущерб окружающей среде [15].
8.2. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ТРАНСГЕННЫХ ПРОДУКТОВ
Существует несколько достаточно широко распространенных ме-
тодов для внедрения чужеродной ДНК в геном растения.
Метод 1. Существует бактерия Agrobacterium tumefaciens (лат. –
полевая бактерия, вызывающая опухоли), которая обладает способностью встраивать участки своей ДНК в растения, после чего пораженные клетки растения начинают очень быстро делиться, образуется
опухоль. Сначала ученые получили штамм этой бактерии, не вызывающий опухолей, но не лишенный возможности вносить свою ДНК
в клетку. В дальнейшем нужный ген сначала клонировали
в Agrobacterium tumefaciens и затем заражали уже этой бактерией растение. После чего инфицированные клетки растения приобретали
нужные свойства, а вырастить целое растение из одной его клетки
сейчас не проблема.
Метод 2. Клетки, предварительно обработанные специальными
реагентами, разрушающими толстую клеточную оболочку, помещают
в раствор, содержащий ДНК и вещества, способствующие ее проникновению в клетку. После чего выращивают из одной клетки целое
растение.
Метод 3. Существует метод бомбардировки растительных кле-
ток специальными, очень маленькими вольфрамовыми пулями, содержащими ДНК. С некоторой вероятностью такая пуля может пра-
108
вильно передать генетический материал клетке и таким образом растение получает новые свойства. А сама пуля ввиду ее микроскопических размеров не мешает нормальному развитию клетки.
Итак, задача, которую надо решить при создании трансгенного
растения-организма с такими генами, которые ему от природы «не
положены», – это выделить нужный ген из чужой ДНК и встроить его
в молекулу ДНК данного растения. Процесс этот весьма сложен.
Более четверти века назад были открыты ферменты рестриктазы,
разделяющие длинную молекулу ДНК на отдельные участки – гены,
причем эти кусочки приобретают «липкие» концы, позволяющие им
встраиваться в разрезанную такими же рестриктазами чужую ДНК.
Самый распространенный способ внедрения чужих генов
в наследственный аппарат растений – с помощью болезнетворной для
растений бактерии Agrobacterium tumefaciens. Эта бактерия умеет
встраивать в хромосомы заражаемого растения часть своей ДНК, которая заставляет растение усилить производство гормонов, и в результате некоторые клетки бурно делятся, возникает опухоль. В опухоли бактерия находит для себя отличную питательную среду и размножается. Для генной инженерии специально выведен штамм агробактерии, лишенный способности вызывать опухоли, но сохранивший возможность вносить свою ДНК в растительную клетку.
Нужный ген «вклеивают» с помощью рестриктаз в кольцевую
молекулу ДНК бактерии, так называемую плазмиду. Эта же плазмида
несет ген устойчивости к антибиотику. Лишь очень небольшая доля
таких операций оказывается успешной. Те бактериальные клетки, которые примут в свой генетический аппарат «прооперированные»
плазмиды, получат кроме нового полезного гена устойчивость к антибиотику. Их легко будет выявить, полив культуру бактерий антибиотиком, – все прочие клетки погибнут, а удачно получившие нужную плазмиду – размножатся. Теперь этими бактериями заражают
клетки, взятые, например, из листа растения. Опять приходится провести отбор на устойчивость к антибиотику: выживут лишь те клетки,
которые приобрели эту устойчивость от плазмид агробактерии, а зна-
109
чит, получили и нужный нам ген. Дальнейшее – дело техники. Ботаники уже давно умеют вырастить целое растение из практически любой его клетки.
Однако этот метод «работает» не на всех растениях: агробактерия, например, не заражает такие важные пищевые растения, как рис,
пшеница, кукуруза. Поэтому разработаны другие способы. Например,
можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и
поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и
какое-либо химическое вещество, способствующее ее проникновению в клетку (чаще всего применяется полиэтиленгликоль). Иногда
в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти
отрезки ДНК. Иногда применяют даже впрыскивание ДНК в клетку
микрошприцем под контролем микроскопа. Несколько лет назад было предложено покрывать ДНК сверхмалые металлические «пули»,
например шарики из вольфрама диаметром 1–2 микрона, и «стрелять» ими в растительные клетки. Проделываемые в стенке клетки
отверстия быстро заживляются, а застрявшие в протоплазме «пули»
так малы, что не мешают клетке функционировать. Часть «залпа»
приносит успех: некоторые «пули» внедряют свою ДНК в нужное место. Дальше из клеток, воспринявших нужный ген, выращивают целые растения, которые затем размножаются обычным способом [18].
8.3. ОТЛИЧИЕ ТРАНСГЕННЫХ ОТ НАТУРАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ
Выяснить, содержит ли продукт измененный ген, можно только
с помощью сложных лабораторных исследований. В 2002 г. Минздрав России ввел обязательную маркировку продуктов, содержащих
более пяти процентов генетически модифицированного источника.
Реально ее нет практически никогда. По словам главного государственного санитарного врача РФ, результаты проверок показали, что
только в Москве в 37,8 % процента случаев пищевые продукты, со-
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]