Grzyby strzępkowe w przetwórstwie mięsa

dr inż. Magdalena Kuchlewska

Grzyby strzępkowe zasiedlają wszystkie środowiska, w tym środowisko żywności, wywołując zmiany obniżające jej wartość odżywczą i jakość sensoryczną lub kształtując jej charakterystyczne cechy organoleptyczne. W artykule przedstawiono zagrożenia i korzyści, jakie niesie ze sobą obecność wybranych grzybów pleśniowych w przetwórstwie mięsa.

Grzyby strzępkowe (pleśnie) ze względu na stosunkowo małe wymagania pokarmowe i środowiskowe są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Mikroorganizmy te rozwijają się tylko w obecności tlenu. Rosną przy aktywności wody równej 0,80 i większej, chociaż dla szczepów kserofilnych minimalna aktywność wody wynosi 0,65. Tolerują szeroki zakres temperatur (15-30°C), ale optymalna temperatura wzrostu dla większości z nich to 25-28°C. Niektóre z pleśni są również zdolne do wzrostu w temperaturze chłodniczej. Grzyby strzępkowe tolerują także szeroki zakres pH: 2,0-8,0.
Wszechobecność grzybów pleśniowych w środowisku niesie ze sobą zarówno korzyści, jak i zagrożenia. Specyfika produkcji zakładu mięsnego stwarza idealne warunki do rozwoju mikroorganizmów, co wynika głównie z prowadzenia produkcji otwartej, na którą składa się bezpośrednie działanie człowieka na surowiec, a także oddziaływanie środowiska wewnątrzzakładowego. Mięso jest bardzo dobrą pożywką dla rozwoju i bytowania drobnoustrojów – zawiera znaczną ilość wody, substancji białkowych i innych cennych składników odżywczych przy obojętnym odczynie środowiska. W środowisku produkcyjnym mogą występować mikroorganizmy zarówno saprofityczne, jak i chorobotwórcze, które stanowią zagrożenie dla mięsa w każdej fazie przetwórczej. Jednym ze źródeł skażenia są mikroorganizmy przenoszone przez powietrze w postaci bioaerozolu, stanowiącego różnorodny kompleks cząstek składających się m.in. z saprofitycznych i patogennych strzępek i zarodników grzybów. W bioaerozolu występują również szkodliwe produkty metabolizmu drobnoustrojowego jak mykotoksyny czy alergeny. Powietrze jest jednym ze źródeł i jednocześnie drogą przenoszenia niepożądanych drobnoustrojów na wszystkich obszarach przetwarzania i przechowywania żywności. W powietrzu hal produkcyjnych najczęściej obecne są m.in. zarodniki grzybów Alternaria, Penicillium, Cladosporium, Aspergillus. Wg Brezy-Boruty (2015) bardziej zróżnicowany skład aerozolu grzybowego występował na wylocie tunelu zamrażalniczego i pakowania produktów mrożonych, gdzie wykryto jeszcze pleśnie z  rodzajów: Aspergillus, Rhizopus, Mucor oraz Coniothyrium. Chróst (2016) podaje, że mikroflorę pomieszczeń zamkniętych mogą też stanowić gatunki pleśni z rodzajów Fusarium, Acremonium, Trichoderma, Botrytis, Scopulariopsis i Trichothecium.
Mięso narażone jest na działanie wielu gatunków drobnoustrojów, powodujących pogorszenie jego jakości sensorycznej i przydatności kulinarnej. Częstą wadą jest np. jego zielenienie, które może być wywołane m.in. przez pleśnie. Wybrane grzyby strzępkowe wywołują także świecenie mięsa. Pleśnie Aspergillus i Mucor wymieniane są w literaturze jako czynnik powodujący psucie się kiełbas.

Mykotoksyny

W odpowiednich warunkach grzyby strzępkowe mogą wytwarzać mykotoksyny – metabolity drugorzędowe (ang. secondary metabolites), które zasadniczo nie są niezbędne do życia wytwarzającej je pleśni. Termin „mykotoksyny” pochodzi od słów: greckiego mycos (grzyb) oraz łacińskiego toxicum (trucizna). To związki niskocząsteczkowe (M < 1,5 kDa), które wprowadzone do organizmu nawet w  niewielkich dawkach drogą pokarmową, oddechową lub przez skórę i błony śluzowe wywołują reakcje toksyczne.  Jednym z głównych źródeł mykotoksyn jest pasza dla zwierząt. Najbardziej podatne na działanie tych związków są zwierzęta monogastryczne i ludzie. Przeżuwacze są mniej podatne na uszkadzające ich działanie ze względu na możliwość degradowania niektórych mykotoksyn przez mikrobiom żwacza.
Każdy typ mykotoksyn charakteryzuje określony zakres działania toksycznego – mogą one działać mutagennie, teratogennie, karcynogennie, hepatotoksycznie, nefrotoksycznie, immunosupresyjnie i neurotoksycznie. Powodują ostre, podostre lub przewlekłe zatrucia, które występują najczęściej, prowadzące do rozwoju objawów i zmian chorobowych, w skrajnych przypadkach nawet do zgonów.
Obecnie problem mykotoksyn, jest bardzo ważnym zagadnieniem dotyczącym głównie bezpieczeństwa żywności. Związki te mogą wchodzić w sposób pośredni i bezpośredni do łańcucha pokarmowego ludzi i  zwierząt. Najbardziej niebezpieczne w żywności są: aflatoksyna, ochratoksyna A, patulina, fumonizyny, zearalenon i  deoksyniwalenol (trichoteceny). Temat ten jest szczególnie ważny, ponieważ toksyny pozostają w  produktach spożywczych otrzymanych z  organizmów zakażonych zwierząt – produkty takie jak mięso i  jego przetwory, mleko i  jego przetwory, jaja mogą stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia konsumenta. Wiele mykotoksyn cechuje się dużą trwałością chemiczną i z tego względu mogą one być akumulowane w organizmie. Przez ludzi związki te są wchłaniane bezpośrednio z żywności skażonej grzybami, które wytworzyły mykotoksyny (mykotoksykozy pierwotne) lub pośrednio – poprzez spożycie pokarmów pochodzenia zwierzęcego, w których wcześniej doszło do kumulacji mykotoksyn (mykotoksykozy wtórne). Należy zaznaczyć, że żywność lub pasza zakażone pleśniami, nie zawsze zawierają mykotoksyny, natomiast produkty, na których nie obserwuje się strzępek grzybów pleśniowych, mogą być mykotoksynami zanieczyszczone. Warto pamiętać, że usunięcie grzybni z zakażonych produktów nie eliminuje z nich mykotoksyn, które dodatkowo cechują się niewrażliwością na wiele procesów technologicznych (jak gotowanie, smażenie, pieczenie, destylacja, fermentacja) i dlatego mogą przetrwać w  produktach otrzymanych z zanieczyszczonych surowców.
Uważa się, że większość mykotoksyn nie stanowi dużego ryzyka dla konsumentów. Nie oznacza się ich lub oznacza szczątkowo w tkankach zwierzęcych. Wyjątkiem są ochratoksyny, szczególnie ochratoksyna A (chlorodeuhydroizokumaryna, OTA). Ochratoksyny są silnie toksyczne, wywierają efekt neurotoksyczny, teratogenny, upośledzają odporność, a przede wszystkim uszkadzają nerki. Ochratoksyna A może kumulować się w mięśniach, wątrobie i innych tkankach zwierząt karmionych skażoną paszą, dlatego jej obecność stwierdza się w mięsie
i podrobach (nerki) wieprzowych, których spożywanie może stanowić ryzyko pojawienia się nefropatii ochratoksynowej u konsumentów oraz występowania nowotworów układu moczowego. Wytwarzanie mykotoksyn przez grzyby pleśniowe uzależnione jest zarówno od składu podłoża, wilgotności względnej i temperatury środowiska, jak i rodzaju mikroflory towarzyszącej. Najbardziej sprzyjającą temperaturą do wytwarzania przez pleśnie mykotoksyn jest zakres 20-25˚C. Z technologicznego punktu widzenia istotne jest jednak, że optymalna temperatura rozwoju pleśni nie zawsze jest optymalną dla produkcji przez nie toksyn. Dużym zagrożeniem dla wyrobów mięsnych jest ewentualny rozwój pleśni w warunkach, w których stają się one mikroflorą dominującą.

Charakterystyka wybranych pleśni

W przemyśle spożywczym najczęściej wykorzystywany jest rodzaj Penicillium, do którego należy około 140 gatunków. Ta grupa mikroorganizmów to bezwzględne tlenowce charakteryzujące się szybkim wzrostem. Tworzą niską, początkowo białą, z czasem zielono-niebieską grzybnię, często z białą obwódką na brzegach. Niekiedy na powierzchni kolonii pojawia się żółta lub bezbarwna wydzielina w  postaci kropelek.
Kultury starterowe, zawierające pleśnie takie jak Penicillium nagliovense i Penicillium candidum znajdują zastosowanie w produkcji niektórych wędlin, są nanoszone na powierzchnię kiełbas lub szynek surowych, gdzie tworzą naloty o barwie białej/szarobiałej do żółtawo-zielonej. Pleśnie te mogą tworzyć białą lub białokremową zamkniętą powłokę chroniącą wyrób przed szkodliwym wpływem tlenu z powietrza oraz światłem, co ogranicza straty spowodowane ususzką. Tworzenie tej powłoki uzależnione jest przede wszystkim od szybkości wzrostu zastosowanych szczepów w określonych warunkach dojrzewania. Pleśnie te wykazują działalność proteo- i/lub lipolityczną, dzięki czemu nadają produktom charakterystyczny pożądany aromat i wygląd. Dodatkowo, zużywając i odcinając dostęp tlenu, opóźniają jełczenie wyrobu. Gatunkami pleśni spełniającymi kryteria stawiane kulturom startowym, poza ww. szczepami, są wyodrębnione, wyselekcjonowane i spokrewnione z nimi szczepy Penicillium salamii, P. olsonii i P. milanese. Zaletą pleśni P. nalgiovense jest to, że szybko rosną i skutecznie tłumią rozwój niekorzystnej mikroflory. Dają nie tylko gęsty porost w formie ochronnego nalotu mocnej grzybni, ale także charakterystyczny grzybowy aromat. Do związków wytwarzanych przez te mikroorganizmy należą: dichlorodiaportyna, diaportynol i kwas diaportynowy. Natomiast szczepy Pencillium candidum charakteryzują się tym, że wykazują dobry wzrost w niestabilnych warunkach (np. zbyt suche środowisko), a dodatkowo wprowadzają do kiełbas dojrzewających świeży aromat sera o charakterystyce typu camembert. Stosunkowo nowy, wyodrębniony z rodzaju Penicillium gatunek P. salami, cechuje się dużą skutecznością kolonizowania kiełbas już na etapie początkowej fazy dojrzewania i przebarwia kiełbasy na kolor zielony, co stwarza zupełnie nową charakterystykę oraz atrakcyjność kiełbas surowych dojrzewających.
Badania nad oceną efektów wprowadzenia grzybów Penicillium nalgiovense na dostępne w handlu kiełbasy fermentowane na sucho „salchichón” i ich wpływu na wzrost pleśni Penicillium verrucosum Pc4 wykazały, że szczep P. nalgiovense skutecznie zahamował wzrost pleśni wytwarzających ochratoksynę A (OTA). W żadnej z  badanych kiełbas nie stwierdzono obecności aflatoksyn, OTA, patuliny, sterigmatocystyny i  werrukozydyny. Wykorzystanie takiej kultury ochronnej na powierzchni fermentowanej na sucho kiełbasy „salchichón” można więc uznać za dobry środek zapobiegający rozwojowi pleśni toksynotwórczych.
Jak podają Cebrián i  in. (2019), podczas dojrzewania szynki suszonej często rozwijają się na jej powierzchni pleśnie Penicillium nordicum, również produkujące ochratoksynę A. Autorzy przeprowadzili badania dotyczące wpływu kultury ochronnej w  postaci drożdży Debaryomyces hansenii i  pleśni Penicillium chrysogenum na wzrost i  produkcję przez P. nordicum OTA w dojrzewających szynkach, wprowadzając mikroorganizmy na szynki pojedynczo lub łącznie i  przetrzymując je przez 3 tygodnie w  temperaturze 20°C. W  żadnym wariancie szynek nie uzyskano zahamowania wzrostu pleśni P. nordicum, ale we wszystkich zmniejszyło się stężenie OTA, przy czym najlepsze efekty uzyskano w partii szynek zaszczepionej P. nordicum z łącznym dodatkiem P. chrysogenum i D. hansenii, w  przypadku których zaobserwowano znaczne zmniejszenie zanieczyszczenia OTA.
Pleśnie z rodzaju Penicillium, będące również często przyczyną psucia zarówno surowców, jak i produktów spożywczych, dostają się do nich jako zanieczyszczenia wtórne, pochodzące z  powietrza lub linii produkcyjnej.
Grzyby należące do rodzaju Alternaria wytwarzają niskie, aksamitne czarno-szare bądź oliwkowo-brązowe kolonie, od spodu brązowo-czarne lub szaro-czarne. Do wzrostu potrzebują aktywności wodnej w zakresie 0,8-0,9. Ich spory konidialne często występują w  powietrzu zakładów produkcyjnych, ze względu na to, że łatwo kolonizują ściany lub przewody wentylacyjne. Najbardziej rozpoznawalnym gatunkiem z tego rodzaju jest Alternaria alternata, który powodując tzw. czarną zgniliznę, zmienia jakość organoleptyczną produktów spożywczych.
Grzybnia tworzona przez pleśnie z rodzaju Cladosporium charakteryzuje się powolnym tempem wzrostu, zwartą, gęstą, aksamitną strukturą i zielonoszarym zabarwieniem. Dolna strona kolonii przybiera barwę od ciemnozielonej do czarnej. Pleśnie z tego rodzaju izoluje się z gnijących szczątków roślinnych, siana oraz produktów żywnościowych (mięso, sery, warzywa, zboże). Częstą przyczyną psucia mięsa, masła i serów przechowywanych w chłodniach jest szczep Cladosporium herbarum (tzw. pleśń zbożowa), który cechuje się silnymi właściwościami lipolitycznymi, a także zdolnością do aktywnego rozwoju w szerokim zakresie temperaturowym, w tym w warunkach chłodniczych, przy czym minimalna temperatura wzrostu dla niektórych szczepów tego gatunku wynosi –12°C. Rozwój pleśni C. herbarum na produktach spożywczych objawia się tworzeniem czarnych plam. Plamy takie można zaobserwować m.in. na batonach kiełbas zainfekowanych pleśnią zbożową. Pleśnie C. herbarum wytwarzają szkodliwe mykotoksyny (ochratoksyna), a dodatkowo stanowią zagrożenie alergiczne. Cladosporium herbarum oraz Cladosporium cladosporioides należą do gatunków najczęściej występujących w powietrzu.
Zagrożeniem dla trwałości przetworów mięsnych, np. kiełbas surowych, są szeroko występujące w przyrodzie pleśnie z rodzaju Rhizopus. Tworzą one grzybnie o luźnej strukturze. Biała, przechodząca w szarość i barwę żółtobrązową grzybnia pleśni z tego rodzaju wrasta często pod osłonę kiełbas surowych za pomocą pigmentowych chwytników. Pleśnie te są częstym powodem psucia się mięsa przechowywanego w warunkach chłodniczych, ponieważ mogą rozwijać się w szerokim zakresie temperatur (od –8°C do +30°C). Niektóre gatunki z tego rodzaju są zdolne do wytwarzania mykotoksyn. Do najpowszechniej występujących należą gatunki Rhizopus nigricans i R. oryzae.
Pleśnie z  rodzaju Aspergillus tworzą różne kolonie: aksamitne, ziarniste, wełniste, kłaczkowate, a także strefy koncentryczne. Barwa kolonii jest cechą gatunkową – najczęściej młode kolonie są jasne, białe, natomiast po wytworzeniu zarodników przybierają barwę wytworzonych konidiów, np. czarną, brunatnoczarną, zielonobrązową czy żółtą. Konidia są powszechne w powietrzu i bardzo łatwo są wraz z nim przenoszone na duże odległości. Do rodzaju Aspergillus zalicza się około 350 gatunków grzybów. Spośród nich w środowisku najczęściej występują Aspergillus niger, A. wentii oraz chorobotwórcze: A. fumigatus, A. flavus i A. ochraceus, który wytwarza ochratoksynę A.

Pleśnie w przetwórstwie mięsa

Obecność wybranych grzybów strzępkowych na produktach spożywczych, m.in. na niektórych wędlinach, jest korzystna dla dojrzewania produktu oraz rozwoju specyficznych cech smakowych. W związku z tym wykorzystanie tych grzybów jako składników kultur startowych celowo wprowadzanych do produktów spożywczych na początku procesu dojrzewania, znajduje coraz częstsze zastosowanie w przemyśle mięsnym. Kultury startowe to preparaty zawierające aktywne szczepy drobnoustrojów o dokładnie zdefiniowanych właściwościach, które są wykorzystywane jako materiał posiewowy do celów przemysłowych. Większość stosowanych w przemyśle mięsnym preparatów kultur starterowych zawiera w swoim składzie kultury mieszane, składające się zazwyczaj z bakterii fermentacji mlekowej (ang. lactic acid bacteria – LAB) oraz bakterii z rodzaju Micrococcus i Staphylococcus, ale w skład niektórych wchodzą również inne drobnoustroje, w tym pleśnie, jak Penicillium nagliovense, Penicillium camembert czy Penicillium chrysogeum. Wszystkie te mikroorganizmy biorą udział w kreowaniu charakterystycznych cech organoleptycznych (smak, zapach, konsystencja, barwa) oraz trwałości produktów fermentowanych. Na rynku dodatków do żywności dostępne są specjalne mieszanki kultur zapewniające dobre warunki do właściwego procesu, co pozwala na uzyskanie wielu nowych produktów surowo dojrzewających, cenionych przez konsumentów. Dobór kultur pod względem składu oraz aktywności prowadzonych przemian uzależniony jest od parametrów procesu produkcji i dojrzewania (dodatek związków chemicznych, temperatura, wilgotność, czas) oraz charakterystycznej dla wyrobu intensywności smaku i zapachu.
Najważniejszym zagadnieniem przy stosowaniu w kulturach starterowych pleśni jest konieczność wyeliminowania szczepów produkujących mykotoksyny. Dlatego przy selekcji drobnoustrojów, które mają być użyte jako kultury starterowe, przeprowadza się ich ocenę, mającą na celu wykluczenie możliwości tworzenia się substancji szkodliwych dla życia i zdrowia człowieka. Należy też zaznaczyć, że użycie pleśni na powierzchni produktu powinno być zawsze dokładnie przeanalizowane, ponieważ ich stosowanie wymaga oddzielnych pomieszczeń fermentacji, dojrzewania, a także pakowania wyrobów.
Kultury startowe produkowane są najczęściej w formie liofilizowanej lub mrożonej, a sposób ich wprowadzenia do mięsa uzależniony jest od stanu rozdrobnienia produktu. Szczepionki wprowadzane są do farszu mięsnego zwykle po wymieszaniu z zimną wodą lub solanką peklującą. W przypadku wyrobów z mięsa nierozdrobnionego proces zaszczepienia kulturami startowymi jest trudniejszy. Ważną rolę odgrywa tu dobór surowca, ponieważ utrudniona jest dyfuzja składników soli, co powoduje wzrost niepożądanej mikroflory, prowadząc do zepsucia produktu lub wystąpienia zagrożenia zdrowotnego. Również zróżnicowana konsystencja poszczególnych mięśni, będąca m.in. wynikiem obecności tłuszczu na ich powierzchni, może sprawiać problemy technologiczne. Zróżnicowana ilość tłuszczu na powierzchni przekłada się na nierównomierne podsuszanie, którego skutkiem jest różnica aktywności wody pomiędzy mięśniami a tym samym nadmierny wzrost lub zahamowanie rozwoju mikroorganizmów. Istotnym parametrem technologicznym jest również temperatura procesu fermentacji (zwykle 15-26˚C). Niższa temperatura pozwala na uzyskanie produktu wysokiej jakości, o długim okresie dojrzewania, większej ilości i różnorodności
substancji smakowych oraz dłuższym okresie przydatności do spożycia.
Tradycyjne metody produkcji wędlin fermentowanych z mięsa surowego, wykorzystujące aktywność naturalnej mikroflory surowca, nie zapewniały dobrej jakości i trwałości tych wyrobów, zwłaszcza w dużych zakładach przemysłowych. Wprowadzenie zmian w technologii i użycie wyselekcjonowanych kultur mikroorganizmów pozwalają przyspieszyć i kontrolować przemiany mikrobiologiczne podczas produkcji oraz dojrzewania, ujednolicić jakość i zwiększyć trwałość wyrobów.

Literatura

1. Barabasz W., Pikulicka A. 2017. Mykotoksyny – zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt. Część 1. Mykotoksyny – charakterystyka, występowanie, toksyczność dla organizmów. Journal of Health Study and Medicine 3, 65-108.
2. Breza-Boruta B. 2015. Zanieczyszczenie mikrobiologiczne powietrza hal produkcyjnych zakładu przetwórstwa mięsnego jako potencjalne zagrożenie pracowników. Medycyna Środowiskowa 4, 37–42.
3. Breza-Boruta B., Szala B., Kroplewska M. 2016. Powietrze na liniach produkcyjnych zakładu mięsnego jako źródło zanieczyszczenia mikrobiologicznego. Prace Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu 461, 42-54.
4. Cebrián E., Rodríguez M., Peromingo B., Bermúdez E., Núñez F. 2019. Efficacy of the combined protective cultures of Penicillium chrysogenum and Debaryomyces hansenii for the control of ochratoxin a hazards in dry-cured ham. Toxins 11, 710.
5. Chełkowski J. 2010. Mikotoksyny, grzyby toksynotwórcze i mikotoksykozy. Wersja on-line: www.cropnet.pl/mycotoxin.
6. Chróst A. 2016. Grzyby pleśniowe w środowisku człowieka – zagrożenie i skutki zdrowotne. Medycyna Doświadczalna i Mikrobiologia 68, 135-150.
7. Gliński Z. 2019. Mikotoksykoza fumonizynowa zwierząt i człowieka. Życie Weterynaryjne 10, 673-677.
8. Hać-Szymańczuk E., Cegiełka A., Piwowarek K. 2021. Wybrane grzyby strzępkowe w przetwórstwie mięsa. Gospodarka Mięsna 5, 22-25.
9. Hać-Szymańczuk E., Roman J. 2009. Charakterystyka drobnoustrojów wchodzących w skład kultur starterowych i ich wykorzystanie w przetwórstwie mięsa. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 2, 131-135.
10. Jarzynka S., Dąbkowska M., Netsvyetayeva I., Swoboda-Kopeć E. 2010. Mikotoksyny – niebezpieczne metabolity grzybów pleśniowych. Medycyna Rodzinna 4, 113–119.
11. Kołożyn-Krajewska D. 2010. Jakość mikrobiologiczna mięsa i jego przetworów. W: Lucerna w żywieniu ludzi i zwierząt. Monografie (pod red. E.R.Greli), Stowarzyszenie Rozwoju Regionalnego i Lokalnego „Progres”, 126-139.
12. Kotowski K. 2004. Mikotoksykozy świń – problem higieniczno-zdrowotny. Trzoda chlewna 08/09, 178-83.
13. Panasiuk Ł., Piątkowska M., Pietruszka K., Jedziniak P., Posyniak A. 2018. Modyfikowane mykotoksyny – ukryte zagrożenia poza urzędową kontrolą. Życie Weterynaryjne 8, 543-547.
14. Wajdzik J. 2018. Grzyby pleśniowe w produkcji kiełbas surowych. Ogólnopolski Informator Masarski 3, 21-29.
15. Wederska I. 2015. Kultury starterowe w przemyśle mięsnym. Przemysł Spożywczy 5, 24-25.