Консервантами называют химические вещества, которые добавляют к пищевым продуктам для подавления развития нежелательных микроорга­низмов, главным образом бактерий, плесневых грибов, дрожжей. 

Консерванты не следует путать со средствами дезинфекции. Консерван­ты если и убивают микроорганизмы, то делают это во много раз медленнее, чем дезинфектанты. Консерванты не могут компенсировать низкое качество сырья и нарушение правил производственной гигиены. Если продукт сильно бактериально загрязнен или начал портиться, консерванты уже бес­полезны.

Консерванты позволяют увеличить сроки хранения готовых продуктов и сырья, а также предохранить сырье от порчи в процессе технологической переработки. Консерванты обычно применяют в тех случаях, когда другие способы сохранения продукта невозможны.

Применение химических консервантов ограничивается, так как будучи токсичными для микроорганизмов, они являются вредными и для человека. Поэтому их используют в очень небольших концентрациях, безвредных для организма.

В пищевой промышленности химические консерванты применяют глав­ным образом в сочетании с другими методами консервирования.

По химическому составу это чаще всего кислоты, а их действие обусло­вленное присутствием свободной, недиссоциированной молекулы, тесно свя­зано с кислотностью среды.

К пищевым химическим консервантам относят двуокись серы и ее про­изводные, бензойную, сорбиновую, пропионовую, молочную, уксусную, вин­ную, лимонную, дегидроацетовую кислоты и некоторые их соли, эфиры р-оксибензойной кислоты и др. Борную, салициловую, муравьиную кисло­ты, формальдегид, перекись водорода в последнее время в большинстве стран не применяют.

К веществам, которые могут оказывать консервирующее действие, но не являются консервантами, в строгом смысле этого слова, относятся поварен­ная соль, сахар, коптильный дым, этиловый спирт, нитрит натрия и др.

Требования к консервантам. Консерванты должны удовлетворять ряду требований. Они должны обладать широким спектром антимикробного дей­ствия, чтобы противостоять росту нежелательных для данного пищевого продукта микроорганизмов и препятствовать образованию токсинов.

При этом консерванты не должны оказывать отрицательное влияние на традиционные микробиологические процессы, характерные для производства некоторых пи­щевых продуктов, например, созревание сыро­копченых колбас.

При использовании консервантов не допу­скается их взаимодействие с пищевыми ком­понентами, придание неприятного привкуса или запаха продукту.

Консерванты должны быть безвредны для человека, хорошо выводиться из организма и не образовывать в нем токсические вещества при расщеплении. Обязатель­ным является наличие гигиенического свидетельства для применения в кон­кретной пищевой отрасли. По качеству и чистоте они должны соответство­вать определенным национальным и международным требованиям.

Важными требованиями являются простота применения, хорошая ра­створимость в воде и доступная цена консерванта.

Механизм действия химических консервантов. Консерванты наносят клеткам микроорганизмов обратимые (бактериостатическое действие) или необратимые повреждения, вследствие чего клетки погибают (бактерицид­ное действие).

Эффективность и механизм действия консервирующих добавок зависит от многих факторов, но прежде всего от их химической природы, концен­трации, качественного и количественного состава микрофлоры, а также от pH среды.

Влияние реакции среды на микроорганизмы выражается в том, что во­дородные ионы изменяют электрический заряд молекул цитоплазматиче­ской клеточной мембраны и, в зависимости от концентрации, увеличивают или уменьшают ее проницаемость для отдельных ионов. Резкое изменение pH среды, выходящее за пределы значений, характерных для данного вида микроорганизмов, приводит к прекращению их жизнедеятельности.

Бактерии, за редким исключением, могут развиваться в средах с pH 4,2 ч- 9,4, дрожжи развиваются в более узком интервале pH (4,0- 6,8), а плесневые грибки - в более широких пределах кислотности (1,2 -11,1).

Многие химические вещества, используемые в качестве консервантов, вызывают различные повреждения микробных клеток: гидролизуют белки, расщепляют углеводы, блокируют действие определенных ферментов, влия­ют на проницаемость калиевых и натриевых каналов и т.д.

Консерванты, способные к электрической диссоциации, могут проявлять антимикробную активность либо за счет действия образующихся ионов водорода, либо в виде недиссоциированных молекул. Примером консерван­тов, которые действуют посредством ионов водорода, могут служить уксус­ная или муравьиная кислоты. Консерванты этого типа применяются в отно­сительно высоких для пищевой промышленности концентрациях — не менее 1 %.

Другие консерванты кислотного типа наиболее эффективны при низких значениях pH, когда большая часть их находится в недиссоциированиом ви­де. Благодаря этому молекулы кислоты могут проникнуть в клетку микро­организма, в то время как проникновение ионов существенно затруднено. Представителями таких веществ являются сорбиновая, бензойная, дегидроацетовая и другие кислоты. Так, например, при pH = 3 около 93 % молекул бензойной кислоты находится в недиссоциированиом виде, а при pH = 7 — только 0,15 %. Аналогичные явления наблюдаются для сорбиновой и дегидроацетовой кислот. В нейтральной среде эти консерванты про­являют слабую антимикробную активность.

С уменьшением константы диссоциации консервирующей кислоты, да­же при нейтральной или слабокислой реакции, повышается количество не­диссоциированных молекул, которые гарантируют их действие. Чем слабее кислота-консервант, тем ближе может быть pH к нейтральной точке, причем консервирующее действие не уменьшается. Недиссоциирующие консерван­ты, например эфиры р-оксибензойной кислоты, относительно независимы от pH и могут применяться при нейтральной реакции среды.

Консервирующее действие сернистой кислоты основано на ее способно­сти повреждать клеточные ферменты микроорганизма, нарушая нормальное протекание метаболизма в микробной клетке.

Механизм ингибирования сорбиновой кислотой роста плесеней заклю­чается в ее распаде под влиянием ферментов плесени по типу окисления жирных кислот. В среде происходит накопление ненасыщенных жирных кислот, что ингибирует дегидрогеназную активность плесеней.

При высокой обсемененности концентрация всех ферментативных си­стем повышается, вследствие чего активность дегидрогеназы не может быть ингибирована. Сорбиновая кислота при высокой обсемененности продукта не является активной.

Химические вещества могут тормозить ферментативные реакции, присо­единяясь к белковой части фермента клетки (апофемента) и тем самым инактивируя его. Таков, в частности, один из механизмов действия бензой­ной кислоты и ее солей, которые конкурируют с коферментом за апофермент.

Так как большинство консервантов обладают специфическим действием в отношении различных видов микроорганизмов, а порча пищевых продуктов обусловливается большим числом видов микроорганизмов, то создание ком­бинированных составов имеет определенные преимущества. Аддитивное дей­ствие двух веществ возможно за счет того, что одно из веществ, воздействуя на оболочку клетки, облегчает проникновение в клетку другого, или один из консервантов понижает pH, и тогда эффективность действия другого консер­ванта повышается. Комбинирование консервантов позволяет не только рас­ширить спектр их действия, но и уменьшить требуемую дозировку.

Применение консервантов. При применении консервантов необходимо соблюдать следующие основные принципы:

• обработке консервантами можно подвергать только продукты, имею­щие безупречное качество;
• использовать можно только вещества, перечисленные в соответствую­щих утвержденных перечнях и в количествах, не превышающих уста­новленных максимальных концентраций;
• не допускается применение более двух консервантов, причем содержа­ние отдельных компонентов не должно в сумме превышать 100 %.

Способ обработки продуктов консервантами зависит от вида продукта и его состояния. В измельченные продукты консерванты можно вводить непо­средственно в сырье. Продукты с неразрушенной структурой, а также изде­лия в оболочке, подвергают поверхностной обработке, погружая в раствор или опрыскивая. Колбасные оболочки можно замачивать в растворах защит­ных составов перед формованием колбас. Антимикробные добавки можно вводить в состав высокомолекулярных соединений, в частности полимерных пленок и латексных композиций.

Стадия внесения консерванта в продукт зависит от технологии его производства. Оп­тимальным считается момент сразу после пас­теризации или стерилизации, когда в резуль­тате термообработки снижается уровень обсемененности микроорганизмами, а добавле­ние консерванта позволяет сохранить его до­статочно долго.

Применение консервантов может быть эф­фективно только при их равномерном распре­делении в продукте, что легче всего достигает­ся растворением консерванта.

В зависимости от степени растворимости в воде консерванты использу­ют в виде водных растворов (чаще всего соли кислот) или в сухом, в виде порошков (кислоты).

Для введения в продукты разрешены органические кислоты и их соли, в том числе: лимонная кислота, цитраты, уксусная кислота, ацетаты, молоч­ная кислота, лактаты. Угнетающее действие пищевых кислот, в частности, на кишечную палочку и протей проявляется в концентрациях выше 0,01 %. По эффективности воздействия на бактерии кислоты можно расположить в следующей последовательности: уксусная > лимонная > молочная. По отно­шению к термофилам наиболее бактерицидна лимонная кислота.

Препараты органических кислот и их солей вносят в фарш вареных кол­бас при куттеровании или шприцуют в составе рассолов в ветчинные изде­лия. Удлинение сроков хранения достигается не только за счет замедления роста бактерий, в том числе патогенных, но и за счет снижения значений ак­тивности воды и pH.

В мясной промышленности более распространена поверхностная обра­ботка изделий, особенно длительного срока созревания. Она осуществляет­ся путем окунания готового продукта в раствор консерванта или путем его опрыскивания. В первую очередь такая обработка необходима для сырокоп­ченых колбас, на поверхности которых активно развиваются плесневые и дрожжевые грибки, продукты жизнедеятельности которых расщепляют жи­ры, разрушают красящие пигменты, отрицательно влияют на вкус и аромат.

Классическим средством обработки поверхности сырокопченых колбас является сорбат калия, однако он может вызывать, как указывалось ранее, расщепление жиров.

Альтернативой сорбату калия могут служить растворы пищевых кислот, в частности молочной и уксусной или смеси кислот.

Прямое окунание в раствор пищевых кислот спустя 3-5 мин после шприцевания и их подвешивание в капающем состоянии позволяет достиг­нуть оптимальных результатов для сырокопченых колбас.

Хорошие результаты получены при обработке оболочки дегидроацетовой кислотой (ДГК) и ее натриевой солью (ДГС), которые обладают широ­ким спектром действия на все виды дрожжей, плесеней, на гнилостные бак­терии, актиномицеты. Колбасные оболочки замачивают в водном растворе препарата перед шприцеванием.

В качестве эффективного средства, предотвращающего развитие дрож­жей, плесеней и грибов на поверхности сырокопченых и сыровяленых про­дуктов применяют антибиотик натамакс, активным веществом которого яв­ляется натамицин. Он используется для поверхностной обработки в виде 0,4 %-го раствора.

Растворы консервирующих веществ можно наносить под давлением спе­циальным аэрозольным пистолетом. Обработка должна проходить последо­вательно в камере созревания (сырокопченые колбасы) или охлаждения (полукопченые колбасы).

Для получения требуемого эффекта консервирования следует проводить предварительные испытания в условиях конкретного производства, которые позволяют уточнить перечень применяемых консервантов и их концентрацию, а также проверить их совместимость с компонентами конкретного продукта.

При использовании консервантов прямого введения необходимо учиты­вать некоторые факторы. В частности, кислотность среды влияет на эффек­тивность консервантов — чем более кислый продукт, тем меньше в него тре­буется добавлять консерванта.

Продукты пониженной калорийности, содержащие меньше жира, соли и больше воды, имеют более низкую микробиологическую стойкость. Количе­ство добавляемого в них консерванта должно быть на 30 -ь 10 % больше, чем рекомендуется для обычных продуктов.

Перспективным является введение консервантов непосредственно в со­став колбасных оболочек, полимерных пленок и латексных покрытий. Такой подход позволяет надежно закрепить консервант на границе защитная плен­ка-продукт и снизить его миграцию в изделие. Латексные покрытия, форми­руемые непосредственно на поверхности готовых колбасных и мясных дели­катесных изделий, обеспечивают надежную защиту от контоминации микрофлорой и механических повреждений в процессе хранения, транспор­тировки и реализации.

Токсикологические аспекты использования консервантов. Консерви­рующие вещества могут быть одобрены как добавки к пищевым продуктам только после доказательства их безвредности. При этом необходимо учиты­вать возможность токсического действия продуктов метаболизма, а также веществ, образующихся в результате взаимодействия химических консер­вантов с компонентами пищи.

При токсикологических исследованиях требуется определение доз, вы­зывающих острые, подострые и хронические отравления, с одновременной проверкой канцерогенного, аллергического и других возможных неблагопри­ятных воздействий добавок на организм человека.

Проявление любого из перечисленных воздействий ведет к запрещению применения пищевой добавки.

Контроль за применением пищевых добавок, в том числе и консерван­тов, осуществляется работниками санитарного надзора.

Решая вопрос об использовании консервантов необходимо иметь в виду, что в обществе сложилось настороженное отношение к добавлению в пищу любых химикатов, пусть даже признанных в настоящее время безвредными. Использование химических средств микробиальной защиты допустимо только в том случае, когда физическими методами обработки нельзя достиг­нуть достаточной стойкости пищевых продуктов при хранении.

Биокоисервирование. В основе понятия биологического консервирова­ния лежит внесение в мясо и мясные продукты определенной полезной ми­крофлоры, которая ограничивает развитие нежелательной микрофлоры и является, таким образом, дополнительным барьером. Применение биологи­ческой защиты позволяет повысить микробиологическую безопасность мяс­опродуктов без использования химических ингредиентов. Защитная микро­флора выполняет свои основные функции по угнетению патогенной микрофлоры мясопродуктов путем синтеза органических кислот и бактериоцинов (антибиотиков).

Она должна отвечать определенным требо­ваниям, которым в наибольшей степени соот­ветствуют молочнокислые бактерии. Для раз­ного типа продукции используются определенные виды культур.

В неферментированных продуктах (фарш, охлажденное мясо, колбаски для гриля, наре­занные ветчины и вареные колбасы) лучше всего себя проявляют Lactobacilus sakei, Staphylococcus xylosus, Leuconostoc carnosum. Они не только угнетают собственную гнилостную микрофлору мяса, но и способствуют формированию аромата и цвета, а также повышают стабиль­ность цвета посоленных мясопродуктов.

Для ферментированных продуктов (ферментированные колбасы, ветчи­ны) используют Lactobacilus curvatus, Pediococcus acidilactici, Staphylococcus xylosus. Комбинирование таких типов способствует синтезу бактериоцинов, угнетению развития Листерии, а также правильной ферментации и получе­нию высоких органолептических показателей.

Биозащитную микрофлору вносят в фарш при его составлении при про­изводстве ферментированных колбас.

Для готовых к употреблению изделий (вареных колбас, ветчин и др.) за­щитные микроорганизмы применяют после полной термической обработки продукции, в процессе изготовления сервировочной нарезки. Раствор с культурами в виде аэрозоля наносится непосредственно в машине для рез­ки мясопродуктов. Аналогично можно обрабатывать поверхность натураль­ных полуфабрикатов.