Mięso i wyroby mięsne muszą gwarantować konsumentom odpowiednią jakość, bezpieczeństwo, a przede wszystkim wartość odżywczą. W produktach takich może jednak rozwijać się mikroflora saprofityczna, która jest nieszkodliwa dla człowieka, ale powoduje duże straty ekonomiczne i obniża jakość. Zagrożeniem dla zdrowia konsumentów jest natomiast rozwój flory patogennej powodującej zatrucia pokarmowe. Duży wpływ na zmniejszenie ryzyka chorób związanych ze spożywania mięsa i wyrobów mięsnych wykazują niektóre mikroorganizmy, które ze względu na swoje funkcje zaliczone zostały jako dodatki umożliwiające wytworzenie żywności funkcjonalnej.
Według Functional Food Science in Europe (FUFOSE) za żywność funkcjonalna uznaje się bowiem żywność, której udowodniono korzystny wpływ na funkcje organizmu człowieka ponad efekt odżywczy. W praktyce rolę tę spełniają wyroby mięsne z dodatkiem niektórych drobnoustrojów, które wpływają na poprawę stanu zdrowia oraz samopoczucia lub/i na zmniejszenie ryzyka chorób. Wyroby mięsne określane żywnością funkcjonalną muszą jednak przypominać swoją postacią alternatywne wyroby konwencjonalne i wykazywać korzystne działanie na organizm człowieka w ilościach, które będą normalnie spożywane z dietą.
Producenci mięsa i wyrobów mięsnych, aby sprostać wymaganiom rynku i wyjść naprzeciw potrzebom konsumentów praktykują wykorzystanie technologiczne mikroorganizmów przejawiających pozytywne efekty prozdrowotne. Szczepy takie określa się probiotykami (z grec. pro bios- dla życia), które najbardziej przydatne okazują się w produkcji wędlin surowych dojrzewających.
Charakterystyka probiotyków
Probiotyki to żywe drobnoustroje, które podawane w odpowiednich ilościach wywierają korzystne skutki zdrowotne. Należą do nich głównie bakterie fermentacji mlekowej (LAB – Lactic Acid Bacteria), które mogą zasiedlać organizm człowieka.
Stanowią je najczęściej pojedyncze szczepy bakterii kwasu mlekowego (Lactobacillus spp., gatunek Lactococcus lactis). Probiotykami są również niektóre szczepy drożdży (Saccharomyces spp.), kultury pleśni (Aspergillus spp.) oraz drożdżaki (z rodzaju Candida).
Mikroorganizmy, aby zyskały miano probiotycznych muszą odpowiadać pewnym kryteriom, takim jak:
– przejawianie bezpieczeństwa stosowania (nie wykazywać właściwości patogennych lub/ i toksycznych,
– posiadanie cech funkcjonalnych (aktywny wzrost, wysoka wydajność wytwarzania kwasu mlekowego wskutek fermentacji cukrów, zachowywanie swoich właściwości w procesach przetwarzania i przechowywania,
– wykazywanie oporności na działanie niskiej wartości pH soku żołądkowego, soli kwasów żółciowych i enzymów trawiennych,
– charakteryzowanie się zdolnością do kolonizacji określonych odcinków przewodu pokarmowego (jelita grubego),
– wykazywanie oporności na bakteriocyny, kwasy i inne związki produkowane przez mikroflorę jelitową,
– bycie antagonistami w stosunku do patogenów jelitowych i wykazywanie konkurencyjności w stosunku do mikroflory jelitowej (wytworzenie substancji antybakteryjnych, stabilność genetyczna),
– brak wykazywania właściwości toksycznych i patogennych,
– cechowanie się immunomodulacją.
Szczepy probiotyczne przeznaczane do produkcji mięsa i wyrobów mięsnych muszą wykazywać dodatkowo pożądane cechy technologiczne. Należą do nich:
– łatwość zastosowania w produkcji,
– oporność na procesy utrwalania,
– brak pogarszania się cech sensorycznych wyrobów z ich dodatkiem w czasie przechowywania,
– stabilność genetyczna,
– oporność na bakteriofagi,
– żywotność i stabilność w czasie przechowywania.
Głównym zadaniem dodanych do mięsa i wyrobów mięsnych mikroorganizmów probiotycznych, poza korzystnym działaniem na zdrowie człowieka, jest także uzyskanie pożądanego efektu technologicznego związanego z ich wpływem na wydłużenie trwałości mięsa i wyrobów mięsnych. Osiągany utrwalający efekt jest wynikiem działania wytworzonego przez te mikroorganizmy kwasu mlekowego i substancji antybakteryjnych, w tym antybiotycznych bakteriocyn. Największe znaczenie w tym zakresie mają bakterie kwasu mlekowego (LAB), które są ziarniakami, pałeczkami lub laseczkami zdolnymi do beztlenowej homo- lub heterofermentacji sacharydów, prowadzącej do wytworzenia kwasu mlekowego. W zależności od rodzaju procesu fermentacji w wyniku ich działania powstają dodatkowo także inne substancje, z których należy wymienić kwas octowy, kwas masłowy, kwas propionowy, diacetyl, etanol i dwutlenek węgla. Bakterie z grupy LAB są beztlenowcami, przy czym tylko nieliczne z nich tolerują niewielkie stężenie tlenu (mikroaerofile). Wśród wielu z tych drobnoustrojów tylko niektóre można uznać za gatunki probiotyczne, z których największą – przydatność w przedłużaniu trwałości mięsa i jego przetworów mają gatunki z rodzajów Lactobacillus i Lactococcus. W tym zakresie wyróżnić można następujące szczepy bakterii LAB:
– Lactobacillus acidophilus,
– Lactobacillus amylovorus,
-Lactobacillus casei,
– Lactobacillus gasseri,
– Lactobacillus plantarum,
– Lactobacillus reuteri,
– Lactobacillus johnsonii,
– Lactobacillus rhamnosus,
– Lactobacillus sake,
– Lactobacillus gallinarum,
– Lactobacillus paracasei,
– Lactobacillus crispatus,
– Lactococcus lactis.
Wymienione gatunki bakterii wytwarzają kwas mlekowy (stężenie 0,6-3%) powodujący obniżenie wartości pH mięsa i wyrobów mięsnych do poziomu poniżej minimalnej wartości dla optymalnego wzrostu większości drobnoustrojów, tj. wartości poniżej 6,5. Osiągnięcie wartości pH ≤ 5,9 hamuje zdecydowanie rozwój, powodujących psucie się mięsa, bakterii gnilnych oraz wielu patogenów chorobotwórczych. Wartość pH ≤ 5,7 dodatkowo hamuje skutecznie rozwój patogennych paciorkowców z rodzaju Streptococcus.
Obecność w mięsie i wyrobach mięsnych wytworzonego przez drobnoustroje kwasu mlekowego daje przesłanki do traktowania dodatku niektórych bakterii z grupy LAB, spełniających kryteria stawiane probiotykom, jako kultury probiotyczne. Wytworzony przez nie kwas mlekowy działa bowiem prozdrowotnie. Substancja ta przyczynia się do zmniejszenia wchłaniania substancji toksycznych do krwi oraz zapobiega niedoborom niektórych hormonów, neutralizuje część toksyn i powoduje inhibitowanie zakażeń wywołanych działaniem szkodliwych drobnoustrojowych. Wskutek wytwarzania kwasu mlekowego przez probiotyki dochodzi do neutralizacji potencjału elektrochemicznego membran komórkowych i denaturacji wewnątrzkomórkowych białek szkodliwej występującej w wyrobach mięsnych mikroflory, co przekłada się na efekt utrwalający. Probiotyki niszczą również patogeny w wyniku współzawodnictwa z nimi o składniki odżywcze oraz wskutek produkowania substancji antydrobnoustrojowych (bakteriocyny). Znaczenie utrwalające kwasu mlekowego nabiera szczególnego znaczenia w przypadku stosowania mikroorganizmów probiotycznych w produkcji wędlin surowych dojrzewających, kiełbas surowych miękkich i surowych wyrobów mięsnych typu metki. Bakterie probiotyczne są wówczas stosowane jako kultury startowe odpowiedzialne m.in. za utrwalający proces fermentacji i dojrzewania technologicznego, którymi należy tak pokierować, aby uzyskać w wyrobach minimalną ilość bakterii na poziomie 106-108 jtk/ g. Konieczne technologicznie jest wtedy wzbogacenie wyrobów w cukry, które umożliwiają intensywne namnożenie się dodanych kultur bakterii probiotycznych. Niezbędne dla ich wzrostu jest także stworzenie optymalnych warunków temperaturowych. Dokonujący się wyniku fermentacji i dojrzewania (wędliny surowe dojrzewające) proces wytwarzania kwasu mlekowego zapobiega w dużym stopniu rozwojowi patogennej i niekorzystnej dla jakości wyrobów mikroflory. W przypadku wyrobów obrabianych termicznie nadmierny i nie kontrolowany rozwój bakterii kwasu mlekowego może jednak doprowadzić do wystąpienia odchyleń jakościowych związanych z pojawieniem się smaku kwaśnego oraz pogorszeniem związania, konsystencji i obniżeniem stopnia wiązania wody. Pojawienie się smaku kwaśnego nieakceptowane jest również w przypadku mięsa surowego. Negatywnym skutkiem działania niektórych bakterii probiotycznych jest ponadto to, że poza wytwarzaniem kwasu mlekowego, prowadzą one do wytworzenia nadtlenku wodoru. Związek ten z jednej strony działa co prawda hamująco na rozwój niektórych drobnoustrojów, ale z drugiej poprzez działanie utleniające wpływa na niekorzystny kierunek zmian dotyczących barwy wyrobów mięsnych. Sensownym rozwiązaniem w przypadku użycia technologicznego takich szczepów jest równoczesny dodatek do wyrobów wytwarzanych z udziałem bakterii probiotycznych katalazo-dodatnich bakterii z rodziny Micrococaceae, które wytwarzają katalazę lub pseudokatalazę, tj. enzymów powodujących rozkład nadtlenku wodoru. Jednocześnie drobnoustroje te wytwarzają reduktazę azotanową, wpływającą na intensyfikację procesu wybarwiania peklowniczego, które jest bardzo pożądane szczególnie w grupie wyrobów surowych. Przy takich uwarunkowaniach technologicznych, w produkcji jako bakterie probiotyczne można skutecznie wykorzystywać gatunek Lactobacillus gasseri, który swoimi właściwościami i przydatnością przewyższa inne szczepy probiotyczne, w tym te z gatunków Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus amylovorus, Lactobacillus gallinarum i Lactobacillus johnsonii.
Do różnych metabolitów wytwarzanych przez drobnoustroje probiotyczne, a wpływających na wydłużenie trwałości wyrobów mięsnych, należą substancje antybiotyczne (bakteriocyny) oraz związki antykancerogenne i immunosupresyjne.
Należą do nich:
– acydolina, acydofilna i laktocyna -produkowane przez Lactobacillus acidophilus,
– plantacyna, plantarycyna -produkowane przez Lactobacillus plantarum,
– gazerycyna i laktocylina -produkowane przez Lactobacillus gasseri,
– reuteryna-produkowanaprzez Lactobacillus reuteri,
– sakacyna-produkowana przez Lactobacillus sake,
– nizyna – produkowana przez Lactococcus lactis.
Pożądane cechy probiotyczne wykazują szczepy Lactobacillus reuteri, które naturalnie zasiedlają jelita człowieka i wykazują przy tym intensywną kolonizację. Produkując reuterynę, bakterie te wykazują znaczne działanie przeciwdrobnoustrojowe w stosunku do bakterii G-ujemnych, ale także G-dodatnich oraz niszczące działanie na drożdże. Ta ostatnia właściwość może jednak być przeszkodą w zastosowaniu technologicznym gatunku Lactobacillus reuteri w produkcji wędlin surowych dojrzewających.
Analizując efekt działania utrwalającego i oceniając skuteczność probiotyczną niektórych gatunków bakterii (L. casei, L. paracasei, L. plantarum, L. rhamnosus) wykazano, że najlepszą adhezję do nabłonka jelit wykazują z nich szczepy Lactobacilllus plantarum. Mikroorganizmy te wytrzymują również stosunkowo długi czas bytności w układzie pokarmowym człowieka. Technologicznie za ich stosowaniem w produkcji wędlin surowych przemawia natomiast fakt, że rozwijają się już począwszy od temperatury 15°C. Są względnymi tlenowcami i fermentują zarówno cukry proste, jak i dwucukry, co jest ich atutem technologicznym. Działanie utrwalające jest wynikiem produkowania przez te drobnoustroje bakteriocyn (plantacyna i plantarycyna).
Skutecznie przeciwko rotawirusom działają w układzie pokarmowym bakterie Lactobacillus rhamnosus. Tworząc, analogicznie jak gatunek Lactobacillus acidophilus, pożyteczną mikroflorę jelit ograniczają także rozwój gatunków patogennych, w tym Escherichia coli, Salmonella enteritidis, Salmonella typhimurium, Clostridium perfringens, Helicobacter pylori i Staphylococcus aureus. Probiotyczne bakterie z gatunku Lactobacillus acidophilus hamują ponadto aktywność chorobotwórczych Bacillus cereus oraz Pseudomonas aeruginosa. Bakterie te ze względu na warunki wzrostu (temperatura oraz wartość pH) nie znalazły jednak dużej przydatności jako kultury probiotyczne w biokonserwacji mięsa i wyrobów mięsnych. Zdecydowanie także mniejszą przydatność technologiczną oraz utrwalającą mięso i jego wyroby mają również probiotyczne bakterie z rodzaju Lactobacillus casei i zbliżone do nich gatunkowo Lactobacillus paracasei. Negatywną ich cechą jest bowiem produkowanie nadtlenku wodoru, który ze względu na jakość wyrobów należy rozłożyć, poprzez równoczesny dodatek drobnoustrojów katalazo-dodatnich. Utrwalająco działające szczepy Lactobaciullus casei wraz z niemającymi dużego zastosowania technologicznego gatunkiem Lactobacillus acidophilus (wytwarzane bakteriocyny: acydolina, acydofilina, laktocyna) skutecznie jednak regulują procesy trawienia oraz hamują rozwój patogenów z rodzaju Salmonella, Shigella oraz szczepów Campylobacter jejuni i bakterii Helicobacter pyroli. Jako środek ochrony przed działaniem bakterii G-dodatnich (np. bakterii z rodzaju Bacillus, Clostridium) oraz szczepami z grupy Coli psujących żywność skuteczność wykazuje nizyna, produkowana przez probiotyczne G-dodatnie Lactococcus lactis. Działanie antydrobnoustrojowe nizyny wynika ze zdolności tej bakteriocyny do rozkładu błony komórkowej formy wegetatywnej bakterii. Substancja ta wykazuje skuteczność antybiotyczną w zakresie wartości pH poniżej 7,0, przy czym nie jest szczególnie skuteczna w stosunku do bakterii G-ujemnych, ponieważ niektóre z nich wytwarzają rozkładający nizynę enzym nizynazę.
Wykorzystując bakterie probiotyczne do bioutrwalania mięsa i wyrobów mięsnych należy zawsze mieć na uwadze fakt, że produkowane przez te drobnoustroje substancje antybiotyczne wykazują wyłącznie skuteczność wybiórczą, co oznacza, że działają tylko na niektóre drobnoustroje (niewielka liczba gatunków). W efekcie ogranicza to ich szerokie zastosowanie i dużą skuteczność w zakresie działania związanego z wydłużaniem trwałości wyrobów mięsnych.
Prebiotyki
Prebiotyki są to substancje obecne naturalnie w produktach lub wprowadzane do żywności w celu stymulacji rozwoju prawidłowej flory jelitowej. Definiowane są jako nietrawione składniki żywności, selektywnie pobudzające wzrost lub aktywność jednego lub określonej liczby rodzajów bakterii w okrężnicy, które korzystnie wpływają na zdrowie człowieka. Prebiotyki wprowadzane sztucznie do żywności w celu poprawy wartości odżywczej i zdrowotnej stają się pożywką dla probiotyków. Nietrawione przez endogenne enzymy w organizmie człowieka docierają do okrężnicy, w której ulegają dopiero całkowitej fermentacji (rozkład przez bakterie sacharolityczne).
Najbardziej przydatnymi substancjami prebiotycznymi, znajdującymi realne możliwości wykorzystania w produkcji wyrobów mięsnych są poli- i oligosacharydy, do których należą inulina, fruktooligosacharydy (FOS) zawarte w roślinach oraz laktuloza, będąca polimerem fruktozowo-glukozowym powstającym podczas przemiany laktozy. Prebiotykami są ponadto pochodne galaktozy(galaktozydy) i β-glukany. Te drugie stanowią polisacharydową frakcję błonnika pokarmowego i wykazują istotne właściwości prozdrowotne. Główna rola, będącej oligosacharydem, laktulozy sprowadza się głównie do przyspieszenia wzrostu probiotycznych bakterii kwasu mlekowego, które poza cechami prozdrowotnymi w technologii produkcji wyrobów mięsnych skutecznie wpływają na wydłużenie trwałości wędlin surowych. Będąca prebiotycznym dwucukrem laktuloza w układzie trawiennym trafia w formie niezmienionej do jelita grubego(brak enzymów trawiącym laktulozę w jelicie cienkim), gdzie jest dopiero metabolizowana przez probiotyczne bakterie okrężnicy do cukrów prostych. Prebiotyczne oligosacharydy i β-glukany technologicznie pełnią natomiast funkcje błonnika pokarmowego, a dodawane w procesie wytwarzania farszów wędlinowych i mięs garmażeryjnych obniżają aktywność wody, co wpływa na lepszą trwałość tych wyrobów. Tak, jak wszystkie dodawane w procesie produkcji błonniki, wpływają na mikrobiom jelit, co sprzyja namnażaniu się pożytecznych bakterii jelitowych. Należąca do fruktanów inulina jest dwucukrem zapasowym składającym się z cząsteczki fruktozy i glukozy. Trafiając do jelita cienkiego nie powoduje jednak wzrostu poziomu glukozy we krwi. Inulina charakteryzuje się niską kalorycznością, a funkcjonalnie pełni często funkcję zamiennika tłuszczu w wyrobach mięsnych o obniżonej kaloryczności. Do wyrobów typu „light” dodawać można również fruktan, zwany oligofruktozą, otrzymywany z inuliny. Substancja ta ze względu na słodki smak jest jednocześnie swoistym zamiennikiem cukru.
Podstawowe kryteria, które powinny spełniać prebiotyki, to:
– obniżanie wartości pH treści pokarmowej,
– nie powinny ulegać hydrolizie ani wchłanianiu w przewodzie pokarmowym,
– stymulowanie wzrostu bakterii fermentacji mlekowej,
– hamowanie działalności szkodliwej mikroflory jelitowej,
– stać się źródłem węgla dla probiotycznych bakterii kwasu mlekowego.
Prebiotyki w znacznym stopniu wpływają na skład mikroflory jelitowej i jej aktywność metaboliczną. Jest to wynikiem modulacji metabolizmu lipidowego, zwiększonej przyswajalności wapnia, wpływu na układ odpornościowy organizmów i modyfikację funkcji jelit. Wszystkie prebiotyki wykazują stosunkowo dużą trwałość, co powoduje, że nie ma problemów z ich włączaniem do składu receptur wyrobów mięsnych. Są one wytrzymałe w warunkach istniejących w przewodzie pokarmowym, a także w niższych temperaturach stosowanych w procesach technologicznych. Ich atutem jest sprzyjanie rozwojowi szczepów bakteryjnych z rodzaju Bifidobacterium, które bytują w jelicie grubym człowieka i wykazują wybitne cechy prozdrowotne. Dodatek prebiotyków ma duże znaczenie ze względu na fakt, że bifidobakterie są wrażliwe na tlen, kwasy i wysoką temperaturę, co utrudnia ich rozwój w warunkach bezpośredniego wprowadzania do organizmu bez dodatku prebiotyków.
W procesie wytwarzania żywności funkcjonalnej można z powodzeniem wykorzystywać efekt synergistyczny, będący wynikiem równoczesnego zastosowania kombinacji pre- i probiotyku. Takie substancje powstałe w drodze kombinacji tych składników nazywa się synbiotykami. Dobre efekty osiąga się stosując układ, do którego włącza się inulinę, oligofruktozę i szczep Lactobacillus rhamnosus. Dobrze skomponowane synbiotyki wpływają na redukcję szkodliwej mikroflory występującej w postaci endopatogenów (np. Clostridium histolyticum, Clostridium perfringens, niektóre drożdże i pleśnie, Clostridium difficile, Salmonella enterica), przy jednoczesnym stworzenia warunków do namnażania się pożytecznych bakterii probiotycznych, co w przypadku zastosowania optymalnej kombinacji w produkcji może prowadzić do wydłużenia trwałości i zwiększenia stopnia zdrowotności wytworzonych w ten sposób wyrobów mięsnych.
Literatura dostępna w redakacji
dr inż. Jerzy Wajdzik