Натуральные и синтетические пищевые консерванты

Консерванты (англ. preservatives, antimicrobial agents) представляют собой группу веществ натурального, синтетического, микробиологического и иного происхождения, основная задача которых предотвращение микробиологической порчи продукта и увеличение сроков годности.

В этой статье мы расскажем о разнице механизмов действия натуральных и синтетических консервантов, сравним их по важным для производства параметрам, а также подробнее остановимся на группах искусственных консервантов, разрешенных для применения в пищевом производстве в РФ.

Классификация консервантов

Общепринятой считается разделение на натуральные (традиционные) и синтетические (химические, искусственные) консерванты. Первые имеют растительное, животное или микробиологическое происхождение, чаще всего их выделяют в процессе ферментации, вторые же — произведены в лабораторных условиях, путем химических реакций.

На наш взгляд, такое разделение в некоторых случаях весьма условно. Например, изначально сорбиновую кислоту (E200) выделили из плодов рябины, где она содержится в большом количестве, однако в промышленных масштабах как популярный антимикробный консервант она производится искусственно. Или диоксид серы (Е220), который по некоторым источникам древние греки получали из древесной золы, а сейчас включенный в сульфитную группу синтетических консервантов.

Более формальная классификация связана с правилами применения консервирующих добавок:

• те, что разрешены для использования в пищевом производстве (например, Е227 гидросульфит кальция, Е234 низин, Е236 муравьиная кислота, Е250 нитрит натрия и др.);
• те, что не имеют разрешения для использования в пищевой промышленности, но могут применяться в других продуктах (например, Е233 тиабендазол, Е285 тетраборат натрия, салициловая кислота)
• те, что запрещены к использованию в пищевых продуктах (в РФ это Е240 формальдегид).

С точки зрения механизмов действия, принято говорить о консервантах и веществах, обладающих консервирующими свойствами. Первые сами по себе предотвращают развитие и рост бактерий, замедляя ферментацию, синтез белков, разрушая клеточную мембрану. Вторые, те самые «натуральные» (поваренная соль, сахар, уксус, мед, спирт, эфирные масла и др.), отрицательно влияют на микробов через снижение pH среды, активности воды или концентрации кислорода, но их основное свойство и задача иные.

Еще один пример для наглядности. В мясные консервы часто добавляют нитрит натрия, который обладает антимикробным действием, а в древности мясные заготовки, в частности, паштеты, для длительного хранения запечатывали жиром, чтобы препятствовать попаданию микроорганизмов и влаги. Нитрит натрия — консервант, животный жир — вещество с консервирующими свойствами.

Таблица применения консервантов в пищевом производстве. Источник: Пищевые добавки. Энциклопедия. 2-е изд., испр. и доп. Сарафанова Л. А. (сост.)

Механизмы действия консервантов

Каждый консервант имеет определенный спектр действия, поэтому для максимальной эффективности лучше сочетать консерванты с разными механизмами действия.

Антимикробное действие. В натуральных консервантах достигается за счет содержания в составе биологически активных веществ (терпеноиды, фенолы и проч.), поэтому их эффективность сильно зависит от концентрации. Синтетические консерванты действуют напрямую как бактерицидные или бактериостатические агенты.

Изменение pH. Характерный для кислот и уксусов механизм действия, так как большинство микроорганизмов предпочитают нейтральную или щелочную среду. Это один из популярных методов у производителей, потому что химическими реакциями с изменением pH можно управлять (останавливать или контролировать).

Подавление активности воды. Характерный для натуральных консервантов механизм действия, в основе которого реакция осмотического стресса. Эффект достигается добавлением связывающих свободную воду веществ, из-за чего впитывать воду через клеточную мембрану невозможно и размножение микроорганизмов останавливается.

Создание барьера для кислорода и влаги. Барьерные консерванты не замедляют рост и развитие микробов, а препятствуют их проникновению, образуя защитную пленку на поверхности продукта. Так действуют некоторые растительные экстракты, жиры и в непищевом производстве синтетические консерванты.

Замедление ферментации. В пищевом производстве ингибиторами ферментативных процессов обычно выступают искусственные консерванты, которые останавливают естественные процессы распада органических веществ и связанные с ним метаболические процессы дрожжей, грибков и бактерий.

Окисление. Эффект этого механизма действия зависит от типа консерванта. Натуральные препятствуют окислению, выступая в роли антиоксидантов, например, в продуктах с высоким содержанием жиров. Синтетические же, напротив, окисляют и тем самым разрушают клеточные мембраны и структуры, уничтожая вызывающие порчу продуктов клетки.

Выделение активных веществ. Более характерный для натуральных консервантов механизм, заключающийся в стимуляции роста полезной микрофлоры и естественной конкуренции с патогенными микроорганизмами. Это может быть полезно в технологических процессах, например, когда нельзя добавлять молочную кислоту, но можно стимулировать ее выработку.

Сравнение натуральных и синтетических консервантов

Выбор конкретных консервантов и их дозировки зависит от множества факторов: от степени бактериальной загрязненности и физико-химических свойств продукта до ограничений техрегламентов безопасности. Поэтому в этом пункте мы обозначим кратко преимущества и недостатки с точки зрения возможностей для производства.

Группы синтетических консервантов

Согласно принятой в Европейском Союзе и Европейской ассоциации свободной торговли маркировке, консерванты имеют коды с Е200 по Е299. Используемые в производстве химические консерванты условно можно разделить на 8 групп.

1. Сорбаты. Наиболее безопасные и широко применяемые как в пищевом, так и непищевом производстве. Включают сорбиновую кислоту и ее соли, полученные в результате нейтрализации реагентами. Разрешены для пищевого производства: Е200 сорбиновая кислота, Е201 сорбат натрия, Е202 сорбат калия, Е203 сорбат кальция.
2. Ацетаты. Считаются умеренно опасными. Могут вызвать аллергическую реакцию, так как в группу входят соли и эфиры уксусной кислоты. Разрешены для пищевого производства: Е260 уксусная кислота ледяная, Е261 ацетаты калия, Е262 ацетаты натрия, Е263 ацетат кальция, Е264 ацетат аммония, Е265 дегидроацетовая кислота, Е266 дегидроацетат натрия.
3. Пропионаты. Относят к малоопасным. Соли и эфиры насыщенной карбоновой пропионовой кислоты, которые получают в процессе окисления пропионового альдегида. Разрешены для пищевого производства: Е280 пропионовая кислота, Е281 пропионат натрия, Е282 пропионат кальция, Е283 пропионат калия.
4. Сульфиты. Умеренно опасны, т.к. в больших дозах могут разрушать витамин B1. Диоксид серы и производные сернистой кислоты, которые получают с помощью синтеза основы с карбонатами и гидроксидами металлов в жидкой среде. Разрешены для пищевого производства: Е220 диоксид серы, Е221 сульфит натрия, Е222 гидросульфит натрия, Е223 пиросульфит натрия, Е224 пиросульфит калия, Е225 сульфит калия, Е226 сульфит кальция, Е227 гидросульфит кальция, Е228 бисульфит калия.
5. Фенилы. Умеренно опасные углеводородные радикалы, являющиеся производными бензола. Имеют мощное противогрибковое действие. Разрешены для пищевого производства: Е230 дифенил, Е231 орто-фенилфенол, E232 орто-фенилфенола натриевая соль.
6. Нитриты и нитраты. Минимально используются в пищевой промышленности, так как соли азотистой кислоты имеют канцерогенное действие. Разрешены для пищевого производства: Е249 нитрит калия, Е250 нитрит натрия, Е251 нитрат натрия, Е252 нитрат калия.
7. Бензонаты. Минимально используются в производстве, так как в больших дозах канцерогенны. Разрешены для пищевого производства: Е210 бензойная кислота, Е211 бензоат натрия, Е212 бензоат калия, Е213 бензоат кальция.
8. Прочие синтетические консерванты. Малоопасные добавки иного происхождения. Например, используемый в напитках E242 Диметилдикарбонат сразу распадается в жидкости и не присутствует в составе, но является производственным реагентом. Разрешены для пищевого производства: Е234 низин, Е235 натамицин, пимарицин, Е236 муравьиная кислота, Е270 молочная кислота (L-, D-, DL), E290 диоксид углерода, Е296 яблочная кислота и E297 фумаровая кислота.

Памятка для технолога пищевого производства

Собрали некоторые особенности консервантов, которые помогут вам в разработке технологической карты продукта.

• Эффективность консервантов в кислой среде выше, поэтому можно использовать меньшую дозировку.
• Из-за высокого содержания воды в продукты с пониженной калорийностью нужно добавлять на 30-40% больше консервантов.
• Консерванты относятся к термостойким соединениям, исключение составляют углекислый газ и диоксид серы.
• Сорбаты и бензоаты могут частично испариться в процессе длительного кипячения, поэтому для производства в открытой емкости лучше увеличить их объем.
• В производстве вина, фруктовых пюре и соков диоксид серы выступает в роли консерванта и антиокислителя, поэтому заменить его полностью не получится.
• В производстве мясной продукции нитриты и нитраты выполняют роль фиксатора окраски, придавая характерный розовый оттенок, поэтому их также не получится полностью заменить.