کالچرهای پروتکتیو در صنایع غذایی
یکی از اهداف نهایی تولید مواد غذایی، تضمین ایمنی و سلامت محصولات غذایی است. محصولات غذایی تخمیر شده از قابلیت‌های ذاتی استارتر کالچرها استفاده می‌کنند؛ در این محصولات، اسیدهای آلی و ترکیبات ضد باکتری مانند پراکسید هیدروژن تولید می‌شوند که بیشتر پاتوژن‌های غذایی را مختل می‌کنند. اما از طرفی کالچرهای پروتکتیو منحصراً برای حفظ ایمنی و افزایش ماندگاری به محصولا غذایی اضافه می‌شوند. در زمینه نگهداری، میکروارگانیسم‌های راسته لاکتوباسیل‌ها نقش برجسته‌ای دارند. کشف هر چه بیشتر باکتری‌هایی که در نگهداری مواد غذایی کاربرد دارند، به طور قابل‌توجهی به ایمنی ماده غذایی و امنیت غذایی مصرف‌کننده کمک می‌کنند. کالچرهای پروتکتیو همچنین در کاهش ضایعات مواد غذایی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای موثر عمل می‌کنند.
انواع روش‌های حفظ ایمنی مواد غذایی
- نگهداری شیمیایی
یکی از گزینه‌ها است ولی محدودیت‌هایی دارد. نگهداری با شکر، نمک یا اسیدهای آلی نگهداری باعث تغییر بافت و طعم می‌شود. به علاوه، نگهدارنده‌های شیمایی مانند اسید سوربیک، در دید مصرف کننده مقبولیت ندارند و مردم امروز جایگزین‌های طبیعی را ترجیح می‌دهند.
- نگهداری فیزیکی
به تجهیزات و انرژی برای گرمایش یا سرمایش نیاز دارد و دارای محدودیت‌هایی است؛ مثلا ممکن است ویژگی‌های حسی ماده غذایی به طور نامطلوبی تغییر کنند.
- نگهداری بیولوژیکی
از طریق میکروارگانیسم‌هایی مانند مخمرها و باکتری‌های اسید لاکتیک، نگهداری بیولوژیکی تامین می‌شود. از طرفی خود استارتر کالچرها پپتیدهای کوچک، باکتریوسین‌ها و سایر ترکیبات ضد باکتری مانند دی استیل تولید می‌کنند. از طرف دیگر، گونه‌هایی از راسته لاکتوباسیل‌ها به‌عنوان کالچر پروتکتیو با باکتری‌های بیماری‌زا و فاسدکننده غذا بدون تداخل در طعم و بافت غذا مبارزه می‌کنند؛ این شیوه نگهداری را به اصطلاح حفاظت زیستی یا بیوپروتکشن می‌گویند. استفاده از کالچر پروتکتیو در غذاهای فاسد شدنی مانند ماهی آزاد دودی، گوشت چرخ کرده، سالاد، کفیر و ماست رایج است.
خواص آنتی باکتریال پروتکتیو کالچر
حفاظت زیستی از مواد غذایی به طور گسترده پذیرفته شده است و بر روی طیف وسیعی از محصولات غذایی موجود در بازار اجرا می‌شود. موارد زیر پیش شرط‌های پروتکتیو کالچر موثر هستند:
- عدم تاثیر بر خواص ارگانولپتیک
- موثر در تولید مواد ضد میکروبی
- تضمین بقا در طول فرآیند تولید
- امکان عمل و تاثیر باکتری‌ها در دمای خنک کننده
- نداشتن ژن‌های بیماری زا و ژن‌های مقاوم به آنتی بیوتیک
اعضای راسته لاکتوباسیل‌ها که تشکیل دهنده کالچر پروتکتیو هستند، اقدامات زیادی را علیه سایر میکروارگانیسم‌ها انجام می‌دهند. آنها از طریق تخمیر همو و هترو فرمانتیو کربوهیدرات‌ها، انواع اسیدهای آلی تولید می‌کنند که به عنوان محصولات نهایی متابولیک ترشح می‌شوند. لاکتیک اسید، استیک اسید، اسید پروپیونیک، اسید مالیک، اسید سوکسینیک، اسید بوتیریک و اسید فرمیک از ترشحات لاکچر پروتکتیو هستند.
کارکردهای پروتکتیو کالچر
مکانیسم عمل باکتری‌های موجود در پروتکتیو کالچر شامل موارد زیر است:
- ایجاد یک جو بی هوازی
- کاهش pH همراه با دناتوره کردن آنزیم
- از بین بردن گرادیان پروتون و غشای سلولی باکتری یا قارچ عامل فساد
پراکسید هیدروژن، دی اکسید کربن، دی استیل، آلدهید و باکتریوسین توسط عوامل ضد میکروبی به طور گسترده تولید می‌شوند:
- پراکسید هیدروژن
باکتری لاکتیک اسید، پراکسید هیدروژن را در حضور اکسیژن و نور سنتز می‌کند. پراکسید هیدروژن، باکتری‌های مضر از جمله سویه‌های اشریشیا کلی و سالمونلا انتریتیدیس را مهار می‌کند.
- دی اکسید کربن
باکتری‌های اسید لاکتیک که دی اکسید کربن تولید می‌کنند از رشد باکتری‌های گرم مثبت و سایکروتروف‌های گرم منفی از جمله انتروباکتریاسه و لیستریا مونوسیتوژنز جلوگیری می‌کنند. دی اکسید کربن می‌تواند تجمعات باکتریایی را زیر و رو کند و تولید متابولیت را کاهش دهد.
- دی استیل
مقادیر در خور توجهی طعم کره، که ناشی از دی استیل تولید شده توسط باکتری لاکتیک اسید است در بسیاری از محصولات غذایی وجود دارد. دی استیل، باکتری‌های گرم منفی بیماری‌زا، کپک‌ها و مخمرهای غذایی را در محدوده 50 تا 1000 ppm مهار می‌کند. اما در برابر باکتری‌های گرم مثبت کمتر موثر است.
- باکتریوسین
تولید پپتیدهای محافظ زیستی (باکتریوسین‌ها) از بیشترین اهمیت در مهار لیستریا (پاتوژن) برخوردار است.
نگهداری از ژامبون و گوشت چرخ کرده توسط پروتکتیو کالچر
محصولات گوشتی فرآوری شده از ژامبون پخته شده و گوشت چرخ کرده نسبت به فساد و آلودگی با باکتری‌های بیماری‌زا حساس‌ترین هستند. در آزمایشی ژامبون پخته شده با مخلوطی از سویه‌های باکتری L. monocytogenes تلقیح شد. سپس پروتکتیو کالچر به گوشت آلوده به باکتری اضافه شد. ژامبون به مدت 40 روز در دمای 8 درجه سانتیگراد در یخچال نگهداری شد. مشاهده شد که باکتری بدون بروز هیچگونه تغییرات ارگانولپتیکی از ژامبون حذف شده است.
نگهداری از گوشت ماهی توسط پروتکتیو کالچر
در میان محصولات دریایی، نگهداری از گوشت ماهی آزاد دودی به دلیل آلودگی به L. monocytogenes و تعدادی از باکتری‌های فاسد کننده با بوی تند. در چندین نشریه نشان داده شد که LAB مناسب می تواند چنین محصولاتی را محافظت کند.
نگهداری از پنیر و دوغ توسط پروتکتیو کالچر
مخلوطی از دو سویه لاکتو باسیل (Lactiplantibacillus plantarum و Lacticaseibacillus rhamnosus) پتانسیل زیادی به عنوان پروتکتیو کالچر پنیر و دوغ در برابر آلودگی لیستریا دارند.
نگهداری از میوه ها و سبزیجات توسط پروتکتیو کالچر
محصولاتی گیاهی عمدتاً مستعد آلودگی با E. coli EHEC ssp.، Salmonella enterica ssp.، یاپL. monocytogenes هستند. از آنجایی که چنین مواد غذایی به صورت خام مصرف می‌شود، پاندمی‌های متعددی در دهه‌های گذشته شیوع پیدا کرده است. کالچر پروتکتیو برای تکه‌های میوه، طالبی، پاپایا و همچنین در سالاد، خیار، یا کاهو کاربرد دارد.
میزان ترشح باکتریوسین در ماتریکس غذایی
به طور معمول میزان ترشح باکتریوسین در در ماتریکش غذایی بیشتر از شرایط مشابه آزمایشگاهی است. با این حال، عوامل زیادی بر ترشح باکتریوسین در محیط تأثیر می‌گذارند؛ pH، دما، تراکم مواد مغذی و محتوای نمک از جمله عوامل تاثیر گذار بر میزان ترشح باکتریوسین توسط پروتکتیو کالچر هستند. هر چه شوری بیشتر باشد، میزان عملکرد باکتریوسین کمتر است. اما از سوی دیگر، نوسانات مقدار نمک نیز برای ترشح باکتریوسین ضروری است.
تولید پروتکتیو کالچر
میکروارگانیسم‌های لاکتوباسیلوس رامنوسوس و لاکتی پلانتی باسیلوس پلانتاروم که نرخ کلنیزاسون بالایی دارند از اجزای اصلی تشکیل دهنده پروتکتیو کالچر هستند. یک رویکرد جایگزین برای تولید باکتریوسین، رویکرد زیست‌شناسی مولکولی است که در آن ژن‌ها یا اپرون‌های رمزکننده باکتریوسین به سویه‌هایی باکتری‌های اسید لاکتیک شبیه‌سازی می‌شوند. از آنجایی که توالی‌های ژنی باکتریوسین‌های متعدد به راحتی در دسترس هستند ساخت موفقیت آمیز باکتریوسین نوترکیب، راهبردی عملی است. کالچرهای پروتکتیو اساساً از باکتری‌هایی تشکیل شده اند که به طور خاص در مهار رشد ارگانیسم‌های بیماری زا یا عوامل فساد میکروبیولوژیکی توانایی دارند.
چهار مکانیسم ویژه کالچرهای پروتکتیو
- تولید استیک اسید و لاکتیک اسید
- استفاده سریع‌تر از منابع کربن موجود نسبت به رقبای عامل فساد
- اتصال به دیواره روده و جلوگیری از کارکرد پاتوژن‌ها
- تولید و ترشح باکتریوسین‌ها اثرات ضد باکتریایی خاص و قوی‌تری نسبت به اسیدهای آلی دارند.
