10.2. Применение консервантов

Вещества, обладающие консервирующим действием, такие, как хлорид натрия, сахар, уксус, этанол, известны давно. Обычно их количество составляет от нескольких процентов до десятков процентов. При этом добавление указанных веществ приводит к изменению вкуса продукта. Другие вещества, обладающие антимикробным эффектом (диоксид серы, сорбиновая кислота и ее соли, нитраты, низин и др.), используются в значительно меньших количествах (менее 0,5 %).

При использовании консервантов следует учитывать:

– рН продукта: чем ниже значение рН, тем меньшее количество консерванта следует вносить в продукт;

– калорийность продукта: в продукты пониженной калорийности рекомендуется вносить на 30–40 % консерванта больше, чем для обычных продуктов;

–  воздействие температуры: консерванты на основе сорбиновой и бензойной кислот не подвержены воздействию высоких температур;

– совместное действие консервирующих веществ: при добавлении в продукт сахара, спирта или другого вещества снижается требуемое количество другого консерванта.

Диоксид серы (SO₂) используется как консервант для целого ряда продуктов из фруктов. Сернистую кислоту – раствор диоксида серы в воде – добавляют в качестве промежуточного консерванта к сырью или полуфабрикатам, а затем удаляют в процессе переработки путем нагревания или вакуумирования. В качестве антимикробного агента сернистую кислоту используют для сохранения сухофруктов, концентратов фруктовых соков, фруктовых пюре. Наряду с антимикробным действием, сернистая кислота предохраняет фруктовые продукты от окислительных реакций побурения, разрушения витаминов, других реакций окрашивания. Концентрация добавляемой сернистой кислоты обычно составляет 0,01–0,2 %. Остаточное ее количество в готовом продукте не превышает 0,01 %, а чаще оно значительно ниже. Механизм действия сернистой кислоты на микроорганизмы основан главным образом на ингибировании ферментативных реакций. Высокая восприимчивость ферментов, содержащих сульфгидрильные группы, объясняется замедлением реакций, зависимых от НАД. Кроме того, диоксид серы взаимодействует с конечными или промежуточными продуктами метаболических реакций, ингибируя таким образом цепочки ферментативных реакций. Некоторые компоненты пищевых продуктов могут образовывать с сернистой кислотой аддукты (продукты химических реакций, в результате которых малая химическая группа соединяется с относительно большой молекулой). В частности, карбонильные соединения (альдегиды, кетоны, сахара) образуют с ней сульфонаты. Их образование максимально при значениях рН 3–5.

Сернистая кислота действует в основном на бактерии. Особенно эффективно подавляет рост бактерий рода Lactobacillus соединение сернистой кислоты с ацетальдегидом. На дрожжи и мицелиальные грибы сернистая кислота действует значительно слабее. Для расширения спектра действия консервирующей системы наряду с сернистой кислотой вводят сорбиновую и бензойную кислоты, которые обладают фунгистатическим действем.

Диацетат натрия – белый кристаллический порошок, растворимый в воде и пахнущий уксусной кислотой; используют в основном в хлебопечении для предупреждения развития «картофельной» болезни, вызываемой спорообразующими бактериями вида Bacillus Sultilis SSP mesentericus. Доза вносимого диацетата натрия составляет 0,2–0,4 % от массы муки.

Пропионовая кислота и пропионаты. На крупных предприятиях хлебопекарной промышленности пропионаты используют как консерванты хлебобулочных изделий. Из-за низкой константы диссоциации пропионовой кислоты они эффективны в области высоких значений рН, характерных для изделий из пшеничной муки.

Механизм действия пропионовой кислоты и ее солей на микроорганизмы основан на снижении рН межклеточной среды, а при их высоких концентрациях – на подавлении активности ферментов и блокировании обмена веществ. Пропионаты подавляют развитие Bacillus mesentericus и плесневых грибов, вызывающих микробиологическую порчу хлеба. В том случае, когда хлебобулочные изделия необходимо хранить длительное время без плесневения, пропионаты следует вносить в довольно высоких концентрациях, поскольку они обладают невысокой антимикробной активностью. Однако это приводит к замедлению брожения теста и появлению нежелательного запаха.

В производстве хлебобулочных изделий используют только пропионаты: пропионат натрия – для сдобных изделий, пропионат кальция – для хлеба. Пропионаты вносят при замесе теста в концентрации 0,1–0,3 % от массы муки.

Сорбиновая кислота и ее соли. Сорбиновая кислота физиологически безвредна, усваивается организмом, как и прочие жирные кислоты, и не является канцерогенной. Формула сорбиновой кислоты

СН₃ – СН=СН-СН=СН-СООН (С₆Н₈О₂).

Антимикробное действие сорбиновой кислоты многосторонне. В первую очередь она ингибирует различные ферменты углеводного обмена, а также каталазу, пероксидазу и др. Кроме того, она действует на клеточные мембраны микроорганизмов, вызывая ее частичное разрушение. Сорбиновая кислота подавляет преимущественно дрожжи и плесневые грибы. Среди бактерий к ней наиболее чувствительны строгие аэробы и каталазоположительные. Гораздо более устойчивы к сорбиновой кислоте молочнокислые бактерии и клостридии. Сорбиновая кислота используется для консервирования фруктовых продуктов. В джемы, варенья и желе из-за высокого содержания сахара ее добавляют в концентрации 0,05 %.

Сорбиновую кислоту вследствие нейтрального вкуса, эффективности в области высоких значений рН, способности ингибировать рост осмофильных дрожжей применяют для консервирования наполнителей шоколада и пралине в концентрации от 0,05 до 0,2 % в зависимости от совокупности факторов, влияющих на эффективность консервирования.

Для предупреждения микробиологической порчи хлебобулочных изделий сорбиновую кислоту добавляют во время замеса теста в количестве 0,10–0,2 % к массе муки. Однако в больших дозах - 0,3 % и более – сорбиновая кислота ингибирует развитие дрожжей, за счет чего уменьшается объем хлеба. Этот недостаток можно предотвратить путем увеличения дозы прессованных дрожжей и удлинения времени брожения. Для действия сорбиновой кислоты оптимальная величина рН хлеба составляет 5,0–5,3, что соответствует рН теста 5,2–5,5.

При поверхностном консервировании хлебобулочных изделий по первому способу хлеб опрыскивают раствором сорбиновой кислоты или ее солей (иногда в сочетании с этиловым спиртом 90 %-й концентрации). По второму способу готовую продукцию плотно заворачивают в упаковочный материал, пропитанный сорбиновой кис-лотой.

Низин – вторичный метаболит (бактериоцин) молочнокислых стрептококков вида Lactococcus lactis subsp. lactis (ранее Streptococcus lactis). Это антибиотическое вещество представляет собой полипептид, состоящий из четырех схожих по строению структурных единиц. В нем обнаружено восемь аминокислот, редко встречающихся в природе. Одна из них называется лантионин, в связи с чем этот класс веществ называют лантибиотиками.

В настоящее время в продажу поступает препарат «Низаплин», вырабатываемый фирмой «Applin and Barret Ltd» (Англия). Он состоит из низина (2,5 %), β-лактоглобулина и поваренной соли и имеет активность 1·10⁶ м.е. На основе низина предлагаются также препараты с торговой маркой «Кризин» и «Селектин». В состав «Селектина» входят низин, а также молочная, лимонная кислоты и другие добавки, разрешенные Минздравом РФ.

Низин имеет относительно узкий антимикробный спектр действия. Он эффективен исключительно против грамположительных бактерий (молочнокислых, пропионовокислых, стрептококков, стафилококков, бацилл, клостридий) и не действует на грамотрицательные бактерии, дрожжи и мицелиальные грибы.

Низин действует на цитоплазматическую мембрану клетки. Она разрушается непосредственно после прорастания спор бактерий. Поэтому действие низина на споры сильнее, чем на вегетативные клетки. Две молекулы низина, взаимодействуя с мембраной, образуют искусственный канал, через который свободно проникают ионы. Вследствие этого существенно меняется градиент протонов. Вероятно, низин усиливает чувствительность спор к нагреву.

К антибиотическим веществам, используемым в пищевой промышленности, предъявляются следующие требования:

– они не должны использоваться в медицине;

– при длительном употреблении антибиотиков с пищей не должно возникать никаких болезненных явлений в организме;

– появление у бактерий устойчивости к ним не должно сопровождаться потерей их чувствительности к медицинским антибиотикам;

– антибиотики должны быть дешевы и экономически эффективы.

Низин удовлетворяет всем этим требованиям. Несмотря на то что низин задерживает рост некоторых патогенных микроорганизмов, он не используется в медицине. Низин не может быть введен в организм внутривенно из-за его плохой растворимости при нейтральном рН, внутримышечно – из-за низкого коэффициента диффузии, перорально – из-за быстрого разрушения ферментами пищеварительного тракта. Низин расщепляется ферментами слюны за время, меньшее чем жизнь одного поколения бактерий, т. е. микрофлора ротовой полости не может адаптироваться к низину. В России низин включен в качестве консерванта (Е234) в список пищевых добавок, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов.

Препараты на основе низина могут быть использованы для предупреждения «картофельной» болезни хлеба.

Разумеется, это неполный перечень консервантов, которые могут быть использованы при производстве хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий.

Перечисленные консерванты или их аналоги входят в состав комплексных улучшителей, которые находят сегодня довольно широкое применение в хлебопечении. Композиционный состав таких улучшителей разрабатывают в целях достижения конкретных технологических эффектов при производстве продукции и, следовательно, в целях формирования определенных качественных характеристик изделий. В частности, комплексные улучшители применяют в технологии хлеба с удлиненными сроками хранения в упаковке для обеспечения микробиологической чистоты и снижения черствения мякиша.