Консерванты

Срок годности пищевого продукта определяют двумя комплексами показателей качества: 1) показатели, которые должны оставаться неизменными в течение всего срока хранения (сюда относятся вкус, аромат, консистенция продукта, его влажность, содержание в продукте жиров, белков, углеводов и т. д.); 2) показатели, изменяющиеся в процессе хранения (содержание микроорганизмов в продукте и показатели, определяющие его окислительную порчу). Когда хотя бы один показатель второй группы достигает предельного значения, срок годности продукта заканчивается, и он становится непригодным к употреблению в пищу, то есть теряет свою потребительскую стоимость. Чтобы увеличить срок годности пищевого продукта, необходимо стабилизировать первую группу показателей и замедлить изменение второй. Для решения обеих задач необходим достаточно широкий спектр пищевых добавок. Известно, что влажность среды сильно влияет на развитие микроорганизмов. В последних содержится до 75...80 % воды, и все питательные вещества для их жизнедеятельности поступают в клетку в виде раствора в воде. Микроорганизмы могут развиваться в средах, в которых содержание воды не опускается ниже определенного уровня. С понижением влажности интенсивность размножения микроорганизмов уменьшается и при достижении определенного содержания влаги прекращается совсем. Однако для развития микроорганизмов имеет значение не абсолютная величина влажности, а доступность содержащейся в субстрате воды для развития микроорганизмов, которую в настоящее время называют «активность воды» — аw. Активность воды влияет и на интенсивность процессов окисления. «Активность воды» (доступность всех молекул воды) — отношение давления водяных паров над продуктом к давлению паров над чистой водой при одной и той же температуре: p РОВ ,аw = р0 = 100 где р — давление водяного пара в системе над изделием; р0 — давление пара над водой; РОВ — равновесная относительная влажность, при которой изделие не поглощает и не отдает влагу в атмосферу, %. «Активность воды» awявляется величиной относительной и может изменяться от 0 до 1. В изделиях с низкой влажностью активность микроорганизмов подавлена. В них происходят процессы окисления жиров, ферментативное и неферментативное потемнение, потеря витаминов. В изделиях с промежуточной влажностью возможны и окислительные процессы, и микробиологическая порча. В порче изделий с высокой влажностью микрорганизмам принадлежит решающая роль. Пороговые значения активности воды для различных микроорганизмов довольно сильно отличаются. Большинство бактерий нуждаются в высокой активности воды: БГКП (клебсиелла, эшерихии, энтеробактерии), сальмонеллы развиваются при значениях аw= 0,94; в то время как многие плесневые грибы и дрожжи хорошо развиваются при активности воды ниже 0,85. Известны некоторые виды плесневых грибов и осмофильных дрожжей, способных развиваться даже при значениях aw=0,62.

Консерванты Консерванты добавляются к пищевым продуктам с целью предотвращения их микробиологической порчи и увеличения срока годности. Консерванты не могут компенсировать низкое качество сырья и нарушение правил промышленной санитарии. Если продукт бактериально сильно загрязнен или начал портиться, консерванты уже бесполезны.

Общие сведения Под консервированием пищевых продуктов понимают меры, направленные против развития в продукте вредных микроорганизмов, образования ими токсинов, предотвращения плесневения, появления неприятных вкуса и запаха. Различают физическое, биологическое и химическое консервирование. Самые известные физические методы, препятствующие росту микробов: стерилизация и пастеризация (тепловая обработка), охлаждение и замораживание (воздействие холодом), высушивание (удаление воды) и обработка ионизирующими излучениями. Биологическое консервирование предполагает воздействие на пищевой продукт безвредных для здоровья человека культур микроорганизмов с целью предотвращения развития патогенной или другой нежелательной микрофлоры. Химические методы консервирования заключаются в добавлении определенных веществ, которые подавляют развитие микроорганизмов. Такие вещества называют консервантами. На практике, как правило, не пользуются только одним методом консервирования: с давних пор успешно сочетают различные методы. Например, при копчении воздействие антимикробных составляющих дыма дополняется подсушиванием, а хранить копчености рекомендуется при пониженной температуре. Этот традиционный подход к сохранению продуктов питания получил научное обоснование в теории Ляйстнера. Согласно этой теории, микробиологическая стойкость пищевых продуктов основана на комбинации нескольких антимикробных факторов, называемых барьерами. Самыми важными для сохранения пищевых продуктов барьерами являются температура (высокая или низкая), активность воды (aw, кислотность (рН), окислительно-восстановительный потенциал (Eh), консерванты и конкурирующая микрофлора. Согласно барьерной технологии Ляйстнера каждый стойкий и безопасный продукт питания должен иметь несколько барьеров. Их сочетание должно быть подобрано таким образом, чтобы микроорганизмы, присутствующие в сырье на старте, не смогли их преодолеть. Грамотным применением барьеров можно добиться оптимальной микробиологической стойкости продукта. Наиболее широко используемыми консервантами в настоящее время являются: поваренная соль, этиловый спирт, уксусная (Е 260), сернистая (Е 220), пропионовая (Е 280), сорбиновая (Е 200), бензойная (Е 210) кислоты и некоторые их соли (Е 202, Е 203, Е 211, Е 221...Е 228, Е 261...Е 263, Е 281...Е 283), углекислый газ (Е 290), нитриты (Е 249, Е 250), нитраты (Е 251, Е 252), низин (Е 234). Сахар в концентрации более 60 % также проявляет антимикробное действие. Установлено, что высокую антимикробную активность проявляют эфирные масла чеснока, корицы, чабреца и ряда других растений. Многие из консервантов обнаружены в природе. Сорбиновая (2,4-гексадиеновая) кислота встречается в ягодах рябины (Sorbus aucuparia), бензойная — в ягодах брусники (Vaccinium vitis-idaea L.), черники (Vaccinium myrtillus L.), в меде, кислом молоке, йогурте и сыре. Молочная и уксусная кислоты образуются в результате молочно- или уксуснокислого брожения в винах, кисломолочных продуктах и квашеных овощах; низин продуцируется бактериями вида Streptococcus lactis и встречается во всех кисломолочных продуктах. Для промышленного использования эти консерванты получают синтетически, но они полностью идентичны натуральным. Консерванты можно условно разделить на собственно консерванты и вещества, обладающие консервирующим действием (помимо других полезных свойств). Действие первых направлено непосредственно на клетки микроорганизмов (замедление ферментативных процессов, синтеза белка, разрушение клеточных мембран и т. п.), вторые отрицательно влияют на микробы в основном за счет снижения рН среды, активности воды или концентрации кислорода. Соответственно, каждый консервант проявляет антимикробную активность только в отношении части возбудителей порчи пищевых продуктов. Иными словами, каждый консервант имеет свой спектр действия.

Применение консервантов Применение веществ, обладающих консервирующим действием, — поваренной соли, уксуса, сахара, углекислого газа, этилового спирта — давно и хорошо известно. Обычно их используют в количестве не скольких процентов или десятков процентов, чаще добиваясь определенного вкуса пищевого продукта, а консервирующее действие рассматривают как побочное. Вещества, условно отнесенные к собственно консервантам, — сорбиновая, бензойная, сернистая кислоты и их соли, нитраты, нитриты, низин и другие — используются в гораздо меньших количествах (менее 0,5 %) и практически не влияют на органолептические показатели продукта. Основные области использования нитратов и нитритов — мясопродукты и сыры. Антимикробное действие самих нитратов незначительно, но в мясопродуктах они превращаются в нитриты. Нитриты не только способствуют образованию требуемой окраски и специфического аромата мясных продуктов, но и защищают их от окислительной и бактериальной порчи. Действие нитритов направлено, главным образом, против бактерий рода Clostridium, образующих ботулиновые токсины. Нитраты используют в производстве колбас и мясных продуктов (соленых, вареных, копченых, консервов) в количестве до 250 мг/кг; в сырах — в количестве до 50 мг/кг; всельди, кильке соленой и в маринаде — в количестве до 200 мг/кг. Сернистая кислота, ее соли и сернистый ангидрид давно и широко применяются в виноделии, производстве соков, для сохранения фруктовых полуфабрикатов промышленной переработки (перед использованием полуфабриката консервант удаляют нагреванием или вакуумированием) и в некоторых других продуктах. Используемые дозировки составляют от 10 до 500 г на тонну продукта, для сушеных фруктов от 0,5 до 2 кг на тонну. Действие сернистой кислоты в основном бактериостатическое. Кроме того, она обладает антиокислительными свойствами и замедляет реакции ферментативного и неферментативного побурения. Добавление сернистого ангидрида во время и после приготовления вина приводит к связыванию ацетальдегида, стабилизации окраски, микробиологической устойчивости. В вине диоксид серы, прежде всего, предотвращает болезни вина: уксуснокислое, молочнокислое скисание, маннитное брожение, мышиный привкус и «ожирение» вина. Диоксид серы удобно использовать в форме солей сернистой кислоты: сульфитов и гидросульфитов натрия, калия, кальция. Низин — это природный антибиотик, продуцируемый молочнокислыми бактериями вида Streptococcus lactis. Он предохраняет продукты от грамположительных термоустойчивых бактерий и их спор. Он неэффективен против дрожжей, плесеней и грамотрицательных бактерий. В РФ низин разрешен для применения в производстве плавленых и зрелых сыров (до 12,5 мг/кг), молочных напитков с наполнителями, творожных изделий и десертов (до 10 мг/кг), овощных консервов (до 100 мг/кг заливки), в пудинги из манной крупы или тапиоки и подобные продукты (до 3 мг/кг). Консерванты на основе сорбиновой и бензойной кислот — собственно сорбиновая и бензойная кислоты, сорбат калия, сорбат кальция, бензоат натрия — могут применяться в производстве маргаринов, майонезов, соусов и салатных заправок, безалкогольных и слабоалкогольных напитков, при консервировании фруктов и овощей. Благодаря отсутствию влияния на вкус и проявлению консервирующего действия в слабокислой среде (при рН 6,5), сорбиновая кислота и ее соли применяются также для увеличения сохранности вин, мучных и сахарных кондитерских, хлебобулочных изделий, сыров, творожных изделий, мясо-, рыбо- и морепродуктов, а также в приготовлении противоплесеневых упаковочных материалов. Например, добавка в масляный крем 0,2 % сорбиновой кислоты позволяет увеличить срок хранения кремовых тортов и пирожных при температуре 2...8 °С с 36 до 120 ч; обработка поверхностей батонов полукопченых колбас концентрированным раствором сорбата калия увеличивает срок хранения без плесневения в 4 раза; маргарин, содержащий сорбиновую кислоту, хранится при 6...8 °С не менее 2 мес вместо обычных 20 дней; безалкогольный напиток с добавкой сорбата калия хранится до 180 сут. Антимикробное действие консервантов на основе бензойной кислоты направлено в основном против дрожжей и плесневых грибов, включая афлатоксинобразующие, но самым активным в отношении этих микроорганизмов консервантом является сорбиновая кислота и ее соли. Поскольку сорбиновая кислота очень активна в отношении дрожжей, в тесто для хлебобулочных изделий добавляют ее специальную форму ПАНОСОРБ®, не угнетающую дрожжи до термообработки. Существует специальная форма сорбата калия ВИНОСОРБ®, позволяющая избежать нежелательных технологических эффектов при консервировании вин. Антимикробная активность кислот и их солей одинакова. При условии равномерного распределения консерванта в продукте сорбат калия и сорбиновая кислота, а также бензоат натрия и бензойная кислота — взаимозаменяемы. Применение консервантов может быть эффективно только при их равномерном распределении в продукте, которое легче всего достигается растворением консерванта. Ниже приведена растворимость некоторых консервантов в воде при 20 oС, г в 100 мл: Сорбиновая кислота…………………………….…….0,16 Сорбат калия................................................................. 138,00 Бензойная кислота…………………………………….0,34 Бензоат натрия............................................................... 63,00 Нитрат натрия................................................................ 88,00 Нитрат калия................................................................. 37,00 Нитрит натрия............................................................... 82,90

Поскольку в воде лучше растворимы соли, они рекомендуются для консервирования продуктов с высоким содержанием воды. Пищевые эмульсии с высоким содержанием жира также рекомендуется консервировать солями или смесями кислоты и соли, поскольку водная фаза маргарина или майонеза в значительно большей степени подвержена микробиологической порче, чем жировая (растворимость в жирах сорбиновой кислоты составляет 6...8 г/л, сорбата калия — 0,1 г/л). При этом соли используют, как правило, в виде водных растворов, а кислоты — в виде порошков. Водная фаза реальных пищевых продуктов почти всегда содержит поваренную соль, сахар или другое вкусовое вещество. Растворимость консервантов при этом изменяется. Рекомендуемые ориентировочные дозы внесения сорбата калия и бензоата натрия составляют 0,5...2,6 кг на тонну готового продукта. Пропионовая кислота (Е 280) и пропионаты (Е 281...283) применяются для сохранения хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, а также для поверхностной обработки сыра. Для увеличения сроков годности икры зернистой лососевой традиционно используют 0,1 % сорбиновой кислоты в сочетании с 0,1 % уротропина (гексаметилентетрамина, Е 239). Дегидрацетовая кислота (Е 265) и дегидроацетат натрия (Е 266) применяют для поверхностной обработки колбасных изделий, сыров, в составе покрытий и пленок, контролируя остаточное количество в продукте (не более 5 мг/кг). Антибиотиком натамицином (Е 235) также обрабатывают поверхность сыров и колбас. Позднее вспучивание сыров предотвращает лизоцим (Е 1105). Сроки годности безалкогольных напитков продлевают сорбат калия (Е 202), бензоат натрия (Е 211), формиат натрия (Е 237), диметилдикарбонат (Е 242), юглон. При разработке конкретной рецептуры внесения консерванта в продукт необходимо учитывать следующее:

1. кислотность среды влияет на эффективность консервантов — чем более кислую реакцию имеет продукт, тем меньше в него требуется добавлять консерванта;
2. как правило, продукты пониженной калорийности имеют высокое содержание воды и легко подвергаются порче, поэтому количество добавляемого к ним консерванта должно быть на 30...40 % больше, чем рекомендуется для обычных продуктов;
3. добавка спирта, большого количества сахара и/или другого вещества, проявляющего консервирующие свойства, снижает требуемое количество консерванта;
4. консерванты, за исключением сернистого ангидрида и углекислого газа, — термостойкие соединения;
5. консерванты на основе сорбиновой и бензойной кислот не подвержены воздействию высоких температур, обычно используемых в пищевых технологиях. Тем не менее, если технологический процесс включает длительное кипячение продукта в открытой емкости, необходимо увеличить их дозировку, так как они могут частично улетучиваться с паром;
6. двуокись серы, используемая в производстве ряда продуктов (вино, фруктовые соки и пюре), не может быть полностью заменена другими консервантами, так как двуокись серы выполняет функции не только консерванта, но и антиокислителя;
7. нитриты и нитраты, применяемые в производстве мясопродуктов, не могут быть полностью заменены другими консервантами, так как выполняют в мясопродуктах еще и функцию стабилизаторов цвета.

Для получения нужного эффекта при консервировании следует использовать тот или иной консервант в соответствующей дозировке, не забывая о необходимости сочетания различных барьеров для достижения оптимальной микробиологической стойкости продукта. Как показывает практика и описывает барьерная технология Ляйстнера, использовать несколько консервантов в небольших дозировках более эффективно, чем один консервант в высокой дозировке. Так как различные консерванты могут воздействовать на клетку микроорганизма по-разному (блокировать синтез белка, подавлять активность ферментов, разрушать ДНК, клеточную мембрану, нарушать механизмы транспорта питательных веществ), и имеют различный спектр действия, при совместном использовании они могут проявлять эффект синергизма (взаимного усиления). Например, эффективно сочетание низина и сорбата калия при консервировании овощей. Сочетание сорбиновой кислоты (Е 200)/сорбата калия (Е 202) с бензойной кислотой (Е 210)/бензоатом натрия (Е 211) с успехом применяется для увеличения сроков годности эмульсионных продуктов, в том числе майонезов и кремов для тортов, горчицы и других соусов, продуктов переработки овощей и фруктов, жевательной резинки, напитков. Такие смесевые консерванты эффективнее сорбата калия и бензоата натрия, используемых в этих продуктах индивидуально. Выбор консервантов и их дозировок зависит от степени бактериальной загрязненности, условий хранения, физико-химических свойств продукта, технологии его получения и желаемого срока годности. Стадия внесения консерванта в продукт определяется технологией его производства. Оптимальным считается момент внесения сразу после пастеризации или стерилизации, когда в результате термообработки снижается уровень обсемененности микроорганизмами, а добавка консерванта позволяет сохранять его достаточно долго. Пищевые продукты очень разнообразны по своему составу и способу производства. Даже один и тот же продукт, произведенный по одной и той же технологии на разных предприятиях, не получается совершенно одинаковым. Поэтому в условиях конкретного производства рекомендуется проведение предварительных испытаний, которые позволят уточнить перечень подходящих консервантов и их концентрацию, а также проверить их совместимость с компонентами конкретного продукта.

Токсикологическая безопасность и хранение Ученые-гигиенисты считают наиболее важным потенциальным источником вреда в пищевых продуктах их микробное заражение. Опасны как сами микроорганизмы, так и продуцируемые ими токсины. Накапливаясь в организме человека, они могут вызывать тяжелые пищевые отравления, в том числе с летальным исходом (ботулизм, сальмонеллез, стафилококковая интоксикация и др.), и тяжелые заболевания, затрагивающие самые разные органы и системы. Поэтому, с точки зрения предотвращения таких заболеваний рационально применение консервантов, прошедших токсикологическую проверку; в таком случае риск отравления уменьшается. Срок годности сухих консервантов составляет от одного до пяти лет. Практика показывает, что при соблюдении условий хранения они сохраняют все свои свойства и дольше. Консерванты должны храниться в сухом месте и быть защищены от света и длительного воздействия тепла. Защита от влаги особенно важна для порошков сорбата калия, бензоата натрия, низина и других растворимых в воде консервантов. Емкости, в которых хранят консервант, обязательно следует плотно закрывать после отбора каждой порции.

Л. А. Сарафанова Применение пищевых добавок Технические рекомендации 6-е издание, исправленное и дополненное Санкт-Петербург ГИОРД 2005