Co zabíjí kvasinky?

Existuje mnoho kategorií produktů, které mají inhibiční účinek na mikroorganismy:

1. léky jsou látky, obvykle rozpustné v oleji, které blokují všechny buněčné funkce, ale jejich účinek je reverzibilní. Po jejich odstranění buňky obnoví svou činnost. Jsou to karbidy, vyšší alkoholy, jednoduché nebo halogenové;
2. antiseptika, která mohou zabíjet buňky. Do této skupiny, která je zvláště rozšířená a rozmanitá, patří kyseliny benzoové a salicylové a jejich deriváty, fluoridy, kyselina siřičitá ve velkých dávkách při nízkém pH, allylisothiokyanát atd.;
3. specifické inhibitory fermentace schopné blokovat alkoholovou a mléčnou fermentaci buňky, ale bez zastavení jejího dýchání a růstu, alespoň v úzké koncentrační zóně. Jsou to a-halogenové kyseliny, jako je kyselina monobromoctová. Ve vyšších dávkách nebo v kyselém prostředí spadají tyto látky do kategorie konvenčních antiseptik;
4. některá povrchově aktivní činidla ionizující činidla se silnými smáčecími a pěnivými vlastnostmi, jako jsou kvartérní amoniové soli;
5. antivitaminy – látky podobné svým chemickým složením některým růstovým faktorům; blokují metabolismus a způsobují buněčnou smrt. Jde o látky podobné sulfonamidům, antivitaminům kyseliny para-aminobenzoové;
6. fungicidy jsou chemické látky, které vznikají nejčastěji syntézou a působí proti plísním, houbám a kvasinkám. Tyto produkty nacházejí praktické využití v zahradnictví a vinařství jako pesticidy (působí na padlí révovou a Botrytis cinerea);
7. antibiotika jsou látky produkované plísněmi, aktinomycetami nebo bakteriemi, které jsou schopny inhibovat růst jiných mikroorganismů nebo je dokonce ničit, přičemž většina uvedených přípravků působí ve větší či menší míře na všechny mikroorganismy. Antibiotika jsou velmi specifická svými inhibičními účinky, například některá působí pouze proti určitým kategoriím bakterií, jiná působí pouze na určité druhy kvasinek.
   Kvasinkové buňky jsou relativně odolné vůči různým antiseptickým činidlům. Jsou poměrně velké a mají silnou membránu. Takové buňky staví své prostředí proti určité buněčné autonomii. Bakterie jsou mnohem zranitelnější. Pokud například k inhibici bakterií stačí několik miligramů volné kyseliny siřičité, pak pro kvasinky to v tomto případě vyžaduje 10krát více.
   Inhibiční produkty se velmi liší svým chemickým složením a mechanismem účinku. Paralyzují jednu nebo druhou buněčnou funkci, působí proti jednomu nebo mnoha enzymům a blokují tak životně důležitou aktivitu buněk. Některé z nich zabíjejí kvasinky; mají prý fungicidní účinek. Jiné pouze paralyzují růst a znesnadňují otevírání pupenů; nazývají se fungistatické. Stejný přípravek může být v nízkých dávkách fungistatický a ve silných dávkách fungicidní. Stejně tak se rozlišují baktericidní a bakteriostatické přípravky v závislosti na jejich účinku na bakterie.
   Samozřejmě je přísně zakázáno použití těchto produktů pro konzervaci vína, s výjimkou oxidu siřičitého a kyseliny c-orbové, které jsou ve Francii povoleny od roku 1959 pro použití v omezených dávkách. Výhody a účinnost oxidu siřičitého jsou známé tím, že brání mikrobiálnímu kažení červených vín a následné fermentaci sladkých vín. Známé jsou i nepříjemnosti jeho používání v nadměrných dávkách, takže nutnost najít jiné produkty, které by oxid siřičitý mohly nahradit, je pochopitelná, i když samozřejmě způsoby jeho použití lze dále zdokonalovat. Aby však byly způsobilé pro technologické použití s ​​dostatečnou účinností, musí takové produkty nejprve splňovat požadavky absolutní absence toxicity, poté neutrality z hlediska organoleptických vlastností a nakonec stability. Výsledkem tohoto výzkumu bylo schválení použití kyseliny sorbové.
   Záměrem autorů není vyčerpávajícím způsobem zkoumat různé produkty, které mohou kvasinky inhibovat. Seznam hlavních léků je uveden v odpovídajících tabulkách předchozího vydání (sv. 1). Od té doby se objevila spousta nových věcí. Aktivní dávky závisí na mnoha faktorech, u moštů a vín jsou různé a ve vztahu k jejich dávce do značné míry závisí na stupni obsahu alkoholu, aktuální kyselosti, obsahu stravitelného dusíku atd.
   Autoři doporučují hlavní publikace k této problematice: Ribero-Guyon a spolupracovníci, 1952, 1958; Ribero-Guyon a Peynaud, 1952; Peynaud, 1952; Peynaud a S. Lafourcade, 1953; Peynaud a kol., 1957; S. Lafourcade, 1955.
   Existuje velké množství prací o konzervačních produktech, včetně: Schormuller, 1959; Rehm, 1959, 1960, 1961.
   Chemická antiseptika
   Níže jsou uvedena chemická antiseptika a antibiotika, která je přísně zakázáno přidávat do nápojů (s výjimkou kyseliny sorbové, která je ve vínech povolena v koncentraci nepřesahující 200 mg/l).
   Kyselina benzoová, parahydroxybenzoová, kyselina boritá a boritany – aktivní dávka pro mladinu je 1000 mg/l, pro víno – od 200 do 500 mg/l.
   Kyselina parachlorbenzoová a její soli jsou slabým fungicidem; aktivní dávky pro víno jsou od 20 do 50 mg/l.
   Kyselina dihydrooctová je fungistatická; aktivní dávky pro víno jsou od 100 do 200 mg/l.
   Kyselina fluorovodíková a její soli (20 mg/l) zpomalují fermentaci mladiny a zdvojnásobují její dobu; konzervační dávky vína od 30 do 50 mg/l.
   Kyselina monobromoctová, kyselina monochloroctová, jejich soli a estery. Toxický pro metabolismus; aktivní dávky pro mošt jsou od 20 do 30 mg/l, pro víno – od 2 do 10 mg/l.
   Kyselina salicylová a její soli jsou neaktivní; aktivní dávky pro sladinu od 500 do 1000 mg/l; pro víno – od 200 do 500 mg/l.
   Kyselina sorbová je fungistatická a blokuje funkci fermentace. Aktivní dávky pro sladinu od 500 do 1000 mg/l; pro víno – od 100 do 200 mg/l.
   Kyselina geranová – má fungistatický a bakteriostatický účinek ve stejných dávkách jako kyselina sorbová.
   Kvartérní amonné soli jsou produktem pro čištění vinařských nádob.
   Stříbro (kovové, ionizované nebo koloidní) je fungicid s omezenou dobou účinku; neruší kvašení, snižuje zkvasitelnost mladin a vín.
   Captan je fungicid. V dávkách od 30 do 50 mg/l zastavuje fermentaci. Dávky konzervace vína od 5 do 10 mg/l; nestabilní produkt.
   Kyselina ethylchloruhličitá (Matta, 1963) je nestabilní fungicid.
   Oktylgalát (Longin, 1967) má fungistatický účinek. Aktivní dávky pro sladinu 50 mg/l; pro víno – 10 mg/l.
   Allyl isothiokyanát (esence hořčice) – fungistatický, bez ovlivnění metabolismu; nemůže zastavit post-fermentaci, ale zabrání jejímu spuštění. Aktivní dávky pro sladinu 10 mg/l; pro víno – 2 mg/l.
   Kyselina 5-nitrofurylakrylová – aktivní dávky pro mošt od 20 do 100 mg/l, pro víno – 5 mg/l (S. Lafon-Lafourcade, 1974).
   Nitrid sodný -1 blokuje metabolismus kvasinek. Nebezpečný protoplazmatický jed. Aktivní dávky pro mošt jsou od 5 do 10 mg/l, pro víno – od 1 do 1 mg/l.
   Ethylpyrokarbonát je fungicid, chemický sterilizační prostředek. Aktivní dávky pro víno jsou 100 mg/l.

Antifungální antibiotika

Actidion (cykloheximid) – fungistatický; ovlivňuje pouze růst. Aktivní dávky pro mošt jsou 10 mg/l, pro víno – od 0,2 do 0,5 mg/l. Některé druhy kvasnic snesou až 100 mg/l.
Amfotericin je fungistatický; aktivní dávky pro sladinu > 20 g/l; pro víno – od 0,5 do 5 mg/l.
Antimycin A – fungistatický; aktivní dávky pro mošt>50 mg/l Pro víno – 0,5 mg/l.
Candicidin je fungistatická účinná dávka pro mošt: 20 mg/l, pro víno: 7 mg/l.
Frequentin je fungicid; zastavuje fermentaci v dávce 20 mg/l.
Fungichromin je fungicid; aktivní dávka pro mošt 5 mg/l, ve víně nestabilní.
Mykostatin je fungicid; Sterilizuje médium nebo zastavuje fermentaci v dávce 25 mg/l, nestabilní.
Mycosubtilin je fungistatický; aktivní dávky pro mošt a víno jsou od 2 do 10 mg/l.
Patulin je neaktivní; byl identifikován v hroznech napadených zelenou hnilobou.
Pleocidin je fungistatický; aktivní dávky pro víno jsou od 2 do 20 mg/l.
Trichomycin je fungicid, který je méně účinný než mykostatin; dávka potřebná pro mošt a víno je 50 mg/l.
Viridin je fungicid; aktivní dávky pro mošt a víno jsou od 10 do 20 mg/l.

Jedna z oblastí tohoto výzkumu prošla zvláštním vývojem, a to ohledně vlivu pesticidů na mikroflóru hroznů a na fermentaci dužiny. Pesticid je chemický produkt, který se samostatně nebo ve směsi s jinými látkami používá jako insekticid, fungicid, herbicid atd. k hubení škůdců rostlin a plodin. V případě hroznů jsou pesticidy používané proti padlí, černé plísni a plísni šedé fungicidy.
Bylo by možné citovat mnoho prací publikovaných ve Francii a dalších zemích v oblasti studia účinků ošetření na plantážích hroznů na fermentaci. Patří sem díla: Minařík a Ragala, 1966; Gurter a spolupracovníci, 1966; Ehrenhardt a Jacob, 1968; Lemperle a spol., 1971; Belin a zaměstnanci, 1971; Casinyar, 1972.
Níže porovnáváme inhibiční účinek hlavních ošetřovacích přípravků přidaných v množství 10 mg/l do hroznového moštu naočkovaného kvasinkami.

Propagace a prodej komplexních potravinářských aditiv, antiseptik a dalších produktů.

“Septocylová antiseptika”

Septocyl. Domácí chemikálie, antiseptika.

“Petritest”

Mikrobiologické rychlé testy. První výsledky do 4 hodin.

“AlterStart”

Startéry, startovací kultury. Výroba jakéhokoli startéru pro jakýkoli účel.

5.5. Faktory inaktivace kvasinek

Ke zpomalení růstu nebo inaktivaci a usmrcení kvasinek se používají různé fyzikální a chemické faktory (a prostředky). Jejich účinnost do značné míry závisí na dávce (koncentraci) a délce expozice. Navíc vzájemná interakce faktorů může určovat jejich účinnost. Všechny mají v současnosti velký praktický význam.

5.5.1. Topení

Vysoké teploty inaktivují kvasinkové buňky. Při teplotách nad 55 °C kvasinky obvykle během několika minut odumírají. Na rozdíl od bakteriálních endospor jsou kvasinkové askospory a bazidiospory jen o málo tolerantnější k teplu než vegetativní buňky. Doba pro desetinásobný pokles populace (index D) při 55 °C je přibližně 5-10 minut a při 65 °C je to méně než 1 minuta. Se zvýšením teploty o 4-5°C se rychlost úhynu zvyšuje desetinásobně, to znamená, že index z je roven 4-5°C (jedná se o průměrné hodnoty). Kromě toho má složení potravinářského produktu významný vliv na rychlost inaktivace. Například hodnoty D pro Pichia anomala v ovocných šťávách jsou asi 6 minut při pH 3,95, 3 minuty při pH 3,0 a 2 minuty při pH 2,62. Tepelný odpor buněk klesá se zvyšující se kyselostí a zvyšuje se, jak klesá αω. Ovocné šťávy (pH asi 3,5) lze tedy konzervovat pasterizací, ale teplota nemusí být dostatečná pro uchování džemů se stejným pH, ale obsahujících více než 55 % cukru.

5.5.2. Zmrazení

Zmrazení nezpůsobí okamžitou smrt kvasinkových buněk, i když počet přeživších buněk ve zmrazeném stavu se časem snižuje. Stupeň a rychlost buněčné smrti při zmrazování závisí na řadě faktorů – teplota mrazu, rychlost poklesu teploty, doba strávená ve zmrazeném stavu a podmínky rozmrazování. Obecně platí, že čím vyšší je rychlost zmrazování a rozmrazování a čím nižší je skladovací teplota zmrazení, tím vyšší je procento přežívajících buněk. K tomu dochází v důsledku tvorby mikrokrystalů ledu, které snižují poškození buněk během zmrazování. Za takových podmínek je doba, po kterou jsou buněčné membrány vystaveny destruktivním účinkům zvyšujícího se osmotického tlaku, kratší. To vede k ryze praktickému závěru: kultivované kmeny kvasinek lze dlouhodobě skladovat při -80 °C a nejlepší způsob, jak kmeny uchovat, je rychle a hluboko zmrazit při teplotě par kapalného dusíku (-196 °C ).

5.5.3. Dehydratace

Snížení aktivity vody pod hodnoty, které umožňují růst kvasinek, lze dosáhnout různými způsoby. Jedna z nejstarších metod konzervace potravin, sušení, se stále úspěšně používá k potlačení růstu kvasinek v ovoci a zelenině (jako jsou rozinky, ořechy a fazole). Vysoká koncentrace cukru (50-60 %) nebo soli (5-10 %) také váže volnou vodu a zabraňuje růstu kvasinek (např. v džemech, sirupech, šunce a sojové omáčce). Některé xerotolerantní (osmofilní) kvasinky, jako jsou Zygosaccharomyces spp., jsou schopné pomalého růstu, zvláště pokud je vlhkost absorbována na povrchu potraviny.

Suché a koncentrované potraviny mají hladinu aktivity vody nižší než 0,70 a široká škála různých potravin, jako jsou sýry, uzeniny a pečivo, má hladiny aktivity vody mezi 0,85 a 0,95. Takové produkty se nazývají produkty se střední vlhkostí a pro zachování jejich kvality se používají jiné způsoby konzervace (chlazení, vakuové balení, balení v modifikované atmosféře, konzervační látky), jakož i jejich kombinace.

5.5.4. Ozáření

Různé typy ionizujícího záření (elektronové paprsky, rentgenové záření, gama záření s izotopy 60Co) se vyznačují vysokou energií a způsobují intenzivní buněčnou smrt. Ozařování potravinářských výrobků je již dlouho uznáváno jako jedna z účinných metod konzervace. Četné studie a nashromážděné výrobní zkušenosti umožnily jasně stanovit jeho nevýhody a výhody. Je třeba poznamenat, že stále existuje určitá averze spotřebitelů k ozářeným potravinářským produktům, ačkoli použití této metody je v mnoha zemích schváleno.

Žádná jiná technologie konzervace nebyla tak důkladně prozkoumána jako ozařování. Jeho aplikacím a biologickým důsledkům je věnováno velké množství vědecké a technické literatury. Uvádíme pouze několik těchto údajů týkajících se kvasinek. Výsledky studie radiační odolnosti některých druhů kvasinek jsou uvedeny v tabulce. 5.8. Radiační odolnost kvasinek je vyšší než u většiny vegetativních bakterií. Hodnota desetinásobného snížení počtu kvasinek je v rozmezí 0,1-0,5 kGy a dávka ozáření asi 5 kGy snižuje jejich počet o 10 logaritmických cyklů. Je třeba poznamenat, že křivky přežití mají často „ramena“, což značně komplikuje výpočet radiační dávky. Zdá se, že některé kvasinky, jako Trichosporon spp. nebo alespoň některé kmeny těchto druhů mají ještě vyšší radiační odolnost.

Při průmyslovém použití může gama záření v relativně nízkých dávkách (1-3 kGy) výrazně snížit kvasinkovou kontaminaci zkaženého ovoce a zvýšit jeho trvanlivost. Zvláště slibné je použití ozařování ke zvýšení trvanlivosti měkkých bobulí (například malin a jahod), které při tepelném a mrazicím zavařování ztrácejí na kvalitě a vzhledu.

Tabulka 5.8. Radiační odolnost některých kvasinek (podle [4])

* Počáteční počet buněk – 106-107/ml.

**Dávka potřebná k zabránění růstu po dobu 15 dnů.

5.5.5. Konzervační látky

Mírné chemické konzervanty na bázi organických kyselin (sorbová, benzoová, propionová a jejich soli) v koncentracích schválených pro použití v potravinářských výrobcích inhibují růst kvasinek. Účinnost těchto konzervačních látek je největší při nízkých hodnotách pH. Sorbát draselný je pro kvasinky účinnější než benzoát sodný. Některé druhy kvasinek, zejména Zygosaccharomyces bailii, jsou odolné vůči konzervačním látkám a jsou schopny se nejen přizpůsobit jejich vysokým koncentracím, ale také překonat svůj inhibiční účinek metabolizací a degradací konzervačních látek. Oxid siřičitý lze použít k dočasné konzervaci ovocné dužiny. Při kvašení vína se do hroznového moštu přidává siřičitan k inaktivaci divokých kvasinek (některé druhy Pichia a Candida, protože vinné kvasinky S. cerevisiae jsou méně citlivé na SO2).

5.5.6. Kombinované konzervárenské systémy

Pro šetrnější zpracování a uchování nutriční hodnoty a organoleptické kvality potravinářských výrobků při zajištění požadované úrovně bezpečnosti lze kombinovat konzervační metody a prostředky. Současné použití několika konzervačních faktorů je mnohými nazýváno „bariérovou technologií“ a vysvětluje se současným vytvořením několika „bariér“, které mikroorganismy nejsou schopny překonat. Tato analogie je skutečně dostačující, protože v tomto případě hovoříme o současném působení několika „bariér“, které se vzájemně synergicky ovlivňují. Tento přístup je založen na vývoji nových produktů a metod konzervace, například minimální tepelné a chladicí zpracování produktů, balení v modifikované atmosféře a vytváření produktů se střední vlhkostí.

Potravinářské výrobky jsou při minimální tepelné úpravě vystaveny mírnějším teplotám, obsahují méně kyselin, soli a cukru a výrazně méně konzervačních látek (siřičitany, dusitany, sorbová a benzoová kyselina), nicméně u takto konzervovaných potravin se obvykle používá skladování v chladničce [7] . Kombinace konzervačních faktorů je určena k ochraně produktu před růstem patogenních bakterií, ale ne vždy zabrání rozvoji DVPP. Typickým příkladem je ovoce a zelenina k přímé spotřebě, jejíž zpracování zahrnuje předčištění, loupání nebo krájení, mytí, dezinfekci a balení. Blanšírování se zároveň používá ke kontrole enzymatického hnědnutí a snížení počtu kvasinek, plísní a bakterií [5].

Potraviny se střední vlhkostí mají typicky αω pod 0,90, což je v kombinaci s nízkým pH, pasterizací nebo chlazením (skladováním v chladu) činí vhodnými pro dlouhodobé skladování. Kromě masných výrobků a sýrů jsou příklady potravin s mírným obsahem vlhkosti ovocné konzervy. Celé ovoce, naběračky, plátky nebo ovocné pyré lze konzervovat blanšírováním a úpravou αω v rozmezí 0,91-0,98 pomocí cukru. Hodnoty pH většiny ovoce se pohybují v rozmezí 3,1-3,5 a v případě potřeby je lze snížit přidáním kyseliny citronové. Kromě toho lze použít také siřičitany a sorbáty. Za takových podmínek jsou potenciálními kazícími se mikroorganismy kvasinky (zejména osmofilní kvasinky).

Balení s řízenou atmosférou (MAP) se často používá ke konzervaci čerstvých a minimálně zpracovaných potravin. U masných výrobků je snížení obsahu kyslíku uvnitř obalu dosaženo aplikací vakua, zatímco vlastní dýchání čerstvého ovoce a zeleniny upravuje plynné prostředí uvnitř obalu po jejich umístění do polopropustné nebo smršťovací fólie. V tomto případě se obsah kyslíku sníží na 3-5% a koncentrace CO2 se zvýší na 5-10%. Za těchto podmínek je výrazně omezen růst aerobních bakterií a plísní, ale je omezen růst kvasinek a bakterií mléčného kvašení, a to i v případě, že je produkt balen v modifikované atmosféře a skladován v chladírenských podmínkách.

5.5.7. Poškození a obnova kvasinkových buněk

Důležitým aspektem použití kombinovaných konzervačních metod je možnost přežití mikroorganismů. Subletální teploty nevedou vždy ke smrti kvasinkových buněk, ale pouze narušují jejich buněčnou strukturu a/nebo metabolismus. Při takové léčbě je možné poškození buněčných membrán, které způsobí ztrátu buněčných složek a narušení transportního mechanismu různých látek. Může být narušena aktivita enzymů, syntéza enzymů a regulace jejich metabolismu, stejně jako replikace a transkripce nukleových kyselin. Poškozené buňky se stávají příliš citlivými na faktory prostředí a mohou být inaktivovány následným ošetřením. Přesto se postupem času a za příznivých podmínek mohou některé buňky po částečném poškození zotavit a stát se schopnými reprodukce.

Tyto jevy lze v praxi využít různými způsoby. Především tvoří základ kombinovaných konzervačních technologií, tedy společného používání šetrných metod a konzervačních prostředků v dávkách, které by jednotlivě byly neúčinné. Při přípravě šarží průmyslově využívaných mikroorganismů (jako jsou suché pekařské droždí nebo mrazírenské droždí) jsou rovněž vyžadovány metody šetrné k buňkám. Je třeba poznamenat, že pokud kultivační podmínky neumožňují růst poškozených buněk, existuje riziko chybných výsledků při hodnocení a sledování mikrobiologické kvality potravinářských výrobků (viz kapitola 13).