Реферат на тему «Биотехнологические способы получения консервантов»

АННОТАЦИЯ

Данная работа состоит из двух взаимосвязанных глав.

В первой главе рассмотрено понятие консерванта и его действие на клетки микроорганизмов. Рассмотрены наиболее распространенные консерванты в настоящее время, такие как бензойная кислота (индекс Е 210) и ее соли и сорбиновая кислота (индекс Е 200) и ее соли, например, сорбат натрия (индекс Е201). Представлены виды консервантов: синтетические и натуральные. Перечислены подгруппы синтетических консервантов.

Во второй главе описаны самые известные способы консервирования. Разобран подробно вопрос биотехнологических способы консервирования, как наиболее простых и доступных, дешёвых методов обработки пищевых продуктов, широко распространенных в промышленности и используемые в домашних условиях

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Общие сведения о консервантах

2 Биотехнологические способы получения консервантов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Консерванты — это пищевые добавки, имеющие свой индекс, который должен быть на этикетке того или иного продукта. Наиболее распространенными из них в настоящее время являются бензойная кислота (индекс Е 210) и ее соли и сорбиновая кислота (индекс Е 200) и ее соли, например, сорбат натрия (индекс Е201).

Бытует мнение, искусно подогретое некоторыми средствами массовой информации, что все консерванты вредны. На самом деле это не так. Например, консервирующая добавка Е 300 ни что иное, как аскорбиновая кислота, то есть чистый витамин С.

С помощью добавления химических консервантов в пищу, можно добиться замедления или полного предотвращения процессов развития микрофлоры – бактерий, дрожжей, а также продлить сохранность продуктов. Эффективность использования химических консервантов зависит от их концентрации, природы и кислотности среды. Возможно, применение целой смеси консервантов. Но предметом данного изучения являются биотехнологические методы консервирования.

В наше время в пищевой промышленности всё чаще используют различного рода консерванты, смеси консервантов, а также вещества, обладающие консервирующим действием.

Перед любым производителем при применении метода консервирования всегда стоит цель, чтобы полученный продукт был прежде всего безопасным для населения, а именно, исключить токсическое, канцерогенное и аллергенное действие на организм человека.

Цель работы – изучить биотехнологические способы получения консервантов.

1 Общие сведения о консервантах

Консерванты – пищевые добавки, которые повышают срок хранения продуктов, защищая их от порчи, вызываемой микроорганизмами. Консервирование – действия, направленные против микробиологической порчи.

Действие консервантов направлено непосредственно на клетки микроорганизмов (замедление ферментативных процессов, синтеза белков, разрушение клеточных мембран и т.д.). Вещества, обладающие консервирующим действием, влияют на микробов, за счёт снижения рН среды, активности воды и концентрации кислорода. Соответственно каждый консервант имеет свой спектр действия. Поэтому эффективным является совместное использование нескольких консервантов разного спектра действия и сочетание консервантов с физическими способами консервирования (сушкой, нагреванием, охлаждением и т.д.).

Вещества, обладающие консервирующим действием, — поваренная соль, уксус, этиловый спирт, диоксид углерода, коптильный дым и т.п. – используют обычно в количестве нескольких процентов или десятков процентов (например, сахар проявляет антимикробное действие, начина с концентрации примерно 60%). Часто необходимая концентрация таких веществ определяется вкусовыми характеристиками готового продукта.

Собственно, консерванты – сорбиновая кислота, бензойная кислота, низин, диоксид серы, и т.д., — используются в гораздо меньшем количестве (менее 0.5%) и практически не влияют на органолептические показатели.

Консерванты призваны решить единственную задачу: предотвратить развитие патогенных микроорганизмов. Это защищает продукты от порчи, продлевает срок годности. В действительности спектр действия химических веществ значительно шире. Поэтому условно продукты, входящие в группу пищевых добавок с индексами от E200 до E299, делят на две категории: консерванты и вещества, обладающие консервирующими свойствами. Консерванты второй группы могут дополнительно выступать: фиксаторами окраски (нитриты, нитраты); антиоксидантами (все сульфиты); регуляторами кислотности (яблочная и фумаровая кислоты, все ацетаты, молочная и уксусная кислоты); отбеливателями (сульфиты); уплотнителями растительных тканей (ацетат, формиат, сульфит кальция).

Накопление консерванта в продукте может происходить не только при его внесении извне, но и в связи с химическими изменениями, происходящим в результате действия микроорганизмов. Квашение капусты, соление огурцов и других овощей основано на молочнокислом брожении сахара, в результате накапливается молочная кислота.

Непременным условием эффективного использования консерванта является его равномерное распределение в продукте, лучше всего – растворение. Стадия внесения консерванта определяется технологией производства. Оптимальным считается момент сразу после термообработки и перед перемешиванием. Выбор консервантов и их дозировок зависит от степени бактериальной загрязнённости условий хранения, физико-химических свойств продукта (pH, активность воды), технологии его получения и желаемого срока годности.

Например, Е 230 (дифенил), Е 231 (ортофенилфенол) и Е 232 (ортофенолят натрия) предназначены для опрыскивания цитрусовых. Консервантом Е 220 (диоксид серы) обрабатывают сухие овощи и фрукты. Сорбиновая кислота (Е 200) и её соли, в особенности сорбат калия (Е 202) используются во всех отраслях промышленности – от хлебопекарной до виноделия. Е 200, Е 202 наиболее эффективны в борьбе с дрожжами и плесенью, при этом они применимы как для сохранения как сильно-, так и слабокислых продуктов и отличаются только способностью растворяться в воде.  Консервант Е 234 (низин) — это единственный антибиотик, который разрешён к применению в пищевой промышленности: он не вызывает привыкания и быстро разлается в организме на безопасные вещества, предотвращает образование ботулотоксина. Применяется в производстве сыров и других молочных продуктов, овощных, мясных, рыбных консервов, а также в виноделии, пивоварении и хлебопечении. Е 211 (бензоат натрия) используется при приготовлении майонезов, кетчупов, рыбопродуктов, безалкогольных напитков, консервировании овощей и пр.

Е 220-228 (двуокись серы и её производные) используются при производстве многих продуктов и полуфабрикатах, а также для дезинфекции тары. Е 280-283 (пропионовая кислота и её соли) рекомендуются в качестве основного консерванта (или в комбинации с сорбиновой кислотой и её солями) для сыроварения. Пропионаты также используются при производстве молочных продуктов и в хлебопечении.

Е 236-238 (муравьиная кислота и её производные) используются в основном, при консервировании овощей и производстве безалкогольных напитков.

Из применяемых сегодня консервантов аллергенами считаются прежде всего сульфиты – Е221, Е226, Е225 (особенно для астматиков), бензойная кислота – Е 210 и парабены – Е 209, Е 214, Е 215, Е 218, Е 219.

Согласно Постановления Главного Государственного санитарного врача РФ «О запрещении использования пищевых добавок» № 1 от 18.01.05 г. внесён запрет на использование пищевых добавок Е 216 (пара-оксибензойной кислоты, пропиловый эфир) и Е 217 (пара-оксибензойной кислоты, пропиловый эфир, натриевая соль) с 01.03.05 г. при производстве пищевых продуктов, а также запретить ввоз данных консервантов на территорию РФ.

Чаще всего консерванты используют с целью защиты от токсинообразующих микроорганизмов, т.е. фактически применение консервантов имеет профилактический характер, при этом, предотвращая порчу продуктов, они уменьшают образование токсинов. Так, нитриты и нитраты применяют в производстве солений не только для предания продуктам привычной окраски. Нитриты препятствуют развитию рода Clostridiumи, следовательно, образования ботулотоксина. Поскольку нитриты (Е249, Е250) сравнительно токсичны, подавляющем действием, с связанным с образованием токсина, оказывает сорбиновая кислота (Е 200). Однако она не может заменить нитрит в части окрашивания мяса в красный цвет и придания ему характерного аромата соления.

Использование консервантов против токсинообразующих грибов позволяет снизить опасность загрязнения пищи микотоксинами. Такого рода опасности в большей степени подвержены сыры, твёрдокопчённые колбасы, фруктовые продукты и выпечка. Сорбиновая кислота (Е 200) сильнее подавляет образование микотоксинов путём подавления синтеза афлотоксина. Другие консерванты (например, пропионая кислота, бензойная кислота, сорбат калия) тоже препятствуют образованию токсинов.

Современные условия жизни требуют новых подходов к пищевой промышленности – конструирование пищевых продуктов заданного качества модифицированного химического состава, удовлетворяющих физиологические потребности человека в полном объёме, повышающих пищевую плотность его рациона в целом. Без пищевых добавок, без консервантов эту проблему решить невозможно.

Виды консервантов

Все добавки делятся на синтетические и натуральные.

Консервантов, в производстве которых не участвуют химические вещества, почти нет. Собственно, натуральными можно считать низин (Е 234), натамицин (Е 235) и молочную кислоту (Е 270). Первые два являются итогом ферментации бактерий и действуют как антибиотики. Молочная кислота — продукт естественного брожения жидкостей (молоко, пиво, вино). В отдельном ряду стоит уксусная кислота.

В зависимости от технологии ее производства можно говорить, как о натуральном (брожение этилового спирта), так и искусственном (синтез метанола с различными реактивами) происхождении.

Синтетические — большинство консервантов искусственного происхождения. Некоторые имеют природные аналоги (например, яблочная кислота, сорбаты). Промышленное получение таких веществ путем химического синтеза не дает права отнести их к категории натуральных.

В зависимости от производного вещества синтетические консерванты можно разделить на несколько подгрупп.

Сорбаты. Одна из самых безопасных категорий включает сорбиновую кислоту и ее соли. Получают пищевые добавки, нейтрализуя основу определенными реагентами.

Бензоаты. Консерванты являются производными бензойной кислоты. Получают взаимодействием производной кислоты и реагентов.

Сульфиты. Все вещества (кроме диоксида серы Е 220) являются производными сернистой кислоты. Получают путем синтеза вещества–основы с карбонатами (гидроксидами) металлов в присутствии воды. Сульфиты обычно быстро выводятся из организма, в разумных дозах не считаются опасными.

Фенилы. Группа углеводородных радикалов, являются производными бензола. Фенилы обладают выраженным фунгицидным действием. Относятся вещества к умеренно опасным.

Нитриты — соли азотистой кислоты. Обладают канцерогенным действием. Получают добавки различными реакциями обменного разложения химических веществ с последующей кристаллизацией.

Нитраты представляют собой соли азотной кислоты. Они входят в естественный состав растительных продуктов, воды. Сами по себе не представляют опасности. Попадая в организм, они восстанавливаются до крайне токсичных нитритов. Сейчас идет тенденция к максимальному снижению использования консервантов данной группы в продуктах питания, вплоть до полного их исключения.

Ацетаты — группа солей и эфиров уксусной кислоты. Существуют и другие, но остановимся на рассмотренных видах.

2  Биотехнологические способы получения консервантов

Известные способы консервирования продукции предусматривают помещение консервируемых продуктов в соответствующую тару, ее заливку консервирующим раствором, последующие герметизацию и тепловую обработку.

Биотехнологические способы консервирования — это наиболее простые и доступные, дешёвые методы обработки пищевых продуктов, широко распространенные в промышленности и используемые в домашних условиях.

Биотехнологическими способами является соление, мочение, квашение, производство плодово-ягодных и виноградных вин.

Большинство биотехнологических методов консервирования плодов и овощей основано на культивировании молочнокислых бактерий, продуктом жизнедеятельности которых является молочная кислота. Накопление ее в продукте приводит к сдвигу реакции среды в кислую сторону, то есть в условия, при которых деятельность большинства видов банальной микрофлоры сильно тормозится. Кроме того, молочная кислота непосредственно воздействует на многие виды микроорганизмов и является естественным консервантом.

Плоды и овощи содержат достаточное количество углеводов в легкодоступной форме и все необходимые биол активные вещества необходимые для жизнедеятельности молочнокислых бактерий, которые повышают кислотность продуктов до уровня препятствующих развитию гнилостных бактерий, дрожжей и плесени. Дополнительно при квашении вносят осмофильный агент — поваренную соль, вызывающую плазмолиз клеток, диффузию клеточного сока в рассол и препятствует развитию гнилостных микроорганизмов на первых этапах брожения.

Процесс брожения, происходящий при квашении капусты, можно разделить на три стадии.

В первой стадии поваренная соль извлекает содержащуюся в капусте влагу и вызывает плазмолиз клеток капусты. Экстрактивные вещества, находящиеся в клетках капусты, переходят при этом в рассол. В начале процесса квашения концентрация рассола высокая и микроорганизмы в нем развиваться не могут. По мере дальнейшего выделения влаги из капусты концентрация рассола понижается и создаются условия для микробиологических процессов.

 В процессе ферментации выделяют три стадии, характеризующиеся развитием разнообразной микрофлоры.

Начальная стадия. Характеризуется обильным пенообразованием. В этот период при рН 6,2 бурно начинают развиваться аэробные микроорганизмы: дрожжи, палочковидные бактерии, в частности бактерии кишечной группы, газо — и кислотообразователи, различные кокки, типичные эпифиты (ErviniaHerbicola). Развитие такой смешанной микрофлоры, выделяющей различные продукты обмена и использующей остаточные количества кислорода в заквашиваемой капусте, существенно влияет на вкус и запах готового продукта. В это время образуются небольшие количества муравьиной, уксусной, янтарной, пропионовой, молочной, масляной кислот, этиловый спирт, выделяется диоксид углерода, в ничтожных количествах – метан. Эта стадия длится 1-2 сут. Аэробные микроорганизмы при этом поглощают кислород и создают условия для развития анаэробов.

Основная стадия. Начинается развитием гетероферментативных молочнокислых кокковидных бактерий, которые становятся доминирующими к концу 2-3-х суток. Жизнедеятельность данного вида определяет запах доброкачественной капусты. Эти бактерии обладают не только большой скоростью роста, но и быстрой гибелью клеток. Они ведут как бы начальную фазу основной стадии ферментации капусты, в течение которой общая кислотность продукта повышается до 0,7-1,0 % (в пересчете на молочную кислоту), а развитие гнилостных бактерий становится невозможным. Кроме молочной образуются также уксусная кислота, этиловый спирт, эфиры, диоксид углерода, маннит (его присутствие придает капусте горьковатый привкус

Через 4-6 суток ферментации кокковую форму сменяют гомо-ферментативные молочнокислые палочковидные бактерии. Они обеспечивают основной процесс ферментации, так как при сбраживании углеводов бактерии образуют только молочную кислоту. Других органических кислот среди метаболитов этого вида не найдено. Наиболее благоприятные температуры для их развития 18-21 °С. Эти бактерии устойчивы к соли, только при ее 12 %-й концентрации они угнетаются. В основную стадию ферментации их число достигает многих миллионов клеток в 1 см3 рассола. Содержание молочной кислоты в этот период достигает 1,5-2,0 %, устраняется горький привкус. Завершается стадия примерно через 3 недели, когда бактерии начинает угнетать накопившаяся молочная кислота. В данный период наблюдается активная жизнедеятельность дрожжей, накапливающих до 1 % спирта, который, соединяясь с кислотами, дает эфиры.

Конечная стадия. Ферментации завершается к концу пятой недели. После накопления 1,5-2,0 % молочной кислоты еще остаются сахара и маннит и среди микроорганизмов начинают преобладать гетероферментативные молочнокислые палочковидные бактерии, относительно слабо чувствительные к кислотности среды и содержанию соли. На данной стадии сбраживаются пентозаны, концентрация молочной кислоты достигает 2,0-2,5 %, рН падает до 3,4-3,8, соотношение уксусной и молочной кислот 1:4. Наряду с молочной кислотой в квашеной капусте содержатся 0,25 % этилового спирта, маннит, декстран и другие продукты. Брожение заканчивается, когда все углеводы использованы. На поверхности капусты в этот период развиваются в виде пленки дрожжи. Концентрация спирта снижается вследствие того, что это соединение используют другие микроорганизмы как источник углевода, и, кроме того, он реагирует с органическими кислотами, образуя эфиры, придающие приятный аромат капусте.

В производственных условиях ферментацию не ведут до конечной стадии, так как лучшие вкусовые свойства квашеной капусты отмечаются при содержании молочной кислоты 0,7-1,3 %, что соответствует требованиям стандарта для первого сорта.

Вместе с тем в условиях высокой кислотности хорошо развиваются плесени и пленчатые дрожжи, которые разрушают молочную кислоту. Чтобы не допустить их развития, квашеную капусту хранят при температуре 0…-2 °С в дошниках, где проводилось квашение, под укрытием льдом или предварительно перегружая в бочки с помощью поворотной стрелы с раздвижными ковшами. В хранилищах желательно использовать искусственное воздушное охлаждение.

В подавляющем большинстве случаев консервирующий раствор, помимо вкусовых добавок, ароматических добавок и специй, содержит консервант, препятствующий развитию микрофлоры, вызывающей порчу продуктов. Также известен способ производства консерванта продуктов питания, который готовят смешиванием в определенной пропорции товарных низина и молочной кислоты, дополняют их концентратами внеклеточных и внутриклеточных метаболитов молочнокислых бактерий.

В качестве источников молочной кислоты, низина, выделяемых в культуральную среду метаболитов молочнокислых бактерий, используют непосредственно культуральные жидкости молочнокислых бактерий или их фильтраты. Одним из вариантов известного консерванта является консервант, представляющий собой концентрированный или разбавленный фильтрат культуральной жидкости молочнокислых бактерий, образующих одновременно низин и молочную кислоту, дополненный внеклеточными и внутриклеточными метаболитами молочнокислых бактерий, обладающими антимикробной активностью.

Консервант может включать фильтрат культуральной жидкости молочнокислых бактерий, содержащий одновременно низин, молочную кислоту, внеклеточные выделяемые в культуральную среду метаболиты и суммарный препарат внутриклеточных не выделяемых в культуральную среду метаболитов, обладающих антимикробной активностью. В равной мере можно использовать для приготовления консерванта отдельные фильтраты культуральной жидкости разных молочнокислых бактерий, содержащих разные количества и соотношения низина, молочной кислоты и внеклеточных метаболитов. Комбинируя такие фильтраты культуральных жидкостей, можно приготовить консервант требуемого для данных конкретных целей состава после дополнительного введения препарата внутриклеточных метаболитов, обладающих антимикробной активностью.

Техническая проблема заключается в невозможности использования полученного известным способом консерванта для некоторых видов пищевых продуктов, в частности мясных и хлебобулочных изделий. Но над этим работают специалисты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подведя итог, нельзя не сказать, что известные способы консервирования продукции предусматривают помещение консервируемых продуктов в соответствующую тару, ее заливку консервирующим раствором, последующие герметизацию и тепловую обработку.

Биотехнологические способы консервирования — это наиболее простые и доступные, дешёвые методы обработки пищевых продуктов, широко распространенные в промышленности и используемые в домашних условиях.

Биотехнологическими способами является соление, мочение, квашение, производство плодово-ягодных и виноградных вин.

Большинство биотехнологических методов консервирования плодов и овощей основано на культивировании молочнокислых бактерий, продуктом жизнедеятельности которых является молочная кислота. Накопление ее в продукте приводит к сдвигу реакции среды в кислую сторону, то есть в условия, при которых деятельность большинства видов банальной микрофлоры сильно тормозится. Кроме того, молочная кислота непосредственно воздействует на многие виды микроорганизмов и является естественным консервантом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Неверова О.А. Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения: Учебник. — Новосибирск: Сиб. университет. из-во, 2007. – 415 с.
2. Смыков И.Т., Гудков С.А. К вопросу о пищевых нанотехнологиях// Пищевая промышленность. – 2006. — № 7. – С. 28-32
3. Беккер, М.Е. Введение в биотехнологию / М.Е. Беккер. — М.: Книга по Требованию, 2012. — 115 c.
4. Биотехнология. Теория и практика / Н.В. Загоскина и др. — М.: Оникс, 2015. — 496 c.
5. Авроров, В. А. Традиционные народные технологии приготовления пищи из натуральных продуктов / В.А. Авроров, Н.В. Моряхина, Н.Д. Тутов. — М.: ТНТ, 2012. — 288 c
6. Богушева, В. И. Технология приготовления пищи / В.И. Богушева. — М.: Феникс, 2016. — 384 c.
7. Гамаюрова, В. С. Пищевая химия. Учебник / В.С. Гамаюрова, Л.Э. Ржечицкая. — М.: КДУ, Университетская книга, 2016. — 496 c.
8. Донченко, Л. В. Безопасность пищевой продукции / Л.В. Донченко, В.Д. Надыкта. — М.: ДеЛи принт, 2018. — 540 c.
9. Иванова, В. Н. Пищевая промышленность России. Современное состояние, проблемы, ориентиры будущего развития. Учебное пособие / В.Н. Иванова, С.Н. Серегин. — М.: Финансы и статистика, 2017. — 568 c.
10. Пищевые ингредиенты и биологически активные добавки. Учебник. — Москва: СПб. [и др.]: Питер, 2017. — 112 c.