Mięso uzyskane po uboju jest bardzo dobrą pożywką do rozwoju drobnoustrojów. Znaczna zawartość w nim substancji białkowych, przy prawie obojętnym odczynie, sprzyja bowiem namnażaniu się różnej mikroflory. Najczęściej jest to mikroflora saprofityczna, ale nierzadko także i chorobotwórcza. Na powierzchni tusz zwierząt rzeźnych stwierdza się bakterie z rodzajów: Pseudomonas, Alcaligenes, Escherichia, Micrococcus, Streptococcus, Proteus, Bacillus i Clostridium oraz chorobotwórcze szczepy Salmonella spp. i Yersinia enterocolitica.
Wśród wielu rodzajów bakterii izolowanych z tuszek drobiowych istotny problem stanowią głównie pałeczki z rodzaju Salmonella, a także gatunki Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, Escherichia coli oraz bakterie z rodzaju Listeria i Aeromonas.
Mimo dobrego wychłodzenia poubojowego w mięsie kulinarnym, porcjowanym, rozdrobnionym i mielonym przechowywanym w warunkach chłodniczych zwiększa się udział bakterii z rodzaju Pseudomonas, głównie Pseudomonas fragi. Im wyższe są temperatury przechowywania tym bardziej intensywnie następuje również wzrost bakterii z rodziny Enterobacteriaceae. Dobrym rozwiązaniem dla utrzymania dobrej jakości mięsa świeżego jest przechowywanie go w temperaturze nie przekraczającej 4°C. W przypadku mięsa drobiowego, naturalnie najbardziej problematycznego mikrobiologiczne, takie warunki pozwalają na utrzymanie dobrej jego jakości przez okres 4-5 dni.
W celu skutecznego ograniczenia możliwości wzrostu obecnych w mięsie bakterii stosuje się różne systemy jego pakowania. Proces ten, niezależnie od zastosowanego systemu, eliminuje możliwość wtórnej kontaminacji mięsa i zależnie od dobranej metody pakowania ogranicza możliwość rozwoju różnych drobnoustrojów. Pozwala to w efekcie na wydłużenie terminu przydatności do spożycia, przy równoczesnym utrzymaniu wysokiej jego jakości. Systemy pakowania doskonale korelują ze wzrostem zapotrzebowania rynku mięsnego na pakowane wyroby mięsne. Pakowanie mięsa w opakowania jednostkowe daje również szereg różnych innych korzyści, w tym takich jak: łatwość dystrybucji i minimalizowanie możliwości zanieczyszczenia oraz umożliwienie zamieszczenia informacji o zapakowanym wyrobie.
Stosowane systemy pakowania
W celu przedłużenia przydatności mięsa do spożycia oraz utrzymania jego dobrej jakości w praktyce stosuje się pakowanie w atmosferze modyfikowanej, w ramach którego wyróżnia się system pakowania próżniowego- VAC (Vacuum Packaging) i system pakowania w atmosferze gazów ochronnych- MAP (Modified Atmosphere Packaging). Prawidłowy dobór odpowiedniego systemu stanowi gwarancję uzyskania bezpieczeństwa spożycia zapakowanego i przechowywanego mięsa oraz utrzymania wysokiej jego jakości.
Pakowanie mięsa w systemie próżniowym
Istotą pakowania w systemie próżniowym jest umieszczenie mięsa w opakowaniu o małej przepuszczalności gazów (gazoszczelnej folii), usunięcie z niego powietrza i hermetycznym zamknięciu. Dla skuteczności tego systemu pakowania konieczne jest usunięcie minimum 95%, a najlepiej 98 – 99% powietrza z opakowania. Ze względu, że większość mikroorganizmów do rozwoju potrzebuje tlenu, to uzyskana w opakowaniach próżniowych prawie całkowita jego eliminacja uniemożliwia wzrost bakterii tlenowych, pleśni i drożdży. Warunki takie przyczyniają się w znaczny sposób do wydłużenia okresu przydatności do spożycia zapakowanego mięsa. Jakość mięsa zależy jednak także w dużym stopniu od tego, czy nie zostało ono wtórnie zanieczyszczone mikrobiologicznie przed pakowaniem. Dla utrzymania dobrej jakości i trwałości przechowalniczej mięsa zapakowanego próżniowo szczególnie niekorzystne jest współdziałanie dużego zanieczyszczenia mikrobiologicznego z wysoką wartością pH mięsa, tj. powyżej poziomu 6,0. W mięsie o wartości pH bliskiej 7,0 lub wyższej dochodzi do szybszego zepsucia, które jest wynikiem działania bakterii Brochothrix thermosphacta. Te G-dodatnie pałeczki z rodziny Enterobacteriaceae rozwijają się bowiem w warunkach beztlenowych, a sprzyja im środowisko o wysokiej wartości pH. Efektem ich rozwoju jest pojawienie się niepożądanego zapachu w opakowaniach z mięsem.
Wymagane dla skuteczności pakowania w systemie próżniowym maksymalne wyeliminowanie z opakowań próżniowych powietrza (98-99%) mimo, że daje istotne korzyści trwałościowe, to niestety sprzyja szybszemu pojawieniu się podcieków soków mięsnych. Zjawisko to ma jednak podłoże naturalne i jedynie nadmiar tych podcieków można traktować jako odchylenie jakościowe. Zapakowane próżniowo mięso i przechowywane w warunkach chłodniczych uzyskuje natomiast poprawę kruchości, co jest istotnym atutem w zakresie oceny jego jakości.
Dla osiągnięcia wysokiej skuteczności efektu pakowania mięsa w systemie próżniowym niezbędne jest przechowywanie go po zapakowaniu w temperaturze chłodniczej najlepiej nieprzekraczającej 3°C. Najlepsze efekty przechowalnicze osiąga się przy przechowywaniu mięsa w temperaturze zbliżonej nawet do wartości krioskopowej. Przekroczenie temperatury powyżej 3°C może ograniczać już trwałość zapakowanego mięsa. Wzrost temperatury powyżej 7°C powoduje niekorzystny rozwój pałeczek z rodziny Enteriobacteriaceae, które są często przyczyną zepsucia zapakowanego mięsa. Metabolizują one białka i aminokwasy, produkując amoniak, aminy, merkaptany, metylosiarczki, a niektóre z nich także H2S. Ten ostatni związek prowadzi do powstawania pochodnej mioglobiny, zwanej sulfmioglobiną (SulfMb) o zielonkawym zabarwieniu, nieakceptowanym w mięsie.
Niski potencjał oksydoredukcyjny mięsa i warunki środowiska występujące w opakowaniach próżniowych umożliwiają niestety rozwój mikroflory beztlenowej lub względnie beztlenowej. Mogą rozwijać się beztlenowe przetrwalnikujące szczepy Clostridium sporogenes, a także względnie beztlenowe bakterie Escherichia Coli, bakterie z rodzaju Salmonella oraz szczepy Staphylococcus aureus. Te ostatnie, będące G-dodatnimi, nieruchliwymi i nieprzetrwalnikującymi, ale względnie beztlenowymi bakteriami, są zdolne do rozwoju w szerokim zakresie temperatur 7-48°C, przy wartości pH 4-10 oraz w środowiskach o aktywności wody obniżonej nawet do 0,83. Oznacza to, że produkty podsuszane, pakowane próżniowo, i przechowywane w warunkach chłodniczych mogą być narażone na obecność tego patogenu. Wzrostowi gatunku Staphylococcus aureus zapobiega obecność w zapakowanych próżniowo wyrobach azotynu sodu, występującego w wyrobach peklowanych. Brak tlenu w opakowaniach próżniowych połączony z szybkim chłodzeniem mięsa powstrzymuje natomiast skutecznie wzrost bakterii tlenowych mezofilnych, psychrotrofowych i psychrofilnych. Warunki próżniowe uniemożliwiają także skutecznie rozwój tlenowych drobnoustrojów gnilnych (Pseudomonas, Shewanella i in.), które dominują w środowisku tlenu. W warunkach próżni możliwy jest jednak rozwój gnilnych drobnoustrojów beztlenowych (Proteus spp., Moraxella, Acinetobacter), a także ich antagonistów, czyli bakterii fermentacji mlekowej. Te ostatnie mogą stanowić w 99% mikroflorę dominującą zapakowanego próżniowo mięsa. Warunkiem tego jest utrzymanie w czasie pakowania mięsa wysokiego poziomu próżni i stosowanie temperatury przechowywania w zakresie 1-3°C. Głównym metabolitem wytwarzanym przez te bakterie jest kwas mlekowy, powodujący charakterystyczny, ale akceptowalny mleczny zapach mięsa. Produktami przemian metabolicznych bakterii mlekowych są również często inne kwasy organiczne i dwutlenek węgla. Wzrost koncentracji tych związków w środowisku istniejącym w opakowaniach próżniowych prowadzi do obniżenia wartości pH mięsa, co skutecznie hamuje rozwój bakterii gnilnych. Rozwijające się bakterie fermentacji mlekowej zajmują skutecznie miejsce psychrofilnych bakterii tlenowych oraz ograniczają rozwój takich patogenów, jak: Listeria monocytogenes i Yersinia enterocolitica. Działanie antagonistyczne bakterii fermentacji mlekowej w stosunku do mikroflory konkurencyjnej wynika również z faktu, że niektóre z tych bakterii wytwarzają bakteriocyny. Przykładem jest szczep Leuconostoc carnosum, który wzrastając w warunkach beztlenowych przy temperaturze począwszy od 2°C skutecznie hamuje rozwój groźnych szczepów Listeria monocytogenes. Niekontrolowany i nadmierny wzrost bakterii fermentacji mlekowej może być jednak przyczyną niekorzystnych zmian w przechowywanym próżniowo mięsie. Zbyt duża koncentracja ich metabolitów prowadzi do zmian sensorycznych określanych mianem kwaśnego zepsucia. Rozwój niektórych heterofermentatywnych bakterii fermentacji mlekowej może również prowadzić do powstawania niepożądanych dla jakości zapakowanego mięsa metabolitów, takich jak nadtlenek wodoru. Największym zagrożeniem są głównie, należące do katalazo-ujemnych beztlenowców, szczepy Lactobacillus viridescens. Wytwarzają one przy aerobowym wzroście (resztkowa zawartość tlenu w opakowaniu) H2O2, który działa destrukcyjnie na barwniki hemowe mięsa, co powoduje wskutek ich utleniania wystąpienie niekorzystnej barwy (zielenienie). Przyczyną psucia się mięsa pakowanego próżniowo są również psychrofilne beztlenowe i względnie beztlenowe bakterie fermentacji mlekowej, takie jak np. Lactobacillus curvatus, Lactobacillus plantarum. Poza metabolizowaniem glukozy do kwasu mlekowego, drobnoustroje te metabolizują leucynę i walinę oraz produkują lotne kwasy tłuszczowe, nadające mięsu nieprzyjemny, serowy zapach. Heterofermentatywne bakterie fermentacji mlekowej w warunkach beztlenowych, produkując CO2 i kwas mlekowy, prowadzą również do odchylenia jakościowego w postaci nagromadzenia się płynów i gazów w opakowaniach próżniowych.
Zagrożeniem dla jakości mięsa zapakowanego w systemie próżniowym są także drobnoustroje produkujące siarkowodór. Potencjalnie rozwijający się fakultatywnie beztlenowy drobnoustrój gnilny- Shewanella putrefaciens wykorzystuje do wzrostu aminokwasy i produkuje duże ilości siarkowodoru oraz metylosiarczków, co powoduje pojawienie się nieprzyjemnego zapachu mięsa zapakowanego próżniowo. Wytworzony przez te drobnoustroje H2S uczesniczy w przemianie mioglobiny do sulfmioglobiny, która nadaje mięsu zielonkawe zabarwienie. Siarkowodór mogą również produkować niektóre fakultatywne beztlenowe pałeczki z rodzaju Aeromonas.
Na jakość mikrobiologiczną mięsa w opakowaniu próżniowym znaczący wpływ ma wielkość wytworzonej próżni. W warunkach pakowania VAC zawartość tlenu ulega obniżeniu do 1,5% jego początkowej objętości i w tej koncentracji może on być wykorzystywany jedynie przez obecne w mięsie tlenowe bakterie psychrofilne aż do momentu, w którym jego koncentracja obniży się do 0,5%. Z tego względu tak ważna jest skuteczność wytworzenia warunków próżniowych w opakowaniu, a świeżość zapakowanego mięsa jest utrzymywana przy zachowaniu szczelności opakowań. Gdy dochodzi do nawet nieznacznego ich rozszczelnienia, zaczyna się wzrost tlenowych bakterii psychrofilnych z rodzaju Pseudomonas, Moraxella i Acinetobacter, a więc populacji odpowiedzialnej za procesy gnicia mięsa. Szczególnie groźne z tej grupy są pałeczki Pseudomonas spp., z których niektóre mają zdolność do wytwarzania H2O2. Niskie stężenie tlenu (znacznie poniżej 2%) lub środowisko zupełnie pozbawione tlenu sprzyjają wzrostowi przetrwalnikujących beztlenowych bakterii z rodzaju Clostridium, które w materiale o dużej zawartości białka jakim jest mięso, prowadzą do procesów gnilnych z wytworzeniem amin, NH3 i H2S. Zagrożeniem są głównie chorobotwórcze szczepy Clostridium botulinum oraz psychrofilne – Clostridium gasigenes i Clostridium putrefaciens, które mogą powodować niekorzystne kwaśnienie mięsa połączone ze zmianą jego barwy i zapachu. Ryzyko rozwoju groźnych bakterii z rodzaju Clostridium, a szczególnie gatunku Clostridium botulinum ogranicza obecność w zapakowanych próżniowo wyrobach azotynu sodu. Te stanowiące zagrożenie zdrowotne bakterie, które są bezwzględnymi beztlenowcami, rosnącymi przy wartości pH 4,5-8 i już począwszy od temperatury 3°C, wytwarzają trującą botulinową egzotoksynę (jad kiełbasiany).
Mięso pakowane w systemie próżniowym wykazuje często jakościowe problemy natury sensorycznej, które jednak nie ograniczają możliwości przechowalniczych. W trakcie trwającego przechowywania mięsa zapakowanego w systemie VAC powstaje w opakowaniach ,,zapach opakowania próżniowego”, który jest wynikiem rozwoju swoistej mikroflory. Zbyt długie przechowywanie może również prowadzić do wystąpienia nadmiernie zaawansowanego stopnia kruchości mięsa. Warunki wytwarzane w opakowaniach próżniowych powodują również niepożądane zmiany barwy mięsa. Są one wynikiem powstawania brunatnej metmioglobiny (MMb), która jest formą utlenioną mioglobiny (Mb). Ta utleniona pochodna heminowa tworzy się już przy zawartości resztkowej tlenu wynoszącej 1%. Najintensywniej związek ten powstaje jednak w środowisku tlenu wynoszącym 5-10%, a destrukcyjne działanie procesu utleniania potęgują promienie słoneczne i temperatura powyżej 6°C.
Negatywnym jakościowym zjawiskiem pakowania próżniowego jest niekorzystna tekstura zapakowanego mięsa sprzyjająca jego deformacji i powodująca sklejanie się zapakowanych elementów mięsa porcjowanego lub plasterkowanego.
Pakowanie mięsa w systemie MAP
Pakowanie mięsa w systemie MAP oparte jest na wykorzystaniu mieszaniny gazów ochronnych o odpowiednio dobranym składzie, którą zastępuje się powietrze. Tak zmodyfikowany skład atmosfery gazowej należy do najbardziej efektywnych metod wydłużenia trwałości mięsa przy równoczesnym zachowaniu jego wysokiej jakości. W systemie MAP pakowania mięsa wykorzystywane jest pozytywne oddziaływanie tlenu i dwutlenku węgla na mięso, przy równoczesnym ograniczeniu ich niekorzystnych wpływów. Do opakowania systemu MAP wprowadzana jest mieszanina gazów o odpowiedniej koncentracji tlenu, niezbędnej do zachowania właściwej barwy mięsa i zwiększonej w porównaniu z powietrzem atmosferycznym zawartości CO2 (stężenie minimalne w atmosferze na poziomie 20%), w celu ograniczenia rozwoju mikroflory. Przy stężeniu wynoszącym co najmniej 20% gaz ten dwukrotnie zmniejsza szybkość wzrostu bakterii tlenowych. Dwutlenek węgla w kontakcie z wilgotnym mięsem tworzy kwas węglowy, który destabilizuje błonę cytoplazmatyczną bakterii i grzybów oraz działa inhibitująco na szereg enzymów. Powstający kwas węglowy powoduje obniżenie wartości pH na powierzchni zapakowanego mięsa o 0,2- 0,4 jednostki, co działa również antydrobnoustrojowo. Dobierając ilościowo CO2 do składu mieszaniny gazów należy mieć na uwadze fakt, że gaz ten wykazuje bardzo dużą zdolność przenikania przez materiały opakowaniowe.
Tlen w opakowaniach ze świeżym mięsem wpływa na stabilizację jego barwy, gdyż w jego ilościowym nadmiarze barwnik hemowy mięsa jakim jest mioglobina (Mb) ulega utlenowaniu i występuje w formie oksymioglobiny (Mb·O2), która charakteryzuje się pożądaną czerwoną barwą. Zawartość tlenu w atmosferze gazów zapobiega skutecznie namnażaniu się bakterii beztlenowych. Z drugiej jednak strony tlen powoduje autooksydację tłuszczów, utlenianie witamin, reakcje enzymatycznego ciemnienia oraz umożliwia rozwój bakterii tlenowych, w tym gnilnych z rodzaju Pseudomonas i oportunistycznych z rodzaju Proteus, które mogą wytwarzać proteazy rozkładające białka mięśniowe. W związku z powyższym ilość tlenu w składzie atmosfery ochronnej powinna być na takim minimalnym poziomie, aby gwarantował on wytworzenie się pożądanej oksymioglobiny (Fe+2). W przeciwnym razie może następować utlenienie mioglobiny, prowadzące do powstania niepożądanej brunatnej metmioglobiny (Fe+3). Barwnik ten zdecydowanie pogarsza jakość sensoryczną zapakowanego w systemie MAP mięsa. Ilość tlenu w składzie mieszanin gazów determinowana jest ilością podażą w mięsie natywnej mioglobiny, co jest uwarunkowane pochodzeniem gatunkowym mięsa. W praktyce ilość tego gazu w mieszaninach kształtuje się począwszy od poziomu zbliżonego do 0% (mięśnie z piersi kurcząt) do nawet sięgającego 80% (wołowina). W celu uzyskania właściwych koncentracji O2 i CO2 w modyfikowanych atmosferach gazów dodawany jest do nich w roli wypełniacza jakiś gaz obojętny, którego rolę pełni najczęściej azot. Mimo, że jest on traktowany jako gaz podporowy (eliminuje ,,zapadanie się” opakowań i chroni mięso przed dezintegracją) to również spowalnia przebieg reakcji chemicznych, przez co pośrednio wpływa na lepszą trwałość zapakowanego mięsa.
Czynnikiem modyfikującym skład środowiska gazowego opakowań systemu MAP jest zawsze dwutlenek węgla. W takich atmosferach obecne na powierzchni bakterie psychrofilne wzrastają zdecydowanie wolniej niż w warunkach próżni. Czynnikiem niezbędnym do skuteczności działania CO2 jest jednak jego stężenie. Do poziomu zawartości dwutlenku węgla wynoszącego 50-60% rośnie liniowo działanie hamujące rozwój drobnoustrojów, ale powyżej tego granicznego stężenia nie obserwuje się już istotnego wzrostu aktywności antydrobnoustrojowej CO2. Dwutlenek węgla najbardziej skuteczny jest w czasie przechowywania mięsa w temperaturze około 5°C. Mikroflorę zapakowanego mięsa stanowią wtedy głównie bakterie fermentacji mlekowej- Lactobacillus plantarum oraz różne gatunki grupy heterofermentatywnej Lactobacillus i Leuconostoc. Niektóre z nich tolerują nawet 100% stężenia CO2 i dlatego w środowisku tego gazu dobrze się rozwijają. Dwutlenek węgla skutecznie inhibituje natomiast bakterie G- ujemne, w tym szczepy z rodzaju Pseudomonas, Acinetobacter, Moraxella oraz bakterie z rodziny Enterobacteriaceae. Gaz ten nie hamuje jednak rozwoju beztlenowych i względnie beztlenowych bakterii z rodzaju Aeromonas, Yersinia i wybitnie chorobotwórczych szczepów z rodzaju Clostridium. Psychrofilne gatunki Clostridium, wykazując proteolityczną aktywność, powodują powstawanie przykrego zapachu i zmianę tekstury oraz barwy zapakowanego mięsa (działanie H2S), a także nagromadzenie się płynu w opakowaniu. Dwutlenek węgla jest również mało skuteczny w stosunku do szczepów Brochothrix thermosphacta, które mogą tolerować jego stężenie wynoszące nawet 75%. W atmosferze mikroaerofilnej (np. pakowanie mięsa drobiowego) bakterie te rozkładają glukozę do kwasu octowego i ketonu acetoiny, a aminokwasy- walinę i leucynę do kwasów izowalerianowego i masłowego, powodując powstanie nieprzyjemnego zapachu. Bakterie te stanowią więc duże zagrożenie dla mięsa pakowanego w atmosferze gazów ochronnych ze względu na bezadaptacyjny i w efekcie szybszy ich rozwój w warunkach chłodniczych niż bakterie fermentacji mlekowej. Zdobywają w ten sposób przewagę nad antagonistyczną mikroflorą, co może skutkować zmianami rozkładowymi i inicjowaniem niepożądanych zmian sensorycznych mięsa.
Stosunkowo duża ilość tlenu obecna w składach mieszanin gazów stosowanych w systemach pakowania MAP sprzyja zawsze niekorzystnym procesom utleniania tłuszczów oraz może powodować sieciowanie białek, co w efekcie pogorszy wyróżniki sensoryczne zapakowanego mięsa. Dotyczy to głównie jego kruchości, soczystości i smaku. W związku z takimi zagrożeniami obiecująco wygląda wykorzystanie tlenku węgla jako składnika mieszaniny gazów, co wymaga jednak odpowiednich regulacji prawnych. Tlenkiem węgla można zastępować barwotwórczą rolę tlenu obecnego w mieszaninach tradycyjnych. Gaz ten dodany do mięsa wiąże się bowiem z częścią hemową mioglobiny i tworzy w połączeniu z nią pochodną, zwaną karboksymioglobiną (Mb·CO). Proces ten prowadzi do stabilizacji czerwonej barwy mięsa, szczególnie na jego powierzchni. Efektowi temu sprzyjają warunki chłodnicze (temperatura około 2°C). Do uzyskania pożądanej barwy wystarczy już użycie dodatku tlenku węgla na powierzchni o stężeniu 0,4 – 0,5% w składzie mieszaniny gazów. Stosując tlenek węgla jako składnik mieszaniny gazów uzyskuje się również dodatkowy efekt trwałościowy pakowanego mięsa. Jest to wynikiem działania hamującego tego gazu na wzrost bakterii psychrofilnych oraz szczepów Escherichia coli. Przechowywanie mięsa w atmosferze z CO w temperaturze 2- 4°C pozwala również na ograniczenie utleniania się tłuszczów oraz zmniejszenie w opakowaniach obecności drobnoustrojów aerobowych i psychrotrofowych.
Literatura dostępna w redakcji
dr inż. Jerzy Wajdzik