کلر و ترکیبات آن: عمل ضد میکروبی کلر و ترکیبات آن بر اساس عمل قوی اکسید کنندگی و اتصال پروتئین ها می باشدو هر دو واکنش در متابولیسم آنزیمی سلولی میکروب دخالت دارد. عمل کلر با حضور مواد آلیمختل می شود زیرا به طور شیمیایی با آن ترکیب شده و بی اثر می شود. واکنش کلر با آمونیاک و ترکیبات آمونیومی نیز قدرت آن را کاهش می دهد. حرارت به طور قابل ملاحظه ای اثر کلر را افزایش می دهد. اسید هیپوکلریت بیشترین اثر ضد میکروبی را در میان اشکال متلف کلی دارد در PH حدود 5-4 غالب کلر به صورت HClO است. هیپوکلریت ها به عنوان ضد میکرب ارگانیزم هایی مانند ویروس ها، باکتری ها، اسپور باکتری ها، قارچ ها و مخمرها شناخته شده اند. فرم رویشی باکتری ها به کلر حساس تر است. میزان کلر برای نابودی کپک ها 10 برابر بیشتر از میزان کلر برای نابئدی باکتری هاست.
پراکسید هیدروژن (H2O2): این ماده ی شیمیایی یک ضد عفونی کننده است تا یک ممانعت کننده، عمل آن پایدار نیست زیرا به محض این که روی ماده ای اثر کرد، تجزیه می شود. عمل ضد میکروبی آن به علت خاصیت اکسید کنندگی آن است و باعث تغییرات برگشت ناپذیر به خصوص در سیستم آنزیمی می شود. اثر نابودکنندگی پرکسید هیدروژن اساسا روی باکتری هاست. در حالی که مخمرها و کپک ها برای نابودی نیاز به غلظت بالایی از پراکسید هیدروژن دارند. پراکسید هیدروژن برای استریلیزاسیون کاغذ بسته بندی در روش استریلیزاسیون UHT و در مواردی برای نابودی میکروب های شیر مورد استفاده قرار می گیرد. این ترکیب دارای اثرات سوء در مواد غذایی از جمله ایجاد بوی بد در غذا ست که به علت اکسیداسیون مواد غذایی می باشد. هم چنین سبب تخریب ویتامین C می شود.
لیزوزیم: یک آنزیم تجزیه کننده است که در بسیاری از سیستم های طبیعی مانند شیر، تخم مرغ و ... وجود دارد. لیزوزیم باکتری ها را در اتصال β(1-->4) بین N-استیل مورامیک اسید و N-استیل گلوکز آمین لایه ی پپتیدوگلیکان دیواره ی سلولی لیز (تجزیه) می کند. بنابراین باکتری های G- که دارای لایه ی مقاوم لیپو پروتئین و لیپو پلی ساکارید هستند نسبت به این آنزیم از بکتری های G+ مقاوم ترند. البته چنان چه این لایه در باکتری های G- با هر روشی آسیب ببیند، انزیم به لایه ی موکوپپتید (موکو: چسبندگی( نفوذ کرد و باعث لیز کردن کامل یا نسبی دیواره ی سلولی می شود. در بین مواد ضد میکروبی طبیعی شاید لیزوزیم بیشترین کاربرد را دارد و برای جلوگیری از یک فلور نامناسب در کره، شیر و پنیر مثلا جلوگیری از تولید باد کردگی دیررس توسط کلستریدیوم تایروبوتیریکم در پنیر به کار می رود.
کلرید سدیم: قرن ها نمک به عنوان معروف ترین ماده ی نگهدارنده برای گوشت، ماهی و سبزیجات مورد استفاده قرار گرفته است ولی امروزه بیشتر همراه با سایر مواد یا روش های ممانعت کنندگی میکروبی به کار می رود. غلظت نمک لازم برای جلوگیری از رشد میکروبی بستگی به PH، میزان آب، نوع میکروارگانیزم (از نظر هالوفیل یا هالوفوب بودن)، درجه حرارت، ترکیب شیمیایی محصول و حضور سایر مواد نگهدارنده دارد. دلایل متعددی برای جلوگیری از رشد میکروبی توسط نمک های طعام پیشنهاد شده است. اولین دلیل، اثر پلاسمولیتیک است. گرفتن آب، خروج اکسیژن، مداحله با آنزیم ها، تغییر PH و تولید یون های سدیم و کلر در غلظت های بالا که سمی هستند، از دلایل دیگر است.
شکر: مقدار کم شکر به عنوان منبع انرژی توسط بسیاری از میکروارگانیزم ها مصرف می شود ولی مقدار زیاد آن ممکن است روی میکروارگانیزم ها اثر ممانعت کنندگی داشته باشد چرا که ساکاروز باعث کاهش فعالیت آبی می شود. بنابراین عمل ممانعت کنندگی آن بستگی به چگونگی رشد ارگانیزم ها در رطوبت مختلف دارد. مکانیزم اثر نگهدارندگی قند ها از جمله ساکاروز، مشابه نمک است ولی تفاوت در غلظت نسبی مورد استفاده است. طوری که برای اثر مهارکنندگی یکسان، باید غلظت ساکاروز 6 برابر نمک طعام باشد. باکتری ها در برابر میزان ساکاروز از کپک ها و مخمرها حساس ترند. (اسموفیل ها میکروارگانیزم هایی هستند که قادر به رشد در غلظت های زیاد قندی هستند مثل زیگوساکارومایسس روکسی. هالوفیل ها میکروارگانیزم هایی هستند که قادر به رشد در غلظت های زیاد نمک هستند. اسمودیوریک قادر به رشد در غلظت زیاد قندی نمی باشند اما این غلظت را تحمل می کنند. هالودیوریک قادر به رشد در غلظت زیاد نمک نمی باشند اما این غلظت را تحمل می کنند.)
دی اکسید سولفور و سولفیدها: این ترکیبات وقتی در آب حل می شوند به سه صورت اسیدسولفورو (H2SO3)، سولفید هیدروژن (HSO3) و یون سولفید (SO32-) در تعادل هستند. در PH=1/7 مولکول غالب اسیدسولفورو می باشد. در PH حدود 1/7-5/1 سولفید هیدروژن و در PH بالای 5/1 یون سولفید فرم غالب است. بیشترین عمل ضد میکروبی مربوط به گاز محلول SO2 و اسید سولفورو تجزیه نشده است بنابراین هر چه PH کم تر باشد قدرت ضد میکروبی افزایش می یابد. اثر ضد میکروبی این ترکیبات بر روی باکتری ها بیش تر از قارچ هاست. از SO2 و سولفید برای نگهداری میوه و سبزیجات قبل و بعد از خشک کردن، هم چنین در محصولات گوشتی استفاده می شود. لازم به ذکر است که مصرف زیاد این ترکیبات می تواند اثر سمی بر روی انسان داشته باشد.
نیترات و نیتریت: نیترات منحصرا روی باکتری های غیر هوازی اثر ضد میکروبی دارد ولی رشد باکتری های هوازی را تقویت می کند. نیترات در پنیر، شیر و فراورده ای گوشتی مصرف می شود. عمل ضد میکروبی نیترات به تنهایی کم است و با تبدیل به نیتریت خاصیت ضد میکروبی را ایفا می کند. نیتریت معمولا به صورت نیترات سدیم استفاده می شود، عمل ضد میکروبی نیتریت بر اساس تولید اسید نیترو می باشد. هم چنین به علت تولید اکسید ازت از اسید نیترو عمل ضد میکروبی این ترکیب صورت می گیرد. این ترکیبات با مختل کردن سیستم دهیدروژناز باعث عمل ممانعت کنندگی می شوند. خاصیت ضد میکروبی نیتریت با کاهش PH افزایش می یابد. قارچ ها و مخمرها تحت تاثیر نیتریت قرار نمی گیرند و عمل آن ها منحصرا ضد باکتریایی است. لازم به ذکر است که واکنش نیتریت با آمین ها تولید نیتروز آمین می کند که سرطان زا و جهش زاست لذا استاندارد بسیاری از کشور ها مصرف نیتریت را مجاز نمی دانند.
آنتی بیوتیک ها: انتی بیوتیک ها متابولیت های ثانویه ی تولید شده به وسیله ی میکروارگانیزم ها هستند مه اثر بازدارندگی یا کشندگی روی طیف وسیعی از میکروارگانیزم های دیگر را دارند. اکثریت انواع مفید این ترکیبات توسط کپک ها و باکتری های جنس استرپتومایسس تولید می شود. به طور کلی آنتی بیوتیک ها ترکیبات ضد باکتری بوده و فعالیت آن ها به PH بستگی ندارد، آنتی بیوتیک هایی که در مواد غذایی استفاده می شوند باید رخصوصیات زیر را داشته باشند:
1. حتما باکتری ها را از بین ببرند.
2. به وسیله ی ترکیبات غذایی غیر فعال شوند.
3. باعث ایجاد میکروارگانیزم مقاوم نشود.
4. خاصیت سمی نداشته باشد.
از آنتی بیوتیک های مهمی که در مواد غذایی استفاده می شوند:
· تتراسایکلین ها (شامل الترا تتراسایکلین و کلرو تتراسایکلین) که جهت به تاخیر انداختن فساد در مواد غذایی گوشتی استفاده می شود. مشکل کاربرد این آنتی بیوتیک ها این است که علی رغم از بین بردن این باکتری ها محیط را برای رشد و تکثیر قارچ ها مناسب می سازند و لذا بایستی همراه این آنتی بیوتیک از یک ترکیب ضد قارچی نظیر سوربات ها استفاده شود.
· نایسین که توسط باکتری استرپتوکوکوس لاکتیس تولید می شود، آنتی بیوتیکی است که برای مصرف ماده ی غذایی مجاز شناخته شده و بیشتر در پنیر و فراورده های نان برای جلوگیری از فساد کلستریدیوم ها استفاده می شود.
· سوبتیلین آنتی بیوتیک دیگری است که در کنسرو ها استفاده می شود. این آنتی بیوتیک ساختمان پلی پپتیدی مشابه نایسین داشته و در جلوگیری از فساد و تشکیل توکسین توسط کلستریدیوم بوتولینوم موثرتر از نایسین است. سوبتیلین در کنسرو هایی که حرارت ملایم می بینند، استفاده می شود. در غذاهای اسیدی حرارت دیده، نایسین موثرتر است.
· تایروزین نیز در کنسرو ها کاربرد دارد و موثرتر از نایسین است. آنتی بیوتیک های نایسین و سوبتیلین در مرحله ی ظهور سلول های رویشی از اسپورها عمل می کند اما تایروزین بر اسپورها موثر است.
· پیمارسین آنتی بیوتیک دیگری است که اولین بار توسط استرپتومایسس ناتالنسیس (Streptomyces natalansis) جدا شده و پیمارسین دارای عمل ضد میکروبی روی کپک ها و مخمرها و باکتری هاست و بر روی غشای سلولی اثر می کند. به علت عمل قوی آن بر روی کپک ها به صورت سوسپانسیون بر روی سطح پنیر به کار می رود. هم چنین رشد کپک ها در سوسیس خام را می توان با فرو بردن آن در محلول 0/1-0/25% پیمارسین جلوگیری کرد.
نگهداری مواد غذایی با استفاده از پرتودهی:
به طور کلی اشعه های مورد استفاده در صنایع غذایی به دو صورت اشعه های حرارتی و اشعه های یویزه کننده هستند که تشعشعات یونیزه کننده از بیشترین اهمیت در صنایع غذایی برخوردارند. از اشعه های حرارتی نظیر ماکروویو و مادون قرمز برای گرم کردن مواد غذایی استفاده می شود، هر چند اشعه فرابنفش که آن هم غیر یونیزه کننده است سبب مرگ میکروارگانیزم ها می شود. اشعه های یونیزه کننده نظیر ایکس و گاما نیز اصولا جهت استریلیزاسیون و نگهداری مواد غذایی استفاده می شود.
راحت ترین و ارزان ترین اشعه برای استفاده در صنایع غذایی اشعه ی گاماست که برای تهیه آن از کبالت و سزیم استفاده می شود. یون هایی که در اثر تابش در مواد غذایی تولید می گردند، بلافاصله از طریق تغییر ساختمان دیواره ی سلولی و تاثیر روی فعالیت آنزیم های متابولیکی میکروارگانزم ها آن را زخمی کرده یا از بین می برند. به هر حال مهم ترین تاثیر روی مولکول های DNA یا RNA سلول می باشد که برای رشد و تکثیر لازم هستند.
هنگام بررسی اثر اشعه بر روی میکروارگانیزم ها چند فاکتور باید مد نظر قرار بگیرد که عبارتند از:
1. نوع میکروارگانیزم: ویروس ها نسبت به پرتودهی مقاوم هستند و با سطوح دزهای قابل استفاده در عمل آوری تجاری تحت تاثیر قرار نمی گیرند. در مورد باکتری ها به طور کلی باکتری های اسپورزا مقاوم تر از باکتری های بدون اسپور هستند، هم چنین باکتری های G+ نسبت به باکتری های G- در مقابل اشعه مقاوم ترند. سودومناس و فلاووباکترها حساس ترین باکتری ها نسبت به اشعه هستند. در مقایسه با باکتری ها کپک ها و مخمرها نسبت به اشعه حساس ترند. حشرات و انگل ها حساس ترین موجودات به اشعه اندو پایین ترین دز مورد استفاده در تجارت را نیاز دارند.
2. تعداد ارگانیزم ها: هنگام استفاده از میزان مشخصی از اشعه با افزایش تعداد سلول ها اثر اشعه کاهش می یابد. پس هر چه بار میکروبی بیشتر باشد، دز مورد استفاده نیز باید بیشتر باشد.
3. ترکیب ماده ی غذایی: به طور کلی وقتی میکروارگانیزم ها به صورت سوسپانسیون در محلول های بافر قرار بگیرند در مقایسه با حالتی که در محیط حاوی پروتئین قرار داشته باشند، نسبت به اشعه حساس ترند. پروتئین ها اثر محافظت کنندگی در مقابل اشعه دارند.
4. حضور یا عدم حضور اکسیژن: مقاومت میکروارگانیزم ها نسبت به اشعه در غیاب اکسیژن بیشتر از حالتی است که اکسیژن حضور داشته باشد. افزودن مواد احیا کننده نظیر ترکیبات سولفیدریل اثر مشابهی در افزایش اثر مقاومت سلول نسبت به اشعه در یک محیط هوازی دارند.
5. حالت فیزیکی ماده غذایی: به طور کلی مقاومت سلول های خشک نسبت به اشعه بیشتر از سلول های مرطوب می باشد. هم چنین مقامت سلول های منجمد در مقابل اشعه بیشتر از سلول های غیر منجمد است.
6. سن ارگانیزم: باکتری های در فاز تاخیری و دقیقا قبل از تقسیم سلولی بیشترین مقاومت را نسبت به اشعه از خود نشان می دهند. حساسیت سلول ها با ورود آن ها به فاز لگاریتمی افزایش می یابد و در انتهای این فاز، مقاومت آن ها به حداقل می رسد.
برای مواد غذایی سه سطح پرتوافکنی وجود دارد که عبارتند از:
1. Radappertization: هدف از این سطح اشعه نابودی اسپور های کلستریدیوم بوتولینوم در مواد غذایی کم اسید است و مقدار دز لازم از اشعه برای این منظور حدود 4/1 مگاراد (MRad) یا 41 کیلو گری (KGray) است (راد و گری از جمله واحدهای اندازه گیری اشعه هستند). به این نوع استریلیزاسیون به دلیل عدم تولید حرارت در طی فرایند استریلیزاسیون سرد گفته می شود.
2. Radurization: معادل پاستوریزاسیون بوده و مقدار دز لازم از اشعه حدو 0/25-1 MRad می بشاد.
3. Radicidation: این سطح از تشعشع برای نابود کردن برخی میکروارگانیزم های خاصی استفاده می شود. مقدار دز لازم از اشعه برای این سطح 0/75-2/5 KGray می باشد.
لازم به ذکر است که پرتو افکنی مواد غذایی علی رغم اثرات مفید زیاد آن دارای یک سری اثرات سوء نیز می باشد مثلا در اثر تشعشع پروتئین ها به پپتیدها و در نهایت به H2S و آمین ها تبدیل می شود که مواد تولید شده علاوه بر نامطلوب کردن طعم، ضررهای دیگری نیز دارند. هم چنین پرتوافکنی باعث تجزیه ی رنگ ریزه ها و ویتامین های موجود در غذاها شده و در این بین ویتامین های مخلوط در چربی ها حساس ترند به طور کلی تشعشع باعث یونیزه شدن اسید های چرب و تولید رادیکال های آزاد اسید های چرب شده و در نتیجه سبب اکسیداسیون چربی ها و تند شدن آن ها می شود.
نگهداری مواد غذایی با استفاده از دمای پایین:
استفاده از دماهای پایین جهت نگهداری مواد غذایی بر این اساس استوار است که فعالیت میکروارگانیزم های موجود در مواد غذایی در حرارت های بالای انجماد کند و به طور عمومی در حرارت های پایین تر از انجماد متوقف می گردند چرا که تمامی واکنش های متابولیکی ارگانیزم ها توسط آنزیم کاتالیز می شود و سرعت واکش های آنزیمی نیز به درجه حرارت وابسته است. به طوری که با کاهش هر 10 درجه سانتی گراد، سرت واکنش آنزیمی نصف می شود، تاثیر دمای پایین بر روی همه ی میکروارگانیزم ها یکسان نیست، همان طور که می دانید میکروارگانیزم ها بر اساس اپتیمم درجه حرارت مورد نیاز و حداقل و حداکثر دمای رشد و زندمانی آن ها تقسیم بندی می شوند. به طوری که میکروارگانیزم های سرمادوست و سرمازی در دمای پایین زنده مانده یا آن را تحمل می کنند. در حالی که دمای پایین، رشد اکثر میکروارگانیزم های مزوفیل و ترموفیل را متوقف نموده یا آن ها را از بین می برد. از جماه عواملی که سبب زنده ماندن و تحمل ارگانیزم های سرمادوست و سرمازی در دمای پایین می شود، میزان بیشتر اسید های چرب غیر اشباع در دیواره ی سیتوپلاسمی آن ها می باشد. چرا که اسید های چرب غیر اشباع باعث فعال نگهداشتن غشای سلولی شده و حیات سلول میکروبی نیز به طور کلی بستگی به عملکرد غشاء دارد. در مقابل از جمله عللی که باعث می شود میکروارگانیزم های مزوفیل و ترموفیل در دماهای پایین متوقف شوند عبارتند از:
1. در دمای پایین تعداد پیوند هیدروژنی افزایش یافته و بدین ترتیب پیچیدگی پروتئین ها بیشتر می شود و این پیچیده تر شدن پروتئین ها باعث کاهش فعالیت می شود.
2. در دماهای پایین فعالیت آنزیم های چنین میکروارگانیزم هایی مختل شده و لذا نمی توانند رشد بکنند و هم چنین در دمای پایین تولید ATP کاهش می یابد.
3. ساختار غشای سلولی میکروارگانیزم های مزوفیل و ترموفیل در دماهای پایین آسیب دیده و باعث ایجاد اشکال می شود.
نگهداری مواد غذایی با استفاده از حرارت:
علت ستفاده از حرارت در نگهداری مواد غذایی اثر تخریبی آن بر روی میکروارگانیزم هاست. منظور از درجه حرارت های بالا دماهایی بیش از دمای محیط اطراف است. به طور معمول برای نگهداری مواد غذایی از دو نوع فرایند حرارتی پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون استفاده می شود. هدف از پاستوریزاسیون از بین بردن کلیه ی میکروارگانیزم های بیماری زا و از بین بردن یا کاهش تعدادی از میکروارگانیزم های عامل فساد در برخی از مواد غذایی است. استریلیزاسیون به معنی تخریب تمام ارگانیزم های زنده ای است که قابل اندازه گیری هستند. برای مواد غذایی کنسرو شده اصطلاح استریلیزاسیون تجاری استفاده می شود. این اصطلاح بیان گر این نکته است که هیچ ارگانیزم زنده ای با روش های کشت معمول قابل اندازه گیری نیست و یا اینکه تعداد ارگانیزم های زنده آن به قدری کم است که تحت شرایط کنسرو کردن و نگهداری ماده ی غذایی در انبار هیچ اهمیتی ندارد.
عموما مقاومت حرارتی میکروارگانیزم ها به دمای اپتیمم رشدشان بستگی دارد. سایکروفیل ها حساس ترین میکروارگانیزم ها به حرارت هستند و پس از آن ها به ترتیب مزوفیل ها و ترموفیل ها قرار دارند. مقاومت حرارتی میکروارگانیزم های اسپورزا بیشتر از میکروارگانیزم های بدون اسپور است. باکتری های G+ مقاوم تر از باکتری های G- هستند. هم چنین کوکسی ها (باکتری های کروی) از میله ای های غیر اسپورزا مقاوم ترند و حساسیت کپک ها و مخمرها به حرارت، در حد متوسط است.
نگهداری مواد غذایی با استفاده از فرایند خشک کردن:
طولانی کردن زمان نگهداری مواد غذایی به روش خشک کردن بر اساس نیاز میکروارگانیزم ها و آنزیم ها به آب برای فعالیت استوار است. در نگهداری مواد غذایی با این روش رطوبت آن ها تا حدی کم می گردد که از میکروارگانیزم های عامل فساد و مسمویت غذایی جلوگیری شود اگر چه برخی میکروارگانیزم ها طی فرایند خشک کردن از بین می روند. ولی اندوسپور باکتری ها، اسپور مخمرها و کپک ها و برخی از باکتری های G- و G+ زنده باقی می مانند. برخی از انگل های آلوده کننده نیز در طی فرایند خشک کردن ماده ی غذایی زنده می مانند. به طور کلی سلول های جوان نسبت به سلول های پیر حساسیت بیشتری نسبت به خشک کردن دارند.
