Молочная река
Главная Поиск Обратная связь Карта сайта

Статьи



14.10.2016

Прикладные биотехнологии – инструмент инновационного развития мясной отрасли

В современных экономических условиях одним из основных факторов успешного развития мясной отрасли является внедрение инноваций в области биотехнологии и пищевой инженерии. С каждым годом возрастает практический интерес предприятий к использованию принципов прикладной биотехнологии при производстве мясных продуктов.

 

Среди перспективных направлений инновационного развития отрасли, связанных с внедрением прикладной биотехнологии, можно отдельно выделить биомодификацию и эффективное использование биоиндикаторов, биоматериалов и биоконсервантов.

 

Новые возможности биотехнологии

 

Растущий спрос потребителей на натуральные экопродукты высокого качества диктует необходимость в разработке и совершенствовании технологии, приемов обеспечения микробиологической безопасности мясных изделий.

 

Современные тенденции усовершенствования способов консервирования пищевых продуктов сводятся к применению инновационных технологий и использованию новых упаковочных материалов и ингредиентов, обладающих консервирующим действием и предотвращающих порчу пищевых продуктов, что помогает свести к минимуму технологическое воздействие на мясной продукт.

 

Совокупность мер, направленных против различных видов микробиологической порчи, называется консервированием продукта. При консервировании необязательно уничтожать имеющиеся микроорганизмы, важнее создать условия, в которых они не могли бы испортить продукт. Среди множества инновационных технологий, способствующих продлению сроков хранения мясных продуктов, следует отдельно выделить использование биомодифицированных композитных упаковочных материалов и натуральных биоконсервантов.

 

Индикаторы свежести и качества

 

В настоящее время в мясной отрасли формируются новые тенденции в области производства и упаковывания мясных продуктов – создание так называемой активной упаковки, благодаря которой производители могут обеспечить высокое качество и микробиологическую безопасность выпускаемой продукции. Активная упаковка содержит в себе микробио- и нанобиоматериалы, которые способны реагировать на изменения условий окружающей среды или мясного продукта, предупреждать потребителя о начале порчи и наличии условно-патогенных микроорганизмов.

 

Применение микробио- и нанобиотехнологий в пищевой упаковке включает использование новых композитных материалов, обладающих улучшенными механическими, теплофизическими, функционально-технологическими, барьерными и антимикробными свойствами. А также внедрение датчиков мониторинга и прослеживаемости мясной продукции в течение всего технологического цикла ее хранения, транспортировки и реализации.

 

В настоящее время в секторе активной упаковки в основном доминируют оболочки и пленки с кислород-адсорбирующим слоем, с влагопоглотителями и барьерные оболочки. Перспективными разработками, на наш взгляд, являются пленки с индикаторами свежести и датчиками «температура-время».

 


 

Разработка первых индикаторов «температура-время» началась еще в 1930-е годы. Тем не менее в настоящее время на мировом упаковочном рынке представлено ограниченное число упаковочных решений с использованием данных индикаторов. Основными предпосылками для практического применения индикаторов «температура-время» являются простота их использования (считываемость, активирование, хранение) и высокая надежность. Индикаторы не должны быть токсичными, не должны быть подвержены влиянию факторов внешней среды, таких как влажность воздуха, солнечный свет и др.

 

Принцип работы индикаторов «температура-время» основывается на физических, химических, микробиологических и ферментативных реакциях, зависящих от температуры и времени. При этом протекание реакций всегда сопровождается изменением цвета индикатора. Визуальные изменения, отражаемые индикаторами на этикетках, позволяют потребителю сделать вывод об условиях хранения упакованных мясных продуктов. До недавнего времени индикаторы «температуравремя» применялись только в США (Trader Joes) и Франции (Monoprix) для контроля мясных продуктов. Теперь же наметилась тенденция их активного внедрения и в других странах. К примеру, ВОЗ уже несколько лет использует индикаторы «температура-время» для контроля

холодильной цепи при транспортировке вакцин.

 

Принцип работы индикаторов свежести основывается на прямом взаимодействии мясного продукта и индикатора. Все изменения, которые происходят в мясных продуктах и влияют на состояние их свежести, могут привести к росту микроорганизмов и связанному с этим процессу обмена веществ. Как правило, все индикаторы свежести определяют наличие таких продуктов обмена веществ, как диоксид углерода, диоксид серы, аммиак, этанол, некоторые токсины и органические кислоты. Основой для такого определения является реакция между индикатором и летучим метаболитом, который может образоваться при росте нежелательных микроорганизмов в мясном продукте.

 

Для контроля свежести мясных продуктов в настоящее время используются три различные системы:

индикатор Fresh Tag фирмы Cox Recorders (США) – реагирует изменением цвета на летучие амины, которые обычно концентрируются в незаполненной мясным продуктом верхней части упаковки. Индикатор-этикетка состоит из пластикового чипа, в который вставлен реагент, соединенный с фитилем. Когда этикетка наносится на упаковку, установленный внутри нее крючок прокалывает незаполненную верхнюю часть упаковки. В результате газ в упаковке и реагент вступают в реакцию, цвет индикатора изменяется, что сигнализирует о росте содержания в упаковке летучих аминов;

индикатор Food Sensinel фирмы Sira Technologies (США). Его действие основано на иммунохимической реакции, для инициирования которой комплекс антител внедрен в систему штрих-кода. Наличие определенных микроорганизмов в упаковке становится заметным благодаря возникновению черной полоски на штрих-коде, которая визуально различима. Ученые-биотехнологи университета штата Луизиана (США) внедрили использование данного индикатора для контроля логистической цепи мясных продуктов. Недавно ими были разработаны индикаторы свежести для микроорганизмов рода E. coli и Salmonella;

индикатор Toxin Guard компании Toxin Alert позволяет обнаруживать условно-патогенные микроорганизмы благодаря использованию иммобилизованных антител. Данный индикатор внедрен в состав пищевой упаковочной пленки, которая чувствительна к четырем видам опасных бактерий: рода сальмонелла, кампилобактериям, бактериям группы кишечной палочки и листериям. Индикаторная пленка Toxin Guard состоит из трех слоев, из которых первый, прилегающий к мясному продукту, проницаем для всех микроорганизмов. Пройдя первый пористый слой, микроорганизм попадает во второй слой, обработанный питательным гелем, содержащим антитела – белки, способные распознавать определенный вид микроорганизмов. Антитела прочно связаны с красителем, так что проникающий во второй слой пленки микроорганизм заметно окрашивается. Двигаясь дальше, микроорганизм попадает в третий слой, который становится видимым, если количество окрашенных микроорганизмов увеличивается.

 

Биомодифицированные упаковочные материалы

 

Среди наиболее эффективных барьеров, гарантирующих потребителю сохранение качества и безопасности мясной продукции в течение всего срока хранения, можно выделить биомодифицированные упаковочные материалы. Этот вид упаковки появился на потребительском рынке в XXI веке в ответ на новые тенденции развития технологий экопродуктов с использованием биоразлагаемых пищевых покрытий.

 

Первые попытки использовать натуральные пищевые покрытия для продления сроков хранения жиросодержащих мясных продуктов были предприняты еще в 1995 году польским ученым Tederko A., который предложил использовать для изготовления пищевых пленок смесь пчелиного воска со свежими лимонами и апельсинами.

 

В настоящее время интенсивное развитие технологий композитных материалов привело к появлению на потребительском рынке новых биомодифицированных оболочек и пленок.

 

В последние годы многими производителями упаковочных материалов активно проводятся научно-исследовательские изыскания по созданию новых типов оболочек для мясных продуктов с пролонгированными сроками годности. В 2014 году на рынке впервые появились биомодифицированные оболочки, полученные на основе полисахаридов микробиологического синтеза: пуллулана, левана, илсинана и хитозана.

 

Пуллулановая оболочка изготовлена из прозрачного полимера – пуллулана, который получают на основе биотехнологии из продуктов жизнедеятельности грибка Aureobasidium pulluns. Данный биополимер сенсорно нейтрален и при этом обладает очень высокими барьерными характеристиками по отношению к кислороду. Для производства биомодифицированной оболочки в полимер иммобилизуют наночастицы серебра и фитонциды, экстрагируемые из розмарина и орегано. В ходе апробации оболочки установлено, что она способствует длительному сохранению естественного аромата мясных продуктов, а также активно подавляет развитие нежелательной микрофлоры. Данная оболочка весьма эргономична, поскольку плавится при нагревании, при этом сам упакованный мясной продукт сохраняет заданную форму.

 

Леван и илсинан также характеризуются низкой степенью проницаемости для кислорода и являются перспективными биополимерами для использования в пищевой и фармацевтической промышленности.

 

Использование хитозана (полисахарида, получаемого путем диацетилирования хитина) обусловлено его высокой способностью ингибировать рост патогенных бактерий и мицелиальных грибов. Учеными dos Santos N. S. T. и другими было доказано, что увеличение в составе биомодифицированных пленок жирных кислот способствует увеличению их антимикробной активности, что характерно для хитозановых оболочек. Однако хитозан очень гигроскопичен, что сдерживает его широкое применение в пищевой отрасли.

 

Среди основных видов биомодифицированных пленочных материалов можно выделить следующие:

- наномодифицированные композитным серебром;

- биомодифицированные напылением биоконсервантов (бетулин, эфирные масла, олеоразины и экстракты фитонцидов растений);

- микробиомодифицированные биозащитными культурами.

 

Как правило, все упаковочные материалы после модификации приобретают новые свойства, которые позволяют считать их активными и функциональными. Активные оболочки включают в свой состав биоконсерванты, специи, красящие пигменты, антиоксиданты, антимикробные и биологически активные вещества.

 

Эффективность биоконсервантов

 

Биоконсерванты – это вещества, обладающие антимикробной способностью, то есть способностью уничтожать либо полностью задерживать развитие бактерий или других микроорганизмов.

 

Механизмы действия биоконсервантов на возбудителей пищевой порчи многообразны. Здесь играют роль физические, физико-химические и биохимические факторы. Чаще всего отдельные факторы воздействуют совместно, блокируя различные стадии метаболизма микробной клетки, угнетая определенные фазы прорастания спор.

 

В качестве антимикробных средств актуальным для биомодификации является использование бактериоцинов, а также штаммов микроорганизмов, обладающих бактерицидной активностью. Перспективными биоконсервантами являются препараты фитонцидов растений в виде экстрактов. Применение этих веществ в технологии мясных продуктов и биомодифицированных упаковочных материалов оказывает существенное влияние на сохранение качества производимой мясной продукции в процессе ее хранения и реализации.

 

Природные антимикробные вещества представляют собой одну из альтернатив химическим консервантам в мясных продуктах, подвергающихся минимальной технологической обработке. Использование натуральных антимикробных веществ и их комбинаций; сочетание природных антимикробных веществ и инновационных технологий активной упаковки представляют собой идеальное воплощение концепции «барьерных технологий» в мясных продуктах.

 

Серию препаратов для предохранения мяса и других пищевых продуктов от загнивания и развития в них патогенных микроорганизмов – возбудителей пищевых отравлений, – названных антибиотиками, предложили авторы L. Jensen, L. Jensen и W. Hess, L. Jensen и W. Miller. Эти антибиотики впервые были выделены из различных видов растений: авокадо, клевера красного, кедра, виноградной лозы, чеснока, лука, хрена и др. Экспериментально показана возможность сохранения мясных продуктов под влиянием фитонцидов черемши, чеснока, лука, хрена и горчицы. Летучие фитонциды горчицы с успехом использовались для увеличения продолжительности хранения мяса и других пищевых продуктов. За последние годы внедрены в производство мясных продуктов разработки по использованию консервирующих добавок на основе дикорастущего пищевого и лекарственно-технического сырья в виде сухих и жидких экстрактов с высоким содержанием природных веществ, обладающих противомикробным действием.

 

В качестве антимикробных средств широко используются штаммы микроорганизмов, обладающих бактерицидной активностью, фитопрепараты, растительные экстракты и др. Применение этих веществ в технологии мясных продуктов оказывает существенное влияние на качество производимой продукции и сроки ее годности. Природные антимикробные вещества включают органические кислоты и их соли, низин и другие бактериоцины, различные активные компоненты микробиального или животного происхождения.

 

Бактериоцины представляют собой белки, продуцируемые бактериями. Механизмы их действия сводятся к инактивации микроорганизмов, вызывающих пищевую порчу. Бактериоцины используют при консервировании пищевых продуктов как в виде готовых препаратов, так и в виде продуцирующих культур микроорганизмов. Важным условием их использования является гарантия полного отсутствия токсинов. К бактериоцинам, наиболее широко используемым в мясной отрасли, относятся низин и натомицин, из которых первый является наиболее изученным и разрешенным к применению при консервировании мясных продуктов.

 

Источники получения бактериоцинов недороги и практически неисчерпаемы. Известен, например, опыт применения лактобактерий в продуктах переработки мяса для пролонгирования сроков годности и стабилизации показателей качества. В числе используемых бактерий – Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostos, Pediococcus, Corinobacterium и Enterococcus. Имеются данные по совместному их применению с низином для увеличения сроков действия этих культур.

 

Преимущества биомодифицированной упаковки

 

Все биомодифицированные упаковочные материалы, как правило, служат в качестве эффективных и быстродействующих барьеров. Для этого они обладают высокой бактерицидной и фунгицидной активностью, препятствуют окислению жиров, гидролизу белков, адсорбируют неприятные запахи, предотвращают потерю влаги при производстве и хранении мясных продуктов. Некоторые из них даже предотвращают абсорбцию жира мясным продуктом в процессе жарки.

 

Функционально-технологические свойства биомодифицированных оболочек определяются в первую очередь их химическим составом и структурой биополимера. К примеру, гидрофильные вещества, входящие в состав оболочек, служат хорошими барьерами для пропускания пара, газа, летучих ароматических веществ и канцерогенных ПАУ, а также характеризуются высокими структурно-механическими показателями. Однако гидрофильные вещества обуславливают высокую влагопроницаемость материала, что приводит к потере массы мясного продукта в процессе производства и хранения.

 

Гидрофобные вещества, входящие в состав оболочек, обладают низкими прочностными характеристиками, однако хорошо защищают мясной продукт от потери влаги. Биомодифицированные пленки, состоящие преимущественно из гидрофобных веществ, в зарубежной практике используются для упаковки охлажденного мяса перед замораживанием. В процессе отепления подобные пленки не только предотвращают развитие нежелательной микрофлоры, но и снижают потери мясного сока на 12-15%.

 

При разработке композиций для биомодификации полимеров технологи учитывают функциональные особенности каждого компонента, в том числе их способность к эмульгированию, ламинированию, пластификации, поскольку данные технологические процессы и приемы используются для получения биомодифицированных пленок.

 

Сейчас все больше расширяются возможности практического применения нанобиотехнологий для модификации колбасных оболочек и пищевых пленок. Основные направления научных исследований в этой области связаны с применением наночастиц коллоидного серебра для улучшения функционально-технологических свойств оболочек и мясных продуктов. Последние разработки в области технологий иммобилизации биоконсервантов на поверхности упаковочных материалов позволили получить новые асептические пленки с адсорбированными наночастицами композитного серебра и иммобилизованными экстрактами розмарина, орегано или бетулина. В процессе хранения мясных продуктов ионы биоконсервантов, иммобилизованные на границе раздела фаз, ингибируют развитие микроорганизмов, дрожжей и плесеней, вызывающих биоповреждения пищевых продуктов, и тем самым способствуют увеличению сроков их хранения.

 

Авторами L. Karam, C. Jama, P. Dhulster и другими установлено, что воздействие наночастиц серебра на эукариоты и мицелиальные плесневые грибы носит избирательный характер, что не позволяет обеспечить стопроцентное фунгицидное действие модифицированной коллагеновой упаковки. Поэтому одним из перспективных направлений модификации биополимеров является использование композитного серебра. В результате исследования, проведенного специалистами компании Naturin (Германия), было установлено, что в результате использования композитного серебра имеет место синергия, сочетающая в себе свойства фунгицида и бактерицида. При исследовании экспериментальных образцов композитных коллагеновых пленок, полученных в условиях опытного производства, установлена обратно пропорциональная зависимость их антимикробной активности от размера частиц серебра. Рост антимикробной активности наблюдается при снижении размера частиц, поэтому в новых асептических коллагеновых пленках используется кластерное серебро с размерами частиц 1-2 нм и удельной поверхностью частиц равной 100-110 кв. м/г.

 

В рамках экспериментальных исследований потребительских свойств новых биомодифицированных упаковочных материалов российского и зарубежного производства нами проведено изучение антимикробной активности представленных образцов коллагеновых и пуллулановых пленок биомодифицированных экстрактом бересты, содержащим бетулин, наночастицами композитного серебра, наночастицами чистого серебра и экстрактами орегано и розмарина относительно штаммов следующих условно-патогенных микроорганизмов: E. coli, Salmonella spp., St. aureus, Psevdomonas aeruginesae, Candida albicans, Penicillium expansum, полученных из Международной коллекции АССТ. Для сравнения использовали образец традиционной трубчатой коллагеновой пленки глутарово-глиоксалевого дубления, изготовленной без использования биоконсервантов.

 

В результате исследования (табл. 1) было установлено, что биомодифицированные пленки обладают значительно большей бактериостатической активностью по сравнению с традиционными коллагеновыми пленками глутаровоглиоксалевого дубления.

 

Наибольший бактериостатический эффект среди исследованных экспериментальных образцов биомодифицированных пленок наблюдается у пленок Nanocomposit, что обусловлено включением в их состав наночастиц композитного серебра.

 

Меньшим бактериостатическим эффектом характеризуется пуллулановая пленка. Показано, что у образца традиционной коллагеновой пленки, изготовленной без применения биоконсервантов, зона подавления роста микроорганизмов отсутствует.

 

Корж А. П.,

д. т. н. Базарнова Ю. Г.,

Высшая школа биотехнологии и пищевой технологии Санкт-Петербургского политехнического университета им. Петра Великого

О журнале | Новости | Доска объявлений | Статьи, публикации | Наши партнеры | Подписка