Хімічні консерванти - студопедія

Консервування харчових продуктів - один з основних процесів в харчовій промисловості, широко застосовуваний для продовження термінів зберігання, зниження втрат від мікробного псування і збереження якості швидкопсувних продуктів. Консервування дозволяє забезпечити населення широким асортиментом харчових продуктів незалежно від часу і місця виробництва.

Серед різноманітних способів консервування харчових продуктів (квашення, маринування, соління, заморожування, стерилізація, пастеризація, опромінення і т.п.) особливе місце займає збереження швидкопсувного харчової сировини і готових продуктів за допомогою хімічних консервантів - речовин, що володіють антімікробіальним дією.

У практиці консервування зазвичай використовують бактерицидні або фунгіцидні, але частіше бактериостатические або фунгістатичні властивості хімічних консервантів. У першому випадку бактерії і цвілі гинуть, у другому - сповільнюється їх розвиток. Додавання консервантів у відповідній концентрації забезпечує стерильність продукту протягом певного часу за умови, що не буде повторного забруднення або істотної зміни ок-ружа середовища.

При хімічному консервуванні зазвичай розрізняють бактерицидну (фунгіцидну) активність консерванту, при цьому певну роль відіграє концентрація і тривалість впливу.

Механізм антимікробної дії консервуючих речовин полягає імовірно в наступному:

- накопичуються хімічні речовини на поверхні або всередині мікроорганізмів в результаті адсорбції, звичайної дифузії і активного поглинання;

- виникає хімічна реакція консерванту зі структурними компонентами клітини або метаболітами всередині клітини;

- припиняється нормальна діяльність микробиальной клітини в результаті зміни хімічної реакції середовища;

- відбувається поступове або миттєве пригнічення біохімічних механізмів процесу розвитку мікробів.

На ці механізми істотний вплив роблять властивості середовища:

- рН середовища консервируемого продукту;

- парціальний тиск кисню;

- окислювально-відновний потенціал субстрату;

- температура і відносна вологість повітря;

Антимікробну дію однієї речовини може бути посилено в певних умовах дією іншої речовини. Так, кухонна сіль сприяє кращому проникненню консервирующего ве-щества через клітинну мембрану мікроорганізмів. Комбінація хімічних речовин, слабо діють при підвищених рН, з органічними кислотами (наприклад, лимонної, винної, яблучної) підвищує консервуючий ефект.

Комбінуючи різні консерванти, можна істотно посилити антимікробну дію в змішаному середовищі з гідрофільними і ліпофільні властивості. В результаті застосування консервантів, що володіють різною розчинністю або специфічними ефектами, значно розширюється і область їх використання.

Як консервують засобів дозволяється застосовувати хімічні речовини, що пригнічують проростання і уповільнюють розвиток мікроорганізмів при зберіганні харчових продуктів в свіжому вигляді.

Консерванти і консервуючі суміші дозволяється розчиняти в воді, етиловому спирті, гліцерині, карбонат кальцію, оцтової, молочної, винної та лимонної кислотах і в такому вигляді використовувати у виробництві.

Застосування консервують засобів в харчовій промисловості не може бути повністю виключено, незважаючи на їх негативний вплив на будь-які біологічні об'єкти. Однак воно має бути обмежена, так як їх безпеку може бути доведена з певним ступенем ймовірності.

Застосування консервантів виправдано тільки в тих випадках, якщо при цьому досягається технологічний економічний ефект і якщо подібного ефекту можна досягти іншими, наприклад фізичними, методами.

При видачі дозволу на застосування якогось консерванту допускається мінімальна концентрація даної речовини, необхідна для досягнення необхідного ефекту для даного продукту.

Хімічні консерванти діляться на неорганічні і органічні.

- борна кислота і її похідні (борати або бура);

- двоокис сірки, сірчиста кислота, сульфіт натрію, гідросульфіт натрію і калію; піросульфіт натрію і калію;

- срібло і його сполуки (хлорид срібла, комплекс натрію з хлористим сріблом, сульфат срібла);

- хлористий азот NCl3;

- хлор, суміш хлору і нітрозілхлоріда (NOCL);

- нітрати і нітрити.

Розглянемо деякі неорганічні консерванти, найбільш застосовувані в харчовій промисловості.

Бура і борати. Консервуюча дія борної кислоти і боратов ґрунтується на порушенні метаболізму фосфатів і інтенсивному блокуванні декарбоксилирования амінокислот в микробиальной клітці. Сліди боратов зустрічаються не тільки в грунтах, мінеральних водах, гірських породах, а й в меді, вина, фрукти та інших рослинних продуктах. Борна кислота і борати швидко всмоктуються організмом, але повільно виділяються. Встановлено, що в організмі порушується утилізація жирів і білків з консервованих борною кислотою продуктів. Крім того, кислота руйнує вітамін В6. так як утворює комплекси з піридоксалем і піридоксамін. Експертний комітет ФАО-ВОЗ по харчових добавок і комісія Сodex Аlimentarius вважають, що застосування борної кислоти і бури для консервування харчових продуктів є небезпечним для здоров'я людини в зв'язку з їх токсичністю. ПСП має бути не більше 0,1 г на один кілограм маси тіла.

Перекис водню має бактерицидні властивості, особливо при кислій реакції субстрату. Її можна застосовувати для консервування питної води, молока, холодцю, крабів, пива, а також як добавку до льоду при перевезенні морських риб і бродінні тіста. Перекис водню надає продуктам неприємного присмаку, несприятливо діє на білки, компоненти жирів і вітамінів.

Сірчиста кислота і її солі, діоксид сірки. Консервирующим дію має в основному недіссоціірованних частина сірчистої кислоти. Чим менше рН і більше температура, тим сильніше консерви-ючий дію сірчистої кислоти.

Дія цієї кислоти пов'язано з розчиненням ліпопротеїнового комплексу микробиальной клітини і попаданням в плазму. Структура плазмової оболонки при цьому змінюється, і мікроорганізми гинуть. Крім того, сірчиста кислота володіє властивостями, що відновлюють; є акцептором кисню і затримує дихання мікроорганізмів, змінюючи значення окислювально-відновного потенціалу. Кислота може вступати в реакцію з проміжними продуктами життєдіяльності мікроорганізмів, порушувати обмін речовин і тим самим викликати загибель мікроорганізмів.

Консервативну дію кислоти спостерігається при вмісті в продукті 0,1-0,2% діоксиду сірки. Ефективність його дії залежить від величини рН, хімічного складу середовища, концентрації мікроорганізмів і температури. Чим вище початкова забрудненість продукту, тим більше мікроорганізмів виживає.

Сірчиста кислота і діоксид сірки застосовуються не тільки як консерванти, але і як відбілювачі, так як запобігають окіслі- тільні зміни фруктових і овочевих напівфабрикатів, викликані ферментативним потемніння фенольних сполук і руйнуванням аскорбінової кислоти.

Однак SО2 руйнує вітамін В1. розкладаючи його на піримідин і тіазол. У підвищених дозах SO2 шкідливо впливає на організм людини і додає продуктам специфічний запах, який відчувається при концентрації близько 5 мг на 100 г продукту.

З огляду на токсичність сірчистих сполук сульфітовані продукти використовуються тільки для переробки на такі види продукції, технологія яких передбачає можливість теплової обробки з метою десульфитации.

Солі сірчистої кислоти - сульфіти і бісульфітом - можуть застосовуватися для консервування напівфабрикатів з рН 3,5 і нижче. Реагуючи з органічними кислотами плодів, солі виділяють діоксид сірки, який і є антисептиком.

Для заміни одного грама діоксиду сірки необхідно додати 1,6 г бисульфита натрію або 1,8 г бисульфита калію. Солі повинні бути хімічно чистими, без будь-яких домішок.

Сульфітація застосовується при заготівлі цілих плодів, пюре та соків. Цілі плоди можна консервувати газоподібним SO2 або його розчинами (мокрий спосіб). Кісточкові плоди при консервуванні газом розтріскуються, втрачають сік, і консистенція їх дуже розм'якшується. Тому для кісточкових плодів і ягід використовується сульфітація мокрим способом. Зерняткові плоди та цитрусові добре зберігають форму і консистенцію, їх сульфитируют газоподібним SО2. Газоподібний SО2 застосовується також для сульфітування пюре і соків.

Суха сульфітація зерняткових плодів (обкурювання) складається в застосуванні SО2. одержуваного шляхом спалювання сірки, або рідкого з балонів. Тривалість обкурювання приблизно 10-20 год в залежності від сорту і виду плодів.

Діоксид сірки і сульфіти застосовуються також при виробництві плодово-ягідних і виноградних вин, напоїв, фруктових оцтів, сушених картоплі і овочів, крохмалю та інших продуктів.

ГДК в залежності від виду продукту змінюється від 30 до 3000 мг SО2 на один кілограм продукту. У таких концентраціях SО2 завдяки летючості і хорошою виделяемості з організму не представляє для людини небезпеки. Сульфіти прискорюють окисні процеси, руйнують вітамін Е, тіамін і біотин. В організмі людини сульфіти окислюються в сульфати і легко виділяються.

До спеціальної групи консервантів відносяться оксиди азоту, хлор, нітрозілхлорід, хлористий азот, фтор, срібло, озон, нітрити, нітрати [27].

Органічні хімічні консерванти:

- бензойна кислота і її солі;

- п-оксибензойних кислота і її похідні;

- сорбінова кислота і її похідні;

- саліцилова кислота і її натрієва сіль;

- мурашина кислота і її натрієві, кальцієві і калієві зі-ли;

- етиловий та пропіловий ефіри п-оксибензойной кислоти і її солі;

- дифеніл, о-фенілфенол і його натрієва сіль;

- пропіонат і ацетат кальцію;

- діетиловий ефір піроугольной кислоти.

Розглянемо найбільш поширені органічні хімічні консерванти.

Бензойна кислота і її солі. Бензойна кислота С6 Н5 -СООН є безбарвні кристали, що мають форму голок або листочків. Щільність її 1,265 г / см 3 при 15 ° С, температура плавлення 122,4 ° С. Кислота погано розчиняється у воді, але добре - в спирті і ефірі.

У невеликій кількості (менше 0,1%) кислота міститься в неко-торих ягодах і плодах (чорниці, малині, смородині, зливі), а також в гвоздиці, анисовом олії та ін.

Консервуюча дія бензойної кислоти і її солей засновано на придушенні активності каталази і пероксидази, в результа- ті чого в клітинах накопичується перекис водню. У малих концентраціях ці консерванти гальмують зростання аеробних мікроорганізмів. Найбільш активна бензойна кислота і її солі в концентрації 0,1-0,4%.

Бензойна кислота ефективна в кислому середовищі, в той час як в нейтральних і лужних середовищах її інгібуючу дію незначно. Тому цей консервант рекомендується для консервування харчових продуктів, що мають рН менше 5.

Наявність в продукті білків підвищує стійкість мікроорганізмів і знижує консервуюча дія бензойної кислоти. При додаванні в продукт тільки невелика частина бензойної кислоти залишається вільною і діє як консервант, а більша частина зв'язується з білками.

Бензойна кислота і її солі не володіють відновлювальної здатністю і отбеливающими властивостями, тому продукти з цими антисептиками темніші, ніж сульфітовані.

Консервант п-оксибензойних кислота і її ефіри. Використовується натрієва сіль цієї кислоти і її ефіри: метиловий (ніпагін М), етиловий (ніпагін А), н-пропіловий (ніпазол), н-бутиловий (нипа-бутил), бензиловий ефір - ніпабензіл. Кислота і її ефіри - рослинного походження - входять до складу алкалоїдів і пігментів. Кислота міститься в дозрілому сирі. Як консервант п-оксібен-зойная кислота менш ефективна, ніж її ефіри. Бактерії, цвілі і дріжджі гинуть в розчині цієї кислоти при концентрації 0,86%. Ефіри ефективні при 0,05-0,1%. Ефіри придатні для застосування в нейтральних харчових продуктах. Етиловий та пропіловий ефіри дозволені для консервування великого числа харчових продуктів.

Ефіри п-оксибензойной кислоти відносяться до спазмолітиками; вони пригнічують або стимулюють активність різних ферментів; з організму людини кислота виділяється в основному незмінною.

Сорбінова кислота і її солі.

Сорбінова кислота (СН 3-СН = СН-СН = СН-СООН) - це кристалічний порошок, погано розчинний у воді. Солі сорбінової кислоти (сорбат) мають більш високу розчинність.

Сорбінова кислота і сорбат пригнічують ріст дріжджів і цвілі; на кислотообразующие і інші види бактерій майже не діють. Тому вони застосовуються для консервування лише кислих продуктів або в суміші з іншими антисептиками.

Концентрація сорбінової кислоти в напівфабрикатах повинна бути 0,05-0,06%, в готових продуктах - менше 0,05%.

Сорбінова кислота і сорбат в організмі людини окислюються, розпадаючись до СО2 і Н2 О в присутності глюкози або до ацетоуксусной кислоти при відсутності глюкози в складі продукту.

З огляду на швидкого розпаду сорбінова кислота і сорбат НЕ оказ- вают токсичної дії на організм людини.

В останні роки сорбінова кислота і її солі були дозволені майже у всіх країнах в якості консерванту в концентраціях 0,01-1,2% для маргарину, сиру, яєчного жовтка, овочевих і фруктових, рибних і м'ясних виробів, печива, вина та інших продуктів . Сорбінова кислота застосовується для просочення упаковок, які використовуються для зберігання маргарину, сирів, хліба.

Саліцилова кислота і її натрієва сіль. Саліцилова кислота погано розчиняється у воді, натрієва сіль - добре. Антимікробну дію засноване на придушенні активності ферментів при утворенні пантотенової кислоти, гальмуванні активності пепсину, каталази і панкреатину.

Саліцилова кислота раніше застосовувалася в широких масштабах для консервування огірків та інших овочів і фруктів. Для упаковки мармеладу і варений широко використовують папір, просочену саліцилової кислотою. В даний час в більшості країн ця речовина не застосовується для консервування.

Саліцилова кислота швидко всмоктується в кишечнику і довго не виводиться з організму. Можлива кумуляція її, що особливо небезпечно для дітей. У невеликій кількості саліцилова кислота переходить в материнське молоко. У високих концентраціях вона викликає ушкодження слизових оболонок, порушення діяльності центральної нервової системи і кровообігу, розлади слуху і функції нирок.

Експертний комітет ФАО-ВОЗ по харчових добавок вважає цей консервант небезпечним для здоров'я людини навіть в малих дозах і не рекомендує застосовувати саліцилову кислоту в якості консерванту харчових продуктів.

Антибіотики. Для запобігання псуванню харчових продуктів застосовуються антибіотики в основному з групи тетрацикліну (хлортетрациклин і террамицин).

Крім того, для консервування запропоновані пеніцилін, субтіллін, стрептоміцин, левоміцетин, низин і ін.

Антибіотики застосовуються при наступних видах обробки:

- зрошення або занурення продуктів в розчин антибіотиків (акронізація);

- ін'єкція розчинів антибіотиків і кухонної солі в судинну систему тварин;

- використання льоду, що містить антибіотики, при транспортуванні і зберіганні (в основному для риби);

- добавка розчинів до різних харчових продуктів (молока, сиру, овочевих консервів, соків, пива);

- обприскування свіжих овочів.

Найчастіше застосовується акронізація. Продукти занурюють в розчин, що містить 10-50 мг / л антибіотика, і витримують в ньому від декількох хвилин до двох годин. Цей спосіб часто застосовується в комбінації з охолодженням. Збереженість м'яса збільшується в два рази.

Ефективно на мікроорганізми діє хлортетрациклин. Але при цьому можуть з'явитися резистентні різновиди стаффілококков і сальмонел.

Застосовувані в якості консервантів антибіотики, як правило, частково руйнуються в процесі зберігання або при кулінарній обробці продуктів.

За стійкістю до температурного впливу антибіотики діляться на такі, як:

- термочутливих (пеніцилін, хлортетрациклин);

- термостійкі (стрептоміцин, канаміцин);

- помірно стійкі (тетрациклін, еритроміцин, окситетрациклін).

Термостійкість антибіотиків залежить від багатьох чинників: величини рН, температури і тривалості процесу, виду теплової обробки, виду білків і концентрації антибіотиків.