Биоконсервация определяется как использование микроорганизмов и/или продуктов их метаболизма для продления срока хранения и повышения безопасности пищевых продуктов.
Целью данного обзора было представить новые подходы и результаты в области биозащитных микроорганизмов и многофункциональных культур. Эти подходы включают:
а) новые микробные культуры или метаболиты культур, повышающие безопасность и качество продуктов питания, протестированные в реальных пищевых экосистемах (in situ);
б) изучение механизмов, лежащих в основе антимикробной активности in vitro и in situ - биохимический и/или молекулярный анализ целевых генов;
в) новые аналитические методы, позволяющие по-новому взглянуть на производство, переработку и сохранение новых продуктов питания.
Молочнокислые бактерии (МКБ) являются наиболее изученными агентами биоконсервации, вносящими вклад в качестве защитных культур в безопасность пищевых продуктов и/или срок их хранения. Однако растет интерес к многофункциональным культурам (т.е. заквасочным/добавочным/пробиотическим/защитным культурам), которые могут дополнительно улучшить органолептические и физико-химические характеристики (технологические свойства) и/или повысить функциональные свойства (пробиотический и пребиотический потенциал) продуктов питания.
В рамках этой темы в двух исследовательских статьях были рассмотрены антимикробные свойства биозащитных/функциональных изолятов МКБ против порчи или патогенной микробиоты, вызывающей серьезные опасения в молочных продуктах. Две другие статьи были посвящены эффективности противогрибкового экстракта, произведенного штаммом Streptomyces, в борьбе с зеленой плесенью цитрусовых и применению холодоактивной глюкозооксидазы, выделенной из Penicillium, в качестве биоконсерванта для хранения рыбы.
Поскольку плесневая порча является серьезной проблемой в молочной промышленности, Shi и Knøchel изучили антимикробный потенциал 12 изолятов МКБ (включая штаммы Lacticaseibacillus rhamnosus, Lactiplantibacillus plantarum, Lentilactobacillus parabuchneri, Lacticaseibacillus paracasei) против четырех штаммов Mucor и девяти штаммов Penicillium, выделенных из молочных продуктов.
В зависимости от исследуемой среды роста наблюдались различные модели инактивации. Сильное ингибирование грибков наблюдалось при использовании MRS в качестве ростовой среды, но снижение роста МКБ и более слабое ингибирование роста плесени наблюдалось при использовании йогуртовой сыворотки. Удаление микробных клеток привело к почти полной потере активности, однако было отмечено, что объединение культур в некоторых случаях может повысить эффективность ингибирования. Более того, было обнаружено, что истощение марганца L. plantarum LP37 играет важную роль в ингибировании роста как штаммов Penicillium, так и Mucor, протестированных в йогурте. Авторы пришли к выводу, что за исключением штамма Penicillium roqueforti (ISI4), не подвергшегося воздействию, протестированные плесени порчи были в целом чувствительны к биозащитным культурам, способным сделать марганец недоступным в матрице, что указывает на возможное расширение их применения в подобных матрицах.
Papadopoulou и др. исследовали эффективность штамма МКБ с пробиотическим потенциалом в качестве вспомогательной культуры, параллельно с обычными заквасками йогурта, для производства нового функционального продукта с повышенной безопасностью. Результаты исследования показали, что потенциальный пробиотический штамм L. plantarum T571, добавленный в йогурт, был жизнеспособным и имел достаточный уровень популяции для обеспечения возможной пользы для здоровья потребителя в течение всего периода хранения йогурта при температуре 4 и 12°C.
Кроме того, этот штамм был добавлен в йогурт в качестве пробиотика. Более того, добавление этого штамма привело к получению качественных продуктов с желательными органолептическими характеристиками. Антимикробная активность штамма L. plantarum T571 in situ также была протестирована в йогуртах, искусственно зараженных коктейльной смесью из трех штаммов Listeria monocytogenes при двух различных начальных уровнях инокуляции. Было показано, что добавление штамма L. plantarum T571 привело к снижению популяции L. monocytogenes за более короткий период времени по сравнению с контролем при обеих температурах хранения. Кроме того, в данном исследовании инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье была показана как перспективный быстрый и неинвазивный метод оценки количества микроорганизмов (общее количество жизнеспособных микроорганизмов, МКБ и лактококки/Streptococcus thermophilus) и сенсорных характеристик образцов йогурта в течение всего срока хранения.
В другом подходе Streptomyces оценивался для возможной профилактики и борьбы с заболеваниями фруктов (Lin et al.). Авторы исследовали эффективность противогрибкового экстракта, произведенного Streptomyces lavendulae X33, против Penicillium digitatum, грибка, вызывающего тяжелые симптомы гниения плодов на зараженных цитрусовых. Целью исследования было выявление дифференциально экспрессированных белков в P. digitatum, стимулированных активными веществами, с помощью метода изобарических меток через относительное и абсолютное количественное определение (iTRAQ) и изучение внутреннего молекулярного механизма действия противогрибкового экстракта X33 на P. digitatum.
Было показано, что экстракт X33 вызывает дисфункцию митохондриальной мембраны и нарушение целостности клетки, что впоследствии может повлиять на энергетический метаболизм, окислительный стресс и трансмембранный транспорт. Тот факт, что окислительный стресс P. digitatum был индуцирован экстрактом X33, был обоснован повышением активности щелочной фосфатазы, внеклеточной проводимости, увеличением содержания H2O2 и малондиальдегида, ингибированием энергетического, аминокислотного и сахарного обмена. Результаты исследования показали, что противогрибковый экстракт Str. lavendulae X33 может быть эффективным фунгицидом для борьбы с зеленой плесенью цитрусовых.
Yuan и др. предложили глюкозооксидазу (GOx) в качестве биоконсерванта с большим потенциалом применения в консервировании пищевых продуктов. Однако GOx должна проявлять высокую ферментную активность при низкой температуре (4°C), чтобы быть полезной для сохранения рыбных продуктов. В своем исследовании Yuan et al. (2020) выделили новый холодоактивный GOx из Penicillium sp. MX3343 и успешно гетерологически экспрессировали его в Pichia pastoris X33. Биохимические и антимикробные характеристики рекомбинантных ферментов были тщательно проанализированы, чтобы доказать их значительное влияние на сохранение травяного карпа.
Было показано, что рекомбинантный фермент под названием GOxP5 был способен поддерживать 72% максимальной активности при 4°C и был стабилен в широком диапазоне pH от pH 2-6, что говорит о его потенциальном применении для холодного консервирования рыбной продукции. Сенсорный, микробиологический (общее количество бактерий) и физико-химический (общий летучий основной азот и pH) анализы во время холодильного хранения рыбного филе (4°C) доказали, что GOxP5 может быть отличным средством для сохранения свежести. Кроме того, GOxP5 проявил хорошую антимикробную активность против L. monocytogenes и Vibrio parahaemolyticus, представляющих собой две распространенные патогенные бактерии рыб. Авторы пришли к выводу, что холодоактивный GOxP5 имеет большое прикладное значение в качестве биоконсерванта для травяного карпа, и его применение может быть изучено в дальнейшем наряду с другими консервантами.
В заключение следует отметить, что в статьях, включенных в данный обзор, приведено только несколько примеров использования биоконсервантов (микроорганизмов или их метаболитов) для улучшения срока хранения и/или безопасности молочных, фруктовых и рыбных продуктов.
