Nowa generacja opakowań ograniczających wzrost mikroorganizmów

Nowa generacja opakowań
ograniczających wzrost mikroorganizmów
Małgorzata Nowacka
W dobie rozwijającej się produkcji dań gotowych, produktów
do bezpośredniego spożycia oraz żywności minimalnie przetworzonej,
zmieniająca się technologia produkcji żywności, zmiany praktyk handlu
detalicznego oraz globalizacja w handlu żywnością stawiają nowe wyzwania
dla produkcji bezpiecznej żywności [1].
P
oszukiwanie innowacyjnych sposobów
hamowania wzrostu bakterii w żywności,
przy jednoczesnym utrzymaniu jej wysokiej
jakości i bezpieczeństwa, prowadzi do zastosowania aktywnych opakowań opracowanych
w taki sposób, aby zawierały aktywne składniki, których przeznaczeniem jest stopniowe
uwalnianie się do żywności lub absorbowanie substancji w niej zawartych [12, 14]. Nowa generacja tego typu opakowań może zawierać materiały o właściwościach antybakteryjnych, które zmniejszają ryzyko rozwoju
patogenów żywnościowych oraz zwiększają
trwałość produktu. Opakowania te stanowią
barierę opóźniającą niekorzystny wpływ otoczenia na jakość opakowanego produktu oraz
pozytywnie oddziaływają na otoczenie produktu i sam produkt, spełniając tym samym oczekiwania konsumentów poszukujących żywności nisko przetworzonej, wygodnej do przygotowania, o długim okresie przydatności do
spożycia.
Obecnie prowadzonych jest wiele badań
ukierunkowanych na projektowanie opakowań
zawierających naturalne składniki o działaniu
przeciwbakteryjnym. Pierwszym krajem, który
na szeroką skalę zastosował i do tej pory stosuje opakowania ograniczające wzrost mikroorganizmów, jest Japonia. Jednym z materiałów
Rys. 1. Saszetki wypełnione aktywną substancją – absorbery tlenu i wilgoci [16]
46
aktywnych, szeroko stosowanym jest plastikowy film zawierający allil izotiocyjanianu – silną
antymikrobiologiczną substancję ekstrahowaną z gorczycy lub wasabi [5, 10]. Substancja
ta powoduje m.in. niszczenie szczepu bakterii
Escherichia coli 0157:H7 wywołującego choroby układu pokarmowego i moczowego [4].
Jednakże ze względu na silny zapach izotiocyjanianów są one stosowane głównie w krajach
azjatyckich [10].
Opakowania ograniczające rozwój mikroorganizmów mogą przybierać różne formy,
tj.: saszetki lub poduszeczki zawierające
związki o właściwościach przeciwbakteryjnych, umieszczenie w opakowaniu tradycyjnym, substancje ograniczające wzrost mikroflory włączonych w strukturę polimeru, powłok antymikrobiologicznych zastosowanych
na powierzchni polimeru, unieruchomionych
za pomocą wiązań jonowych lub kowalencyjnych środków przeciwbakteryjnych w polimerach oraz polimerów, które z natury mają właściwości przeciwdrobnoustrojowe [1].
W opakowaniach zawierających saszetki
wypełnione aktywną substancją najczęściej
spotyka się absorbery tlenu i wilgoci (rys. 1),
szczególnie przy pakowaniu pieczywa, makaronów czy mięsa. Absorbery tlenu, obniżając
zawartość tlenu, spowalniają wzrost mikroorganizmów tlenowych. Podobnie pochłaniacz wilgoci, obniżając aktywność wody w opakowaniu,
zmniejsza dostępność wody potrzebnej do rozwoju drobnoustrojów. Często też stosowanymi
substancjami aktywnymi są etanol, który ma na
celu zahamowanie wzrostu pleśni, szczególnie
w piekarnictwie, i dwutlenek siarki stosowany
w zabezpieczeniu owoców i warzyw przed rozwojem pleśni [5]. Natomiast poduszeczki często są wykorzystywane do ograniczania wycieku ze świeżego mięsa czy ryb, a jednocześnie
mogą zawierać kwasy organiczne [1]. Aktywność przeciwdrobnoustrojowa kwasów organicznych polega na ich zdolności do penetracji
błony cytoplazmatycznej w stanie niezdesocjo-
WAZENIE
wanym, a następnie dysocjacji wewnątrz komórki, co prowadzi do obniżenia pH i zakłócenia metabolizmu komórkowego, a tym samym
do ograniczenia wzrostu mikroorganizmów [6].
Substancjami ograniczającymi wzrost mikroflory włączanymi do struktury polimeru są
różnego rodzaju naturalne substancje o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych [1].
Opakowania aktywne wytwarzane z naturalnych polimerów o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych otrzymuje się poprzez adsorpcję lub immobilizację za pomocą wiązań
kowalencyjnych i jonowych w matrycę polimerową substancji eliminujących rozwój mikroorganizmów. Wprowadzane związki powinny
mieć status GRAS (ang. Generalny Recognised
As Safe)[6].
Wśród najczęściej stosowanych aktywnych
składników eliminujących rozwój mikroorganizmów znajdują się bakteriocyny, ekstrakty przypraw oraz olejki eteryczne, enzymy, kwasy organiczne, konserwanty i dodatki do żywności
oraz srebro [4].
Bakteriocyny to białkowe metabolity wytwarzane przez bakterie gramdodatnie i gramujemne wykazujące działanie przeciwdrobnoustrojowe. Pod względem funkcjonalnym należą do
grupy związków antymikrobiologicznych [7].
Związki te mają wysoką termostabilność nawet
do 121°C, są hipoalergiczne i ulegają szybkiemu rozkładowi w ludzkim przewodzie pokarmowym [2, 4, 7]. Najczęściej bakteriocyny
są umieszczane w jadalnej powłoce lub filmie,
który następnie nanoszony jest na opakowanie. Powłoki takie muszą spełniać określone
wymogi, aby stanowiły opakowanie aktywne,
tj.: po zabiegach niezbędnych do przygotowania powłoki bakteriocyny powinny charakteryzować się aktywnością, mieć dobrą przyczepność do folii z tworzywa sztucznego, tak
aby nie następowały jej ubytki częściowe lub
w całości w trakcie magazynowania i manipulacji opakowaniami oraz odpowiednią strukturę umożliwiającą uwalnianie związków antymikrobiologicznych do żywności w odpowiednich
ilościach [8]. Najbardziej poznaną bakteriocyną jest nizyna, która powoduje zahamowanie
wzrostu wielu gatunków bakterii. Jest jedyną
bakteriocyną produkowaną w skali przemysłowej, szeroko stosowaną jako naturalny i bezpieczny konserwant żywności [2, 5]. Ponadto
n
DOZOWANIE
n
PAKOWANIE
za pomocą niektórych bakteriocyn, takich jak:
enterocyna A i B, enterocyna 416K1, sakacyna,
pediocyna AcH, można kontrolować i ograniczyć wzrost bakterii, tj. Listeria monocytogenes w produktach pochodzenia zwierzęcego [8].
Cennym składnikiem opakowań jest także
chitozan otrzymywany w wyniku deacetylacji
chityny. Jest on polimerem, który ze względu
na swoją bioaktywność – zwłaszcza działanie
antybakteryjne, nietoksyczność, biodegradowalność – ma szerokie zastosowanie. Właściwości chitozanu zależą od masy cząsteczkowej, stopnia deacetylacji, stężenia, pH i składu
środowiska, w którym się znajduje [6]. Jednocześnie charakteryzuje się on wysoką adhezyjnością oraz ma właściwości filmotwórcze,
w związku z czym może stanowić powłokę antybakteryjną bądź też być nośnikiem dla innych
antymikrobiologicznych związków [9].
W ostatnich latach szczególne zainteresowanie wzbudzają polifenole pozyskiwane
z ekstraktów roślinnych [6]. Ekstrakty z przypraw są bogate w związki fenolowe, które mają
właściwości antyoksydacyjne i antymikrobiologiczne. Olejki eteryczne z oregano i czosnku mogą być wykorzystywane do przeciwdziałania rozwojowi takich mikroorganizmów, jak:
Staphylococcus aureus, Salmonella enteritidis, Listeria monocytogenes, Escherichia coli,
Lactobacillus plantarum. Również olejek z bazylii ma właściwości konserwujące [4]. Podobne zastosowanie powłoki z cynamonem do
opakowania z papieru ogranicza wzrost drobnoustrojów i przedłuża trwałość produktu
(rys. 2) [11].
W opakowaniach jako związki mające działanie antymikrobiologiczne stosowane są kwasy organiczne, konserwanty i dodatki do żywności. Ich właściwości i skuteczność są na
ogół dobrze znane i łatwo dostępne. Związki
te są unieruchamiane za pomocą wiązań jonowych lub kowalencyjnych w polimerach i działają bezpośrednio na żywność, która jest pakowana w tego rodzaju opakowanie [3]. Kwas
sorbowy i jego sole są szeroko stosowane jako
konserwanty w różnych produktach spożywczych. Sorbinian potasu ze względu na dobrą
rozpuszczalność, stabilność i łatwość produkcji jest najczęściej stosowaną substancją jako
konserwant żywności. Związki te również można zastosować jako czynnik aktywny w opakowaniach. Ponadto niektóre badania wskazują,
że podczas przechowywania w temperaturze
10°C kwas octowy, kwas mlekowy czy benzoesan potasu prowadzą do zmniejszenia liczby
bakterii Listeria monocytogenes w wędzonej
kiełbasie [4, 5].
W opakowaniach o właściwościach przeciwbakteryjnych stosowane są również systemy oparte na dobrze znanych właściwościach
WAZENIE
n
DOZOWANIE
n
a)
b)
Rys. 2. Truskawki
przechowywane
przez 7 dni w temperaturze 4°C w papierowym opakowaniu
pokrytym powłoką
zawierającą olejek
cynamonowy (a)
i bez powłoki (b) [11]
Rys. 3. Mechanizm uwalniania jonów srebra z zeolitu [15]
przeciwbakteryjnych jonów srebra [5, 10]. Jony srebra hamują szereg enzymów metabolicznych komórki drobnoustroju. Opakowania z jonami srebra są powszechnie stosowane w Japonii. Kryształ zeolitu zastosowany jako nośnik
pozwala na uwalnianie jonów srebra i ich wymianę z innymi jonami, głownie jonami sodu
obecnymi w wilgotnym środowisku. Mechanizm uwalniania jonów srebra z kryształu zeolitu przedstawiono na rysunku 3 [9, 15].
Korzystanie z antybakteryjnych materiałów opakowaniowych w żywności może zminimalizować zanieczyszczenie mikrobiologiczne
powierzchni produktu spożywczego podczas
przechowywania, transportu i dystrybucji [14].
Opakowania ograniczające rozwój mikroorganizmów redukują wzrost drobnoustrojów
poprzez kontakt substancji antymikrobiologicznych z żywnością oraz zmniejszają ryzyko potencjalnego zanieczyszczenia wtórnego
żywności. Opakowania te nie wyeliminują całkowitego wzrostu patogenów, a jedynie mogą
go ograniczyć. Aktywne związki zastosowane
w opakowaniach są narzędziem do kontroli patogenów obok metod tradycyjnych, tj. stosowanie obniżonych temperatur, i mogą pomóc
w zapobieganiu rozwojowi i wzrostowi róż-
PAKOWANIE
nego rodzaju drobnoustrojów, a w niektórych
przypadkach spowodować zmniejszenie ich
poziomu.
Główne działanie powłok antymikrobiologicznych opiera się na migracji substancji przeciwdrobnoustrojowych do powierzchni żywności, choć niektóre powłoki są skuteczne wobec wzrostu mikroorganizmów bez migracji jej
składników do żywności [9]. Niektóre związki
aktywnych opakowań mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa konsumentów, jeżeli
wydzielanie związków antymikrobiologicznych
nie jest ściśle kontrolowane przez mechanizm
znajdujący się w materiale opakowaniowym
[5, 11, 14]. Dlatego też nie należy zapominać
o tym, że próby sprostania nowym wyzwaniom na rynku opakowaniowym niosą za sobą
również wielką odpowiedzialność za zdrowie
konsumenta. Ogólne przepisy w sprawie bezpieczeństwa tego typu opakowań przedstawia
rozporządzenie 1935/2004 w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu
z żywością, natomiast szczegółowe wymagania w ww. zakresie przedstawia rozporządzenie
nr 450/2009 w sprawie aktywnych i inteligentnych materiałów i wyrobów przeznaczonych do
kontaktu z żywnością [12, 13].
47
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
48
A ppendinia P., Hotchkiss J. H., 2002: Review
of antimicrobial food packaging. Innovative
Food Science & Emerging Technologies 3,
113–126.
B łaszczyk U., 2008: Bakteriocyny – właściwości i zastosowanie. Laboratorium
10/2008, 28–32.
Buonocore G. G., Conte A., Corbo M. R., Sinigaglia M., Del Nobile M. A., 2005: Monoand multilayer active films containing lysozyme as antimicrobial agent. Innovative
Food Science and Emerging Technologies 6,
459–464.
oma V., 2008: Bioactive packaging technoC
logies for extended shelf life of meat-based
products. Meat Science 78, 90–103.
Dainellia D., Gontardb N., Spyropoulosc D.,
Zondervan -van den Beukend E., Tobback P.,
2008: Active and intelligent food packaging:
legal aspects and safety concerns. Trends in
Food Science & Technology 19, 103–112.
Gottfrield K., Sztuka K., Statroszczyk H.,
Kołodziejska I., 2010: Biodegradowalne i ja-
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
dalne opakowania do żywności z polimerów
naturalnych. Opakowanie, 8/2010, 26–36.
Gwiazdowska D., Trojanowska K., 2005: Bakteriocyny – właściwości i aktywność przeciwdrobnoustrojowa, Biotechnologia 1 (68),
114–130.
Iseppi R., Pilati F., M arini M., Toselli M.,
Niederhäusern S., Guerrieri E., Messi P., Sabia C., M anicardi G., A nacarso I., B ondi M.,
2008: Anti-listerial activity of a polymeric
film coated with hybrid coatings doped with
Enterocin 416K1 for use as bioactive food
packaging. International Journal of Food
Microbiology 123, 281–287.
K erry J.P., O’Grady M.N., Hogan S.A., 2006:
Past, current and potential utilisation of active and intelligent packaging systems for
meat and muscle-based products: A review.
Meat Science 74, 113–130.
M arkarian J., 2006: Consumer demands
push growth in additives for active packaging, Plastics Additives & Compounding
September/October 2006, 30–33.
Rodriguez A., Batlle R., Nerin C., 2007: The
use of natural essential oils as antimicrobial
WAZENIE
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
solutions in paper packaging. PartII. Progress in Organic Coatings 60, 33–38.
Rozporządzenie 1935/2004 w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywością.
Rozporządzenie 450/2009 w sprawie aktywnych i inteligentnych materiałów i wyrobów
przeznaczonych do kontaktu z żywnością.
Quintavalla S., Vicini L., 2002: Antimicrobial food packaging in meat industry. Meat
Science 62, 373–380.
http://www.agion-tech.com/
http://www.iesnz.co.nz/
dr inż. Małgorzata Nowacka –
Katedra Inżynierii Żywności
i Organizacji Produkcji,
Wydział Nauk o Żywności, SGGW
n
DOZOWANIE
n
PAKOWANIE