CC BY
271
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
УДК 663.8; 664.8
Микроорганизмы порчи безалкогольных напитков
Т.Н. Волкова*, канд. биол. наук; И.В. Селина; М. С. Созинова
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва
Дата поступления в редакцию 20.06.2019 *[email protected]
Дата принятия в печать 25.09.2019 © Волкова Т.Н, Селина И.В, Созинова М.С, 2019
Реферат
За последние 20 лет произошли значительные изменения на мировом рынке напитков. В настоящее время функциональные напитки и бутилированные воды представляют быстро растущий сектор рынка. Очень популярны также энергетические напитки; напитки, щадящие зубы; и безалкогольные солодовые напитки. Настоящий обзор посвящен текущей информации относительно микробиологической порчи и рисков безопасности в безалкогольных напитках. Многие современные напитки имеют меньше антимикробных барьеров по сравнению с традиционными газированными напитками благодаря присутствию большого количества питательных веществ, поддерживающих микробный рост, более низкой кислотности и пониженному уровню карбонизации. Термообработка и использование химических консервантов также сокращаются, чтобы создавать более «натуральные» продукты. Ожидается, что эти изменения в напитках будут приводить к возрастанию случаев их порчи. Возможно, главные типы микроорганизмов порчи в современных напитках останутся теми же, что и в традиционных, но ожидается, что список видов будет расширяться. Молочнокислые бактерии и дрожжи, обычные для традиционных напитков, вероятно, смогут расти и в современных продуктах. Ожидается, что в порче напитков возрастет роль бактерий. Новые, недавно выявленные микроорганизмы порчи включают кислотоустойчивые аэробные бактерии, как например, Alicyclobacillus в напитках, разлитых в ПЭТ-бутылки, виды Asaia в ароматизированных минеральных водах, Propionibacterium cyclohexanicum в напитках, обогащенных соком, и спорообразующие бактерии и энтеробактерии в напитках с пониженной кислотностью. Возможные новые риски для здоровья при производстве напитков могут возникать из-за расширения импорта ингредиентов из самых разных стран, а также в связи с использованием в качестве ингредиентов слабокислых соков. При создании новых напитков важно контролировать и анализировать каждое изменение, сделанное в рецептуре, в процессе розлива, в системе консервирования, чтобы учесть все микробиологические риски. Предиктивная микробиология может помочь в оптимизации консервирующих систем и в предсказании и описании поведения микроорганизмов-контаминантов в напитках. Задача будущего в производстве напитков - создавать безопасные и с приемлемой стойкостью напитки при минимальной их обработке. Будущее процесса предохранения напитков от порчи заключается в квалифицированной и научно обоснованной комбинации антимикробных барьеров для поддержания микробиологической стойкости напитков при максимальном сохранении их органолептических и питательных качеств.
Ключевые слова
барьерные технологии, безалкогольные напитки, ингредиенты, консерванты, микроорганизмы порчи, пастеризация, предсказательная микробиология. цитирование
Волкова Т.Н, Селина И.В, Созинова М.С. (2019) Микроорганизмы порчи безалкогольных напитков // Пиво и напитки. 2019. № 3. С. 27-33.
Spoilage Microorganisms in Soft Drinks
T.N. Volkova*, Candidate of Technical Science; I. V. Selina; M.S. Sosinova
All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry -Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS
Received: June 20,2019 *[email protected]
Accepted: September 25,2019 © Volkova T.N, Selina I. V, Sosinova M.S, 2019
Abstract
Considerable changes have occurred in the global beverage market during the past twenty years. Functional beverages and bottled waters currently constitute rapidly growing market sector. Energy drinks, tooth-friendly beverages, and nonalcoholic malt beverages are also very popular. This review deals with the current knowledge on microbiological spoilage and safety risks in soft drinks. Many modern beverages have less antimicrobial hurdles compared to traditional carbonated soft drinks due to higher level of nutrients for microbial growth, lower acidity and carbonation level. Thermal processing and the use of chemical preservatives have also been reduced for the production of more «natural» products. These changes in the beverage production are expected to increase in the product spoilage. The major spoilage microbe types in the modern beverages will probably remain the same as in the traditional products, but the range of species is expected to increase. LAB and yeasts common in the traditional beverages may be able to grow in the modern products. Bacteria are expected to increase importance in the product spoilage. New emerging spoilers include acid-tolerant aerobic bacteria (e. g. Alicyclobacillus) in PET-bottled beverages, Asaiaspp. in flavoured mineral waters, Propionibacterium cyclohexanicum in juice-rich drinks, and spore-forming bacteria and enterobacteria in mildly acidic drinks. The possible new microbial health risks in the beverage production may arise from the increasing ingredient import worldwide and from the use of low acid juices as ingredients. Whenever new beverages are developed it is important to control and analyze every change made in the recipe, packaging and preservation in order to consider the microbial risks. Predictive microbiology can help in optimizing the preservative systems and in predicting and describing the behavior of contaminants in beverages. The future challenge in the beverage production is to produce safe and acceptably stable products with minimal processing. The future of beverage preservation will be a skilled knowledge-based combination of antimicrobial hurdles to maintain microbiological stability while maintaining maximum sensory and nutritional quality.
Key words
antimicrobial hurdles technologies; soft drinks; ingredients; preservatives; microorganisms-spoilers; pasteurization; predictive microbiology. Citation
Volkova T.N,Selina I.V,Sosinova M.S. (2019) Spoilage Microorganisms in Beverages // Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2019. No. 3. P. 27-33.
3•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
контроль качества"
За последние 20 лет на мировом рынке безалкогольных напитков произошли существенные изменения. Функциональные напитки и бутилированные воды представляют в настоящее время наиболее быстро растущие секторы. Приобретают популярность энергетические напитки; негазированные напитки; напитки, щадящие зубы (tooth-friendly beverages); безалкогольные солодовые напитки. Все популярнее становятся алкогольсо-держащие смесовые напитки. Эти новые напитки по своему составу часто более сложные, чем традиционные, и имеют по сравнению с ними меньше антимикробных барьеров из-за более высокой концентрации питательных веществ, меньшей кислотности (рН выше 3,5-4,0) и более низкого уровня карбонизации. Термическая обработка и использование химических консервантов также сокращаются ради того, чтобы создавать более «натуральные» продукты [1, 2]. Цель настоящего обзора — обобщить современные знания о проблемах микробиологической порчи и о рисках пищевой безопасности для потребителя при производстве безалкогольных напитков.
Главные виды микроорганизмов, вызывающих порчу в современных напитках, возможно, остаются теми же самыми, что и в традиционных, но список видов будет расширяться. Ожидается, что в порче продуктов среди прочих микроорганизмов все большую роль будут играть бактерии. Среди новых, ранее неизвестных и сравнительно недавно выявленных возбудителей порчи (в англоязычной литературе для них создан специальный термин — эмер-джентные, от англ. emergence — появление, возникновение, всплытие) встречаются кислотоустойчивые аэробные бактерии Alicyclobacillus в напитках, разлитых в ПЭТ-бутылки;
Таблица 1
Категории и типичные свойства безалкогольных напитков
Категория Типичные ингредиенты Карбонизация рн Простые сахара,%
Колы и лимонады Подсластители, сахара, кислоты, ароматизаторы, консерванты От средней до высокой 2,4-3,2 0-10
Оздоровительные напитки Растительные экстракты, растворимые волокна, витамины, минеральные вещества, консерванты От низкой до средней 3,5-4,5 2-7
Солодовые напитки Сброженное сусло, органические ароматизаторы, подсластители То же - -
Энергетические напитки Кофеин, лаурин, травяные экстракты, L-карнитин, сахар, глюкуронолактон, витамины группы В, консерванты » 2,5-3,2 1,4-14
Спортивные напитки Соли, простые сахара (кофеин, аминокислоты), консерванты Слабая или 0 3,2-4,0 5,5-8,0
Напитки, щадящие зубы Некалорийные углеводы, консерванты То же «,0 0
уксуснокислые бактерии рода Asaia в ароматизированных минеральных водах; Propionibacterium cyclohexani-cum в напитках с добавлением соков; спорообразующие бактерии и энтеробактерии в напитках с низкой кислотностью [1].
При разработке новых безалкогольных напитков очень важно проследить все изменения в рецептуре, упаковке и способах консервирования, чтобы оценить возможные микробиологические риски. Современные напитки обычно содержат по несколько как стимуляторов, так и ингибиторов роста микроорганизмов, и поэтому предсказать их микробиологическую стойкость бывает очень трудно. Прогнозная микробиология* может помочь в оптимизации консервирующих систем и в предсказании и описании поведения контаминантов в напитках [3, 4]. Задача будущего в области производства напитков — создание безопасных и обладающих достаточной стойкостью продуктов при их минимальной обработке [1, 2, 5].
Виды безалкогольных напитков. Безалкогольные напитки можно классифицировать по разным
Прогнозная (предиктивная, предсказательная) микробиология — новая ветвь микробиологии, призванная прогнозировать развитие и выживание микроорганизмов в пищевых продуктах, используя компьютерные технологии с соответствующим программным обеспечением. Появляется возможность оценить срок хранения продукта без проведения микробиологических исследований. Для этого необходимо иметь микробиологическую базу данных, содержащую детальную информацию о поведении микроорганизмов при определенных температурах, значениях aw, рН, наличии консервантов и т. п., математическую базу данных, содержащую модели, которые позволяют рассчитывать и экстраполировать поведение микроорганизмов в определенных условиях, а также «интеллектуальный» интерфейс, который объединяет обе базы. База данных по основным патогенным бактериям, которые встречаются в пищевых продуктах, уже существует в Великобритании и носит название Food Micromodel. Применение прогнозной микробиологии в пищевой промышленности может найти широкое применение, особенно в комбинации с барьерной технологией и концепцией НАССР.
признакам: по содержанию Сахаров (калорийные или диетические), содержанию соков, степени карбонизации (газированные и негазированные), по главному ингредиенту помимо воды (фрукты, солод, чай, соя, молоко и т. д.) и функциональности. Функциональные напитки — тренд сегодняшнего дня.
В Европейском союзе нет официального определения функциональных напитков. Можно считать, что сюда включены обогащенные и укрепляющие напитки (соки и воды с добавлением витаминов и минеральных солей); спортивные напитки; энергетические напитки; оздоровительные напитки и нутрицевтики (продукты с добавлением компонентов, нацеленных на определенные медицинские или оздоровительные задачи). Рецептуры функциональных напитков все более усложняются и часто содержат продукты самых разных категорий [1]. Существует тенденция делать напитки менее кислыми, щадящими зубы, а также как можно меньше использовать химические добавки и синтетические ингредиенты [5].
Традиционные безалкогольные напитки состоят из воды (до 98% об.), подсластителей (8-12% в/о), фруктовых соков (обычно до 10% в/о), двуокиси углерода (0,3-0,6%), регуляторов кислотности (0,05-0,3%), ароматизаторов (0,1-0,5%), красителей (0-70 ррт), химических консервантов (в законодательно установленных пределах), антиок-сидантов (<100 ррт), пенообразую-щих агентов (например, сапонинов, до 200 мг/мл) и стабилизаторов (0,10,2%) (табл. 1) [1, 2].
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2019
Процесс производства безалкогольных напитков состоит из растворения в воде ароматизаторов, соков, кислот, антиоксидантов и сахаров. Обычно сначала растворяют в воде все ингредиенты, кроме сахаров, затем их добавляют в сахарный сироп. Далее получаемый концентрат смешивают с водой и разливают в стеклянные или ПЭТ-бутылки или алюминиевые банки. Многие простые карбонизированные безалкогольные напитки, такие как колы и лимонады, обеззараживают только с помощью химических консервантов. Чувствительные, не содержащие консервантов продукты — натуральные газированные напитки, энергетические напитки и газированные соки — обычно подвергают туннельной пастеризации в стеклянных бутылках или алюминиевых банках [1, 2]. Негазированные напитки пастеризуют или добавляют химические консерванты. Используют холодный асептический розлив, особенно для спортивных напитков, чаев, ароматизированной воды и соков [2]. В США и странах ЕС для обеспечения пищевой безопасности применяются следующие обязательные программы: Надлежащая производственная практика (Good Manufacturing Practice, GMP),
Надлежащая гигиеническая практика (Good Hygienic Practice, GHP) и система HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) [2]. В РФ система обеспечения микробиологической безопасности пищевых продуктов состоит из нескольких позиций: государственная политика; надлежащая производственная практика (технологии, санитарный режим, производственный контроль) при производстве, хранении, перевозке, реализации пищи; гигиеническое нормирование и санитарно-эпидемиологические требования к пищевым продуктам; санитарные требования и экспертиза продовольственного сырья; осуществление государственного надзора (контроля) в обороте; разработка, унификация, стандартизация методов анализа и обеспечение адекватных метрологических параметров лабораторного контроля; надзор за заболеваемостью от пищи [6].
Правовая и методическая база контроля биобезопасности пищи в РФ и ЕАЭС для сектора безалкогольных напитков включает технические регламенты ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевых продуктов», ТР ТС 023/2011 «Технический регламент на соковую продукцию»,
Таблица 2
Микроорганизмы порчи и вызываемые ими дефекты в напитках
Микроорганизмы порчи посторонние вкусы/запахи Визуальные дефекты Метаболиты
Дрожжи Дрожжевой, испорченного пива, уксуса, альдегидный, нефтяной, оттенок ананаса Вздутая, поврежденная упаковка, помутнение, хлопья, поверхностная пленка СО2, этанол, диацетил, аце2тальдегид, ацетон, эфиры, 1,3-пентадиен, деградация пектина, внеклеточные полисахариды (ЭПС)
Молочнокислые бактерии (МКБ) Сырный, кислый, зеленых яблок Потеря СО2, ослизнение, помутнение Молочная кислота, СО2, этанол, диацетил, 2 муравьиная кислота, внеклеточные полисахариды (ЭПС)
Уксуснокислые бактерии (УКБ) Кислый, уксуса Помутнение, вздутая упаковка, ослизнение Уксусная кислота, глюконовая кислота, СО2, этилацетат, ацетон, внеклеточные полисахариды (ЭПС)
Споровые бациллы Alicyclobacillus spp. Оттенки антисептика, дыма Без дефектов 2,6-дибромфенол, гваякол (из ванильной кислоты)
Мицелиальные грибы (плесени) Затхлый, несвежий Хлопковидные комочки мицелия в толще жидкости, коврики мицелия на поверхности, обесцвечивание,вздутие упаковки Муравьиная кислота, глюконовая кислота, повышение рН из-за метаболизма кислот, газообразование, деградация пектина
контроль качества
ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» [6].
Микроорганизмы порчи безалкогольных напитков. Как правило, микробиологическое заражение безалкогольных напитков происходит в процессе их приготовления. Микробиологическое состояние сырья, производственных помещений, оборудования, нарушение санитарно-гигиенического режима — все это может стать причиной инфицирования. Источником заражения может стать тара — бутылки и банки.
Микробиологическая порча напитков приводит к изменениям во вкусе, аромате, к появлению видимых изменений продукта — помутнению, выпадению осадка, изменению цвета и т. п. (табл. 2). Чтобы произошла порча напитка, требуется достижение определенной, критической концентрации микробных клеток (105-106 клеток/мл), то есть наличия процесса размножения микроорганизмов (Stratford 2006) [1].
Поскольку микроорганизмы различаются по своим пищевым потребностям, различные напитки заселяются разными группами микроорганизмов порчи [7]. Введение новых ингредиентов или новое применение традиционных ингредиентов может способствовать появлению новых видов вредителей в напитках, тем самым расширяя список вредителей.
Дрожжи — типичные контами-нанты безалкогольных напитков. Они постоянно присутствуют и в производственных помещениях, и в ингредиентах. Дрожжи занимают первое место в процессе порчи газированных напитков, главным образом, благодаря их способности выдерживать высокую степень карбонизации. Они также хорошо переносят повышенную кислотность. Большинство видов растут в диапазоне рН 1,5-8,5, а оптимум их размножения находится в пределах рН 3,0-6,5. Дрожжи, образующие термоустойчивые аскоспоры, — главные вредители в карбонизированных напитках, проходящих термическую обработку [1].
Согласно Davenport (1996) [1], дрожжи можно разделить на четы-
3•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
онтроль качества
Таблица 3
Дрожжи-вредители на производстве безалкогольных напитков
Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4
Дрожжи-бродильщики, Вредители Гигиенические Случайные
устойчивые и гигиенические
к консервантам индикаторы индикаторы
Dekkera anomala, Candida davenportii, Aureobasidium pullulans, Kluyveromyces lactis,
D. bruxellensis, C parapsilosis, Candida sake, K. marxianus
D. naardenensis, Debariomyces hansenii, C. solani,
Saccharomyces cerevisiae Galactomyces geotrichum/ C. tropicalis,
(atypical), Geotrichum candidum, Clavispora lusitaniae,
Sacch. exiguus, Hanseniaspora uvarum, Cryptococcus albidus,
Schizosaccharomyces Issatchenkia oriental's, C. laurentii,
pombe, Lodderomyces alongisporus, Debaryomyces etchellsii,
Zygosaccharomyces bailii, Pichia anomala, Exophiala dermatitidis,
Z. bisporus, P. membranifaciens, Rhodotorula glutinis,
Z. lentus, Saccharomyces bayanus, Sporobolomyces
Z. rouxii Sacch. cerevisiae salmonicolor/
Sporidiobolus salmonicolor
ре группы в зависимости от их способности портить безалкогольные напитки (табл. 3) [1, 2]. Наиболее опасные из них — это дрожжи брожения, устойчивые к консервантам. Они могут вызвать порчу продукта почти на любой стадии производства. Вторая группа состоит из дрожжей, которые вызывают порчу при нарушениях в технологии мойки и дезинфекции. Большинство случаев заражения вызывают именно эти виды, которые в нормальных условиях должны уничтожаться консервантами и дезинфектанта-ми. Дрожжи третьей группы служат индикаторами плохих санитарных условий на производстве, но сами по себе не вызывают порчи напитка. Четвертая группа состоит из видов, которые обычно не ассоциируются с условиями производства безалкогольных напитков, то есть случайны.
Дрожжевое заражение безалкогольных напитков часто проявляется в изменении вкуса и аромата, вызванном продуктами брожения дрожжей, а также в помутнении. Накопление СО2 может вызвать деформацию и даже разрыв упаковки. Образование газа дрожжами-бродильщиками, измеренное через две недели роста в безалкогольном напитке, содержащем 1 М глюкозы, создавало давление газа 2-7 бар (Stratford 2006) [1]. Разрушая консерванты типа слабых кислот, дрожжи тем самым могут создавать условия для развития в напитках и других вредителей. Дрожжи в качестве конечного продукта брожения образуют этанол, концентрация которого в безалкогольном напит-
ке может превысить допустимые уровни.
Saccharomyces cerevisiae — наиболее часто встречающийся вредитель лимонадов и фруктовых соков [7]. Этот вид обладает высокой сбраживающей активностью и образует большое количество СО2. Ряд штаммов также устойчивы к бензоатам, сорбатам и сульфатам. Многие штаммы S. cerevisiae обладают пектинолитической активностью, что приводит к осветлению замутненных напитков [7]. Штаммы-вредители безалкогольных напитков обычно обладают большей кислотоустойчивостью, чем штаммы, используемые в пивоварении. Дрожжи-вредители S. cerevisiae способны расщеплять сорбиновую кислоту с образованием 1,3-пентадиена [2]. Запах этого соединения описывают как напоминающий керосин с нотами пластика, краски или герани, в зависимости от концентрации. Некоторые дрожжи также обладают липолити-ческой активностью и расщепляют жирные кислоты [2].
Zygosaccharomyces baШi — организм, широко известный своей крайней устойчивостью к слабым органическим кислотам, включая распространенные консерванты, высокой осмотолерантностью и способностью энергично сбраживать сахара, в том числе фруктозу. Это хороший пример дрожжей-вредителей из первой группы. Z. baiШ часто встречается во фруктовых концентратах и сиропах [7]. Этот вид также способен катализировать окислительное расщепление сорбатов и бензоатов, что
может облегчить развитие других микроорганизмов-вредителей. Достаточно буквально несколько клеток этого вида в бутылке, чтобы испортить напиток. Z. lentus сильно напоминает Z. bailii по своим физиологическим свойствам. Но он, кроме того, может расти при температурах холодильника, а также обнаруживает слабый рост в аэробных условиях [1].
Образующие аскоспоры дрожжи Dekkera, представляющие собой те-леоморфу дрожжей Brettanomyces, — одни из самых распространенных видов дрожжей-вредителей безалкогольных напитков, относящихся к первой группе [1]. Виды Dekkera — медленнорастущие, и развитие симптомов порчи может занять несколько недель. Они крайне устойчивы к карбонизации, умеренно устойчивы к сорбатам и бензоатам. Обычно они образуют плотную муть и осадок, могут окислять сахара до уксусной кислоты. Это слабые бро-дильщики в условиях пониженного содержания кислорода. D. anomala довольно часто обнаруживается в напитках. Этот вид менее требователен к присутствию витаминов, чем D. bruxellensis или D. naardenensis.
Специальная группа слабо ферментирующих дрожжей вызывает порчу при нарушении процессов мойки и дезинфекции (вторая группа). Это Candida davenportii, C. parap-silosis или Debaryomyces spp. Candida davenportii — сравнительно новый вид вредителей. Он хорошо растет как во фруктовых, так и в синтетических напитках и в напитках типа колы. C. davenportii вызывает порчу относительно редко и может быть отнесен ко второй группе вредителей [1].
Дрожжи-индикаторы нарушения санитарно-гигиенических мероприятий включают также красные аэробные дрожжи родов Rhodotorula и Sporidiobolus/Sporobolomyces (соответственно телеоморфа/анаморфа) и черные дрожжи Aureobasidium pul-lulans и Exophiala dermatitidis [1, 2]. Эти дрожжи обычно доминируют на производстве напитков и обнаруживаются в пленках-обрастаниях на технологических поверхностях, находящихся в местах, труднодоступных для мойки и дезинфекции [1, 2].
Бактерии — вредители безалкогольных напитков. Молоч-
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2019
контроль качества
нокислые (МКБ) и уксуснокислые (УКБ) бактерии — наиболее часто встречающиеся бактерии-вредители. Основой для их размножения в безалкогольных напитках служит их устойчивость к кислой среде и низким значениям рН. МКБ — микроаэрофильные грам-положительные палочки или кокки. Они могут расти в герметично закрытых бутылках и банках в атмосфере с пониженным содержанием кислорода. МКБ обычно попадают на производство с сырьем, соковыми ингредиентами и упаковочными материалами [1].
Наиболее часто встречающиеся виды — это Lactobacillus paracasei и Leuconostoc mesenteroides [7]. Помимо них в зараженных продуктах обычно находят Lactobacillus brevis, Lb. buchneri, Lb. plantarum, Lb. pero-lens и Weissella confuse. МКБ сбраживают сахара преимущественно до лактата. В зависимости от вида МКБ и условий роста продуктами расщепления сахаров могут быть также этанол, ацетат, формиат или сукцинат [1]. Ряд штаммов образуют диацетил, придающий маслянистый вкус и запах, присутствие которого в напитках нежелательно. Образование муравьиной кислоты обнаруживали в яблочном соке и предлагали использовать как индикатор порчи [1]. МКБ могут также вызывать потерю углекислоты и терпкость [1]. Штаммы Leuc. mesen-teroides и W. confuse могут синтезировать из сахарозы внеклеточные полимеры фруктозы или глюкозы, вызывающие ослизнение напитка [7].
Наиболее часто встречающиеся уксуснокислые бактерии (УКБ) принадлежат к родам Acetobacter и Gluconobacter. Кроме того, в порче безалкогольных напитков участвуют виды Gluconacetobacter и Asaia. Род Asaia был описан в 2000 г. и в настоящее время включает восемь видов (Yamada and Yukphan, 2008; Suzuki et al., 2010) [1]. Виды Asaia — вредители негазированных фруктовых напитков, холодных чаев и ароматизированных вод в бутылках [1]. УКБ — аэробные грамотрицательные короткие или кокковидные подвижные или неподвижные палочки. Они широко распространены в природе, в частности, в средах, богатых сахарами и этанолом [1, 7]. Присутствие их
в большом количестве в производственных помещениях свидетельствует о плохой санитарной обработке [1, 7]. Многие виды способны образовывать биопленки на рабочих поверхностях оборудования [1, 7]. УКБ получают энергию за счет окисления сахаров, органических кислот, спиртов с образованием уксусной, глюконовой, молочной и янтарной кислот, аце-тальдегида и кетонов. Список конечных продуктов зависит от вида УКБ и условий роста. УКБ не нуждаются в аминокислотах, аммоний может быть для них единственным источником азота. Иногда бывают нужны витамины группы В. УКБ — кислотоустойчивые бактерии. Большинство видов растет при рН 3,6-3,8, а некоторые — даже при рН 3,0 [1]. Оптимальная температура роста 25...30 °С [7]. Развитие УКБ в безалкогольных напитках может вызывать изменение вкуса и аромата, вздутие упаковки, ослизнение, помутнение и осадок [1]. Виды Gluconobacter — наиболее частые микроорганизмы порчи в безалкогольных напитках. УКБ не встречаются так же часто, как МКБ, так как они — строгие аэробы и нуждаются в кислороде для своего роста. Они представляют проблему, главным образом, в напитках, упакованных в емкости, доступные для проникновения кислорода, например, в некоторые типы ПЭТ бутылок. Таксономия УКБ значительно модифицирована в последние годы, так как были выделены новые роды и были введены новые молекулярные методы идентификации [2]. Многие УКБ достаточно устойчивы к консервантам: бен-зоатам, сорбатам, диметилдикар-бонату (велкорину).
Вид Propionibacterium cyclohexani-cum был выделен из испорченного пастеризованного апельсинового сока с посторонним вкусом, но может расти в других соках даже при температуре холодильника [1]. Это грамположительная плеоморфная палочка, которая образует пропио-новую кислоту как главный продукт сбраживания сахара. Образуются также уксусная и молочная кислоты. Аминокислоты стимулируют рост, но не обязательны. Все штаммы нуждаются в витаминах пантоте-нате и биотине [1]. Рост происходит при 20.40 °С. Высокая концентра-
ция сорбата калия (500 мг/л) и бен-зоата натрия (1000 мг/л) ингибирует их рост в апельсиновом соке. Минимальное значение рН для роста в соке — около 3,6. Организм способен выдерживать термообработку 95 °С в течение 10 мин, поэтому он не убивается при стандартных процедурах пастеризации сока [1].
Enterobacteria (Klebsiella, Citro-bacter, Serratia) — гетерогенная группа факультативно-анаэробных грамотрицательных бактерий, осуществляющих смешанное брожение, что портит аромат и вкус, а также приводит к образованию газа. Они не очень кислотоустойчивы, но могут размножаться в цитрусовых соках при рН ниже 4,3. Могут также образовывать внеклеточные полимеры и серные соединения [1].
Рост спорообразующих бактерий родов Bacillus и Clostridium обычно ингибируется в безалкогольных напитках благодаря низким значениям рН. Однако споры в продукте могут сохраняться жизнеспособными. Виды Bacillus и Clostridium — типичные вредители овощных соков, которые имеют меньшую кислотность (рН выше 4) по сравнению с фруктовыми соками [1, 7]. По мере роста сектора смешанных напитков, содержащих пищевые волокна зерновых в сочетании с овощными или фруктовыми соками, их значение как вредителей напитков ожидаемо будет возрастать. Анаэробные бутират-образующие клостридии, Clostridium butyricum и Clostridium sporogenes, могут инфицировать сахарные сиропы, используемые в производстве напитков, в ходе их переработки или хранения, вызывая в напитке прогорклый вкус. Эти бактерии активны только в диапазоне значений рН 3,6-3,8 [1]. Избавление от спорообразующих бактерий — задача очень трудная из-за их устойчивости ко многим физическим и химическим факторам.
Род Alicyclobacillus ассоциируется, главным образом, с порчей фруктовых соков. Случаи порчи были установлены также в карбонизированных фруктовых напитках, лимонадах, изотонической воде и холодных чаях [1]. A. acidoterrestris — главный вид вредителей, но A. acidiphilus, A. acidocaldarius, A. cycloheptanicus, A. hesperidum, A. herbarius и A. pomo-
3•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
1 контроль качества*
' rum также участвуют в порче. Род Alicyclobacillus, содержащий к настоящему времени 18 видов, впервые был описан в 1992 г. [8]. Это грамположительные спорообразу-ющие аэробные или факультативно анаэробные бациллы, умеренно термофильные и ацидофильные. Представляют собой палочки 0,31,0 х 2,0-5,0 мкм. Способны расти в диапазоне рН 2,0-6,5 и температуре 25...70 °С. Оптимальные условия для роста: рН 3,5-5,0, температура 45.65 °С. Эндоспоры выдерживают обычную процедуру пастеризации напитка и могут прорастать и размножаться даже при рН 2-3. Эндоспоры могут образовываться в разных условиях, в том числе, в аэробных, и при высоких температурах [8].
В 1984 г. в Германии был отмечен первый случай массового заражения яблочного сока видами Alicyclobacillus. Число таких случаев в последние годы возрастает и охватывает различные группы продуктов: соки (апельсиновый, яблочный, томатный, виноградный, грушевый, манго, ананасовый), соковые смеси, соковые концентраты (апельсиновый, абрикосовый, персиковый, яблочный, манго, кокосовый), карбонизированные фруктовые напитки и холодные чаи с долговременными сроками хранения. По данным Lee et al. (2002) [8], среди случаев испорченного сока 35% были вызваны именно A. acidoterrestris. Потери соковой промышленности от порчи под действием алициклобацилл очень велики и представляют реальную проблему. Так, Kang (2006) [8] сообщал, что в штате Вашингтон (США) ежегодные потери от порчи Alicyclobacillus могут составлять до 0,41 млн долл.
Визуально определить порчу от алициклобацилл трудно, так как организм в процессе роста не образует газа. Испорченный сок внешне выглядит нормальным или обнаруживает легкое помутнение. Главный признак порчи — посторонний запах, который описывают как неприятный медицинский, фе-нольный или запах дезинфектан-тов, дыма. Источник этого запаха — гваякол, а также галофенольные компоненты — 2,6-дибромфенол и 2,6-дихлорфенол, образующиеся в ходе метаболизма феруловой кис-
лоты (оксикоричная кислота, фе-нольное соединение, содержащееся в компонентах клеточных стенок растений) [8]. A. acidocaldarius в качестве субстратов использует гексозы (глюкозу, фруктозу), пен-тозы (рибозу, ксилозу, рамнозу) и сахарные спирты [1].
Мицелиальные грибы (плесени) и актиномицеты в безалкогольных напитках. При заражении пастеризованного яблочного сока стрептомицетом Streptomyces griseus появляются запахи затхлости, плесени, земли. Это грампо-ложительный актиномицет, формирующий ветвящийся мицелий и споры, часто устойчивые к высоким температурам. Возможен рост при пониженном содержании кислорода даже при 4 °С. Ответственны за запах (острый запах земли) несколько метаболитов: геосмин,
2-метилизоборнеол и 2-изопропил-
3-метоксипиразин [1].
Сырье, полупродукты и конечные продукты могут быть конта-минированы спорами, конидиями или фрагментами мицелия плесневых грибов. Почва считается главным источником термоустойчивых плесеней, заражающих фруктовые соки. Фрагменты плесневых грибов могут также попадать в производственные помещения в случаях недостаточной мойки и дезинфекции, а также с инфицированным упаковочным материалом. Как и дрожжи, ряд плесневых грибов устойчивы к низким значениям рН, и недостаточная кислотность считается самым важным фактором при порче мицелиальными грибами фруктовых и ягодных продуктов [1].
В отличие от многих бактерий и дрожжей, грибы обычно нуждаются в кислороде для своего роста. Однако, некоторые виды могут расти и в анаэробных условиях, используя бродильный метаболизм. Кроме того, ряд видов Fusarium и Rhizopus могут расти при низких концентрациях кислорода (~0,01 %об.) [2]. Если концентрация кислорода не может быть снижена до нужного уровня, эффективной против роста грибов и синтеза микотоксинов оказывается повышенная концентрация СО2 в верхнем пространстве бутылки [1]. СО2 более эффективно ингибирует прорастание грибных конидий, чем рост мицелия.
Рост грибов в сырье, ингредиентах и в готовом продукте может приводить к разным видам порчи напитка. Плесени могут вырабатывать огромное количество ферментов — липаз, протеаз и карбо-гидраз, и бесконтрольная грибная активность может приводить к появлению посторонних запахов и вкусов. Образование летучих соединений — диметилсульфида и геосмина, имеющих запах земли, затхлый запах, может служить индикатором грибной активности. Помимо этого, грибная инфекция может приводить к изменению цвета продукта, образованию аллергенов и токсигенных соединений [1].
В индустрии напитков термоустойчивые плесени из родов Bys-sochlamys, Neosartorya и Talaromy-ces — главные агенты порчи фруктовых продуктов, подвергающихся термической обработке, включая фрукты и фруктовые соки в алюминиевых банках, фруктовые пюре (используемые как ингредиенты), ароматизированные минеральные воды, фруктовые желе и детские фруктовые пюре [1, 9].
Грибы, которые в отрасли фруктовых соков вызывают убытки, исчисляющиеся миллионами долларов, включают Byssochlamys nivea и B. fulva, Talaromyces flavus и T. mac-rosporus, Neosartorya fischeri и Eu-penicillium brefeldianum [1, 2, 9]. Эти грибы способны расти при низких концентрациях кислорода, осуществляя брожение. Они могут синтезировать ферменты пектиназы, приводящие к деградации структуры фруктов, изменять вкус и аромат, создавать видимые изменения продукта, в более редких случаях — осуществлять газообразование. Более того, они способны образовывать большое количество разных мико-токсинов. В частности, Paecilomyces variotii (анаморфа гриба Byssochlamis spectabilis) образует виридитоксин. Виды Byssochlamys продуцируют па-тулин [1].
Другие плесневые грибы, часто встречающиеся на предприятиях безалкогольных напитков и соков, принадлежат к родам Penicillium и Cladosporum.
Сильное инфицирование сырья на основе яблок или винограда грибами может приводить к образованию гидрофобинов, вызывающих
32 ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2019
ISSN 2072=9650
контроль качества
гашинг (избыточное вспенивание) в сидре и газированных винах. Производители вина и сидра подтверждали это [1, 2].
ЛИТЕРАТУРА
1. Juvonen, R. Microbiological spoilage and safety risks in non-beer beverages produced in a brewery environment [Electronic resource] / R. Juvonen [et al.]. Espoo, 2011. — 107 p. — URL: http://www.vtt.fi/ publications/index.jsp (дата обращения: 02.05.19).
2. Kregiel, D. Health Safety of Soft Drinks: Contents, Containers, and Microorganisms [Electronic resource] / D. Kregiel // BioMed Research International. — Vol. 2015. — 15 p. — URL: http://dx.doi.org/10.1155/2015/128697 (дата обращения: 02.05.19).
3. Джей, Дж. М. Современная пищевая микробиология [Электронный ресурс] / Дж. М. Джей [и др.]. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2017. — 888 с. — URL: b-ok.org>book/2629333/45a0f5 (дата обращения: 02.05.19).
4. Buchanan, R. L. The role of Predictive Microbiology in Microbial Risk Assessment [Electronic resource] / R. L. Buchanan // U. S. DHHS Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition. — 1998. — URL: https:// image.slideserve.com/175032/the-role-of-predictive-microbiology-in-microbial-risk-assessment-l. jpg (дата обращения: 02.05.19).
5. Tribst, A. A. Review: Microbiological quality and safety of fruit juices — past, present and future perspective [Electronic resource] / A. A. Tribst [et al.] // Critical Reviews in Microbiology. — 2009. — Vol. 35. — P. 310-339. — URL: https:// www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19863382 (дата обращения: 02.05.19).
6. Шевелева, С.А. Микробиологическая безопасность пищевых продуктов: проблемы и пути решения [Электронный ресурс] / С. А. Шевелева // III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Актуальные проблемы болезней, общих
для человека и животных», 24-25 апреля 2019 г. — Ставрополь, 2019. — URL: http://snipchi.ru/updoc/2019/Prezent/ Шевелева С. A.pdf (дата обращения: 02.05.19).
7. Back, W. Colour Atlas and Handbook of Beverage Biology / W. Back (ed.). — Nürnberg: Verlag Hans Carl, 2005. — 317 p.
8. Clotteau, M. Alicyclobacillus spp. Control in the Fruit Juice Industry [Electronic resource] / M. Clotteau // Pall Food and Beverage Technical Bulletin. — January 2014. — P. 1-15. — URL: https:// food-beverage.pall.com/content/dam/ pall/food-beverage/literature-library/ non-gated/FBTBTABFJEN.pdf (дата обращения: 02.05.19).
9. Houbraken, J. Sexual Reproduction as the Cause of Heat Resistance in the Food Spoilage Fungus Byssochlamys spectabilis (Anamorph Paecilomyces variotii) [Electronic resource] / J. Hou-braken [et al.] // Appl. Environ. Microbi-ol. — 2008. — Vol. 74 (5). — P. 1613-1619. doi: 10.1128/AEM.01761-07 — URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ar-ticles/PMC2258620/ (дата обращения: 02.05.19).
REFERENCES
1. Juvonen R, Virkajärvi V, Priha O, Laiti-la A. Microbiological spoilage and safety risks in non-beer beverages produced in a brewery environment. Espoo, VTT, 2011, 107 p. Available at: http://www.vtt.fi/pub-lications/index.jsp (accessed: 02.05.19.)
2. Kregiel D. Health Safety of Soft Drinks: Contents, Containers, and Microorganisms. BioMed Research International, vol. 2015, 15 p. Available at: http://dx.doi.org/10.1155/2015/128697 (accessed 02.05.19.)
3. Jay JM, Loessner MJ, Golden DA. Sovremen-naja pishchevaja microbiologija. [Modern Food Microbiology]. Moscow: Binom. Laboratorija znanij [Binom. Laboratory of knowledge], 2017. 888 p. Available at: b-ok.org>book/2629333/45a0f5 (accessed 02.05.19.)
4. Buchanan RL. The role of Predictive Microbiology in Microbial Risk Assess-
ment. U. S. DHHS Food and Drug Administration Center for Food Safety and Applied Nutrition, 1998. Available at: https://image.slideserve.com/175032/ the-role-of-predictive-microbiology-in-microbial-risk-assessment-l.jpg (accessed 02.05.19.)
5. Tribst AA, Sant'Ana Ade S. and de Mas-saguer PR. Review: Microbiological quality and safety of fruit juices — past, present and future perspectives. Critical Reviews in Microbiology, 2009, vol. 35, pp. 310-339. Available at: https:// www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19863382 (accessed 02.05.19.)
6. Sheveleva SA. Mikrobiologicheskaja be-zopasnost' pishchevych productov: prob-lemy i puti reshenija [Microbiological safety: problems and solutions]. III Vse-rossijskaja nauchno-prakticheskaja kon-ferenzija s mezhdunarodnym uchastiem «Aktual'nye problemy boleznej obshchih dlja cheloveka i zhivotnyh» [III All-Russian scientific-practical conference with international participation «Actual problems of diseases common to humans and animals»]. 24-25 April 2019. Stavropol. Available at: snipchi.ru>updoc/2019/ Prezent/Шевелева С. A. pdf (accessed 02.05.19.)
7. Back W. (ed.) Colour Atlas and Handbook of Beverage Biology. Nürnberg, Verlag Hans Carl, 2005. 317 p.
8. Clotteau M. Alicyclobacillus spp. Control in the Fruit Juice Industry. Pall Food and Beverage Technical Bulletin, January 2014, pp. 1-15. Available at: https:// food-beverage.pall.com/content/dam/ pall/food-beverage/literature-library/ non-gated/FBTBTABFJEN.pdf (accessed 02.05.19.)
9. Houbraken J, Varga J, Rico-Munoz E, Johnson Sh, Samson RA. Sexual Reproduction as the Cause of Heat Resistance in the Food Spoilage Fungus Byssochlamys spectabilis (Anamorph Paecilomyces variotii). Appl. Environ. Microbiol., 2008, vol. 74 (5), pp. 1613-1619. doi: 10.1128/ AEM.01761-07 Available at: https:// www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC2258620/ (accessed 02.05.19.) <S
Авторы Authors
Волкова Татьяна Николаевна, канд. биол. наук; Tatyana N. Volkova, Candidate of Technical Science;
Селина Ирина Васильевна, Irina V. Selina,
Созинова Марина Сергеевна Marina S. Sozinova
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine
промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем Industry - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food
им. В. М. Горбатова РАН, Systems of RAS,
119021, Россия, Москва, ул. Россолимо, д. 7, 7 Rossolimo Str., Moscow, 119201, Russia,
[email protected], [email protected],
[email protected], [email protected],
[email protected] [email protected]
3•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
