CC BY
153
ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 663.4+663.46+579.67 DOI: 10.24411/2072-9650-2019-10014
Применение низина в пивоваренной промышленности
Т.Н. Волкова*, канд. биол. наук; ОА. Борисенко; 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 02.12.2019 *[email protected]
Дата принятия в печать 20.12.2019 © Волкова Т.Н, Борисенко ОА, Селина И.В, Созинова М. С, 2019
Реферат
В современной пивоваренной индустрии самой распространенной причиной заражения, по данным Технического университета в Мюнхене, служат грамположительные молочнокислые бактерии (МКБ) родов Lactobacillus и Pediococcus.Для предотвращения инфекции традиционно пользуются несколькими приемами, в числе которых пастеризация, ультрафильтрация, традиционные моющие и дезинфицирующие средства в сочетании с автоматической мойкой. В настоящее время в ответ на требования современного потребителя были предприняты большие усилия в развитии инновационного подхода - минимизации переработки продукта за счет использования ингибирующих свойств сырьевых материалов в деле повышения микробиологической стабильности пива. Это позволяет сократить время термообработки продукта и заменить химические консерванты биологическими добавками. В связи с этим повысился интерес к таким натуральным соединениям, как бактериоцины, и, в частности, низин. Известна их бактерицидная активность против главных вредителей пивоварения - молочнокислых бактерий. Низин, бактериоцин класса I, лантибиотик, - единственный бактериоцин, получивший разрешение на коммерческое применение в пищевой промышленности благодаря признанной безопасности. Низин получил статус GRAS («generally recognized as safe» = «общепризнан как безопасный») от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (US Food and Drug Administration, FDA). Дополнительные преимущества низина состоят в том, что он не влияет на бродильные свойства дрожжей, не изменяет вкусо-ароматические и визуальные характеристики пива, а также не токсичен и быстро расщепляется протеазами в верхних отделах желудочно-кишечного тракта человека. В настоящем обзоре приведены данные о природе и свойствах бактериоцинов, о структуре молекулы низина, его физико-химических характеристиках, спектре бактерицидного действия, методах его получения, методах определения концентрации, истории открытия, изучения и применения низина. Сообщаются сведения о законодательных актах, принятых в США, странах Евросоюза и в РФ, относительно безопасности и условий применения низина в пищевой промышленности. Обсуждаются варианты применения низина в пивоварении и получаемые при этом преимущества.
Ключевые слова
бактерии-вредители пивоварения; бактериоцины; законодательство по применению низина; низин; продуценты низина; свойства низина; пищевая безопасность низина.
Цитирование
Волкова Т.Н,Борисенко ОА, Селина И.В,Созинова М.С. (2019) Применение низина в пивоваренной промышленности // Пиво и напитки. 2019. № 4. С. 20-25.
Nisin Usage in Brewing Industry
T.N. Volkova*, Candidate of Technical Science; OA. Borisenko; I. V. Selina; M.S. Sozinova
All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry -Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow
Received: December 02,2019 Accepted: December 20,2019
Abstract
Gram-positive lactic acid bacteria (LAB) of two genera - Lactobacillus and Pediococcus - are the most frequent beer spoilage bacteria in brewing industry, according to recent statistic data from the Technical University of Munich. Different approaches are used traditionally in order to prevent infection: pasteurization, ultra filtration, common cleaning and disinfection agents with the automated cleaning process. Currently, there has been an increasing effort to develop novel approaches to minimal processing, such as the exploitation of inhibitory components natural to raw materials, to enhance the microbiological stability of beer. This will reduce heat treatment and replace chemical preservatives with natural bio-additives. In this regard, there is a great interest in such natural compounds as bacteriocins, and in particular, nisin. Their proven bactericidal effectiveness against the main beer spoilage bacteria, LAB, - is well known. Nisin, a Class I lantibiotic, bacteriocin, is the most well-known and characterized bacteriocin, and is the only one to be used commercially due to recognized safety. The usage of nisin is «generally recognized as safe» (GRAS) by the US Food and Drug Administration (FDA). An additional key benefit is that nisin does not affect the original brewer's yeast characteristics or the sensory properties of the beer, it is not toxic and is completely degraded by proteases in the upper parts of human digestive tract. This review provides data on the nature of bacteriocins, on the nisin structural formula, its chemical and physical properties, and its spectrum of bactericidal action, nisin production methods, a variety of analytical methods to determine nisin concentration, the history in the discovery, study and official acceptance of nisin. Additionally, legal aspects related to food safety of nisin and its application conditions, accepted in USA, EC and Russian Federation, are included. Possible industrial applications of nisin in breweries and potential advantages of the implementation are discussed.
Keywords
microorganisms-spoilers in brewing; bacteriocins; nisin legislation; nisin; nisin producers; characteristics of nisin; nisin food safety. Citation
Volkova T.N,Borisenko O.A,Selina I.V,Sozinova M.S. (2019) Nisin Usage in Brewing Industry // Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2019. No. 4. P. 20-25.
[email protected] © Volkova T.N, Borisenko OA, Selina I.V, Sozinova M.S, 2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
4•2019
В современной пивоваренной индустрии грамположительные бактерии представляют собой самый распространенный источник контаминации. Наиболее часто к бактериям-вредителям относятся представители двух родов: Lactobacillus и Pediococcus. Среди них чаще всего встречающаяся и наиболее опасная — Lactobacillus brevis, ответственная за 42,0-52,5% всех изученных случаев заражения пива (данные Исследовательского Центра Вайнштефан при Техническом Университете в Мюнхене за 2010-2013 гг.) [1]. Для предотвращения инфекции и контроля микроорганизмов порчи в пищевых продуктах используют несколько процессов и добавок; из них наиболее общий прием — это внесение химических консервантов.
В последнее время наблюдается новый тренд в требованиях потребителя — приветствуется замена химических консервантов натуральными добавками. На этом фоне все большую важность приобретают бактериоцины и, в частности, низин. Низин с его доказанной бактерицидной эффективностью по отношению к грамполо-жительным бактериям представляет привлекательную возможность для удовлетворения этого требования рынка. Пивоваренная индустрия имеет хорошо документированные данные, что низин эффективен против более чем 90% грамположительных микроорганизмов-вредителей [1-2]. Дополнительное важное преимущество низина — он не изменяет ни исходные характеристики пивоваренных дрожжей, ни органолептические свойства пива [1-2]. Он очень устойчив в экстремальных условиях, присущих процессу пивоварения: при высокой концентрации СО2, низких значениях рН, высокой температуре пастеризации и низкой температуре хранения пива [1-3].
Комиссией США по пищевым продуктам и лекарствам (US Food and Drug Administration, FDA) в 1988 г. низину присвоен статус «GRAS» (generally recognized as safe, общепризнан как безопасный) [4], и потому он применяется более чем в 50 странах в разных областях пищевой промышленности. Несмотря на свои бактерицидные свойства низин, не токсичен для человека, а его протеиновая природа позволяет полностью расщеплять его в верхних отделах желудочно-кишечного тракта [1-3].
Существует лишь одна проблема в применении низина — его относительно высокая цена по сравнению с синтетическими консервантами, отчасти благодаря сложной культуральной среде, необходимой для его производства штаммами Ьааососая 1а(Як subsp. 1асИб, а также из-за низкой продуктивности штаммов-производителей. Ввиду того, что потребности в низине постоянно увеличиваются в связи с расширением областей его применения, в настоящее время ведутся интенсивные работы по удешевлению среды, а также по повышению производительности штаммов-продуцентов. В данном направлении применяются и молекулярно-генетические методы. Постоянно ведутся аналитические исследования, оценивающие безопасность применения низина Е234 в разных областях пищевой промышленности [3-4].
Бактериоцины. Бактериоцины — экстрацеллюлярные синтезируемые в рибосомах короткие пептиды или пептидные комплексы с молекулярной массой от 2 до 35 кДа, которые оказывают бактерицидное или бак-териостатическое действие на другие виды, обычно филогенетически близкородственные виду-продуценту. Не действуют на самого продуцента благодаря наличию у него защитного механизма в виде соответствующего иммунного протеина [1-2, 5].
Бактериоцины составляют подгруппу консервантов, которые отличаются от терапевтических антибиотиков рядом признаков. Их продуценты — бактерии, а не грибы или актиномицеты, как в случае антибиотиков. Бактерио-цины — продукты первичного обмена, синтезируемые в периодической культуре на логарифмической стадии развития, тогда как антибиотики — это продукты вторичного обмена, образующиеся на стадиях конца стационарной фазы и фазы отмирания. Бактериоцины по своей химической природе — протеины, тогда как антибиотики отличаются большим разнообразием и относятся к разным классам химических веществ; бактериоцины не имеют терапевтического значения; в отличие от антибиотиков они не воздействуют отрицательно на кишечную микрофлору человека.
Чтобы избежать путаницы и опасений негативных побочных эффектов, свойственных терапевтическим антибиотикам, бактериоцины, как правило, называют антимикробными препара-
тами, а не антибиотиками. Бактерио-цины вызывают большой интерес в пищевой промышленности благодаря своим свойствам: ингибированию бактерий-вредителей и патогенных бактерий в пищевых продуктах, отсутствию влияния на вкус продукта, отсутствию токсичности, натуральности происхождения. Более того, бак-териоцины, будучи полипептидами, быстро перевариваются протеазами (трипсином, пепсином и панкреатином) в пищеварительном тракте человека без отрицательного побочного воздействия на микрофлору кишечника. Иными словами, они считаются безвредными для потребления человеком [1, 4].
Почти все известные бактерии способны синтезировать бактерио-цины, но больше всего привлекают внимание бактериоцины молочнокислых бактерий (МКБ). Бактерио-цины, продуцируемые МКБ, обычно ингибируют виды, филогенетически близкородственные продуцентам. Это их свойство особенно актуально для пивоваренной промышленности, где МКБ — это обычные и постоянные вредители. При этом очень важно, чтобы сами применяемые бактериоцин-продуцирующие МКБ не могли размножаться в пиве и не были вредителями пивоварения [2].
Отмечено применение бактерио-цинов в пивоварении, виноделии, хлебопечении, в производстве сыров, йогуртов и других молочных продуктов, для обработки мясной продукции, в том числе птицы, говядины, колбас, сарделек и т. п. [1-2].
В качестве продуцентов бактерио-цинов были испытаны такие представители МКБ как Lactobacillus sakei, Lb. plantarum, Lb. bavaricus, Lb. acidophilus, Lb. casei; Lactococcus lactis; Enterococcus spp.; Streptococcus thermophilus; Pedio-coccus acidilactici; Carnobacterium piscicola, Cb. divergens; Leuconostoc gelidum [1-2]. При этом получали и применяли следующие бактериоцины: низин, сакацин А, K, 5Х, P и 5Т, плантарицин, баварицин А, энтероцин, педиоцин АсН, лактицин 3147, термофилин 347, лактацин В10, писциколин LV17, ди-верцин V41, лактоцин 705 [1-2].
Многие из этих видов традиционно использовались в качестве стартовых культур для сбраживания ряда пищевых продуктов и напитков благодаря своему консервирующему метаболизму и приданию определенного вкуса и аромата [1-2].
4•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
технология'
Низин — единственный бакте-риоцин, используемый коммерчески. Он нашел применение более чем в 50 странах (в том числе, в РФ) в различных сферах пищевой промышленности. Впервые низин был использован как консервант в 1988 г. В настоящее время он широко используется в хлебопекарной и кондитерской промышленности, при производстве мясных и овощных консервов, молочных продуктов (сыра, творога, сливочного масла, плавленых и мягких сыров и т. п.), в составе вин (как добавка, способствующая процессу созревания), в пивоварении [1-2]. В Европейском Регламенте № 1333/2008 на пищевые добавки низин классифицирован как консервант Е234 [4].
По своей химической структуре низин представляет собой пентацикли-ческий пептид, лантибиотик1 класса 1А, бактериоцин. Он состоит из 34 аминокислотных остатков и имеет молекулярный вес 3354,12 Да (Nisin A). Содержит три необычных аминокислоты (дегидроаланин, лантионин и ß-метиллантионин) и пять внутренних бисульфидных мостиков [1, 7].
Низин продуцируется определенными штаммами Lactococcus lactis sub-sp. lactis (прежнее название Streptococcus lactis; род Streptococcus был реклас-сифицирован в род Lactococcus в 1985 г. [8]). Он образуется в ходе посттрансляционной модификации предшественников, синтезируемых в рибосомах.
К 2014 г. было обнаружено и исследовано, по крайней мере, шесть различных форм низина, обозначаемых как А-Е и Z. Главный полипептид и наиболее активная форма — это низин А (Chemical Abstract Service № 1414-45-5 (Nisin A). Его химическая формула — C143H230N42O37S7 (Nisin A) [1, 7].
Спектр действия низина. Низин действует на грамположительные бактерии, в том числе, на близкородственные самому продуценту молочнокислые бактерии, — вредители пивоварения. Присутствует естественным образом в ряде молочных продуктов. Эффективен против термоустойчивых спор Clostridium butiricum в сырах, Clostridium botulinum в консервах, а также Bacillus subtilis и Bacillus mesentericus, вызывающих так называемую «картофельную болезнь хлеба». Действует на патогенные грамположительные
Lysteria monocytogenes, Staphylococcus aureus [9].
Не оказывает действия на грамо-трицательные бактерии, дрожжи и плесени [1-2]. Грамотрицательные бактерии устойчивы к низину, так как их клеточные стенки гораздо менее проницаемы, чем у грамположительных бактерий [1]. Однако, при добавлении ЭДТА низин оказывает бактерицидное действие и на грамотрицательные бактерии, например, на такие патогенные формы, связанные с пищевыми отравлениями и заболеваниями, как Escherichia coli, Salmonella typhimurium.
Воздействие низина на вегетативные клетки может быть либо бактерицидным, либо бактериостатическим в зависимости от его концентрации, количества бактерий, их физиологического состояния и специфики окружающих условий. Двойная активность низина включает гибель вегетативных клеток и подавление процесса прорастания спор (споростатическую функцию) [1].
Механизм действия низина.
Молекулы низина взаимодействуют с цитоплазматической мембраной клеток соответствующих видов, присоединяясь к анионным фосфолипи-дам, особенно к липидам II, которые служат основным элементом в формировании клеточной стенки. Далее низин проникает и встраивается в мембрану, формируя ионный канал, или пору. Через поры происходит вытекание из клетки внутриклеточных компонентов — АТФ и низкомолекулярных растворенных соединений: калия, протонов и аминокислот. Калий — главный катион клетки, он участвует в поддержании внутриклеточного осмотического давления, активности ферментов и регуляции внутриклеточного рН. Следовательно, повреждение клетки и изменения в проницаемости мембран могут быть косвенно вызваны передвижением калия [1].
Химические и физические свойства низина. Высокая растворимость, необычные аминокислоты и пять внутренних дисульфидных мостиков делают низин очень устойчивым и в этом смысле идеальным консервирующим агентом. Главные физико-химические показатели низина: он растворим и очень устойчив в кислых средах (рН 2-6), где проявляет свойства катион-
1 Лантибиотики — класс полициклических пептидных антибиотиков, которые содержат специфические тиоэфирные аминокислоты лантионин или метиллантионин, а также ненасыщенные аминокислоты дегидроаланин и 2-аминоизомасляную кислоту [2-4].
ного поверхностно-активного детергента; при рН 2 сохраняет свою биологическую активность даже после автоклавирования; при температуре пастеризации по крайней мере 80% его эффективности сохраняется; растворим в воде и не растворим в неполярных растворителях; будучи гидрофобными пептидами, бактериоцины, и в том числе низин, расщепляются протеазами; УФ-облучение не оказывает негативного воздействия на низин [1, 3, 7].
Аспекты пищевой безопасности и законодательства по применению. Безопасность низина подтверждена многочисленными исследованиями и сообщениями, а также долгой историей безопасного применения. Благодаря своей постоянной связи с процессами сбраживания и вследствие того, что МКБ и их метаболиты потреблялись в больших количествах бесчисленными поколениями людей без каких-либо отрицательных побочных эффектов, низин получил статус GRAS от Американской комиссии по пищевым продуктам и лекарствам [1-4].
В Европейском Союзе применение пищевых добавок регулируется Регламентом Европейского Парламента по пищевым добавкам (European Parliament and Council Regulation (EC) no. 1333/2008 on food additives). Низин (Е234) в настоящее время принят в ЕС, как пищевая добавка (Приложение II к Регламенту № 1333/2008) для использования в ряде пищевых продуктов: взбитые сливки; мягкий сливочный сыр маскарпоне, твердые и плавленые сыры и сырные продукты; пастеризованные жидкие яичные продукты; пудинги из манной крупы и тапиоки; другие аналогичные продукты [3].
В РФ применение препарата низин (Е234) определяется Техническим Регламентом ТР ТС 029/2012 (Приложение 2. Перечень пищевых добавок, разрешенных для применения при производстве пищевой продукции. Приложение 8. Гигиенические нормативы применения консервантов) [6]. Нормативы ТР ТС 029/2012 гармонизированы с вышеприведенным европейским документом (табл. 1).
Объединенный экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA) периодически, на основе вновь появляющихся научных данных токсикологических исследований, оценивает безопасность низина и устанавливает допустимое
22 ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
4•2019
ISSN 2072=9650
Таблица 1
Гигиенические нормативы применения низина (ТР ТС 029/2012, Приложение 8)
Пищевая добавка (индекс Е) Пищевая продукция Максимальный уровень, мг/кг в продукции
Пудинги манные и из тапиоки 3
Низин (Е 234) Сыры зрелые и плавленые 12,5
Творожные сыры и сливочные сыры (типа маскарпоне) 10
Яйцепродукты жидкие 6,25
ежедневное потребление, выражаемое в допустимой суточной дозе (ДСД — ADI, acceptable daily intake) на кг веса тела. В 2013 г. была определена величина NOAEL 2, равная 224,7мг низина/кг веса тела в сутки и ДСД 0-2 мг/кг живого веса тела в сутки при понижающем коэффициенте 100 [3].
В 2017 г. в панельной дискуссии Европейской Комиссии по безопасности пищевых продуктов и пищевых добавок (EFSA on Food Additives and Nutrient Sources added to Food, ANS) в свете появившихся новых данных и в связи с предполагаемым расширением использования низина (Е234) в производстве мягких сыров (максимальная допустимая концентрация, МДК, 12 мг/кг) и мясной продукции, подвергнутой термообработке, (МДК 25 мг/кг), пересмотрели предыдущие заключения. Подтвердили значение NOAEL для низина А, равное 225 мг/кг живого веса в сутки, но снизили ДСД до 1 мг/кг живого веса в сутки [4].
В настоящее время низин широко используется в ряде пищевых продуктов (в плавленых сырах, консервах, молочных продуктах, мясных изделиях, в хлебопечении и кондитерской промышленности) по всему миру.
В одних странах нет ограничений на концентрацию применяемого низина, тогда как в других установлены нормативы для разных видов продуктов. Максимальные допустимые концентрации низина выражают в международных единицах, МЕ/г продукта (данные варьируются в пределах от 100 до 10 000 МЕ/г), или, как в ЕС, в мг/кг продукта (3-12 мг/кг) (численные данные на 2015 г.) [1].
Важно отметить, что в большинстве стран внесенный в продукт низин требуется указывать на этикетке либо как добавку, либо как разрешенный консервант, либо как натуральный кон-
2 NOAEL (no-observed-adverse-effect level) —
уровень невыявленных вредных эффектов,
то есть самая высокая доза, при которой не
выявляются вредные эффекты у животных.
сервант, в зависимости от местного законодательства.
Производство низина. Низин получают в промышленных масштабах методом периодического культивирования продуцента Lactococcus lactis subsp. lactis (прежнее название Streptococcus lactis). Низин — продукт первичного метаболизма. Синтез его начинается на ранней стадии экспоненциальной фазы развития культуры, достигает максимума к концу этой фазы и заканчивается, когда микроорганизмы входят в стационарную фазу [1, 3].
Низин продуцируется в ходе процесса брожения в определенных условиях. Среда Ман-Рогоза-Шарп (MRS) — стандартная среда, обычно используемая для поддержания роста МКБ в начале культивирования. Производственная среда культивирования в основе своей состоит либо из обезжиренного молока, либо из других, не молочных ресурсов, например, дрожжевого экстракта и углеводов. Синтез низина происходит в следующих условиях культивирования: оптимум рН 6-7,5; оптимальная температура 30 °С, так как Lactococcus lactis — мезофильная бактерия; объем посевного материала — 7,5% об./об.; оптимальная скорость перемешивания 200 мин-1. Максимальный синтез низина наблюдается в конце логарифмической фазы роста.
Далее низин концентрируется, очищается от среды сбраживания различными методами: стерильной инжекцией, мембранной фильтрацией, подкислением, высаливанием, распылительной сушкой [1, 3, 9, 10]. В готовом продукте могут присутствовать твердые частицы обезжиренного молока или других компонентов среды, а также фрагменты клеток продуцента (Lactococcus lactis). Очищенный продукт затем стандартизуется с помощью хлористого натрия до достижения нужного уровня активности. Коммерческий препарат низин Е234 содержит 2,5% низина и 75% хлористого натрия. Он стабилен при температуре окружающей среды и при нагревании
в кислых условиях (максимальная стабильность препарата при рН 3) [3, 4].
В РФ производство низина определяется документом ГОСТ Р 57646-2017 «Продукция микробиологическая. Добавка пищевая низин. Технические условия» [11].
В продаже доступен препарат низин (Е234) разных марок, в том числе, низин А и низин Z. Основные производители и поставщики — Китай, США, Англия, Испания, Италия, Украина, Болгария и другие страны. В большинстве случаев производство препарата низин (Е234) осуществляется по нормативной документации изготовителя.
Активность низина в коммерческих препаратах указывают в международных единицах, МЕ. Экспертный комитет по биологической стандартизации при ВОЗ утвердил в 1970 г. единицу активности низина как количество низина, требуемое для инги-бирования роста одной бактериальной клетки Streptococcus agalactiae в 1 мл бульона [3, 9]. Это количество составляет 0,025 мкг (pg) низина. Следовательно, 1 мкг низина эквивалентен 40 МЕ. Один грамм чистого низина имеет активность 40х106 МЕ. Обычный коммерческий препарат содержит 2,5% чистого низина, то есть 1 г его имеет активность 1х106 МЕ [3].
Благодаря важности низина были разработаны и испытаны различные методы повышения его продукции. Они включают эксперименты с различными стадиями синтеза, различными средами, со смесями микроорганизмов-продуцентов. Активно проводится работа с получением генномодифицированных продуцентов низина [8, 9]. Недавно с помощью генетических модификаций L. lactis были достигнуты выходы низина до 15 400 МЕ/мл [9].
Методы определения концентрации низина. Концентрацию низина измеряют различными биологическими методами: методом диффузии в агар с тестовой культурой Bacillus coagulans; методом диффузии в жидкую среду с измерением оптической плотности бульона с тестовой культурой; методом иммуноферментного анализа (ИФА) и др. [1, 7, 10].
Мультибарьерная технология. Применение низина оказалось более эффективным в определенных комбинациях с другими способами предохранения продукта от бактериальной порчи: сублетальным нагреванием (55...85 °С), гидростатическим давле-
ISSN 2072=9650
4•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 23
Таблица 2
Возможные точки применения низина в процессе пивоварения
Стадия внесения низина Комментарии
Соложение Добавление низина в замочную воду в ходе соложения может снизить рост грамположительных бактерий, обычно присутствующих на зерне ячменя.
Затор Низин может быть добавлен в затор на последних этапах его приготовления. Низин снижает риск развития термофильных грамположительных бактерий
Сусло Добавление низина в сусло до кипячения может обеспечить защиту от инфекции и на более поздних стадиях процесса пивоварения, так как более 30% активности исходного низина сохраняется в кипящем сусле в течение 60 мин. Добавление низина в охлаждающееся после кипячения сусло, в котором температура опустилась ниже 50 °С.
Брожение Низин как гарантия предотвращения роста МКБ, или как ингибитор размножения, если заражение уже произошло. В опытах, где низин добавляли в концентрациях 100 МЕ/мл к объему сусла, контаминированного МКБ в концентрации 105 клеток/мл, он эффективно подавлял размножение МКБ. Присутствие низина не влияло на пивоваренные дрожжи: на общее число клеток, на число живых клеток, их жизнеспособность и бродильную активность. Низин не адсорбируется и не метаболизируется пивоваренными дрожжами. Низин, добавленный на стадии брожения, присутствует в готовом пиве с тем же уровнем активности. Низин не оказывает отрицательного воздействия на вкус пива.
Дрожжи Добавление в семенные дрожжи для подавления инфекции грамположительных бактерий. Контаминация семенных дрожжей - один из главных источников бактериальной инфекции в пивоварении. Так как низин не адсорбируется дрожжевыми клетками, дрожжи по окончании брожения могут быть сразу переданы на хранение в растворе низина без дополнительной обработки. Низин может заменить или дополнить стадию кислотной обработки контаминированных дрожжей, так как известно, что определенные штаммы Lactobacillus и Pediococcus способны сохраняться в процессе отмывки дрожжей, если применяется только одна кислота.
Мойка оборудования Раствор низина употребляется в качестве финального ополаскивания как часть полного цикла мойки. Большинство чувствительных к низину бактерий погибают в течение минуты после его внесения. Следует проявить осторожность, если перед этим используется каустик или щелочные моющие агенты, так как низин неэффективен при щелочных значениях рН.
Сокращение термического воздействия Низин должен добавляться перед процессом пастеризации. Внесение низина позволяет сократить время обработки и снизить температуру обработки, что способствует экономии энергии, снижению затрат, а также снижению риска термического повреждения вкуса пива.
Микробиологическая стабилизация пива Низин добавляется в непастеризованное бочковое пиво или в пиво, проходящее дображивание в бутылках, с целью повышения микробиологической стабильности и сроков годности.
нием, пульсирующими электрическими полями и др. [1]. Использование мультибарьерной стратегии защиты продукта создает стимулы для расширения и инновационного применения низина.
Факторы, неблагоприятные для действия низина. Существует ряд факторов, негативно воздействующих на бактерицидную функцию низина. Это присутствие в продукте и в среде протеолитических ферментов; щелочная среда; наличие фосфолипидов, жирных кислот и родственных веществ (так как низин — это гидрофобное соединение, жиры в пищевых продуктах могут делать низин не способным воздействовать на бактерии); ряд эмульгаторов. Соль (NaCl) (1-3%) мешает спорицидному действию низина, затрудняя адсорбцию низина спорами. Метабисульфит натрия (антиокси-дант, отбеливатель и антимикробный агент с широким спектром действия) способен разлагать низин. Двуокись титана (отбеливатель), который часто используется в пищевой промышленности, может разлагать низин. Низин идеально работает в жидкостях и гомогенных продуктах, гораздо хуже — в твердых средах и гетерогенных продуктах. Кроме того, сообщалось, что споры некоторых видов рода Bacillus вырабатывают фермент низиназу, инактивирующую низин [1].
Перспективы применения низина в пивоварении [1]. Следующие характеристики низина позволяют применять его в пивоварении, получая при этом определенные преимущества:
• международно признанный пищевой консервант;
• способен ингибировать рост почти всех испытанных грамположи-тельных бактерий, портящих пиво. Из 122 анализированных штаммов грамположительных бактерий, главным образом, родов Lactobacillus и Pediococcus, 93% были чувствительны к 100 МЕ низина;
• сохраняет свою активность после кипячения сусла;
• не оказывает отрицательного действия на бродильную активность пивоваренных дрожжей;
• сохраняет активность после фильтрации через кизельгур;
• остается стабильным в процессе пастеризации;
• добавление низина не оказывает отрицательного действия на вкус, аромат, внешний вид и физическую стабильность пива.
Разные сорта пива имеют разную чувствительность к бактериям-вредителям. Обычно больший риск контаминации имеют сорта с более низкой кислотностью, более низким содержанием алкоголя и углекислоты,
или с более низким содержанием горьких веществ хмеля, а также смесовые пивные напитки, содержащие больше сахаров [1, 2].
Идея применения низина в пивоварении высказывалась многими исследователями и опробовалась с конца 70-х гг. XX в. Предлагаются следующие точки применения низина в производственной цепочке (табл. 2) [1].
Добавление низина в процессе пивоварения позволяет снизить температуру пастеризации и таким образом экономить энергию, а также уменьшить отрицательное воздействие высоких температур на органолептиче-ские показатели пива. Известно, что пастеризация вызывает нежелательные изменения в пиве: денатурацию протеинов с последующим образованием танин-протеиновых комплексов; усиление красного оттенка пива за счет образования продуктов реакции Майяра; появление нежелательных «бумажных» оттенков во вкусе и аромате пива в результате окисления; усиление горечи из-за изомеризации хмелевых а-кислот [5].
Таким образом, низин, в дополнение к кислотности, хмелю, низким температурам хранения, фильтрации, пастеризации и к асептическому розливу, может быть полезным в процессе пивоварения. Использование одновременно нескольких различных способов
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
4•2019
защиты может иметь экономическим и экологический эффекты [1].
Низин, как продукт генномоди-фицированных микроорганизмов.
В связи с увеличением производства низина и расширением областей его применения, а также в связи с появлением генномодифицированных продуцентов низина, высказываются опасения в отношении его безопасности [12].
ЛИТЕРАТУРА
1. Muller-Auffermann, K. Nisin and its usage in breweries: a review and discussion. [Electronic resource] /K. Muller-Auffermann [et al.] // J. Inst. Brew. — 2015. — Vol. 121. — P. 309319. — URL: https://onlinelibrary.wiley.com/ doi/full/10.1002/jib. 233 (дата обращения: 20.11.19).
2. Vaughan, A. Enhancing the microbiological stability of malt and beer — A Review. [Electronic resource] / A. Vaughan [et al.]. // J. Inst. Brew. — 2005. — Vol. 111 (4). — P. 355-371. — URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/ abs/10.1002/j. 2050-0416.2005.tb00221.x (дата обращения: 20.11.19).
3. WHO Food Additives. Series: 68. Safety evaluation of certain food additives and contaminants. NISIN. [Electronic resource] // WHO. — Geneva, 2013.—URL: http://www.inchem.org/ documents/jecfa/jecmono/v68je01.pdf (дата обращения: 20.11.19).
4. Safety of nisin (E 234) as a food additive in the light of new toxicological data and proposed extension of use. Scientific opinion. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS). [Electronic resource] // EFSA Journal. — 2017. — Vol. 15 (12). — 5063. DOI: 10.2903/j.efsa.2017.5063. (дата обращения: 20.11.19).
5. Franchi, M.A. The effect of antimicrobials and bacteriocins on beer spoilage microorganisms. [Electronic resource] / M. A. Franchi [et al.]. // Intern. Food Research J. — 2012. — Vol. 19 (2). — P. 783-786. — URL: http://www.ifrj.upm.edu.my/19%20(02) %20 2012/(63)IFRJ-2012%20Alline%20Brazil.pdf (дата обращения: 20.11.19).
6. ТР ТС 029/2012 Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных
средств. — Режим доступа: http:// docs.cntd.ru/document/902359401.
7. FAO JECFA (2009) Specifications for Nisin Preparation. [Electronic resource] // 71st JECFA. — Monograf 7. — P. 63-66. — URL: http://www.fao.org/3/a-i0971e.pdf (дата обращения: 20.11.19).
8. Song, A. A review on Lactococcus lactis: from food to factory. [Electronic resource] / A. Song [et al.] // Microbial Cell Factories. — 2017. — 16:55. — P. 1-15. DOI: 10.1186/s12934-017-0669-x.
9. Ozel, B. Innovative approaches to nisin production. [Electronic resource] / B. Ozel. [et al.] // Appl. Microbiology and Bacteriology. — 2018. — V. 102. — Is. 15. — P. 6299-6307. DOI:10.1007/s00253-018-9098-y.
10. Минаева, Л.П. Интенсификация технологии пищевого полипептидного консерванта низина: дисс. ... канд. техн. наук: 03.00.23 / Минаева Людмила Павловна; Гос. НИИ биосинтеза белковых веществ. — М., 2000. — 147 с.
11. ГОСТ Р 57646-2017. Продукция микробиологическая. Добавка пищевая низин. Технические условия. — Введ. 2018-08-01. — М.: Стандартинформ, 2017. — 14 с.
12. Багрянцева, О. В. Вопросы безопасного использования ферментных препаратов, пищевых добавок и ароматизаторов, полученных методом биотехнологии / О. В. Багрянцева [и др.] // Пищевая промышленность. — 2016. — № 6. — С. 69-73.
REFERENCES
1. Muller-Auffermann K, Grijalva F, Jacob F, Hutzler M. Nisin and its usage in breweries: a review and discussion. J. Inst. Brew., 2015, vol. 121, pp. 309-319. Available at: https:// onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ jib.233 (accessed 20.11.19.)
2. Vaughan A, O'Sullivan T, Van Sinderen D. Enhancing the microbiological stability of malt and beer — A Review. J. Inst. Brew., 2005, vol. 111 (4), pp. 355-371. Available at: https:// onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/j. 2050-0416.2005.tb00221.x (accessed 20.11.19.)
3. WHO Food Additives. Series: 68. Safety evaluation of certain food additives and contaminants. NISIN. WHO, Geneva, 2013. Available at: http://www.inchem.org/documents/jecfa/ jecmono/v68je01.pdf (accessed 20.11.19.)
4. Safety of nisin (E 234) as a food additive in the light of new toxicological data and proposed extension of use. Scientific opinion. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS). EFSA Journal, 2017; 15 (12):5063. D01:10.2903/j.efsa.2017.5063.
5. Franchi MA, Tribst AA, Cristianini M. The effect of antimicrobials and bacteriocins on beer spoilage microorganisms. Intern. Food Research J., 2012, vol. 19 (2), pp. 783-786. Available at: http://www.ifrj.upm.edu.my/19%20 (02)%202012/(63)IFRJ-2012%20Alline%20 Brazil.pdf (accessed 20.11.19.)
6. TR TS 029/2012. Trebovaniya besopasnosti pischevyh dobavok, aromatizatorov i teh-nologicheskih vspomogatel'nyh sredstv. [Safety Requirements on food additives, flavourings and processing aids]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/902359401. (In Russ.)
7. FAO JECFA Specifications for Nisin Preparation. 71st JECFA, Monograf 7, pp. 63-66. Available at: http://www.fao.org/3/a-i0971e. pdf (accessed 20.11.19.)
8. SongAA-L, In LLA, Lim SHE, Rahim RA. A review on Lactococcus lactis: from food to factory. Microbial Cell Factories, 2017, 16:55, pp. 1-15. DOI 10.1186/s12934-017-0669-x.
9. Ozel B, Çimçek О, Saris PEJ. Innovative approaches to nisin production. // Appl. Microbiology and Bacteriology, 2018;102 (15):6299-6307. DOI: 10.1007/s00253-018-9098-y.
10. Minaeva LP. Intensificatsiya tehnologii pish-chevogo polipeptidnogo konservanta nisina [Intensification of food polypeptide preservative nisin technology]. Diss. Ph. D. Techn. Sciences. Moscow, 2000. 147 p. (In Russ.)
11. GOST R 57646-2017. Produktsija micro-biologicheskaja. Dobavka pishchevaja nisin. Tehnicheskie uslovija [Microbiological products. Food additive nisin. Specification]. Moscow: Standartinform, 2017. 14 p. (In Russ.)
12. Bagrjantseva OV, Shatrov GN, Arnautov OV. Vo-prosy bezopasnogo ispol'zovanija fermentnyh preparatov, pishchevyh dobavok i aromatiza-torov, poluchennyh metodom biotehnologii. [Issues of the safe use of enzyme preparations, food additives and flavorings obtained by the method of biotechnology]. Pishchevaja promyshlennost' [Food industry], 2016, no. 6, pp. 69-73. (In Russ.) <S
Авторы
Волкова Татьяна Николаевна, канд. биол. наук; Борисенко Ольга Алексеевна; Селина Ирина Васильевна; Созинова Марина Сергеевна
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, 119021, Россия, Москва, ул. Россолимо, д. 7, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Authors
Tatyana N. Volkova, Candidate of Technical Science; Olga A. Borisenko; Irina V. Selina; Marina S. Sozinova
All-Russian Scientific-Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries - a branch of the Federal Scientific Center for Food Systems V. M. Gorbatov RAS,
7 Rossolimo Str., Moscow, 119201, Russia, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
4•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
