Wytwarzanie wyrobów mięsnych wiąże się zawsze z koniecznością stosowania różnych zabiegów technologicznych wpływających na wydłużenie trwałości, przy jednoczesnym utrzymaniu dużego bezpieczeństwa żywieniowego. W procesie produkcyjnym stosuje się więc różne zabiegi, którymi można kształtować trwałość wyrobów mięsnych. Dobór technologicznych zabiegów utrwalania i sposób ich prowadzenia powinny wychodzić naprzeciw wymaganiom rynku konsumenckiego, sprowadzającego się miedzy innymi do uzyskania możliwie długiego okresu przydatności do spożycia produkowanych wyrobów. Jednym z podstawowych procesów utrwalania w przetwórstwie mięsa jest obróbka cieplna.
W czasie utrwalania za pomocą wysokiej temperatury dokonują się równocześnie zmiany wartości odżywczej, barwy, zapachu, smaku i konsystencji. Zaawansowanie przemian zachodzących w wyrobach mięsnych uwarunkowany jest rodzajem stosowanej obróbki cieplnej, okresem jej trwania oraz warunkami prowadzenia. Technologicznie pożądany efekt anabiotyczny, cenoanabiotyczny lub abiotyczny cieplnego utrwalania wyrobów mięsnych można zwiększyć poprzez równoczesne lub kolejno następujące po sobie stosowanie kilku zabiegów, względnie wykonanie dodatkowych technologicznych operacji wspomagających.
Duże znaczenie w kształtowaniu trwałości wyrobów mięsnych z możliwością jej wydłużania mają metody obróbki cieplnej określane mianem apertyzacji (nazwa pochodzi od nazwiska twórcy metody-Apperta). Do wyrobów utrwalanych poprzez stosowanie apertyzacji, zwanych konserwami, zalicza się przetwory zamknięte w opakowaniach hermetycznych, które zabezpieczają zawartość przed zakażeniem wtórnym i dostępem tlenu. Zamknięte wyroby są poddawane działaniu temperatury pasteryzacji (obróbka w temperaturze do 100°C) lub sterylizacji (obróbka w temperaturze powyżej 100°C). Ze względu na zakres i technikę stosowanej obróbki wyróżnia się więc konserwy pasteryzowane i konserwy sterylizowane(konserwy autoklawowane). Z grupy konserw pasteryzowanych można wyodrębnić konserwy tyndalizowane, tj. konserwy poddane wielokrotnej pasteryzacji.
Bakteriologia konserw
Zagrożeniem mikrobiologicznym dla trwałości konserw są głównie bakterie, z których większość rozwija się przy minimalnej aktywności wody wynoszącej 0,9l. Surowce używane do produkcji charakteryzują się natomiast wartością aw około 0,97 lub nawet większą i stąd są one dobrym środowiskiem dla rozwoju bakterii. Z punktu widzenia oceny stabilności mikrobiologicznej konserw, podstawowe znaczenie mają, zaliczane do G-dodatnich, bakterie przetrwalnikujące. Tworzą one bowiem przetrwalniki(endospory) o bardzo dużej, w stosunku do swoich form wegetatywnych, oporności cieplnej. Zagrożenia nie stanowią natomiast bakterie nieprzetrwalnikujące, ponieważ odznaczają się małą opornością cieplną i są zawsze skutecznie inaktywowane w warunkach przewidzianych dla inaktywacji przetrwalników. Wśród bakterii przetrwalnikujących rozróżnia się bezwzględne (obligatoryjne) tlenowce i względne (fakultatywne) tlenowce z rodzaju Bacillus oraz bezwzględne beztlenowce należące do rodzaju Clostridium. Z wymienionych grup bakterii znaczenie bezwzględnych tlenowców jest ograniczone ze względu na niedostatek tlenu w konserwach i stosunkowo niewielką oporność cieplną tych bakterii. Jeszcze w mniejszym stopniu zagrożeniem dla jakości mikrobiologicznej i trwałości konserw są bakterie nieprzetrwalnikujące, które w warunkach prowadzonej sterylizacji stosunkowo łatwo ulegają inaktywacji.
Spektrum występujących w konserwach bakterii wymaga zwrócenia uwagi na tzw. temperatury kardynalne rozwoju poszczególnych gatunków oraz uwzględnienie odczynu wsadu, określanego wartością pH. Konserwy mięsne, podrobowe i mięsno-warzywne należą do produktów mało kwaśnych, tj. o wartości pH > 4,6 i z tego względu należą do produktów botulinogennych. W takiej grupie wyrobów istnieją bowiem warunki do rozwoju niebezpiecznych dla człowieka bakterii chorobotwórczych oraz beztlenowców przetrwalnikujących. Są nimi przede wszystkim szczepy Clostridium botulinum, które będąc w formie wegetatywnej wytwarzają groźną toksynę botulinową. Poza wartością pH, wskaźnikiem określającym, że wyroby mięsne nie traktuje się jako botulinogenne jest ich wartość aw ≤ 0,85, chociaż stwierdza się, że rozwój gatunku Clostridium botulinum nie obserwuje się już od poziomu wskaźnika aktywności wody kształtującego się poniżej wartości 0,94. Na rozwój bakterii Clostridium botulinum rzutują w dużym stopniu temperaturowe i tlenowe warunki środowiska otaczającego wsad konserw. Obniżona temperatura do poziomu poniżej 10°C oraz dostęp tlenu uniemożliwiają kiełkowanie spor najbardziej opornych beztlenowych typów Clostridium botulinum. Duże znaczenie w tym zakresie ma także stosowanie azotynu sodu w procesie peklowania mięsa kierowanego do produkcji konserw, który działa inhibitująco na rozwój bakterii z gatunku Clostridium botulinum.
Procesy cieplne stosowane w utrwalaniu metodą apertyzacji w temperaturze sterylizacji dla zapewnienia inaktywacji przetrwalników gatunku Clostridium botulinum do bezpiecznych granic powinny zawsze gwarantować osiągnięcie tzw. minimum botulinowego. Wymóg ten nie obowiązuje jednak w przypadku wytwarzania konserw pasteryzowanych, co wynika z technologicznego założenia stosowanej temperatury obróbki tych wyrobów. Charakteryzują się analogicznie jak prawie wszystkie konserwy mięsne, podrobowe i mięsno-warzywne kwasowością czynną wsadu określaną wartością pH powyżej 4,6 jednostek oraz aw ≥ 0,85, ale podlegają bardziej rygorystycznym niż konserwy sterylizowane stawianym wymaganiom jakościowym i przechowalniczym. W praktyce wytwarzania konserw sterylizowanych dla uzyskania ich dobrej trwałości proces autoklawowania należy prowadzić w warunkach znacznie przekraczających osiągnięcie minimum botulinowego, gdyż przetrwalniki bakterii saprofitycznych są bardziej oporne cieplnie niż szczepy Clostridium botulinum. Bardziej intensywna obróbka cieplna jest więc niezbędna dla zapewnienia wymaganej stabilności bakteriologicznej i wydłużenia okresu trwałości konserw sterylizowanych. Jeśli przewiduje się przechowywanie konserw sterylizowanych w temperaturze przekraczającej 25°C (warunki tropikalne) to organizmami krytycznymi stają się przetrwalniki saprofitycznych termofili o największej oporności cieplnej. Należą do nich sacharolityczne szczepy Geobacillus stearothermophilus (dawniej Bacillus stearothermophilus) i Clostridium thermosaccharolyticum oraz proteolityczne Clostridium nigrificans. W tym aspekcie należy również zwrócić również uwagę na przetrwalnikujące, względne termofile z gatunku Clostridium perfringens.
Konserwy pasteryzowane w związku z faktem, że odróżniają się wymaganiami od konserw spełniających minimum botulinowe (konserwy sterylizowane) powinny być utrwalane temperaturą pasteryzacji przy jednoczesnym technologicznym sprzężeniu kilku utrwalających czynników, takich jak: peklowanie i chłodnicze warunki przechowywania.
Konserwy pasteryzowane
Konserwy pasteryzowane, określane również terminem półkonserw, należą do wyrobów apertyzowanych obrabianych temperaturą pasteryzacji, tj. w temperaturze do 100°C, przy czym graniczna temperatura niskiej pasteryzacji wynosi 75°C. W praktyce skuteczny czas procesu jest określany na podstawie tzw. wartości pasteryzacyjnej (P) wyznaczanej empirycznie dla konkretnego asortymentu konserw dla przyjętej temperatury odniesienia wynoszącej 72°C. Poza wartością P czynnikami wpływającymi na skuteczność pasteryzacji są: wysoka jakość mikrobiologiczna surowca użytego do produkcji, stosowanie procesu peklowania (azotyn sodu) oraz szybkość chłodzenia i warunki przechowywania. Przy takich uwarunkowaniach oraz przy zachowaniu reżimu technologicznego i przechowalniczego uzyskuje się pożądaną trwałość tych konserw. Przyjmuje się, że powinna ona wynosić 6 miesięcy, przy przechowywaniu w temperaturze maksymalnie wynoszącej 5°C.
Ze względu na stosowane temperatury pasteryzacja prowadzi tylko do inaktywacji form wegetatywnych mikroorganizmów psychrofilnych, większości mezofilnych, a także psychrotrofowych bakterii przetrwalnikujących, w tym łącznie z nieproteolitycznymi szczepami Clostridium botulinum. W tak apertyzowanych wyrobach mogą jednak pozostać po obróbce pasteryzacyjnej zdolne do rozwoju przetrwalniki mezofilnych bakterii, w tym proteolitycznych szczepów Clostridium botulinum. Działanie letalne pasteryzacji jest także niewystarczające do zabicia spor gatunku Clostridium perfringens. Pasteryzację przeżywają również względne beztlenowce, do których należą szczepy mogące wytwarzać spory z gatunków Bacillus spp., a także Lactobacillus spp. oraz przetrwalnikujący gatunek Clostridium sporogenes. Z powyższego względu przechowywanie konserw pasteryzowanych powinno odbywać się w temperaturze nie przekraczającej 5°C, co hamuje rozwój przetrwalnikujących beztlenowców oraz niektórych bakterii chorobotwórczych (np. Staphylococcus aureus).
W konserwach pasteryzowanych często pozostają po obróbce, będące względnymi beztlenowcami, G-dodatnie ziarniaki z rodzaju Enterococcus, które trafiają do konserw w związku z brakiem dostatecznej higieny użytego do produkcji surowca. Mimo, że drobnoustroje te są antagonistami beztlenowych bakterii przetrwalnikujących z rodzaju Clostridium, względnie beztlenowych gatunków Bacillus spp. oraz szczepów z rodzaju Lactobacillus, to ich aktywność nie może być traktowana jako gwarancja bezpieczeństwa konserw pasteryzowanych. W złych warunkach magazynowania enterokoki wzrastają najczęściej w galarecie wypełniającej opakowanie, która zmienia niekorzystnie swój wygląd. Wyrastające liczne kolonie enterokoków nadają galarecie wygląd masy wypełnionej białymi drobinami. W efekcie ich namnożenia dochodzi często do niekorzystnego rozpłynnienia galarety. Zdolność taką wykazują głównie Gram-dodatnie, beztlenowe paciorkowce grupy D Streptococcus liquefaciens var. Streptococcus faecalis, które ze względu na odróżnianie się od streptokoków zostały umieszczone systemowo w rodzaju Enterococcus, jako gatunek Enterococcus faecalis. Enterokoki, będące najczęściej względnymi beztlenowcami i dlatego łatwo wzrastają w konserwach, przy czym nie przeszkadza im niska temperatura i obecność chlorku sodu, a sprzyja alkaliczne środowisko. Rozwijające się bakterie mogą prowadzić do kwaśnego rozkładu wsadu konserwy oraz wystąpienia odchylenia barwy bloku obserwowanego szczególnie po otwarciu opakowania (szara lub szarozielona barwa). W związku z takimi zagrożeniami wynikającymi z rozwoju bakterii z rodzaju Enterococcus wyodrębniono z niego jeden potencjalnie chorobotwórczy i oporny na unieszkodliwienie szczep, należący do paciorkowców grupy D (Enterococcus faecium, dawniej paciorkowce Streptococcus faecium ), traktując go jako drobnoustrój wskaźnikowy, za pomocą którego można określać skuteczność pasteryzacji.
Skuteczność zabiegu pasteryzacji oraz spowodowanie wydłużenie trwałości konserw obrabianych temperaturą pasteryzacji można poprawić poprzez zastosowanie podwójnej lub potrójnej pasteryzacji (tyndalizacja). W tej technice apertyzacji kolejno następujące po pierwszej pasteryzacje inaktywują szczepy bakterii, które ją przetrwały. W czasie przerw między pasteryzacjami (24 godziny, temperatura 20-25°C) obecne formy przetrwalnikujące, które przetrwały pierwszą pasteryzację kiełkują (germinacja endospor) i tworzą aktywne formy wegetatywne, w tym również komórki wykazujące właściwości botulinogenne. Powstałe wskutek germinacji spor komórki wegetatywne są już zdecydowanie łatwiejsze do unieszkodliwienia w temperaturze pasteryzacji, niż same spory. Dokonuje się to w kolejnym lub kolejnych procesach pasteryzacji. Mimo, że tyndalizacja poprawia znacznie skuteczność pasteryzacji klasycznej i pozwala na wydłużenie terminu przechowywania konserw obrabianych temperaturą pasteryzacji, to nie daje jednak przesłanek do traktowania konserw tyndalizowanych na równi z konserwami sterylizowanymi. Nie uzyskuję one bowiem stabilności mikrobiologicznej takiej jak pełne konserwy sterylizowane, co wynika z faktu, że ich obróbka cieplna przebiega poniżej tzw. minimum botulinowego.
Konserwy sterylizowane
Konserwy sterylizowane to wyroby apertyzowane obrabiane temperaturą sterylizacji w procesie autoklawowania przez określany czas wyrażany w minutach, co zapewnia uzyskanie wymaganego stopnia jałowości (jałowość handlowa) i w rezultacie osiągnięcie pożądanej trwałości. Obiektywnym miernikiem określającym stopień wyjałowienia, a zarazem informującym o stopniu dogrzania tych konserw jest prowadzenie obróbki sterylizacyjnej w oparciu o tzw. wartość sterylizacyjną (F0). Jest ona sumą umownych efektów letalnych działających przez określony czas w temperaturze mierzonej począwszy od 90°C. W praktyce wartość sterylizacyjna określa skuteczność działania ogrzewania przez określony czas w temperaturze odniesienia (temperatura porównywalna) wynoszącej 121,1°C (250°F), które powinno unieszkodliwić przetrwalniki (spory) mezofilnych bakterii z gatunku Clostridium botulinum. Gatunek ten jest drobnoustrojem wskaźnikowym, którego formy wegetatywne wytwarzają niebezpieczną dla człowieka toksynę botulinową. Ze względu na osiągnięty poziom wartości sterylizacyjnej oraz warunki temperaturowe prowadzenia autoklawowania konserwy można podzielić na:
konserwy sterylizowane pełne:
– mięsne i podrobowe ( F0=4,0- 5,5 min),
– mięsno- warzywne (F0= 7,5 min),
– konserwy ,,trzy- czwarte” (F0=0,6-1,5 min),
– konserwy tropikalne (F0= 12- 15 min).
Biorąc pod uwagę cechy i właściwości bakterii z gatunku Clostridium botulinum konserwy sterylizowane, aby uzyskały pożądaną jałowość handlową i trwałość należy autoklawować w temperaturze powyżej tzw. minimum botulinowego, tj. w temperaturze medium grzejnego przekraczającej poziom 110°C. W praktyce najczęściej prowadzi się sterylizację w temperaturze medium grzejnego mieszczącego się w przedziale od 117°C do 130°C (konserwy pełne, konserwy tropikalne), z wyjątkiem konserw zaliczanych do grupy ,,trzy- czwarte”, które są autoklawowane w temperaturze wynoszącej 105-115°C. Stosowane parametry obróbki sterylizacyjnej konserw typu ,,trzy- czwarte” niszczą mikroorganizmy obecne w formie wegetatywnej, zarodniki psychrotrofów, w tym przetrwalniki bakterii mezofilnych z rodzaju Bacillus. Proces nie unieszkodliwia jednak szczepów z rodzaju Clostridium wraz z proteolitycznymi Clostridium botulinum. Groźne szczepy z rodzaju Clostridium mogą rozwijać się szczególnie w konserwach o wysokiej wartości pH wsadu i przy dużej jego aktywności wody, a zarazem równoczesnej niewielkiej ilości lub wręcz braku azotynów. Z powyższych względów konserwy ,,trzy- czwarte” powinny być przechowywane tylko w temperaturze nie przekraczającej 10°C przez okres wynoszący maksymalnie 12 miesięcy.
Konserwy sterylizowane (pełne) należą do produktów apertyzowanych, w których proces termiczny spowodował zabicie wszystkich groźnych bakterii, zarówno tlenowych, jak i beztlenowych. Osiągnięcie wymaganej dla tej grupy konserw wartości sterylizacyjnej (F0) zapewnia zniszczenie nie tylko form wegetatywnych, ale również przetrwalników bakterii mezofilnych z rodzaju Bacillus i Clostridium. Przyjmuje się, że uzyskanie wartości sterylizacyjnej F0 na poziomie minimalnym wynoszącym 4,0 w przypadku konserw mięsnych i podrobowych zapewnia bezpieczeństwo botulinowe tych wyrobów. Oznacza to, że ogrzewanie wsadu w temperaturze 121,1°C przez co najmniej 4 minuty spowoduje zabicie przetrwalników Clostridium botulinum. W warunkach prowadzenia takiej sterylizacji przeżyć mogą tylko nieliczne bakterie termofilne z rodzaju Bacillus i Clostridium, które wytwarzają spory. Należą do nich głównie sacharolityczne beztlenowce z gatunków Clostridium thermosaccharolyticum i Clostridium tyrobutyricum oraz fakultatywne termofile przeżywające w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych z gatunku Bacillus coagulans (Bacillus thermoacidurans), które mogą powodować płaskie kwaśnienie konserw. Sterylizację przeżywa także rozwijający się w temperaturze 30-75°C gatunek Geobacillus stearothermophilus. Bakterie Bacillus coagulans stanowią realne zagrożenie jakości konserw mięsnych i podrobowych, ponieważ rozwijają się przy wartości pH wynoszącej 5,0-7,0 i w temperaturze mieszczącej się w przedziale 20-55°C.W diagnozowaniu skuteczności sterylizacji wyrobów autoklawowanych duże znaczenie ma Gram-dodatni gatunek Geobacillus stearothermophilus, który odgrywa istotną rolę w badaniu walidacji procesu i okresowej kontroli przebiegu cyklu sterylizacji.
W konserwach sterylizowanych należących do grupy konserw kwaśnych, tj. o wartości pH wynoszącej mniej niż 4,6 jednostek (np. bigos, wyroby w zalewach kwaśnych) po sterylizacji przetrwać mogą nie groźne dla zdrowia człowieka saprofityczne bakterie nieprzetrwalnikujące z rodzaju Lacobacillus spp. oraz gatunki Leuconostoc spp. Proces sterylizacji wytrzymują również beztlenowe przetrwalnikujące bakterie kwasu masłowego, które w zależności od gatunku i wartości pH środowiska mogą powodować niekorzystną dla jakości konserw fermentację masłową lub/i fermentację ABE (aceton-butanol-etanol). W warunkach tak niskiej wartości pH konserw kwaśnych żadne jednak przetrwalniki nie są zdolne do kiełkowania i rozwoju, a przeżywające bakterie kwasu mlekowego i masłowego nie ograniczają trwałości tych konserw, ale mogą zdecydowanie pogarszać ich jakość.
W związku z faktem, że drobnoustroje termofilne mogą w zależności od gatunku namnażać się od temperatury 40°C do temperatury 70°C, to konserwy sterylizowane(pełne) nie powinny być przechowywane w temperaturze powyżej 30°C. Zachowują one wtedy trwałość nawet do 4 lat przy przechowywaniu w temperaturze nie przekraczającej 25°C. Pogarszająca się ewentualnie w tym czasie ich jakość wynikać może jedynie z fizykochemicznej degradacji wsadu o charakterze abiotycznym. Wydłużeniu trwałości konserw sterylizowanych pomaga dodatek do ich wsadu substancji obniżających wartość pH, konserwująco-stabilizujących(np. azotynu sodu), a także całkowite usuniecie z opakowania tlenu(zamykanie w warunkach wytworzonego podciśnienia, odpowietrzenie).
Odrębną grupę konserw sterylizowanych stanowią konserwy tzw.konserwy tropikalne, które są poddawane obróbce sterylizacyjnej do uzyskania wartości F0 wynoszącej 12-15 min. Procedura taka jest niezbędna, ponieważ należy uwzględnić powszechne występowanie w przyrodzie sacharolitycznych bakterii termofilnych i to zarówno tlenowych, takich jak gatunek Geobacillus stearothermophilus, jak i beztlenowych, takich jak gatunek Clostridium thermosaccharolyticum. Te termofilne drobnoustroje mogą przeżywać proces prawidłowo przebiegającej sterylizacji typowej dla konserw sterylizowanych pełnych, co w czasie przechowywania ich w wyższych temperaturach (warunki tropikalne) sprzyja kiełkowaniu przetrwalników. Efektem późniejszej aktywności powstałych form wegetatywnych stają się zmiany będące przyczyną zepsucie konserw, ale nie występuje jednak przy tym zagrożenie typu chorobotwórczego. W celu wyeliminowania ryzyka rozwoju termofili konserwy tropikalne można przechowywać w czasie do 12 miesięcy w temperaturze powyżej 25°C, ale nie wyższej niż 40°C. Ograniczenie warunków przechowywania górną granicą temperaturową (40°C) wynika ponadto z faktu, że po przekroczeniu tego poziomu może następować we wsadzie konserw fizykochemiczna, abiotyczna degradacja, pogarszająca ich jakość.
Znaczenie chłodzenia
Niezbędnym warunkiem uzyskania dobrej jakości konserw i pożądanej trwałości jest właściwie przeprowadzony proces chłodzenia. Konserwy pasteryzowane należy szybko po zakończonej pasteryzacji schłodzić do temperatury poniżej 10°C i dalej przechowywać je w temperaturze poniżej 5°C. Warunki takie hamują rozwój streptokoków i bakterii przetrwalnikujących, które przetrwały pasteryzację. Dużym zagrożeniem dla trwałości konserw pasteryzowanych są bakterie z rodzaju Enterococcus, które jak względne beztlenowce mogą łatwo wzrastać w konserwach, a przy tym nie przeszkadzają im warunki chłodnicze. Z powyższego względu niezbędna jest duża higiena produkcji konserw pasteryzowanych oraz dobry stan mikrobiologiczny użytego do produkcji surowca.
Konserwy sterylizowane należy szybko chłodzić w autoklawie zaraz po zakończonym procesie sterylizacji. W możliwie krótkim czasie powinny one zostać schłodzone do temperatury poniżej 40°C. Temperaturę 40°C przyjmuje się jako górną granicę (tzw. temperatura krytyczna), powyżej której rozwijać się może mikroflora resztkowa. Zbyt długie przetrzymywanie konserw po obróbce sterylizacyjnej w temperaturze powyżej 40°C sprzyja ponadto kiełkowaniu przetrwalników bakterii termofilnych. Wychłodzone w autoklawie konserwy należy dochłodzić po wyjęciu z autoklawu do temperatury przechowywania w czasie maksymalnie wynoszącym 12 godzin.
Literatura dostępna w redakcji
dr inż. Jerzy Wajdzik