Более трети всего производимого продовольствия (≈2,5 млрд. т) ежегодно теряется или оказывается выброшенным в отходы.
Глобальные пищевые отходы оказывают сильнейшее влияние на окружающую среду, поскольку являются огромным источником выбросов парниковых газов, усугубляющих кризис изменения климата. Потерянное и/или утраченное продовольствие становится недоступным для потребителей, что также вносит существенный вклад в усиление продовольственной безопасности как в развитых, так и в развивающихся странах.
В соответствии с целями устойчивого развития, поставленными ООН, сокращение количества пищевых отходов путем совершенствования управления цепочками поставок продовольствия представляет собой одну из важнейших задач нынешнего столетия. Такие стратегии, как переработка, альтернативные модели потребления и новые технологии утилизации отходов, а также инновационные решения по снижению порчи продуктов питания - это лишь несколько примеров усилий исследователей и правительств стран мира. Порча продуктов питания может быть вызвана ростом нежелательных микроорганизмов, которые вырабатывают ферменты или метаболиты с еще не изученными биологическими функциями в сообществах пищевых микроорганизмов, но ответственные за негативные изменения в продуктах.
Данный обзор призван привлечь внимание к проблеме пищевых отходов и предложить новые исследовательские решения для борьбы с глобальными потерями и отходами продуктов питания. Мы рады отметить, что в нашем обзоре приняли участие многие ученые и научные коллективы со всего мира: всего 26 авторов со всего мира, в том числе из Италии, Республики Корея, Южно-Африканской Республики, Великобритании и США. Тема обзора охватывает роль микроорганизмов в порче пищевых продуктов, риск, создаваемый патогенными видами, и предлагает инновационные методы и практики, которые могут быть использованы для контроля роста микроорганизмов, увеличения срока годности и снижения потерь в пищевой цепи.
В ряде исследований и обзоров были сформулированы наиболее распространенные причины образования пищевых отходов, а в обзоре литературы, подготовленном Karanth et al. авторы сосредоточили свое внимание на видах микроорганизмов, участвующих в порче продуктов питания, и на путях их распространения по цепочке поставок продуктов питания (до розничной торговли, в розничной торговле и на уровне потребителя). Особое внимание уделено развитию методов и технологий, препятствующих порче [умная упаковка, количественная оценка риска микробной порчи (QMSRAs), съедобная кожура для защиты от порчи], а также цифровых решений (интернет вещей), которые могут иметь решающее значение для сокращения пищевых отходов во всей цепочке создания продовольственных товаров. Также обсуждаются вопросы совершенствования маркировки дат на пищевых продуктах, такие как использование надписей "Best Before" и "Use by", путем внедрения интеллектуальных индикаторов свежести и безопасности продуктов питания, таких как этикетки "After Opening" компании Insignia Technologies и сенсорные этикетки RipeSense®.
Помимо использования "умных" индикаторов маркировки пищевой продукции для сокращения отходов по цепочкам создания стоимости, решающее значение имеет удаление или контроль пищевых загрязнений и микроорганизмов, вызывающих порчу (патогенных/непатогенных), путем применения антимикробных препаратов. Однако в связи со значительным ростом резистентности большинства патогенных микроорганизмов к синтетическим препаратам растет обеспокоенность по поводу загрязнения окружающей среды остатками токсичных химических веществ.
В качестве актуальных направлений исследований были рассмотрены необходимость смены парадигмы: отказ от синтетических химических соединений, таких как антимикробные препараты, использование биологических средств контроля (например, бактериофага GR1), натуральных растительных экстрактов (например, эфирных масел, ЭМ) и бесхлорных методов обработки (озоновый дезинфектант) для борьбы с контаминантами и патогенами пищевых продуктов.
Kgang et al. сообщают о действии эфирных масел лимона и лемонграсса против Botrytis cinerea - некротрофного грибка, вызывающего заболевания более 500 растений и являющегося основной причиной потерь сельскохозяйственных культур. С помощью ферментативных биопроб, интегрированных с гелевой и безгелевой протеомикой в сочетании с ЖХ-МС/МС анализом, авторы установили, что ЭМ лимона обладают высокой эффективностью. Авторы установили, что обработка ЭМ индуцирует окислительное повреждение липидов мембраны патогенов за счет накопления реактивных форм кислорода. Активность белков, связанных с РНК-хеликазами, трансмембранными транспортерами и антиоксидантами, у B. cinerea, обработанного ЭМ, была выше установленного порога.
Для разработки эффективного биоконтрольного агента на основе эндолизина Choi и Kong выделили и охарактеризовали новый фаг GR1, инфицирующий Geobacillus stearothermophilus, полученный из образцов почвы, с акцентом на литическую активность его эндолизина LysGR1. Авторы продемонстрировали, что эндолизин LysGR1 фага G. stearothermophilus обладает очень широкой бактерицидной активностью в отношении тестируемых штаммов G. stearothermophilus, а также патогенов пищевого происхождения, включая Clostridium perfringens, Listeria monocytogenes и Escherichia coli O157:H7.
Другой источник пищевых загрязнений и патогенных микроорганизмов находится на предприятиях по переработке и обработке пищевых продуктов на поверхностях производственного оборудования. Образование биопленок на поверхности и внутри оборудования повышает риск перекрестной контаминации патогенными микроорганизмами, передающимися с пищей, и воздействия микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. Протоколы очистки на месте (CIP) в основном устанавливаются для того, чтобы минимизировать перекрестные контаминации продуктов и обеспечить безопасное удаление остатков пищевого материала.
В работе Sivri et al. исследуется образование биопленки Pseudomonas fluorescens на пилотных установках, имитирующих производство молочных продуктов, и оценивается эффективность безразборной мойки на основе озона для борьбы с биопленкой P. fluorescens. Авторы продемонстрировали, что озоновая система очистки устраняет биопленку P. fluorescens и снижает количество планктонных клеток до уровня ниже предела обнаружения. Для того чтобы в полной мере стимулировать коммерческое внедрение натуральных растительных экстрактов, бактериофагов и альтернатив хлорированному CIP, необходимы дополнительные исследования, посвященные вопросам безопасности на всех этапах цепочки создания пищевых продуктов.
Listeria monocytogenes является важным возбудителем пищевых инфекций из-за высокой смертности (20-30%), вызывая листериоз у лиц с ослабленным иммунитетом. Наблюдается смещение пищевых продуктов, с которых были связаны случаи листериоза, с молока и молочных продуктов, мясных деликатесов на другие виды продуктов, такие как фрукты (канталупа и косточковые фрукты) и десерты (мороженое и профитроли), что свидетельствует о расширении круга потенциальных источников.
В рамках данной темы исследования Moreira et al. оценили выживаемость и рост L. monocytogenes при температуре 4 или 13°C на свежих продуктах и очищенной кожуре. Результаты показали, что при температуре 4°C рост L. monocytogenes на свежесрезанных грушах был незначительным, в то время как на капусте, цветной капусте и брокколи наблюдалось значительное снижение. При 13°С наблюдался значительный рост на арбузах, канталупах, грушах, папайе и зеленом болгарском перце. С другой стороны, на кожуре канталупы при 24°C наблюдалась стабильная популяция, в то время как на внешней поверхности болгарского перца через 14 дней пребывания при 4°C численность популяции снизилась до уровня, не превышающего допустимые пределы. Полученные результаты свидетельствуют о том, что выживаемость L. monocytogenes на свежих продуктах зависит от вида продукта и температуры хранения.
В Корее первый случай вспышки L. monocytogenes был зарегистрирован в 2018 году. Штамм был выделен из приправленного крабового мяса с ростками фасоли, холодной лапши и салата. Lee et al. провели характеристику штамма L. monocytogenes от пациента с помощью секвенирования всего генома и сравнили его с общедоступными геномами того же клонального комплекса. Штамм принадлежал к ST224 и CC224, обладая специфическими генетическими характеристиками, включая гены резистентности к антибиотикам, гены вирулентности и уникальную мутацию в LIPI-3. Эти результаты важны для понимания особенностей штаммов CC224 и их потенциальной способности вызывать вспышки листериоза. Оба исследования L. monocytogenes в рамках данного обзора позволили получить новые представления о возникновении контаминации L. monocytogenes в пищевых продуктах и поведении бактерий при хранении.
Целью данного исследования обзора является повышение осведомленности и предоставление основанных на исследованиях решений для снижения глобальных потерь и отходов пищевых продуктов. Мы считаем, что, понимая поведение и генетические особенности патогенов и микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов, мы сможем добиться значительных успехов в обеспечении продовольственной безопасности, безопасности и экологической стабильности. Мы надеемся, что данный обзор послужит стимулом для будущих исследований, направленных на достижение цели "нулевого голода".
