Виды порчи пищевых продуктов и какие
Научно-производственное объединение “АЛЬТЕРНАТИВА”
Все пищевые продукты состоят из первичных биоматериалов, которые со временем неизбежно разлагаются и портятся. Ухудшение качества и порчу пищевых продуктов предотвратить невозможно, однако можно замедлить процессы ухудшения качества, для чего необходим правильный подбор рецептур, способов технологической обработки, упаковки, хранения и транспортировки пищевых продуктов. Чтобы правильно оценить проблему порчи пищевых продуктов, в первую очередь важно помять, что означает термин «порча пищевых продуктов» и какие формы она может принимать.
Виды порчи пищевых продуктов можно определить несколькими способами. Обычно пищевой продукт считается испорченным, если он становится неприемлемым для потребителя. Порча является причиной возникновения проблем пищевой безопасности, когда продукт может вызвать заболевание потребителя или даже его смерть. Менее серьезные случаи порчи могут проявляться в ухудшении цвета, вкуса и аромата продукта до такой степени, что он становится неприемлемым. Обычно порча заключается в снижении содержания питательных веществ (например, витаминов) в пищевом продукте настолько, что продукт больше не соответствует требуемой пищевой ценности. Время, за которое пищевой продукт перестает удовлетворять хотя бы одному из этих критериев, обычно называют «сроком хранения пищевого продукта».
Пищевые продукты отличаются по способу маркировки срока хранения на упаковке в зависимости от типа продукта, региона и производителя. Обычно указывают срок реализации продукта – sell-by-data («должен быть реализован до…») или best-if-used-by-date («использовать до…»). Эти сведения помогают потребителю определить, как долго возможно хранение продукта перед его употреблением, а также облегчают управление оборотом товарных запасов в продовольственных магазинах. Считается, что производители пищевых продуктов проводят соответствующие исследования для определения срока хранения своих продуктов, причем указанная дата предполагает соблюдение надлежащих условий хранения продукта перед его реализацией и употреблением. Важно понимать, каким видам порчи может быть подвержен данный продукт, как можно снизить темпы ухудшения его качества и как правильно измерить или выявить проявление процессов порчи.
Процессы, приводящие к порче пищевых продуктов, могут быть классифицированы по трем основным типам: физические, химические и микробиологические. Между этими тремя видами существует некоторая корреляция. Зачастую порча, вызванная протеканием процессов определенного типа, может способствовать развитию порчи другого типа. Основные механизмы порчи или снижения качества продуктов различного происхождения приведены в табл. 1.1. Существует несколько основных факторов, определяющих большинство видов порчи – температура, рН, активность воды, воздействие кислорода и света, наличие в пищевом продукте тех или иных пищевых веществ или продуктов их деградации. На рис. 1.1 наглядно показано, как на различные химические и микробиологические изменения, происходящие в пищевых продуктах различного происхождения, влияет активность воды. Ниже мы рассмотрим каждый из трех основных типов порчи пищевых продуктов.
Таблица 1.1. Процессы ухудшения качества (порчи пищевых продуктов) и основные факторы, воздействующие на эти процессы [36, 39]
Пищевой продукт/ категория | Процессы ухудшения качества. Виды порчи | Факторы |
Молоко | Окисление, прогоркание, рост микроорганизмов | Кислород, температура |
Сухое молоко | Окисление, потемнение, комкование | Кислород, влажность, температура |
Молочные продукты | Окисление, прогоркание, кристаллизация лактозы | Кислород, температура |
Мороженое | Образование и рост кристаллов льда и лактозы, окисление | Температура (замораживания/размораживания), кислород |
Свежая говядина | Рост микроорганизмов (бактерий), окисление, потеря влаги | Температура, кислород, свет, влажность |
Свежая птица | Рост микроорганизмов | Температура, кислород |
Свежая рыба и морепродукты | Рост микроорганизмов, окисление | Температура, кислород |
Фрукты | Ферментативное размягчение, рост микроорганизмов, ушибы, потеря влаги | Температура, свет, кислород, влажность, механические повреждения при транспортировке |
Листовые овощи | Ферментативная активность, потеря влаги/увядание, рост микроорганизмов | Температура, свет, кислород, влажность |
Твердые овощи | Ферментативное размягчение, рост микроорганизмов, ушибы, потеря влаги | Температура, свет, кислород, влажность, механические повреждения при транспортировке |
Хлеб | Миграция влаги (черствление), ретроградация крахмала, рост микроорганизмов (плесени) | Влажность, температура, кислород |
Сухие зерновые завтраки | Миграция влаги (размягчение), ретроградация крахмала, окисление, ломкость | Влажность, температура, окисление, механические повреждения при транспортировке |
Мягкие хлебобулочные изделия | Миграция влаги (черствение), рост микроорганизмов (плесени), ретроградация крахмала | Влажность, температура, кислород |
Хрустящие хлебопекарные изделия/жареные продукты (крекеры и т. д.) | Миграция влаги (размягчение), окисление, ломкость | Влажность, температура, кислород, свет, механические повреждения при транспортировке |
Шоколад | Кристаллизация сахара (сахарное поседение), кристаллизация жира (жировое поседение), окисление | Влажность, температура |
Конфеты | Миграция влаги, кристаллизация сахара | Температура, влажность |
Пиво | Окисление, рост микроорганизмов | Кислород, свет, температура |
Кофе/чай | Окисление, потеря летучих веществ | Кислород, свет, влажность |
Замороженное мясо | Окисление, температурный ожог (обезвоживание), вымораживание влаги | Кислород, температура, влажность |
Другие замороженные продукты | Окисление, образование кристаллов льда, изменение текстуры | Кислород, температура |
Источник
Научно-производственное объединение “АЛЬТЕРНАТИВА”
Основная причина порчи пищевых продуктов и большинства случаев пищевых заболеваний – это деятельность микроорганизмов. Микробиологическая порча является главной проблемой так называемых «портящихся продуктов» – свежих фруктов, овощей, мяса, птицы, хлебобулочных изделий, молока и соков. К микроорганизмам, способным вызывать порчу пищевых продуктов, относятся бактерии, грибы (плесени и дрожжи), вирусы и микопаразиты. Рост большинства микроорганизмов можно предотвратить или замедлить посредством контроля их начального содержания, контроля температуры хранения, снижения активности воды и pН, применения консервантов и использования соответствующей упаковки. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов являются причиной порчи пищевых продуктов, а некоторые из них при употреблении испорченных продуктов в пищу могут стать причиной тяжелых заболеваний и даже летального исхода. Список важнейших микроорганизмов, способных вызывать порчу пищевых продуктов или пищевые отравления, пороговые условия для активации их роста, и продукты, являющиеся их типичными носителями, приведен в табл. 1.2 [6, 13, 32, 57]. Тем не менее не все микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности являются нежелательными. Некоторые из них полезны и используются в пищевых технологиях – в частности, при производстве сыра, вина, пива, мясопродуктов и др.
Существует множество видов бактерий, способных размножаться и вызывать порчу различных пищевых продуктов. Бактерии – одноклеточные организмы размером 1-5 мкм. Их форма может быть круглой, спиральной или палочковидной; размножаются они делением на две части. Бактерии, способные вызывать пищевые заболевания, включают Escherichia coli О157:H7, Bacillus cereus, Salmonella spp.. Campylobacter jejuni, Clostridium spp., Listeria monocytogenes, Vibrio spp. и др. Многие виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов, но не являются болезнетворными. В качестве защитного механизма для выживания в неблагоприятных условиях некоторые бактерии способны образовывать споры.
Дрожжи могут вызывать порчу пищевых продуктов, но могут также использоваться в различных процессах брожения. Дрожжи – это одноклеточные грибы размером 3-5 мкм круглой или цилиндрической формы. Они размножаются почкованием или делением на две части. Важнейшими видами пищевых дрожжей являются Candida spp., Dekkera spp., Saccharomyces spp. и Zygosaccharomyces spp.
Плесени– другой вид грибов с клетками более крупного размера (30-100 мкм), которые образуют цепочки и «ветви». Плесени бывают различной формы, размера и цвета, и когда они образуют разветвленную структуру, их можно видеть невооруженным глазом. Размножаются плесени спорами половым или бесполым способом. К важнейшим плесневым грибам, вызывающим порчу пищевых продуктов, относятся Aspergillus spp., Fusarium spp., Pénicillium spp. и Rhizopus spp. Некоторые разновидности Aspergillus способны вырабатывать вторичные метаболиты – афлатоксины [16].
Вирусы – более мелкие микроорганизмы, способные расти и размножаться только внутри живых клеток. Размер вирусов – 0,02-0,25 мкм. Их частицы состоят из собственных белков, ДНК или РНК. Вирусы неспособны развиваться в пищевых продуктах, однако они могут в них выживать. Вирусы попадают в пищевые продукты из зараженного сырья, с инфицированной водой, а также заносятся в них насекомыми и грызунами. Существует также опасность заражения при несоблюдении правил гигиены персоналом. К наиболее известным вирусам, способным вызвать пищевые заболевания, относятся: Hepatitis А, Norwalk, ротавирусы и КГЭ) (коровья губчатая энцефалопатия или «коровье бешенство»).
Таблица 1.2. Микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов или пищевые отравления. По [6, 13, 32, 57]
Микроорганизмы | Пороговые условия роста | Пищевые продукты | ||
Температура, °С | αω | pH | ||
Микроорганизмы, вызывающие порчу | ||||
Большинство плесеней | <0 | 0,80 | <2,0 | |
Большинство дрожжей | -5 | 0,88 | 1-5 | |
Галофильные бактерии | 0,75 | 4,5 (большинство) | Соленая рыба | |
Ксерофильные плесени | 0,61 | 1,5-3,5 | ||
Осмофильные дрожжи | 0,61 | 1,5-3,5 | ||
Молочнокислые бактерии | 4 | 0,94 | 3,5 | Фрукты и овощи, пиво, молоко, мясо в вакуумной упаковке |
Микрококки | 4 | 0,90 | 5,0 | Свежее и вяленое мясо |
Acetobacter spp. | 5 | 0,95 | 2,6 | Фрукты, пиво, вино |
Acinetobacter spp. | 1 | 0,96 | 5,5 | Свежее мясо, птица, молоко |
Alternaria spp. | 1 | 0,75 | 2,7 | Фрукты и овощи, пораженные черной гнилью, крупы |
Aspergillus niger | 0,80 | 1,2 | Фрукты и овощи, пораженные черной гнилью, продукты мясопереработки | |
Aspergillus spp. | 0,64 | 2,0 | Крупы, фрукты и овощи, орехи | |
Bacillus subtilis | 5 | 0,95 | 4,2-5 | Овощи, свежее мясо и птица, молоко, хлеб |
Botrytis cinerea | -2 | 0,93 | 2,5 | Фрукты и овощи, пораженные черной гнилью, продукты мясопереработки |
Candida spp. | 0,70 | 1,3 | Мясо, птица, молочные продукты, морепродукты | |
Enterobacter aerogenes | 2 | 0,95 | 4,4 | Свежее мясо и птица |
Fusarium spp. | -3 | 0,87 | 2,2 | Овощи, пораженные сухой гнилью, фрукты, крупы |
Mucor spp. | 0,80 | 3,0 | Фрукты, овощи, сыр | |
Pénicillium spp. | -6 | 0,78-0,90 | 1,9 | Мясо, фрукты, овощи, крупы |
Pseudomonas spp. | <0 | 0,97 | 5,5 | Овощи, пораженные гнилью, мясо, птица, яйца |
Rhizopus stolonifer | 5 | 0,93 | 2,5 | Хлеб, овощи, пораженные мягкой гнилью, свежее мясо |
Trichosporon spp. | 0,87 | 2,0 | Морепродукты, мясо, молочные продукты, фрукты | |
Болезнетворные микроорганизмы | ||||
Bacillus cereus | 10 | 0,92 | 4,9 | Рыба, свежее мясо, вода |
Campylobacter jejuni | 25 | 0,95 | 4,9 | Мясо, молоко |
Clostridium botulinum | 3,3 | 0,93 | 4,6 | Неправильно законсервированные продукты |
Escherichia coli O157:H7 | 15 | 0,95 | 4,0 | Овощи, мясо, птица, молоко |
Listeria monocytogenes | 0,92 | 4,3 | Птица, молочные продукты, мясо, овощи | |
Salmonella spp. | 7 | 0,94 | 4,0 | Птица, мясо, молочные продукты |
Staphylococcus aureus | 6 | 0,86 (0.9 для образования токсина) | 4,0 (4,5 для образования токсина) | Мясо, птица |
Vibrio parahaemolyticus | 5 | 0,94 | 4,8 | Рыба и морепродукты |
Yersinia enterocolitica | -2 | 0,96 | 4,2 | Свежее мясо, молоко, морепродукты |
Микроорганизмы попадают в пищевой продукт на любой стадии технологической цепи – они могут быть заражены на ферме (молоко от инфицированных коров), конечным потребителем или на некоторой другой промежуточной стадии (например, в ходе производства, упаковки, сбыта и т. д.). После попадания в пищевой продукт развитие микроорганизмов зависит от их вида, самого продукта и условий окружающей среды. Для роста любого вида микроорганизмов необходимы специфические условия, к которым относятся наличие питательных веществ, активность воды, температура, pН и присутствие кислорода. Кроме того, очень важно, предусмотрено ли в технологии производства применение противомикробных препаратов.
Каждый из упомянутых факторов определяет, какие из попавших в продукт микроорганизмов способны к размножению. В работе [64] впервые было высказано мнение, что активность воды в большей степени определяет рост микроорганизмов, чем общее влагосодержание. В настоящее время αω, рассматривается как наиболее важный фактор, управляющий развитием микрофлоры. Было высказано предположение, что стеклование также является важным фактором роста микроорганизмов [67], хотя многие из приводимых в указанной работе аргументов являются спорными [11, 12]. Вероятнее всего, необходимо рассматривать оба фактора, несмотря на то что важнейшим фактором признана αω, влияющая на все виды микроорганизмов. Действительно, ни один из видов микроорганизмов не может размножаться, если αω ниже 0.6. С другой стороны, почти все виды микроорганизмов способны к размножению, если αω выше 0,95. Для большинства свежих пищевых продуктов αω превышает 0,95, следовательно, все они чувствительны к росту микроорганизмов. Большая часть бактерий не размножается при αωниже 0.91, хотя существуют галофильные бактерии, способные размножаться при более низких значениях αω(до 0,75). Большинство видов дрожжей не может размножаться при αωниже 0,88, однако некоторые осмофильные дрожжи способны к размножению при αωвыше 0,6. Для большинства плесеней пороговое значение αωлежит ниже 0,8, но некоторые ксерофильные виды плесеней способны расти при αωвыше 0,65. Все это лишь общие замечания – конечно, не следует недооценивать и влияние другие ингредиентов пищевой системы; в работе [12] представлены результаты изучения полувлажного корма для собак, хранившегося при 34°С в течение 20 дней. Оказалось, что присутствие в рецептуре корма глюкозы и глицерина не предотвращает роста плесени, однако при включении в рецептуру фруктозы и пропиленгликоля плесень не развивалась, хотя в обоих случаях αω составляла 0,89. Результаты последних исследований по влиянию температуры и активности воды на некоторые виды плесеней приведены в [22, 62].
Существенное влияние на рост микроорганизмов оказывают рН и значение окислительно-восстановительного потенциала. Большинство микроорганизмов активно размножаются при pН около 7,0. В продуктах с очень низким рН (<3,7) – например, во многих цитрусовых плодах – способны развиваться только молочнокислые бактерии и определенные виды дрожжей и плесеней. Окислительно-восстановительный потенциал обычно выражается в значениях Eh. Значение Eh, при котором микроорганизмы способны к размножению, определяет, являются ли они аэробными или анаэробными. Аэробным необходимы положительные значения Eh, и анаэробным – отрицательные. Факультативные аэробы могут размножаться и при положительных, и при отрицательных значениях Eh [32].
Еще одним фактором, влияющим на рост микроорганизмов, является температура. В зависимости от температуры хранения продуктов рост микроорганизмов может быть быстрым, медленным, прекратиться или вызывать их гибель. В зависимости от температур активного роста микроорганизмы подразделяются на три основных класса. Мезофилы – организмы, активно размножающиеся при температуре от 30 до 40°С, однако они могут также умеренно размножаться в интервале температур примерно от 10 до 45 °С. Психротрофы любят более низкие температуры и активно размножаются при температурах от 20 до 30°С и умеренно – при низких температурах (ниже 7°С) [10]. Термофилы предпочитают повышенные температуры; активно размножаются при температурах от 55 до 65°С и умеренно – при температурах от 45 до 55°С. При температурах около 60°С некоторые микроорганизмы начинают погибать, и чем температура выше, тем быстрее они гибнут.
На развитие микроорганизмов также влияет содержание питательных веществ в пищевом продукте. Для размножения им необходима вода, источники углерода и азота для пополнения энергии, определенные витамины и минеральные вещества. Особенно это касается бактерий, меньше – плесеней, а дрожжи в этом отношении занимают промежуточное положение. Некоторые ингредиенты пищевых продуктов могут оказывать на микроорганизмы негативное воздействие, подобное действию противомикробных веществ. Некоторые из них являются естественными компонентами пищевых продуктов, другие добавляют в качестве консервантов. К таковым относятся, например, лизоцим, рибофлавины, антоцианины и тимол. Об использовании консервантов в мясе и овощах см. [21, 30, 63].
Газовый состав окружающей пищевой продукт среды может замедлить развитие микроорганизмов. При повышении концентрации двуокиси углерода (более 10%) создается тенденция к замедлению роста плесеней и других видов микроорганизмов. Для изменения воздушной среды при хранении и замедления развития микрофлоры часто используют упаковку продуктов в модифицированной или регулируемой газовой среде.
Процессы консервирования увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, инактивируя микроорганизмы или изменяя состояние продукта и условия внешней среды таким образом, чтобы остановить или замедлить развитие микроорганизмов, Для консервирования пищевых продуктов применяют тепловую обработку. В последнее время получили распространение процессы, не связанные с теплообменом (обработка под высоким давлением, импульсным электромагнитным полем и облучение). Для подавления активности микроорганизмов применяют также противомикробные средства (например, перекись водорода, хлор и озон), однако нельзя забывать, что эти вещества не должны присутствовать в конечном продукте (о возможности использования двуокиси хлора и водного раствора хлора для обработки креветок см. [3]). Среди прочих способов консервирования, замедляющих или предотвращающих развитие микрофлоры, следует упомянуть сушку, охлаждение, замораживание продуктов, их упаковку с применением модифицированной газовой среды, регулирование рН и содержания спирта.
Тепловая обработка является, пожалуй, наиболее распространенным методом уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Пастеризация – это тепловая обработка, уменьшающая популяцию микроорганизмов, вызывающих порчу, и увеличивающая срок хранения продукта. Тепловая обработка характеризуется температурно-временным соотношением: чем ниже температура, тем больше времени требуется для достижения той же степени уничтожения микроорганизмов. Соответственно при пастеризации возможны следующие варианты тепловой обработки: длительная обработка при низкой температуре, быстрая обработка при высокой температуре или ускоренная обработка при сверхвысокой температуре. Стерилизация – это тепловой процесс, в ходе которого погибают все живые микроорганизмы (остается вероятность выживания только единичных клеток). Чувствительность микроорганизмов к теплу различна, и зачастую для количественного описания динамики термической гибели их определенного вида используют D- и z-показатели. D-показатель – это время, которое необходимо для уменьшения популяции микроорганизмов при заданной температуре в 10 раз, а z-показатель характеризует изменение температуры, необходимое для изменения D-показателя на 90%.
Микроорганизмы способны испортить пищевые продукты, химически реагируя с его компонентами. Кроме того, присутствующие в продукте некоторые патогенные микроорганизмы могут вызывать пищевые отравления, вырабатывая токсичные вещества. Легче всего воздействию микроорганизмов подвержены углеводы, поскольку в качестве источника энергии они обычно используют углерод. Простые сахара и небольшие молекулы углеводов обычно разлагаются быстрее, чем сложные, такие как целлюлоза и лигнин. Тем не менее, целлюлоза может расщепляться микроорганизмами, продуцирующими целлюлолитические ферменты [13].
Основной причиной порчи фруктов и овощей (так называемая мягкая гниль) является расщепление микроорганизмами пектина. Некоторые бактерии и плесени способны вырабатывать пектинолитические ферменты, в частности, полигалактуроназу, пектинэстеразы или пектиназу. Для предотвращения распада пектина фрукты и овощи можно обрабатывать хлорированной водой, высушивать носче промывки и хранить в охлажденном виде [13].
Белки пищевых продуктов также могут расщепляться микроорганизмами, продуцирующими протеазы. При этом происходят реакции дезаминирования с выделением аммиака или реакции декарбоксилирования с выделением углекислого газа. Конечными продуктами реакций распада белков являются также органические кислоты, сероводород, меркаптаны и другие нежелательные соединения. Порча мяса и других высокобелковых продуктов обычно вызвана бактериями – Pseudomonas spp., Enterobacter spp. и Flavobacterium spp. Некоторые вырабатываемые ими ферменты довольно термостабильны и могут сохранять активность даже после пастеризации, вызывая, например, свертывание молока.
Труднее разлагаются микроорганизмами липиды. Для развития микрофлоры необходимо наличие в продукте некоторого количества влаги. Некоторые из них, например, Pseudomonas spp., Lactobacillus spp., Aspergillus spp., Rhizopus spp. и Saccharomyces spр., вырабатывают липазы, вызывающие гидролитическое прогоркание липидов. Гидролитическое прогоркание характерно для сырого мяса, рыбы, молока и молочных продуктов. Результаты недавнего изучения липазы, продуцируемой Pseudomonas fragi, приведены в [2]; обзор липазной активности микроорганизмов см. в [69].
Порчу пищевых продуктов способны вызывать также паразиты. Они не способны к самостоятельному существованию, поскольку инфицируют носителя (животное или растение) и живут в нем. Заражение паразитами характерно для мяса, рыбы и моллюсков. Цестоды (ленточные черви, например, Diphyllobothrium latum) обнаруживаются в таких свежих продуктах, как говядина, свинина и рыба. Нематоды (круглые черви, например, Trichinella spiralis) иногда встречаются в свинине, рыбе и моллюсках, а трематоды (например, Clonorchis sinensis) – в рыбе, моллюсках и даже в некоторых овощах, в частности в чилиме (водяном орехе) и бамбуке. Протозоа (простейшие одноклеточные, например, Cryptosporidium parvum) обнаружены в питьевой воде, фруктах и овощах и вызывают возрастающее беспокойство специалистов. Последние данные о Cryptosfmndium spp. можно найти в работах [23, 44, 55, 56, 68, 72]. Предупреждению заражения паразитами в большинстве случаев помогает усиление санитарного контроля, правильное приготовление пищи и, возможно, применение облучения [50].
Источник