Dr hab. inż. Agnieszka Starek-Wójcicka, prof. uczelni
Dr Agnieszka Sagan
Mgr inż. Emilia Osmólska
Psucie żywności jest zjawiskiem naturalnym i nieuniknionym. Degradacja mikrobiologiczna i utlenianie to dwa główne czynniki, które generują istotne straty ekonomiczne dla przemysłu mięsnego i mogą stanowić poważny problem dla zdrowia konsumentów. Jednak odpowiednie przygotowanie produktów może zminimalizować ryzyko tego typu niekorzystnych procesów.
Stosowanie syntetycznych dodatków i konserwantów w celu zapewnienia bezpieczeństwa i jakości żywności jest szeroko praktykowane na całym świecie. Wśród tych dodatków przemysł mięsny wykorzystuje wiele barwników i przeciwutleniaczy ograniczających procesy oksydacyjne oraz pogorszenie barwy mięsa i produktów mięsnych. Azotyny oraz azotany należą do grupy środków konserwujących przyczyniających się do przedłużenia przydatności do spożycia (lub trwałości) mięsa i produktów mięsnych. Związki te mają za zadanie zapobieganie rozwojowi bakterii Staphylococcus aureus czy Listeria monocytogenes, a przede wszystkim Clostridium botulinum, której toksyna (jad kiełbasiany) jest jedną z najsilniejszych trucizn biologicznych. Poza tym poprawiają walory sensoryczne gotowego produktu (zapewniają stabilność barwy, polepszają oraz utrwalają smak i zapach).
Jednak zgodnie z opinią światowej Organizacji Zdrowia (WHO) obecność azotanów i azotynów w żywności, szczególnie w dużych ilościach, przekraczających dopuszczalne normy, jest zagrożeniem dla zdrowia ludzkiego. Ich nadmierne spożycie może wywoływać określone skutki toksykologiczne i prowadzić do zatruć pokarmowych. Ogromnie duży nacisk na ograniczenie ilości stosowanych azotanów i azotynów w przetwórstwie mięsnym położono wówczas, gdy stwierdzono możliwość powstawania N-nitrozoamin w peklowanych przetworach mięsnych. Mają one działanie neuro- i nefrotoksyczne oraz muta- i teratogenne. Mogą wykazywać właściwości rakotwórcze, powodując rozwój nowotworu przełyku, żołądka, jelita grubego, trzustki, stercza, jajników oraz piersi. Azotyny mogą wiązać się z hemoglobiną krwi i poprzez trwałe jej zablokowanie uniemożliwiać przenoszenie tlenu wewnątrz organizmu, powodując niedotlenienie tkanek i organów. Do najczęstszych objawów zatrucia należą: bóle brzucha, zaczerwienienie twarzy, zawroty głowy, sinica będąca objawem wystąpienia met-hemoglobinemii, duszności, tachykardia, zamroczenie, spadek ciśnienia krwi, aż do wystąpienia zapaści. Szczególnie narażone na przedawkowanie tymi związkami są niemowlęta i dzieci, ponieważ ich hemoglobina jest bardziej wrażliwa na działanie tych substancji.
Maksymalna dawka azotynów, jaką człowiek może spożyć codziennie bez uszczerbku na zdrowiu (ADI, Acceptable Daily Intake), wynosi 0,1 mg/kg masy ciała. W przypadku azotanów wartość ta jest nieco większa – 5 mg/kg masy ciała/dzień. Należy jednak pamiętać, iż wchłonięcie na przykład 1 g azotynu potasu (E249) powoduje już zatrucie organizmu, a 4 g są dawką śmiertelną dla dorosłego człowieka. Podobnie jest w przypadku azotynu sodu, przy czym dla dzieci ilości te są znacznie mniejsze.
Mięso niepeklowane zawiera stosunkowo niską zawartość azotanów i azotynów – około 2,5 mg/kg (dopuszczalne 0,15 – 11,12 mg/kg). W takiej sytuacji praktycznie niemożliwe jest przekroczenie dopuszczalnych ilości tych związków. W przypadku, gdy surowiec przeznaczony do dalszego przetwórstwa zawiera już np. 10 mg/kg szkodliwych związków, to kolejny etap obróbki mięsa, np. peklowanie, spowoduje przekroczenie dopuszczalnych dawek tych związków. Zawartość azotanów i azotynów zmniejsza się podczas przechowywania produktu, z powodu przemiany barwników hemowych do nitrozylopochodnych oraz dysmutacji azotynu
do azotanu. W dzisiejszych czasach konsumenci domagają się bardziej naturalnych produktów, co ogranicza przemysł mięsny w stosowaniu dodatków syntetycznych. Ponadto istnieje globalna tendencja do zwiększonego udziału w diecie żywności funkcjonalnej o udokumentowanych właściwościach prozdrowotnych, której spożycie może poprawiać stan zdrowia i samopoczucia, a także zmniejszać ryzyko chorób. Pomimo niemożności całkowitego zrezygnowania z tych związków w przemyśle mięsnym, ich stosowanie jest ograniczane. Występuje ciągłe zainteresowanie alternatywnymi źródłami cennych i naturalnych dodatków zwiększających stabilność i bezpieczeństwo produktów pochodzenia zwierzęcego.
Jak się okazuje nie tylko zioła czy przyprawy, ale i warzywa zawierają związki bioaktywne, głównie związki fenolowe o właściwościach przeciwutleniających i przeciwdrobnoustrojowych. Mogą one być pomocne w zmniejszeniu narażenia konsumentów na nitrozoaminy za pomocą dwóch mechanizmów. Po pierwsze, istnieje kilka dowodów na to, że związki fenolowe mogą pomóc kontrolować wzrost patogenów w produktach mięsnych poprzez bezpośredni spadek pH (za względu na obecność kwasów organicznych w ekstraktach roślinnych), a także zapobiegać utlenianiu lipidów i białek. Po drugie, związki fenolowe mają zdolność wychwytywania azotynów, co może pomóc w uniknięciu powstawania tlenku azotu w kwaśnym pH żołądka, pośrednio zapobiegając endogennemu powstawaniu nitrozoamin. Jednak biorąc pod uwagę strukturę, masę cząsteczkową oraz właściwości chemiczne, fizyczne i biologiczne, związki fenolowe stanowią bardzo niejednorodną grupę chemiczną. Zawartość/stężenie tych związków różni się istotnie w zależności od gatunku, odmiany, sezonu wegetacyjnego czy części danej rośliny.
Dodatkowo w ostatnim czasie wiele uwagi poświęca się „peklowaniu” za pomocą bogatych w azotyny warzyw (w różnej formie i proporcjach) [Pośpiech i Frankowska, 2009; Kędzior, 2014; Makała, 2019; Martínez i in., 2019; Bakhsh i in., 2021; Bernardo i in., 2021; www.smart-ecoworld.com].
Do wielu produktów mięsnych zastosowano odpowiednio przygotowane produkty warzywne. Jednym z nowatorskich osiągnięć było użycie proszku z selera do nakładania powierzchniowego na świeże mięso, które pakowano w zmodyfikowanej atmosferze o niskiej zawartości tlenu (patent przyznany firmie Tyson Foods, Inc.). Rezultatem badań był rozwój nitrozylomioglobiny na powierzchni produktu, która ma jasny wiśniowy kolor, wizualnie nie do odróżnienia od koloru oksymioglobiny świeżego mięsa w środowisku tlenowym. Do wyrobu dołączono również środek (gumę ksantanową), aby zminimalizować dyfuzję azotynów poza powierzchnię produktu, a tym samym zapobiec wewnętrznemu zaróżowieniu mięsa, które może wystąpić po gotowaniu [Baublits i Sawyer, 2012; Sebranek i in., 2012].
Eisinaitė i in. [2020] zbadali również możliwość zamiany syntetycznych azotanów i azotynów na azotany z liofilizowanego selera w kiełbasach wędzonych na zimno w celu poprawy ich jakości i bezpieczeństwa. Wyroby zawierające 2,58% selera liofilizowanego (co odpowiada 150 mg/kg azotanów), 150 mg/kg azotynów oraz 150 mg/kg azotanów wytworzono z S. xylosus lub z mieszaniną S. xylosus i P. pentosaceus . Podczas procesu fermentacji i dojrzewania oceniano takie cechy jak właściwości fizykochemiczne, jakość mikrobiologiczną oraz względne zmiany form mioglobiny. Na niższe wartości pH (5,04–5,10) wpłynęło zastąpienie azotynów syntetycznych lub azotanów azotanami z selera liofilizowanego w kiełbasach wędzonych na zimno. Resztkowa zawartość azotanów w kiełbasie zależała od rodzaju azotanów i kultur starterowych użytych do produkcji wędlin. Ogólna ilość form czerwonej mioglobiny (oksymioglobiny i deoksymioglobiny) była bardzo zbliżona we wszystkich kiełbasach wędzonych na zimno; natomiast mniejsze wartości zaczerwienienia (8,50–9,32) zaobserwowano w kiełbasach z selerem liofilizowanym. Wyniki przedstawionych badań wskazują, że można zastosować liofilizowany seler zamiast azotynu przy zachowaniu tej samej jakości i bezpieczeństwa kiełbas wędzonych na zimno. Niezbędny jest jednak odpowiedni dobór kultur starterowych, aby zapewnić kontrolowaną fermentację.
Celem innych analiz było porównanie składu chemicznego liofilizowanych proszków warzywnych z selera, pasternaku i pora oraz z liofilizowanego soku z selera. Oceniono również wpływ tych dodatków na proces dojrzewania oraz właściwości suchych kiełbas fermentowanych. Produkty roślinne istotnie różniły się składem chemicznym, gdyż selerowe dodatki zawierały większe ilości azotanów, związków fenolowych ogółem, a mniej sacharozy, pasternak miał wyższą zawartość białka, a por tłuszczu. Całkowita zawartość związków fenolowych w warzywach liofilizowanych wynosiła średnio: dla selera 1593 mg/kg, liofilozowanego soku selerowego 1446 mg/kg, pasternaku 524 i pora 471 mg/kg. Analiza pH, aktywności wody, bakterii kwasu mlekowego, koagulazo-dodatnich gronkowców i bakterii z grupy coli wykazała, że włączenie warzyw liofilizowanych nie miało negatywnego wpływu na proces fermentacji i dojrzewania kiełbas fermentowanych na sucho. Ponadto parametry barwy kiełbas z dodatkiem liofilizowanych produktów selerowych były znacznie bardziej stabilne. Ustalono również, że pod koniec procesu dojrzewania dodatek soku z liofilizowanego selera przyczynił się do wytworzenia kiełbasy o lepszej stabilności czerwonego koloru, w porównaniu z wyrobami kontrolnymi lub wytwarzanymi z dodatkiem liofilizowanych warzyw. Analiza tekstury wykazała, że kiełbasy ze wszystkimi użytymi produktami roślinnymi były bardziej miękkie niż te pozbawione liofilizowanych warzywnych dodatków. Co więcej, wyroby kontrolne, wykazywały największe ubytki masy po obróbce termicznej spośród wszystkich przygotowanych produktów. Wyniki uzyskane w badaniu sugerują, że liofilizowany seler, pasternak i por, a także liofilizowany sok z selera, mają pewien potencjał do wykorzystania jako składniki funkcjonalne i/lub źródła pośrednich dodatków azotan w produkcji kiełbas fermentowanych [Eisinaite i in., 2016].
Burak ćwikłowy to kolejne warzywo o wysokiej wartości przemysłowej. Cenione ze względu na wysoką zawartość przeciwutleniaczy (betalainy, związki fenolowe) i barwników (betalainy), a także konserwantów (azotanów), które można stosować do zmiany składu produktów mięsnych, ograniczając w ten sposób liczbę i ilość dodatków syntetycznych. Nie bez znaczenia są również smak, właściwości odżywcze, jak i walory zdrowotne buraka ćwikłowego. Jednak pomimo tego wielkiego potencjału zastosowanie warzywa przez przemysł mięsny jest bardzo ograniczone. Obserwując wyniki uzyskane w różnych badaniach naukowych widać, że występują trudności w jednoznacznym wykazaniu efektów, jakie dodatek buraków wywiera na produkty mięsne. W badaniach wykorzystuje się bowiem różne wyroby mięsne przygotowane na wiele sposobów (surowe, gotowane, suszone /fermentowane). Ponadto naukowcy wykorzystują buraki w postaci proszku, ekstraktu, soku itp. [Domínguez i in., 2020].
Analizy przeprowadzone przez Aykın-Dinçer i in. [2021] wskazują, że burak ma znaczny potencjał do wykorzystania jako naturalny barwnik w kiełbasach fermentowanych i poddanych obróbce termicznej. Wyniki potwierdziły, że zastosowanie ekstraktu i proszku z buraków ograniczało utlenianie lipidów w czasie przechowywania wyrobów. Wynikało to z właściwości antyoksydacyjnych betalain i związków fenolowych zawartych w warzywie. Analiza barwy wykazała, że dodatek ekstraktu z buraków i proszku z buraków do kiełbas skutkował obniżeniem wartości L* i b*, natomiast podwyższeniem wartości a* w porównaniu z kontrolą (pozbawioną dodatków). Zastosowanie ekstraktu i proszku z buraków pozytywnie wpłynęło na wygląd, barwę, smak i ogólną akceptację kiełbas. Podsumowując, ekstrakt i proszek z buraków są bardzo dobrą alternatywą dla karminu (ciemnoczerwonego barwnika pochodzenia zwierzęcego), ponieważ nie tylko utrzymują wybarwienie, ale także ograniczają przechowalnicze zmiany frakcji tłuszczowej kiełbas wołowych.
W kolejnym doświadczeniu naukowcy [Ozaki i in., 2021] wykorzystali utarte (grubość 2 mm), wysuszone konwekcyjnie w piecu z obiegiem powietrza w 38°C przez 24 godziny i zmielone w młynku (do uzyskania cząstek ≤ 0,21 mm) buraki ćwikłowe i rzodkiewki. Oba proszki były przechowywane w temperaturze -18°C w workach pakowanych próżniowo do czasu produkcji suchych kiełbas fermentowanych z ich udziałem. Przygotowano i oceniono podczas procesu dojrzewania i czasu przechowywania 6 wyrobów: C1 (kontrola z 150 mg/kg azotynu sodu i 150 mg/kg azotanu sodu), C2 (kontrola bez azotynu sodu/azotanu), R05 (0,5% rzodkiewki proszek), R1 (1% proszek z rzodkiewki), B05 (0,5% proszek z buraków) i B1 (1% proszek z buraków). Dodatek proszków warzywnych wpływał na wilgotność, ubytek masy i aktywność wodną kiełbas. Analizy mikrobiologiczne wykazały, że po 35 dniach suszenia i po 60 dniach przechowywania wyroby mogły być bezpiecznie spożywane. W żadnym przypadku nie wykryto bakterii z grupy coli. Dodatek 1% proszku z rzodkiewki okazał się jednak najlepszą opcją zastępującą azotyny, gdyż wyroby charakteryzowały się odpowiednim pH i właściwą barwą. Natomiast zastosowanie 1% proszku buraczanego skutkowało zbytnim pociemnieniem wyrobu (Rys. 1.).
Generalnie badanie to dowodzi, że istnieją naturalne źródła zastępujące azotyn sodu w postaci proszków z rzodkiewki i buraków.
W ostatnim czasie pojawił się również pomysł na włączenie pomidorów do wyrobów mięsnych. Uzyskano wiele obiecujących wyników, które sugerują, że wykorzystanie (odpowiednio przetworzonych) pomidorów jako naturalnych dodatków może wydłużyć okres przydatności do spożycia produktów mięsnych, dostarczając konsumentowi żywność zawierającą wyłącznie naturalne składniki.
W badaniach skupiono się głównie na włączeniu proszku pomidorowego do receptury kotletów wieprzowych i burgerów wołowych oraz koncentratu pomidorowego do kotletów wołowych. Jeśli chodzi o utlenianie lipidów, dodatek do kotletów koncentratu pomidorowego (5, 10 i 15%) i proszku pomidorowego (0,25, 0,5, 0,75 i 1%) skutkował niższymi wartościami substancji reagujących z kwasem tiobarbiturowym (TBARS) w porównaniu do próbek kontrolnych. Dodatkowo w obu badaniach zaobserwowano, że aktywność przeciwutleniająca była zależna od dawki, co można przypisać działaniu likopenu. W czasie przechowywania wyroby z tymi naturalnymi dodatkami posiadały niezmienioną barwę, dzięki likopenowi (kolor czerwony) obecnemu w przecierze i proszku pomidorowym oraz jego działaniu przeciwutleniającemu. Wyniki uzyskane w analizie sensorycznej wykazały najwyższe oceny barwy w pasztecikach z proszkiem pomidorowym i nie stwierdzono różnic między kontrolą a próbkami wzbogaconymi pastą pomidorową. W przeciwieństwie do tego, dodanie proszku pomidorowego do hamburgerów wołowych skutkowało niską oceną barwy w porównaniu z kontrolą. Prawdopodobnie ze względu na wzrost pomarańczowego odcienia tych próbek, odmiennego od oczekiwanego w konwencjonalnym hamburgerze. Jednak wraz z włączeniem proszku pomidorowego do tych produktów wzrosła ich ogólna akceptowalność [Domínguez i in., 2020; Castro i in., 2021].
W ostatnich latach konsument w sposób bardziej świadomy dokonuje wyboru spożywanych przez siebie produktów, zwracając zdecydowanie większą uwagę na zawartość w nich określonych składników. Dotyczy to zwłaszcza stymulatorów smaku, konserwantów i innych tego typu dodatków stosowanych (szczególnie często) w przetwórstwie mięsa. Klienci oczekują produktów nisko przetworzonych, które jednocześnie będą charakteryzowały się dobrym smakiem, odpowiednią teksturą, barwą i co najważniejsze spełniały wymagania bezpieczeństwa mikrobiologicznego. W związku z tym przemysł mięsny poszukuje alternatyw dla dodatków syntetycznych, badając wiele różnych rodzajów warzyw, które zawierają naturalne barwniki, przeciwutleniacze, konserwanty (azotany), które można stosować do przeformułowania produktów mięsnych, ograniczając w ten sposób liczbę i ilość
dodatków syntetycznych. Coraz więcej doniesień naukowych wskazuje, że zastosowanie odpowiednio przygotowanych warzyw poprawia jakość produktów mięsnych, zmniejszając utlenianie lipidów i zwiększając stabilność w okresie przydatności do spożycia produktów mięsnych, przy zachowaniu lub zwiększeniu właściwości sensorycznych i ogólnej akceptowalności. Należy jednak przeprowadzić więcej badań w celu dokonania oceny, czy w ten sposób przygotowane produkty nadają się do wprowadzenia na rynek.
Literatura
Aykın-Dinçer, E., Güngör, K. K., Çağlar, E., & Erbaş, M. (2021). The use of beetroot extract and extract powder in sausages as natural food colorant. International Journal of Food Engineering, 17(1), 75-82.
Bakhsh, A., Lee, S. J., Lee, E. Y., Hwang, Y. H., & Jo, S. (2021). Traditional plant-based meat alternatives, current and a future perspective: A review. Journal of Agriculture and Life Sciences, 55, 1-10.
Baublits, R. T., & Sawyer, J. T. (2012). U.S. Patent Application No. 13/577,871.
Bernardo, P., Patarata, L., Lorenzo, J. M., & Fraqueza, M. J. (2021). Nitrate is nitrate: The status quo of using nitrate through vegetable extracts in meat products. Foods, 10(12), 3019.
Castro, T. A., Leite, B. S., Assunção, L. S., de Jesus Freitas, T., Colauto, N. B., Linde, G. A., … & Ferreira Ribeiro, C. D. (2021). Red tomato products as an alternative to reduce synthetic dyes in the food industry: A review. Molecules, 26(23), 7125.
Domínguez, R., Gullón, P., Pateiro, M., Munekata, P. E., Zhang, W., & Lorenzo, J. M. (2020). Tomato as potential source of natural additives for meat industry. A review. Antioxidants, 9(1), 73.
Domínguez, R., Munekata, P. E., Pateiro, M., Maggiolino, A., Bohrer, B., & Lorenzo, J. M. (2020). Red beetroot. A potential source of natural additives for the meat industry. Applied Sciences, 10(23), 8340.
Eisinaitė, V., Tamkutė, L., Vinauskienė, R., & Leskauskaitė, D. (2020). Freeze-dried celery as an indirect source of nitrate in cold-smoked sausages: Effect on safety and color formation. LWT, 129, 109586.
Eisinaite, V., Vinauskiene, R., Viskelis, P., & Leskauskaite, D. (2016). Effects of Freeze‐Dried Vegetable Products on the Technological Process and the Quality of Dry Fermented Sausages. Journal of food science, 81(9), C2175-C2182.
Kędzior, W. (2014). Substancje dodatkowe w przetwórstwie mięsa i warunki ich stosowania. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie, 927(03), 9-20.
Makała, H. (2019). Charakterystyka żywności ekologicznej pochodzenia zwierzęcego i czynników jej wyboru przez konsumentów. Przemysł Spożywczy, 73 (7), 33-39.
Martínez, L., Bastida, P., Castillo, J., Ros, G., & Nieto, G. (2019). Green alternatives to synthetic antioxidants, antimicrobials, nitrates, and nitrites in clean label Spanish chorizo. Antioxidants, 8(6), 184.
Ozaki, M. M., Munekata, P. E., Jacinto-Valderrama, R. A., Efraim, P., Pateiro, M., Lorenzo, J. M., & Pollonio, M. A. R. (2021). Beetroot and radish powders as natural nitrite source for fermented dry sausages. Meat Science, 171, 108275.
Pośpiech, E., & Frankowska, A. (2009). Azotany III i V–ich zastosowanie i przyszłość w przetwarzaniu mięsa. Medycyna Weterynaryjna, 65(12), 803-806.
Sebranek, J. G., Jackson-Davis, A. L., Myers, K. L., & Lavieri, N. A. (2012). Beyond celery and starter culture: Advances in natural/organic curing processes in the United States. Meat Science, 92(3), 267-273.
https://pl.smart-ecoworld.com/6674386-meatless-meat-discover-the-latest-vegetable-alternatives
