Wykorzystanie technologii barierowej do uzyskania bezpieczniejszej i świeższej żywności

Nadmierne przetwarzanie produktów (np. w przypadku wyrobów mięsnych) może prowadzić do strat w smaku, konsystencji, a w ostatecznym rozrachunku – do spadku zysków. Technologia płotków (znana również jako technika kombinowana lub technologia barierowa) to cenne narzędzie w walce z nadmiernym przetwórstwem. Łączy ona różne czynniki lub techniki konserwacji, aby osiągnąć łagodne, ale niezawodne utrwalenie żywności.

Współpraca na rzecz bezpieczeństwa żywności

Technologia płotków w sposób celowy łączy istniejące i nowe techniki konserwacji, tworząc szereg czynników zabezpieczających, których mikroorganizmy nie są w stanie pokonać. Do takich płotków można zaliczyć temperaturę, aktywność wodną, kwasowość, potencjał redoks, substancje konserwujące, organizmy konkurencyjne, witaminy, składniki odżywcze i inne.

Jak działają płotki

Aby się rozwijać i rozmnażać, mikroorganizmy muszą utrzymywać homeostazę – stabilne i zrównoważone środowisko wewnętrzne. Płotki mają na celu zaburzenie jednego lub większej liczby mechanizmów homeostazy, co powoduje, że drobnoustroje stają się nieaktywne lub giną. Najlepsze kombinacje płotków zaburzają kilka mechanizmów homeostazy jednocześnie. To wielokierunkowe podejście jest skuteczniejsze niż działanie jednopunktowe i pozwala na zastosowanie płotków o mniejszym nasileniu.

Poniższy rysunek przedstawia, jak płotki współdziałają w celu ograniczenia wzrostu drobnoustrojów.

Rysunek 1 przedstawia kilka przykładów połączonych procesów. Każda z ilustracji za pomocą przerywanych linii i strzałek wskazuje, czy dane procesy są skuteczne w powstrzymywaniu wzrostu mikroorganizmów, czy też nie. Na przykład w przypadku nr 3 sama temperatura nie była skuteczną metodą kontroli, ale aktywność wodna w połączeniu z temperaturą zapobiegły rozwojowi mikroorganizmów. W przykładzie 4 zastosowane płotki okazały się niewystarczające, aby powstrzymać wzrost drobnoustrojów. W tym przypadku konieczne byłoby zwiększenie intensywności płotka temperaturowego poprzez chłodzenie.

Synergia czy antagonizm

Należy również wziąć pod uwagę wzajemny wpływ płotków na siebie. Czasami drugi czynnik po prostu zwiększa skuteczność pierwszego. Innym razem czynniki działają synergistycznie, sprawiając, że ich wspólny efekt jest jeszcze większy. Może się jednak zdarzyć, że jeden czynnik osłabi lub negatywnie wpłynie na skuteczność innego, częściowo lub całkowicie niwelując działanie jednego bądź obu czynników. Zjawiska te muszą zostać dokładnie zbadane przed zastosowaniem kombinacji różnych czynników.

Aktywność wodna jako płotek

Aktywność wodna (aw) jest jednym z najbardziej użytecznych płotków, zarówno stosowanym samodzielnie, jak i w połączeniu z innymi metodami. Istnieją konkretne wartości aktywności wodnej, poniżej których określone drobnoustroje nie mogą się rozwijać, oraz taka wartość, poniżej której nie proliferuje żaden mikroorganizm. Te granice wzrostu drobnoustrojów dotyczą każdego rodzaju żywności, a w zasadzie każdego produktu porowatego.

Aktywność wodna a pH: płotki synergistyczne

Aktywność wodna i pH działają synergistycznie, umożliwiając kontrolę wzrostu mikroorganizmów w stopniu niedostępnym przy zastosowaniu tylko jednego z tych czynników. Ten efekt synergii jest częścią definicji żywności potencjalnie niebezpiecznej (tzw. potentially hazardous foods) według FDA.

Tabela A może posłużyć do określenia, czy poddana obróbce cieplnej i zapakowana żywność jest żywnością potencjalnie niebezpieczną (PHF), żywnością niebędącą PHF, czy też wymaga oceny produktu (Product Assessment). Żywność musi spełniać wymagania dotyczące gotowania określone w rozdziale 3-401.11 Kodeksu Żywnościowego (Food Code) (zakaz częściowej obróbki termicznej) w celu wyeliminowania patogenów wegetatywnych. Patogeny przetrwalnikowe pozostają jedynymi budzącymi obawy zagrożeniami biologicznymi. Żywność jest pakowana w celu zapobiegania wtórnemu skażeniu, dzięki czemu wyższe wartości pH i aktywności wodnej mogą być bezpiecznie tolerowane.

Tabela B może posłużyć do ustalenia, czy żywność niepoddana obróbce cieplnej bądź poddana obróbce cieplnej, lecz nieopakowana, jest żywnością potencjalnie niebezpieczną (PHF), bezpieczną (Non-PHF) czy wymagającą oceny produktu. Żywność niepoddana obróbce cieplnej może zawierać komórki wegetatywne oraz przetrwalniki patogenów. Żywność poddana obróbce cieplnej, ale nieopakowana, może ulec ponownemu skażeniu. Wartości pH uwzględnione w tabeli B muszą obejmować poziom 4,2, ponieważ Staphylococcus aureus może rozwijać się w takich warunkach.

Graniczne wartości pH dla wzrostu drobnoustrojów

Podobnie jak aktywność wody, pH ogranicza wzrost określonych mikroorganizmów w ściśle określony sposób. Wszystkie organizmy preferują pH obojętne, jednak większość z nich potrafi rozwijać się w środowisku bardziej kwaśnym, przy czym w przypadku większości mikroorganizmów wzrost ustaje przy pH 5. Choć wartość 4,6 była kiedyś uważana za granicę dla wzrostu wszystkich drobnoustrojów, istnieje kilka gatunków zdolnych tolerować pH tak niskie jak 4,2.

Wartość pH jest często kontrolowana poprzez bezpośrednie dodanie kwasu do produktu, takiego jak ocet, kwas mlekowy, kwas cytrynowy lub sok owocowy. Można ją również obniżyć poprzez dodanie naturalnie kwaśnych składników, takich jak pomidory, lub w procesie fermentacji, który wykorzystuje kwas mlekowy wytwarzany przez określone bakterie w celu obniżenia pH i zapobiegania rozwojowi innych mikroorganizmów.

W poniższej tabeli przedstawiono, jak aktywność wodna i pH wybranych popularnych produktów spożywczych współdziałają w kontroli wzrostu drobnoustrojów. Konfitura truskawkowa ma bardzo wysoką aktywność wodną, jednak obecność kwasu cytrynowego sprawia, że pH jest wystarczająco niskie, aby zapobiec rozwojowi mikroorganizmów. Musztarda również charakteryzuje się bardzo niskim pH i wysoką aktywnością wodną. Te dwa produkty są konserwowane za pomocą pH, a nie aktywności wodnej. Syrop klonowy z kolei jest konserwowany dzięki niskiej aktywności wodnej. Cukier zawarty w syropie działa jako substancja utrzymująca wilgoć, która utrzymuje aktywność wodną na niskim poziomie.

Majonez charakteryzuje się bardzo wysoką aktywnością wody, jednak zawartość octu utrzymuje jego pH na poziomie 4,1. Niskie pH oznacza, że produkt nie sprzyja rozwojowi drobnoustrojów. Ze względu na wysoką zawartość tłuszczu jest on jednak podatny na utlenianie lipidów. Majonez jest przechowywany w lodówce nie po to, aby zapobiec rozwojowi drobnoustrojów, lecz jełczeniu. Co ciekawe, nie ma bezpośredniej zależności między aktywnością wody a pH. Dodanie kwasu do produktu w celu obniżenia jego pH ma minimalny wpływ na aktywność wody.

Kiełbasa fermentowana: bariery w praktyce

Fermentowane kiełbasy typu salami zachowują trwałość w temperaturze otoczenia przez długi czas. W poszczególnych etapach procesu dojrzewania kluczową rolę odgrywa sekwencja barier. Pierwszymi zastosowanymi barierami są sól oraz azotan, które hamują rozwój wielu obecnych w wyrobie bakterii. Inne bakterie mnożą się na tym etapie, zużywają tlen i powodują spadek potencjału redoks, co hamuje rozwój organizmów tlenowych i sprzyja selekcji bakterii kwasu mlekowego. Bakterie te proliferują, powodują zakwaszenie produktu i zwiększają barierę pH. Podczas długiego procesu dojrzewania salami początkowe bariery słabną. Azotyny ulegają wyczerpaniu. Liczba bakterii kwasu mlekowego maleje. Potencjał redoks i pH rosną. Jednak w miarę wysychania salami to aktywność wody staje się główną barierą zabezpieczającą kiełbasę. Proces peklowania podczas produkcji kiełbas fermentowanych musi być prowadzony z dużą starannością.

Rosnąca lista barier

W konserwowaniu żywności zidentyfikowano około 50 różnych barier. Oprócz najważniejszych i powszechnie stosowanych, takich jak temperatura, pH i aktywność wody, istnieje wiele innych potencjalnie cennych rozwiązań. Przykłady obejmują ultrawysokie ciśnienie, sonikację manotermiczną, inaktywację fotodynamiczną, pakowanie w atmosferze modyfikowanej, jadalne powłoki ochronne, etanol, produkty reakcji Maillarda oraz bakteriocyny.

‍