Dr inż. Jerzy Wajdzik

Istota produkcji wędlin surowych i kiełbas

Istotą produkcji wędlin surowych, w tym przede wszystkim kiełbas jest technologiczne sterowanie procesami technologicznymi, mikrobiologicznymi oraz fizycznymi, które zachodzą w surowcu mięso-tłuszczowym. Jakość tych wyrobów uzależniona jest od:

  • fizycznych, chemicznych i mikrobiologicznych właściwości surowca użytego do produkcji,
  • zastosowanych dodatków,
  • technologicznego sterowania procesem produkcji i zabiegami poprodukcyjnymi.

W zależności od zakresu i rodzaju oddziaływania poszczególnych czynników a przede wszystkim ze względu na konsystencję wyrobu gotowego, kiełbasy surowe można podzielić na:

  • twarde (krajalne), które na etapie wytwarzania są poddawane dojrzewaniu,
  • miękkie (smarowne).

Kiełbasy surowe dojrzewające charakteryzują się dużą trwałością, która jest wypadkową szeregu zmian zachodzących w farszu wędlinowym, prowadzących do:

  • wzrostu zawartości chlorku sodu,
  • nasycenia składnikami dymu wędzarniczego w przypadku stosowania zabiegu wędzenia,
  • odwodnienia, powodującego obniżenia aktywności wody w wyrobie,
  • wytworzenia się kwaśnych produktów fermentacji,
  • cenoanabiotycznej wymiany mikroflory przypadkowej na pożądaną technologicznie.

W procesie wytworzenia kiełbas dojrzewających a szczególnie długo dojrzewających w kształtowaniu jakości i trwałości istotną rolę, poza mikroflorą zakwaszającą, odgrywa mikroflora denitryfikująca, aromatyzująca i stabilizująca.

OSZRONIENIE BIOLOGICZNE JAKO REZULTAT PLEŚNIENIA

W sprzyjających warunkach na powierzchni kiełbas surowych rozwijać się może wiele gatunków grzybów strzępkowych, do których należą pleśnie. Pojawianie się charakterystycznych nalotów, które są grzybnią tych pleśni może następować już w krótkim czasie po nadzianiu masy wędlinowej w osłonki, jak i również później, a mianowicie w czasie poprodukcyjnego dojrzewania kiełbas surowych. Najczęściej naloty pleśniowe występują i są widoczne wtedy w miejscach przewiązania batonów, odkręcenia kiełbas lub klipsowania.

Grzyby pleśniowe jako zdecydowane tlenowce wegetują w zasadzie na zewnętrznych powłokach kiełbas tworząc odchylenia jakościowe określane jako oszronienia biologiczne (pleśnienie) i tylko w wyjątkowych okolicznościach strzępki (nitki) grzybni drążą w głąb wyrobów. Grzybnia rozwija się wtedy również bezpośrednio pod osłonką. Powstałe na zainfekowanych wędlinach grzybnie wytwarzają najczęściej zarodniki, co intensyfikuje rozwój kolonii o różnym zabarwieniu, uwarunkowanym rodzajem gatunkowym rozwijającej się pleśni. W sprzyjających warunkach środowiskowych na powierzchni kiełbas surowych rozwijać się może w sposób niekontrolowany i niezamierzony wiele różnych gatunków pleśni określanych jako grzyby niedoskonałe, w tym głównie należących do rodziny Trichocomaceae, pędzlaków z rodzaju Penicillium. Często na batonach pojawiają się szkodliwe, również anamorficzne (rozmnażanie bezpłciowe) jak rodzaj Penicillium, wytwarzające jednokomórkowe zarodniki zwane amerokonidiami, pleśnie z rodzaju Scopulariopsis, które należą do rodziny Microascaceae. Niekiedy na powierzchni kiełbas obserwuje się także rozwój pleśni zbożowej (Cladosporium herbarum), tj. szczepu reprezentującego rodzinę Cladosporiaceae i tworzącego charakterystyczne czarne plamy na batonach kiełbas. Sporadycznie wyroby mogą być również zainfekowane pleśniami z rodziny workowców Mycosphaerellaceae.

W związku z rozwojem różnorodnych gatunkowo pleśni można obserwować na zainfekowanych kiełbasach wiele odcieni barw powstających nalotów (tzw. okwiat), tj. począwszy od białych i kremowych, poprzez szare, zielone, niebieskie aż po brązowe i czarne. Zasadnicze zagrożenie będące wynikiem samoistnego, spontanicznego zaszczepienia kiełbas pleśniami tkwi jednak przede wszystkim w dużej aktywności proteolitycznej i lipolitycznej tych grzybów oraz zdolności niektórych z nich do tworzenia mykotoksyn. Wraz z rozwojem grzybni nasila się niekorzystny dla jakości kiełbas specyficzny, duszący, nieprzyjemny a zarazem dość silny zapach. Jest to spowodowane powstawaniem wolnych metyloketonów i innych związków karbonylowych, które tworzą się na skutek jełczenia oksydacyjnego tłuszczu zachodzącego pod wpływem działania lipooksydazy pleśniowej. Aktywność w tym zakresie wykazują głównie szczepy z rodzaju Penicillium. Pleśnie jako heterotroficzne (organizmy cudzożywne) drobnoustroje rozkładające białka alkalizują środowisko, co wpływa na pogorszenie trwałości zainfekowanych kiełbas. Jest to efektem działania katepsyn pleśniowych, które katalizują proteolizę białek, kończącą się dezaminacją aminokwasów i prowadzącą do wydzielania się wolnego amoniaku. Zmiany te dotyczą głównie warstw zewnętrznych batonów kiełbas. Szkodliwe mykotoksyny mogą wytwarzać rozwijające się na kiełbasach niektóre pleśnie z rodzaju Penicillium, jak i wybitnie patogenne pleśnie Cladosporium herbarum. Te ostatnie rosną w szerokim zakresie temperaturowym i dodatkowo stanowią zagrożenie alergiczne. Zdolność do tworzenia mykotoksyn a nawet możliwości wywoływania infekcji u człowieka mają również pleśnie z rodzaju Scopulariopsis, które wytwarzają strzępki przezroczyste lub ciemne pigmentowe. Kolonie tych patogenów w zależności od gatunku mogą mieć barwę białą, płową, brązową a nawet czarną i tworzą grzybnię aksamitno-puszystą. Zagrożeniem dla trwałości kiełbas surowych są również bardzo szeroko rozpowszechnione w przyrodzie pleśnie z rodzaju Rhizopus (rodzina Rhizopodaceae) i Mucor (rodzina pleśniakowatych, Mucoraceae), które tworzą na batonach kiełbas luźne grzybnie. Biała, przechodząca w szarość i barwę żółtobrązową, grzybnia pleśni z rodzaju Rhizopus wrasta często pod osłonę za pomocą pigmentowych chwytników. Rodzaj Mucor tworzy natomiast białożółtą zarodnię o wełniastej, watowatej i kosmatej strukturze. Te gatunki grzybów pleśniowych wytwarzają charakterystyczne ciemne zarodniki, od których ciemnieją z upływem czasu powstałe zarodnie.

Wytwarzanie mykotoksyn przez grzyby pleśniowe zależy od składu podłoża, wilgotności względnej i temperatury środowiska oraz rodzaju mikroflory towarzyszącej. Najbardziej sprzyjającą temperaturą do wytwarzania przez pleśnie mykotoksyn jest zakres 20-25OC. Z technologicznego punktu widzenia istotny jest jednak fakt, że optymalna temperatura rozwoju pleśni nie zawsze jest optymalną dla produkcji przez te drobnoustroje toksyn. Dużym zagrożeniem dla wyrobów jest ewentualny rozwój pleśni w warunkach, w których stają się one dominujące nad innymi drobnoustrojami. Zjawisko to pojawia się najczęściej w czasie przetrzymywania kiełbas w temperaturze 5-10OC
i przy wilgotności względnej powietrza w granicach 70-75%. Dynamikę wzrostu pleśni wzmaga słaba cyrkulacja powietrza a nie szkodzi ich rozwojowi niska aktywność wody występująca w kiełbasach na etapie końcowym dojrzewania (suszenie). Oszronieniu biologicznemu spowodowanemu przez rozwój pleśni sprzyjają również zbyt duże wahania temperatury, jej częsta zmienność oraz przekroczenie punktu rosy.

Warunki w jakich technologicznie przebiega produkcja a szczególnie proces dojrzewania kiełbas surowych powodują zawsze duże ryzyko zainfekowaniu ich zarodnikami różnych grzybów pleśniowych. Negatywne skutki rozwoju pleśni na wyrobach mięsnych wyraźnie sugerują więc konieczność eliminowania rozwijających się w sposób niekontrolowany grzybów pleśniowych z batonów kiełbas surowych dojrzewających. Powstające grzybnie można usuwać z powierzchni kiełbas mechanicznie, względnie dodatkowo zmywając je poprzez użycie roztworów kwasów organicznych (np. 3-5% roztwór kwasu octowego).

PLEŚNIE JAKO KULTURY STARTOWE

Wegetację i intensywny rozwój pleśni na powierzchni batonów kiełbas surowych przy pewnych założeniach technologicznych wywołuje się również celowo, co jest zjawiskiem w pełni wówczas pożądanym. Wytworzoną wtedy grzybnię należy zawsze zasuszyć ale pod warunkiem, że spełnia ona zakładane oczekiwania technologiczne, a mianowicie:

  • pokrywa jednocześnie całą powierzchnię batonów,
  • ściśle przylega do powierzchni kiełbas,
  • posiada białe lub białe z odcieniem szarości zabarwienie,
  • wykazuje czystość mikrobiologiczną.

Celowo wytworzony przy takich uwarunkowaniach porost pleśni na powierzchni batonów kiełbas surowych w pełni odpowiada założeniom technologicznym stawianym wyrobom gotowym i nie zagraża konsumentowi zdrowotnie a powstał wskutek zaszczepienia kiełbas czystymi kulturami pleśniowymi, określanymi jako startowe. Kultury te nanoszone bezpośrednio na powierzchnię kiełbas dojrzewających tworzą swoistą mikroflorę pleśniową, nadającą wyrobom specyficzne ale zarazem pożądane właściwości organoleptyczne. Grzybnie tak wytworzone są wolne od mykotoksyn a użycie szlachetnych szczepów pleśni do powstawania tych grzybni gwarantuje, że nie dojdzie do wytworzenia żadnych toksyn w późniejszym okresie. Poza zdolnością do kształtowania korzystnych cech sensorycznych i technologicznych wyrobu, pleśnie stosowane jako kultury startowe powinny być konkurencyjne wobec pleśni obcych (pleśnie dzikie) i charakteryzować się dużą szybkością wzrostu oraz tworzeniem pożądanego aromatu. Dynamika namnażania się zaszczepionych na powierzchni kiełbas szczepów pleśniowych, wprowadzonych jako kultury startowe jest wynikiem ich wegetatywnego rozmnażania się, określanego jako bezpłciowe (pleśnie anamorficzne). Pleśnie takie rozmnażają się wskutek wytwarzania konidii (egzospory) lub produkowanie zarodników w zarodniach (endospory). Do grupy drobnoustrojów pleśniowych rozmnażających się bezpłciowo należą pędzlaki z rodzaju Penicillium, które wytwarzają zarodniki konidialne (egzospory).

Wytworzona warstwa grzybni pleśniowej powstającej wskutek rozwoju pleśniowych kultur startowych nadaje kiełbasom atrakcyjny wygląd, utrudnia rozwój niepożądanej mikroflory bakteryjnej i drożdżowej oraz wpływa na specyficzny bukiet smakowo-zapachowy wyrobów. Pleśnie te wykorzystując tlen do swojego rozwoju eliminują jego dostęp do powierzchniowych warstw kiełbas, co ogranicza jego destrukcyjne działanie na stabilność barwy wyrobów. Kiełbasy charakteryzują się wtedy bardzo atrakcyjnym wybarwieniem pożądanym w tej grupie technologicznej wyrobów mięsnych. Z powyższych względów praktyczne zastosowanie, jako kultury startowe, znajdują tylko niektóre szczepy pleśni z rodzaju Penicillium, które dobrze i skutecznie kolonizują powierzchnię batonów kiełbas. Kultury te zapobiegają również rozwojowi konkurencyjnych patogennych i toksynogennych pleśni. Dla ich szybkiego rozwoju i tworzenia się porostu niezbędne jest zapewnienie odpowiednich warunków klimatycznych w czasie dojrzewania kiełbas, tj. wilgotności względnej, temperatury i szybkości przepływu powietrza. Generalnie pleśnie z rodzaju Penicillium rozwijają się wskutek tlenowego metabolizmu w zakresie temperatur
od -10 do 55OC (optimum ok. 35OC), przy wartości pH masy wędlinowej wynoszącej 1÷10 (optimum 3÷5,5) i minimalnej zawartości wody na poziomie 11-14%. Młode grzybnie tworzone przez pleśnie Penicillium są białe ale mogą przybierać z czasem również kolor zarodników charakterystyczny dla danego szczepu (żółty, zielony, niebieski). Złe warunki środowiskowe (nadmierna wentylacja, zbyt sucho) powodują, że grzyby pleśniowe z rodzaju Penicillium tworzą duże miejscowe plamy na batonach, ale bez charakterystycznego równomiernego pokrycia ich grzybnią. W efekcie może to prowadzić do ograniczonego zabezpieczenia kiełbas przed rozwojem dzikich i niepożądanych pleśni.
Efektywność technologiczna wynikająca z działania pleśniowych kultur startowych jest rezultatem odpowiednio dobranych warunków przebiegu dojrzewania wyrobów oraz dynamiki tworzenia się charakterystycznego aromatu. W procesie dojrzewania kolonizujące batony kiełbas, pleśnie, eliminują niekorzystne powstawanie tzw. obwódki podsychania w warstwach podosłonkowych kiełbas, sprzyjają równomiernemu wybarwieniu, poprawiają konsystencję (związanie, spójność) kiełbas. W efekcie skracają czas procesu suszenia, co prowadzi do szybszego uzyskania zakładanej wydajności produkcyjnej. Tworzenie się charakterystycznego aromatu kiełbas jako rezultatu rozwoju pleśni jest wynikiem ich proteolitycznego i lipolitycznego działania, które prowadzi do powstawania charakterystycznych związków aromatycznych, w tym również amoniaku. Jednocześnie bezpośrednie działanie tych drobnoustrojów daje efekt wzmocnienia typowo charakterystycznego zapachu kiełbas dojrzewających.

Gatunkami pleśni spełniającymi kryteria stawiane kulturom startowym są głównie szczepy: Penicillium nalgiovense, Penicillium candidium oraz wyodrębnione, wyselekcjonowane a zarazem spokrewnione z nimi szczepy Penicillium salamii, Penicillium olsonii i Penicillium milanese. Atutem pleśni Penicillium nalgiovense jest to, że szybko rosną i skutecznie tłumią rozwój niekorzystnej mikroflory. Dają gęsty porost w formie ochronnego nalotu mocnej grzybni oraz charakterystyczny grzybowy aromat. Pleśń ta wytwarza dichlorodiaportynę, diaportynol i kwas diaportynowy. Natomiast szczepy Pencillium candidium wprowadzają do kiełbas dojrzewających dodatkowo świeży aromat sera o charakterystyce typu camembert i wykazują przy tym dobry wzrost w niestabilnych warunkach (np. zbyt suche środowisko). Nowy, wyodrębniony z rodzaju Penicillium gatunek Penicillium salami, charakteryzuje się szybką skutecznością kolonizowania kiełbas już na etapie początkowej fazy dojrzewania i przebarwia kiełbasy na kolor zielony. Stwarza to zupełnie nową charakterystykę oraz atrakcyjność kiełbas surowych dojrzewających.

UWARUNKOWANIA PRODUKCYJNE KIEŁBAS Z POWŁOKĄ PLEŚNIOWĄ

Na skuteczność i efektywność kolonizowania batonów kiełbas wpływa w dużym stopniu rodzaj zastosowanej osłonki. W praktyce można stosować do produkcji tylko osłonki przepuszczalne, tj. osłonki celulozowe, kolagenowe i naturalne. Osłonki celulozowe nie są idealne dla wzrostu pleśni i należy je zawsze przed użyciem dobrze namoczyć. Zbyt wolny wzrost zaszczepionych na tych osłonkach pleśni szlachetnych może sprzyjać równocześnie niekorzystnemu rozwojowi pleśni dzikich, które prowadzą często do uszkodzenia osłonek, wskutek rozpuszczanie materiału osłonkowego. Znacznie lepszym rozwiązaniem jest stosowanie do produkcji kiełbas pleśniowych osłonek kolagenowych a zdecydowanie najlepiej osłonek naturalnych, na których szybko następuje wytworzenie się pożądanej gęstej grzybni. Osłonki celulozowe w porównaniu z naturalnymi opóźniają powstawanie mocnego porostu pleśni o 6-8 dni, co jest istotne dla efektu całego procesu dojrzewania kiełbas. Niezależnie od rodzaju osłonki proces dojrzewania kiełbas pleśniowych powinien zawsze przebiegać przez pierwsze 2 doby przy wilgotności względnej otaczającego powietrza powyżej 80% i w temperaturze 24-30OC oraz przy szybkości przepływu powietrza w czasie całej fazy suszenia wynoszącej 0,1-0,2 m/s (maksymalnie 0,6 m/s). Nadmierna prędkość przepływu powietrza prowadzi do powstawania niekorzystnej suchej warstwy podosłonkowej a z kolei zbyt wolny przepływ powietrza wydłuża czas i efektywność samego suszenia.

W procesie produkcji kiełbas surowych pleśniowych mogą pojawiać się pewne mankamenty prowadzące do występowania odchyleń jakościowych. Do najczęściej spotykanych należą:

  • lepka powierzchnia batonów, będąca wynikiem zanieczyszczenia bakteryjnego, wadliwego schematu prowadzenia procesu dojrzewania, źle
  • dobraną osłonką i zbyt małą wentylacją,
  • zazielenienia i nierównomierne pokrycie batonów białą grzybnią,
  • co może być efektem rozwoju dzikich pleśni (np. z rodzaju Mucor), które zdominowały szczepy szlachetne,
  • niekorzystny amoniakowy zapach, będący efektem nadmiernej roli
  • w zestawie startowych kultur pleśniowych szczepu Penicillium candidum oraz powstawania amoniaku wskutek obumierania pleśnie,
  • zbyt duży porost pleśni, któremu sprzyja wysoka wilgotność względna powietrza, długi czas procesu dojrzewania oraz zastosowana
  • naturalna osłonka, dla której nie skorygowano parametrów procesu dojrzewania.

Przykładowy układ recepturowy

Kiełbasy surowe z porostem pleśni charakteryzują się najczęściej zawartością tłuszczu w wyrobie gotowym wynoszącą od 35% do maksymalnie 45%, odpowiednim stopniem rozdrobnienia i stosunkowo mało intensywnym przyprawieniem. Są one poddawane suszeniu prowadzonemu równocześnie z dojrzewaniem ale bez stosowania zabiegu wędzenia. Farsz do produkcji kiełbas surowych pleśniowych tworzy najczęściej mięso wieprzowe i/lub wołowe oraz tłuszcz twardy wieprzowy (słonina). Jako przyprawy stosuje się głównie czosnek i pieprz oraz niekiedy gałkę muszkatołową i kardamon. Do dodatków będących niezbędnym składnikiem recepturowym należy zaliczyć mieszankę peklującą, glukozę, askorbinian sodu i przydatny w tej grupie wyrobów azotan potasu. Używa się również niekiedy dodatek czerwonego wina. W produkcji kiełbas pleśniowych praktykuje się niski stopień zasolenia wyrobu, tj. nawet poniżej 2% liczony w stosunku do użytego surowca. Dla stabilizacji farszu i w celu stymulowania poprawnego przebiegu procesu dojrzewania przydatny jest dodatek bakteryjnych kultur startowych w postaci szczepów Staphylococcus xylosus lub Staphylococcus carnosus oraz Pediococcus pentosaceus.
Te szczepy z rodzaju Staphylococcus, należące do względnych beztlenowców, rozwijają się w zakresie wartości pH = 4,8-8,0 oraz wytwarzają katalazę i redukują azotany, co jest istotne w przypadku ich dodania do farszu zawierającego azotany. Minimalna temperatura wzrostu dla tych drobnoustrojów wynosi 10OC a optimum rozwoju kształtuje się na poziomie 30OC. Bakterie te wykazują ponadto pożądane w tej grupie kiełbas właściwości lipolityczne i proteolityczne. Kwaszące szczepy Pediococcus pentosaceus wzrastają już od temperatury 15OC, ale największą intensywność rozwoju osiągają w temperaturze powyżej 30OC. Należą do względnych tlenowców i fermentując glukozę wytwarzają kwas mlekowy. Cechy, właściwości a przede wszystkim warunki rozwoju tych drobnoustrojów bakteryjnych stosowanych jako kultury startowe dobrze korelują z warunkami koniecznymi dla rozwoju wprowadzanych na powierzchnię nadzianych batonów kiełbas, szlachetnych kultur pleśniowych w postaci Penicillium nalgiovense i/lub Penicillium candidum. Zaszczepianie napełnionych farszem kiełbasianym osłonek odbywa się poprzez zanurzania batonów w roztworze zawierającym rozprowadzone w nim kultury pleśniowe. Następnie batony zawiesza się na wózkach i po 24 godzinnym osadzeniu w komorach klimatyzacyjnych poddaje się je procesowi fermentacji. Przebiega on najskuteczniej przez 2 doby w temperaturze 28-30OC i przy wilgotności względnej otaczającego powietrza ok. 90%.

Po zakończonej fermentacji, następujący po niej proces dojrzewania (suszenie) należy prowadzić przez 5-6 tygodni w temperaturze 12-14OC
i wilgotności względnej wynoszącej 60-65% do uzyskania zakładanej wydajności produkcyjnej.

Literatura:

  1. Chróst A. (2016): Grzyby pleśniowe a środowisko człowieka. ,,Medycyna Doświadczalna i Mikrologia”
    nr 68
  2. Jankiewicz L., Słowiński M. (2004): Technologia produkcji wędlin. Kiełbasy surowe. P.W.F. Warszawa
  3. Perrone G., Houbraken J., Samson. P. A., Frisvad J. C., Susca A., Gunde-Cimerman N. (2015): Penicillium salamii. ,,International Journal
    of Food Technology” nr 16
  4. Pezacki W. (1968): Technologiczne odchylenia jakości wyrobów mięsnych. P.W.R i L. Warszawa
  5. Wajdzik J. (2013): Aspekty jakości wędlin surowych dojrzewających. ,,Gospodarka Mięsna” nr 7
  6. Visagie C. M., Houbraken J, Frisvad J. C., Hong S- B, Klaassen C. H. W., Perrone G., Seifert K. A., Varga J., Yaguchi T., Samson R. A. (2014): Identification and nomenclature of the genus Penicillium. ,,Studies in Mycology.” nr 78