Биоза, анабиоза и абиоза

При абиозе полностью подавляется деятельность микроорганизмов, способных вызывать порчу продуктов и заболевания людей. Обычно при этом полностью инактивированы и ферменты. Наиболее распространенным промышленным методом консервирования, основанном на принцип абиоза, является метод тепловой стерилизации.

Тепловая стерилизация - это обработка продукта под действием высокой температуры, при которой микроорганизмы гибнут в результате необратимых изменений, происходящих в протоплазме (наполнитель клетки белкового происхождения) клетки, коагуляции белков и разрыва цитоплазменной оболочки клетки. Таким образом, возбудители порчи, находящиеся внутри консервных банок, при тепловой обработке погибают, а находящиеся в окружающей среде благодаря герметичности тары внутрь тары попасть не могут, ферменты, сохранившиеся в продукте к началу стерилизации, инактивируются. Консервированные таким способом пищевые продукты могут сохраняться в течение многих лет. Готовые консервы хранят в обычных складах, перевозят в обычных железнодорожных вагонах и на автомобилях. В этом состоит большое преимущество способа. Данный способ консервирования - основной в промышленности и наиболее надежный среди всех способов хранения пищевых продуктов. При использовании оптимальных режимов стерилизации для каждого конкретного вида пищевого продукта химические изменения в нем и изменения его естественных свойств будут минимальными. Принцип абиоза в этом способе соблюден как в отношении микроорганизмов, так и консервируемого сырья.

Для стерилизации консервов применяют аппараты периодического и непрерывного действия. В зависимости от того, при какой температуре проводится стерилизация, какое создается в банке давление и какая именно консервная тара применяется, консервы стерилизуются в открытых автоклавах при атмосферном давлении, но в основном в закрытых аппаратах с применением избыточного давления.

Наиболее универсальными стерилизационными аппаратами, позволяющими осуществить тепловой процесс как под избыточным, так и под атмосферным давлением, с использованием в качестве греющей среды пара и воды, пригодными для стерилизации консервов в жестяной, стеклянной, полимерной таре любых размеров и алюминевых тубах, являются вертикальные автоклавы периодического действия.

Применение электрического тока высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ) - один из особых способов тепловой стерилизации пищевых продуктов. Если пищевой продукт поместить в электрическое поле переменного тока высокой частоты (диапазон электромагнитных волн порядка 20-30 МГц), структурные элементы продукта поглощают электрическую энергию, в результате переменной поляризации приобретают колебательное движение, которое благодаря внутреннему трению преобразуется в теплоту. Поскольку поглощение электрической энергии происходит одновременно, продукт в поле ВЧ разогревается быстро (всего за 1,5-2 мин), одновременно и равномерно по всему объему. Кратковременный эффективный нагрев позволяет получать консервы высокого качества, особенно в тех случаях, когда при обычной стерилизации качество ухудшается из-за разваривания плодов (компоты). Еще более эффективен сверхвысокочастотный нагрев при частоте 2400 МГц, который позволяет осуществить непрерывный процесс стерилизации на конвейере в рабочей камере. Однако внедрение процессов ВЧ- и СВЧ-обработки в практику консервирования сдерживается из-за сложности оборудования, относительной дороговизны процессов, трудностей контроля температурного режима в банке при обработке и т.д.

Консервирование с помощью антисептиков. Основано на способности антисептиков уничтожать микроорганизмы, предохраняя тем самым продукт от порчи. Проникая в клетку микроба, эти вещества вступают во взаимодействие с белками протоплазмы, парализуя при этом ее жизненные функции и приводя микробную клетку к гибели.

Антисептики, пригодные для сохранения пищевых продуктов, должны удовлетворять следующим требованиям: быть ядовитыми для микробов в небольших дозах (порядка долей процента), однако в применяемых дозах не оказывать вредного воздействия на организм человека; не вступать во взаимодействие с пищевыми веществами и не придавать продукту неприятного запаха или привкуса; не реагировать с материалом технологического оборудования или консервной тары; легко удаляться из продукта перед употреблением его в пищу. Антисептика, который полностью удовлетворял бы этим требованиям, пока не обнаружено. Многие из них оказывают вредное действие не только на микробы, но и на организм человека. Для консервирования плодов и ягод, фруктового пюре и плодово-ягодных соков применяют диоксид серы, бензойную кислоту или ее натриевую соль и сорбиновую кислоту. Наилучшим антисептиком считается диоксид серы. Необходимая концентрация его невелика - 0,15-0,20%, но в этой концентрации он ядовит для человека и придает продукту неприятный запах и привкус, связывается с некоторыми веществами плодов и овощей, например, сахарами, вызывает коррозию металлических частей оборудования. Однако очень большое достоинство этого антисептика - почти полное удаление его из продукта перед употреблением в пищу путем нагревания. В консервном производстве он применяется для сохранения фруктовых полуфабрикатов и заготовок, которые впоследствии можно использовать для варки джемов, повидла и т.п. Диоксид серы более токсичен для плесеней и бактерий, чем для дрожжей. Кроме того, он ингибирует и некоторые ферменты, в частности те, которые вызывают ферментативное побурение плодов и овощей, благодаря чему плоды не темнеют. Диоксид серы также способствует сохранению в продукте витамина С.

Бензоат натрия (натриевая соль бензойной кислоты) представляет собой кристаллический порошок без запаха и вкуса, который оказывает консервирующее действие в концентрации 0,1%. Он удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к антисептикам (за исключением легкого привкуса бензоата), однако удалить его из полуфабриката перед употреблением в пищу невозможно. На бактерицидное действие бензойной кислоты влияет кислотность среды. Поэтому соли бензойной кислоты рекомендуется использовать для консервирования кислых продуктов.

В консервном производстве, кроме перечисленных, успешно используют сорбиновую кислоту или ее калиевую соль, которая оказывает консервирующее действие в небольших концентрациях (0,05-0,1%), не придает продуктам постороннего привкуса или запаха и безвредна для человека. Попадая вместе с продуктами в организм человека, сорбиновая кислота окисляется до образования веществ, безвредных для человека.

Консервирование с помощью антибиотиков. Основано на бактерицидном характере их действия. Они отличаются от антисептиков по происхождению и способу получения: антисептики получают чисто химическим путем из неорганических продуктов (диоксид серы) или органических веществ (бензойная и сорбиновая кислоты), а антибиотики, которые продуцируются живой клеткой, получают биохимическим путем. Наиболее распространены такие антибиотики микробного происхождения, как пенициллин, стрептомицин, грамицидин и др. Кроме перечисленных используются антибиотики растительного происхождения, так называемые фитонциды, которые входят в состав лука, чеснока, хрена, горчицы и других растений. Антибиотики в сотни раз эффективнее антисептиков, оказывают консервирующее действие в концентрациях, которые измеряются несколькими десятитысячными долями процента. Однако нужно иметь в виду, что систематическое употребление антибиотиков небезопасно для здоровья человека, так как приводит к появлению в организме человека рас микроорганизмов, устойчивых к их действию, и обесцениванию антибиотиков как лекарственных средств. Поэтому единственным антибиотиком, получившим разрешение органов здравоохранения для консервирования пищевых продуктов, да и то при особых условиях, является хлортетрациклин, или биомицин. Ценной в технологическом отношении особенностью его является способность полностью разлагаться при непродолжительном кипячении, поэтому биомицин разрешено применять только для консервирования сырья животного происхождения - мяса, рыбы, птицы, которое употребляется в пище после горячей кулинарной обработки. Применять биомицин при консервировании плодов и овощей, которые употребляют также в сыром виде, не разрешается. Органы здравоохранения рекомендуют использовать в пищевой промышленности антибиотики, не применяющиеся в медицине. К таким антибиотикам относится низин, бактерицидное действие которого проявляется в первую очередь в отношении бактерий. Его рекомендуется использовать для введения в консервы с целью смягчения режимов стерилизации в количестве 0,01-0,02%. В процессе нагревания около 75% низина разрушается, что позволяет вносить повышенное количество его для получения необходимых результатов.

Из фитонцидов наиболее подходящим для консервирования является эфирное масло, получаемое из семян горчицы, так называемое аллилгорчичное масло (изородановый эфир аллилового спирта). Введение этого антибиотика, например, в маринады, в количестве 0,002% позволяет сохранить эти продукты больше года при условии герметичной укупорки банки без порчи, даже если они не были пастеризованы.

Классификация методов консервирования при помощи биоза, анабиоза и абиоза можно представить в виде таблицы 3.

Классификация методов консервирования при помощи

Принцип	Модификация	Сущность	Применение
1	2	3	4
Поддержание естественного иммунитета сырья
	биоз	Использование естественного иммунитета сырья и поддержка процессов, противодействующих развитию процесса порчи	Система мер, обеспечивающая кратковременное сохранение сырья до переработки (порядка 24-48 часов)
Подавление биологических и физико-химических процессов
АНАБИОЗ	теплоанабиоз	1.Психроанабиоз (охлаждение) 2.Криоанабиоз (замораживание) 3.Термоанабиоз – воздействие высоких положительных температур	Психроанабиоз – мера для временного хранения готовой продукции при низких плюсовых - 2-8⁰С (не ниже 0⁰С) температурах. Криоанабиоз (криоконсервирование) – комплекс мер по длительному консервированию сырья и продукции (до года и более) при температуре менее 0⁰С в зависимости от вида продукта и планируемых сроков хранения. Термическая обработка при температурах от 60 до 100⁰С с выдержкой от 1-2 с до 30 мин
осмоанабиоз	Осмоанабиоз - повышение осмотического давления на границе раствор/микробиальная клетка	Комплекс мер по повышению осмотического давления за счет использования осмотически активных веществ. В некоторых технологиях частично достигается за счет концентрирования сухих веществ сырья. Требуемое для эффективного консервирования осмотическое давление составляет 16 и более МПа
ксероанабиоз	Удаление из продукта воды путем сушки	Нахождение микробиальных клеток в сухой среде (физиологическая сухость) приводит их к плазмолизу за счет отдачи влаги осмотическим путем
наркоанабиоз	Хранение и/или переработка в среде газов	Воздействие на микроорганизмы газов: азота, углекислого газа и др.
ценоанабиоз	Введение в продукт полезной микрофлоры	Комплекс мер по подавлению нежелательной и направленное развитие полезной микрофлоры. Регулируется рядом факторов (рН, ORP, ⁰С, влагосодержанием и др.)
ацидоанабиоз	Понижение рН среды	Достигается за счет использования различных пищевых регуляторов кислотности (в том числе и бактериальных препаратов)
Ионизирующие излучения -радуризация	Применение ионизирующей радиации в пастеризирующих дозах	Может создаваться за счет энергии g-лучей (рентгеновские) и излучения ускоренных электронов. Доза - 250-800 крад.
	Прекращение биологических и подавление физико-химических процессов (стерилизация)
АБИОЗ	термоабиоз	Стерилизация - обработка молока при высоких плюсовых температурах	Обработка при высоких температурах (выше 100⁰С) в течение от 1-3 с до 120 мин в зависимости от вида продукта
Лучевая стерилизация	Облучение ультрафиолетовыми лучами	Как метод консервирования, приемлем только на прозрачных продуктах. Наибольшей бактерицидной силой обладают лучи с длиной волны от 295 до 200 нм
Ионизирующие излучения радаппертизация или радиационная стерилизация	Применение ионизирующей радиации в летальных для микроорганизмов дозах	Включает энергию g-лучей (рентгеновские) и излучение ускоренных электронов. Доза – 1,5-2,0 Мрад.
Механическая стерилизация	Применение жестких механических режимов по физическому воздействию на микроорганизмы	Влияние жестких физических воздействий на подавление/уничтожение и/или удаление микроорганизмов
Химическая стерилизация	Применение различных химических веществ - консервантов	Подавление / прекращение развития микроорганизмов. В основном применяется как дополнительная мера. Является одним из факторов в «барьерных» технологиях консервирования

Большинство из названных методов консервирования помимо одного основного принципа консервирования включают в себя элементы других. Например, холодильная обработка плодов и овощей при температуре выше температуры замерзания воды в основном использует принцип биоза, так как при подобном хранении прежде всего сохраняются естественные защитные свойства этих продуктов. Но при этом имеют место и элементы других методов, например, анабиоза, - при низкой температуре подавляется деятельность микроорганизмов и уменьшается активность ферментов (и даже абиоза), так как часть микроорганизмов во время охлаждения погибает.

Консервирование продуктов обязательно сопровождается изменением их свойств, чаще в худшую сторону. В некоторых случаях вкусовые качества консервированных продуктов оцениваются даже выше свежих, например, таких, как ветчинные изделия, некоторые соленые овощи, кисломолочные продукты и др., но, как правило, при консервировании происходит в большей или меньшей степени снижение пищевой ценности продуктов, разрушение витаминов, некоторых незаменимых аминокислот, потеря микроэлементов.

Если натуральные продукты можно перевести в консервированные, то обратный переход во всех случаях невозможен, то есть консервирование является процессом необратимым.