Биоконсервация - Biopreservation

Показанные здесь маленькие стержни молочнокислые бактерии которые конвертируют лактоза и другие сахара молочная кислота. Продукты их метаболизма могут иметь доброкачественный консервант.
3D-модель палки низин, особенно эффективный консервант, продуцируемый некоторыми молочнокислыми бактериями.

Биоконсервация использование естественных или контролируемых микробиота или же противомикробные препараты как способ консервирование еды и расширяя его срок годности.[1] Биоконсервация пищевых продуктов, особенно с использованием молочнокислых бактерий (LAB), которые препятствуют микробам, вызывающим порчу пищевых продуктов, практиковалась с раннего возраста, сначала бессознательно, но в конечном итоге с все более прочной научной основой.[2] Полезные бактерии или ферментация продукты, произведенные этими бактериями, используются в биоконсервации для контроля порча и визуализировать патогены неактивен в пище.[3] Существуют различные способы действия, с помощью которых микроорганизмы могут мешать росту других, например, производство органических кислот, что приводит к снижению pH и антимикробной активности недиссоциированных молекул кислоты, большого разнообразия небольших ингибирующих молекул, включая водород. перекись и др.[2] Это безвредный экологический подход, который привлекает все большее внимание.[1]

Биоконсерванты и механизмы действия

Молочнокислые бактерии

Особый интерес представляют молочнокислые бактерии (ЛАБОРАТОРИЯ). Молочнокислые бактерии обладают антагонистическими свойствами, что делает их особенно полезными в качестве биоконсервантов. Когда LAB конкурируют за питательные вещества, их метаболиты часто включают активные противомикробные препараты, такие как молочная и уксусная кислоты, перекись водорода и пептид бактериоцины. Некоторые LAB производят противомикробные низин который является особенно эффективным консервантом.[4][5]

В наши дни бактериоцины LAB используются как неотъемлемая часть препятствие технологии. Использование их в сочетании с другими методами консервирования может эффективно контролировать бактерии, вызывающие порчу, и другие патогенные микроорганизмы, а также может подавлять активность широкого спектра организмов, включая изначально устойчивые Грамотрицательные бактерии."[1] Молочнокислые бактерии и пропионибактерии были тщательно изучены на предмет их эффективности против порчи, вызывающей появление дрожжей и плесени при порче пищевых продуктов.[6]

[7][8][9][10] На этом рисунке показан путь сохранения пищевых продуктов с участием молочнокислых бактерий. низин, а также путь сохранения пищи с последующим добавлением соли. Кроме того, проиллюстрирован и описан барьерный эффект сохранения пищевых продуктов, например, путем добавления молочнокислых бактерий и соли в пищевой продукт.

Дрожжи

Сообщается, что помимо молочнокислых бактерий дрожжи обладают эффектом биоконсервации из-за их антагонистической активности, основанной на конкуренции за питательные вещества, выработке и переносимости высоких концентраций этанола, а также на синтезе большого класса антимикробных соединений. проявляет широкий спектр активности против микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов, а также против патогенов растений, животных и человека.[11]

Бактерия / дрожжи, которые являются подходящим кандидатом для использования в качестве биоконсерванта, не обязательно должны ферментировать пищу. Однако, если условия подходят для роста микробов, тогда биоконсервативная бактерия будет хорошо конкурировать за питательные вещества с порчей и патогенными бактериями в пище. В качестве продукта метаболизма он также должен производить кислоты и другие противомикробные агенты, в частности, бактериоцины. Биоконсервативные бактерии, такие как молочнокислые бактерии, должны быть безвредными для человека.[3]

Бактериофаги

Бактериофаги (по-гречески «пожиратель бактерий») или просто фаги - это вирусы, поражающие бактерии.[12] Большинство всех известных бактериофагов демонстрируют геном двухцепочечной ДНК внутри капсида вириона и относятся к отряду хвостатых фагов, Caudovirales. Хвостатые фаги можно разделить на три семейства: Podoviridae, которые характеризуются очень короткими хвостами; Myoviridae с более длинными, прямыми и сократительными хвостами; и Siphoviridae, которые можно идентифицировать по их длинным и гибким хвостам. Другая хорошо изученная группа фагов с множеством применений, хотя и незначительная с точки зрения видового разнообразия, представлена ​​нитчатыми фагами, которые демонстрируют геном одноцепочечной ДНК, украшенный спиральным белковым слоем, окружающим молекулу ДНК.[12] Бактериофаги повсеместно распространены в природе и также могут быть выделены из микрофлоры человека или животных. Их количество в десять раз превышает количество бактериальных видов-хозяев, что представляет собой наиболее многочисленную самовоспроизводящуюся сущность на Земле, насчитывающую всего около 1031 фага.[13] Идея использования фагов против нежелательных бактерий возникла вскоре после их открытия. С улучшениями в органической химии в 1950-х годах исследования и разработка антибиотиков широкого спектра действия вытеснили интерес к исследованиям бактериофагов. Несколько лабораторий проверяли пригодность изолятов бактериофагов для борьбы с определенными бактериальными патогенами. Значительный прогресс в этом исследовании был достигнут в Институте бактериофагов в Тбилиси, Грузия, где фаговая терапия обычно применяется в области медицинских исследований. Сегодня лечение устойчивых к антибиотикам бактерий является сложной задачей. В последнее время исследования бактериофагов получили дополнительный импульс в свете выявления устойчивых к антибиотикам патогенов инфекционных заболеваний, при которых применение антибиотиков неэффективно, поэтому исследования по применению бактериофагов интенсивно пересматриваются.[12]Бактериофаги недавно получили общепризнанный статус безопасных из-за отсутствия токсичности и других вредных воздействий на здоровье человека для применения в мясных продуктах в США.[14]

Фаговые препараты, специфичные для L. monocytogenes, Кишечная палочка O157: H7 и S. enterica серотипы были коммерциализированы и одобрены для применения в пищевых продуктах или как часть протоколов обеззараживания поверхности.[14]

Биоконсервация мяса

В мясопереработке биоконсервация широко изучалась в ферментированное мясо продукты и готовые к употреблению мясные продукты.[15][16][17] Использование местной или искусственно введенной микробной популяции для улучшения здоровья и продуктивности животных и / или для уменьшения количества патогенных организмов было названо подходом пробиотического или конкурентного улучшения.[18] Разработанные стратегии конкурентного повышения включают конкурентное исключение, добавление микробной добавки (пробиотика), которая улучшает здоровье желудочно-кишечного тракта, и добавление ограничивающего, не усваиваемого хозяином питательного вещества (пребиотика), которое обеспечивает существующую (или внедренную) популяцию комменсальных микробов конкурентоспособной. преимущество в желудочно-кишечном тракте.[16] Каждый из этих подходов использует активность естественной микробной экосистемы против патогенов, используя естественную микробную конкуренцию. Вообще говоря, стратегии повышения конкурентоспособности предлагают естественный «зеленый» метод уменьшения количества патогенов в кишечнике пищевых животных.[16]

Биоконсервация морепродуктов

Продукты рыболовства являются источником широкого спектра ценных питательных веществ, таких как белки, витамины, минералы, омега-3 жирные кислоты, таурин и т. Д. Продукты рыболовства, однако, также связаны с интоксикацией и инфекциями человека. Примерно от 10 до 20% болезней пищевого происхождения связаны с потреблением рыбы.[19] Изменение потребительского спроса привело к снижению привлекательности традиционных процессов, применяемых к морепродуктам (например, соления, копчения и консервирования), по сравнению с мягкими технологиями, предполагающими более низкое содержание соли, более низкую температуру приготовления и вакуумную упаковку (VP) / упаковку в модифицированной атмосфере (MAP). Эти продукты, разработанные как легкие консервированные рыбные продукты (LPFP), обычно производятся из свежих морепродуктов, и их дальнейшая обработка увеличивает риск перекрестного загрязнения.[19] Этих более мягких обработок обычно недостаточно для уничтожения микроорганизмов, и в некоторых случаях психротолерантные патогенные бактерии и бактерии, вызывающие порчу, могут развиваться в течение длительного срока хранения LPFP. Многие из этих продуктов также едят в сыром виде, поэтому минимизация присутствия и предотвращение роста микроорганизмов имеет важное значение для качества и безопасности пищевых продуктов.[19] Микробная безопасность и стабильность пищевых продуктов основаны на применении консервантов, называемых препятствиями.[20] Нежная текстура и аромат морепродуктов очень чувствительны к технологиям обеззараживания, таким как приготовление пищи, и более поздним мягким технологиям, таким как импульсный свет, высокое давление, озон и ультразвук. Химические консерванты, которые представляют собой не процессы, а ингредиенты, не пользуются популярностью у потребителей из-за спроса на натуральные консерванты. Альтернативным решением, которое привлекает все больше внимания, является технология биоконсервации.[20][21][22] В переработка рыбы, биоконсервация достигается добавлением противомикробные препараты или увеличивая кислотность мышцы рыбы. Большинство бактерий перестают размножаться, когда pH меньше 4,5.[19] Традиционно кислотность повышалась на ферментация, маринование или путем прямого добавления уксусной, лимонной или молочной кислоты в пищевые продукты. Другие консерванты включают: нитриты, сульфиты, сорбаты, бензоаты и эфирные масла.[4] Основная причина менее документированных исследований применения защитных микроорганизмов, бактериофагов или бактериоцинов на морепродукты для биоконсервации по сравнению с молочными или мясными продуктами, вероятно, ранние стадии биоконсервирования произошли в основном в ферментированных пищевых продуктах, которые не так широко распространены среди морепродуктов.[19] Выбор потенциальных защитных бактерий в морепродуктах является сложной задачей из-за того, что они нуждаются в адаптации к матрице морепродуктов (бедные сахаром и их метаболическая активность не должны изменять исходные характеристики продукта, то есть из-за подкисления, и не вызывать порчу, которая может привести к сенсорному отторжению.[19] Среди микробиоты, обнаруженной в свежих или переработанных морепродуктах, LAB остается категорией, которая предлагает самый высокий потенциал для прямого применения в качестве биозащитной культуры или для производства бактериоцина.[19]

Коммерческие приложения и продукты

Различные фаговые препараты успешно внедряются по всему миру. Были разработаны различные способы применения / доставки в пищевых продуктах. Бактериофаги и их эндолизины могут быть включены в пищевые системы несколькими способами, такими как распыление, окунание или иммобилизация, по отдельности или в сочетании с другими препятствиями.[23] Фаговый препарат LMP-1O2 впоследствии был коммерциализирован как «ListShield». Intralyx, Inc. Было показано, что он эффективен против 170 различных штаммов "L. monocytogenes", значительно снижая (от 10 до 1000 раз) заражение Listeria при распылении на готовые к употреблению продукты питания без изменения общего состава, вкуса, запаха или цвета пищи.[14]Компания Intralytix также выпустила на рынок противомикробные препараты на основе фагов, такие как SalmoFresh и SalmoLyse, для контроля S. enterica.[24] SalmoFresh приготовлен из смеси природных литических бактериофагов, которые избирательно и специфически убивают сальмонеллу, включая штаммы, принадлежащие к наиболее распространенным / высокопатогенным серотипам Typhimurium, Enteritidis, Heidelberg, Newport, Hadar, Kentucky и Thompson. По словам производителя, SalmoFresh специально разработан для обработки продуктов с высоким риском "СальмонеллаВ частности, красное мясо и птицу можно обрабатывать перед измельчением для значительного снижения заражения сальмонеллами. SalmoLyse - это переработанный фаговый коктейль, полученный из SalmoFresh, в котором были заменены два из шести фагов в исходном коктейле.[24] Были составлены дополнительные препараты бактериофагов, которые использовались для снижения микробной нагрузки животных перед убоем, и были сделаны ссылки на них, и они коммерчески доступны от Omnilytics, такие как линия продуктов BacWash против Salmonella. Омнилитики. Еще одно коммерческое приложение было разработано компанией Micreos в Нидерландах, Listex_ P100, и было признано общепризнанным безопасным (GRAS) статусом FDA и USDA для использования во всех пищевых продуктах.[23]

Еще одним важным коммерческим применением бактериофагов является ELICOSALI, широкий спектр анти-Сальмонелла и "Кишечная палочка«фаговый коктейль для обработки сельскохозяйственных продуктов, разработанный Институтом Элиава в Тбилиси, Республика Грузия. Институт Элиава.[14]

Безопасность

Биоконсервация разумно использует антимикробный потенциал природных микроорганизмов в продуктах питания и / или их метаболитов с долгой историей безопасного использования. Бактериоцины, бактериофаги и ферменты, кодируемые бактериофагами, подпадают под эту теорию. Долгая и традиционная роль молочнокислых бактерий в ферментации пищевых продуктов и кормов является основным фактором, связанным с использованием бактериоцинов в биоконсервации. LAB и их бактериоцины употреблялись непреднамеренно в течение многих лет, что свидетельствует о долгой истории их безопасного использования. Их антимикробный спектр ингибирования, бактерицидный способ действия, относительная толерантность к условиям обработки (pH, NaCl, термообработка) и отсутствие токсичности по отношению к эукариотическим клеткам усиливают их роль в качестве биоконсервантов в пище.[25] Оценка любых новых противомикробных активных веществ в мясе проводится Министерством сельского хозяйства США, которое полагается на оценку GRAS FDA среди других данных о пригодности.

Рекомендации

  1. ^ а б c Анану С., Македа М., Мартинес-Буэно М. и Вальдивия Е. (2007) «Биоконсервация, экологический подход к повышению безопасности и срока годности пищевых продуктов» В архиве 2011-07-26 на Wayback Machine В: А. Мендес-Вилас (Ред.) Информирование о текущих исследованиях и образовательных темах и тенденциях в прикладной микробиологии, Форматекс. ISBN  978-84-611-9423-0.
  2. ^ а б Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 1. Определение новых защитных культур и компонентов культур для биоконсервации пищевых продуктов. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу:http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009273P1/protective-cultures-antimicrobial/identifying-new-protective
  3. ^ а б Юсеф AE и Кэролайн Карлстром C (2003) Пищевая микробиология: лабораторное руководство Wiley, стр.226. ISBN  978-0-471-39105-0.
  4. ^ а б ФАО: Техники консервации Департамент рыболовства и аквакультуры, Рим. Обновлено 27 мая 2005 г. Проверено 14 марта 2011 г.
  5. ^ Альзамора, Стелла; Тапиа, Мария Соледад; Лопес-Мало, Аурелио (2000). Минимально обработанные фрукты и овощи: основные аспекты и применение. Springer. п. 266. ISBN  978-0-8342-1672-3.
  6. ^ Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 2. Противогрибковые молочнокислые бактерии и пропионибактерии для биоконсервации пищевых продуктов. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009274A1/protective-cultures-antimicrobial/antifungal-lactic-acid
  7. ^ Адамс, Мартин Р., Морис О. Мосс и Питер МакКлюр. Пищевая микробиология. 4-е изд. Н.п .: Королевское химическое общество, 2014. Print.
  8. ^ «Молочнокислые бактерии - их использование в продуктах питания». EUFIC. Европейский совет по продовольственной информации, январь 2016 г. Web. 26 ноября 2016 г.
  9. ^ Приход, Микки. "Как соль и сахар предотвращают микробную порчу?" Scientific American. Scientific American, подразделение Nature America, Inc., 17 февраля 2006 г., Web. 27 ноября 2016 г.
  10. ^ Соомро, Айджаз Хуссейн, Тарик Масуд и Анваар Киран. «Роль молочнокислых бактерий (LAB) в сохранении пищевых продуктов и здоровье человека - обзор». ResearchGate. Азиатская сеть научной информации, январь 2002 г. Web. 27 ноября 2016 г.
  11. ^ Muccilli, S .; Рестучча, К. (2015). «Биозащитная роль дрожжей». Микроорганизмы. 3 (4): 588–611. Дои:10.3390 / микроорганизмы 3040588. ЧВК  5023263. PMID  27682107.
  12. ^ а б c Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 6. Бактериофаги и безопасность пищевых продуктов. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009277EL/protective-cultures-antimicrobial/bacteriophages-food-safety
  13. ^ BRUSSOW H и KUTTER E (2005). «Экология фагов». В Kutter E и Sulakvelidze A (eds) Bacteriophages - Biology and Application, New York, CRC Press, 13 1 pp.
  14. ^ а б c d Перес Пулидо, Рубен; Гранде Бургос, Мария Хосе; Гальвес, Антонио; Лукас Лопес, Росарио (2015). «Применение бактериофагов в послеуборочной борьбе с патогенными бактериями человека и бактериями, портящими пищу». Критические обзоры в биотехнологии. 36 (5): 1–11. Дои:10.3109/07388551.2015.1049935. ISSN  0738-8551. PMID  26042353.
  15. ^ Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 7. Использование антимикробных культур, бактериоцинов и бактериофагов для снижения переносимости бактериальных патогенов пищевого происхождения домашней птицей. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009277U3/protective-cultures-antimicrobial/using-antimicrobial-cultures
  16. ^ а б c Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 8. Использование антимикробных культур, бактериоцинов и бактериофагов для снижения переноса патогенов пищевого происхождения у крупного рогатого скота и свиней. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009278K1/protective-cultures-antimicrobial/using-antimicrobial-cultures-2
  17. ^ Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации пищевых продуктов и напитков - 12. Применение защитных культур, бактериоцинов и бактериофагов в ферментированных мясных продуктах. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00927AP3/protective-cultures-antimicrobial/applications-protective-4
  18. ^ Фуллер, Р. (1989). «Пробиотики у человека и животных». J. Appl. Бактериальный. 66 (5): 365–378. Дои:10.1111 / j.1365-2672.1989.tb05105.x. PMID  2666378.
  19. ^ а б c d е ж грамм Лакруа, Кристоф. (2011). Защитные культуры, антимикробные метаболиты и бактериофаги для биоконсервации продуктов питания и напитков - 13. Применение защитных культур, бактериоцинов и бактериофагов в свежих морепродуктах и ​​морепродуктах. Издательство Вудхед. Онлайн-версия доступна по адресу: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00927B0C/protective-cultures-antimicrobial/applications-protective-2
  20. ^ а б RODGERS s (2001), «Сохранение неферментированных охлажденных пищевых продуктов с помощью микробных культур: обзор», Trends in Food Science and Technology 12,276-284.
  21. ^ DORTU c и THONART P (2009), «Бактериоцины из молочнокислых бактерий: интерес для биоконсервации пищевых продуктов», Biotechnol Agron Soc Environ 13, 143-154.
  22. ^ CALO-MATA P, ARLINDO S, BOEHME K, DE MIGUEL T, PASCOAL A и BARROSVELAZQUEZ J (2008 г.), «Текущие применения и будущие тенденции молочнокислых бактерий и их бактериоцинов для биоконсервации пищевых продуктов из водных организмов», Food andBioprocess Technology 1 , 43-63.
  23. ^ а б Хагенс, S; Лесснер, MJ (2010). «Бактериофаг для биоконтроля патогенов пищевого происхождения: расчеты и соображения». Curr Pharm Biotechnol. 11 (1): 58–68. Дои:10.2174/138920110790725429. PMID  20214608. S2CID  11806178.
  24. ^ а б Вулстон, Дж; Парки, АР; Абуладзе, Т; и другие. (2013). «Бактериофаги, литические для сальмонелл, быстро уменьшают заражение сальмонеллами на стеклянных и нержавеющих поверхностях». Бактериофаг. 3 (3): e25697. Дои:10.4161 / bact.25697. ЧВК  3821689. PMID  24228226.
  25. ^ Гарсия, Пилар; Родригес, Лорена; Родригес, Ана; Мартинес, Беатрис (2010). «Биоконсервация пищевых продуктов: многообещающие стратегии с использованием бактериоцинов, бактериофагов и эндолизинов». Тенденции в пищевой науке и технологиях. 21 (8): 373–382. Дои:10.1016 / j.tifs.2010.04.010. HDL:10261/51440.