バイオ保存

バイオプリザベーションとは、食品を保存し、賞味期限を延ばす方法として、天然または管理された微生物叢または抗菌剤を使用することです。^[1]食品のバイオプリザベーション、特に食品の腐敗微生物を抑制する乳酸菌 (LAB) の利用は、最初は無意識でしたが、最終的にはますます強固な科学的根拠に基づいて、古くから実践されてきました。^[2]有益な細菌またはこれらの細菌によって生成される発酵産物は、食品の腐敗を制御し、病原体を不活性化するためにバイオプリザベーションで使用されます。 ^[3]微生物が他の微生物の成長を妨げることができるさまざまな作用モードがあります。たとえば、有機酸の生成により、pH が低下し、解離していない酸分子、過酸化水素などのさまざまな小さな阻害分子の抗菌活性が低下します。^[2]これは、ますます注目を集めている無害な生態学的アプローチです。^[1]

特に興味深いのは乳酸菌（LAB）です。乳酸菌は拮抗作用があり、バイオ防腐剤として特に有用です。LABが栄養素を奪い合うと、その代謝産物には乳酸、酢酸、過酸化水素、ペプチド バクテリオシンなどの活性抗菌物質が含まれることがよくあります。一部のLABは抗菌性のナイシンを生成し、これは特に効果的な防腐剤です。^{[4] [5]}

現在、LABバクテリオシンはハードル技術の不可欠な部分として使用されています。他の防腐技術と組み合わせて使用​​​​すると、腐敗細菌やその他の病原体を効果的に制御し、本質的に耐性のあるグラム陰性細菌を含む広範囲の生物の活動を阻害できます。" ^[1]乳酸菌とプロピオニバクテリアは、食品の腐敗を引き起こす酵母やカビに対する有効性について広範囲に研究されています。^[6]

乳酸菌に加えて、酵母も栄養素の競合、高濃度エタノールの生産と耐性に依存する拮抗作用、および食品腐敗微生物だけでなく植物、動物、ヒトの病原体に対しても広範囲の活性を示す多くの抗菌化合物の合成により、生物保存効果があると報告されています。^[14]

バイオ保存料として使用するのに適した細菌/酵母は、必ずしも食品を発酵させる必要はありません。しかし、条件が微生物の増殖に適している場合、バイオ保存料細菌は食品内の腐敗菌や病原菌と栄養素をめぐって十分に競合します。また、代謝産物として、酸やその他の抗菌剤、特にバクテリオシンも生成します。乳酸菌などのバイオ保存料細菌は、人体に無害でなければなりません。^[3]

バクテリオファージ（ギリシャ語で「細菌を食べるもの」）、または単にファージは、細菌に感染するウイルスです。^[15]ファージを望ましくない細菌に対して使用するというアイデアは、ファージの発見後すぐに生まれました。1950年代の有機化学の進歩により、広域スペクトルの抗生物質の探究と開発がバクテリオファージ研究への関心を奪いました。いくつかの研究室が、特定の細菌病原体を制御するためのバクテリオファージ分離株の適合性をテストしています。この研究は、ファージ療法が医学研究で日常的に適用されているジョージアのトビリシにあるバクテリオファージ研究所で大幅に進歩しました。今日、抗生物質耐性細菌の治療は困難な作業です。最近、抗生物質の適用が効果的に機能しない感染症の抗生物質耐性病原体の特定の観点から、バクテリオファージの研究はさらなる勢いを増しており、そのためバクテリオファージの適用に関する研究が熱心に見直されています。^[15] バクテリオファージは、毒性がなく、人体への有害な影響がないため、米国では肉製品への使用に関して安全であると一般的に認められています。^[16]

L. monocytogenes、 E. coli O157:H7、およびS. enterica血清型に特異的なファージ製剤が商品化されており、食品への適用や表面除染プロトコルの一部として承認されている。^[16]

食肉加工において、発酵肉製品や調理済み肉製品におけるバイオプリザーブメントが広く研究されてきた。 ^{[17] [18] [19]}動物の健康と生産性を改善し、病原菌を減らすために、天然または人工的に導入された微生物集団を使用することは、プロバイオティクスまたは競合強化アプローチと呼ばれている。^[20]開発されている競合強化戦略には、競合排除、胃腸の健康を改善する微生物サプリメント（プロバイオティクス）の追加、既存の（または導入された）共生微生物集団に胃腸管での競争上の優位性を与える制限的な非宿主消化可能栄養素（プレバイオティクス）の追加などがある。^[18]これらのアプローチはいずれも、自然の微生物競争を利用して、病原菌に対する天然微生物生態系の活動を利用している。一般的に言えば、競合強化戦略は、食用動物の腸内の病原菌を減らすための自然な「グリーン」な方法を提供する。^[18]

水産物は、タンパク質、ビタミン、ミネラル、オメガ3脂肪酸、タウリンなど、多種多様な貴重な栄養素の供給源です。しかし、水産物は人間の中毒や感染症とも関連しています。食中毒の約10～20％は魚の摂取に起因しています。^[21]消費者の需要の変化により、魚介類に施される伝統的な処理（塩漬け、燻製、缶詰など）の魅力は、低塩分、低温調理、真空パック（VP）/修正雰囲気パック（MAP）などのマイルドな技術に比べて低下しています。これらの製品は、軽量保存魚製品（LPFP）として設計されており、通常は新鮮な魚介類から作られ、さらに加工すると交差汚染のリスクが高まります。^[21]これらのよりマイルドな処理では通常、微生物を破壊するのに十分ではなく、場合によっては、LPFPの長期保存中に耐冷性病原菌や腐敗菌が発生することがあります。これらの製品の多くは生で食べられるため、微生物の存在を最小限に抑え、その増殖を防ぐことは、食品の品質と安全性にとって不可欠です。^[21] 食品の微生物学的安全性と安定性は、ハードルと呼ばれる防腐因子の応用に基づいています。^[22]魚介類の繊細な食感と風味は、調理などの除染技術や、より最近のパルス光、高圧、オゾン、超音波などの穏やかな技術に非常に敏感です。 プロセスではなく成分である化学防腐剤は、天然防腐剤の需要により消費者に好まれていません。 ますます注目を集めている代替ソリューションは、バイオ保存技術です。^{[22] [23] [24]}魚の加工では、抗菌剤を追加するか、魚の筋肉の酸性度を高めることによってバイオ保存が達成されます。 ほとんどの細菌は、 pHが4.5未満になると増殖を停止します。^{[21]伝統的に、酸度は}発酵、マリネ、または食品に酢酸、クエン酸、乳酸を直接添加することによって増加してきました。その他の防腐剤としては、亜硝酸塩、亜硫酸塩、ソルビン酸塩、安息香酸塩、精油などがある。^{[4]乳製品や肉製品と比較して、}魚介類製品への保護微生物、バクテリオファージ、バクテリオシンの生物学的保存への応用に関する研究の記録が少ない主な理由は、生物学的保存の初期段階が主に発酵食品で行われ、魚介類製品ではあまり発達していないためと考えられる。^[21]魚介類製品中の潜在的な保護細菌の選択は、魚介類マトリックス（糖分が少ない）に適応する必要があり、代謝活動によって製品の初期の特性（酸性化など）が変化したり、感覚的な拒絶反応につながるような腐敗を引き起こしたりしない必要があるため、困難です。^[21]新鮮な魚介類や加工魚介類で特定されている微生物叢の中で、LABは、生体保護培養物として直接適用したり、バクテリオシン生産に最も適したカテゴリーです。^[21]

世界中でさまざまなファージ製剤の導入が成功している。食品へのさまざまな用途/送達方法が開発されている。バクテリオファージとそのエンドリシンは、噴霧、浸漬、固定化など、単独で、または他のハードルと組み合わせて、いくつかの方法で食品システムに組み込むことができる。^{[25]ファージ製剤LMP-1O2はその後、「ListShield」Intralyx, Inc.として商品化された。これは、170種類の異なる}リステリア菌株に対して効果があることが示されており、調理済み食品に噴霧すると、食品の一般的な組成、味、匂い、色を変えることなく、リステリア菌の汚染を大幅に（10〜1000倍）減らすことができる。^{[16] Intralytix社は、SalmoFreshやSalmoLyseなどのファージベースの抗菌製剤も}S. entericaの 制御用に商品化している。^[26] SalmoFreshは、チフス菌、エンテリティディス菌、ハイデルベルグ菌、ニューポート菌、ハダール菌、ケンタッキー菌、トンプソン菌といった最も一般的な/病原性の高い血清型に属する菌株を含む、サルモネラ菌を選択的かつ特異的に殺す天然の溶菌バクテリオファージのカクテルで作られています。製造元によると、SalmoFreshはサルモネラ菌汚染のリスクが高い食品の処理用に特別に設計されています。特に、赤身の肉や鶏肉は、挽く前に処理することでサルモネラ菌汚染を大幅に減らすことができます。SalmoLyseはSalmoFreshから改良されたファージカクテルで、元のカクテルにあった6つのファージのうち2つが置き換えられています。^[26]追加のバクテリオファージ製剤は、屠殺前に動物の微生物負荷を減らすために処方され、参照されており、サルモネラOmnilyticsに対するBacWash製品ラインなど、Omnilyticsから市販されています。もう一つの商業用途として、オランダのMicreos社が開発したListex_P100が、FDAとUSDAからすべての食品への使用が一般的に安全と認められた（GRAS）ステータスを取得しました。^[25]

もう一つの重要な商業用バクテリオファージの用途は、グルジア共和国トビリシのエリアヴァ研究所で開発された農産物処理用の広範囲な抗サルモネラおよび「大腸菌」ファージカクテルであるELICOSALIである。 ^[16]

バイオプリザベーションは、食品中に自然に存在する微生物や、安全使用の長い歴史を持つその代謝産物の抗菌力を賢明に利用します。バクテリオシン、バクテリオファージ、バクテリオファージでコード化された酵素はこの理論に当てはまります。食品や飼料の発酵における乳酸菌の長く伝統的な役割は、バイオプリザベーションにおけるバクテリオシンの使用に関連する主な要因です。LAB とそのバクテリオシンは、長年意図せずに消費されており、安全使用の長い歴史があります。抗菌阻害スペクトル、殺菌作用、加工条件 (pH、NaCl、熱処理) に対する相対的な耐性、真核細胞に対する毒性の欠如は、食品におけるバイオプリザベーションとしての役割を強化します。^[27]肉類における新たな抗菌活性物質の評価はUSDAによって行われ、FDAによるGRAS評価やその他の適合性データに依存しています。