Mięsa świeże, rozumiane jako surowe mięso pochodzące od zwierząt rzeźnych i otrzymane w wyniku uboju oraz nie poddane żadnym zabiegom przetwarzania, za wyjątkiem dzielenia, wykrawania lub rozdrabniania, znajdują swoje ważne miejsce na rynku żywnościowym. Każde jednak mięso świeże na etapie obrabiania w trakcie podziału, wykrawania i rozdrabniania, niezależnie od pochodzenia gatunkowego, łatwo ulega zakażeniom mikrobiologicznym, gdyż odsłonięte i wilgotne jego powierzchnie, zawierające składniki odżywcze, przyczyniają się do bardzo szybkiego wzrostu mikroorganizmów.
Oprócz niekorzystnych zmian w mięsie spowodowanych przez drobnoustroje, wskutek dostępu tlenu z powietrza następuje także utlenienie barwników hemowych i lipidów, wysychanie powierzchni w wyniku odparowania wody, zmniejszenie wodochłonności tkanki mięśniowej i wzrost wycieku soku mięsnego, co prowadzi do pogorszenia wartości odżywczej oraz walorów sensorycznych obniżających atrakcyjność konsumencką mięsa. Z tego powodu producenci podejmują działania w celu poprawy i utrzymania wysokiej jakości mięsa przez ograniczenie lub wyeliminowanie niekorzystnych zmian. Pożądaną jakość mięsa determinuje wiele czynników, do których można zaliczyć: bezpieczeństwo zdrowotne, trwałość przechowalnicza, wartość odżywcza, właściwości funkcjonalne oraz cechy sensoryczne.
Mikrobiologia mięsa
Mięso kierowane do obrotu jako mięso kulinarne może często zawierać szereg drobnoustrojów pochodzących z powierzchni skóry zwierząt rzeźnych, piór (w przypadku mięsa drobiowego), błon śluzowych oraz z treści pokarmowej i otaczającego mięso środowiska, tj. podłoża i wody. W wychłodzonym mięsie często spotyka się bakterie z rodzaju Flavobacterium i Psychrobacter oraz inne psychrofilne szczepy, powodujące psucie się mięsa, a reprezentujące rodzaj Acinetobacter, Pseudomonas i Moraxella. Obecne są również G-dodatnie bakterie wytwarzające enterotoksyny, ziarniaki z rodzaju Staphylococcus i Micrococcus oraz różne gatunki bakterii z rodziny Enterobacteriaceae i szczepy z rodzaju Lactobacillus. Mięso drobiowe może być często jeszcze zakażone różnymi patogenami, takimi jak: Salmonella, Listeria, Campylobacter jejumi, Yersinia enterocolitica, Escherichia coli, Clostridium botulinum i Shigella. Tak bogate spektrum występowania patogenów i mikroflory bakteryjnej mięsa powoduje, że w czasie jego przechowywania może dochodzić do selektywnego rozwoju niektórych z nich. W warunkach aerobowych i w temperaturze poniżej 8°C dominują bakterie G-ujemne, głównie z rodzaju Pseudomonas (szczepy P. fragi, P. lundensis, P. fluorescens, P. panacis, P. brenneri, P.bateli, P.koreensis). Z rodzaju Pseudomonas jakość sensoryczną mięsa obniżają przede wszystkim szczepy Pseudomonas fluorescens, które powodują zieloną fluorescencję mięsa, będącą rezultatem wytwarzania pigmentu zwanego pyoverdiną. W warunkach chłodniczych również pojawiają się w mięsie względnie beztlenowe szczepy z rodzaju Chryseobacterium. Stosowane w utrwalaniu mięsa temperatury chłodnicze umożliwiają jednak wzrost chorobotwórczych szczepów Yersinia enterocotilica, Listeria monocytogenes i Escherichia coli oraz groźnych bakterii z rodzaju Enterococcus.
Efekt działania poszczególnych bakterii na mięsa jest różnorodny, ale zawsze prawie prowadzi do niekorzystnych zmian jakościowych. Za zbyt ciemną, niekorzystną barwę mięsa może być odpowiedzialna Sarcina z rodziny Clostridiaceae, a należące do enterobakterii pałeczki Serratia marcescens, wykazujące dużą aktywność enzymatyczną (wytwarzanie hydrolaz) mogą prowadzić do rozkładu białek i tłuszczu. Drobnoustroje te (Serratia marcescens) są również zdolne do produkowania krwistoczerwonego barwnika (pigment prodigiozyna), wywołującego tzw. czerwoną plamistość mięsa. Enterobakterie z rodzaju Proteus dość szybko prowadzą do psucia się mięsa jako rezultatu zaawansowanej proteolizy białek. W warunkach chłodniczych, poza bakteriami, mogą rozwijać się będące bezwzględnymi tlenowcami grzyby pleśniowe. Potencjalnie szkodliwość ich działania wynika głównie z faktu, że niektóre z nich są zdolne do wytwarzania toksyn a przy ograniczonym dostępie tlenu często wytwarzają enzymy działające hydrolitycznie i amylolitycznie. Prowadzi to w efekcie do niekorzystnych zmian i ograniczenia trwałości mięsa. Proces psucia się mięsa w chłodniach mogą powodować przede wszystkim psychrofilne pleśnie z rodzaju Thamnidium (np. szczepy Thamnidium elegans). Niekorzystne zmiany w mięsie wywołują także grzyby pleśniowe z rodzaju Rhizopus i Mucor. Temperatury chłodnicze stwarzają również warunki do wzrostu potencjalnie toksynotwórczych pleśni z rodzaju Aspergillus (wytwarzanie aflatoksyn przez gatunek A. flavus i A. parasiticus) oraz rodzaj Fusarium (wytwarzanie mykotoksyn).
Najważniejszym czynnikiem wpływającym na trwałość mięsa jest zawsze temperatura przechowywania. Im jest ona niższa, tym wolniej namnażają się mikroorganizmy. W zakresie temperatur od -1°C do 5°C namnażają się jedynie bakterie psychrofilne i psychrotolerancyjne, potencjalnie psujące mięso, ale tylko bardzo powoli. W temperaturach ujemnych, tj. począwszy od -1°C mogą namnażać się już tylko bakterie kriotolerancyjne oraz pleśnie, ale procesy ich wzrostu przebiegają znacznie powoli. W temperaturze 0°C rozwijają się niektóre szczepy bakterii z rodzaju Lactobacillus i Enterococcus oraz chorobotwórcze szczepy z rodzaju Listeria.
Poza czynnikami mikrobiologicznymi powodującymi psucie się mięsa niekorzystne zmiany jakościowe następują w wskutek działania enzymów własnych mięsa oraz w wyniku zachodzących zmian chemicznych, biochemicznych i fizycznych.
Dla utrzymania dobrej jakości a zarazem długiej trwałości przechowalniczej prowadzi się działania powodujące wydłużenie terminu przydatności mięsa do spożycia. W praktyce największe znaczenie mają odpowiednio dobrane systemy pakowania. Zastosowanie technologiczne znalazło pakowanie w atmosferze modyfikowanej, w ramach którego wyróżnia się system pakowania próżniowego- VAC (Vacuum Packaging) i system pakowania w modyfikowanej atmosferze gazów- MAP (Modified Atmosphere Packaging).
Pakowanie mięsa w systemie próżniowym
Istotą pakowania próżniowego mięsa jest obniżenie w zamykanych opakowaniach z mięsem ciśnienia atmosferycznego, w wyniku usunięcia powietrza w maksymalnej ilości. W praktyce oznacza to odpowietrzenie opakowań sięgające poziomu 98-99%. Warunki takie po pewnym czasie ulegają jednak samoistnej modyfikacji prowadzącej do powstania atmosfery modyfikowanej. W wyniku procesów mikrobiologicznych dochodzi do powstawania dwutlenku węgla, co jest wynikiem metabolizmu drobnoustrojów. Tlenowe lub względnie tlenowe mikroorganizmy zużywają resztkową zawartość tlenu obecnego w opakowaniach i wytwarzają dwutlenek węgla, którego ilość może w końcowym etapie przechowywania mięsa sięgać nawet poziomu 10%. Dla skuteczności systemu próżniowego pakowania najbardziej istotne jest więc maksymalne usunięcie z opakowań powietrza (tlenu). Korzystne dla dobrego efektu pakowania mięsa w systemie VAC jest obniżenie w opakowaniach zawartości tlenu do poziomu 0,2-1%. Powstające w opakowaniach takie środowisko uniemożliwia w dużym stopniu rozwój bakterii tlenowych, pleśni i drożdży. W pewnym zakresie w takich warunkach ograniczony rozwój mają obniżające trwałość i jakość mięsa G-ujemne tlenowe psychrotrofy z rodzaju Pseudomonas. Mimo, że bakterie te należą do tlenowców mogą jednak w pewnym stopniu wzrastać w warunkach beztlenowych. Bakteriom tym sprzyja nawet tylko resztkowa zawartość tlenu w opakowaniach.
Brak odpowiednio wysokiej ilości dostępnego tlenu powoduje, że zapakowane mięso w systemie VAC uzyskuje niepożądaną i mało atrakcyjną ciemnobrunatną, idącą w szarość, barwę, Jest to wynikiem powstawania w takich warunkach utlenionej postaci mioglobiny, zwanej metmioglobiną (Fe+3). Temu zjawisku sprzyja resztkowa zawartość tlenu w opakowaniu. To niekorzystne zjawisko związane z pogorszeniem barwy mięsa obniża skutecznie jego cechy jakościowe. Zmiany te dotyczą szczególnie mięs bogatych w barwniki hemowe. Metmioglobina tworzy się najbardziej intensywnie w środowisku o zawartości tlenu wynoszącej 5-10%, wspomaganej promieniami słonecznymi i temperaturą przekraczającą 6°C. Wymienione uwarunkowania należy brać pod uwagę organizując próżniowy system pakowania mięsa.
W opakowaniach pozbawionych tlenu, co występuje w trakcie pakowania w systemie próżniowym, dochodzi do zastępowania tlenowych bakterii powodujących psucie się mięsa przez bakterie fermentacji mlekowej. Te drugie często stają się dominującymi drobnoustrojami podczas przechowywania mięsa zapakowanego próżniowo. Stanowią one nawet 99% ogólnej ilości bakterii obecnych w opakowaniach i mogą skrajnie stanowić zagrożenie dla jakości zapakowanego próżniowo mięsa. Nadmierny rozwój bakterii fermentacji mlekowej powoduje bowiem m. in. zmiany barwy i smaku, tworzenie śluzu oraz obniżenie wartości pH zapakowanego mięsa, co jest jedynym elementem pożądanym. Rozwój niektórych bakterii z rodzaju Lactobacillus powoduje ponadto, że stają się one dużą konkurencją w stosunku do innych drobnoustrojów występujący w opakowaniach. Produkowany przez nie kwas mlekowy ogranicza wzrost niektórych groźnych patogenów, takich jak szczepy Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica oraz względnie chorobotwórczych drobnoustrojów z rodzaju Moraxella i Acinetobacter, rozwijających się głównie przy dostępie tlenu. Działanie antybakteryjne kwasu mlekowego jest istotne w systemie pakowania VAC, ponieważ już minimalna ilość tlenu w opakowaniu sprzyja wzrostowi względnych beztlenowców z rodzaju Listeria. Hamująco na rozwój bakterii Listeria monocytogenes działają skutecznie heterofermentatywne i rozwijające się w warunkach beztlenowych szczepy Leuconostoc carnosum. Niektóre drobnoustroje fermentacji mlekowej (LAB) wykazują zdolność do produkowania, działających utrwalająco na mięso, bakteriocyn. Niekontrolowany wzrost bakterii fermentacji mlekowej zagrażać może jednak jakości zapakowanego mięsa. Wynika to z zachodzących heterofermentacyjnych procesów. Szczególnym zagrożeniem w tym zakresie są szczepy Lactobacillus viridescens (katalazo-ujemne fakultatywne beztlenowce), które przy aerobowym wzroście wytwarzają nadtlenek wodoru. Związek ten łatwo utlenia barwniki hemowe, co prowadzi do odchyleń jakościowych mięsa w zakresie jego barwy, która skrajnie może być nawet szarozielona. Niektóre bakterie z rodzaju Lactobacillus mają zdolność do produkowania śluzu, powodującego tzw. zmętnienie powierzchni zapakowanego próżniowo mięsa.
Poza szczepami Listeria monocytogenes zagrożeniem dla jakości mięsa pakowanego próżniowo są również G-dodatnie pałeczki należące również do rodziny Listeriaceae, które szczególnie namnażają się w środowisku pozbawionym tlenu lub o małej jego zawartości oraz przy wartości pH wynoszącej 5-9 jednostek. Groźnymi bakteriami z tej rodziny są szczepy Brochothrix thermosphacta, które w wyniku działania prowadzą do pojawienia się niekorzystnego zapachu mięsa. Powstające równocześnie metabolity ich przemiany materii powodują tworzenie się śluzu na powierzchni miesa i pogorszenie jego barwy. Niskie stężenie tlenu (pozostałość resztkowa poniżej 2%) lub środowisko zupełnie pozbawione tlenu sprzyjają także rozwojowi przetrwalnikujących beztlenowych bakterii z rodzaju Clostridium, co prowadzi do procesów gnilnych w mięsie z wytworzeniem amin, amoniaku i siarkowodoru. Zagrożeniem dla jakości zapakowanego próżniowo mięsa są szczególnie chorobotwórcze gatunki Clostridium botulinum oraz psychrofilne- Clostridium gasigenes i Clostridium putrefaciens, które mogą powodować kwaśnienie mięsa, połączone ze zmianą jego zapachu. Mięso zapakowane próżniowo jest również podatne na zmiany barwy, będącej efektem rozwoju względnych beztlenowców gatunku Shewanella putrefaciens. Drobnoustroje te powodują powstawanie niekorzystnego zapachu mięsa zapakowanego próżniowo, co szczególnie występuje przy wartości pH ≥ 6,0. Z powyższego względu najbardziej podatne mięsa na działanie tych drobnoustrojów jest mięso o relatywnie wysokiej wartości pH, jakim jest często mięso pochodzące od drobiu grzebiącego, co jest wynikiem naturalnie szybko zachodzących w tym mięsie procesów glikolitycznych.
W celu uzyskania wysokiej jakości i pożądanej trwałości mięsa zapakowanego w systemie próżniowym należy je przechowywać w temperaturze wynoszącej maksymalnie 3°C. Do pakowania należy najlepiej kierować mięso w początkowej fazie przemian poubojowych o naturalnie niskiej wartości pH, najlepiej nie przekraczającej poziomu 5,8 jednostek. Uwarunkowania takie, wraz z uzyskaniem dużego stopnia próżni w opakowaniach (zawartość resztkowa tlenu poniżej1%), daje przesłanki do uzyskania skutecznego efektu przechowalniczego. Jest to wynikiem rozwoju w opakowaniach wyłącznie bakterii fermentacji mlekowej, które stają się mikroflorą dominującą i konkurencyjną w stosunku do innych bakterii beztlenowych lub względnie beztlenowych. Mięso zapakowane w systemie VAC i przechowywane w warunkach chłodniczych uzyskuje również poprawę swojej kruchości, która jest spowodowana postępującym dojrzewaniem. W pewnym etapie przechowywania mięsa, jego nadmierna kruchość staje się negatywną cechą i należy to zjawisko brać pod uwagę organizując próżniowy proces pakowania mięsa. Innym zagrożeniem dla jakości mięsa pakowanego w systemie VAC staje się wspomniany wcześniej proces utleniania natywnej mioglobiny (Fe+2) do szarobrunatnej metmioglobiny (Fe+3). Mankamentem pakowania VAC jest ponadto jego niekorzystny wpływ środowiska próżniowego na teksturę mięsa i sprzyjanie jego deformacji, prowadzącej do powstawania wycieków soku mięsnego spowodowanych wytworzonym podciśnieniem w zamkniętych opakowaniach. System pakowania próżniowego doskonale natomiast sprawdza się w przypadku mięsa wołowego, kiedy może być wykorzystywany w procesie dojrzewania tego gatunku mięsa (np. metoda Pi- VAC).
Pakowanie mięsa w modyfikowanej atmosferze gazów
System pakowania w modyfikowanej atmosferze gazów (MAP) polega na zastępowaniu otaczającego mięso powietrza mieszaniną różnych gazów (tlen, dwutlenek węgla, azot) w określonych proporcjach składowych. Istotą pakowania w systemie MAP jest więc wytworzenie wewnątrz opakowania odpowiednio zrównoważonego składu gazowego, który pozwoli na przedłużenie czasu przydatności do spożycia zapakowanego mięsa. Z używanych gazów znaczenie dla jakości i trwałości zapakowanego mięsa ma tylko dwutlenek węgla i tlen. Azot jest w tym układzie traktowany jako obojętny gaz podporowy.
W mięsie przechowywanym w atmosferze zawierającej CO2, G-ujemne psychrotrofowe tlenowce, do których zalicza się bakterie z rodzaju Pseudomonas, są w istotny sposób ograniczone przez ten gaz. W przeciwieństwie do tych drobnoustrojów, odporne na działanie dwutlenku węgla bakterie kwasu mlekowego zastępują skutecznie w atmosferach beztlenowych tlenowe bakterie, powodujące psucie mięsa. Bakterie kwasu mlekowego stają się w ten sposób dominującymi drobnoustrojami podczas przechowywania mięsa w modyfikowanej atmosferze i stanowią w opakowaniach florę bakteryjną w ilości sięgającej nawet 99% ogólnej ilości drobnoustrojów. Dotyczy to warunków, gdy dwutlenek węgla stanowi 80% składu zastosowanej do pakowania atmosfery. Stosowanie tak dużego stężenia CO2 w atmosferze modyfikowanej jest jednak nieuzasadnione, ponieważ jego działanie utrwalające rośnie liniowo tylko do poziomu stężenia 60% a dalszy jego wzrost powoduje już tylko nieznacznie większą aktywność antydrobnoustrojową dwutlenku węgla.
Minimalna ilość dwutlenku węgla wykazująca działanie protrwałościowe wynosi 20% składu ilościowego atmosfery modyfikowanej. Od takiego minimalnego poziomu stężenia, CO2 skutecznie inhibituje wzrost bakterii tlenowych (co najmniej dwukrotnie obniża tempo wzrostu) i pleśni a zarazem nie wpływa negatywnie na wyróżniki smaku i zapachu mięsa. Gaz ten wykazuje skuteczność w hamowaniu wzrostu bakterii z rodzaju Acinetobacter i Moraxella oraz bakterii z rodziny Enterobacteriaceae. Wrażliwe na działanie CO2 są również, należące do proteobacterii, gatunki z rodzaju Alteromonas. Poza bakteriami fermentacji mlekowej, dwutlenek węgla nie hamuje również wzrostu szczepów Yersinia i z rodzaju Clostridium. Rozwój tych ostatnich można jednak wyeliminować wprowadzając do atmosfery modyfikowanej tlen na poziomie minimalnym wynoszącym 2%, a najlepiej 5% składu ilościowego atmosfery MAP. Dwutlenek węgla nie zabezpiecza również zapakowanego mięsa przed wzrostem w opakowaniu szczepów Brochothlirix thermosphacta, które mogą rozwijać się nawet przy stężeniu tego gazu wynoszącym 75% składu atmosfery modyfikowanej. Mimo, że utrwalające działanie dwutlenku węgla jest najsilniejsze w temperaturze około 5°C należy przy przechowywaniu zapakowaniu mięsa w atmosferze zawierającej ten gaz kierować się rozsądnym kompromisem, uwzględniającym temperaturę przechowywania mięsa i skuteczność działania dwutlenku węgla. W praktyce oznacza to magazynowanie zapakowanego mięsa w systemie MAP w temperaturze nie przekraczającej 3°C, co hamuje rozwój drobnoustrojów nie wrażliwych na działanie CO2. Dwutlenek węgla stosowany jako składnik atmosfery modyfikowanej do pakowania mięsa obniża wartość pH na jego powierzchni o 0,2-0,4 jednostki. Jest to wynikiem dobrego rozpuszczania się tego gazu i tworzenia się utrwalająco działającego kwasu węglowego.
Tlen stosowany w opakowaniach z atmosferą modyfikowaną do pakowania mięsa wpływa stabilizująco na jego barwę. Podstawowy barwnik mięsa jakim jest mioglobina Mb (Fe+2) ulega bowiem w atmosferze bogatej w tlen utlenowaniu do różowoczerwonej oksymioglobiny (Fe+2). Mechanizm ten nabiera szczególnego znaczenia w przypadku pakowania w systemie MAP mięsa o dużej zawartości mioglobiny. Środowisko o dużej zawartości tlenu eliminuje niekorzystne utlenienie się tego barwnika hemowego (Mb) do szarobrunatnej metmioglobiny (Fe+3), co mogłoby pogarszać jakość sensoryczną mięsa w zakresie jego barwy. Prócz tych procesów, tlen obecny w opakowaniach MAP z mięsem zapobiega namnażaniu się bakterii beztlenowych. Z drugiej jednak strony może on powodować autooksydację tłuszczów oraz umożliwić rozwój drobnoustrojów tlenowych, w tym także gnilnych z rodzaju Pseudomonas oraz oportunistycznych z rodzaju Proteus. Te ostatnie wytwarzają proteazy rozkładające białko, co w efekcie prowadzi do psucia się mięsa. Dla optymalnego i w pełni pożądanego procesu tlenowania natywnej mioglobiny przez tlen, zawartość tego gazu w mieszaninie gazowej powinien wynosić od 20% do nawet 80%, co jest uzależnione od rodzaju gatunkowego pakowanego mięsa. Jego relatywnie duża podaż jest szczególnie pożądana w przypadku pakowania mięsa wołowego, baraniny i mięsa zwierzyny łownej, czyli mięs bogatych w barwniki hemowe. Natomiast do pakowania mięsa o małej podaży barwników hemowych (np. mięśnie piersiowe drobiu grzebiącego) zawartość tlenu w atmosferze modyfikowanej może sięgać poziomu zbliżonego do zera. Stosując jako składnik atmosfery modyfikowanej tlen należy mieć na uwadze fakt, że gaz ten w zbyt dużej ilości może negatywnie wpływać na kruchość mięsa, poprzez zwiększenie stopnia usieciowania białek. Tlen, również może pogarszać sensoryczne atrybuty mięsa, takie jak soczystość i smak. W praktyce stosuje się mieszaniny gazów MAP o zawartości tlenu wynoszącej od 20% (do mięsa drobiu grzebiącego) do 70% (do mięsa wołowego). W związku z mankamentami (procesy utleniania, rozwój bakterii tlenowych) związanymi ze stosowaniem tlenu bardzo perspektywiczne wydaje się zastosowanie w systemach MAP tlenku węgla. Gaz ten wiąże się bowiem z częścią natywnej mioglobiny i tworzy w połączeniu z nią trwałą czerwoną karboksymioglobinę (Mb·CO). Prowadzi to do stabilizacji czerwonej barwy mięsa (szczególnie na jego powierzchni) i zarazem przedłużenia jej trwałości. Zastosowanie tlenku węgla w modyfikowanej atmosferze, praktykowane w niektórych krajach (USA, Nowa Zelandia, Australia), przedłuża również trwałość zapakowanego mięsa i zmniejsza zagrożenie mikrobiologiczne. Użycie tego gazu opóźnia m.in wzrost szczepów Escherichia coli. Tlenek węgla, mimo, że jest substancją toksyczną można stosować w wymienionych krajach w stężeniu nie przekraczającym 0,5%, co pozwala w praktyce na uzyskanie dobrej jakości zapakowanego mięsa i nie stanowi to żadnego zagrożenia dla konsumentów. Pożądany efekt barwotwórczy osiąga się bowiem przy stężeniu CO w ochronnej mieszaninie gazów w zakresie 0,4- 0,5%.
dr inż. Jerzy Wajdzik
Literatura dostępna w redakcji