Dr inż. Jerzy Wajdzik

Konsumenci żywności stawiając coraz większe wymagania wyrobom mięsnym, również oczekują od nich coraz częściej spełniania roli żywności funkcjonalnej. Z tego względu wyroby te powinny stawać się dostarczycielem składników korzystnie wpływających na prawidłowe działanie organizmu człowieka. Producenci wyrobów mięsnych, aby sprostać potrzebom rynku coraz częściej praktykują stosowanie w przetwórstwie nowych dodatków i komponentów przejawiających pozytywne efekty prozdrowotne. Do grupy takich substancji dodatkowych należą również probiotyki (z grec. pro bios –dla życia) i prebiotyki, które mają jeszcze jednak ograniczone możliwości zastosowania. Najbardziej przydatne okazują się te substancje w produkcji wędlin surowych dojrzewających.
Szerokie jednak stosowanie probiotyków w produkcji wędlin surowych dojrzewających jako kultur startowych jest utrudnione przez fakt, że aw w tych wyrobach jest na poziomie utrudniającym rozwój wielu potencjalnych szczepów drobnoustrojów probiotycznych. Niezbędnym warunkiem zastosowania do produkcji jest właściwy ich dobór, który musi uwzględniać skuteczną adaptację do rozwoju w produkcie w czasie zachodzącego dojrzewania.

CHARAKTERYSTYKA PROBIOTYKÓW

W produkcji surowych wędlin dojrzewających jako kultury startowe stosuje się w szerokim zakresie bakteryjne mikroorganizmy produkujące kwas mlekowy. Jednak tylko nieliczne z nich korzystnie działają na organizm człowieka, poprzez poprawę równowagi mikroflory jelitowej i są traktowane jako probiotyczne. Większość takich drobnoustrojów należy do grupy bakterii kwasu mlekowego (Lactic Acid Bacteria– LAB). Kryteria charakterystyki drobnoustrojów probiotycznych spełniają ponadto niektóre pleśnie (z rodzaju Aspergillus) oraz drożdże (z rodzaju Saccharomyces) i grzyby określane jako drożdżaki (z rodzaju Candida).Wszystkie drobnoustroje zaliczane do probiotycznych powinny charakteryzować się następującymi właściwościami:

  • przejawiać bezpieczeństwo stosowania,
  • posiadać cechy funkcjonalne,
  • wykazywać przydatność technologiczną.

W zakresie cech funkcjonalnych probiotyki powinny natomiast:

  • wykazywać oporność na kwasowość soku żołądkowego, sole kwasów żółciowych,
  • być antagonistami w stosunku do patogenów jelitowych i wykazywać konkurencyjność w stosunku do mikroflory jelitowej,
  • charakteryzować się zdolnością do kolonizacji określonych miejsc przewodu pokarmowego,
  • być opornymi na bakteriocyny, kwasy i inne związki produkowane przez mikroflorę jelitową,
  • cechować się immunomodulacją,
  • poprawiać efekt korzystnego działania żywności na organizm.

W zakresie aspektów bezpiecznego stosowania, probiotyki powinny posiadać dokładną diagnostykę dotyczącą swojej identyfikacji, działać bezpiecznie, nie posiadać genów opornych na antybiotyki oraz pochodzić wskutek wyizolowania z przewodu pokarmowego człowieka. Z punktu widzenia stosowania probiotyków w produkcji wędlin surowych istotne są również ich cechy technologiczne. Należą do nich:

  • łatwość zastosowania w produkcji,
  • oporność nas procedury utrwalania (zamrażanie, liofilizacja, przechowywanie),
  • żywotność i stabilność w czasie przechowywania,
  • brak pogarszania się ich cech sensorycznych w czasie,
  • stabilność genetyczna,
  • oporność na bakteriofagi.

Głównym zadaniem drobnoustrojów probiotycznych dodanych do produkcji, jest poza efektem technologicznym (np. produkcja kwasu mlekowego) korzystne działanie na zdrowie człowieka w układzie pokarmowym przez immunostymulację wytwarzania różnych związków chemicznych, a także wpływ na zachowanie prawidłowej mikroflory fizjologicznej. Żywe drobnoustroje należy wprowadzać w takiej formie do wyrobów, żeby przetrwały proces technologiczny oraz późniejsze działanie soków trawiennych w żołądku i dwunastnicy a zarazem były w efekcie aktywne w okrężnicy (jelito grube).
Probiotyczne bakterie analogicznie jak wszystkie szczepy z grupy LAB bytując w przewodzie pokarmowym człowieka spełniają rolę składnika złożonej mikroflory. Biorą udział w zakwaszaniu środowiska jelita grubego i uczestniczą aktywnie w procesach trawiennych. Stosowanie tych bakterii w produkcji wędlin surowych prowadzi do aktywnej obecności ich w wyrobach kierowanych do bezpośredniego spożycia. Wykorzystanie probiotycznych bakterii w procesie żywienia może dodatkowo:

  • zapobiegać zakażeniom układu pokarmowego,
  • hamować rozwój patogennych drobnoustrojów,
  • hamować adhezję do nabłonka jelitowego konkurencyjnych drobnoustrojów,
  • zwiększać syntezę i aktywność przeciwciał w przewodzie pokarmowym,
  • łagodzić objawy nietolerancji laktozy,
  • wpływać korzystnie na zaburzenia ilościowe jakościowe mikroflory jelitowej,
  • oddziaływać anty- kancerogennie,
  • poprawiać profil lipidowy krwi człowieka.

Probiotyczne bakterie kwasu mlekowego (LAB)

Bakterie kwasu mlekowego (LAB) są G(+) ziarniakami, pałeczkami lub laseczkami prowadzącymi fermentację glukozy do kwasu mlekowego (homofermentacja o wydajności powyżej 85%) lub do kwasu mlekowego, masłowego, bursztynowego, octowego, etanolu, diacetylu i CO2 (heterofermentacja o wydajności ok. 50% kwasu mlekowego). Wszystkie te bakterie są beztlenowcami a niektóre z nich tolerują tylko niewielkie stężenie tlenu. Największe znaczenie w procesie fermentacji i wytwarzania kwasu mlekowego w produkcji wędlin surowych mają bakterie LAB z rodziny Lactobacillaceae (rodzaj Lactobacillus).
Do grupy bakterii kwasu mlekowego należą ponadto morfologiczne i biochemiczne rodzaje ziarniaków, takich jak:

  • Streptococcus,
  • Pediococcus,

    Leuconostoc

a także blisko spokrewnione z rodzajem Lactobacillus, bakterie kwasu propionowego z rodzaju Propionibacterium.
Bakterie mlekowe z rodzaju Lactobacillus (LAB) pozyskują energię z fermentacji cukrów i rozwijają się na podłożach bogatych w aminokwasy, witaminy, puryny i pirymidyny. Do wzrostu wymagają ponadto kwasów tłuszczowych, estrów oraz składników kwasów nukleinowych. Intensywnie rosną fermentując węglowodany do momentu:

  • wyczerpania się węglowodanów,
  • nagromadzenia się substancji hamujących ich wzrost (nadtlenek wodoru),
  • wzrostu stężenia jonów wodorowych do poziomu, którego nie tolerują. Generalnie bakterie te rosną i pozostają żywe przy wartości pH w zakresie od 4,5 do 7,0. Te z nich, które tolerują niewielkie stężenie tlenu (mikroaerofile) wytwarzają w takim środowisku zwiększone ilości kwasu mlekowego. Bakterie LAB rosną w zakresie temperatur od 10 do 45° C, przy zasoleniu środowiska do poziomu nawet 6,5% NaCl co umożliwia ich stosowanie jako kultury startowe w produkcji wędlin surowych dojrzewających.

Drobnoustroje te do wzrostu potrzebują aminokwasy egzogenne i peptydy, które są uwalniane w procesie enzymatycznej proteolizy białek mięśniowych względnie wskutek sprawnie działającego systemu proteolitycznego bakterii, pozwalającego na hydrolizę peptydów oraz białek do aminokwasów. Ma to istotne znaczenie w procesie fermentacji i dojrzewania wędlin surowych. Bakterie LAB wpływają ponadto na konwersję powstających aminokwasów do związków aromatycznych. W wyniku takich transaminacji tworzą się ketokwasy, które dalej są konwertowane do aldehydów i kwasów karboksylowych wpływających na wytwarzający się profil smakowo- zapachowy wędlin dojrzewających.

Następujący w wyniku zakwaszenia masy wędlinowej proces fermentacji i dojrzewania zapobiega rozwojowi patogennej i niekorzystnej mikroflory. Dodawane bakterie kwasu mlekowego zapewniają więc stabilny przebieg tych procesów, prowadzący do uzyskania wędlin surowych o pożądanych cechach jakościowych. Negatywnym skutkiem działania bakterii zakwaszających może być jednak tworzenie się niekorzystnego nadtlenku wodoru, który działając utleniająco wpływa na niekorzystny kierunek zmian w zakresie barwy wędlin. Wobec tego faktu, nieodzowne jest równoczesne wprowadzanie do masy wędlinowej bakterii z rodziny Micrococaeae, które wytwarzając katalazę lub pseudokatalazę prowadzą do skutecznego rozkładu tworzącego się nadtlenku wodoru. Bakterie te odpowiadają ponadto za intensyfikację procesu wybarwienia peklowniczego poprzez możliwość wytworzenia reduktazy azotanowej, która redukuje azotany do azotynów.
Wśród wielu szczepów bakterii fermentacji mlekowej produkujących kwas mlekowy w procesie fermentacji cukrów tylko niektóre można uznać za gatunki probiotyczne. Powinny one spełniać niezbędne kryteria i właściwości w zakresie bezpieczeństwa stosowania, pożądanych cech funkcjonalnych oraz technologicznych. Należą do nich następujące szczepy bakterii:

  • Lactobacillus acidophilus
  • Lactobacillus amylovorus
  • Lactobacillus casei
  • Lactobacillus crispatus
  • Lactobacillus delbrueckii (Lactobacillus bulgaricus)
  • Lactobacillus gallinarum
  • Lactobacillus gasseri
  • Lactobacillus johnsonii
  • Lactobacillus paracasei
  • Lactobacillus plantarum
  • Lactobacillus reuteri
  • Lactobacillus rhamnosus

Stosując dodatek probiotycznych bakterii fermentacji mlekowej (LAB) w postaci kultur startowych należy tak pokierować procesem dojrzewania wędlin w zakresie ich namnażania się, aby uzyskać w wyrobach wartość na poziomie minimalnym wynoszącym 106 – 108 jtk/g. Niezbędnym warunkiem jest więc stworzenie w procesie produkcyjnym wędlin surowych dojrzewających możliwości poprawnego rozwoju dodanych drobnoustrojów probiotycznych. Surowce mięsno- tłuszczowe a co za tym idzie farsz wędlinowy należy wzbogacać w cukry proste lub dwucukry do poziomu umożliwiającego intensywne namnażanie się tych drobnoustrojów.
Prowadzone liczne badania nad szczepami bakterii probiotycznych w zakresie ich właściwości wykazały pozytywny ich wpływ w różnym zakresie na przewód pokarmowy. Dobrym w tym zakresie okazuje się gatunek Lactobacillus gasseri, który jest oporny na kwasy żołądkowe oraz związki żółci. Szczep ten jak wykazały badania skutecznie hamuje rozwój i wydzielanie enterotoksyn przez Staphylococcus aureus. Bakterie Lactobacillus gasseri mają ponadto wyjątkową zdolność do wytwarzania nadtlenku wodoru, który może hamować rozwój wielu niekorzystnych drobnoustrojów. Właściwość polegająca na wytwarzaniu nadtlenku jest jednak niepożądana w procesie wytwarzania wędlin surowych dojrzewających. Niezbędnym warunkiem stosowania tych probiotycznych mikroorganizmów jest konieczność wprowadzenia ich do surowca na etapie wytwarzania farszu wędlinowego równocześnie z bakteriami wytwarzającymi katalazę. Przy takich założeniach można rekomendować wykorzystanie probiotycznych bakterii mlekowych Lactobacillus gasseri w procesie produkcji kiełbas dojrzewających. Szczepy te swoimi właściwościami i przydatnością przewyższają bakterie probiotyczne z gatunku Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus crispatus, Lactobacillus amylovorus, Lactobacillus gallinarum i Lactobacillus johnsoni.
Wysokimi cechami probiotycznymi charakteryzują się szczepy Lactobacillus delbrueckii, które nie mają jednak zastosowania w produkcji wędlin. Bakterie te należą bowiem do grupy drobnoustrojów acidofilnych i wymagają dla swojego rozwoju niskiej wartości pH (4,6- 5,4) a ponadto mają złożone wymagania żywieniowe. Z powyższego względu nie miałyby one istotnego i szeroko pożądanego wpływu na proces fermentowania cukrów w farszu mięsno- tłuszczowym. Dodatkowo produkują aldehyd octowy, który charakteryzując się ostrym i specyficznym zapachem byłby nieakceptowalny w wyrobach mięsnych. Wobec takich faktów właściwości tych bakterii wykluczają je z zastosowania jako probiotyczne kultury startowe do produkcji wędlin surowych dojrzewających.
Pożądane cechy probiotyczne wykazują natomiast szczepy Lactobacillus reuteri, które naturalnie zasiedlają jelita człowieka i wykazują ich intensywną kolonizację w czasie wprowadzania równocześnie z żywnością. Bakterie te ponadto produkują reuterynę, która wykazuje znaczące właściwości przeciwdrobnoustrojowe na niektóre bakterie G (-) i G (+) oraz działa niszcząco na drożdże. Ta ostatnia cecha z punktu widzenia przydatności tych bakterii w produkcji kiełbas surowych dojrzewających wydaje się być pewną przeszkodą w ich szerokim zastosowaniu technologicznym.
Analizując probiotyczne właściwości niektórych szczepów bakterii kwasu mlekowego (L. casei, L. paracasei, L. plantarum, L. rhamnosus) stwierdzono, że szczepy z gatunku Lactobacillus plantarum wykazują lepszą adhezję do nabłonka jelita niż pozostałe z wymienionej grupy. Wytrzymują one ponadto stosunkowo długi czas swojej bytności w układzie pokarmowym człowieka. Również właściwości technologiczne tych drobnoustrojów zdecydowanie przekonują do ich stosowaniem w postaci kultur startowych w produkcji wyrobów surowych. Rozwijają się one bowiem w temperaturze już od 15° C. Są względnymi tlenowcami i fermentują cukry proste (glukoza, fruktoza) oraz dwucukry (sacharoza, laktoza, maltoza). Szczepy te wytwarzają również bakteriocyny (laktocyny) działające antybakteryjnie na niektóre niepożądane drobnoustroje.
Mniejszą przydatnością technologiczną cechują się szczepy z gatunku Lactobacillus casei oraz zbliżone do nich gatunkowo Lactobacillus paracasei. Te drobnoustroje należące do grupy homofermentatywnych łatwo wytwarzają niekorzystny w produkcji wędlin nadtlenek wodoru. Stąd przy ich stosowaniu należy uwzględnić dodatek mikroorganizmów wytwarzających katalazę, która rozkłada tworzący się H2O2. Szczepy Lactobacillus casei podobnie jak nie mające zastosowania w produkcji kiełbas dojrzewających, szczepy Lactobacillus acidophilus skutecznie poprawiają trawienie człowieka poprzez regulowanie nieprawidłowości fizjologicznych. Przypisuje się im również działanie mające na celu obniżenie poziomu cholesterolu we krwi. Hamują one ponadto rozwój bakterii patogennych z rodzaju Salmonella, Shigella oraz szczepów Campylobacter jejuni i Helicobacter pylori.

Prebiotyki w produkcji wędlin

Prebiotyki są to substancje obecne naturalnie w produktach lub wprowadzone do żywności w celu stymulacji rozwoju prawidłowej flory jelitowej. W ten sposób wykazują one prozdrowotne działanie. Prebiotykiem może więc być naturalny składnik diety lub dodatki do żywności o charakterze prozdrowotnym. Są to substancje oporne na działaniu enzymów trawiennych i łatwo docierające do jelita grubego w formie niezmienionej, gdzie rozwijają swoje działanie prozdrowotne. Działanie to sprowadza się do stymulowania wzrostu lub aktywności określonego rodzaju bakterii, głównie probiotycznych, dla których stają się pożywką. Prebiotyki ulegają w przewodzie pokarmowym przemianom pod wpływem działań drobnoustrojów co prowadzi ponadto do powstawania substancji działających prozdrowotnie.
Najczęściej stosowanymi prebiotykami i mającymi realne możliwości zastosowania w produkcji wyrobów surowych dojrzewających są poli- i oligosacharydy, do których należy inulina, fruktooligosacharydy (FOS) zawarte w roślinach oraz laktuloza, będąca polimerem fruktozowo- glukozowym powstającym podczas przemiany laktozy. Laktuloza chemicznie będąca dwusacharydem przyspiesza rozwój bakterii kwasu mlekowego. Oligosacharydy pełniące funkcje błonnika pokarmowego dodawane w procesie wytworzenia farszów wędlinowych w produkcji kiełbas surowych dojrzewających, obniżają aw wytwarzanych farszów co przyspiesza proces późniejszego suszenia wędlin. Zawierając w swojej budowie chemicznej wiązania glikozydowe są odporne na działanie enzymów trawiennych układu pokarmowego człowieka (jelito cienkie). W ten sposób stają się źródłem węgla dla probiotycznych bakterii kwasu mlekowego. Typowym przykładem substancji prebiotycznej jest inulina należąca do grupy oligosacharydów, która jest właśnie rozkładana w drodze selektywnej fermentacji. W rezultacie powoduje to wzrost ilości probiotycznych bakterii kwasu mlekowego oraz w wyniku zakwaszania środowiska następuje hamowanie rozwoju innych niepożądanych drobnoustrojów. Działanie prebiotyczne oligosacharydów oraz laktulozy wynika również z faktu, że sprzyjają one rozwojowi szczepom bakteryjnym z rodzaju Bifidobacterium bytujących w jelicie grubym człowieka i wykazujących cechy prozdrowotne. Jest to istotne ze względu na fakt, że drobnoustroje te są wrażliwe na tlen, kwasy oraz wysoką temperaturę , co może utrudniać skuteczność wzrostu przy bezpośrednim wprowadzeniu ich do organizmu wraz ze spożywaną żywnością.

Literatura

  1. Dolatowski Z. J., Kołożyn- Krajewska P. (2011): Probiotyki w produkcji wyrobów mięsnych. ,,Gospodarka Mięsna” nr 4
  2. Gajewska J., Błaszczyk M. K. (2012): Probiotyczne bakterie fermentacji mlekowej (LAB). ,,Postępy mikrobiologii” tom 51, zeszyt 1
  3. Jankiewicz L., Słowiński M. (2007): Mięso i przetwory mięsne jako żywność funkcjonalna. PWF. Warszawa
  4. Wajdzik J. (2013): Aspekty jakości wędlin surowych dojrzewających. ,,Gospodarka Mięsna” nr 7