Biokonzervace - Biopreservation

Zde zobrazené malé tyče jsou bakterie mléčného kvašení které konvertují laktóza a další cukry do kyselina mléčná. Produkty jejich metabolismu mohou mít příznivé konzervační účinky.
3D hůlkový model nisin, zvláště účinný konzervační prostředek produkovaný některými bakteriemi mléčného kvašení.

Biokonzervace je použití přirozeného nebo kontrolovaného mikrobiota nebo antimikrobiální látky jako způsob konzervování potravin a jeho rozšíření skladovatelnost.[1] Biokonzervace potravin, zejména s využitím bakterií mléčného kvašení (LAB), které inhibují mikroby kazící potraviny, se praktikuje od raného věku, nejprve nevědomě, ale nakonec se stále silnějším vědeckým základem.[2] Užitečné bakterie nebo kvašení produkty produkované těmito bakteriemi se používají v biokonzervaci ke kontrole znehodnocení a vykreslit patogeny neaktivní v potravinách.[3] Existují různé způsoby působení, kterými mohou mikroorganismy interferovat s růstem jiných, jako je produkce organických kyselin, což vede ke snížení pH a antimikrobiální aktivitě nedisociovaných molekul kyselin, což je široká škála malých inhibičních molekul včetně vodíku peroxid atd.[2] Jedná se o neškodný ekologický přístup, který si získává stále větší pozornost.[1]

Biokonzervační látky a způsoby působení

Bakterie mléčného kvašení

Zvláštní zájem je bakterie mléčného kvašení (LABORATOŘ). Bakterie mléčného kvašení mají antagonistické vlastnosti, díky nimž jsou zvláště užitečné jako biokonzervační látky. Když LAB soutěží o živiny, jejich metabolity často zahrnují aktivní antimikrobiální látky, jako je kyselina mléčná a kyselina octová, peroxid vodíku a peptid bakteriociny. Některé LAB produkují antimikrobiální látky nisin což je zvláště účinný konzervační prostředek.[4][5]

V dnešní době se bakteriociny LAB používají jako nedílná součást překážková technologie. Jejich použití v kombinaci s jinými konzervačními technikami může účinně potlačovat kazení bakterií a jiných patogenů a může inhibovat aktivity širokého spektra organismů, včetně inherentně rezistentních Gramnegativní bakterie."[1] Bakterie mléčného kvašení a propionibakterie byly důkladně studovány z hlediska jejich účinnosti proti znehodnocování kvasinek a plísní ve zkažení potravin.[6]

[7][8][9][10] Tento obrázek ilustruje cestu konzervování potravin následovanou bakteriemi mléčného kvašení nisin, stejně jako cesta konzervace potravin následovaná solí. Dále je ilustrován a popsán překážkový efekt konzervace potravin, například přidáním bakterií mléčného kvašení a soli do potravinářského produktu.

Droždí

Kromě bakterií mléčného kvašení se uvádí, že kvasinky mají také biokonzervační účinek díky svým antagonistickým aktivitám, které spočívají v soutěži o živiny, produkci a toleranci vysokých koncentrací ethanolu, stejně jako syntézu velké třídy antimikrobiálních sloučenin vykazující velké spektrum aktivity proti mikroorganismům, které kazí potraviny, ale také proti rostlinným, zvířecím a lidským patogenům.[11]

Bakterie / kvasinky, které jsou vhodným kandidátem pro použití jako biokonzervační prostředek, nemusí nutně potravu fermentovat. Pokud jsou však podmínky vhodné pro mikrobiální růst, pak bude biorezervativní bakterie dobře soutěžit o živiny se znehodnocením a patogenními bakteriemi v potravinách. Jako produkt svého metabolismu by měl také produkovat kyseliny a další antimikrobiální látky, zejména bakteriociny. Biopreservativní bakterie, jako jsou bakterie mléčného kvašení, musí být pro člověka neškodné.[3]

Bakteriofágy

Bakteriofágy (řecky „bakterie jedlík“), nebo jednoduše fágy, jsou viry, které infikují bakterie.[12] Většina všech známých bakteriofágů vykazuje dvouvláknový genom DNA uvnitř kapsle virionu a patří do řádu ocasních fágů, Caudovirales. Ocasní fágy lze dále rozdělit do tří rodin: Podoviridae, které se vyznačují velmi krátkými ocasy; Myoviridae, kteří vykazují delší, rovné a stahující se ocasy; a Siphoviridae, které lze identifikovat díky jejich dlouhým a pružným ocasům. Další dobře studovanou skupinu fágů s mnoha aplikacemi, i když menší z hlediska druhové rozmanitosti, představují vláknité fágy, které vykazují jednovláknový genom DNA zdobený spirálovitou proteinovou vrstvou obklopující molekulu DNA.[12] Bakteriofágy jsou v přírodě všudypřítomně distribuovány a mohou být také izolovány z mikroflóry spojené s lidmi nebo zvířaty. Převyšují počet svých bakteriálních hostitelských druhů desetkrát, což představuje nejhojnější samoreplikační entity na Zemi s celkovým odhadem 1031 fágů.[13] Myšlenka použití fágů proti nežádoucím bakteriím se vyvinula krátce po jejich objevení. Se zlepšením v organické chemii v průběhu padesátých let posunul výzkum a vývoj širokospektrých antibiotik zájem o výzkum bakteriofágů. Několik laboratoří testuje vhodnost bakteriofágových izolátů ke kontrole určitých bakteriálních patogenů. Významného pokroku v tomto výzkumu bylo dosaženo v Bacteriophage Institute v Tbilisi v Gruzii, kde je fágová terapie běžně používána v oblasti výzkumu medicíny. Dnes je léčba bakterií rezistentních na antibiotika náročným úkolem. Výzkum bakteriofágů v poslední době nabral na obrátkách ve světle identifikace patogenů infekčních nemocí rezistentních na antibiotika, přičemž aplikace antibiotik nefunguje efektivně, proto je intenzivně přezkoumáván výzkum aplikace bakteriofágů.[12]Bakteriofágy nedávno získaly obecně uznávaný bezpečný stav na základě jejich nedostatečné toxicity a dalších škodlivých účinků na lidské zdraví pro použití v masných výrobcích v USA.[14]

Fágové přípravky specifické pro L. monocytogenes, E-coli O157: H7 a S. enterica sérotypy byly komercializovány a schváleny pro použití v potravinách nebo jako součást protokolů o povrchové dekontaminaci.[14]

Biokonzervace masa

Při zpracování masa byla biologická konzervace rozsáhle studována v fermentované maso masné výrobky připravené k přímé konzumaci.[15][16][17] Použití nativní nebo uměle zavedené mikrobiální populace ke zlepšení zdraví a produktivity zvířat a / nebo ke snížení patogenních organismů bylo nazváno probiotickým nebo konkurenčním zlepšovacím přístupem.[18] Byly vyvinuty strategie pro zlepšení konkurence, které zahrnují konkurenční vyloučení, přidání mikrobiálního doplňku (probiotika), který zlepšuje zdraví trávicího traktu, a přidání omezující, nehostitelské stravitelné živiny (prebiotikum), která poskytuje existující (nebo zavedené) komenzální mikrobiální populaci konkurenční výhoda v zažívacím traktu.[16] Každý z těchto přístupů využívá aktivity nativního mikrobiálního ekosystému proti patogenům tím, že využívá přirozenou mikrobiální konkurenci. Obecně lze říci, že strategie zlepšování konkurence nabízejí přirozenou „zelenou“ metodu snižování patogenů ve střevech potravinových zvířat.[16]

Biokonzervace mořských plodů

Produkty rybolovu jsou zdrojem široké škály cenných živin, jako jsou bílkoviny, vitamíny, minerály, omega-3 mastné kyseliny, taurin atd. Produkty rybolovu jsou však také spojeny s intoxikací a infekcí člověka. Přibližně 10 až 20% nemocí přenášených potravinami se připisuje konzumaci ryb.[19] Změna poptávky spotřebitelů snížila přitažlivost tradičních postupů aplikovaných na mořské plody (např. Solení, kouření a konzervování) ve srovnání s mírnými technologiemi, které zahrnují nižší obsah soli, nižší teplotu vaření a vakuové balení (VP) / balení upravené atmosféry (MAP). Tyto produkty, navržené jako lehce konzervované rybí výrobky (LPFP), se obvykle vyrábějí z čerstvých mořských plodů a další zpracování zvyšuje riziko křížové kontaminace.[19] Tato mírnější léčba obvykle nestačí ke zničení mikroorganismů a v některých případech se mohou během prodloužené doby použitelnosti LPFP vyvinout psychrotolerantní patogenní a znehodnocující bakterie. Mnoho z těchto produktů se také konzumuje syrové, takže minimalizace přítomnosti a prevence růstu mikroorganismů je nezbytná pro kvalitu a bezpečnost potravin.[19] Mikrobiální bezpečnost a stabilita potravin jsou založeny na aplikaci konzervačních faktorů zvaných překážky.[20] Křehká struktura a chuť mořských plodů jsou velmi citlivé na dekontaminační technologie, jako je vaření, a novější jemné technologie, jako je pulzní světlo, vysoký tlak, ozon a ultrazvuk. Chemické konzervační látky, které nejsou procesy, ale přísadami, jsou kvůli poptávce po přírodních konzervačních látkách u spotřebitelů příznivé. Alternativním řešením, které si získává stále větší pozornost, je technologie biokonzervace.[20][21][22] v zpracování ryb, biokonzervace se dosahuje přidáním antimikrobiální látky nebo zvýšením kyselost rybího svalu. Většina bakterií se přestane množit, když pH je menší než 4,5.[19] Kyselost se tradičně zvýšila o kvašení, marinování nebo přímým přidáním kyseliny octové, citrónové nebo mléčné do potravinářských výrobků. Mezi další konzervační látky patří dusitany, siřičitany, sorbáty, benzoany a éterické oleje.[4] Hlavním důvodem pro méně zdokumentované studie pro aplikaci ochranných mikroorganismů, bakteriofágů nebo bakteriocinů na mořské plody pro biologickou konzervaci ve srovnání s mléčnými nebo masnými výrobky je pravděpodobně to, že časná stádia biokonzervace nastala hlavně u fermentovaných potravin, které nejsou tak rozvinuté mezi produkty z mořských plodů.[19] Výběr potenciálních ochranných bakterií ve výrobcích z mořských plodů je náročný vzhledem k tomu, že je třeba se přizpůsobit matrici mořských plodů (nízký obsah cukru a jejich metabolické aktivity by neměly měnit počáteční vlastnosti produktu, tj. Okyselením, a nevyvolávat znehodnocení, které může vést k smyslovému odmítnutí.[19] Z mikrobioty identifikované v čerstvých nebo zpracovaných mořských plodech zůstává LAB kategorií, která nabízí nejvyšší potenciál pro přímou aplikaci jako bioprotektivní kultury nebo pro produkci bakteriocinu.[19]

Komerční aplikace a produkty

Po celém světě proběhla úspěšná implementace různých příprav fágů. Byly vyvinuty různé způsoby použití / podávání v potravinách. Bakteriofágy a jejich endolysiny mohou být zabudovány do potravinových systémů několika způsoby, například postřikem, máčením nebo imobilizací, jednotlivě nebo v kombinaci s jinými překážkami.[23] Fágový přípravek LMP-1O2 byl následně komerčně dostupný jako "ListShield" Intralyx, Inc.. Ukázalo se, že je účinný proti 170 různým kmenůmL. monocytogenes", což významně (10 až 1 000násobně) snižuje kontaminaci Listeria při postřiku na potraviny určené k přímé spotřebě, aniž by došlo ke změně celkového složení, chuti, vůně nebo barvy potravin.[14]Společnost Intralytix také komercializovala fágové antimikrobiální přípravky jako SalmoFresh a SalmoLyse pro kontrolu S. enterica.[24] SalmoFresh se připravuje s koktejlem přirozeně se vyskytujících lytických bakteriofágů, které selektivně a specificky zabíjejí Salmonella, včetně kmenů patřících k nejběžnějším / vysoce patogenním sérotypům Typhimurium, Enteritidis, Heidelberg, Newport, Hadar, Kentucky a Thompson. Podle výrobce je SalmoFresh speciálně navržen pro ošetření potravin s vysokým rizikem "Salmonella"kontaminace. Zejména červené maso a drůbež lze před mletím ošetřit, aby se významně snížila kontaminace salmonelou. SalmoLyse je přeformulovaný fágový koktejl odvozený od SalmoFresh, ve kterém byly nahrazeny dva ze šesti fágů v původním koktejlu."[24] Byly formulovány další bakteriofágové přípravky, které mají být použity ke snížení mikrobiální zátěže zvířat před porážkou a jsou komerčně dostupné od Omnilytics, jako je produktová řada BacWash proti Salmonella Omnilytics. Byla vyvinuta další komerční aplikace, Listex_ P100 od společnosti Micreos v Nizozemsku, kterou FDA a USDA obecně uznaly jako bezpečnou (GRAS) pro použití ve všech potravinářských výrobcích.[23]

Další významnou komerční aplikací bakteriofágů je ELICOSALI, široká škálaSalmonella a "E-coli„fágový koktejl pro ošetření zemědělských produktů vyvinutý institutem Eliava v Tbilisi v Gruzínské republice Eliava Institute.[14]

Bezpečnost

Biokonzervace uvážlivě využívá antimikrobiální potenciál přirozeně se vyskytujících mikroorganismů v potravinách a / nebo jejich metabolitech s dlouhou historií bezpečného používání. Bakteriociny, bakteriofágy a bakteriofágy kódované enzymy spadají do této teorie. Dlouhá a tradiční role bakterií mléčného kvašení při fermentaci potravin a krmiv je hlavním faktorem souvisejícím s použitím bakteriocinů v biokonzervaci. LAB a jejich bakteriociny byly po věky konzumovány neúmyslně, což má za následek dlouhou historii bezpečného používání. Jejich antimikrobiální spektrum inhibice, baktericidní způsob působení, relativní tolerance k podmínkám zpracování (pH, NaCl, tepelné ošetření) a nedostatek toxicity vůči eukaryotickým buňkám prosazují jejich roli jako biokonzervačních látek v potravinách.[25] Vyhodnocení všech nových antimikrobiálních aktivních látek provádí v mase USDA, které se mimo jiné údaje o vhodnosti opírá o hodnocení GRAS FDA.

Reference

  1. ^ A b C Ananou S, Maqueda M, Martínez-Bueno M a Valdivia E (2007) „Biokonzervace, ekologický přístup ke zlepšení bezpečnosti a trvanlivosti potravin“ Archivováno 26.07.2011 na Wayback Machine In: A. Méndez-Vilas (ed.) Komunikace aktuálních výzkumných a vzdělávacích témat a trendů v aplikované mikrobiologii, Formatex. ISBN  978-84-611-9423-0.
  2. ^ A b Lacroix, Christophe. (2011). Ochranné kultury, antimikrobiální metabolity a bakteriofágy pro biokonzervaci potravin a nápojů - 1. Identifikace nových ochranných kultur a složek kultury pro biokonzervaci potravin. Woodhead Publishing. Online verze k dispozici na:http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009273P1/protective-cultures-antimicrobial/identifying-new-protective
  3. ^ A b Yousef AE a Carolyn Carlstrom C (2003) Mikrobiologie potravin: laboratorní příručka Wiley, strana 226. ISBN  978-0-471-39105-0.
  4. ^ A b FAO: Konzervační techniky Oddělení rybolovu a akvakultury, Řím. Aktualizováno 27. května 2005. Citováno 14. března 2011.
  5. ^ Alzamora, Stella; Tapia, Maria Soledad; López-Malo, Aurelio (2000). Minimálně zpracované ovoce a zelenina: Základní aspekty a aplikace. Springer. str. 266. ISBN  978-0-8342-1672-3.
  6. ^ Lacroix, Christophe. (2011). Ochranné kultury, antimikrobiální metabolity a bakteriofágy pro biokonzervaci potravin a nápojů - 2. Antifungální bakterie kyseliny mléčné a propionibakterie pro biokonzervaci potravin. Woodhead Publishing. Online verze k dispozici na: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009274A1/protective-cultures-antimicrobial/antifungal-lactic-acid
  7. ^ Adams, Martin R., Maurice O. Moss a Peter McClure. Mikrobiologie potravin. 4. vyd. N.p .: Royal Society of Chemistry, 2014. Tisk.
  8. ^ „Bakterie kyseliny mléčné - jejich použití v potravinách.“ EUFIC. Evropská rada pro informace o potravinách, leden 2016. Web. 26. listopadu 2016.
  9. ^ Farnost, Mickey. „Jak sůl a cukr brání mikrobiálnímu zkažení?“ Scientific American. Scientific American, divize Nature America, Inc., 17. února 2006. Web. 27. listopadu 2016.
  10. ^ Soomro, Aijaz Hussain, Tariq Masud a Anwaar Kiran. „Úloha bakterií kyseliny mléčné (LAB) při ochraně potravin a lidského zdraví - přehled.“ ResearchGate. Asijská síť pro vědecké informace, leden 2002. Web. 27. listopadu 2016.
  11. ^ Muccilli, S .; Restuccia, C. (2015). „Bioprotektivní role kvasinek“. Mikroorganismy. 3 (4): 588–611. doi:10,3390 / mikroorganismy3040588. PMC  5023263. PMID  27682107.
  12. ^ A b C Lacroix, Christophe. (2011). Ochranné kultury, antimikrobiální metabolity a bakteriofágy pro biokonzervaci potravin a nápojů - 6. Bakteriofágy a bezpečnost potravin. Woodhead Publishing. Online verze k dispozici na: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009277EL/protective-cultures-antimicrobial/bacteriophages-food-safety
  13. ^ BRUSSOW H a KUTTER E (2005). "Fágová ekologie." In Kutter E a Sulakvelidze A (eds) Bacteriophages - Biology and Application, New York, CRC Press, 13 1 pp.
  14. ^ A b C d Pérez Pulido, Rubén; Grande Burgos, Maria José; Gálvez, Antonio; Lucas López, Rosario (2015). „Aplikace bakteriofágů při kontrole po sklizni lidských patogenních bakterií a bakterií kazících potraviny“. Kritické recenze v biotechnologii. 36 (5): 1–11. doi:10.3109/07388551.2015.1049935. ISSN  0738-8551. PMID  26042353.
  15. ^ Lacroix, Christophe. (2011). Ochranné kultury, antimikrobiální metabolity a bakteriofágy pro biokonzervaci potravin a nápojů - 7. Využívání antimikrobiálních kultur, bakteriocinů a bakteriofágů ke snížení přepravy potravinářských bakteriálních patogenů u drůbeže. Woodhead Publishing. Online verze k dispozici na: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009277U3/protective-cultures-antimicrobial/using-antimicrobial-cultures
  16. ^ A b C Lacroix, Christophe. (2011). Ochranné kultury, antimikrobiální metabolity a bakteriofágy pro biologickou konzervaci potravin a nápojů - 8. Využívání antimikrobiálních kultur, bakteriocinů a bakteriofágů ke snížení přepravy potravinářských patogenů u skotu a prasat. Woodhead Publishing. Online verze k dispozici na: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt009278K1/protective-cultures-antimicrobial/using-antimicrobial-cultures-2
  17. ^ Lacroix, Christophe. (2011). Ochranné kultury, antimikrobiální metabolity a bakteriofágy pro biokonzervaci potravin a nápojů - 12. Aplikace ochranných kultur, bakteriocinů a bakteriofágů ve fermentovaných masných výrobcích. Woodhead Publishing. Online verze k dispozici na: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00927AP3/protective-cultures-antimicrobial/applications-protective-4
  18. ^ Fuller, R (1989). "Probiotika u lidí a zvířat". J. Appl. Bakteriální. 66 (5): 365–378. doi:10.1111 / j.1365-2672.1989.tb05105.x. PMID  2666378.
  19. ^ A b C d E F G Lacroix, Christophe. (2011). Ochranné kultury, antimikrobiální metabolity a bakteriofágy pro biokonzervaci potravin a nápojů - 13. Aplikace ochranných kultur, bakteriocinů a bakteriofágů v čerstvých mořských a mořských produktech. Woodhead Publishing. Online verze k dispozici na: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00927B0C/protective-cultures-antimicrobial/applications-protective-2
  20. ^ A b RODGERS s (2001), „Zachování nefermentovaných chlazených potravin s mikrobiálními kulturami: přehled“, Trends in Food Science and Technology 12,276-284.
  21. ^ DORTU c a THONART P (2009), „Bakteriociny z bakterií mléčného kvašení: zájem o biologickou konzervaci potravinářských výrobků“, Biotechnol Agron Soc Environ 13, 143-154.
  22. ^ CALO-MATA P, ARLINDO S, BOEHME K, DE MIGUEL T, PASCOAL A a BARROSVELAZQUEZ J (2008), „Současné aplikace a budoucí trendy bakterií mléčného kvašení a jejich bakteriocinů pro biologickou konzervaci vodních potravinářských produktů“, Technologie potravin a bioprocesů 1 43-63.
  23. ^ A b Hagens, S; Loessner, MJ (2010). „Bakteriofág pro biologickou kontrolu patogenů přenášených potravinami: výpočty a úvahy“. Curr Pharm Biotechnol. 11 (1): 58–68. doi:10.2174/138920110790725429. PMID  20214608. S2CID  11806178.
  24. ^ A b Woolston, J; Parks, AR; Abuladze, T; et al. (2013). „Bakteriofágy lytické na Salmonella rychle snižují kontaminaci Salmonella na povrchu skla a nerezové oceli“. Bakteriofág. 3 (3): e25697. doi:10,4161 / bact.25697. PMC  3821689. PMID  24228226.
  25. ^ García, Pilar; Rodríguez, Lorena; Rodríguez, Ana; Martínez, Beatriz (2010). „Biologická konzervace potravin: slibné strategie využívající bakteriociny, bakteriofágy a endolysiny“. Trendy v potravinářské vědě a technologii. 21 (8): 373–382. doi:10.1016 / j.tifs.2010.04.010. hdl:10261/51440.