Dr hab. inż. Agnieszka Starek-Wójcicka, prof. uczelni
Dr hab. inż. Joanna Pawłat, prof. uczelni

Mięso jest produktem, które musi być szczególnie traktowane podczas obrotu. Po uboju w poszczególnych jego składnikach, przede wszystkich w białkach, tłuszczach i frakcji węglowodanowej zachodzi szereg przemian, prowadzących do wykształcenia pożądanych cech żywieniowych i sensorycznych. Jednak jeżeli w tym czasie mięso nie zostanie spożyte, odpowiednio zabezpieczone czy utrwalone, przemiany te mogą czynić je nieprzydatnym do spożycia.

Zmiany oksydacyjne mięsa są jednym z podstawowych procesów prowadzących do pogorszenia jego jakości. W wyniku utleniania kwasów tłuszczowych, szczególnie polienowych, powstaje wiele związków, które są odpowiedzialne za zjełczały, niepożądany zapach i smak, nieakceptowany przez konsumentów. Należą do nich niskocząsteczkowe substancje lotne, przede wszystkim krótkołańcuchowe aldehydy oraz powstające z nich wskutek utleniania kwasy. Szybkość i kierunek autooksydacji lipidów zależy od wielu czynników, między innymi od składu chemicznego (ilości i rodzaju lipidów oraz zawartości wody), procesów i operacji technologicznych (porcjowania, rozdzielania czy mielenia) oraz warunków przechowywania. Utlenianiu podlegają przede wszystkim tłuszcze nienasycone, stąd też ich zawartość w mięsie będzie decydowała o przydatności produktu do spożycia. NNKT na skutek utleniania tracą właściwości biologiczne kwasów niezbędnych. Ponadto tłuszcz zjełczały może niszczyć wartościowe składniki pokarmowe zawarte w innych wyrobach żywnościowych, z którymi się styka, na przykład kwas askorbinowy, kwas pantotenowy, ryboflawinę czy biotynę. Najwięcej niestabilnych lipidów, łatwo łączących się z reaktywnymi cząsteczkami tlenu zawierają: mięso drobiowe, wieprzowe, jagnięce i wołowe.
Drugim ważnym, nie tylko chemicznym, lecz także biologicznym procesem powodującym psucie się produktów pochodzenia zwierzęcego jest aktywność mikroorganizmów. Generalnie zepsute mięso jest źródłem zagrożeń spowodowanych przez bakterie oraz toksyny, które są wytwarzane przez drobnoustroje. Mięso nienadające się do spożycia, będzie charakteryzowało się specyficznym, nieprzyjemnym zapachem. Jego barwa z jasnego, połyskującego koloru zmieni się na brunatną w przypadku wołowiny, wieprzowina stanie się ciemnoróżowa, zaś drób zszarzeje. Ponadto na powierzchni produktów może pojawić się biało-zielony nalot, który świadczy o obecności pleśni. Zepsute mięso może być również lepkie i obślizgłe, potwierdzając tym samym działalność bakterii beztlenowych, rozkładających białko.
Zjedzenie zepsutego mięsa grozi zatruciem pokarmowym, które w skrajnych przypadkach może prowadzić nawet do śmierci. Jad kiełbasiany, wytwarzany przez bakterię Clostridium botulinum to jedna z najsilniejszych trucizn biologicznych. Zatrucie następujące również na skutek spożycia żywności (szczególnie mięsa drobiowego) zawierającej bakterie z rodzaju Salmonella, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, Campylobacter, czy pleśnie, takie jak Aspergillus flavus.
Jak więc chronić ten wymagający produkt przed utratą właściwego wyglądu i opóźnić szybki proces psucia, jednocześnie zachowując jego wartości odżywcze? W tym wypadku pomocne może okazać się wykorzystanie, tak zwanej kosmicznej technologii, czyli zimnej plazmy. Mało kto wie, że plazmę można obserwować w naturze. Większość Wszechświata, czyli gwiazdy i przestrzeń je otaczająca są właśnie z niej zbudowane. Co więcej, plazma powstaje również podczas uderzeń piorunów, kiedy to wyzwala się duża energia tworząca kanał plazmowy o bardzo wysokiej temperaturze. W dolnych częściach chmury burzowej dochodzi do akumulacji ujemnego ładunku elektrycznego prowadzącej do powstania różnicy potencjału pomiędzy ziemią a chmurą burzową i w konsekwencji do wyładowania elektrycznego, które można zaobserwować w postaci błyskawic i grzmotów. Wyładowanie tworzy kanał gorącej plazmy, której parametry można zaobserwować przy użyciu specjalistycznych urządzeń badawczych.
W praktyce zazwyczaj używana jest plazma nietermiczna, która ma wyraźnie nierównomierny/nierównowagowy rozkład energii (nonequilibrium plasma) między cząstkami składowymi. Wytworzenie zimnej plazmy było do niedawna możliwe tylko przy niskich ciśnieniach i na bardzo małą skalę. W ostatnich latach opracowano jednak różne technologie zimnej plazmy, które działają w zakresie warunków środowiskowych odpowiednich do przetwarzania żywności. Wyładowania elektryczne pozwalające na generowanie zimnej plazmy mogą być wytwarzane przez zmienne (AC) lub impulsowe i stacjonarne (DC) pola elektryczne, a do wytwarzania takich wyładowań służyły różne rodzaje zasilaczy elektrycznych, wykorzystujące m.in. sprzężenie pojemnościowe (CCP) lub indukcyjne (ICP) układu. W systemach pracujących pod ciśnieniem atmosferycznym wykorzystuje się różne rodzaje wyładowań takie jak np. koronowe, z barierą dielektryczną; ślizgającym się łukiem, iskrowe. Stosowane są również plazmatrony o częstotliwości radiowej lub mikrofale. Zjonizowanym gazem może być powietrze lub azot, ewentualnie gazy szlachetne, takie jak hel czy argon. Podczas generowania zimnej plazmy ma miejsce jonizacja częściowa, zaś większość energii układu jest przekazywana elektronom, zamiast ogrzewać cały strumień gazu, dzięki czemu temperatura cięższych cząstek pozostaje zbliżona do temperatury pokojowej, co sprawia, że taka plazma nadaje się do stosowania w procesach, w których wysoka temperatura nie jest pożądana [Dasan i in., 2017; Pawłat i in., 2017; Pawłat i in., 2018; Gorbunova, 2019; Starek i in., 2019; Laroque i in., 2022].

Rys. 1. Wpływ reaktywnych form plazmy na komórki drobnoustrojów

Biologiczne zastosowania niskotemperaturowej plazmy opierają się na jej przeciwdrobnoustrojowych właściwościach. Szereg badań wykazało skuteczność działania zimnej plazmy przeciw komórkom wegetatywnym i sporom bakterii, a także drożdżom i pleśniom. Reaktywne formy plazmy wywołują efekt utleniania zewnętrznej powierzchni komórek drobnoustrojów. Szczególnie reaktywne są pochodne tlenu lub azotu: O2•−, 1O2, O3, •OH, NO•, i NO2•, przy czym najbardziej letalne działanie wykazuje tlen atomowy i rodnik hydroksylowy. Plazma prowadzi także do degradacji DNA mikroorganizmów, ze względu na promienie UV powstające podczas jej wytwarzania i potrafi zakłócić replikację komórek [Asl i in., 2021; Genesan i in., 2021; Niedźwiedź i in., 2019].
Skuteczność plazmy przeciw bakteriom Listeria innocua zaobserwowali Noriega i in. [2011] w stosunku do skóry i mięsa drobiu. Udowodnili również, że w przypadku powierzchni mięsa nastąpiła większa redukcja drobnoustrojów w porównaniu do skóry kurzej, co wynikało z ich odmiennej tekstury. Struktura skóry jest bowiem dużo bardziej nieregularna niż struktura wypreparowanej tkanki mięśniowej, dodatkowo posiada ona drobne zagłębienia, które dają bakteriom skuteczną ochronę przed działaniem czynników zewnętrznych.
Dirks i in. [2012] aktywność przeciwdrobnoustrojową zimnej plazmy potwierdzili przeciwko Campylobacter spp. zaszczepionej na udach i piersiach z kurczaka.
Lee i in. [2011] wykazali, że po traktowaniu strumieniami APP plastrów piersi kurczaka liczba Listeria monocytogenes zmniejszyła się (po 2 minutach) z 4,73 do 1,37 jednostek logarytmicznych. Najwyższą skuteczność w eliminacji tych bakterii uzyskano po zastosowaniu mieszanki gazu wejściowego azotu i tlenu.
Moutiq i in. [2020] potwierdzili, że zimna plazma atmosferyczna (ACP) to obiecująca nietermiczna technologia kontrolowania psucia się piersi kurczaka traktowanych przy 100 kV przez 1, 3 i 5 minut. Po 24 godzinach przechowywania zaobserwowali zmniejszenie naturalnej mikroflory zanieczyszczającej mięso o około 2 log CFU/g obrabiając
produkt przez 5 minut. Obserwowaną redukcję autorzy pracy przypisali reaktywnym formom tlenu i azotu w zimnej plazmie. W przypadku badania trwałości, próbki kontrolne i traktowane ACP (100 kV przez 5 minut) analizowano również pod kątem ilości drobnoustrojów, wydłużając czas przechowywania do 24 dni. Tym razem również uzyskano zadowalające rezultaty, ponieważ liczba mezofilów, psychrofilów i Enterobacteriaceae w mięsie kurcząt była odpowiednio o 1,5, 1,4 i 0,5 log niższa niż w grupie kontrolnej.
Skuteczność działania plazmy helowej wytwarzanej pod ciśnieniem atmosferycznym potwierdzili Moon i in. [2009] wykazując, że redukcja Escherichia coli zaszczepionej na powierzchni wieprzowiny była porównywalna z konwencjonalnym sterylizowaniem promieniowaniem UV.
Kim i in. [2011] odnotowali redukcję Listeria monocytogenes, Escherichia coli i Salmonella typhimurium na plastrach boczku. Gaz wejściowy, jakim był hel, zmniejszył liczbę tych bakterii o około 2 cykle logarytmiczne. Natomiast po obróbce mieszaniną gazową zawierającą hel z tlenem nastąpiła eliminacja mikroorganizmów o blisko 3 cykle logarytmiczne.
Zmniejszenie ilości Escherichia coli i Listeria monocytogenes w polędwiczkach wieprzowych poddanych obróbce plazmowej zaobserwowali również Choi i in. [2016].
Zastosowanie zimnej plazmy do inaktywacji mikroorganizmów jest obiecującą metodą biodekontaminacji, co jednak z fizykochemicznymi właściwościami mięsa? Ulbin-Figlewicz i in. [2015] plaster wieprzowiny (grubość 2 cm, długość 7 cm, szerokość 7 cm) poddali działaniu zimnej plazmy z helem, argonem i azotem przez 5 i 10 minut pod niskim ciśnieniem (0,8 MPa). Do badań wykorzystali prototypowy reaktor impulsowo-plazmowy. Wykorzystano elektrody wysokonapięciowe w komorze próżniowej (średnica 250 mm, wysokość 500 mm, ciśnienie poniżej 1 mbar), pomiędzy elektrodami wyładowczymi umieszczono próbkę mięsa. Stosowane częstotliwości mieściły się w zakresie od 20 do 100 kHz, a moc bierna wynosiła 1,2 kVA. Próbki traktowane plazmą porównali z plastrami mięsa niepoddanymi obróbce. Nie zaobserwowali znaczących zmian w wartościach pH dla wszystkich traktowanych produktów. Wartości badanego parametru zawierały się w przedziale od 5,40 do 5,43.
Z przeglądu publikacji autorstwa Moon i in. [2009] wynika, że nie było istotnych zmian w barwie powierzchni wieprzowiny po obróbce plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym przez 1 minutę przy mocy wejściowej 150 W. Z drugiej strony Fröhling i in. [2012] zaobserwowali wzrost wartości a* i spadek wartości b* mięsa wieprzowego po traktowaniu plazmą w porównaniu z próbkami mięsa kontrolnego.
Poddanie kotletów wołowych działaniu zimnej plazmy generowanej w wyładowaniach barierowych (przy różnych napięciach i częstotliwościach) podczas przechowywania w temperaturze 4°C wpłynęło na zaczerwienienie mięsa (spadek wartości a⁎), zwiększyło wartości wskaźnika TBARS, a tym samym przyspieszyło utlenianie lipidów mięsa [Wang i in., 2021].
Bardzo ciekawe badania przeprowadzili również Marcinkowska-Lesiak i in. [2022] określając wpływ aktywowanych plazmowo roztworów preparatów białkowych wybranych roślin, jako alternatywnego źródła azotynów, na cechy jakościowe kiełbas wieprzowych. Zastosowane roztwory zawierały 500 ppm azotynu. Kiełbasy bez azotynu (NC), z 75 ppm azotynu sodu (PC) oraz z roztworami preparatów z soi (E1), grochu (E2) i soczewicy (E3) (100 g/kg składników mięsnych) zostały wyprodukowane i przechowywane przez 8 dni. Wyniki wykazały, że po przetworzeniu kiełbasy z grup E1, E2 i E3 charakteryzowały się podobną zawartością azotynów jak grupa PC (20,69–21,89 mg azotynów/kg). Przeprowadzone analizy sugerują, że dodanie preparatów soi i grochu aktywowanych plazmą jest naturalnym sposobem pozwalającym na wydłużenie trwałość kiełbas. Co więcej, ta naturalna metoda przygotowania wyrobów nie miała negatywnego wpływu na aromat kiełbas, jak czasami ma to miejsce w przypadku zastosowania chemicznego azotynu sodu.
W dzisiejszych czasach zapewnienie bezpieczeństwa mikrobiologicznego żywności jest głównym zadaniem rynku spożywczego. Niezmiernie ważna staje się sprawa świadomości, umiejętności tworzenia systemowych mechanizmów zapewniania odpowiedniej jakości mięsa, które jest surowcem szczególnie nietrwałym mikrobiologicznie. Szybkie psucie się tego typu produktu jest bardzo irytujące, a do tego naraża zakłady mięsne na straty finansowe. Dlatego też, poza dostarczaniem odpowiednich składników odżywczych produkty pochodzenia zwierzęcego powinny charakteryzować się dużą zdolnością przechowalniczą oraz dyspozycyjnością ułatwiającą obrót w sieciach handlowych.
Eliminacja patogenów z mięsa jest niezwykle cenna dla naukowców zajmujących się tą tematyką. W związku z tym podjęli oni wyzwanie zbadania potencjalnego zastosowania zimnej plazmy jako obiecującej techniki zwiększającej bezpieczeństwo mikrobiologiczne mięsa. W zależności od czasu ekspozycji, rodzaju użytego gazu, źródła plazmy czy obrabianego produktu, wpływ obróbki zimną plazmą na inaktywację drobnoustrojów jest zadawalający. Kilku naukowców stwierdziło również, że jest to prosta, przyjazna dla środowiska, ekonomiczna i łatwa w użyciu technologia w temperaturze pokojowej i ciśnieniu atmosferycznym, która ma zdolność eliminowania różnych mikroorganizmów [Gururani i in., 2021; Barjasteh i in., 2021]. Pomimo kilku wymienionych negatywnych skutków obróbki plazmowej na cechy jakościowe wyrobów czy ograniczeniach dotyczących zastosowania komercyjnego, jej popularność rośnie w bardzo szybkim tempie i wzbudza zainteresowanie technologów. Biorąc pod uwagę liczbę ostatnio przeprowadzonych badań i postępy w nauce o plazmie, technika ta może w niedalekiej przyszłości pomóc producentom żywności w zwiększeniu bezpieczeństwa
produktów.

Literatura
Asl, P. J., Rajulapati, V., Gavahian, M., Kapusta, I., Putnik, P., Khaneghah, A. M., & Marszałek, K. (2021). Non-thermal plasma technique for preservation of raw or fresh foods: A review. Food Control, 108560.
Barjasteh, A., Dehghani, Z., Lamichhane, P., Kaushik, N., Choi, E. H., & Kaushik, N. K. (2021). Recent progress in applications of non-thermal plasma for water purification, bio-sterilization, and decontamination. Applied Sciences, 11(8), 3372.
Choi, S., Puligundla, P., & Mok, C. (2016). Corona discharge plasma jet for inactivation of Escherichia coli O157: H7 and Listeria monocytogenes on inoculated pork and its impact on meat quality attributes. Annals of Microbiology, 66(2), 685-694.
Dasan, B. G., Onal-Ulusoy, B., Pawlat, J., Diatczyk, J., Sen, Y., & Mutlu, M. (2017). A new and simple approach for decontamination of food contact surfaces with gliding arc discharge atmospheric non-thermal plasma. Food and Bioprocess Technology, 10(4), 650-661.
Dirks, B. P., Dobrynin, D., Fridman, G., Mukhin, Y., Fridman, A., & Quinlan, J. J. (2012). Treatment of raw poultry with nonthermal dielectric barrier discharge plasma to reduce Campylobacter jejuni and Salmonella enterica. Journal of food protection, 75(1), 22-28.
Fröhling, A., Durek, J., Schnabel, U., Ehlbeck, J., Bolling, J., & Schlüter, O. (2012). Indirect plasma treatment of fresh pork: Decontamination efficiency and effects on quality attributes. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 16, 381-390.
Ganesan, A. R., Tiwari, U., Ezhilarasi, P. N., & Rajauria, G. (2021). Application of cold plasma on food matrices: A review on current and future prospects. Journal of Food Processing and Preservation, 45(1), e15070.
Gorbunova, N. A. (2019). Low-temperature atmospheric-pressure plasma in microbial decontamination and meat technology. A Review. Theory and practice of meat processing, 4(1), 21-29.
Gururani, P., Bhatnagar, P., Bisht, B., Kumar, V., Joshi, N. C., Tomar, M. S., & Pathak, B. (2021). Cold plasma technology: advanced and sustainable approach for wastewater treatment. Environmental Science and Pollution Research, 28(46), 65062-65082.
Kim, B., Yun, H., Jung, S., Jung, Y., Jung, H., Choe, W., & Jo, C. (2011). Effect of atmospheric pressure plasma on inactivation of pathogens inoculated onto bacon using two different gas compositions. Food microbiology, 28(1), 9-13.
Laroque, D. A., Seó, S. T., Valencia, G. A., Laurindo, J. B., & Carciofi, B. A. M. (2022). Cold plasma in food processing: Design, mechanisms, and application. Journal of Food Engineering, 312, 110748.
Lee, H. J., Jung, H., Choe, W., Ham, J. S., Lee, J. H., & Jo, C. (2011). Inactivation of Listeria monocytogenes on agar and processed meat surfaces by atmospheric pressure plasma jets. Food microbiology, 28(8), 1468-1471.
Marcinkowska-Lesiak, M., Wojtasik-Kalinowska, I., Onopiuk, A., Stelmasiak, A., Wierzbicka, A., & Poltorak, A. (2022). Application of atmospheric pressure cold plasma activated plant protein preparations solutions as an alternative curing method for pork sausages. Meat Science, 108751.
Moon, S. Y., Kim, D. B., Gweon, B., Choe, W., Song, H. P., & Jo, C. (2009). Feasibility study of the sterilization of pork and human skin surfaces by atmospheric pressure plasmas. Thin Solid Films, 517(14), 4272-4275.
Moutiq, R., Misra, N. N., Mendonça, A., & Keener, K. (2020). In-package decontamination of chicken breast using cold plasma technology: Microbial, quality and storage studies. Meat Science, 159, 107942.
Niedźwiedź, I., Waśko, A., Pawłat, J., & Polak-Berecka, M. (2019). The state of research on antimicrobial activity of cold plasma. Polish journal of microbiology, 68(2), 153.
Noriega, E., Shama, G., Laca, A., Díaz, M., & Kong, M. G. (2011). Cold atmospheric gas plasma disinfection of chicken meat and chicken skin contaminated with Listeria innocua. Food microbiology, 28(7), 1293-1300.
Pawłat, J. (2013). Atmospheric pressure plasma jet for decontamination purposes. The European Physical Journal Applied Physics, 61(2), 24323.
Pawłat, J., Diatczyk, J., Gunaydin-Dasan, B., Onal-Ulusoy, B., & Mok, Y. S. (2017). Mini glide-arc plasma reactor for biological decontamination. EJMT, 1, 14.
Song, H. P., Kim, B., Choe, J. H., Jung, S., Moon, S. Y., Choe, W., & Jo, C. (2009). Evaluation of atmospheric pressure plasma to improve the safety of sliced cheese and ham inoculated by 3-strain cocktail Listeria monocytogenes. Food Microbiology, 26(4), 432-436.
Starek, A., Pawłat, J., Chudzik, B., Kwiatkowski, M., Terebun, P., Sagan, A., & Andrejko, D. (2019). Evaluation of selected microbial and physicochemical parameters of fresh tomato juice after cold atmospheric pressure plasma treatment during refrigerated storage. Scientific Reports, 9(1), 1-11.
Ulbin-Figlewicz, N., Brychcy, E., & Jarmoluk, A. (2015). Effect of low-pressure cold plasma on surface microflora of meat and quality attributes. Journal of food science and technology, 52(2), 1228-1232.
Wang, X., Wang, Z., Zhuang, H., Nasiru, M. M., Yuan, Y., Zhang, J., & Yan, W. (2021). Changes in color, myoglobin, and lipid oxidation in beef patties treated by dielectric barrier discharge cold plasma during storage. Meat Science, 176, 108456.
https://bonavita.pl/zepsute-mieso-jak-rozpoznac-zagrozenia-czy-zamrozone-mieso-moze-sie-zepsuc