Введение к работе
Актуальность работы. Предотвращение потерь, сохранение качества и обеспечение биологической безопасности продуктов питания на всех стадиях производства и последующего хранения является одним из приоритетных направлений пищевых технологий XXI века. В нашей стране важность указанной проблемы подтверждена Федеральным законом «О качестве и безопасности пищевых продуктов», принятым Государственной Думой 1 декабря 1999 г., а также «Концепцией государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 года».
В настоящее время общепризнано, что потеря качества пищевой продукции вследствие поражения микроорганизмами наиболее распространена и значительно превышает негативные воздействия физических, химических и биохимических факторов [Горбатов, Аджян, 1990; Гудков, 2003; Clear et al., 2000; Hocking, 1988; Leistaer, 2002; Logrieco, 2000; Matsufuji, 2000; Mills, 1988].
Ведущая роль в поражении поверхности продуктов питания и пищевого сырья принадлежит мицелиальным грибам [Белова с соавт., 1990; Горбатов, Аджян, 1990; Гудков, 2003; Раманаускас, Алинчикене, 1998; Сидоров, Корне-лаева, 1996; Степаненко, 1999; Шилер, 1989; Carpentier, 2001; Kiecana, Mielnic-zuk, 2000]. Именно эти микроорганизмы ухудшают товарный вид продукции, снижают её вкусовые качества, вызывают изменения белков, жиров, продуцируют высокотоксичные вещества и создают благоприятные условия для развития бактерий, в том числе и болезнетворных [Саттон с соавт., 2001; Тутельян, Кравченко, 1985; Massa, 1996; Molokwu, Okpokwasili, 1997; Osei et al., 2000; Szigeti, 1992; Troger, 1994; Vergnenegre et al., 1990]. Известно, что механическое удаление видимых колоний мицелиальных грибов с поверхности пищевых продуктов не исключает присутствия в них опасных метаболитов [Тутельян, 1997; Goto, 1990; Lemmens, 2000; Logrieco, 2000; Robert, 1990].
В связи с вышеизложенным разработка надежных способов, средств и технологических решений, обеспечивающих пролонгированную защиту поверхности пищевых продуктов от поражения мицелиальными грибами и не нарушающих традиционных биотехнологических процессов их производства, приобретает в настоящее время особую актуальность.
Вместе с тем в последние годы становится всё более очевидным, что выбор средств и разработка способов защиты поверхности пищевых продуктов от поражения мицелиальными грибами невозможна без знания биохимических и физиологических основ их роста, выживания и гибели,' без учета резистентности этих микроорганизмов к используемьш'антимикробном средствам (HeinzeT, 1988; Leismer, 2002; Lemmens, 2000; MaureC 1995; Russel; 1990]. В этой связи особую научную значимость и практический интерес представляет глубокое изучение таких явлений, как гомеостаз, стрессовые реакции и адаптация мицелиальных грибов к действию химических и физических средств защиты.
Более того, реакции мицелиальных грибов в ответ на антимикробные воздействия чрезвычайно важны не только с общебиологических позиций изучения адаптации эукариотных организмов к действию стрессовых Факторов, в
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С. Петербург *
ОЭ !0$ ме&0> :
практическом аспекте для предупреждения порчи пищевой продукции и биоповреждения различных материалов, но и в связи с повышенным интересом к возможности использования этих микроорганизмов в качестве основных продуцентов биологически активных веществ в биотехнологии - науке, официально объявленной Организацией Объединенных Наций ведущим направлением технологий наступившего века [Брагинцева, 2003; Градова с соавт., 2002; Рогов, 2000; Феофилова с соавт., 2003; Aggelis et al., 1988; Sajbidor et al., 1988].
Все перечисленные направления явились основой для разработки концепции защиты поверхности продуктов питания и пищевого сырья от поражения мицелиалышми грибами и предметом изучения в экспериментальной части диссертационной работы.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является научное обоснование защиты поверхности пищевой продукции от поражения мицелиалышми грибами, разработка и практическая реализация эффективных способов, средств и технологических решений, обеспечивающих длительную антимикробную защиту пищевых продуктов и их безопасность для населения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: v" - --- разработать концепцию зашиты поверхности пищевых продуктов и пищевого сырья от поражения мицелиальными грибами, определить этапы и основные направления её реализации;
определить состав доминирующих микроорганизмов и мицелиальных грибов, присутствующих в атмосфере производственных помещений и поражающих поверхность мясных и молочных продуктов;
разработать научное обоснование'выбора и последующего применения специальных добавок, обладающих фунгицидным действием и предназначенных для непосредственной защиты поверхности пищевых продуктов в период производства, хранения, транспортировки и реализации;
разработать специальные требования к фунгицидным соединениям, предназначенным для пролонгированной защиты поверхности пищевых продуктов от негативного воздействия микроорганизмов окружающей среды;
изучить микробиологические, физико-химические, токсикологические характеристики перспективного фунгицида пищевого назначения, идентифицировать его химическую структуру;
' '- научно' Обосновать принципы выбора и предложения по применению дезинфицирующих средств пролонгированного действия, предназначенных для обеспечения и поддержания требуемых санитарно-гигиенических условий при производстве и хранении пищевых продуктов;
экспериментально исследовать модификации мембранных липидов мицелиальных грибов в ответ на стрессовые воздействия;
разработать эффективные средства фунгицидной защиты поверхности пищевой продукции, способы и технологические приемы их нанесения и фиксации на поверхности пищевых продуктов;
разработать и утвердить НД на производство'фу^птщиднои добавки пищевого назначёнйзг и фунгицидных средств на её Основе, обеспечивающих пролонгированную защиту поверхности мясных и молочных продуктов от по-
ражения мицелиальньши грибами;
- внедрить в производство разработанные средства защиты поверхности пищевых продуктов от контаминации и поражения мицелиальными грибами.
Научная новизна. Разработана концепция защиты поверхности продуктов питания и продовольственного сырья от поражения мицелиальными грибами, определены этапы и пути решения этой актуальной проблемы, предложены основные направления её практической реализации.
На основании литературных и экспериментальных исследований показано, что ведущая роль в поражении поверхности пищевых продуктов принадлежит мицелиальным грибам.
Научно обоснован выбор фунгицидных соединений и препаратов на их основе с целью предупреждения микробного поражения поверхности пищевой продукции. Разработаны специальные требования к фунгицидным добавкам, предназначенным для непосредственной защиты поверхности продуктов питания от негативного воздействия мицелиальных грибов. Определены основные уровни применения фунгицидных средств для защиты поверхности пищевых продуктов с учетом отечественных биотехнологий их производства, особенностей применяемых упаковочных материалов и атмосферы рабочих помещений.
На основании микробиологических, физико-химических и токсикологических исследований в качестве фунгицидных соединений предложено использовать дегидрацетовую кислоту (ДГК) и её производные. Определена идентичность химической структуры отечественной натриевой соли ДГК пищевого; назначения, а также её соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 и показателям качества мирового аналога. Впервые установлено,, что молекулы ДГК могут сосуществовать в таутомерных формах: например, судя по спектрам ПМР, в растворах в нейтральной среде молекулы ДГК сосуществуют в виде равновесной смеси четырех таутомеров енольной формы. .
Проанализированы и обобщены специальные требования к современным дезинфицирующим средствам, предназначеннымдля использования в пищевой индустрии. Обосновано применение высокомолекулярных антисептиков для пролонгированной антимикробной защиты производственных и складских помещений перерабатывающих предприятий АПК. Предложены ^способы получения полигуанидиновых дезинфектантов, характеризующихся повышенной фун-гицидной активностью и предназначенных для применения при производстве и хранении пищевой продукции.
На основании исследований процессов роста и липидообразования мицеч лиальных грибов в условиях стресса аргументировано предположение о наличии у гифомицетов ряда адаптационных механизмов, компенсирующих неблагоприятные воздействия окружающей среды и способствующих поддержанию энантиостаза. Это: изменение ненасыщенности и длины ацильных цепей мембранных липидов; модификации изомерного состава линолевой и линоленовой кислот; изменения состава фосфолипидов, соотношения стерины/эфиры стери-нов и количества свободных жирных кислот. Опыты, с Л7Э-эстрадиолдипропи-онатом и новокаином позволяют считать, что индукция указанных контрольных механизмов у грибов регулируется модуляциями текучести липидной КОМ-'
поненты мембран.
,j . Показано, что функционирование отмеченных механизмов биохимической адаптации в липидном бислое сопровождается характерными изменениями в ультраструктуре мицелия (в составе и морфологии клеточной стенки, ли-пидных гранул, митохондрий и др. клеточных структур), а также в интенсивности ряда метаболических процессов: потреблении субстрата, образовании АТФ.
Установлена общность в действии низкомолекулярных и высокомолекулярных фунгицидов на состав липидов мицелиального гриба A. niger. Показано, что .торможение ростовых процессов патогенного гриба под действием антимикробных агентов сопровождается уменьшением уровня мембранных липидов, характсеризующихся высоким содержанием насыщенных жирных кислот. u .. Науяно.обоснован и экспериментально разработан комплексный подход к пролонгированной антимикробной защите поверхности пищевой продукции, основанный на применении полимерных дезинфицирующих средств совместно со.способами и средствами локальной защиты, предназначенными как для непосредственного контакта с поверхностью пищевых продуктов, так и для нанесения на поверхность или введения в состав упаковочных материалов.
Показана эффективность применения разработанных средств защиты поверхности пищевой продукции от поражения мицелиальными грибами в биотехнологиях мясных и молочных продуктов питания с целью обеспечения их микробиологической безопасности и увеличения сроков годности.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
На основании анализа, обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны средства пролонгированной защиты поверхности пищевой продукции от поражения мицелиальными грибами и другими микроорганизмами, предложены способы и технологические решения по их применению, в комплексе обеспечивающие микробиологическую безопасность и гигиеническую доброкачественность пищевых продуктов.
Оригинальность разработанных средств зашиты и предложенных технических решений подтверждена следующими патентами:
способ защиты колбасных оболочек (Патенты РФ № 2151512, № 2151513,
№2151514);
способ защиты сырокопченых колбас от плесневения (Положительное ре
шение по заявке на изобретение № 94-024629/13/024794 от 06.07.94);
состав для защиты поверхности сыра и способ её защиты (Патент РФ
№2170025); L l
упаковка в виде пленочного материала для пищевых продуктов (Патенты
РФ №2136562и№2136563); . ,. . , ,.
упаковочный материал для пищевых продуктов (Патент РФ №2163558);
способ получения дезинфицирующего средства (Патенты РФ № 2122866 и № 2151613).
В результате выполненных научных исследований и производственных испытаний разработаны, утверждены и внедрены в промышленность: Технологический регламент производства натриевой соли дегидрацетовой кислоты (Е-266) - ТР-01-18027717-02; Технические условия,на .«Пищевую
добавку натриевая соль дегидрацетовой кислоты - ТУ 2432-002-18027717-02» (Промышленный выпуск пищевой добавки-консерванта натриевая соль , дегидрацетовой кислоты внедрен в ООО «Синтезхим»);
Состав антимикробный «Аллюзии», предназначенный для защиты поверх
ности сырокопченых, варено-копченых и полукопченых колбас и мясной де-
. ликатесной продукции (ТУ 2432-002-22701039-2000; ТИ 02-02068640-2000);
> Состав антимикробный «Аллюцид», предназначенный для обработки кол-
басных оболочек (ТУ 2432-001-22701039-2000; ТИ 01-02068640-2000) и по-
зволяющий увеличить до 8 суток срок годности вареных колбас высшего и
первого сортов, производимых по ГОСТ 23670-79 в натуральных кишечных
и искусственных белковых оболочках «Белкозин» и «Фабиос»;
Состав противоплесневый «Аллюсыр», предназначенный для применения
при производстве твердых сыров с целью защиты поверхности от поражения
мицелиальными грибами, дрожжами и другой нежелательной микрофлорой
.(ТУ 2432-003-22701039-2001; ТИ на применение состава «Аллюсыр» для по
верхностной обработки сычужных сыров).
. і і t, Технологии производства и применения антимикробных составов "Аллюзия", "Аллюцид", "Аллюсыр" внедрены в ООО «ИТАЛ-ЭКСТРА» и предприятиях АПК. Промышленный выпуск препаратов осуществляется с 2000 г.
Разработаны, согласованы и утверждены технологические инструкции по
применению антисептиков пролонгированного действия "Полисепт-ОП" и
.. "БИОР-1" для дезинфекции производственных помещений, инвентаря, обо-^pyдoвaния на предприятиях пищевой промышленности и продовольственной торговли, а также для обеззараживания и очистки сточных вод. Препараты внедрены в производство в ООО «Фарма-Покров» и в ООО "БИОР-R >
Разработаны антимикробные композиции для полученияг комбинированного
бумаго-полимерного материала с покрытием "Ahthmbk", полимерной плен
ки с антимикробными свойствами "Полиформ-3 марки ОА", предназначен
ных для упаковки и длительного хранения порционных, расфасованных, на
резанных продуктов питания, семян, предметов личной гигиены и др. Об
разцы опытно-промьппленных партий модифицированных упаковочных ма
териалов испытаны на стойкость к воздействию мицелиальных грибов, ха
рактерных для пищевых предприятий.
Разработанные средства, способы и технологические приемы комплексной защиты поверхности пищевых продуктов и производственных помещений от поражения мицелиальными грибами испытаны- и внедрены на ряде перерабатывающих предприятий АПК России, среди которых: ОАО «Колбасный завод «Отрадное», ОАО «ТАМП», ООО «Фирма «Мортадель», ЗАО «МИТЭКС-Плюс», ЗАО «Колбасный завод. «Коломенский», ООО «Дымовское колбасное производство», ТОО «Фирма «Белком», ОАО «Останкинский мясоперерабатывающий комбинат», ООО «Тульский мясокомбинат», ОАО «Новосибирский мясокомбинат», ЗАО «Новая столица», ОАО «Маслосырзавод «Кошкинский», ЗАО «Советский маслосырзавод» и дрл
Полученные теоретические и экспериментальные данные используются, в лекционном курсе «Санитарно-гигиеническое состояние предприятий мясной,
молочной и птицеперерабатывающей промышленностей. Отечественный и за
рубежный опыт» факультета повышения квалификации при МГУПБ для инже
неров-технологов и ветеринарных врачей пищевых производств. (
Апробация работы. Основные результаты работы были предметом док
ладов и обсуждений на Международных конгрессах по вопросам науки и тех
нологий мясной промышленности: 48 - ом (Италия, Рим, 2002 г.), 47 - ом
(Польша, Краков, 2001 г.); 46 - ом (Аргентина, Буэнос-Айрес, 2000 г.); 45 - ом
(Япония, Иокогама, 1999 г.); 22 - ом Собрании Европейского общества по за
щите окружающей среды от мутагенов (Германия, Берлин, 1992 г.); 24 - ом
Международном молочном конгрессе (Австралия, Мельбурн, 1994 г.); Между
народной конференции "Экоресурсосберегающие технологии переработки
сельскохозяйственного сырья" (Москва - Астрахань, 1993 г.); Ш - ем Между
народном симпозиуме "Экология человека: проблемы и состояние лечебно-про
филактического питания" (Москва, 1994 г.); Международной научно-практи- f
ческой конференции "Перспективы развития массового питания и торговли в '
условиях перехода к рыночной экономике" (Харьков, 1994 г.); IV - ом Между- '
народном симпозиуме "Экология человека: пищевые технологии и продукты" '
(Москва - Видное, 1995 г.); Международных научно-технических конференци- *
ях "Пища. Экология. Человек." (Москва, 1995, 1997, 1999 и 2001 г.г.); Между- \
народной научно-технической конференции "Прикладная биотехнология на по- '
роге XXI века" (Москва, 1995 г.); V - ом Международном симпозиуме "Эколо- '
гия человека: пищевые технологии и продукты на пороге XXI века" (Москва -
Пятигорск, 1997 г.); 2-ой Международной научно-практической конференции
"Актуальные проблемы ветеринарно-санитарного контроля сельскохозяйствен- ]
ной продукции" (Москва, 1997 г.); Международной научной конференции
"Продукты 21 века - технология, качество, безопасность" (Москва, ВНИИМП,
1998 г.); Международной научно-практической конференции. "Ресурсосберега
ющие технологии пищевых производств" (Санкт-Петербург^, 199І5 г.); V т ой
Международной научно-теоретической, и научногпрактической конференции
"Современные проблемы пищевой промышленности:' (Москва, 1999 г.); Меж
дународной научной конференции "Проблемы ветеринарной санитарии, гигие
ны и экологии (дезинфекция, дезинсекция, дератизация)" (Москва, 1999 г.);
Международной конференции "Переработка мяса - технологии настоящего и
взгляд в будущее" (Москва, ВНИИМП, 2000 г.); Международной научно-техни
ческой конференции "Пищевой белок и экология" (Москва, 2000 г.);,,1Ц - ей
Международной конференции "Пищевые добавки - 2000" (Москва, 2000 г.); I -
Ом. Международном симпозиуме "Пищевые биотехнологии: проблемы и пер
спективы в 21 веке" (Владивосток, 2000 г.), Международной научной конфе
ренции .^Функциональные продукты» (Москва, ВНИИМП, 2001 г.), Первом
Съезде Микологов России (Москва, 2002 г.), Международном Форуме "Мясная
промышленность" (Москва, ВВЦ, 2002 г.), Первом Международном Конгрессе
"Биотехнология - состояние и перспективы развития" (Москва, 2002 г.), 2-ой
Всероссийской научно-технической конференции "Современные достижения
биотехнологии" (Ставрополь, 2002 г.), Ш - ем Международном Форуме "Пище
вые ингредиенты XXI века", проведенном в рамках 5 - ой.МосковскойМеж^ду-
народной выставки "Пищевые ингредиенты, добавки и пряности/ Ingredients Russia" (Москва, 2002 г.), Первом Всероссийском Конгрессе по Медицинской Микологии (Москва, 2003 г.), а также Всесоюзных и Всероссийских наунно-технических и научно-практических конференциях.
Антимикробные защитные средства и фунтицидные препараты экспони
ровались на 4 - ой Международной выставке упаковочных материалов, изде
лий, машин и технологий "Росупак - 99", П - ой Международной выставке
"Инновации - 99. Технологии живых систем" (1999 г.), выставках - презентаци
ях в рамках Международной научно-технической конференции "Пища. Эколо
гия. Человек." (Москва, 1995, 1997, 1999, 2001 г.г.), Международных выставках
"Агропродмаш"в2000,2001 и2002г.г. '.,"''.
Разработанные средства и способы комплексной антимикробной защиты поверхности пищевых продуктов награждены дипломом П - ой степени Министерства науки и технологий Российской Федерации на П - ой Международной выставке «Инновации - 99. Технологии живых систем» (Москва, ВВЦ, 1999 г.), дипломом выставки-конкурса Ш - ей Международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек.» (МГУПБ, 1999 г.), золотой медалью Международной научно-практической конференции «Пищевой белок и экология» (МГУПБ, 2000 г.), дипломом Международного Форума «Мясная промышленность» (Москва, ВВЦ, 2002 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано: 1 монография и 134 печатные работы, из которых: в трудах Международных и Европейских конгрессов и конференций - 42; во Всероссийских и академических журналах - 59 (основные материалы опубликованы в журналах: "Микробиология", "Прикладная биохимия и микробиология", "Биологические науки", "Пищевая промышленность", "Хранение и переработка сельхозсырья", "Мясная индустрия", "Пищевые ингредиенты: сырье и добавки", "Молочная промышленность", "Сыроделие", "Тара и упаковка", "Индустрия упаковки", "Пакиндустрия", "Провиант" и др.). Предложенные технические решения подтверждены 9 патентами РФ и 1 положительным решением по заявке на изобретение.
Представленная работа выполнена в соответствии с Федеральной научно-технической программой России "Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники гражданского назначения" (Подпрограмма: "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК"; Подпроекты: "Защитные материалы для пищевой продукции", "Ферменты и пищевые добавки"), Федеральной научно-технической программой РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (Подпрограмма "Технология живых систем", раздел "Механизмы формирования безопасности и качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов"), а также в рамках важнейших фундаментальных, прикладных и хоздоговорных тематик ПНИЛПМиПП МГУПБ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 375 стр. машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей объекты и методы исследования, 5 глав'р^езульта-тов исследований, выводов. Работа содержит 63 таблицы, 52 рисунка, схеми
