[Ciekawe] Folia stosowana do pakowania mięsa i przetworów mięsnych, o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych

[Maxell]

WŁAŚCIWOŚCI PRZECIWDROBNOUSTROJOWE FOLII STOSOWANYCH DO PAKOWANIA MIĘSA I PRZETWORÓW MIĘSNYCH

 

 

Opakowania są nieodłącznym elementem wielu surowców i przetworów żywnościowych, a zarazem jednym z najbardziej istotnych czynników wpływających na ich bezpieczeństwo. Folie przeciwdrobnoustrojowe to innowacyjne rozwiązania w zakresie pakowania mięsa i przetworów mięsnych. Dużym zainteresowaniem cieszą się folie biodegradowalne z dodatkiem substancji przeciwdrobnoustrojowych, takich jak olejki eteryczne, bakteriocyny czy też chitozan.

Ich zastosowanie przynosi wiele korzyści, m.in utrzymanie świeżości, zapewnienie bezpieczeństwa żywności i redukcję konieczności stosowania chemicznych środków konserwujących. Przyszłość folii przeciwdrobnoustrojowych jest obiecująca, a dalszy rozwój technologii przyczyni się do jeszcze bardziej zaawansowanych i zrównoważonych rozwiązań w branży opakowań spożywczych.

 

Pakowanie mięsa i przetworów mięsnych jest zaliczane do najważniejszych etapów przetwórstwa surowców po­chodzenia zwierzęcego. Odpowiednie opakowanie jest kluczowe dla utrzymania świeżości takich produktów, a także zapewnienia bezpieczeństwa ich konsumpcji. Dzięki zastoso­waniu w ostatnich latach nowych technologii, łączących postęp w dziedzinie technologii żywności, technologii opakowań, mate­riałoznawstwie, towaroznawstwie i biotechnologii nastąpiła zmia­na dotychczas spełnianych przez opakowania funkcji biernych na aktywne w zabezpieczaniu pakowanego produktu. Rozwój ten przyczynił się m.in. do powstania nowego rodzaju opakowań, ja­kimi są folie przeciwdrobnoustrojowe. Te innowacyjne materiały opakowaniowe oferują szereg korzyści w zakresie zapobiegania rozwojowi drobnoustrojów, a tym samym przedłużania trwałości i zapewnienia wysokiej jakości produktów mięsnych.

Opakowania przeciwdrobnoustrojowe, w tym również folie, są rodzajem opakowań aktywnych, tj. zdolnych do uwalniania substancji o działaniu przeciwdrobnoustrojowym. Głównym ich zadaniem jest hamowanie rozwoju pleśni (szczególnie tych wy­twarzających mykotoksyny) i bakterii chorobotwórczych. Obec­nie wykorzystuje się wiele składników aktywnych o działaniu przeciwdrobnoustrojowym, a ich stosowanie jest regulowane przepisami prawnymi.

 

Składniki materiałów opakowaniowych o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych

 

Wybór środka przeciwdrobnoustrojowego zależy od jego ak­tywności wobec konkretnej grupy mikroorganizmów. Wzrost drobnoustrojów, które mogą zepsuć żywność, jest przewidywal­ny dzięki właściwościom produktów spożywczych, takim jak: pH, aktywność wody, skład chemiczny, a także warunki przecho­wywania. Włączenie aktywnych substancji jako składników folii polimerowych prowadzi często do ich uwalniania w różnych fa­zach „życia" produktów. Ponadto, dyfuzja związków przeciw­drobnoustrojowych z folii do produktów zależy od ich wielkości, kształtu (liniowego, rozgałęzionego lub cyklicznego) i polarności cząsteczki dyfundującej, a także od struktury chemicznej folii

stopnia sieciowania cząsteczkowego. Różne interakcje mię­dzy matrycą polimerową a środkiem przeciwdrobnoustrojowym mogą wykazywać zróżnicowaną efektywność w hamowaniu wzrostu patogenów.

Coraz większe zainteresowanie producentów żywności budzą folie biodegradowalne otrzymywane z naturalnych, odnawialnych surowców, takich jak białka i polisacharydy, z dodatkiem olejków eterycznych, bakteriocyn czy też chitozanu, działających niszczą­co na drobnoustroje. Bezpośrednie dodanie związków przeciwdrobnoustrojowych do żywności skutkuje natychmiasto­wym zmniejszeniem populacji bakterii, jednak ta technika może nie uwzględniać regeneracji uszkodzonych komórek ani wzro­stu komórek, które nie zostały zniszczone przez bezpośrednie dodanie. Dlatego zastosowanie folii przeciwdrobnoustrojowych może umożliwić migrację substancji antybakteryjnych na ich po­wierzchnię, co skutkuje utrzymaniem działania antybakteryjnego na powierzchni żywności podczas przechowywania.

 

Bakteriocyny i postbiotyki

 

Bakteriocyny to polipeptydy uznawane za naturalne substan­cje konserwujące. Wytwarzane są one przez wiele gatunków bakterii. Większość z nich wykazuje działanie antagonistyczne jedynie w stosunku do bakterii spokrewnionych z organizmem, który je wytworzył, chociaż niektóre oddziałują również na bakte­rie niespokrewnione. Najbardziej znaną bakteriocyną jest nizyna. Wytwarzana jest ona przez bakterie z rodzaju Lactococcus i wy­kazuje aktywność przeciwdrobnoustrojową wobec bakterii Gram-dodatnich takich jak: Listeria spp., Staphylococcus aureus czy Bacillus spp., bakterii kwasu mlekowego oraz Clostridium perfringens. Nizyna tworzy przejściowe pory w błonie cytoplazmatycznej,  czego następstwem jest utrata potencjału błony i wyciek meta­bolitów wewnątrzkomórkowych, prowadzący do śmierci komórki. Bakteriocyna ta jest dodawana zarówno do folii wytworzonych z polimerów naturalnych (np. z białek soi lub białek z kukurydzy), jak i syntetycznych (np. z polietylenu).

Istnieje już wiele badań potwierdzających, że nizyna stosowana w foliach i opakowaniach przeciwdrobnoustrojowych pomaga kon­trolować wzrost bakterii, utrzymując jednocześnie wysoką jakość, bezpieczeństwo i przedłużoną trwałość produktów spożywczych. Folie te mają działanie przeciwdrobnoustrojowe wobec niektórych patogenów i mikroorganizmów powodujących psucie żywności, ta­kich jak L monocytogenes, Brochothrix thermosphacta, Micrococcus flavus, Micrococcus luteus, Lactobacillus spp., L innocua, S. aureus i Salmonella Typhimurium. Jednak niektórzy badacze stwierdzili, że zanurzenie wieprzowiny w roztworze nizyny było nieskuteczne wo­bec bakterii z rodzin Pseudomonadaceae i Enterobacteriaceae.

Badane były właściwości przedwbakteryjne do­datków do opakowań wobec bakterii Brochothrix thermosphacta w mięsie wołowym przechowywanym w temperaturze 4°C przez 21 dni. W badaniach wykorzystano folie: z polietylenu; tlenku polietylenu; polietylenu z dodatkiem nizyny; polietylenu, tlenku polietylenu i nizyny oraz polietylenu, nizyny i EDTA (kwas wersenowy). Już po trzech dniach przechowywania mięsa wołowego zauważono obniżenie liczby bakterii B. thermosphacta w wyniku zastosowania folii złożonych z polietylenu, nizyny i EDTA oraz polietylenu, tlenku polietylenu i nizyny w porównaniu z pozosta­łymi. Po upływie 21 dni przechowywania najbardziej aktywnaw stosunku do badanych drobnoustrojów okazała się folia z do­datkiem polietylenu, tlenku polietylenu oraz EDTA. Fakt ten można tłumaczyć dobrą rozpuszczalnością tlenku polietylenu w wodzie i dużą szybkością uwalniania nizyny. Sprawia to, że substancja ta jest aktywna w krótszym czasie niż w foliach, w których nie wy­stępuje ten polimer. Stosowanie nizyny jako dodatku do materiału opakowaniowego jest bardzo dobrym rozwiązaniem, gdyż można dozować określoną ilość bakteriocyny oraz nie ma konieczności bezpośredniego wprowadzania jej do żywności.

W inaktywacji mikroorganizmów efektywna jest również pediocyna. Wykazano, że folie celulozowe z dodatkiem tej bakteriocyny były bardziej efektywne w działaniu przeciwdrobnoustrojowym wobec bakterii L. monocytogenes niż folie z nizyną. Obecność pediocyny skutecznie hamowała wzrost tego szczepu bakterii wprowadzonego na powierzchnię próbek mięsa indyczego, wieprzowego oraz wołowego, w czasie 12 dni ich przechowywania w temperaturze 4°C.

W ostatnim czasie pojawiają się doniesienia związane z wy­korzystaniem w opakowaniach żywności bioaktywnych substan­cji o działaniu przeciwbakteryjnym wytwarzanych przez szczepy bakterii probiotycznych. W przeważającej liczbie przypadków postbiotyki, bo o nich mowa, identyfikuje się jako metabolity szcze­pów probiotycznych, takich jak: 57 dobacterium breve, B. lactis, B. infantis, Bacteroides fragilis, Lactobacillus, a także Escherichia coli i Faecalibacterium prausnitzii. Naukowcy wytwarzali folie opakowaniowe zawierające bakteryjną nanocelulozę i postbiotyki wytwarzane przez bakterie Lactoba­cillus sakei, które zastosowali do pakowania pasztetów z mięsa bawolego. Aby ułatwić włączenie postbiotyków (17% i 30%) do folii, zastosowano m.in. powlekanie wspomagane ultradźwię­kami (40 kHz). Autorzy podają, że liczba bakterii Listeria mono­cytogenes ATCC 19115 w pasztetach zapakowanych w folię z dodatkiem nanocelulozy była porównywalna z liczbą tych bak­terii oznaczonej w próbkach kontrolnych (bez folii) i przekroczyła 107 jtk/g. Natomiast w przypadku próbek pasztetów owiniętych folią z dodatkiem postbiotyku zaobserwowano zmniejszenie o 2,6 log jtk/g liczby tych bakterii podczas 9 dni przechowywania w temperaturze 8°C. Według nich, powlekanie folii wspo­magane ultradźwiękami ułatwiło uwalnianie postbiotyków z folii do matrycy mięsnej, co wskazuje na możliwość jej wykorzystania do pakowania żywności o krótkim terminie przydatności do spożycia.

 

Olejki eteryczne

 

Już od bardzo dawna znane są przeciwbakteryjne właściwości wyciągów z roślin, które są wykorzystywane w wielu dziedzinach. Olejki eteryczne to aromatyczne ciecze otrzymywane z materiału roślinnego, m.in. z kwiatów, pąków, nasion, liści, gałązek, kory, ziół, drewna, owoców i korzeni. Olejki eteryczne są zwykle wytwarzane w procesie destylacji z parą wodną. Skład chemiczny olejków ete­rycznych jest złożony i silnie uzależniony od części rośliny, z której jest pozyskiwany (np. nasiona, kwiaty czy liście), pory zbiorów (przed, w trakcie lub po kwitnieniu) i pochodzenia geograficznego. Wiele olejków eterycznych zostało już zatwierdzonych jako substancje posiadające status GRAS (czyli są ogólnie uznawane za bezpieczne) przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) oraz Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA).

Swoje wielostronne działanie olejki eteryczne zawdzięcza­ją zawartości związków aktywnych, m.in. polifenoli. Są to drugorzędowe metabolity roślin zawierające grupy hydroksylo­we połączone z pierścieniem aromatycznym. Najbardziej rozpo­wszechnioną grupą polifenoli są flawonoidy pełniące wiele waż­nych funkcji w roślinach. Działają one ochronnie na rośliny, gdyż w wyniku ataku drobnoustrojów zwiększa się ich wydzielanie i reagują wtedy z białkami błony komórkowej oraz lipidami, po­wodując naruszenie błony. Następuje wtedy wyciek jonów z ko­mórki, denaturacja białek i zaburzenie metabolizmu, prowadzące do śmierci komórki. Prowadzone są też liczne badania właści­wości przeciwdrobnoustrojowych ekstraktów i olejków eterycz­nych jako składników materiałów opakowaniowych wykonanych z naturalnych polimerów. Ograniczeniem w ich stosowaniu do produktów spożywczych są powodowane przez nie zmiany cech sensorycznych żywności, w szczególności zapachu.

Wiele olejków eterycznych zostało już przebadanych pod kątem aktywności przeciwbakteryjnej po wprowadzeniu ich do folii czy też powłok. Były to m.in. olejki z: bergamotki (Citrus bergamia), cyna­monu (Cinnamomum verum), kolendry (Coriandrum sativum), goź­dzików (Syzygium aromaticum L.), cyprysowy (Cupressus sempervi- rens L.), kopru (Foeniculum vulgare Miller), czosnku (Allium sativum), imbiru (Zingiber cff cinale), lawendy (Lavandula stoechas), trawy cy­trynowej (Cymbopogon citratuś), oregano (<Origanum vulgare), sosny (iPinus sylvestris), rozmarynu (Rosmarinus cff cinalis), szałwii (Salvia cff cinalis) i tymianku (Thymus vulgaris).

Olejek z oregano został wprowadzony m.in. do folii wytworzo­nych z udziałem izolatu białka serwatkowego, które zostały użyte do pakowania próbek świeżej wołowiny. W tym doświadczeniu badano działanie przeciwbakteryjne folii z dodatkiem olejku z orega­no wobec mikroflory rodzimej obecnej w mięsie wołowym (ogólna liczba drobnoustrojów, bakterie kwasu mlekowego i Pseudomonas spp.) podczas jego przechowywania w temperaturze 5°C. Wyniki do­świadczenia wykazały, że zastosowanie powyższych folii zmniejszy­ło blisko dwukrotnie szybkość wzrostu ogólnej liczby drobnoustro­jów oraz bakterii Pseudomonas, podczas gdy wzrost bakterii kwasu mlekowego został całkowicie zahamowany. Jednocześnie autorzy zaobserwowali pogorszenie parametrów mechanicznych folii.

Do folii polimerowych dodawano także ekstrakt z grejpfruta, zawierający duże ilości proantocyjanidyn, związków flawonowych. Wykazano, że folie wykonane z alginianu oraz karagenu z dodatkiem ekstraktu z grejpfruta charakteryzowały się aktyw­nością przeciwdrobnoustrojową względem bakterii Micrococcus luteus, Listeria innocua, Escherichia coli oraz Staphylococcus aureus. Również dodatek ekstraktu z pestek winogron do folii uzyskanych z agarozy otrzymanej z czerwonych glonów skutkował zmniej­szeniem liczby bakterii E. coli i L monocytogenes na powierzchni wędlin podczas ich przechowywania w temperaturze 4°C przez 5 dni. Wykazano większą aktywność filmów wytworzonych z mieszaniny agarozy oraz żelatyny z dodatkiem 0,1% ekstraktu z pestek grejpfruta względem tych samych szczepów bakterii.

Zaobserwowano też zmniejszenie liczby komórek bakterii już po 1 godzinie inkubacji wędlin w temperaturze 37°C.

 

Chitozan

 

Chitozan jest nietoksycznym, naturalnym biopolimerem po­siadającym unikalne właściwości. Sprawiają one, że jest bardzo dobrym składnikiem wprowadzanym zarówno bezpośrednio do produktów spożywczych, jak i do materiałów opakowaniowych. Wykazuje on działanie bójcze względem licznych bakterii Gram-dodatnich oraz Gram-ujemnych, wirusów oraz grzybów. Mecha­nizm działania przeciwdrobnoustrojowego chitozanu polega na łączeniu się jego dodatnio naładowanych cząstek ze ścianą komórkową drobnoustrojów poprzez tworzenie wiązań z kwasami tejchojowymi bakterii Gram-dodatnich lub fosfolipidami bakterii Gram-ujemnych. Prowadzi to do wycieku substancji z komórki, a następnie do jej śmierci. Dodatkowo wiąże on wodę i niezbędne dla drobnoustrojów metale, hamuje aktywność niektórych enzy­mów, syntezę białek oraz mRNA poprzez penetrację w jądrach komórek mikroorganizmów.

Chitozan jest dobrym materiałem do wytwarzania folii polisacharydowo-białkowych, ponieważ silnie oddziałuje z białka­mi, dzięki interakcjom między dodatnio naładowanymi grupami obecnymi w cząsteczkach tego polisacharydu a ujemnie nałado­wanymi grupami zawartymi w makrołańcuchach białek. Chitozan wykazuje zdolność do tworzenia błon bez konieczności użycia innych składników, a otrzymane filmy i powłoki są odporne na ogrzewanie, charakteryzują się dobrą przepuszczalnością dla tlenu i dwutlenku węgla, ale mniejszą niż syntetyczne folie poli­etylenowe oraz wykazują wystarczająco dobre właściwości me­chaniczne. Ponadto wzbogacenie opakowania chitozanowego w substancję o działaniu przeciwdrobnoustrojowym pozwala uzyskać rodzaj jadalnego opakowania aktywnego.

W przypadku wieprzowiny przechowywanej w temperaturze chłodniczej przez 8 dni najbardziej efektywne w ograniczaniu zmian oksydacyjnych było zastosowanie 1% roztworów chitoza­nu o masie cząsteczkowej 30 kDa i 120 kDa. Właściwości przeciwdrobnoustrojowe powłoki chitozanowej nałożonej na chło­dzone mięso wołowe zostały wzmocnione przez dodatek kwasu monometylofumarowego, czego skutkiem było wydłużenie okre­su przydatności mięsa do spożycia o około 8 dni.

 

Podsumowanie

 

Wykorzystanie folii zawierających substancje przeciwdrobnoustrojowe może przynieść więcej korzyści niż bezpośrednie dodawanie tych związków do żywności. Antybakteryjne opakowania stanowią obiecującą i dynamicznie rozwijającą się technologię, w której sub­stancje czynne są włączane lub nanoszone na materiały opakowa­niowe, aby przedłużyć okres przydatności do spożycia pakowanej żywności. W przypadku, gdy użycie folii przeciwdrobnoustrojowych nie usuwa w pełni niepożądanej w produkcie mikroflory, to mogą one pełnić rolę dodatkowego zabezpieczenia po przeprowadzo­nych procesach przetwarzania, takich jak obróbka termiczna czy ciśnieniowanie.

 

Autorki: Elżbieta Hać-Szymańczuk i Aneta Cegiełka