Dr hab. Joanna Pawłat, Prof. PL
Dr inż. Agnieszka Starek

Nowy Rok przynosi nowe szanse, nadzieje i możliwości. Niekiedy warto z nich skorzystać, bo przecież każdy czas jest dobry na zmiany. W ostatnich latach nieustannie słyszymy o nowościach w branży telewizorów, telefonów czy komputerów, które znacznie podnoszą jakość życia społeczeństwa. Innowacje warto również wprowadzić w przemyśle mięsnym, gdyż mogą one zaowocować otrzymaniem produktów o odpowiednich cechach fizykochemicznych, a także bezpiecznych pod względem mikrobiologicznym.

Mięso stanowi nieodłączny element naszej diety, gdyż dostarcza pełnowartościowego białka, witamin z grupy B w szczególności B1, B2, PP, B6 oraz B12 i składników mineralnych, takich jak: żelazo, cynk, magnez. Niestety jest to surowiec charakteryzujący się bardzo krótkim okresem przydatności do spożycia. Dlatego też mięso poddaje się obróbce termicznej, suszeniu, utrwalaniu za pomocą soli czy innych chemicznych dodatków. Te klasyczne metody utrwalania, są stopniowo uzupełniane przez nowe technologie, wśród których można wymienić wysokie ciśnienia hydrostatyczne, pulsacyjne pola elektryczne, ultradźwięki oraz bardzo przyszłościową technikę obróbki zimną
plazmą.

Większość z nich to metody nietermiczne, w związku, z czym gwarantują uzyskanie produktów o wyższej, w porównaniu z utrwalaniem termicznym, zawartości cennych składników odżywczych. Mogą być one także stosowane jako procesy wstępne, poprzedzające tradycyjne technologie, nadając przy tym produktom specjalne formy i cechy jakościowe.

Co najważniejsze, nowoczesne techniki obróbki zabezpieczają mięso i wyroby mięsne przed rozwojem drobnoustrojów, które powodują nie tylko niekorzystne zmiany w samych produktach, ale są także bezpośrednim zagrożeniem dla zdrowia i życia konsumenta. Ilość mikroorganizmów, ich rozwój i wpływ na jakość mięsa zależą od wielu czynników, zaczynając od metody uboju zwierząt rzeźnych, aż do procesów przetwarzania i przechowywania mięsa i jego przetworów.

Znane są przypadki zanieczyszczenia mięsa wieprzowego, drobiowego czy wołowego bakteriami należącymi do rodzaju Campylobacter spp. Powszechne występowanie w surowcach mięsnych Campylobacter jejuni wynika z obecności tych bakterii w układzie pokarmowym żywych zwierząt. Dodatkowo nieprzestrzeganie zasad dobrej praktyki higienicznej, dobrej praktyki produkcyjnej oraz zasad systemu HACCP sprzyja ich namnażaniu.

Obecność innej bakterii – z rodzaju Yersinia spp. została wykryta w mięsie wieprzowym magazynowanym w urządzeniach chłodniczych, w których panowały niewłaściwe warunki higieniczne.
Bakterie z rodzaju Clostridium spp. występują w szczególności w wołowinie i baraninie. Warunki do mnożenia się Clostridium perfringens pojawiają się, gdy mięso jest gotowane, następnie chłodzone i ponownie gotowane następnego dnia. Bakterie, które zanieczyszczają produkt, są w stanie przetrwać obróbkę termiczną pierwszego dnia, a w trakcie ponownego gotowania dużej masy mięsa, co trwa długo, mogą zacząć wytwarzać toksynę.

Kolejnym przykładem występowania zanieczyszczeń mikrobiologicznych w mięsie mogą być także bakterie Escherichia coli, których źródłem są najczęściej potrawy mięsne przygotowane w niewłaściwych warunkach termicznych, surowce mięsne (głównie baranina i wołowina).
W naszym kraju bakterie Salmonella enterica (zwane też pałeczkami paraduru) są odpowiedzialne za większość zatruć pokarmowych. Znajdują się one głównie w mięsie drobiu (indyków i brojlerów) i ich przetworach niepoddanych wystarczająco długiej obróbce termicznej. Dodatkowo badania mikrobiologiczne wyrobów garmażeryjnych (tj. mięso mielone, hamburgery, befsztyk tatarski, galarety) dostępnych rynku, wskazywały, że często były one zanieczyszczone przez pałeczki Salmonella.

Cladosporium herbarum powoduje powstawanie ciemnych plam na powierzchni mięsa. Za to bakterie z rodzaju Pseudomonas, kiedy powierzchnia produktu jest wilgotna (w przypadku dużej wilgotności otoczenia), wytwarzają śluz, przez co mięso staje się obślizgłe. Przykładem bakterii saprofitycznych, wpływających również na pogorszenie cech organoleptycznych mięsa są bakterie z rodzaju Lactobacillus spp.

Natomiast drożdże Torulopsis oraz Candida prowadzą do zmian konsystencji, najczęściej farszów mięsnych. Zainteresowanie polskich, jak i zagranicznych badaczy wyżej wymienionymi technikami oraz liczne publikacje naukowe potwierdzające ich skuteczność w ograniczeniu bądź całkowitej eliminacji drobnoustrojów (przy zachowaniu właściwych cech fizykochemicznych mięsa i jego przetworów) stanowią przesłanki do tego, aby zastosować je na skalę przemysłową.

Z powodu wielu zalet, a szczególnie stosunkowo niskiego kosztu procesu i wysokiej jakości produktów, obróbka ciśnieniowa (High Pressure Processing, HPP) staje się coraz bardziej popularna. W przemyśle mięsnym po raz pierwszy zastosowano wysokie ciśnienia
w Hiszpanii, gdzie od 1998 r. produkuje się szynkę gotowaną poddawaną HPP. Wykorzystanie tej techniki pozwoliło na przedłużenie okresu trwałości przechowalniczej produktu do 60 dni, przy zachowaniu łańcucha chłodniczego.
Metoda wysokich ciśnień (400-500 MPa) jest również używana do zapakowanych próżniowo wyrobów, szczególnie z mięsa drobiowego, które mogą być wtórnie zanieczyszczone podczas porcjowania lub plasterkowania.
Zastosowanie wysokiego ciśnienia niszczy strukturę ścian komórkowych, komórki stają się bardziej przepuszczalne. Villacis i in. (2008) stwierdzili, że przy wzroście ciśnienia do 150 MPa następuje zwiększenie wnikania wody i chlorku sodu do wnętrza mięśni piersiowych indyka. Analiza próbek mięsa wskazała, że tkanka poddana działaniu ciśnienia o wartości 150 MPa charakteryzowała się najlepszymi wyróżnikami tekstury, a mianowicie najmniejszą twardością, gumowatością i żujnością.
Zastosowanie ciśnienia wynoszącego 500 MPa przez 15 minut może być również skutecznym sposobem przedłużenia trwałości (do 8 tygodni) zapakowanych próżniowo pasztetów produkowanych z udziałem mięsa drobiowego odzyskanego mechanicznie (Pietrzak i in., 2007).

Według badań Goutefongea i in. (1995), barwa gotowanej szynki wieprzowej pod wpływem działania HPP (600 MPa, 30 minut, 20OC) nie uległa większym zmianom, natomiast barwa surowego mięsa wieprzowego i wołowego traciła odcień czerwony, przechodząc w szaroróżowy (zbliżony do barwy mięsa gotowanego).

Negatywnym efektem działania wysokiego ciśnienia (powyżej 300 MPa) i czasu trwania obróbki jest przyspieszenie zmian oksydacyjnych w tłuszczach, czego potwierdzeniem są wyniki badan Cheftel i Culioli (1997).
W piśmiennictwie podkreślana jest szczególnie skuteczność stosowania HPP jako procesu zapewniającego eliminację z mięsa i jego produktów bakterii z rodzaju Salmonella, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes. Niestety niektóre wyniki badań świadczą o niekorzystnej zmianie barwy i przyspieszeniu utleniania tłuszczu w produktach mięsnych (poddawanych działaniu ciśnienia powyżej 400 MPa). Dlatego też,

w celu opracowania warunków prowadzenia HPP należy uwzględnić parametry procesu: temperaturę początkową, czas niezbędny do osiągnięcia pożądanego ciśnienia, temperaturę prowadzenia procesu, wysokość i czas działania ciśnienia, czas dekompresji, a także pH i aktywność wody w poddawanych obróbce produktach.

Literatura przedmiotu podaje również różne próby zastosowania pulsacyjnych pól elektrycznych (Pulsed Electric Field, PEF), czego przykładem może być redukcja Yersinia enterocolitca ATCC 35669 namnożonej w mielonym mięsie wołowym. Potraktowanie produktu polem elektrycznym o częstotliwości 2800 MHz wystarczyło do inaktywacji tej bakterii (Stachelska i in., 2012).
Technika PEF znajduje zastosowanie głównie jako metoda utrwalania żywności (poprzez zmniejszenie liczby Escherichia coliListeria monocytogenes), ale umożliwia także przyspieszenie wielu operacji jednostkowych. Carne i in. (2015) wykazali, że PEF redukuje siły ścinające mięśnie wołowe Musculus longissimus lumborum Musculus semimembranosus o blisko 19%, co jest niezmiernie ważne podczas przygotowywania mięsa przed mieleniem.

Natomiast z publikacji Khan i in. (2017), pt. „Effect of low and high pulsed electric field on the quality and nutritional minerals in cold boned beef M. longissimus et lumborum” wynika, że obróbka PEF przy niektórych wartościach napięcia i częstotliwości (10 kV, 200 Hz, 20 μs) negatywnie wpływa na stabilność barwy, a także powoduje obniżenie zawartości związków mineralnych (P, K i Fe) w mięsie wołowym. Dlatego też, planując wprowadzenie tej techniki do przemysłu mięsnego trzeba odpowiednio dobierać parametry procesu.
Ultradźwięki (Ultrasounds, US) mogą mieć duże znaczenie przy opracowywaniu produktów bezpiecznych mikrobiologicznie, gdyż w wyniku ich zastosowania można obniżyć ilość bakterii z rodzaju Salmonella. Stasiak i in. (2007) stosując ultradźwięki o niskiej częstotliwości (40 kHz) i średnim natężeniu (około 2 W/cm2) zredukowali ich liczbę o 3,6 log z powierzchni skóry tuszek kurcząt brojlerów, które dodatkowo zanurzyli w 1% roztworze kwasu mlekowego.

Inne badania (Dolatowski i Stasiak, 2002) dowiodły również, że zastosowanie tej techniki podczas masowania powoduje obniżenie liczby drobnoustrojów tlenowych i bakterii kwasu mlekowego.
Inaktywacja mikroflory w czasie masowania ultradźwiękowego może być skutkiem mechanicznej destrukcji komórek mikroorganizmów. Potwierdzeniem są analizy mikroskopowe przeprowadzone przez Rogow i Gorbatow (1974) oraz Elpiner (1968), którzy zaobserwowali destrukcję i fragmentaryzację błon komórkowych, a w konsekwencji inaktywację form wegetatywnych lub pozbawienie ich możliwości rozwoju w okresie inkubacji.

Badania dowodzą, że zastosowanie ultradźwięków o częstotliwości 40 kHz skutkuje obniżeniem siły cięcia mięśni piersiowych brojlerów, co jest wynikiem uszkodzenia składników tkanki mięśniowej poprzez kawitację (Dickens i in., 1991).
Plastyfikacja (masowanie) należy do najczęściej stosowanych metod obróbki mechanicznej mięsa przeznaczonego do produkcji wędzonek. Proces ten powoduje rozluźnienie struktury mięśni, częściowe zniszczenie komórek oraz poprawę przepuszczalności błon komórkowych. Ułatwia to wnikanie solanki oraz równomierne jej rozmieszczenie w całej strukturze tkanki mięśniowej. Masowanie może być właśnie wspomagane poprzez wykorzystanie ultradźwięków, gdyż poprawiają one wydajność, ograniczają czas i koszty produkcji (Panasiewicz i Mazur, 2017).

Zastosowanie powyższej techniki prowadzi do modyfikacji białek (struktury i aktywności enzymatycznej), czego przykładem może być znacznie lepsza rozpuszczalność miozyny (Zayas, i Strokova, 1972).
Należy mieć na uwadze, że zakres działania ultradźwięków jest uzależniony od natężenia, częstotliwości, czasu trwania impulsu oraz temperatury procesu, jak i struktury obrabianego materiału.
Obecnie prowadzone są badania nad obróbką zimną plazmą (Cold Atmospheric Plasma, CAP), która może być użyta w celu dekontaminacji mięsa bez wywoływania zmian we właściwościach fizykochemicznych materiału biologicznego.
Wpływ zimnej plazmy generowanej pod ciśnieniem atmosferycznym na efektywność inaktywacji drobnoustrojów został zbadany przez Lee i in. (2011), którzy utrwalali mięso drobiowe. Autorzy pracy wykazali, że po traktowaniu przez 2 minuty strumieniami APP
(z użyciem He, He + O2, N2 lub N2 + O2) plastrów piersi kurczaka i szynki, liczba Listeria monocytogenes zmniejszyła się odpowiednio o 1,37 do 4,73 i 1,94 do 6,52 jednostek logarytmicznych. Najwyższą skuteczność w eliminacji tych bakterii uzyskano po zastosowaniu mieszanki gazu wejściowego N2 + O2.

Z kolei w badaniu Song i in. (2009) patogenne bakterie (Listeria monocytogenes) na powierzchni plastrów szynki uległy inaktywacji wskutek działania plazmy helowej. Wydajność redukcji drobnoustrojów wzrastała wraz ze zwiększaniem mocy generatora plazmy (z 75 poprzez 100 i 125 do 150 W) i czasu jej działania (60 – 120 s).

Skuteczną inaktywację Listeria monocytogenesEscherichia coli uzyskali Kim i in. (2013) w polędwicy wieprzowej po poddaniu jej obróbce plazmą w reaktorze z wyładowaniem barierowym DBD (przy 3 kV i 30 kHz).
Skuteczność plazmy generowanej w reaktorze z barierą dielektryczną DBD (Dielectric Barrier Discharge) działającego w powietrzu przeciwko Campylobacter spp. zaszczepionej na udach i piersiach z kurczaka zostały potwierdzone przez Dirks i in. (2012). Jednak odnotowano, że maksymalna redukcja ich populacji wynosiła od 1,2 do 1,6 log 10. Skażenie tymi bakteriami stanowi poważny problem dla drobiarstwa i należy prowadzić dalsze badania w celu ich eliminacji.

Wyniki badan Noriega i in. (2011) dowodzą, że na skuteczność obróbki plazmą gazową duży wpływ ma topografia powierzchni. Obrazy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) mięśnia kurczaka i skóry ujawniły cechy powierzchniowe, w których bakterie mogłyby być skutecznie chronione przed substancjami chemicznymi wytwarzanymi w plazmie gazowej. Większą redukcję (powyżej 3 log) bakterii Listeria innocua uzyskano w przypadku powierzchni mięsa niż skóry kurzej (1 log) poddanej działaniu plazmie helowo-tlenowej przez 8 minut.
W badaniach Ulbin-Figlewicz i Jarmoluk (2013) wykazano, że plazma argonowa nie indukuje zmienności ogólnej liczby barwników hemowych, jak i stężeń znanych form mioglobiny izolowanych z próbek mięsa wieprzowego eksponowanego na jej działanie.
Obserwacje mikroskopowe Kim i in., (2011) przeprowadzone na boczku po obróbce plazmą również nie wykazały żadnych znaczących zmian, z wyjątkiem zwiększenia wartości barwy L* powierzchni produktu.

Chcąc spełnić oczekiwania konsumentów, producenci muszą sprostać nowym wyzwaniom, polegającym na kreowaniu i oferowaniu coraz bardziej atrakcyjnych wyrobów mięsnych o gwarantowanej jakości i dłuższym terminie przydatności do spożycia. Ciągle unowocześnia się tradycyjne metody oraz poszukuje nowych sposobów utrwalania żywności. Należą do nich techniki polegające na działaniu wysokiego ciśnienia hydrostatycznego, pulsacyjnego pola elektrycznego i ultradźwięków. Bardzo obiecującą techniką obróbki mięsa i jego przetworów staje się również zimna plazma atmosferyczna. Nadchodzący 2019 rok to nowe cele, które stawiam przed sobą, a także producentami żywności.

Literatura:

  1. Goutefongea R., Rampon V., Nicolas N., Dumont J. P.: Meat colour changes under high pressure treatment. 41stICoMST, San Antonio 1995, s. 384-385.
  2. Cheftel J. C., Culioli J.: Effects of High Pressure on Meat: A Review. Meat Sci. 1997, 46, 211-236
  3. Pietrzak, D., Mroczek, J., Skupiński, S., Hać-Szymańczuk, E., & Fonberg-Broczek, M. (2007). Wpływ wysokiego ciśnienia hydrostatycznego na jakość zapiekanych pasztetów z udziałem mięsa drobiowego odzyskanego mechanicznie. Med. Wet, 63, 870-873.
  4. Sienkiewicz, J. J., & Marmajewska,
    A. (2013). Jakość mikrobiologiczna tusz zwierząt rzeźnych oraz mięsa mielonego. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 575.
  5. Pothakamury U. R., Vega H., Zhang Q., Barbosa-Canovas G. V., Swanson B. G., Efect of growth stage and processing temperature on the inactvaton of E. coli by pulsed electric felds.  J. Food Prot. 59, 1167–1171, 1996.
  6. Stachelska, M. A., Stankiewicz-Szymczak, W., Jakubczak, A., Świsłocka, R., & Lewandowski, W. (2012). Influence of pulsed electric field on the survival of Yersinia enterocolitica in minced beef meat: assessment of microbiological activity of selected cell lines of bacteria under influence of physical-chemical factors. Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, 17, 13-17.
  7. Carne, A., van de Ven, R., Bekhit, A. E. D. A., & Hopkins, D. L. (2015). Effect of pulsed electric field on the proteolysis of cold boned beef M. Longissimus lumborum and M. Semimembranosus. Meat science, 100, 222-226.
  8. Khan, A. A., Randhawa, M. A., Carne, A., Ahmed, I. A. M., Barr, D., Reid, M., & Bekhit, A. E. D. A. (2017). Effect of low and high pulsed electric field on the quality and nutritional minerals in cold boned beef M. longissimus et lumborum. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 41, 135-143.
  9. Pałkowska, A. (2013). Wpływ kontroli monitorowania warunków przechowywania i dostaw na optymalizację jakości mikrobiologicznej mięsa. Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, 80, 43-50.
  10. Witrowa-Rajchert, D. (2011). Nietermiczne techniki utrwalania stosowane do produkcji śywności projektowanej. Żywność projektowana designed food, 186.
  11. Panasiewicz, M. K., & Mazur, J. (2017). Masowanie mięsa z wykorzystaniem ultradźwięków. Gospodarka Mięsna, (03).
  12. Zayas, J. F., & Strokova, N. D. (1972). Influence of ultrasound on properties of meat proteins. In XVIII Eur. Congr. Meat Res. (p. 206).
  13. Rogow I.A., Gorbatow A.W. 1974. Fiziczieskije mietody obrabotki piszczewych produktow, Piszcz. Prom. Moskwa.
  14. Elpiner J.E., 1968. Ultradźwięki. Działanie fizykochemiczne i biologiczne. PWN Warszawa.
  15. Pawłat, J. (2013). Atmospheric pressure plasma jet for decontamination purposes. The European Physical Journal-Applied Physics, 61(2).
  16. Pawłat, J. (2012). Atmospheric pressure plasma jet for sterilization of heat sensitive surfaces. Przegląd Elektrotechniczny, 88(10b), 139-140.
  17. 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.
  18. Kim B., Yun H., Jung S., Jung Y., Jung H., Choe W., Jo C. Effect of atmospheric pressure plasma on inactivation of pathogens inoculated onto bacon using two different gas compositions. Food Microbiol. 2011;28:9–13.
  19. 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.
  20. Ulbin-Figlewicz, N., & Jarmoluk, A. (2013). Wpływ oddziaływania zimnej plazmy na zmienność form mioglobiny mięsa świńskiego. Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, 18(2), 149-153.
  21. 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.
  22. Kim, H. J., Yong, H. I., Park, S., Choe, W., & Jo, C. (2013). Effects of dielectric barrier discharge plasma on pathogen inactivation and the physicochemical and sensory characteristics of pork loin. Current Applied Physics, 13(7), 1420-1425.
  23. 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.