Potencjalnie wysoka jakość wyrobów mięsnych utożsamiana jest z okresem ich przydatności do spożycia, a bezpieczeństwo ze zdrowiem konsumenta. Terminem wyroby bezpieczne określa się w praktyce wyroby pozbawione nadmiernej ilości bakterii saprofitycznych i niewykazujące obecności drobnoustrojów chorobotwórczych i ich metabolitów. Stopień relatywnego bezpieczeństwa wyrobów mięsnych można analitycznie określić na podstawie stosunku liczby populacji psychrotroficznych saprofitów do liczby beztlenowych bakterii chorobotwórczych, przy czym ilość tych ostatnich jest ściśle skorelowana z systemem pakowania i z hermetycznością wytworzonego opakowania.
Wysoka szczelność opakowania nie sprzyja bowiem rozwojowi mikroflory patogennej, syntezie toksyn, a także migracji związków chemicznych dokonujących się pomiędzy zamkniętym z wyrobem opakowaniem, a jego otoczeniem. Prawidłowy dobór systemu pakowania wraz z rodzajem użytego materiału opakowaniowego stanowi więc gwarancję bezpieczeństwa mikrobiologicznego i trwałości przechowywanych wyrobów mięsnych.
W pakowaniu wyrobów mięsnych stosuje się systemy, które oparte są na stosowaniu kontrolowanych atmosfer ochronnych. W dużym stopniu ich praktyczne wykorzystanie ma na celu niedopuszczenie do rozwoju flory bakteryjnej oraz drożdży i pleśni. Ze względu na rodzaj stosowanej w praktyce atmosfery wyróżnia się pakowanie próżniowe (Vacuum Packaging – VAC) i pakowanie w odpowiednio zmodyfikowanej atmosferze gazów (Modified Atmosphere Packaging – MAP). Drugi z tych systemów polega na zastąpieniu powietrza w opakowaniu z wyrobem gazem lub najczęściej mieszaniną gazów posiadających właściwości ochronne. Technika ta pozwala na:
– zachowanie widocznej i odczuwalnej jakości produktu, jak również niewidocznych aspektów jakościowych,
– przedłużenie okresu przydatności do spożycia,
– obniżenie zawartości dodatków wpływających na trwałość.
W celu uzyskania dużej skuteczności stosowanej technologii pakowania MAP wymagane jest stosowanie rozmaitych składów mieszanek gazowych, co determinowane jest różnymi rodzajami pakowanych wyrobów mięsnych. Wybór odpowiedniej mieszaniny, jako atmosfery modyfikowanej, uzależniony jest bowiem od rodzaju mikroflory zdolnej do wzrostu w danym wyrobie, wrażliwości produktu na tlen i dwutlenek węgla oraz wymagań związanych ze stabilizacją barwy wyrobu zapakowanego. W praktyce tylko optymalny dobór gazów daje gwarancje uzyskania znacznego przedłużenia trwałości zapakowanych wyrobów mięsnych (od 0,5 do 4 krotnego wydłużenia czasu w stosunku do okresu przechowywania wyrobów niepakowanych), skutecznego zabezpieczenia ich jakości i ograniczenia kosztów, które występują przy obrocie i składowaniu wyrobów niepakowanych.
Stosowane gazy ochronne
W praktyce przemysłowej zwykle stosowane są te gazy, które występują w powietrzu, a więc tlen, dwutlenek węgla i azot, chociaż pewną przydatność w tym zakresie mają inne gazy, takie jak argon i tlenek węgla, których szerokie wykorzystanie w systemach MAP jest jednak ograniczone względami bezpieczeństwa, legislacją i kosztami.
Tlen (O2)
Rola tlenu jako składnika atmosfery modyfikowanej, prowadzi prawie wyłącznie do stosowania go w przypadku pakowania mięsa świeżego. Gaz ten wpływa bowiem na stabilizację barwy zapakowanego mięsa, gdyż w jego obecności (duże stężenie) podstawowy barwnik hemowy mięsa (mioglobina Fe+2-Mb) ulega utlenowaniu, co prowadzi do powstania pożądanej żywo-czerwonej oksymioglobiny (Fe+2- Mb·O2). Ilość tlenu w mieszaninach gazów do pakowania mięsa świeżego wynosi zwykle od 20% (mięsa drobiowe) do nawet 80% (mięso wołowe, mięso owcze, dziczyzna). Taki zakres stosowanego stężenia tlenu w mieszaninach jest determinowany podażą natywnych barwników hemowych w mięsie przeznaczonym do pakowania. W przypadku pakowania ubogich w mioglobinę mięśni piersiowych z kurczaka zawartość tlenu może zostać nawet obniżona do poziomu bliskiemu 0%.
Duża ilość tlenu w atmosferze ochronnej w pełni zapobiega namnażaniu się w zamkniętych opakowaniach bakterii beztlenowych. Aspekt ten wykorzystywać można przy pakowaniu wyrobów mięsnych w atmosferze gazów pozbawionych na etapie gazowania opakowań tlenu. Alternatywny dodatek do takich mieszanin tlenu na odpowiednio niskim minimalnym poziomie (najlepiej 5%) skutecznie zabezpiecza wyroby przed rozwojem beztlenowej patogennej mikroflory, w szczególności bakterii Clostridium botulinum. Jest to o tyle ważne, że szybkość syntetyzowania toksyn przez bakterie beztlenowe może znacznie wyprzedzać zmiany cech organoleptycznych mięsa, co utrudnia diagnozowanie jakości zapakowanych wyrobów. Zjawisku pojawiania się toksyn sprzyja duża barierowość wobec tlenu stosowanych najczęściej do pakowania folii opakowaniowych. W opakowaniach z takich folii nawet przy małej liczbie przetrwalników w środowisku beztlenowym dochodzi do syntezy toksyn już od temperatury wynoszącej 12°C, co należy uwzględnić przy programowaniu warunków przechowywania wyrobów w atmosferze ochronnej.
Tlen obecny w mieszaninach gazów stosowanych do pakowania mięsa wykazuje niestety także negatywne działanie. Powoduje on niekorzystne zmiany tłuszczów i witamin (proces utleniania) oraz może pogarszać kruchość i wpływać na zwiększenie stopnia usieciowania białek mięśniowych. Zbyt wysoka koncentracja tlenu, która jest nieuzasadniona technologicznie może powodować podwójną oksydację tłuszczów prowadzącą do ich jełczenia. Badania wykazały również, że tlen może negatywnie powodować zmianę soczystości i smaku zapakowanego mięsa, co pogarsza jego jakość. Obecność tlenu w atmosferze wzmaga także procesy ciemnienia enzymatycznego i umożliwia rozwój bakterii tlenowych, w tym gnilnych z rodzaju Pseudomonas i oportunistycznych z rodzaju Proteus. Te ostatnie mają zdolność do wytwarzania proteaz, które rozkładają białka. Działanie wymienionych rodzajów drobnoustrojów prowadzi do psucia się zapakowanego mięsa.
Azot (N2)
Azot jako składnik atmosfery ochronnej w każdym systemie pakowania MAP pełni funkcję gazu obojętnego, który jest uzupełniającym wypełnieniem opakowania. W praktyce, będąc gazem podporowym, eliminuje zjawisko ,,zapadania się” zamkniętych opakowań, które może być wynikiem ubytków innych gazów ze składu atmosfery (np. CO2). Obecność azotu w atmosferze ochronnej zapobiega obkurczaniu i przyklejaniu się opakowań do zapakowanego mięsa, co mogłoby pogarszać jego jakość (odbarwienia powstające w miejscu styku opakowania z mięsem wynikające z utleniania mioglobiny i tworzenia się niepożądanej metmioglobiny Fe+3 – MMb). Przydatne technologicznie funkcje azotu wynikają ponadto z jego relatywnie małej rozpuszczalności i słabszego niż innych gazów zdolności do przenikania przez folie opakowaniowe. Azot wprowadzony do opakowań wypiera resztkową pozostałość tlenu jako składnika powietrza z tworzonej się beztlenowej atmosfery opartej na CO2. Zjawisko to nie jest jednak istotne w przypadku pakowania mięsa świeżego, w którym tlen jest pożądany. Przydatne działanie azotu wynika także z faktu, że gaz ten pośrednio przyczynia się do opóźnienia oksydacyjnego jełczenia tłuszczów oraz ogranicza rozwój mikroflory tlenowej. Gaz ten zapobiega także procesom utleniania się kwasów tłuszczowych, co nabiera szczególnego znaczenia w przypadku stosowania atmosfery ochronnej pozbawionej tlenu.
Argon (Ar)
Argon może być stosowany w wielu przypadkach, zastępując inertny azot. Posiada on bowiem właściwości zbliżone do azotu. W praktyce przemysłowej ze względu na jego niewielkie wyróżniające go efekty technologiczne w technologii pakowania wyrobów mięsnych i wysoką cenę nie jest powszechnie stosowany.
Dwutlenek węgla (CO2)
Ze wszystkich gazów stosowanych w systemach pakowani MAP to dwutlenek węgla wywiera największy wpływ na efekt trwałościowy zapakowanych wyrobów. W celu uzyskania dobrego efektu przechowalniczego, gaz ten należy stosować w stężeniu wynoszącym w mieszaninie gazów na poziomie 20-60%. Dobierając jego poziom należy zwrócić uwagę na fakt, że dwutlenek węgla dość łatwo przenika przez folie opakowaniowe i dobrze rozpuszcza się w wodzie, co w trakcie przechowywania może obniżyć jego stężenie do poziomu nie działającego już utrwalająco, tj. do zawartości poniżej 20%. Wyjątkiem od tej zależności jest niższy poziom stężenia, które hamuje skutecznie rozwój bakterii z rodzaju Pseudomonas. Dla uzyskania takiego efektu wystarcza bowiem zawartość dwutlenku węgla w mieszaninie MAP na poziomie wynoszącym już tylko 10%. Z punktu widzenia skuteczności działania dwutlenku węgla wynika, że im większa jego zawartość w opakowaniu, tym efekt hamujący rozwój drobnoustrojów jest większy. W praktyce nie powinno się jednak przekraczać poziomu 60%, ponieważ nie powoduje on już istotnego wzrostu efektu utrwalającego działania CO2, a sprzyja pojawieniu się odchyleń w zakresie smaku zapakowanych wyrobów.
Działanie antydrobnoustrojowe dwutlenku węgla wynika z jego modyfikowania funkcjonowania błon komórkowych mikroorganizmów, a poprzez wniknięcie do wnętrza komórki zmieniania wewnątrzkomórkowej wartości pH i właściwości fizykochemicznych zawartych w nich białek. Dwutlenek węgla rozpuszczając się w wodzie tworzy kwas węglowy, który obniża wartość pH środowiska (średnio o 0,2-0,4 jednostki), co powoduje skuteczne działanie antydrobnoustrojowe na powierzchni zapakowanego wyrobu. Jest to efektem destabilizującego wpływu kwasu węglowego na błonę cytoplazmatyczną bakterii i grzybów oraz działania inhibitującego na szereg enzymów. Z punktu widzenia jakości zapakowanych wyrobów mięsnych kwas węglowy przyczynia się do powstawania delikatnego smaku kwaśnego. Duży wpływ na aktywność CO2 jako inhibitora reakcji mikrobiologicznych ma temperatura przechowywania zapakowanego wyrobu, która dla optymalnej skuteczności działania tego gazu wynosi około 5°C. W niższych temperaturach następuje bowiem większy zanik CO2, co jest wynikiem wzrostu dynamiki jego rozpuszczania się w tłuszczach.
Dwutlenek węgla stosowany w mieszaninach gazów ochronnych, wykazując inhibitujące działanie na rozwój pleśni i niektórych bakterii jest najbardziej efektywny w hamowaniu rozwoju tlenowej mikroflory zepsucia.
W środowisku zawierającym CO2 obecne na powierzchni zapakowanego mięsa bakterie psychrofilne wyrastają znacznie wolniej niż w warunkach alternatywnie stosowanej w procesach pakowania próżni (system VAC). Zdecydowanie bardziej wrażliwe na działanie dwutlenku węgla są bakterie Gram-ujemne, takie jak: Pseudomonas, Moraxella, proteobakterie Alteromonas i rodzaj Acinetobacter, niż bakterie G- dodatnie. Niektóre bakterie spośród Gram-dodatnich (np. Brochothrix thermosphacta) mogą tolerować stężenie dwutlenku węgla wynoszące nawet 75%, a bakterie fermentacji mlekowej zdolne są do rozwoju aż przy 100% jego stężeniu. Ta ostatnia zależność daje przesłankę do dokonującego się selektywnego przesunięcia obecności określonych rodzajów mikroorganizmów w opakowaniach systemu MAP w kierunku dominacji mikroflory względnie beztlenowej, głównie G-dodatnich heterofermentatywnych bakterii z rodzaju Lactobacillus i z rodzaju Leuconostoc, które hamują wzrost drobnoustrojów gnilnych. Mikroflora ta jednak tylko w początkowym etapie przechowywania jest pożądanym czynnikiem utrwalającym i gwarantującym dobrą jakość zapakowanych wyrobów, by później powodować niepożądane kwaśnienie i pogorszenie barwy, co jest wynikiem powstawania kwasu mlekowego i nadtlenku wodoru. Dużą negatywną rolę w tym zakresie wykazuje szczególnie gatunek Lactobacillus viridescens.
Dzięki zastosowaniu atmosfery z udziałem CO2 następuje w przechowywanych wyrobach ograniczenie rozwoju wielu bakterii z rodziny Enterobacteriaceae, w tym z grupy coli. Takie działanie antydrobnoustrojowe dotyczy tylko w ograniczonym stopniu groźnych szczepów z rodzaju Yersinia. Dwutlenek węgla nie hamuje także wzrostu chorobotwórczych bakterii z rodzaju Aeromonas. Zapakowane wyroby w atmosferze zawierającej CO2 i zarazem pozbawionej tlenu są narażone ponadto na rozwój beztlenowych drobnoustrojów z rodzaju Clostridium. Szczególnym zagrożeniem dla jakości i trwałości wyrobów niepeklowanych (brak hamującego działania na ich rozwój azotynu sodu) stają się głównie szczepy Clostridium botulinum, które wykazują zdolność do wytwarzania neurotoksyn (np. toksyny botulinowej). Bakterie te mogą się rozwijać już po przekroczeniu minimalnej temperatury przechowywania wynoszącej 3,3°C. Wysokie stężenie CO2 może stwarzać także warunki do rozwoju mniej groźnych beztlenowców, w tym głównie gatunku Clostridium sporogenes. Skutecznym sposobem, niedopuszczającym do namnażania się beztlenowców z rodzaju Clostridium jest wprowadzenie do beztlenowej atmosfery gazów ochronnych (dwutlenek węgla, azot) dodatku już 2-5% tlenu, co w połączeniu z działaniem azotynu obecnego w wyrobach peklowanych powoduje uzyskanie pożądanego efektu mikrobiologicznego.
Tlenek węgla (CO)
Do pakowania w systemie MAP świeżego mięsa przydatny jest tlenek węgla, który dozwolony jest jednak tylko w niektórych krajach. Gaz ten wiąże się w mięsie z częścią hemową mioglobiny i tworzy w połączeniu z nią trwały czerwony barwnik zwany karboksymioglobiną (Mb·CO). Prowadzi to w rezultacie do stabilizacji barwy mięsa (szczególnie na jego powierzchni) i przedłużenia jej trwałości. W celu zabezpieczenia pożądanej czerwonej barwy zapakowanego mięsa, bez negatywnego wpływu na zdrowie człowieka, wystarczą tylko niewielkie ilości tlenku węgla (0,4-0,5%). Stosując ten gaz można dość skutecznie eliminować udział tlenu ze składu mieszanin gazowych stosowanych do pakowania świeżego mięsa, co pozwala na utrzymanie atrakcyjnej barwy mięsa (powstanie Mb˖CO), a zarazem na zniwelowanie negatywnego wpływu tlenu na jego trwałość w czasie przechowywania.
Dowiedziono, że zastosowanie tlenku węgla w modyfikowanej atmosferze gazów przedłuża trwałość zapakowanego świeżego mięsa i zmniejsza zagrożenie mikrobiologiczne. Jego użycie skutecznie opóźnia wzrost, należących do rodziny Enterobacteriaceae, G-ujemnych i względnie beztlenowych szczepów Escherichia coli.
Analizatory gazów
Niezbędnym elementem procesu kontroli skuteczności systemu pakowania MAP są analizatory gazów, którymi można nadzorować poprawność składu używanych mieszanin. Prowadzona ciągła analiza powinna odbywać się bezpośrednio w trakcie procesu pakowania lub/i po jego zakończeniu. Najbardziej przydatne są urządzenia nadające się do badania ilości gazu wewnątrz zamkniętego opakowania. Uzyskane w ten sposób wyniki dają realne przesłanki do utrzymania przewidywanej w systemie pakowania MAP wysokiej jakości i długiej trwałości zapakowanych wyrobów mięsnych.
Literatura dostępna w redakcji
dr inż. Jerzy Wajdzik