Szerkesztő:Szupernova96

A mikroorganizmusok elpusztításának lehetőségei

Fizikai eljárások

1. pasztőrözés: ez a mód az enzimek inaktiválását és a baktériumok vegetatív alakjainak jelentős arányú elpusztítását célzó, enyhe beavatkozás. Célja: a bacik elpusztítása. Ez többnyire megnöveli az élelmiszer eltarthatóságát. Ennek biztonságos előfeltétele, hogy a hőkezelést olyan csomagolással egészítsék ki, amely az újraszennyeződéseket kizárja. Ezeket az élelmiszereket pasztőrözés után 10 foknál kisebb hőmérsékleten tárolják.
2. sterilezés: (csírátlanítás) valamennyi mikroorganizmus teljes elpusztítását lehetővé tevő erőteljes hőkezelés. Hangsúly a hermetikus csomagolású élelmiszer hűtés nélkül romlásmentesen tárolhatóságon van.
3. appertizálás: (konzerválás művelete) a hagyományos konzerváláshoz a tartósítandó élelmiszert hermetikusan tartályba töltik, hogy az újraszennyeződést megakadályozzák. Konzervek csop: félkonzerv, háromnegyed, teljes, trópusi.

Tartósítás hőelvonással:

A hűtés és fagyasztás tartósító hatása azon alapul, hogy a hőmérséklet csökkentésével a mikroorg. szaporodása lelassul, majd megszűnik. A szaporodási sebesség csökkent a hőmérséklet csökkenésével. Az egészségre veszélyes bacik szaporodását gátolva elősegíthetjük az egyes romlást okozó fajok előtérbe jutását A min. hőmérséklet, amelyen egy mikroorganizmus még szaporodni tud, számos körülmény befolyásolja. Legkisebb akkor, ha minden más, a szoporodásra ható tényező optimális. Ilyen a vízaktivitás, a PH, és a légköri oxigén koncentrációja. E tényezők kombinálása a kis hőmérséklettel eredményes hűtőtárolást tesz lehetővé. Ez a szabályozott légterű tárolás.

Tartósítás vízelvonással: ez ősi és hatékony élelmiszer-tartósítási módszer.

A víz fizikai eltávolításával – ennek módjai a szárítás és besűrítés – vagy a víz fizikai-kémiai megközelítésével – ennek módja a cukrozás és sózás. Újabb módszerek a fagyasztva szárítás, fordított ozmózis vagy vízmegkötés kombinációja más módszerekkel. A tartósítás elérhető a mikroorg. számára hozzáférhető víz, a vízaktivitás csökkentésével. A száritással, cukrozással, vagy sózással tartósitott élelmiszerek vizaktivitása megközeliti ezt az értéket vagy még kisebb. Ha a termék viztartalma ezt az értéket meghaladja, fennáll a mikrobiológiai romlás veszélye. A száritmányok stabilitásában meghatározó a csomagolás és tárolás módja.

1. Szárítás: egyike a legősibb tartósítási módoknak. Összetett folyamatai közül a mikroorg. érő fő hatások a hőmérséklet és a vizaktivitás változása az idő függvényében. A felmelegítési szakaszban a hőmérséklet kicsi és a páratartalom nagy. A pusztító hatás szempontjából fontos a terméken belüli hőmérséklet és nedvességtartalom eloszlás is. A szárítás során az erősen pusztító hatású nagy hőmérséklet és nagy páratartalom kombinációja ritkán fordul elő. További pusztulás következhet be a termék felhasználás előtti visszanedvesítéskor. A károsodott sejtek sokszor ilyenkor pusztulnak el. A szárítmányok víztartalma jóval kisebb a kritikus értéknél.
2. Szárítva fagyasztás: (liofilezés) jellegzetes kombinált élelmiszertartósítási eljárás. Lényege a szárítás oly módon, hogy a vizet jéggé fagyasztva, szublimáltatással távolítják el. A megfagyasztott terméket vákuum alá helyezik és enyhe melegítéssel a jeget közvetlenül elpárologtatják. Két szakaszának mikroorganizmus-ellenes hatása azonos, bár a fagyasztás sebessége és hőmérséklete, ill. a szárítás sebessége és a szublimáltatás hőmérséklete eltérő lehet. A szárítva fagyasztás a mikroorg. tartósítására is alkalmazható, ilyenkor úgy fagyasztanak, hogy a legnagyobb mértékű túlélést érjék el
3. .kémiai tartósítás: Az élelmiszerek mikroorg. okozta nemkívánatos elváltozását megakadályozó, vagy késleltető kémiai anyagokat tartósítószereknek nevezzük. Használatuk nagy körültekintést igényel, alkalmazásának feltételei: az emberi szervezetre ártalmatlan legyen, hatásos legyen a káros mikroorganizmusok minden fajtájával szemben, ne befolyásolja az élelmiszer érzékszervi tulajdonságait, könnyen kezelhető, felhasználható és olcsó, gazdaságos legyen, kimutatására és meghatározására megbízható módszer álljon rendelkezésre. A tartósítószerek hatásmechanizmusa: általánosságban három lehetőség egyike vagy együttese. –az élelmiszerbe vitt kémiai anyagok oldószere a víz, ezért az élelmiszer vizes fázisában oldott anyagok mennyisége befolyásolja a szabad víztartalmat, ilyen hatást gyakorol a só és a cukor. –kémiai anyag lehet ionos jellegű, amely oldott állapotban ionjaira disszociál, befolyásolva a közeg ionegyensúlyát. –oldott anyag, kémiai jellegében rejlő, sajátos mikroorg-ellenes hatást fejt ki. 4.Tartósítás sugárzással: régóta ismert a napsugárzás ultraibolya részérnek csírapusztító hatása. Mikrobicid hatása az ultraibolya és az ionizáló sugárzásoknak egyaránt van. a.) UV sugárzás – leghatásosabb hullámhossztartomány a 240-280 közötti. Germicid sugárzás a 253,7 nm, ez károsítja legjobban a mikroorg-sejtek nukleinsavait. Sugárűrésük szinezékképzésüktől is függ. Az UV áthatolóképessége igen csekély és a sugárhatás a sugárforrástól távolodva erősen csökken, ami a gyakorlati alkalmazási lehetőségeit erősen

A mikróbasejt elkülönítése

Optimum: A legkedvezőbb életfeltételek. Minimum: az életfeltételek legalacsonyabb foka. Maximum: az életfeltételek legmagasabb foka.

Hőelvonás

A hőelvonás gyakran alkalmazott, hatékony tartósító eljárás, amellyel jelentősen mértékben csökkenthető a mikroorganizmusoknak a romlást okozó tevékenysége anélkül, hogy az élelmiszer tápértékében, valamint élvezeti értékében lényeges változás mutatkozna. A hőelvonás során létrejött alacsony hőmérsékleten csökken a mikroszervezetek enzimtevékenysége, életfolyamataik lelassulnak, sőt a hőmérsékleti minimum alatt fejlődésük is megáll. A hőelvonásos tartósításnak két módszerét alkalmazzák a gyakorlatban, ezek a hűtés és a fagyasztás.

Hőkezelés

A hőkezeléssel történő tartósítás a konzervipar egyik legrégibb tartósítási módszere. Az eljárás lényege az, hogy a tartósítandó élelmiszerek hőmérsékletét a mikroorganizmusok élettevékenységére jellemző optimális hőmérsékleti értéknél magasabbra emelik, így az élelmiszerben lévő mikroszervezetek elpusztulnak és többnyire toxinjaik is hatástalanná válnak. Egyidejűleg az élelmiszerek szöveti enzimjei is denaturálódnak. Az alkalmazott hőmérséklettől függően megkülönböztetünk pasztőrözést és sterilezést.

Ülepítés,szűrés, centrifugálás

A mikrobasejteket elkülöníthetjük ülepítés, szűrés és centrifugálás segítségével a légnemű és folyékony közegből. A bor fejtése révén a seprőbe ülepedett mikrobák nagy részétől megtisztítható. A tej centrifugálása a dobiszapba különíti el a nagyobb sűrűségű mikrobasejteket. A folyadékból szűréssel választhatók el a mikrobasejtek. Erre a célra kis pórusátmérőjű csírátlanítószűrők szolgálnak mind a laboratóriumokban, mind pedig az ipari gyakorlatban. A nem egynemű folyadékokat (pl. tejet) szűréssel nem lehet tisztítani.

Kémiai tartósítási módszerek

Élelmiszerek tartósítására sokféle kémiai anyag szolgál, noha általános tendencia, hogy ezek használatát csökkentik. A kíméletes, minimális és kombinált tartósítási eljárások iránti igény ugyanakkor szükségessé teszi a tartósítószerek, antimikrobás anyagok és egyéb kémiai adalékok további alkalmazását az egészségügyi biztonság és tartósság érdekében. A hagyományos tartósítószerek mellett egyre bővül a természetes antimikrobás anyagok köre, amelyek főként növényekben találhatók vagy mikroorganizmusok termékei.

A tartósításra használt vegyületek áttekintését az 5.20. táblázat tartalmazza. Köztük a pH- és a savtartalom beállítására szolgáló erős savakon (sósav, foszforsav) kívül a gyenge szerves savak mind tartósító, mind ízkialakító szerepet játszanak (pl. ecetsav, citromsav), míg mások kifejezetten csak tartósításra szolgálnak (pl. benzoesav, szorbinsav). A gyenge szervetlen savak (kénessav, salétromossav, szénsav) inkább sóik vagy savmaradékok alakjában használatosak. Élelmiszer-tartósításra csak kivételesen használható antibiotikum (natamicin), viszont fokozódik a törekvés a bakteriocinek és más természetes antimikrobás anyagok alkalmazására.

Hatásmechanizmus

A kémiai antimikrobás anyagok hatása lehet szaporodásgátló (sztatikus) vagy pusztító (cid). A hatás mértéke sokszor a kémiai anyag koncentrációjától függően változik. Ugyanaz a vegyület kisebb koncentrációban sztatikus, nagyobban cid hatású lehet. A hatékonyság változását a koncentráció függvényében a koncentráció exponens (n) fejezi ki:

Cⁿ· t = a,

ahol:

C – a vegyület koncentrációja,

t – pedig az azonos mértékű pusztuláshoz (a) szükséges behatási idő.

Ha n = 1, akkor kétszeres koncentráció feleannyi idő alatt hatásos. A koncentráció kitevő értéke gyakran több, mint egy. A nagy koncentrációexponensű vegyületek (pl. alkoholok, fenolok) hatékonysága a hígítással gyorsan csökken. Ha egy adott mértékű pusztuláshoz szükséges időt két koncentrációnál meghatározzuk, akkor a kitevőt meghatározhatjuk:

A tartósítószerként használt különböző vegyületek a mikrobasejtek szerkezetét és működését sokféleképpen befolyásolhatják. Általánosságban a sejtre gyakorolt károsítás helye lehet a sejtfal, a sejtmembrán vagy a citoplazma. A sejtfal kötéseit felszakító hatás következtében a sejtek lízist szenvednek. Egyes fertőtlenítőszerek okozhatnak ilyen erős behatást nagyobb koncentrációkban. A sejtfalszintézis gátlásában rejlik a penicillin baktériumgátló hatása. A tartósítószerként használható enzimek közül a lizozim az, amely a baktériumsejtfal murein kötéseit hidrolizálja; a gombák sejtfalára ható kitináz és glukanáz közvetlen élelmiszer-ipari használatára nincs példa, de az ilyen enzimeket aktívan termelő Trichoderma harzianum gombát más növényi gombaparaziták elleni biológiai védekezésre lehet alkalmazni.

A membránszerkezetet támadják meg a fenolos jellegű vegyületek és a felületaktív fertőtlenítőszerek. A szerves sav természetű tartósítószerek hatása részben a membrán alapvető működésének, a transzport folyamatoknak a gátlásával magyarázható, jórészt közvetve, a transzporthoz szükséges energiaforrás, a protongrádiens megszüntetésével. A citoplazmában számos támadáspont jöhet szóba, a különböző anyagcsere-folyamatok és azok enzimeinek gátlásától a riboszómák és a fehérjeszintézis gátlásáig. Számos nagyhatású vegyület, amely pl. mutációt okoz, toxikussága miatt az emberi szervezetre is ártalmas, ezért tartósítószerként nem használható. A hatásmechanizmus felderítésével több korábban használt tartósítószer (pl. szalicilsav, piroszénsav-dietilészter) engedélyezését visszavonták.

A mikroorganizmusok nem teljesen védtelenek a tartósítószerekkel szemben. Anyagcseréjük bizonyos mértékig lehetővé teszi a fiziológiai (5,5–6,5 közötti) pH-érték fenntartását, a homeosztázis megőrzését, a bejutott protonok aktív kijuttatásával. A különböző stresszhatásokra képződő sokkfehérjék a hirtelen pH-változásra is indukálódnak, és lehetővé teszik a fehérjeszintézis megváltozását a megfelelő válaszreakció kiváltásához. Néhány tartósítószert (benzoesavat, szorbinsavat) egyes mikroorganizmusok képesek lebontani és hatástalanítani.

Szerves sav tartósítószerek

Az élelmiszerekben használható tartósítószerek többsége gyenge szerves sav, amelyek általános hatékonysága a pH csökkentésének, specifikus hatása pedig a vegyület kémiai természetének tulajdonítható. A tartósításra használt gyenge szerves savak közül az ecetsav disszociációs állandója a legkisebb, a disszociálatlan vegyületek azonos koncentrációit összevetve viszont a tejsav specifikus hatása miatt erősebb gátlószer.

5.21. táblázat - Gyenge savtermészetű tartósítószerek disszociációja

Szerves sav	Disszociációs jellemző		Disszociálatlan rész aránya (%) adott pH-nál
	K	pK	3	4	5	6	7
Ecetsav	1,75·10–5	4,76	98	85	35	5	0,5
Tejsav	1,37·10–4	3,86	87	39	6	0,6	0,1
Citromsav	8,70·10–4	3,06	55	18	0,4	0,01	0,001
Benzoesav	6,46·10–5	4,19	94	60	13	2	0,1
Szorbinsav	1,73·10–5	4,67	97	82	30	4	0,5
Kén-dioxid	1,70·10–2	1,77	6	0,6	0,04	0,001	0

Az ecetsavat, tejsavat, citromsavat étkezési savaknak is nevezik, mivel a tartósító hatás mellett használatuk célja az ízkialakítás. Tartósításra egyedül nem is alkalmazhatók, mivel a szükséges koncentrációban (2,5–3,5%) a termék már élvezhetetlenül savanyúvá válik. Széleskörűen használják azonban őket más tartósítószerek és különböző fizikai tartósítási eljárások hatékonyságának növelésére a pH csökkentése révén. A citromsavnak antioxidáns, színjavító tulajdonsága is van. Élesztőgombákszaporodnak még több mint 2% savat tartalmazó ecetes készítményekben is; az ecetsavbaktériumok a maguk termelte ecetsavat 10%-os koncentrációban is elviselik.

A szerves savak között a tulajdonképpeni tartósítószerek (benzoesav, szorbinsav, hangyasav, propionsav) néhány tized százalékos koncentrációban hatásosak és mentesek az élelmiszerektől idegen íztől, szagtól. Mikrobiológiai hatásspektrumuk nem teljes körű, főleg az élesztő- és penészgombákat gátolják. Oldhatóságuk miatt sóikat alkalmazzák (nátrium-benzoát, kálium-szorbát, kalcium-propionát). Disszociációjuk miatt mikrobagátló hatásuk csak 5-nél kisebb pH-nál erőteljes. A benzoesav származékának, a parahidroxi-benzoesavnak és különösen alkilésztereinek (az ún. parabéneknek) nevezetes tulajdonsága, hogy hatásuk független a pH-tól, nagy disszociációs kitevőjük miatt még pH 7-nél is 97%-ban disszociálatlanok.

5.22. táblázat - Magyarországon engedélyezett tartósítószerek

Tartósítószer	EU szám	ADI (mg·kg–1nap–1)	Koncentráció (%)	Alkalmazhatóság
Benzoesav sói	E210-213	5	0,15
Szorbinsav sói	E200-203	25	0,10
Hangyasav	E236	3	0,25	csak előtartósításra
Propionsav	E280	nl*	0,30
Parabének	E214–219	10	0,08
SO2, szulfitok	E220–224	0,7	0,20	csak előtartósításra
Nitritek	E249,250	0,2	0,02	ideiglenesen

* nl: nem limitált

5.23. táblázat - Tartósítószerek élelmiszer-ipari alkalmazásai

Élelmiszer	Ecet- sav	Hangya- sav	Propionsav	Szorbinsav	Benzoesav	Parabén	Szulfit	Nitrit
Húskészítmények	–	–	–	+	–	*	*	++
Halak	++	–	–	+	+	+	–	+
Sajtok	–	–	+	++	*	*	–	*
Zöldségkészítmények	++	+	–	+	++	*	+	–
Gyümölcskészítmények	+	+	–	++	++	*	++	–
Üdítőitalok	–	+	–	++	++	*	++	–
Borok	–	–	–	++	–	–	++	–
Pékáruk	–	–	++	++	–	–	–	–
Sütemények	–	–	–	++	*	+	–	–

+ esetenként használt,

++ gyakran használt,

* kivételesen használt,

– nem használt

Szervetlen tartósítószerek

A szén-dioxidot hatalmas mennyiségben használják üdítőitalok dúsítására és élvezeti értékének növelésére. Tartósító hatása kevésbé kerül előtérbe, pedig a szén-dioxid általánosan gátolja a mikroorganizmusok szaporodását, megnyújtva a lappangási szakaszt és a generációs időt. Hatását többnyire az oxigén kiszorításának tulajdonítják, és valóban ezt hasznosítják a szabályozott légterű tárolásnál és a módosított légterű csomagolásnál.

5.7. ábra - A szén-dioxid, a karbonát- és a bikarbonátionok aránya vizes oldatban a pH függvényében

A szén-dioxid kritikus hőmérséklete csak 31 °C, Ez kínálkozó lehetőség a hőérzékeny élelmiszerek kíméletes sterilezésére. A szénsavas üdítőitalokat szén-dioxiddal telítik, dúsítják, a szén-dioxid-gáz fő alkalmazási területe azonban a szabályozott légterű tárolás .A foszforsav csak kivételesen használható a kóla típusú italokban.

A kén-dioxid antimikrobás hatásán kívül antioxidánsként és redukálószerként is használatos. Antimikrobás hatása főként penész- és élesztőgombákra terjed ki. Bár többnyire szulfit-, biszulfit- vagy metabiszulfit sói formájában alkalmazzák, a mikrobagátló hatást főleg csak szabad, nem ionos, vízben oldott molekulái fejtik ki.

5.8. ábra - A kén-dioxid, a biszulfit- és a szulfitionok aránya a pH függvényében

A nitrit alkalmazása ellentmondásos. Miután a nitrátsókat nátrium-kloriddal együtt évszázadok óta használták húsok pácolására (a pácfolyadékban elszaporodott mikrobák a nitrátot nitritté redukálták), az 1960-as években fény derült arra, hogy szekunder aminokkal reagálva a nitrit rákkelető nitrozaminokat képezhet. Mivel ugyanakkor a nitrit a mioglobinnal is reagál és a húsok jellegzetes rózsaszín-vörös színének a megőrzéséhez nélkülözhetetlen, alkalmazását nem lehet kiküszöbölni. A nitritnek továbbá antimikrobás hatása is van, különösen erősen gátolja a Clostridiumok spóráinak kihajtását. Így egyrészt hozzájárul a húskészítmények egészségügyi biztonságához, másrészt esetleges karcinogenitása egészségügyi kockázatot jelent. Amíg a nitrit kiváltására más anyagot nem sikerül találni, használata továbbra is engedélyezett, de szigorú határokhoz között (legfeljebb 200 mg · kg^–1). A nitrit csökkentésére irányuló törekvések közül ígéretes együttes alkalmazása aszkorbinsavval vagy a tejsavbaktériumok (pl. Pediococcus acidilactici) által erjeszthető cukorral, amely kombináció gátolni képes a Clostridium botulinum spóráinak kihajtását.

Természetes antimikrobás anyagok

A természetben számos olyan antimikrobás anyag vagy tényező fordul elő, amelyek a mikrobák szaporodását gátolják. Ezek közvetlen felhasználása az élelmiszer-tartósításban lehetőséget teremthet az új fogyasztói igények kielégítésére az egészségesebb élelmiszerek iránt, amelyek nem tartalmaznak mesterséges adalékanyagokat, tartósítószereket. Alkalmazásuk az eltarthatósági időt meghosszabbíthatja, ugyanakkor azonban számos nehézséget rejt magában. Problémát okozhat izolálásuk, tisztításuk, stabilizálásuk és használatuk anélkül, hogy az élelmiszer érzékszervi, táplálkozás-élettani vagy biztonsági tulajdonságait hátrányosan befolyásolnák.

A természetes biológiai antimikrobás anyagok forrásuk szerint lehetnek:

– állati eredetű antimikrobás anyagok,

– a magasabb rendű növényekben képződő anyagok,

– a mikroorganizmusok által termelt anyagok.

A természetes antimikrobás hatású rendszerek (5.24. táblázat) egy része a termelő szervezetek állandóan, aktív állapotban jelen levő alkotója. Mások ún. indukálható anyagok, amelyek a szervezetben bizonyos inger (pl. sérülés, fertőzés) hatására képződnek.

5.24. táblázat - A természetben előforduló főbb antimikrobás rendszerek

Kategória	Eredet	Példa
Állatok – állandó alkotók	fagoszómák	mieloperoxidáz
	szérum	transzferrinek
	tej	laktoperoxidáz, laktoferrin
	tojás	lizozim, ovotranszferrin (konalbumin), avidin
Állatok – indukálható rendszerek	immunrendszer	antitestek, komplementek
	békák	magaininek
	rovarok	abaecin, apidaecin, attacinek, cecropinek, coeoptericinek, defenzinek, diptericinek, royalizin
Növények – állandó alkotók	gyógynövények, fűszerek és más növények	eugenol (szegfűszeg) allicin (fokhagyma), allil-izotiocianát (mustár), oleoeuropein (oliva)
Növények – indukálható rendszerek	fertőzött vagy sérült növények	kis mol.tömegű fitoalexinek nagy moltömegű polifenolok
Mikroorganizmusok	tejsavbaktériumok	nizin, pediocin és más bakteriocinek
	más mikroorganizmusok	antibiotikumok (natamicin/pimaricin, subtilin), bakteriofágok, élesző killer toxinok, szerves savak és más kis mol.tömegű metabolitok