การถนอมอาหารด้วยจุลินทรีย์คือการใช้จุลินทรีย์ ตามธรรมชาติหรือจุลินทรีย์ที่ควบคุมได้ หรือสารต้านจุลินทรีย์เป็นวิธีการถนอมอาหารและยืดอายุการเก็บรักษา [ ^{1 ] การ}ถนอมอาหารด้วยจุลินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้แบคทีเรียกรดแลคติก (LAB) ซึ่งยับยั้งจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดการเน่าเสียของอาหาร ได้มีการปฏิบัติกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ ในตอนแรกอาจเป็นไปโดยไม่รู้ตัว แต่ในที่สุดก็มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่แข็งแกร่งขึ้นเรื่อยๆ^{[ 2 ]}แบคทีเรียที่เป็นประโยชน์หรือ ผลิตภัณฑ์ จากการหมักที่ผลิตโดยแบคทีเรียเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการถนอมอาหารด้วยจุลินทรีย์เพื่อควบคุมการเน่าเสียและทำให้เชื้อโรคในอาหารไม่ทำงาน^{[ 3 ]}มีกลไกการทำงานหลายอย่างที่จุลินทรีย์สามารถรบกวนการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์อื่นๆ เช่น การผลิต กรดอินทรีย์ซึ่งส่งผลให้ค่า pH ลดลง และกิจกรรมต้านจุลินทรีย์ของโมเลกุลกรดที่ไม่แตกตัว โมเลกุลยับยั้งขนาดเล็กหลากหลายชนิด รวมถึงไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เป็นต้น^{[ 2 ]}เป็นวิธีการทางนิเวศวิทยาที่เป็นมิตรซึ่งกำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น^{[ 1 ]}

ในการแปรรูปเนื้อสัตว์ การถนอมอาหารด้วยจุลินทรีย์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางใน ผลิตภัณฑ์ เนื้อสัตว์หมักและผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์พร้อมรับประทาน^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}การใช้ประชากรจุลินทรีย์พื้นเมืองหรือที่นำเข้ามาเพื่อปรับปรุงสุขภาพและผลผลิตของสัตว์ และ/หรือเพื่อลดจุลินทรีย์ก่อโรค เรียกว่า วิธีการ โปรไบโอติกหรือการเพิ่มประสิทธิภาพการแข่งขัน^{[ 17 ]}กลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพการแข่งขันที่ได้รับการพัฒนา ได้แก่ การกีดกันการแข่งขัน การเพิ่มสารเสริมจุลินทรีย์ (โปรไบโอติก) ที่ช่วยปรับปรุงสุขภาพทางเดินอาหาร และการเพิ่มสารอาหารที่จำกัดและไม่สามารถย่อยได้ในโฮสต์ (พรีไบโอติก) ซึ่งช่วยให้ประชากรจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ร่วมกันที่มีอยู่ (หรือที่นำเข้ามา) มีความได้เปรียบในการแข่งขันในทางเดินอาหาร^{[ 15 ]}แต่ละวิธีเหล่านี้ใช้กิจกรรมของระบบนิเวศจุลินทรีย์พื้นเมืองต่อต้านเชื้อโรคโดยใช้ประโยชน์จากการแข่งขันของจุลินทรีย์ตามธรรมชาติ โดยทั่วไปแล้ว กลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพการแข่งขันนำเสนอวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพื่อลดเชื้อโรคในลำไส้ของสัตว์ที่ใช้เป็นอาหาร^{[ 15 ]}

ผลิตภัณฑ์ประมงเป็นแหล่งของสารอาหารที่มีคุณค่าหลากหลายชนิด เช่น โปรตีน วิตามิน แร่ธาตุ กรดไขมันโอเมก้า-3 ทอรีน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ประมงยังเกี่ยวข้องกับการเป็นพิษและการติดเชื้อในมนุษย์ ประมาณ 10 ถึง 20% ของโรคที่เกิดจากอาหารเกิดจากการบริโภคปลา^{[ 18 ]}ความต้องการของผู้บริโภคที่เปลี่ยนแปลงไปทำให้กระบวนการแบบดั้งเดิมที่ใช้กับอาหารทะเล (เช่น การใส่เกลือ การรมควัน และการบรรกระป๋อง) ได้รับความนิยมลดลงเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีที่อ่อนโยนกว่าซึ่งเกี่ยวข้องกับปริมาณเกลือที่ต่ำกว่า อุณหภูมิในการปรุงอาหารที่ต่ำกว่า และการบรรจุแบบสุญญากาศ (VP)/การบรรจุในบรรยากาศดัดแปลง (MAP) ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบให้เป็นผลิตภัณฑ์ปลาที่ถนอมอาหารอย่างอ่อน (LPFP) ซึ่งมักผลิตจากอาหารทะเลสด และการแปรรูปเพิ่มเติมจะเพิ่มความเสี่ยงของการปนเปื้อนข้าม^{[ 18 ]}การบำบัดที่อ่อนโยนเหล่านี้มักไม่เพียงพอที่จะทำลายจุลินทรีย์ และในบางกรณีแบคทีเรียก่อโรคและแบคทีเรียที่ทำให้เกิดการเน่าเสียที่ทนต่ออุณหภูมิต่ำสามารถเจริญเติบโตได้ในระหว่างอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานของ LPFP ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จำนวนมากยังรับประทานดิบ ดังนั้นการลดปริมาณและป้องกันการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับคุณภาพและความปลอดภัยของอาหาร^{[ 18 ]} ความปลอดภัยและความเสถียรของอาหารในด้านจุลินทรีย์ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้ปัจจัยการถนอมอาหารที่เรียกว่าอุปสรรค^{[ 19 ]}เนื้อสัมผัสและรสชาติที่ละเอียดอ่อนของอาหารทะเลมีความไวต่อเทคโนโลยีการฆ่าเชื้อ เช่น การปรุงอาหาร และเทคโนโลยีที่อ่อนโยนกว่าในปัจจุบัน เช่น แสงพัลส์ ความดันสูง โอโซน และอัลตราซาวนด์ สารกันบูดทางเคมี ซึ่งไม่ใช่กระบวนการแต่เป็นส่วนผสม ไม่เป็นที่นิยมในหมู่ผู้บริโภคเนื่องจากความต้องการสารกันบูดจากธรรมชาติ ทางเลือกอื่นที่ได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ คือเทคโนโลยีการถนอมอาหารทางชีวภาพ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}ในการแปรรูปปลาการถนอมอาหารทางชีวภาพทำได้โดยการเพิ่มสารต้านจุลินทรีย์หรือโดยการเพิ่มความเป็นกรดของกล้ามเนื้อปลา แบคทีเรียส่วนใหญ่จะหยุดการเพิ่มจำนวนเมื่อค่า pHน้อยกว่า 4.5 ^{[ 18 ]}ตามธรรมเนียมแล้ว ความเป็นกรดจะเพิ่มขึ้นโดยการหมักการ หมัก หรือโดยการเติมกรดอะซิติก กรดซิตริก หรือกรดแลคติกโดยตรงลงในผลิตภัณฑ์อาหาร สารกันบูดอื่นๆ ได้แก่ไนไตรต์ ซั ล ไฟ ต์ซอร์เบตเบนโซเอตและน้ำมันหอมระเหย^{[ 4 ​​]}เหตุผลหลักที่ทำให้มีการศึกษาเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้จุลินทรีย์ป้องกัน แบคทีริโอเฟจ หรือแบคทีริโอซินน้อยลงก็คือผลิตภัณฑ์อาหารทะเลสำหรับการถนอมอาหารทางชีวภาพเมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์นมหรือเนื้อสัตว์ อาจเป็นเพราะขั้นตอนเริ่มต้นของการถนอมอาหารทางชีวภาพส่วนใหญ่เกิดขึ้นในอาหารหมักดอง ซึ่งยังไม่พัฒนามากนักในกลุ่มผลิตภัณฑ์อาหารทะเล^{[ 18 ]}การคัดเลือกแบคทีเรียป้องกันที่มีศักยภาพในผลิตภัณฑ์อาหารทะเลเป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากแบคทีเรียเหล่านี้จำเป็นต้องปรับตัวให้เข้ากับเมทริกซ์ของอาหารทะเล (มีน้ำตาลต่ำ) และกิจกรรมการเผาผลาญของแบคทีเรียไม่ควรเปลี่ยนแปลงลักษณะเริ่มต้นของผลิตภัณฑ์ เช่น การทำให้เป็นกรด และไม่ควรทำให้เกิดการเน่าเสียที่อาจนำไปสู่การปฏิเสธทางประสาทสัมผัส^{[ 18 ]}ในบรรดาจุลินทรีย์ที่ระบุในอาหารทะเลสดหรือแปรรูป LAB ยังคงเป็นประเภทที่มีศักยภาพสูงสุดสำหรับการนำไปใช้โดยตรงเป็นวัฒนธรรมป้องกันทางชีวภาพหรือสำหรับการผลิตแบคทีริโอซิน^{[ 18 ]}

There has been successful implementation of various phage preparation around the globe. Various applications/delivery methods in food have been developed. Bacteriophages and their endolysins can be incorporated into food systems in several ways such as spraying, dipping or immobilization, singly or in combination with other hurdles.^[22] The phage preparation LMP-1O2 has been subsequently commercialized as "ListShield" Intralyx, Inc. It has been shown to be effective against 170 different strains of L. monocytogenes, reducing significantly (10 to 1000-fold) the Listeria contamination when sprayed onto ready-to-eat foods, without changing the food general composition, taste, odor or color.^[13] The Intralytix company has also commercialized phage-based antimicrobial preparations like SalmoFresh and SalmoLyse for controlling S. enterica.^[23] SalmoFresh is prepared with a cocktail of naturally occurring lytic bacteriophages that selectively and specifically kill Salmonella, including strains belonging to the most common/highly pathogenic serotypes Typhimurium, Enteritidis, Heidelberg, Newport, Hadar, Kentucky and Thompson. According to the manufacturer, SalmoFresh is specifically designed for treating foods that are at high risk for Salmonella contamination. In particular, red meat and poultry can be treated prior to grinding for significant reductions in Salmonella contamination. SalmoLyse is a reformulated phage cocktail derived from SalmoFresh in which two of the six phages in the original cocktail have been replaced.^[23] Additional bacteriophage preparations have been formulated and referenced to be used to reduce the microbial load of animals prior to slaughter and are commercially available from Omnilytics such as the BacWash product line against Salmonella Omnilytics. Another commercial application has been developed, Listex_ P100 by Micreos in the Netherlands and was granted generally recognized as safe (GRAS) status by the FDA and USDA for use in all food products.^[22]

Another significant commercial bacteriophage application is ELICOSALI, a wide range of anti-Salmonella and "E. coli" phage cocktail, for treatment of agricultural products developed by Eliava Institute at Tbilisi, Republic of Georgia Eliava Institute.^[13]

การถนอมอาหารด้วยชีวภาพใช้ประโยชน์จากศักยภาพในการต้านจุลชีพของจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในอาหารและ/หรือเมตาบอไลต์ของจุลินทรีย์เหล่านั้นอย่างชาญฉลาด โดยมีประวัติการใช้งานที่ปลอดภัยมายาวนาน แบคทีริโอซิน แบคทีริโอเฟจ และเอนไซม์ที่เข้ารหัสโดยแบคทีริโอเฟจจัดอยู่ในทฤษฎีนี้ บทบาทอันยาวนานและดั้งเดิมของแบคทีเรียกรดแลคติกในการหมักอาหารและอาหารสัตว์เป็นปัจจัยหลักที่เกี่ยวข้องกับการใช้แบคทีริโอซินในการถนอมอาหารด้วยชีวภาพ แบคทีเรียกรดแลคติกและแบคทีริโอซินของพวกมันถูกบริโภคโดยไม่ได้ตั้งใจมานานหลายศตวรรษ ทำให้มีประวัติการใช้งานที่ปลอดภัยมายาวนาน สเปกตรัมการยับยั้งต้านจุลชีพ กลไกการออกฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ความทนทานต่อสภาวะการแปรรูป (pH, NaCl, การบำบัดด้วยความร้อน) และการไม่มีพิษต่อเซลล์ยูคาริโอติก ทำให้แบคทีริโอซินมีบทบาทเป็นสารถนอมอาหารทางชีวภาพในอาหาร^{[ 24 ]}การประเมินสารออกฤทธิ์ต้านจุลชีพใหม่ใดๆ จะทำในเนื้อสัตว์โดย USDA ซึ่งอาศัยการประเมิน GRAS โดย FDA รวมถึงข้อมูลความเหมาะสมอื่นๆ