Τεχνολογία Εµποδίων Ορισµός Οι διάφορες τεχνικές συντηρήσεως των τροφίµων βασίζονται στην καθυστέρηση ή παρεµπόδιση της µικροβιακής αναπτύξεως, µε τη χρήση παραγόντων οι οποίοι επηρεάζουν την ανάπτυξη και την επιβίωση των µικροοργανισµών, όπως θερµοκρασία, ενεργότητα ύδατος (aw), δυναµικό οξειδοαναγωγής (Eh), pH, διαθέσιµα υποστρώµατα, παρουσία ή απουσία οξυγόνου, συγκέντρωση διαλυτών ουσιών και συντηρητικά. Η χρήση ανασταλτικών παραγόντων σε συνδυασµό µπορεί να αποβεί πλεονεκτικότερη από την εφαρµογή ενός µόνον εντόνου παράγοντα. Ο Leistner εισήγαγε την έννοια της επιδράσεως εµποδίων, για να αποδείξει ότι στα περισσότερα παραδοσιακά και σύγχρονα τρόφιµα, υπάρχει ένας αριθµός συντηρητικών παραγόντων (εµπόδια) ο οποίος δεν θα πρέπει να υπερνικηθεί από τους µικροοργανισµούς ώστε να εξασφαλισθεί η µικροβιακή σταθερότητα και ασφάλεια του τροφίµου. Από την κατανόηση της επιδράσεως εµποδίων προέκυψε η Τεχνολογία Εµποδίων. Η εφαρµογή της απόψεως αυτής, είναι συνώνυµη µε τους όρους ενωµένες µέθοδοι ή ενωµένες διεργασίες ή συνδυασµένη συντήρηση ή συνδυασµένες τεχνικές, είναι γνωστή ως Hurdle Technology στα αγγλικά, Hürden-Technologie στα γερµανικά, Technologie des Barriéres στα γαλλικά, Tecnologia degli Ostacoli στα ιταλικά και Métodos Combinados στα ισπανικά. Εφ' όσον ο έξυπνος συνδυασµός εµποδίων εξασφαλίζει τη µικροβιακή σταθερότητα και ασφάλεια, καθώς επίσης και τα οργανοληπτικά, θρεπτικά και οικονοµικά χαρακτηριστικά των τροφίµων, η τεχνολογία εµποδίων αποδεικνύεται µια επιτυχηµένη τεχνολογία για τη συντήρηση των τροφίµων. Παραδείγµατα Εµποδίων Για κάθε σταθερό και ασφαλές προϊόν υπάρχει µια σειρά εγγενών εµποδίων, η οποία διαφέρει σε ποιότητα και ένταση εξαρτωµένου από το ιδιαίτερο προϊόν. Όµως, σε κάθε περίπτωση, τα εµπόδια πρέπει να διατηρούν τον κανονικό πληθυσµό των µικροοργανισµών στο τρόφιµο αυτό υπό έλεγχο. Οι υπάρχοντες µικροοργανισµοί (στην εκκίνηση) σε ένα τρόφιµο δεν θα πρέπει να είναι ικανοί να υπερνικήσουν (υπερπηδήσουν) τα υπάρχοντα εµπόδια, άλλως το τρόφιµο θα αλλοιωθεί ή ακόµη θα προκαλέσει τροφοδηλητηρίαση. Η επίδραση των εµποδίων αναπαρίσταται στο σχήµα 1, το οποίο δίδει 8 παραδείγµατα. Το παράδειγµα 1 αντιπροσωπεύει ένα τρόφιµο µε 6 εµπόδια, ήτοι: υψηλή θερµοκρασία κατά την επεξεργασία (τιµή F), χαµηλή θερµοκρασία αποθηκεύσεως (τιµή t), ενεργότητα ύδατος (aw), οξύτητα (pH), δυναµικό οξειδοαναγωγής (Eh) για το προϊόν και την παρουσία συντηρητικού. Οι υπάρχοντες µικροοργανισµοί δεν µπορούν να υπερνικήσουν τα εµπόδια αυτά και έτσι το τρόφιµο είναι µικροβιολογικώς σταθερό και ασφαλές. Όµως, το παράδειγµα 1 είναι απλώς µια θεωρητική περίπτωση, επειδή όλα τα εµπόδια έχουν το ίδιο ύψος, δηλαδή έχουν την ίδια ένταση και τούτο συµβαίνει σπάνια. Μια πιο πιθανή περίπτωση είναι το παράδειγµα 2, εφ' όσον η µικροβιακή σταθερότητα του τροφίµου βασίζεται σε εµπόδια διαφορετικής εντάσεως. Στο προϊόν αυτό τα κύρια εµπόδια είναι η aw και τα συντηρητικά, ενώ άλλα λιγότερο σπουδαία εµπόδια είναι η θερµοκρασία αποθηκεύσεως, το pH και το Eh. Τα πέντε αυτά εµπόδια είναι επαρκή για την αναστολή των συνηθισµένων τύπων και αριθµών µικροοργανισµών που συνδέονται µε ένα τέτοιο προϊόν. Αν υπάρχουν λίγοι µικροοργανισµοί κατά την "εκκίνηση", όπως στο παράδειγµα 3, τότε λίγα ή χαµηλά εµπόδια είναι επαρκή για τη σταθερότητα του προϊόντος. Η υπερκαθαρή ή ασηπτική επεξεργασία των ευαλλοιώτων τροφίµων βασίζεται στην αρχή αυτή. Το ίδιο ισχύει αν το αρχικό φορτίο των φρούτων υψηλής υγρασίας µειωθεί ουσιαστικά µε ζεµάτισµα σε ατµό, επειδή µετά την επεξεργασία αυτή θα υπάρχουν κατά την εκκίνηση µόνο λίγοι µικροοργανισµοί. Αν τώρα υπάρχουν πολλοί µικροοργανισµοί κατά την εκκίνηση λόγω κακών συνθηκών υγιεινής, όπως στο παράδειγµα 4, τα συνήθως εγγενώς υπάρχοντα εµπόδια δεν επαρκούν για να αναστείλουν την αλλοίωση ή την τροφοδηλητηρίαση. Το παράδειγµα 5 αντιπροσωπεύει ένα τρόφιµο πλούσιο σε θρεπτικά και βιταµίνες, το οποίο θα υποθάλπει την ανάπτυξη των µικροοργανισµών (καλείται "επίδραση εφαλτηρίου ή τραµπολίνου") και τα εµπόδια σε ένα τέτοιο προϊόν πρέπει να ενισχυθούν, άλλως θα υπερνικηθούν. Το παράδειγµα 6 παριστά ένα τρόφιµο στο οποίο υπάρχουν υποθανάτια βεβλαµένοι οργανισµοί. Για παράδειγµα, αν οι βακτηριακοί σπόροι σε προϊόντα κρέατος βλαφθούν µε θέρµανση κοντά στο θάνατο, τότε οι βλαστικές µορφές που προκύπτουν από τους σπόρους αυτούς δεν παρουσιάζουν ζωτικότητα (ικµάδα) και έτσι αναστέλλονται µε λιγότερα ή χαµηλότερα εµπόδια. Σε µερικά τρόφιµα η σταθερότητα επιτυγχάνεται κατά την επεξεργασία µε µια αλληλουχία εµποδίων, τα οποία είναι σπουδαία σε διάφορα στάδια της διεργασίας της ωριµάνσεως και οδηγούν σε ένα σταθερό τελικό προϊόν. Το παράδειγµα 7 παριστάνει την αλληλουχία των εµποδίων σε ένα σαλάµι ζυµώσεως. Τελικώς, το παράδειγµα 8 αναφέρεται στην πιθανή συνεργιστική δράση των εµποδίων, τα οποία πιθανώς συσχετίζονται µε πολλαπλών στόχων διαταραχή της οµοιοστασίας των µικροοργανισµών στα τρόφιµα. Σχήµα 1. Απεικόνιση της επιδράσεως των εµποδίων µε τη χρήση οκτώ παραδειγµάτων. F= θέρµανση, t = ψύξη, aw = ενεργότητα ύδατος, pH= οξύνιση, Eh= δυναµικό οξειδο-αναγωγής, pres = συντηρητικά, K-F= ανταγωνιστική χλωρίδα, V= βιταµίνες, N= θρεπτικά. Τα Εµπόδια Σήµερα οι καταναλωτές απαιτούν λιγότερο έντονα επεξεργασµένα τρόφιµα, µε µειωµένα πρόσθετα, φυσικά και νωπά. Τούτο ωθεί τους παρασκευαστές τροφίµων να επιλέγουν ηπιότερες τεχνικές συντηρήσεως των τροφίµων. Η άποψη της τεχνολογίας εµποδίων µπορεί να βοηθήσει προς την κατεύθυνση αυτή. Μέχρι τώρα έχουν ταυτοποιηθεί περίπου 50 διαφορετικά εµπόδια. Παρακάτω θα αναφερθούν τα πλέον σπουδαία εµπόδια και ιδιαιτέρως αυτά τα οποία είναι σπουδαία για την ασφάλεια και σταθερότητα, µάλλον αυθαίρετα, και µετά διαίρεση σε τρεις υποοµάδες τα φυσικά, φυσικοχηµικά και µικροβιακώς παραγόµενα εµπόδια. Η συζήτηση αποτελεί περίληψη του Final Report of FLAIR Concerted Action No 7, Subgroup B και όπως περιγράφεται από τον Bøgh-Sørensen (1994). Φυσικά Εµπόδια Τα περισσότερα εµπόδια της υποοµάδος αυτής αποτελούν επεξεργασίες οι οποίες χρησιµοποιούνται στη βιοµηχανία τροφίµων. Όταν οι χρησιµοποιούµενες επεξεργασίες αποσκοπούν στη θανάτωση των µικροοργανισµών, είναι αναγκαίο το τρόφιµο να προστατευθεί από την επιµόλυνση. Θερµική Επεξεργασία Βασικός στόχος της θερµικής επεξεργασίας είναι η αδρανοποίηση (θανάτωση, καταστροφή) των µικροοργανισµών και των ενζύµων. Όταν η θερµική επεξεργασία χρησιµοποιείται για τη θανάτωση των µικροοργανισµών είναι αναγκαίο το τρόφιµο να προστατευθεί από την επιµόλυνση µε ερµητική συσκευασία. Οι θερµικές επεξεργασίες που χρησιµοποιούνται κατά τη συντήρηση των τροφίµων είναι η αποστείρωση, η παστερίωση και το ζεµάτισµα. Αποστείρωση: Η αποστείρωση έχει σαν στόχο την καταστροφή του πλέον ανθεκτικού σπόρου του µικροοργανισµού που ενδιαφέρει. Στα τρόφιµα χαµηλής οξύτητος (pH>4,5) θα πρέπει να µειώνει τους σπόρους του C. botulinum κατά ένα παράγοντα 1012, ήτοι να δίδεται µια τιµή F0=2,5 min ή ανωτέρα (συχνά 3 min) και η οποία καταλήγει σε 12 δεκαδικές ελαττώσεις του πληθυσµού. Για τρόφιµα µε pH<4,5 συνήθως χρησιµοποιούνται θερµοκρασίες κάτω των 100°C καθώς το C. botulinum δεν αναπτύσσεται σε pH<4,6. Μοναδικό Εµπόδιο: Τα κονσερβοποιηµένα τρόφιµα πρέπει να είναι ερµητικά κλειστά. Θα πρέπει να δίδεται µια τιµή F0=2,5 min έναντι του C. botulinum, όµως µικρότερες τιµές F0 µπορεί να είναι επαρκείς για κονσερβοποιηµένα αλατισµένα προϊόντα κρέατος. Υψηλότερες τιµές F0 µπορεί να είναι απαραίτητες για να εξασφαλισθεί η σταθερότητα τροφίµων χαµηλής οξύτητος. Παστερίωση: Περιλαµβάνει συνήθως θέρµανση σε θερµοκρασία µεταξύ 65 και 85°C, ανάλογα µε το προϊόν. Οι κανονικές θερµοκρασίες είναι 65-75°C. Αδρανοποιεί βλαστικές µορφές µικροοργανισµών και ένζυµα, όµως οι σπόροι παραµένουν ζωντανοί. Εδώ δεν εφαρµόζεται το στοιχείο του µοναδικού εµποδίου και η παστερίωση πάντοτε συνδυάζεται µε κάποια άλλη µέθοδο συντηρήσεως. Επίσης, απαραίτητη είναι η συσκευασία σε ερµητικά κλειστά δοχεία. Ζεµάτισµα: Το ζεµάτισµα είναι µια θερµική επεξεργασία στους 70-100°C, η οποία χρησιµοποιείται κυρίως για την αδρανοποίηση των ενζύµων πριν από την περαιτέρω επεξεργασία (κατάψυξη, αφυδάτωση). Κατά την θέρµανση αυτή συµβαίνει ουσιαστική ελάττωση του µικροβιακού πληθυσµού. ∆εν εφαρµόζεται το στοιχείο του µοναδικού εµποδίου και πάντοτε πρέπει συνδυάζεται µε κάποια άλλη µέθοδο συντηρήσεως. Θερµοκρασία Αποθηκεύσεως Μπορούµε να διακρίνουµε δύο περιπτώσεις θερµοκρασιών αποθηκεύσεως, τις θερµοκρασίες ψύξεως και τις θερµοκρασίες καταψύξεως. Η αποθήκευση σε θερµοκρασία περιβάλλοντος (δωµατίου) δεν αποτελεί εµπόδιο. Θερµοκρασία Ψύξεως: Κανονικά οι θερµοκρασίες ψύξεως βρίσκονται µεταξύ -1 και +15°C. Για ευαλλοίωτα προϊόντα όπως κρέας, ψάρια, γαλακτοκοµικά, έτοιµα για φάγωµα πιάτα κλπ, οι θερµοκρασίες ψύξεως κυµαίνονται από -1 µέχρι κατά µέγιστο +7°C. Σε µερικές χώρες η µεγίστη θερµοκρασία είναι 8°C. Τα θερµοκρασιακά αυτά όρια σχετίζονται µε την ελαχίστη θερµοκρασία για την ανάπτυξη παθογόνων µικροοργανισµών. Για τα περισσότερα φρούτα και λαχανικά, µια θερµοκρασία αποθηκεύσεως κοντά στους 0°C θα αυξήσει το χρόνο ζωής. Όµως, µερικά νωπά φρούτα και λαχανικά, κυρίως τροπικά και υποτροπικά και τα οποία αναπνέουν (κλιµακτηρικά) παθαίνουν βλάβη λόγω ψύχους και έτσι θα πρέπει να αποθηκεύονται στην κατάλληλη κατά περίπτωση θερµοκρασία, π.χ. τοµάτες 8-10°C, µπανάνες 1214°C, αγγούρια 8°C κλπ. Για µερικά τρόφιµα η χαµηλή θερµοκρασία είναι η µοναδική µέθοδος συντηρήσεως και έτσι αποτελεί το µοναδικό εµπόδιο. Σε άλλες όµως περιπτώσεις χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια όπως συσκευασία, παστερίωση, αλάτιση κλπ. Θερµοκρασίες Καταψύξεως: Η κατάψυξη κανονικά περιλαµβάνει ταπείνωση της θερµοκρασίας και αποθήκευση στους -18°C ή παρακάτω, αν και σε µερικές χώρες χρησιµοποιούνται θερµοκρασίες -10 ή -12°C. Στους -8°C περίπου πρακτικά δεν συµβαίνει ανάπτυξη µικροοργανισµών, ενώ η υποβάθµιση της ποιότητος µπορεί να λάβει χώρα και στους -30°C ή και χαµηλότερες. Η κατάψυξη χρησιµοποιείται ως το µοναδικό εµπόδιο, όπως µπορεί να συνδυασθεί και µε άλλα εµπόδια όπως ζεµάτισµα, συσκευασία, κλπ. Ακτινοβολία Οι διεργασίες µε ακτινοβολίες χρησιµοποιούν συχνότητες 109 MHz ή µεγαλύτερες, οι οποίες έχουν επαρκή ενέργεια για να διεγείρουν ή να καταστρέψουν οργανικά µόρια. Εδώ θα αναφερθούν η υπεριώδης (UV) και η ιοντίζουσα ακτινοβολία, ενώ οι υπόλοιπες θα αναφερθούν σε άλλο σηµείο. Υπεριώδης Ακτινοβολία: Η υπεριώδης ακτινοβολία καταλαµβάνει στο ηλεκτροµαγνητικό φάσµα την περιοχή µεταξύ 8×108 έως 3×1011 MHz και µήκη κύµατος κάτω των 450 nm. Το πλέον αποτελεσµατικό για την καταστροφή των µικροοργανισµών µήκος κύµατος είναι τα 260 nm. Η συνήθης πηγή UV είναι η λυχνία υδραργύρου χαµηλής πιέσεως, µε περίπου το 80% της εκποµπής στα 254 nm. Τα Gram- βακτήρια θανατώνονται πιο εύκολα από την UV, ενώ οι σπόροι και οι ευρώτες είναι πιο ανθεκτικοί. Η UV χρησιµοποιείται για την απολύµανση του αέρα και επίσης υγρών σε λεπτές στιβάδες µεγίστου πάχους 1 cm. Η UV µπορεί να καταστρέψει µικρόβια στις επιφάνειες, οι οποίες ακτινοβολούνται άµεσα και µόνο όταν η επιφάνειες έχουν καθαρισθεί καλά. Μπορούν να χρησιµοποιηθούν για την "αποστείρωση" των συσκευασιών, π.χ. τρόφιµα σε λεπτές πλαστικές σακούλες. Η UV δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως µοναδικό εµπόδιο. Συνδυάζεται µε συσκευασία, ψύξη, θερµική επεξεργασία κλπ. Ιοντίζουσα Ακτινοβολία: Η ιοντίζουσα ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από πολύ υψηλό ενεργειακό περιεχόµενο και µπορεί να είναι ή ακτινοβολία β ή ακτινοβολία γ. Η ιοντίζουσα ακτινοβολία µπορεί να θανατώσει τους µικροοργανισµούς και τούτο εξαρτάται από τη δόση. Για τη µείωση του πληθυσµού κατά ένα εκατοµµυριοστό απαιτείται δόση 1-10 kGy για τις βλαστικές µορφές των βακτηρίων και τις ζύµες και περίπου 10-50 kGy για τους βακτηριακούς σπόρους. Η µέθοδος έχει ως πλεονέκτηµα την µη εφαρµογή θερµότητος, πράγµα που σηµαίνει ότι το τρόφιµο µετά την ακτινοβόληση είναι "νωπό". Μειονεκτήµατα αποτελούν η πιθανή ανάπτυξη κακών γεύσεων και οσµών και ο σκεπτικισµός των καταναλωτών. ∆όσεις 5 kGy περίπου είναι επαρκείς για τη θανάτωση ή αδρανοποίηση των περισσοτέρων παθογόνων και αλλοιούντων οργανισµών. Η ακτινοβόληση των µπαχαρικών µε δόση 10 kGy µπορεί να µειώσει σηµαντικά το βακτηριακό φορτίο, καθ' όσον τα µπαχαρικά περιέχουν υψηλά φορτία µικροοργανισµών. Καθώς η νοµοθεσία καθορίζει ως µεγίστη δόση τα 10 kGy, η ιοντίζουσα ακτινοβολία πρέπει να συνδυάζεται µε άλλα εµπόδια, όπως η ψύξη. Τα ακτινοβοληµένα τρόφιµα θα πρέπει να είναι συσκευασµένα για να αποφευχθεί η επιµόλυνση. Ηλεκτροµαγνητική Ενέργεια Η ηλεκτροµαγνητική ενέργεια (EME) προκύπτει από ηλεκτρικά πεδία υψηλού δυναµικού, τα οποία αντιστρέφουν την πολικότητα τους εκατοµµύρια φορές ανά δευτερόλεπτο (συχνότητα). Τα µικροκύµατα τα οποία µεταφέρουν την ΕΜΕ µπορούν να ανακλαστούν, µεταδοθούν ή να απορροφηθούν. Στην τελευταία περίπτωση αναµένεται αλληλεπίδραση µε τα βιολογικά υλικά. Ενέργεια Μικροκυµάτων: Η ενέργεια µικροκυµάτων εναλλάσσει πεδία στα 500 µε 1000 MHz. Χρησιµοποιείται για την ταχεία θέρµανση των τροφίµων εσωτερικά ως αποτέλεσµα της τριβής των δονουµένων συστατικών (πολικά µόρια, στα τρόφιµα συνήθως το νερό) τα οποία διεγείρονται από την απορρόφηση της ενεργείας των µικροκυµάτων. Στα ετερογενή, µε πολλά συστατικά προϊόντα τροφίµων συµβαίνει µη οµοιόµορφη θέρµανση και υπάρχουν ψυχρές κηλίδες. Η αδρανοποίηση των µικροοργανισµών µε την ενέργεια των µικροκυµάτων οφείλεται στη θερµική τους δράση και ακολουθεί τους ίδιους κανόνες όπως στη συνήθη θέρµανση. Στη βιοµηχανία τροφίµων, η ενέργεια των µικροκυµάτων χρησιµοποιείται για την παστερίωση, ξήρανση, τήξη (απόψυξη) και το ζεµάτισµα, αλλά κανονικά όχι για την αποστείρωση των τροφίµων. Ο κύριος κίνδυνος ο οποίος συνδέεται µε τη θέρµανση µε µικροκύµατα είναι η µη οµοιόµορφη θέρµανση και έτσι τοπική επιβίωση µικροοργανισµών. Η αντίσταση ποικίλει µε το είδος του µικροοργανισµού αλλά επίσης και µε τη σύνθεση του τροφίµου. Στην περίπτωση αυτή δεν µπορεί να εφαρµοσθεί το στοιχείο του µοναδικού εµποδίου. Η παστερίωση ή το ζεµάτισµα µε µικροκύµατα συνδυάζεται µε άλλα εµπόδια, όπως ψύξη, κατάψυξη και συσκευασία. Ενέργεια Ραδιοσυχνοτήτων: Η ενέργεια των ραδιοσυχνοτήτων χαρακτηρίζεται από συχνότητες 1 έως 500 MHz. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη θέρµανση των τροφίµων, όµως ειδικά σε πολύ χαµηλές συχνότητες έχουν αναφερθεί επιδράσεις των ραδιοκυµάτων επί των πρωτεϊνών και βιολογικών µεµβρανών. Η επίδραση αυτή µπορεί να είναι µετουσίωση ή ανισορροπία στη λειτουργικότητα του κυττάρου. Παρ’ όλο που πρέπει να διευκρινισθούν αρκετά, η τεχνική αυτή µπορεί να αποτελέσει µια ήπια µέθοδο συντηρήσεως των τροφίµων, ειδικά µε αδρανοποίηση των αλλοιούντων µικροοργανισµών ενώ θα επηρεάζεται ελάχιστα η ποιότητα του τροφίµου. Επίσης, η ραδιοσυχνότητα µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την απόψυξη των κατεψυγµένων τροφίµων. Τέλος, δεν µπορεί να αποτελέσει µοναδικό εµπόδιο. Παλµοί Ταλαντωµένου Μαγνητικού Πεδίου: Σε τρόφιµα τα οποία είναι φτωχοί αγωγοί του ηλεκτρισµού, µπορούν να χρησιµοποιηθούν ένας ή περισσότεροι παλµοί µαγνητικών πεδίων υψηλής εντάσεως, στην περιοχή των 2 µε 5 Tesla και ταλαντωµένων σε συχνότητα µεταξύ 5 και 500 MHz, για την καταστροφή ή αδρανοποίηση βακτηρίων και ζυµών. Υποστηρίζεται ότι ένας µόνο παλµός µπορεί να µειώσει το µικροβιακό φορτίο ενός προϊόντος κατά 99% και ότι µέχρι και 100 παλµοί δεν προκαλούν ανύψωση της θερµοκρασίας ενός προϊόντος µεγαλύτερη από 5°C. Ο χρόνος εκθέσεως είναι εξαιρετικά βραχύς και κυµαίνεται µεταξύ 0,025 έως 10 ms. Η κύρια εφαρµογή υποστηρίζεται να είναι διεργασίες παστεριώσεως κατά προτίµηση εντός της συσκευασίας. Ο µηχανισµός δράσεως επί των µικροοργανισµών δεν έχει διευκρινισθεί και έχει υποδειχθεί επίδραση επί µεγάλων µορίων όπως το DNA, το οποίο καθίσταται ανενεργό. ∆εν µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως το µόνο εµπόδιο. Παλµοί Υψηλού Ηλεκτρικού Πεδίου: Η τεχνική αυτή επίσης αναφέρεται και ως επεξεργασία παλµού Υψηλού ∆υναµικού και χρησιµοποιεί ισχυρά ηλεκτρικά πεδία για την αδρανοποίηση των µικροοργανισµών. Το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο δηµιουργεί ηλεκτρικό δυναµικό στη µεµβράνη του κυττάρου. Όταν το ηλεκτρικό δυναµικό εξισωθεί ή υπερβεί µια κρίσιµη τιµή (για τα βλαστικά βακτήρια περίπου 15 kV/cm) προκύπτει µια αντιστρεπτή αύξηση στη διαπερατότητα της µεµβράνης. Όταν ξεπερασθεί η κρίσιµη τιµή, σχηµατίζονται πόροι µη αντιστρεπτοί, οι µεµβράνες καταστρέφονται και τα κύτταρα πεθαίνουν. Η ένταση του πεδίου που απαιτείται για τη διάσπαση του κυττάρου είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τη διάµετρο του κυττάρου. Μερικές διεργασίες χρησιµοποιούν 30 kV/cm για την καταστροφή βλαστικών κυττάρων και υψηλότερες για τους σπόρους. Σε αυτά τα επίπεδα εντάσεως ειδικές ζύµες και βακτήρια µπορούν να µειωθούν κατά 4-5 λογαριθµικούς κύκλους. Η ανάπτυξη θερµότητος είναι ελαχίστη και η τεχνική δεν αποτελεί µοναδικό εµπόδιο. Φωτοδυναµική Αδρανοποίηση Η φωτοδυναµική αδρανοποίηση των µικροοργανισµών απαιτεί τρία βασικά συστατικά: φως, µοριακό οξυγόνο και ένα φωτοευαισθητοποιητή. Ο φωτοευαισθητοποιητής (π.χ. rose bengal, χρωστική ξανθενίου) είναι ένα µόριο το οποίο µπορεί να απορροφήσει φως σε ένα ειδικό µήκος κύµατος (540 nm για το rose bengal) το οποίο δηµιουργεί υψηλώς δραστικές ελεύθερες ρίζες. Το singlet οξυγόνο (1Ο2) είναι ένα από τα κύρια δραστικά είδη που σχηµατίζονται και είναι ένα εν δυνάµει θανατηφόρο µέσο. Η φωτοδυναµική αδρανοποίηση έχει χηµικούς αναστολείς οι οποίοι καλούνται καταστολείς (quenchers) και οι οποίοι µπορεί να είναι φυσικοί, όπως π.χ. καροτενοειδή, ή τεχνητοί, όπως τα περισσότερα αντιοξειδωτικά. Η φωτοδυναµική αδρανοποίηση των βακτηρίων µπορεί να επιτευχθεί µε ενσωµάτωση φωτοευαισθητοποιητών στη συσκευασία του προϊόντος. Η τεχνική αυτή δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως το µοναδικό εµπόδιο. Υψηλή Πίεση Τρόφιµα τα οποία υφίστανται επεξεργασία υπό υψηλή πίεση, όπως π.χ. 3000 bar και άνω, υφίστανται φυσικοχηµικές µεταβολές, οι οποίες συχνά οδηγούν σε µακρύτερο χρόνο ζωής. Ο κύριος παράγων γι αυτό είναι η αδρανοποίηση των ενζύµων και των µικροοργανισµών. Η χηµική αρχή πίσω από τη δράση της υψηλής πιέσεως είναι ότι οι µη οµοιοπολικοί δεσµοί, όπως οι δεσµοί υδρογόνου, οι ιοντικοί δεσµοί και οι υδροφοβικοί δεσµοί στις πρωτεΐνες, νουκλεϊνικά οξέα και υδατάνθρακες υφίστανται µεταβολές οι οποίες οδηγούν σε διαφορετικές µοριακές δοµές. Το επίπεδο της αδρανοποιήσεως των µικροοργανισµών εξαρτάται από εγγενείς ιδιότητες, το pH, την aw και τη θερµοκρασία του προϊόντος. Ο µηχανισµός θανατώσεως είναι πιθανώς ότι η υψηλή πίεση καταστρέφει τη λειτουργία της κυτταρικής µεµβράνης, οδηγώντας σε διαρροή του κυττάρου. Πειραµατικά δεδοµένα δείχνουν µια γενική τάση όπου τα Gram- βακτήρια αδρανοποιούνται στα 3 kbar, οι ζύµες και οι ευρώτες στα 4 kbar και τα Gram+ βακτήρια στα 6 kbar. Η θανάτωση των πιο ανθεκτικών σπόρων απαιτεί 12 kbar ή συνδυασµό θερµοκρασίας και υψηλής πιέσεως. Η υψηλή πίεση πρέπει να συνδυάζεται µε άλλα εµπόδια όπως pH και θερµοκρασία και ειδικά µε συσκευασία. Υπερηχοβόλιση Η υπέρηχοι είναι δονήσεις όµοιες µε τα κύµατα των ήχων, όµως σε πολύ υψηλή συχνότητα (µεταξύ 18 και 500 MHz) για τις ακούσει το αυτί του ανθρώπου. Σε βιολογικά υποστρώµατα οι δονήσεις αυτές παράγουν κύκλους συµπιέσεως και διαστολής και το φαινόµενο της σπηλαιοποιήσεως. Η συγκέντρωση φυσαλίδων γεννά κηλίδες µε πολύ υψηλή πίεση και θερµοκρασίες οι οποίες µπορούν να διαρρήξουν τις κυτταρικές δοµές. Οι υπέρηχοι έχουν χρησιµοποιηθεί για τη θανάτωση των µικροοργανισµών. Όµως, η επίδραση αυτή είναι πολύ µικρή και στην περίπτωση των βακτηριακών σπόρων αµελητέα. Οι υπέρηχοι θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν σε επεξεργασίες συνδυασµού. Πιο πρόσφατα, παρατηρήθηκε ότι η υπερηχοβόλιση υπό υψηλή πίεση γνωστή ως Mano-ThermoSonication (µανο-θερµο-ηχοβόλιση) αυξάνει σηµαντικά τη θανάτωση των διεργασιών της παστεριώσεως και αποστειρώσεως υγρών υποστρωµάτων (τροφίµων). Οι τιµές D µερικών µικροοργανισµών και ενζύµων έχει παρατηρηθεί να µειώνονται κατά 10 και 100 φορές αντιστοίχως, από εκείνες των θερµικών επεξεργασιών στην ίδια θερµοκρασία. ∆εν µπορεί να εφαρµοσθεί το στοιχείο του µοναδικού εµποδίου λόγω της εντάσεως που απαιτείται και της βλαβερής δράσεως επί των χαρακτηριστικών του προϊόντος. Συσκευασία Για τα περισσότερα τρόφιµα, η συσκευασία είναι αναγκαία για τη διατήρηση της ποιότητος και την προστασία από βλάβες κατά την αποθήκευση και διανοµή. Η συσκευασία δρα ως φράγµα έναντι των µικροοργανισµών, εντόµων, βρωµιάς κλπ. Επίσης, δρα ως εµπόδιο στην απώλεια ή πρόληψη υγρασίας, αερίων και αρωµατικών ουσιών. Κανονικά, τα υλικά συσκευασίας περιέχουν καθόλου ή πολύ λίγους µικροοργανισµούς. Συσκευασία Υπό Κενό: Η συσκευασία εκκενώνεται και αφήνεται µια πάρα πολύ µικρή ποσότητα αέρα (οξυγόνου) σε επαφή µε το τρόφιµο. Σε πολλές περιπτώσεις η συγκέντρωση του CO2 µπορεί να αυξηθεί σηµαντικά. Τούτο επιβραδύνει πολλές διεργασίες και επηρεάζει τον τύπο των µικροοργανισµών που είναι ικανοί να αναπτυχθούν στο τρόφιµο. Πρέπει να έχει µικρή διαπερατότητα στο οξυγόνο και επίσης λόγω του κενού πρέπει να λαµβάνεται υπ' όψιν το C. botulinum, το οποίο µπορεί να αναπτυχθεί υπό αναερόβιες συνθήκες. Τα υπό κενό συσκευασµένα τρόφιµα θα πρέπει να αποθηκεύονται σε µεγίστη θερµοκρασία 3,3°C, ειδικά δε τα παστεριωµένα. Συσκευασία Υπό Ενδιάµεσο Κενό: Κατ' αυτήν το προϊόν αποθηκεύεται υπό πίεση γύρω στα 400 mbar σε θερµοκρασίες ψύξεως. Το ποσό του οξυγόνου που είναι διαθέσιµο στο τρόφιµο είναι περίπου το ένα τρίτο του κανονικού και έτσι επιβραδύνεται η αναπνοή των ζώντων τροφίµων και η ανάπτυξη των µικροοργανισµών. ∆ραστική Συσκευασία: Προκύπτει µε µεταβολή της συνθέσεως της ατµοσφαίρας εντός της συσκευασίας και η περιεκτικότητα οξυγόνου κατέρχεται στο 0,5% ή και λιγότερο. Επίσης, µπορεί να εισαχθεί αιθανόλη. Εδώδιµες Επικαλύψεις (Συσκευασίες): Η χρήση εδωδίµων επικαλύψεων ή µεµβρανών δίδει στο προϊόν µια προστατευτική επιφανειακή στιβάδα. Τούτο µπορεί να γίνει π.χ. µε κήρωση των φρούτων. Σήµερα, οι εδώδιµες συσκευασίες έχουν ως βάση πρωτεΐνες, άµυλο, κηρούς, λιπίδια κλπ και προστατεύουν το τρόφιµο από τη µικροβιακή αλλοίωση και την απώλεια της ποιότητος. Επίσης, µπορεί να περιέχουν αντιµικροβιακές και αντιοξειδωτικές ουσίες. Η συσκευασία πάντοτε χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια. Μόνο σε φρούτα, όπως τα πορτοκάλια µπορεί να αποτελέσει µοναδικό εµπόδιο. Συσκευασία Υπό Τροποποιηµένη Ατµόσφαιρα Συσκευασία υπό τροποποιηµένη ατµόσφαιρα (ΜΑΡ) σηµαίνει ότι εντός της συσκευασία δηµιουργείται µια ατµόσφαιρα διαφορετική από αυτήν του ατµοσφαιρικού αέρα. Στις συσκευασίες αυτές συνήθως υπάρχουν τα αέρια Ο2, CO2 και Ν2 σε διαφόρους συνδυασµούς. Τα περισσότερα νεκρά τρόφιµα περιέχουν CO2 πολύ υψηλά όπως π.χ. >20% µαζί µε µικρή περιεκτικότητα Ο2 <0,5%. Η θερµοκρασία αποθηκεύσεως θα πρέπει να διατηρείται κάτω των 5°C. Σε µερικές περιπτώσεις, όπως νωπό κρέας (βοδινό) και άπαχα ψάρια, υποδεικνύεται Ο2>21%. Στα αναπνέοντα προϊόντα (φρούτα και λαχανικά) γίνονται συνδυασµοί O2/CO2, οι οποίοι επιτρέπουν την αναπνοή µε αργό ρυθµό. Η ΜΑΡ χρησιµοποιείται πάντα σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια και ειδικά την ψύξη. Αποθήκευση Υπό Τροποποιηµένη Ατµόσφαιρα Η αποθήκευση υπό τροποποιηµένη ατµόσφαιρα (ΜΑ) σηµαίνει ότι τα προϊόντα αποθηκεύονται σε αεροστεγείς θαλάµους όπου έχει τροποποιηθεί η ατµόσφαιρα. Συνήθως η νέα ατµόσφαιρα δηµιουργείται µε την αναπνοή των προϊόντων και η συνολική συγκέντρωση των Ο2 και CO2 είναι γύρω στο 20%. Χρησιµοποιείται κυρίως για την αποθήκευση φρούτων και λαχανικών. Η ΜΑ αποθήκευση χρησιµοποιείται πάντα σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια και ειδικά την ψύξη. Αποθήκευση Υπό Ελεγχοµένη Ατµόσφαιρα Αποθήκευση υπό ελεγχοµένη ατµόσφαιρα (CA) σηµαίνει ότι τα προϊόντα αποθηκεύονται σε αεροστεγείς θαλάµους όπου έχει τροποποιηθεί η ατµόσφαιρα και ελέγχεται συνεχώς. Η σύνθεση της ατµοσφαίρας διατηρείται σταθερή, ήτοι 3% Ο2 και 3% CO2. Η CA αποθήκευση χρησιµοποιείται πάντα σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια και ειδικά την ψύξη. Υποβαρής Αποθήκευση Στην υποβαρή (χαµηλή πίεση) αποθήκευση, τα προϊόντα αποθηκεύονται σε θερµοκρασίες ψύξεως υπό πίεση 10 µε 100 mbar και συχνά µε σταθερή κυκλοφορία φρέσκου αέρα µε υψηλή σχετική υγρασία (80-100%). Μπορεί να θεωρηθεί ως περίπτωση MA. Χρησιµοποιείται κυρίως κατά τη µεταφορά σε κοντέινερ. Η υποβαρής αποθήκευση χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια και ειδικά την ψύξη Ασηπτική Συσκευασία Ασηπτική συσκευασία κανονικά σηµαίνει ότι τα τρόφιµα µετά τη θερµική επεξεργασία µεταφέρονται σε προαποστερωµένα δοχεία τα οποία σφραγίζονται υπό ασηπτικές συνθήκες. Η τεχνολογία του "καθαρού δωµατίου" αποσκοπεί στη δραστική µείωση του αριθµού των µικροοργανισµών στους χώρους όπου παράγονται, φετοποιούνται ή συσκευάζονται τα προϊόντα τροφίµων, για να αυξηθεί η ασφάλεια και η σταθερότητα. Η ασηπτική συσκευασία κανονικά είναι ένα συνδυασµός εµποδίων, ήτοι θερµικής επεξεργασίας και συσκευασίας. Μπορεί να συνδυασθεί και µε άλλα εµπόδια όπως η ψύξη. Μικροδοµή Σε µερικά τρόφιµα οι µικροοργανισµοί που υπάρχουν δεν είναι κατανεµηµένοι οµοιόµορφα και η ανάπτυξή τους περιορίζεται σε καθορισµένες περιοχές εντός του προϊόντος. Σε πυκνά γαλακτώµατα ελαίου σε νερό τα βακτήρια σχηµατίζουν µικρές αποικίες. Στα γαλακτώµατα νερού σε έλαιο η βακτηριακή ανάπτυξη περιορίζεται στα σταγονίδια του νερού, τα οποία µπορεί να χάσουν τη ακεραιότητά τους λόγω συνενώσεως. Στα αλλαντικά ζυµώσεως και στα τυριά η βακτηριακή ανάπτυξη ακινητοποιείται σε µικρές κοιλότητες ή "φωλιές", στις οποίες τα βακτήρια βρίσκονται σε ισχυρό ανταγωνισµό µεταξύ τους, και από τις οποίες επηρεάζουν τη διεργασία της ωριµάνσεως ολοκλήρου του προϊόντος, καθώς και τα βακτήρια στις διάφορες κοιλότητες σε όλο το προϊόν. Η επίδραση της µικροδοµής στη µικροβιακή ανάπτυξη, επιβίωση και θάνατο στα τρόφιµα παρουσιάζει θεωρητικό και πρακτικό ενδιαφέρον. Κάτω από τις συνθήκες αυτές τα προβλεπτικά µοντέλα είναι πολύ δύσκολα. Από την άλλη µεριά, ο αριθµός, το µέγεθος και η απόσταση των µικροβιακών "φωλεών" σε τέτοια τρόφιµα, καθώς επίσης και η ασφάλεια, σταθερότητα και ποιότητα των προϊόντων µπορούν να επηρεασθούν µε τεχνολογικά µέσα. ∆εν µπορεί να εφαρµοσθεί η άποψη του µοναδικού εµποδίου. Φυσικοχηµικά Εµπόδια Ενεργότητα Ύδατος (aw) Η ενεργότητα ύδατος (aw) ενός τροφίµου είναι ο λόγος της τάσεως των ατµών νερού του τροφίµου προς την τάση των ατµών του καθαρού νερού στην ίδια θερµοκρασία. Η aw επηρεάζει την ανάπτυξη, την αντίσταση και την επιβίωση των µικροοργανισµών και την ταχύτητα των αντιδράσεων υποβαθµίσεως της ποιότητος. Γενικώς, τα βακτήρια είναι λιγότερο ανθεκτικά σε µειωµένη aw από τις ζύµες και τους ευρώτες. Η aw µπορεί να µειωθεί µε αφυδάτωση ή µε προσθήκη διαλυτών ουσιών όπως αλάτι, σάκχαρα κλπ και µε ταπείνωση της θερµοκρασίας. Για να προκύψει αυτοσταθερό προϊόν θα πρέπει η aw να λάβει τιµές γύρω στο 0,6 ή µικρότερες, όµως, πολύ λίγοι µικροοργανισµοί και κανένα παθογόνο δεν µπορεί να αναπτυχθεί σε τιµές aw κάτω του 0,7. Η aw συχνά χρησιµοποιείται µε άλλα εµπόδια όπως η ψύξη. Είναι δε το µοναδικό εµπόδιο στα ξηρά και αφυδατωµένα τρόφιµα. Η συσκευασία στην περίπτωση αυτή δρα ως φράγµα έναντι των υδρατµών. pH Τα περισσότερα νωπά τρόφιµα έχουν τιµές pH µεταξύ 5,6 και 6,6, αν και πολλά φρούτα παρουσιάζουν χαµηλότερες τιµές και το ασπράδι του αυγού πάνω από 7. Μπορούµε να πούµε ότι επί χιλιετίες η µείωση του pH (οξύνιση) χρησιµοποιείται για την ενίσχυση της µικροβιολογικής σταθερότητος των τροφίµων. Τούτο γινόταν και γίνεται φυσικώς µε ζύµωση ή τεχνητώς µε προσθήκη µέσων οξυνίσεως. Σε πολύ λίγες περιπτώσεις, µπορεί να ληφθεί αποδεκτή ποιότητα µε τιµές pH τέτοιες οι οποίες να εξασφαλίζουν βραδεία ανάπτυξη ή αναστολή των µικροοργανισµών. Το pH συχνά συνδυάζεται µε συσκευασία και πρόσθετα όπως αλάτι, οργανικά οξέα, ψύξη ή θέρµανση. ∆υναµικό Οξειδοαναγωγής Το δυναµικό οξειδοαναγωγής (Eh) καταδεικνύει το δυναµικό οξειδώσεως ή αναγωγής ενός συστήµατος τροφίµου και συνήθως εκφράζεται σε mV. Γενικώς, τα τρόφιµα έχουν τιµές Eh (διορθωµένες σε pH 7,0) στην περιοχή των +300 µε -200 mV. Επηρεάζεται από την αποµάκρυνση του αέρα (οξυγόνου), τον αποκλεισµό του φωτός, την προσθήκη αναγωγικών ουσιών (ασκορβικό, σακχαρόζη κλπ), την ανάπτυξη των βακτηρίων, την παρουσία νιτρωδών, τη θερµοκρασία και ειδικά από το pH. Το Eh καθορίζει αν θα αναπτυχθούν αερόβιοι (π.χ. ψευδοµανάδες) ή αναερόβιοι (π.χ. κλωστρίδια) µικροοργανισµοί σε ένα τρόφιµο και επηρεάζει σηµαντικά το χρώµα και ειδικά τη γεύση και οσµή του τροφίµου. Το Eh δεν αποτελεί µοναδικό εµπόδιο και χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε αλάτιση, ψύξη, συσκευασία κλπ. Άλας (NaCl) Η προσθήκη άλατος στα τρόφιµα είναι γνωστή από αιώνων. Η κύρια επίδραση του NaCl είναι η µείωση της aw, όµως το NaCl φαίνεται και το ίδιο να έχει κάποια βακτηριοστατική επίδραση. Σήµερα, οι περισσότεροι καταναλωτές προτιµούν λιγότερο αλµυρά προϊόντα, δηλαδή µικρότερες συγκεντρώσεις άλατος και συνεπώς µείωση του εµποδίου και αναγκαίο συνδυασµό µε άλλα εµπόδια. Για την "αποτελεσµατική" συγκέντρωση άλατος χρησιµοποιούνται οι εκφράσεις "άλας σε νερό" (g NaCl ανά 100 g νερού) και "άλας σε άλµη" (g NaCl ανά 100 g νερού + g NaCl). Αλάτιση (ή πάστωµα) είναι η διεργασία της προσθήκης NaCl και άλλων µέσων όπως νιτρώδη. Σταθερό προϊόν µπορεί να ληφθεί µε τουλάχιστον 27 g άλατος ανά 100 g νερού (aw<0,7). Για την αναστολή της αναπτύξεως και του σχηµατισµού τοξίνης από το Cl. botulinum τύπος Ε στα ψάρια στους 15°C, θα πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον 4,5 g άλατος ανά 100 g νερού. Η αλάτιση συχνά συνδυάζεται µε άλλα εµπόδια όπως συσκευασία, ψύξη, κάπνιση κλπ. Νιτρώδες (NaNO2) Κατά την αλάτιση του κρέατος, το αλάτι σχεδόν πάντα χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε νιτρώδες (ή νιτρικό). Το νιτρώδες, κανονικά NaNO2, στο επίπεδο που χρησιµοποιείται εµπορικά και επιτρέπεται από τη νοµοθεσία, αναστέλλει την ανάπτυξη πολλών µικροοργανισµών, εξαρτωµένου από τη συγκέντρωση, τον τύπο του οργανισµού κλπ. Το νιτρώδες είναι µάλλον αποτελεσµατικό έναντι των σπορογόνων βακτηρίων και ειδικά των κλωστριδίων. Η δράση του νιτρώδους είναι µεγαλυτέρα σε συστήµατα όπου θερµαίνεται µαζί µε το κρέας, γιατί σχηµατίζεται µια αντιαλλαντιακή ένωση, γνωστή ως παράγοντας Perigo. Εκτός της αναστολής των µικροοργανισµών, το νιτρώδες προσδίδει στο κρέας το ρόδινο χρώµα, βελτιώνει τη γεύση και οσµή του, και επίσης παρεµποδίζει ή µειώνει τις κακές γεύσεις-οσµές όπως αυτή του υπερθερµανθέντος. Το νιτρώδες πάντοτε χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια. Νιτρικά (NaNO3) Μερικές φορές στα αλατισµένα κρέατα χρησιµοποιούνται νιτρικά. Η δράση των ιδίων των νιτρικών περιορίζεται σε µια µικρή µείωση της aw, αλλά σε πολλά προϊόντα, ειδικά του κρέατος, τα νιτρικά χρησιµοποιούνται ως "δεξαµενή" νιτρωδών, καθώς τα βακτήρια µπορούν να ανάγουν τα νιτρικά προς νιτρώδη. Τα νιτρικά έχουν πολύ περιορισµένη δράση και πάντα χρησιµοποιούνται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια και ειδικά το NaCl. ∆ιοξείδιο του Άνθρακος (CO2) Το διοξείδιο του άνθρακος σε σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις επιβραδύνει πολλές διεργασίες υποβαθµίσεως της ποιότητος των τροφίµων και σε συγκεντρώσεις άνω του 20% την περιορίζουν ή αναστέλλουν ανάπτυξη των περισσοτέρων αλλοιούντων βακτηρίων. Έτσι, στη ΜΑΡ των περισσοτέρων µη αναπνεόντων τροφίµων, χρησιµοποιείται µια συγκέντρωση CO2 τουλάχιστον 20%. Στα αναπνέοντα τρόφιµα, η αυξηµένη συγκέντρωση CO2 επιβραδύνει την αναπνοή και έτσι αυξάνει το χρόνο ζωής των προϊόντων. Πολύ υψηλές συγκεντρώσεις CO2 καταλήγουν σε βλάβες της ποιότητος πολλών φρούτων και λαχανικών, όµως τα κρίσιµα όρια (συχνά 8-12%) είναι διαφορετικά για τα διάφορα είδη. Η διαλυτότητά του αυξάνει δραµατικά µε µείωση της θερµοκρασίας προς το σηµείο καταψύξεως του τροφίµου. Το CO2 χρησιµοποιείται πάντα σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια, ειδικά µε ψύξη και συχνά µε συσκευασία. Οξυγόνο Το οξυγόνο υπάρχει στην ατµόσφαιρα σε ποσοστό 21%. Οι περισσότεροι οργανισµοί, συµπεριλαµβανοµένων και των ανθρώπων, προτιµούν τη συγκέντρωση αυτή. Στην πράξη ταπείνωση της συγκεντρώσεως του οξυγόνου αποτελεί εµπόδιο. Σε χαµηλές συγκεντρώσεις οξυγόνου η ανάπτυξη των περισσοτέρων, όχι όµως όλων, µικροοργανισµών ελαττώνεται ή αναστέλλεται, η αναπνοή των φρούτων και λαχανικών µειώνεται και πολλές αντιδράσεις υποβαθµίσεως της ποιότητος επιβραδύνονται. Έτσι, η απουσία οξυγόνου θα µπορούσε να βελτιώσει την ποιότητα και την ασφάλεια. Τούτο, όµως, δεν ενδείκνυται για προϊόντα τα οποία αναπνέουν και για τα προϊόντα ερυθρού κρέατος, όπου το οξυγόνο είναι αναγκαίο για τη διατήρηση του λαµπρού ερυθρού χρώµατος. Σε προϊόντα στα οποία µπορεί να αναπτυχθεί το C. botulinum, οι αναερόβιες συνθήκες θεωρούνται κίνδυνος για την υγεία. Το οξυγόνο σε µειωµένα επίπεδα χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια όπως ψύξη και συσκευασία. Όζον (Ο3) Το όζον είναι ένα υδατοδιαλυτό αέριο µε ισχυρές οξειδωτικές ιδιότητες. Αποσυντίθεται ταχέως όταν εκτεθεί στο νερό και τούτο περιορίζει τη χρήση του. Το όζον επηρεάζεται επίσης από τη θερµοκρασία, το pH και την υπάρχουσα οργανική ύλη. Η θανατηφόρος δράση έναντι των µικροοργανισµών οφείλεται στην ισχυρή οξειδωτική δράση, µε πιθανούς στόχους τα αµινοξέα, το RNA και το DNA. Η επεξεργασία µε όζον καταστρέφει ιδιαιτέρως τα Gram- βακτήρια. Οι ζύµες και οι ευρώτες είναι πιο ανθεκτικοί από τα βακτήρια, ενώ απαιτούνται πολύ υψηλές συγκεντρώσεις όζοντος για την καταστροφή των βακτηριακών σπόρων. Υπάρχει ένα αριθµός εφαρµογών του όζοντος στη βιοµηχανία των τροφίµων. Για παράδειγµα, η αποστείρωση των µπαχαρικών απαιτεί 30-135 g/m3, η µείωση της χλωρίδος των πουλερικών απαιτεί 2-3 g/m3, και για την εξυγίανση των θαλάµων αποθηκεύσεως κρέατος κατάλληλα θεωρούνται 0,3 g/m3 όζοντος. Το όζον δεν θα πρέπει να χρησιµοποιείται σε τρόφιµα επιρρεπή στην τάγγιση και άλλες οξειδωτικές αλλοιώσεις. ∆εν αποτελεί µοναδικό εµπόδιο. Οργανικά Οξέα Τα οργανικά οξέα και τα άλατά τους χρησιµοποιούνται ως συντηρητικά σε µια ποικιλία τροφίµων, η δε χρήση τους ελέγχεται από τη νοµοθεσία. Τα οξέα τα οποία χρησιµοποιούνται στα τρόφιµα είναι το οξικό, το βενζοϊκό, το κιτρικό, το γαλακτικό, το προπιονικό και το σορβικό. Είναι αποτελεσµατικά σε χαµηλές τιµές pH και µόνο το προπιονικό και σορβικό παρουσιάζουν δράση σε pH 6 µε 6,5, ενώ οι αλκυλεστέρες του p-υδροξυβενζοϊκού οξέος δρουν και σε pH κοντά στο 7. Στις περισσότερες περιπτώσεις τα οργανικά οξέα χρησιµοποιούνται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια όπως pH, NaCl, ψύξη και συσκευασία. Ασκορβικό Οξύ Το ασκορβικό και το ισοασκορβικό (ερυθορβικό) οξύ και τα άλατά τους παρουσιάζουν δράση σε µερικά τρόφιµα. Σε ορισµένα τρόφιµα, τα ασκορβικά µπορούν να δράσουν συνεργιστικά µε το νιτρώδες για να ανασταλεί η ανάπτυξη των µικροοργανισµών. Για παράδειγµα, στα κονσερβοποιηµένα αλατισµένα προϊόντα κρέατος, τα ασκορβικά ή τα ισοασκορβικά µπορούν να αυξήσουν την αντικλωστριδιακή δράση του νιτρώδους. Επίσης, στα αλατισµένα κρέατα, µπορούν να σταθεροποιήσουν το χρώµα και να συµπλοκοποιήσουν τα προοξειδωτικά. Σε άλλα τρόφιµα τα ασκορβικά δρουν ως αντιοξειδωτικά. Χρησιµοποιούνται πάντα σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια. ∆ιοξείδιο του Θείου (SO2) Οι κύριες πηγές διοξειδίου του θείου είναι το αέριο SO2 ή τα µεταδιθειώδη άλατα. Το θειώδες είναι ένα πολυδραστικό πρόσθετο τροφίµων. Παρουσιάζει τις εξής δράσεις: 1) Αντιοξειδωτικό, παρεµποδίζει την οξείδωση, ελαχιστοποιεί τις µεταβολές του χρώµατος και σταθεροποιεί τη βιταµίνη C. 2) Αναστολέας ενζύµων, αναστέλλει χηµικές και βιοχηµικές αντιδράσεις, ιδίως της αµαυρώσεως. 3) Αναστέλλει την αντίδραση Maillard. 4) Είναι αναγωγικό µέσο και τροποποιεί ρεολογικά χαρακτηριστικά. 5) Παρουσιάζει αντικικροβιακή δράση, αναστέλλει την ανάπτυξη ζυµών και ευρώτων σε χαµηλό pH και χαµηλή aw και επίσης τα Gram- βακτήρια σε υψηλότερο pH και aw. Το θειώδες κανονικά χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια όπως η aw και η αιθανόλη. Κάπνιση Η διεργασία της καπνίσεως υπήρξε βασική µέθοδος συντηρήσεως πολλών αλατισµένων προϊόντων κρέατος και ψαριών. Σήµερα χρησιµοποιείται κυρίως για να δώσει γεύση-οσµή και χρώµα. Όµως, η κάπνιση των νωπών αλλαντικών και χοιροµερίων αποτελεί ακόµη µια αποτελεσµατική µέθοδο αναστολής της ανεπιθυµήτου αναπτύξεως ευρώτων. Κατά την κάπνιση και εξαρτωµένου από τη θερµοκρασία, συµβαίνει ξήρανση της επιφανείας (µείωση aw) και µείωση του βακτηριακού φορτίου. Επίσης, ο καπνός περιέχει µια ποικιλία οργανικών ενώσεων, ειδικά φαινολικές ενώσεις, µε αντιµικροβιακή και αντιοξειδωτική δράση. Οι ενώσεις αυτές µπορούν να απορροφηθούν από την επιφάνεια του προϊόντος και να συνεισφέρουν στη συντήρηση. Η υγρή κάπνιση ασκεί ελαχίστη έως καθόλου συντηρητική δράση. Η κάπνιση πάντα συνδυάζεται µε άλλα εµπόδια όπως η αλάτιση, η ψύξη και η συσκευασία. Φωσφορικά Στη βιοµηχανία τροφίµων ο όρος φωσφορικά σηµαίνει πολυφωσφορικά. Είναι κυρίως πολυµερή φωσφορικά, ενώ χρησιµοποιούνται και µερικά πυροφωσφορικά. Χρησιµοποιούνται ως πρόσθετα σε µερικά τρόφιµα, κυρίως για να βελτιώσουν την ικανότητα δεσµεύσεως νερού. Τα φωσφορικά µπορούν να ανυψώσουν το pH του προϊόντος. Μερικά πολυφωσφορικά έχουν αντιµικροβιακή δράση και µερικά αντιοξειδωτική δράση. Τα φωσφορικά δρουν ως µέσα συµπλοκοποιήσεως των µετάλλων τα οποία εµπλέκονται στο µικροβιακό µεταβολισµό. Πάντα χρησιµοποιούνται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια και ιδιαιτέρως µε την αλάτιση. Γλυκονο-δ-λακτόνη (GDL) Η γλυκονο-δ-λακτόνη προστίθεται στα αλατισµένα προϊόντα κρέατος. Υδρολύεται αργά προς γλυκονικό οξύ και έχει ως αποτέλεσµα µείωση του pH. Τούτο παρέχει πλεονεκτήµατα κατά την επεξεργασία και επίσης συνεισφέρει στην ασφάλεια και σταθερότητα. Πάντα χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια και ειδικά την αλάτιση. Φαινόλες Η χρήση φαινολικών αντιοξειδωτικών είναι καλά γνωστή και αποσκοπεί στην παρεµπόδιση ή ελάττωση της οξειδωτικής βλάβης των τροφίµων. Η βουτυλική υδροξυανισόλη (BHA), το βουτυλικό υδροξυτολουόλιο (BHT) και η 2-tert-βουτυλυδροκινόνη (TBHQ) παρουσιάζουν κάποια αντιµικροβιακή δράση. Τα φαινολικά αντιοξειδωτικά δεν µπορούν να δράσουν ως το µόνο αντιµικροβιακό εµπόδιο. Χρησιµοποιούνται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια όπως συσκευασία. Χηλικές Ενώσεις Οι χηλικές ενώσεις (chelators) χρησιµοποιούνται στα τρόφιµα κυρίως για τις αντιοξειδωτικές τους ιδιότητες, οι οποίες οφείλονται στην ικανότητά τους να εξαλείφουν τις προ-οξειδωτικές δράσεις των µετάλλων. Οι πιο συνήθεις χηλικές ενώσεις οι οποίες χρησιµοποιούνται στα τρόφιµα είναι τα κιτρικά, τα γαλακτικά, τα πυροφωσφορικά και το EDTA. ∆εν θεωρούνται αντιµικροβιακά, αλλά ενδυναµώνουν άλλα αντιµικροβιακά. ∆εν αποτελούν µοναδικό εµπόδιο. Μέσα Επιφανειακής Επεξεργασίας Η οµάδα αυτή περιλαµβάνει ουσίες οι οποίες αναστέλλουν την ανάπτυξη ευρώτων και οι οποίες επιτρέπονται σε αρκετές χώρες. Το διφαινύλιο π.χ. χρησιµοποιείται στο φλοιό των εσπεριδοειδών, η οφαινυλο-φαινόλη επίσης το ίδιο, ενώ το θειαβενζαζόλιο στο φλοιό εσπεριδοειδών και µπανανών. Τα συντηρητικά αυτά µπορούν να αποτελέσουν το µόνο εξωτερικό εµπόδιο για τα εσπεριδοειδή. Αιθανόλη Η αιθανόλη στα τρόφιµα µπορεί να υπάρξει ως: 1) προϊόν ζυµώσεως (αλκοολούχα ποτά, προϊόντα ζυµώσεως), 2) ως συστατικό στις καραµέλλες, προϊόντα ζαχαροπλαστικής κλπ, 3) ως υπόλειµµα µετά την έψηση προϊόντων αρτοποιίας τα οποία διογκώθηκαν µε ζύµη και 4) ως πρόσθετο σε συσκευασµένα προϊόντα ενδιαµέσου υγρασίας κλπ. Η αιθανόλη θανατώνει τους µικροοργανισµούς, όµως, απαιτούνται πολύ υψηλές συγκεντρώσεις γι αυτό. Η ανάπτυξη των βακτηρίων και ευρώτων συνήθως παρεµποδίζεται µε αιθανόλη 8-10% κατ' όγκον. Οι ζύµες είναι πιο ανθεκτικές και χρειάζονται 15-18% αιθανόλη. Η αιθανόλη επηρεάζει τις ιδιότητες του νερού, το οποίο γενικώς είναι το κύριο συστατικό των τροφίµων. Είναι γνωστό ότι προκαλεί ισχυρή µείωση της aw. Η αιθανόλη αποτελεί το µοναδικό εµπόδιο στα αποστάγµατα και τα αλκοολούχα ποτά. Στιε άλλες περιπτώσεις χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλα εµπόδια, όπως το θειώδες. Προπυλενογλυκόλη Η προπυλενογλυκόλη είναι ένα υγραντικό το οποίο µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη µείωση της aw, π.χ. στα προϊόντα ενδιαµέσου υγρασίας. Η προπυλενογλυκόλη παρουσιάζει κάποιες αντιµικροβιακές ιδιότητες και χρησιµοποιείται για την αναστολή των ευρώτων στα τρόφιµα ενδιαµέσου υγρασίας. Σε καµµία περίπτωση δεν αποτελεί το µοναδικό εµπόδιο. Επιπροσθέτως σε πολλές χώρες απαγορεύεται να χρησιµοποιηθεί. Προϊόντα της Αντιδράσεως Maillard Η αντίδραση Maillard είναι αντίδραση µεταξύ αµινοξέων και αναγόντων σακχάρων. Τα προϊόντα της αντιδράσεως Maillard (MRP) επηρεάζουν το χρώµα, τη γεύση-οσµή και τις φυσικοχηµικές ιδιότητες των τροφίµων. Μερικά MRP έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες και µπορούν να επιβραδύνουν το σχηµατισµό ταγγής γεύσεως-οσµής, εξαρτωµένου από το pH, το χρόνο και τη θερµοκρασία θερµάνσεως, τη φύση των αντιδρώντων κλπ. Σε µερικές περιπτώσεις τα MRP παρουσιάζουν αντιµικροβιακές ιδιότητες, ενώ έχει αναφερθεί να δρουν και ως διεγερτικά της αναπτύξεως. Ο σχηµατισµός αντιµικροβιακών ενώσεων επηρεάζεται από τη φύση των αντιδρώντων, το pH, τη θερµοκρασία θερµάνσεως και τη συγκέντρωση των MRP. Επίσης, οι MRP επηρεάζουν και τη δράση των ενζύµων. Τα MRP ποτέ δεν αποτελούν µοναδικό εµπόδιο. Μπαχαρικά και Αρτυµατικά Φυτά Είναι γνωστό ότι τα µπαχαρικά και τα αρτυµατικά φυτά συνεισφέρουν στη σταθερότητα και ασφάλεια των τροφίµων γιατί έχουν αντιµικροβιακές και αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Η συγκέντρωση στην οποία χρησιµοποιούνται είναι συνήθως µικρή για να καταλήξει σε σηµαντική αντιµικροβιακή δράση. Έτσι, δεν χρησιµοποιούνται ως τα µόνα εµπόδια. Φυσικά Αντιµικροβιακά Γαλακτοϋπεροξειδάση: Αποτελεί φυσικό αντιµικροβιακό σύστηµα, η αντιµικροβιακή δράση του οποίου οφείλεται στο σχηµατισµό ισοθειοκυανιούχου. ∆εν χρησιµοποιείται ως το µοναδικό εµπόδιο, όµως µε την πρόοδο της επιστήµης και της τεχνολογίας η κατάσταση µπορεί να αλλάξει. Λυσοζύµη: Η λυσοζύµη είναι φυσικό αντιµικροβιακό και µπορεί να επιβραδύνει τη µικροβιακή ανάπτυξη. Χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της γαλακτικής ζυµώσεως σε τυριά. Η λυσοζύµη των αυγών µπορεί να θανατώσει ή να παρεµποδίσει την ανάπτυξη της Listeria monocytogenes. Σε µερικά τρόφιµα η προσθήκη EDTA µπορεί να αυξήσει τη δράση της λυσοζύµης. ∆εν χρησιµοποιείται ως το µοναδικό εµπόδιο, όµως τούτο µπορεί να αλλάξει στο µέλλον. Μικροβιακά Παραγόµενα Εµπόδια Ανταγωνιστική Χλωρίδα Πριν ακόµη υπάρξει µικροβιολογική γνώση, η επίδραση της ανταγωγνιστικής χλωρίδας ήταν ένα γνωστό εµπόδιο. Το πιο αντιπροσωπευτικό παράδειγµα είναι η ζύµωση, στην οποία η "αυθόρµητη" ανάπτυξη µερικών µικροοργανισµών µπορεί να "καταλάβει" το τρόφιµο και να αναστείλει την ανάπτυξη των άλλων µικροοργανισµών. Βεβαίως, η ζύµωση µπορεί να γίνει και µε προσθήκη καθαρής καλλιέργειας µικροοργανισµών. Σε µικρότερο βαθµό, η ίδια επίδραση µπορεί να εµφανισθεί ως ανταγωνισµός για την ανάπτυξη µεταξύ δύο στελεχών µικροοργανισµών, όπως π.χ. η ανταγωνιστική ανάπτυξη µεταξύ στελεχών κλωστριδίων ή των Salmonella spp και ενός αριθµού σηψιγόνων, Gramβακτηρίων. Στο νωπό κρέας η ανταγωνιστική χλωρίδα αναστέλλει την ανάπτυξη της Listeria monocytogenes. ∆εν είναι δυνατόν να βασισθούµε στην ανταγωνιστική χλωρίδα ως το µοναδικό εµπόδιο. Η δράση της παρατηρείται µόνο σε συνδυασµό µε ένα ή περισσοτέρους εσωτερικούς ή εξωτερικούς παράγοντες. Καθαρές Καλλιέργειες ή Εκκινητές Παραδοσιακά τρόφιµα τα οποία παράγονται µε την βοήθεια µικροοργανισµών είναι διάφορα γαλακτοκοµικά προϊόντα (γιαούρτι, τυρί κλπ), προίόντα λαχανικών (λάχανο τουρσί, πίκλες, ελιές), αλλαντικά ζυµώσεως, κρασί, µπύρα και άλλα. Υπάρχει αυξηµένο ενδιαφέρον για τη χρήση καλλιεργειών εκκινητών για την παραγωγή τέτοιων ή και άλλων προϊόντων. Τα οξυγαλακτικά βακτήρια είναι ιδιαιτέρως κατάλληλα για τη συντήρηση των τροφίµων, καθώς µειώνουν το pH, δρουν ως ανταγωνιστικοί µικροοργανισµοί ή παράγουν αντιµικροβιακούς µεταβολίτες όπως οι βακτηριοσίνες. Σε πολύ λίγες περιπτώσεις οι καλλιέργειες-εκκινητές δρουν ως το µόνο εµπόδιο. Πάντα δε συνδυάζονται µε άλλα εµπόδια και ειδικά µε ψύξη και αλάτιση. Βακτηριοσίνες Οι βακτηριοσίνες σχηµατίζονται φυσικώς από µερικούς τύπους µικροοργανισµών. Γενικώς, η δράση των βακτηριοσινών περιορίζεται σε στενά συσχετιζόµενα στελέχη, αν και ποτέ δεν είναι τοξικές για το στέλεχος που τις παράγει. Τυπικώς οι βακτηριοσίνες παράγονται από διάφορα στελέχη γαλακτικών βακτηρίων. Επιπροσθέτως, υπάρχουν οι colicins, οι οποίες σχηµατίζονται από µερικά στελέχη της E. coli, οι οποίες δρουν έναντι των κολοβακτηριοειδών. Η nisin είναι η καλλίτερα γνωστή βακτηριοσίνη και η οποία είναι ένα θερµοανθεκτικό πολυπεπτίδιο (34 αµινοξέα). Η nisin δεν δρα έναντι των ζυµών και ευρώτων. Σήµερα, το στενό φάσµα δράσεως των βακτηριοσινών κάνει αδύνατη τη χρήση τους ως το µόνο εµπόδιο. Αντιβιοτικά Γενικώς, τα αντιβιοτικά ευρέως φάσµατος απαγορεύονται στα τρόφιµα, αν και η χρήση τους ως απλά (µονά) θα ήταν δυνατή. Από τα πολλά αντιβιοτικά που δοκιµάσθηκαν µόνο λίγα επιτρέπεται να χρησιµοποιούνται. Η Pimaricin (natamycin) είναι αποτελεσµατική έναντι των ζυµών και ευρώτων σε προϊόντα τα οποία υφίστανται ωρίµανση, όπως π.χ. το τυρί. Τα αντιβιοτικά δεν επιτρέπεται να χρησιµοποιούνται ως το µοναδικό εµπόδιο. ∆ιάφορα Εµπόδια Στην κατηγορία αυτή περιλαµβάνονται εµπόδια τα οποία δεν έχουν χρησιµοποιηθεί εκτεταµένα και για τη δράση των οποίων υπάρχει αβεβαιότητα. Κανένα από αυτά δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως µοναδικό εµπόδιο. Μονολαουρίνη Η µονολαουρίνη είναι ένας µονοεστέρας της γλυκερόλης µε λαουρικό οξύ καθαρότητος τροφίµου. Εκτός των ιδιοτήτων της ως γαλακτωµατοποιητού, η µονολαουρίνη παρουσιάζει ένα ευρύ φάσµα αντιµικροβιακής δράσεως έναντι των Gram+ βακτηρίων, των ζυµών και των ευρώτων. Η µονολαουρίνη παρουσιάζει τη µεγαλύτερη συνολική αντιµικροβιακή δράση µεταξύ όλων των λιπαρών οξέων και των εστέρων τους. Σε συνδυασµό µε οργανικά οξέα όπως το οξικό, το βενζοϊκό και το γαλακτικό, η δράση της αυξάνεται. Η αποτελεσµατική συγκέντρωση της µονολαουρίνης είναι της τάξεως του 0,001%. Ελεύθερα Λιπαρά Οξέα Μερικά λιπαρά οξέα, εξαρτωµένου από το βαθµό ακορεστότητος και το µήκος της αλύσου, έχουν ανασταλτική δράση έναντι των βακτηρίων. Τα ελεύθερα λιπαρά οξέα, όπως το λινελαϊκό και το αραχιδονικό, είναι δραστικά έναντι των Gram+ βακτηρίων, συµπεριλαµβανοµένου και του παθογόνου Listeria monocytogenes. Επίπεδα ελευθέρων λιπαρών οξέων της τάξεως του 0,5-1% µπορούν να καταλήξουν σε εντοπίσιµες οργανοληπτικές µεταβολές, ενώ για την ουσιαστική αναστολή απαιτούνται ελαφρώς υψηλότερες συγκεντρώσεις. Χιτοζάνη Η χιτοζάνη είναι ένας υψηλού µοριακού βάρους πολυσακχαρίτης ο οποίος έχει δειχθεί ότι αναστέλλει σηµαντικά την ανάπτυξη ενός αριθµού µυκήτων άµεσα ή έµµεσα. Λόγω της πολυµερικής της φύσεως, η χιτοζάνη µπορεί να σχηµατίσει µεµβράνες οι οποίες είναι διαπερατές από αέρια και έτσι έχει δυνατότητες χρήσεως ως εδωδίµου επικαλύψεως. Χλώριο ∆εν είναι ασύνηθες να επεξεργαζόµαστε τα τρόφιµα µε χλώριο, π.χ. πλύσιµο των νωπών λαχανικών πριν από τη ΜΑΡ και τη διανοµή στην αγορά. Η πιο ευρεία χρήση του είναι ως υποχλωριώδες σε διάλυµα το οποίο περιέχει 50-100 ppm ελεύθερο χλώριο και στο οποίο εµβαπτίζεται το προϊόν για σύντοµο χρονικό διάστηµα. Μια µείωση του pH του διαλύµατος στο 5 µπορεί να αυξήσει την απολυµαντική του δράση. Σε µερικές χώρες το πλύσιµο των νωπών λαχανικών µε διαλύµατα χλωρίου δεν επιτρέπεται. Σε άλλες, το υπολειµµατικό χλώριο µετά την επεξεργασία και συσκευασία πρέπει να είναι κάτω από ένα καθορισµένο µέγιστο. Οι Αρχές Η συντήρηση των τροφίµων υποδηλώνει την τοποθέτηση των µικροοργανισµών σε ένα εχθρικό περιβάλλον για να ανασταλεί η ανάπτυξη τους, να µειωθεί η επιβίωσή τους ή να προκληθεί ο θάνατός τους. Οι δυνατές ανταποκρίσεις των µικροοργανισµών σε ένα τέτοιο εχθρικό περιβάλλον καθορίζουν το αν µπορούν να αναπτυχθούν ή θα πεθάνουν. Εποµένως είναι βασικό να διερευνήσουµε και να γνωρίσουµε τους µηχανισµούς µε τους οποίους ελέγχεται η ανάπτυξη και ο θάνατος των µικροοργανισµών, ώστε να καταστεί δυνατή η εφαρµογή της τεχνολογίας εµποδίων και να ληφθούν σταθερά και ασφαλή προϊόντα. Οµοιοστασία Οµοιοστασία είναι η τάση για οµοιοµορφία ή σταθερότητα στην κανονική κατάσταση (εσωτερικό περιβάλλον) των οργανισµών. Αν η οµοιοστασία των µικροοργανισµών, δηλαδή η εσωτερική τους ισορροπία, διαταραχθεί από συντηρητικούς παράγοντες (εµπόδια) που υπάρχουν στα τρόφιµα, αυτοί δεν θα πολλαπλασιασθούν, ήτοι θα παραµείνουν στη λανθάνουσα φάση ή ακόµη και θα πεθάνουν, πριν να επανεγκατασταθεί η οµοιοστασία (επισκευή). Έτσι, συντήρηση του τροφίµου επιτυγχάνεται µε παροδική ή µόνιµη διαταραχή της οµοιοστασίας των µικροοργανισµών ενός τροφίµου. Συνεργιστικές ∆ράσεις Για τα τρόφιµα τα οποία συντηρούνται µε την τεχνολογία εµποδίων, υπήρξε η υποψία ότι τα διαφορετικά εµπόδια δεν παρουσιάζουν αθροιστική δράση επί της σταθερότητος, αλλά συνεργιστική. Το παράδειγµα 8 στο σχήµα 1 διευκρινίζει την κατάσταση αυτή. Η συνεργιστική δράση θα µπορούσε να είναι αληθινή αν τα εµπόδια σε ένα τρόφιµο "χτυπούν" συγχρόνως διαφορετικούς στόχους, όπως π.χ. κυτταρική µεµβράνη, DNA, pH, aw, Eh ή ενζυµικά συστήµατα, εντός του µικροβιακού κυττάρου και έτσι διαταράσσουν την οµοιοστασία των µικροοργανισµών οι οποίοι υπάρχουν σε διαφόρους βαθµούς. Εποµένως, η χρήση διαφορετικών εµποδίων κατά τη συντήρηση ενός τροφίµου θα πρέπει να παρουσιάζει πλεονεκτήµατα, επειδή µπορεί να επιτευχθεί αποτελεσµατική µικροβιακή σταθερότητα µε ένα έξυπνο συνδυασµό ηπίων εµποδίων. Με όρους πρακτικής τούτο θα µπορούσε να σηµαίνει ότι είναι πλεονεκτικότερο σε ένα τρόφιµο να χρησιµοποιούµε διαφορετικά συντηρητικά σε µικρές ποσότητες παρά ένα συντηρητικό σε µεγαλύτερη ποσότητα, επειδή τα διαφορετικά συντηρητικά µπορούν να χτυπήσουν διαφορετικούς στόχους εντός του µικροβιακού κυττάρου και έτσι δρουν συνεργιστικά. Συντήρηση Πολλαπλών Στόχων Η κατανόηση της επιδράσεως των εµποδίων στα τρόφιµα επί της οµοιοστασίας των µικροοργανισµών θα µπορούσε να οδηγήσει στην πολλαπλών στόχων συντήρηση των τροφίµων, γιατί, αν επιλεγούν µικρά εµπόδια µε διαφορετικούς στόχους, θα επιτευχθεί µια ελαχίστη αλλά πιο αποτελεσµατική συντήρηση των τροφίµων. Είναι επόµενο οι στόχοι των διαφορετικών συντηρητικών παραγόντων (ή εµποδίων) να διευκρινισθούν και κατόπιν να οµαδοποιηθούν τα εµπόδια ανά κατηγορία στόχου. Η µε ήπιο τρόπο αλλά ισχυρή συντήρηση των τροφίµων, είναι δυνατή, αν τα µέτρα συντηρήσεως βασίζονται σε µια έξυπνη επιλογή και σύνθεση των εµποδίων πολλαπλών στόχων. Προστατευτικές Πρωτεΐνες Μερικά βακτήρια καθίστανται πιο ανθεκτικά (π.χ. έναντι της θερµότητος) υπό πίεσιν (ή στρες), επειδή συνθέτουν προστατευτικές πρωτεΐνες (ανθεκτικές) µε την επίδραση θερµότητος, aw, αιθανόλης κλπ. Η ανταπόκριση αυτή µπορεί να επηρεάσει τη συντήρηση των τροφίµων, εφ' όσον η αυξηµένη αντίσταση µπορεί να καταστήσει κάποια εµπόδια µη αποτελεσµατικά. Αυτοαποστείρωση Ένα φαινόµενο µε µεγάλη πρακτική σηµασία είναι η αυτοαποστείρωση των τροφίµων συντηρηµένων µε την τεχνολογία εµποδίων. Τούτο παρατηρήθηκε σε προϊόντα κρέατος στα οποία, λόγω της θερµικής επεξεργασίας, επιβίωναν µόνο σπόροι των γενών Clοstridium και Bacillus spp. Η πιο πιθανή εξήγηση είναι ότι οι βακτηριακοί σπόροι οι οποίοι επιβιώνουν από τη θερµική επεξεργασία είναι ικανοί να εκβλαστήσουν στα τρόφιµα αυτά κάτω από λιγότερο ευνοϊκές συνθήκες από αυτές στις οποίες µπορούν να πολλαπλασιασθούν οι βλαστικές µορφές των Clοstridium και Bacillus spp. Έτσι, κατά την αποθήκευση των προϊόντων αυτών µερικοί σπόροι εκβλαστάνουν, όµως τα βλαστικά κύτταρα που προκύπτουν από τους σπόρους αυτούς πεθαίνουν και έτσι το φορτίο των σπόρων µειώνεται κατά την αποθήκευση σε θερµοκρασίες περιβάλλοντος. Προφανώς, στα σταθερά τρόφιµα της τεχνολογίας εµποδίων οι µικροοργανισµοί εντείνουν κάθε πιθανό µηχανισµό επιδιορθώσεως για να αντεπεξέλθουν στο αντίξοο περιβάλλον και κάνοντας αυτό χρησιµοποιούν πλήρως την ενέργειά τους και πεθαίνουν (αν εξαντληθούν µεταβολικώς). Έτσι, λόγω της αυτοαποστειρώσεως η οποία προκαλείται από µεταβολική εξάντληση, τα σταθερά τρόφιµα της τεχνολογίας εµποδίων, εφ' όσον είναι µικροβιολογικώς σταθερά, καθίστανται πιο σταθερά κατά την αποθήκευση επειδή µειώνεται το µικροβιακό τους φορτίο, ειδικά σε θερµοκρασίες περιβάλλοντος. Συνδυασµός Μεθόδων Από τις πολλές µεθόδους οι οποίες είναι διαθέσιµες για τη συντήρηση των τροφίµων, λίγες µόνο είναι αυτές οι οποίες καταστρέφουν ή αδρανοποιούν τους µικροοργανισµούς. Οι υπόλοιπες τους αναστέλλουν σε διαφόρους βαθµούς και περιορίζουν την επαφή και είσοδο των µικροοργανισµών στο τρόφιµο. Στις περισσότερες περιπτώσεις απαιτείται ένας συνδυασµός µεθόδων συντηρήσεως για να παραχθούν προϊόντα ασφαλή και σταθερά. Στον Πίνακα 1 φαίνονται τα συνήθη συνδυαστικά και ο σκοπός των συνδυασµένων επεξεργασιών. Πίνακας 1 Συνδυαστικά, συνδυασµοί και σκοποί αυτών. Ι. ΠΙΘΑΝΑ ΣΥΝ∆ΥΑΣΤΙΚΑ Ακτινοβολία Θερµοκρασία (υψηλή ή χαµηλή) Ενεργότητα ύδατος Υψηλή πίεση pH Χηµικά (σορβικό, καπνός κλπ) Ελεγχόµενη/τροποποιηµένη ατµόσφαιρα Ανταγωνιστικοί µικροβιακοί πληθυσµοί ΙΙ. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΣΥΝ∆ΥΑΣΜΕΝΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΩΝ Μικροβιολογικώς ασφαλή και σταθερά τρόφιµα Παρεµπόδιση µικροβιακής αλλοιώσεως Παρεµπόδιση φυσιολογικής χειροτερεύσεως Εξάλειψη προβληµάτων από έντοµα Παρεµπόδιση ασθενειών από παράσιτα Καθυστέρηση ή παρεµπόδιση ανεπιθυµήτων µεταβολών στις τεχνολογικές ιδιότητες των τροφίµων Συνδυασµοί µεθόδων, οι οποίοι βρίσκουν εφαρµογή είναι: • Θερµότητα και Υδροστατική Πίεση • Θερµότητα και Χαµηλό pH • Θερµότητα, Χλωριούχο Νάτριο και Νιτρώδες • Ακτινοβόληση και Υψηλή Πίεση • Ακτινοβόληση και Υψηλή Πίεση • Ακτινοβολία και Θερµότητα • Χαµηλό pH και Ειδικά Οξέα • Χαµηλό pH και Χλωριούχο Νάτριο • Χαµηλό pH και Ενεργότητα Ύδατος Βιβλιογραφία FLAIR-Concerted Action No.7, Subgroup A (1994). User guide for HACCP. Commission of European Communities, DG XII, Brussels, Belgium. 45 pp. Gould, G.W. (1988). Interference with homeostasis - food. In: Homeostatic mechanisms in microorganisms. Academic Press, London, UK Gould, G.W. and Jones, M.V. (1989). Combination and synergistic effects. In Mechanisms of Action of Food Preservation Procedures, G.W. Gould (ed.). Elsevier, London. Häussinger, D. (Ed.) (1988). pH homeostasis: mechanisms and control. Academic Press, London, UK. 479 pp. Λάζος, Ε.Σ. (2002). Επεξεργασία τροφίµων ΙΙ. 3η Έκδοση. Τµήµα Τεχνολογίας Τροφίµων, ΤΕΙ Αθηνών. Leistner, L. (1985). Hurdle technology applied to meat products of the shelf stable product and intermediate moisture food types. In: Properties of water in foods in relation to quality and stability, Simatos, D., Multon, J.L. (Eds.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, Netherlands, pp. 309-329. Leistner, L. (1992). Food preservation by combined methods. Food Research International, 25 , 151158. Leistner, L. (1994). Further developments in the utilization of hurdle technology for food preservation. Journal of Food Engineering, 22 , 411-422. McClure, P.J., Baranyi, J., Boogard, E., Kelly, T.M. Roberts, T.A. (1993). A predictive model for the combined effect of pH, sodium chloride and storage temperature on growth of Brochothrix thermosphacta. International Journal of Food Microbiology, 19 , 161-178. Rao, K.J., Dresel, J., Leistner, L. (1992) Anwendung der Hürden-Technologie in Entwicklungsländern, zum Beispiel für Paneer. Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Fleischforschung, Kulmbach, 31 , 293-297. Troller, J.A. (1995). Combination of factors to obtain the microbiological safety of foods. In "Food Preservation by Moisture Control. Fundamentals and Applications", Barbosa-Canovas, G. and WeltiChanes, L. (eds.). ISOPOW PRACTICUM II. Technomic Publishing Co, Inc. Basel. ∆ρ. Ευάγγελος Σ. Λάζος Καθηγητής [email protected]