Aktywność przeciwbakteryjna fitochemikaliów i ich zastosowanie jako naturalnych konserwantów w przemyśle mięsnym

[Maxell]

AKTYWNOŚĆ PRZECIWBAKTERYJNA FITOCHEMIKALIÓW I ICH POTENCJALNE ZASTOSOWANIE JAKO NATURALNYCH KONSERWANTÓW W PRZEMYŚLE MIĘSNYM

 

 

Mięso stanowi środowisko sprzyjające rozwojowi mikroorganizmów. Powoduje to zmianę pH, tworzenie się śluzu, degradację elementów strukturalnych, nieprzyjemny zapach czy zmianę wyglądu. Szybkość tych niekorzystnych zmian zależy od różnych czynników, między innymi: praktyk hodowlanych przed ubojem, wieku zwierzęcia w momencie uboju, postępowania podczas uboju, przetwarzania i dystrybucji mięsa, metod konserwacji, rodzaju opakowania oraz sposobu przechowywania produktu przez konsumenta.

 

Autoutlenianie lipidów i wytwarzanie wolnych rodników to naturalne procesy, które wpływają na kwasy tłuszczowe i prowadzą do oksydacyjnego pogorszenia jakości mięsa i powstania nieprzyjemnego posmaku. Hydroliza lipidów może przebiegać w mięsie enzymatycznie lub nieenzymatycznie. W komórkach mięśniowych zwierząt rzeźnych w sposób naturalny działają enzymy, które pełnią rolę katalizatorów reakcji chemicznych, co ostatecznie kończy się zepsuciem mięsa. Zmiękczenie i zielonkawe zabarwienie mięsa wynika z degradacji tkanek i złożonych związków (węglowodanów, tłuszczów i białek) w procesie autolizy.

Konieczne jest zatem ograniczenie procesu psucia się mięsa, w celu wydłużenia jego okresu przydatności do spożycia oraz zachowania wartości odżywczej, tekstury i smaku. Co więcej, właściwe utrwalenie mięsa daje wiele korzyści gospodarczych, społecznych i ekonomicznych w postaci: zmniejszenia kosztów produkcji mięsa i jego przetworów, lepszego wykorzystania zdolności magazynowych, uniezależnienia przetwórstwa od sezonowych wahań produkcji żywca rzeźnego, możliwości kształtowania dostaw mięsa i przetworów mięsnych na rynek wewnętrzny (krajowy) w zależności od potrzeb, rytmicznego eksportu przetworów mięsnych. W ostatnim czasie dąży się do znalezienia takich sposobów utrwalania mięsa, które będą przede wszystkim chronić przed rozwojem drobnoustrojów, działać przeciwutleniająco, ale co bardzo ważne wzbogacać mięso w związki bioaktywne, zapobiegając wystąpieniu wielu chorób u ludzi oraz wspomagając leczenie już tych występujących.

Przyprawy można zdefiniować jako naturalne produkty roślinne lub ich mieszanki, bez żadnych obcych substancji, które są używane do aromatyzowania i przyprawiania żywności. Wiele z nich zawiera fitozwiązki, czyli substancje wykazujące aktywność biologiczną i właściwości prozdrowotne. Nazwa ‘fitozwiązki’ pochodzi od greckiego słowa „fito” – roślina, bo są wytwarzane przez rośliny dla własnej ochrony, ale przyjmowane w pożywieniu przydatne w zapobieganiu chorobom człowieka.

Substancje te wykazują działanie antyoksydacyjne, przeciwzapalne, immunomodulujące (stymulujące układ odpornościowy). Część badań naukowych potwierdza możliwość obniżenia zachorowania na niektóre typy nowotworów dzięki spożywaniu pokarmów bogatych w aktywne biologicznie fitozwiązki. Substancje te działają ochronnie na komórki, jak i stymulują mechanizmy naprawcze. Do najlepiej poznanych biologicznie aktywnych związków roślinnych należą polifenole, a wśród nich na szczególną uwagę zasługują flawonoidy. Spośród związków siarki najbardziej znana jest allicyna, zaliczana do fitoncydów, czyli naturalnych substancji wytwarzanych przez rośliny w celu obrony przed drobnoustrojami. Istotne dla ochrony przed chorobami nowotworowymi mogą być również karotenoidy, czyli rozpuszczalne w tłuszczach barwniki roślinne. Dobrze przebadane pod kątem prewencji różnym chorobom cywilizacyjnym są również alkaloidy czy sterole i stanole roślinne.

Pandemia spowodowana przez koronawirusa SARS-CoV-2, doprowadziła do niszczycielskich skutków dla zdrowia i gospodarki na całym świecie. Kilku firmom farmaceutycznym udało się wdrożyć do praktycznego zastosowania szczepionki. Wciąż jednak trwają prace nad ich udoskonalaniem, a także poszukuje się innych środków farmakologicznych zapobiegających infekcjom wirusowym i je leczących. Z tego względu ostatnio coraz częściej zwraca się uwagę na wyniki badań dotyczących znaczenia immunomodulacyjnego i działania przeciwwirusowego ziół i przypraw. Ponieważ nie zostały jeszcze opracowane skuteczne leki na zahamowanie wirusa grypy i koronawirusów, uzasadnione jest promowanie stosowania odpowiedniej diety i preparatów ziołowych jako terapii profilaktycznej. Liczba istniejących doniesień literaturowych niepodważalnie dowodzi, że zioła mają potencjalne właściwości przeciwwirusowe i mogą być stosowane w terapii uzupełniającej w celu zapobiegania infekcjom i wzmacniania odporności. W publikacjach Korkmaz [2021], pod tytułem „Could sumac be effective on COVID-19 treatment?”, Belhassan’a i in. [2021] „Camphor, Artemisinin and Sumac Phytochemicals as inhibitors against COVID-19: Computational approach” czy Forouzanfar’a i in. [2022] „The Effect of Pomegranate Juice and Sumac Consumption in the Treatment of Outpatients with COVID-19” opisano, iż sumak, produkt wytwarzany z rośliny krzewiastej należącej do rodzaju Rhus, może być skuteczny w leczeniu zakażenia. Roślina ta jest bogata w różne klasy fitochemikaliów, w tym kwasy organiczne, związki fenolowe, flawonoidy, izoflawonoidy, garbniki ulegające hydrolizie, antocyjany, terpenoidy i inne związki, takie jak buteina, irydoid i pochodne kumaryny. Jeśli chodzi o zawartość witamin, owoce sumaka zawierają tiaminę, ryboflawinę, pirydoksynę, cyjanokobalaminę, nikotynamid, biotynę i kwas askorbinowy. Analiza składu mineralnego owoców sumaka wykazała, że pierwiastkami dominującymi są potas, wapń, magnez, żelazo, cynk i miedź. Dzięki swojej bioaktywności sumak garbarski (Rhus coriaria) ma silne właściwości przeciwutleniające, które mają działanie łagodzące i terapeutyczne, także w przypadku wielu powszechnych chorób, w tym układu krążenia, cukrzycy i raka [Alsamri i in., 2021; Batiha i in., 2022].

Obecnie wzrasta zainteresowanie wykorzystaniem ekstraktów sumaka przez przemysł spożywczy jako naturalnych konserwantów. W badaniu wykazano, że ekstrakty wodne z owoców sumaka mają silne działanie przeciwutleniające i przeciwbakteryjne przeciwko chorobotwórczym bakteriom przenoszonym przez żywność. Wykorzystanie sumaka jako naturalnego konserwantu może wydłużyć okres przydatności do spożycia produktów żywnościowych, a nawet podnieść ich wartość odżywczą. Oceniany był wpływ traktowania powierzchni mięsa brojlerów ekstraktem z sumaka, wodą destylowaną i kwasem mlekowym, mając na celu przede wszystkim poprawę jego jakości mikrobiologicznej i wydłużenie okresu przydatności do spożycia. Autorzy stwierdzili, że skuteczność ekstraktu sumaka była porównywalna z kwasem mlekowym i wyższa niż wody destylowanej, co czyni go dobrą alternatywą dla odkażania żywności syntetycznymi i chemicznymi środkami przeciwdrobnoustrojowymi. Co ciekawe, skrzydełka drobiowe potraktowane ekstraktem z sumaka charakteryzowały się pożądaną barwą w ocenie sensorycznej, w przeciwieństwie zarówno do skrzydełek potraktowanych wodą destylowaną, jak i kwasem mlekowym, które przybrały nieprzyjemną barwę.

Celem pracy Mahlooji i in. [2020] było zbadanie przeciwdrobnoustrojowego działania ekstraktu z sumaka w mielonej wołowinie zakażonej wielolekoopornymi bakteriami Escherichia coli. Ekstrakt z sumaka pozyskano metodą maceracji. Po zaszczepieniu mięsa mielonego próbki przeniesiono do lodówki (4°C) i rozpoczęto sześciodniowy okres przechowywania w celu przeprowadzenia badań mikrobiologicznych obejmujących oznaczenie całkowitej liczby Pseudomonas, Escherichia coli, pleśni i drożdży. Wyniki testów przeciwdrobnoustrojowych wykazały, że dodatek ekstraktu z sumaka do próbek mięsa mielonego istotnie zapobiegł rozwojowi wszystkich mikroorganizmów. Aktywność przeciwdrobnoustrojowa wzrastała wraz ze wzrostem koncentracji ekstraktu. Generalnie można stwierdzić, że zastosowany dodatek jest znakomitym źródłem związków przeciwbakteryjnych i może być stosowany w produktach spożywczych, takich jak mięso i produkty mięsne.

Korzystne efekty leczenia czy zapobiegania wirusom wskazano również w raportach naukowych Gupty i in. [2020], czy Babaei i in. [2020] na temat kurkumy. Autorzy prac informują, że przyprawa ta zawiera składniki fitochemiczne - rozpuszczalne w tłuszczach, polifenolowe barwniki znane jako kurkuminoidy, do których zalicza się głównie kurkuminę (deferulolylometan), a także demetoksykurkuminę i bisdemetoksykurkuminę. Związki te mają właściwości przeciwwirusowe, przeciwzapalne, przeciwbólowe, przeciwgorączkowe i przeciwutleniające. Ciekawostką jest również fakt, że kurkuma przyspiesza proces gojenia ran. W Centrum Badań nad Rakiem w Houston udowodniono, że kurkumina działa przeciwnowotworowo. Badania przeprowadzone przez naukowców na Uniwersytecie w Teksasie także potwierdziły, iż kurkumina niszczy w organizmie złośliwe komórki rakowe [Ravindran i in., 2009; Chanda i Ramachandra, 2019; www. planteon.pl]. Kurkuma jest używana w przemyśle spożywczym w postaci sproszkowanego korzenia, nadając potrawom charakterystyczną żółtą barwę i lekko korzenny oraz delikatnie ostry smak. Co bardzo ważne, przyprawa ta działa przeciwdrobnoustrojowo, co wynika z obecności w niej kurkuminoidów, olejku kurkumowego, turmerolu i kwasu welerynowego. Chandrana i in. (2005) oraz Kim i in. (2005) podali, że ekstrakt z kurkumy był skuteczny przeciwko Escherichia coli, Bacillus subtilis i Staphylococcus aureus. Negi i in. [1999] oraz Nisar i in. [2005] donieśli, że składniki kurkumy, również wykazują aktywność przeciwbakteryjną w stosunku do szerokiej gamy drobnoustrojów, w tym Bacillus cereus, Bacillus coagulans, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus. Escherichia coli i Psuedomonas aeruginosa. Celem pracy Demirhana [2020] było zbadanie wpływu kurkumy na pH i jakość mikrobiologiczną klopsików mięsnych. Do wyrobów dodano 2% i 4% kurkumy i próbki te przechowywano chłodniczo. Wartości pH, ogólną liczbę bakterii tlenowych, bakterii z grupy coli, bakterii kwasu mlekowego i ilość Staphylococcus aureus analizowano w codziennych odstępach przez pięć dni. Wykazano, że wartość pH próbek mięsa z kurkumą była niższa niż w kontroli (bez użycia kurkumy), a dodatek przyprawy w ilości 4% wpływał korzystnie na jakość mikrobiologiczną klopsików. Obecnie, aby zwiększyć działanie i biodostępność kurkuminy, stosuje się substancje pomocnicze (dodatek piperyny powoduje wzrost biodostępności kurkuminy), czy wykorzystuje nanotechnogię. Stąd też, analizy przeprowadzone przez Ahmed Al-Zubaidi [2021] polegały na ocenie wpływu nanoekstraktów cynamonu i kurkumy na jakość mikrobiologiczną mielonej wołowiny przechowywanej w lodówce w temperaturze 2°C przez 12 dni. Badanie obejmowało sześć różnych zabiegów T1 jako kontrola z dodatkiem wody, T2 jako kontrola bez dodatku, następnie T3 (kurkuma 248,3 ppm), T4 (kurkuma 496,9 ppm) oraz T5 (cynamon 83,08 ppm) i T6 (cynamon 166,16 ppm). Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że dodanie ekstraktów cynamonu i kurkumy do mięsa przyczyniło się do zmniejszenia ogólnej liczby drobnoustrojów, w tym bakterii psychrofilnych i z grupy coli, które powodują psucie się mięsa.

W ostatnim czasie wzrosło również zainteresowanie terapeutycznymi właściwościami rozmarynu, zawierającego wiele składników biologicznie aktywnych, w tym kwasu karnozowego, karnozolu, kwasu rozmarynowego i olejku eterycznego. Dlatego też rozmaryn stosowany jest w produktach farmaceutycznych i medycynie tradycyjnej, a także jako środek aromatyzujący, przeciwutleniający i przeciwdrobnoustrojowy w produktach spożywczych [Kompelly i in., 2019; de Macedo i in., 2020]. Zbadano wpływ różnych form rozmarynu (sproszkowany: RP; ekstrakt: REX; olejek eteryczny: REO; oleożywica: ROL) na trwałość pakowanych próżniowo burgerów z surowego mięsa jagnięcego. Ogólną liczbę drobnoustrojów, Enterobacteriaceae, Pseudomonas spp. oraz bakterii kwasu mlekowego analizowano przez 14 dni. Próba kontrola nie zawierała przyprawy. Stwierdzono, że liczba drobnoustrojów wzrastała wraz z wydłużeniem czasu przechowywaniem we wszystkich próbkach mięsa. Jednak wyniki mogą być interesujące dla przemysłu mięsnego, ponieważ okres przydatności do spożycia był różny i wynosił dwa tygodnie dla burgerów z REX, REO i ROL, ale tylko 10 dni dla RP [Vergara i in., 2021]. Al-hijazeen [2021] ocenił wpływ olejku eterycznego z oregano (OE) i ekstraktu z rozmarynu (RE) na przeżywalność i wzrost Staphylococcus aureus oraz ogólną liczbę bakterii tlenowych w gotowanym mielonym mięsie drobiowym przechowywanym w różnych temperaturach.

Zastosowano pięć zabiegów obejmujących:

 

1) kontrolę (bez dodatków);

2) 150 ppm OE;

3) 350 ppm RE;

4) 150 ppm OE + 350 ppm RE; i 

5) 14 ppm mieszaniny butylohydroksyanizolu i butylohydroksytolunu (BHA/BHT).

 

Po ugotowaniu próbki zapakowano próżniowo i przechowywano (7 dni) w różnych temperaturach (10, 25, 43°C). Ustalono, że wszystkie dodatki wykazywały istotne działanie przeciwdrobnoustrojowe w odniesieniu do próbki kontrolnej. Zarówno OE, jak i RE charakteryzowały się porównywalnym działaniem przeciwdrobnoustrojowym z syntetycznym (BHA/ BHT) we wszystkich temperaturach przechowywania. Jednak połączenie OE + RE okazało się najbardziej efektywne spośród stosowanych dodatków hamujących wzrost rozpatrywanych drobnoustrojów podczas przechowywania burgerów. Wstępne badania naukowe in silico sugerują, że czarnuszka może być używana w fitoterapii, ponieważ zawiera nigelledynę, α-hederynę, hederageninę, tymohydrochinon i tymochinon, mające wysokie lub umiarkowane powinowactwo do enzymów i białek SARS-CoV-2. Związki te mogą potencjalnie hamować replikację wirusa i przyłączanie się do receptorów komórek gospodarza [Koshak i Koshak, 2020; Islam i in., 2021]. Optymalna jakość mikrobiologiczna mięsa zajmuje szczególną pozycję w kształtowaniu jego bezpieczeństwa. El-Ghareeb i Ismail [2021] podjęli się oceny czystości mikrobiologicznej (głównie poprzez oznaczenie całkowitej liczby drobnoustrojów, bakterii psychrofilnych, bakterii z grupy coli) mięsa wielbłądziego w postaci mielonej, burgera i kiełbasy sprzedawanych w sklepach spożywczych w Arabii Saudyjskiej. Uzyskane wyniki wskazały na niezadowalający stan mikrobiologiczny wyrobów, w szczególności mięsa mielonego. Dlatego też naukowcy przeprowadzili próbę poprawy jakości mikrobiologicznej mielonego mięsa wielbłądziego z zastosowaniem oleju z nasion czarnuszki siewnej (Nigella sativa) i papryki (Capsicum annuum) w różnych stężeniach. Znaczące zmniejszenie liczby drobnoustrojów osiągnięto po potraktowaniu klopsików z mielonego mięsa wielbłądziego tymi olejami w ilości 2%. Tłoczony na zimno olej z nasion czarnuszki został włączony do mielonego mięsa wołowego, w celu analizy jego przeciwdrobnoustrojowego działania hamującego wzrost patogenów przenoszonych przez żywność (Listeria monocytogenes Scott A i Salmonella Enteritidis PT4), podczas próżniowego przechowywania w temperaturze 4°C przez 15 dni. Zastosowany dodatek znacznie opóźnił wzrost bakterii, zatem oleje roślinne bogate w związki fenolowe mogą służyć jako nowe środki przeciwdrobnoustrojowe i być stosowane w żywności funkcjonalnej w celu zapewnienia korzyści zdrowotnych, jak i działania przeciwdrobnoustrojowego. Właściwości te wynikają z ich potencjału redoks, który może odgrywać rolę w gaszeniu reaktywnych form tlenu, neutralizowaniu wolnych rodników i chelatowaniu metali, takich jak kationy żelaza i miedzi [singh i in., 2014; Mahgoub i in., 2017].

Mięso jest produktem podatnym na psucie się z powodu przemian zachodzących w nim pod wpływem drobnoustrojów, a także szybkiego utleniania i autolizy enzymatycznej. Rozkład tłuszczu, białka i węglowodanów w mięsie powoduje powstawanie nieprzyjemnego zapachu czy posmaku, które sprawiają, że nie nadaje się do spożycia. Przyprawy używane jako środki aromatyzujące od czasów starożytnych, a w ostatnich dziesięcioleciach jako naturalne konserwanty żywności mogą zapobiegać tym niekorzystnym zmianom.

Wiele z nich ma właściwości terapeutyczne, ściśle związane z tym, iż stanowią bogate źródło fitozwiązków.

 

Autorzy:

dr hab. inż. Agnieszka Starek-Wójcicka, prof. uczelni

dr Agnieszka Sagan

mgr Emilia Osmólska