Wpływ wybranych witamin na długość okresu przydatności do

OID (295) 4/2016
OID (267) 12/2013
Wpływ wybranych witamin na
długość okresu przydatności
do spożycia mięsa drobiowego
Jakość mięsa definiowana jest jako zespół
wszystkich istotnych dla surowca mięsnego
cech, świadczących o jego wartości użytkowej
oraz jednoznacznie określających, czy jest ono
odpowiednie pod względem wartości odżywczej. Najważniejsze cechy jakościowe z punktu widzenia konsumenta mięsa to: barwa, soczystość, kruchość, pożądany i właściwy smak
oraz zapach. Pojęcie jakości mięsa obejmuje
także takie kryteria jak bezpieczeństwo zdrowotne oraz dyspozycyjność. Niewłaściwe postępowanie ze zwierzętami za życia może być
przyczyną wystąpienia wad mięsa i skutkować
otrzymaniem surowca o gorszej niż pożądana
jakości. Równie duży wpływ na przydatność
technologiczną i kulinarną mięsa mają czynności ubojowe oraz obchodzenie się z tuszami,
a następnie mięsem po uboju.
Wszelkie nieprawidłowości, które zostały wymienione powyżej, mogą przyczynić się do
pogorszenia jakości produktu oraz skrócenia
okresu przydatności do spożycia mięsa drobiowego. Procesem bezpośrednio związanym
z tym zagadnieniem jest stres oksydacyjny,
który zwiększa podatność lipidów mięśni na
procesy utleniania. W celu wydłużenia okresu przydatności do spożycia mięsa drobiowego
stosowane są antyoksydanty, które w większym
bądź mniejszym stopniu, są w stanie zabezpieczyć produkt skutkami procesu utleniania. Jednymi z ważniejszych antyoksydantów są witaminy, w tym E, C oraz A.
Stres oksydacyjny
Aby dokładniej zagłębić się w zalety stosowa22
nia w produkcji drobiarskiej witamin charakteryzujących się działaniem przeciwutleniającym, należy zrozumieć genezę problemu, czyli
przyczyny ograniczenia czasu przydatności do
spożycia mięsa.
Wolne rodniki to cząsteczki zawierające przynajmniej jeden niesparowany elektron na zewnętrznej powłoce elektronowej. Są one bardzo reaktywne, gdyż dążą do sparowania
elektronów przez odebranie lub oddanie ich
innym cząsteczkom. Łańcuch oddechowy jest
źródłem większości wolnych rodników generowanych w organizmie. Reszta wolnych rodników powstaje w trakcie reakcji fizjologicznych,
zachodzących w różnych strukturach komórki lub w wyniku autooksydacji związków biologicznie czynnych. Wolne rodniki są potrzebne do prawidłowego przebiegu wielu procesów
życiowych. Biorą udział między innymi w regulacji ekspresji genów, procesów fosforylacji
białek czy stężenia wapnia w komórkach, aktywują białka kontrolujące podziały komórkowe
oraz uczestniczą w eliminowaniu drobnoustrojów. Jednakże, nadmiar wolnych rodników
prowadzi do destrukcji elementów strukturalnych i funkcjonalnych komórek, zaburzeń
homeostazy i śmierci w wyniku apoptozy lub
nekrozy. Uważa się, że długotrwałe działanie
wolnych rodników jest przyczyną wielu chorób cywilizacyjnych, np. nowotworów. Wykazano, że w przypadku zwierząt gospodarskich,
wyróżniających się wysokim poziomem metabolizmu komórkowego, wiążącym się z narażeniem na czynniki stresogenne następuje wzrost
OID (295) 4/2016
OID (267) 12/2013
koncentracji wolnych rodników. Dłużej trwające wystawienie zwierząt na niekorzystne warunki, o których będzie mowa w dalszej części
artykułu, prowadzące do zaburzenia równowagi oksydacyjno-redukcyjnej ustroju, czyli stresu oksydacyjnego, powoduje zmiany jakościowe produktów odzwierzęcych, w tym mięsa.
Do najbardziej znanych czynników stresogennych w produkcji drobiarskiej należy wysoka temperatura (stres cieplny), oraz warunki
transportu i uboju. Nieodpowiedni mikroklimat środka transportu, a w szczególności niewłaściwa temperatura to główne czynniki powodujące wzrost śmiertelności ptaków podczas
jego trwania, obniżenie poziomu ich dobrostanu oraz późniejsze obniżenie jakości mięsa od nich pozyskanego. Stwierdzono, iż wraz
ze wzrostem temperatury oraz długością przetrzymywania ptaków w klatkach transportowych dochodzi do znaczących strat masy ciała. U kurcząt brojlerów narażonych na stres
cieplny zanotowano również obniżenie poziomu białka ogólnego w mięśniach, negatywny
wpływ na barwę mięsa oraz zwiększenie twardości i straty na skutek kurczenia się włókien
mięśniowych. Zważywszy na wpływ stresu na
jakość mięsa stwierdzono, że niezbędne jest
podejmowanie badań nad stresem, uwzględniając przy tym poszukiwanie dobrych metod
strategii kontroli stresu, ponieważ sukces w hodowli drobiu polega raczej nie na wyeliminowanie stresu, lecz utrzymaniu go na optymalnym poziomie.
Utlenianie tłuszczów
Jak już wspomniano, stres oksydacyjny zwiększa podatność lipidów mięsa drobiowego na
procesy oksydacji tłuszczów. Reakcje utleniania lipidów mogą przebiegać według różnych
mechanizmów, dlatego wyróżniono autooksydację oraz utlenianie fotosensybilizowane.
Autooksydacja, czyli samoutlenianie, polega na przyłączaniu się tlenu do kwasów tłuszczowych. Proces autooksydacji jest reakcją
24
łańcuchową i zapoczątkowany przebiega dalej samorzutnie, zapewniając ciągłą dostawę
wolnych rodników, które inicjują kolejne reakcje. Tymczasem, fotosensybilizowane utlenianie lipidów polega na utlenianiu tłuszczu pod
wpływem światła. Do zapoczątkowania reakcji
niezbędne jest dostarczenie światła oraz sensybilizatora, którym najczęściej są barwniki.
Utlenianie lipidów jest procesem bardzo złożonym. Inicjowane jest przez tworzenie się
wolnych rodników lipidowych. Etap ten wymaga wysokiej energii aktywacji, która może
być dostarczana, między innymi poprzez energię termiczną lub tlen singletowy (forma tlenu cząsteczkowego bez niesparowanych elektronów na najniższym stanie wzbudzonym).
Następnym etapem jest proces propagacji, tzn.
wolnorodnikowej reakcji łańcuchowej, której
efektem jest powstanie wodoronadtlenków lipidowych (głównych produktów reakcji utleniania lipidów). Wytworzony wcześniej rodnik
lipidowy reaguje z tlenem, tworząc rodnik nazywany nadtlenkowym lub peroksylowym. Ponieważ rodnik ten posiada stosunkowo wysoką
energię, z łatwością może oderwać atom wodoru z cząsteczki lipidu. W ten sposób rodnik
nadtlenkowy ulega przekształceniu w cząsteczkę wodoronadtlenku lipidowego, z dodatkowym wytworzeniem kolejnego rodnika lipidowego. Ostatnim etapem reakcji utleniania
lipidów jest terminacja, której efekten jest powstanie zmodyfikowanych cząsteczek lipidów
takich jak np. dimery kwasów tłuszczowych,
hydroksykwasy tłuszczowe lub ketokwasy. Należy również dodać, że produkty końcowe procesu peroksydacji lipidów, zwłaszcza aldehydy,
są mniej reaktywne niż wolne rodniki. Reagują
z grupami tiolowymi białek oraz z resztą aminokwasów, np. histydylowymi, tyrozylowymi.
Mogą zmieniać właściwości antygenowe białek, z którymi się łączą i hamować aktywność
szeregu enzymów, co prowadzi m.in. do hamowania replikacji DNA. Produkty peroksydacji
OID (295) 4/2016
OID (267) 12/2013
lipidów modyfikują także właściwości fizyczne błon komórkowych, osłabiają zależność pomiędzy transportem elektronów przez łańcuch
oddechowy a syntezą ATP w mitochondriach.
Antyoksydanty
Inaktywacja wolnych rodników tlenowych
jest związana z obecnością w komórce bądź
w przestrzeni zewnątrzkomórkowej substancji o małej masie cząsteczkowej - antyoksydantów drobnocząsteczkowych. Zalicza się do
nich między innymi glutation, kwas moczowy oraz pochodne estradiolu. Wykazano, że
przeciwutleniające związki niskocząsteczkowe o znanej budowie i określonych właściwościach fizyko-chemicznych mają często lepiej
określoną aktywność biologiczną niż związki
wysokocząsteczkowe o złożonej budowie. Reakcje antyoksydantów drobnocząsteczkowych
z wolnymi rodnikami tlenowymi są mniej swoiste niż działanie enzymów antyoksydacyjnych
(dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza glutationu), co sprawia, że związki te stają
się bardziej uniwersalnymi obrońcami i mogą
pełnić kilka funkcji. Działają one jako druga
linia obrony degradując wolne rodniki, które
umknęły dysmutazie ponadtlenowej czy katalazie.
Potencjał antyoksydacyjny organizmu jest zależny także od poziomu antyoksydantów egzogennych, dostarczanych głównie wraz z pożywieniem. Przeciwutleniacze wprowadzone do
przewodu pokarmowego wraz z pokarmem
wiążą się z kwasem solnym, enzymami, kwasem żółciowym i solami żółciowymi oraz mikroflorą jelitową i jej metabolitami. Wszystkie wymienione czynniki aktywują cząsteczki
przeciwutleniaczy, powodując określone modyfikacje. Aktywność biologiczna przeciwutleniaczy uwarunkowana jest ich przyswajalnością. Biodostępność zależy również od ilości
substancji, jaka jest trawiona, wchłonięta i włączona do procesów metabolicznych.
Szczególnie bogaty w przeciwutleniacze natu26
ralne jest świat roślinny. Właściwości przeciwutleniające mają owoce, warzywa, zboża, nasiona oleiste, zioła i przyprawy oraz herbaty.
Owoce i warzywa jako antyoksydanty nie są
szeroko stosowane w przetwórstwie mięsnym.
Do najczęściej stosowanych źródeł przeciwutleniaczy zalicza się:
1. zioła i przyprawy, tj.: rozmaryn, oregano,
majeranek, szałwię, podbiał, goździki, kminek, bazylię, czosnek, paprykę, pieprz czarny, gorczycę, kurkumę, cynamon;
2. ekstrakty, m.in. z nasion zbóż, ziół oraz pestek i skórek owoców, herbat.
Witaminy antyoksydacyjne
Witaminy to grupa związków niezbędnych
w ilościach śladowych do normalnego wzrostu
i rozwoju. Zasadniczym kryterium klasyfikacji witamin jest rozpuszczalność tych związków w wodzie (witaminy z grupy B, witamina
C) lub tłuszczach (witaminy A, D, E, K). Pełnią one w organizmie rozliczne funkcje, m.in.
stanowią składniki systemu obrony organizmu
przed negatywnym wpływem reaktywnych
form tlenu. Do witamin antyutleniających należą: witamina C, β-karoten, witamina A (retinol) i witamina E. Wykazują one zdolność
neutralizacji szkodliwego działania wolnych
rodników i nadtlenków lipidowych. O ich kluczowej roli świadczy fakt, iż biorą one udział
w regulacji ekspresji genów. Działanie to odnosi się zarówno do zmian w szlakach przekaźnictwa komórkowego, wskutek regulacji
aktywności enzymów, jak również zmian w zakresie funkcjonowania wybranych czynników
transkrypcyjnych. W niniejszym opracowaniu
podjęto dyskusję nad aktywnością antyoksydacyjną znanych przeciwutleniaczy pochodzenia
naturalnego, konkretnie witamin.
Witamina E
O istnieniu witaminy E po raz pierwszy dowiedziono na początku XX w. Stało się to na skutek prowadzonych w tamtym czasie doświad-
OID (295) 4/2016
OID (267) 12/2013
czeń określających wpływ różnych czynników
na reprodukcję zwierząt. Witamina E jest nazwą grupy organicznych związków chemicznych, rozpuszczalnych w tłuszczach, w skład
których wchodzą tokoferole i tokotrienole. Ich
wspólną cechą jest obecność dwupierścieniowego szkieletu 6-hydroksychromanu, a także
łańcucha bocznego zbudowanego z 3 jednostek
izoprenowych. Aktualnie poznanych zostało 8
naturalnie występujących homologów zaliczanych do rodziny witaminy E. Są nimi α-, β-,
γ-, δ-tokoferole wyróżniające się nasyconym
bocznym łańcuchem węglowym i składające się
z trzech jednostek izoprenoidowych oraz ich
odpowiedniki w postaci nienasyconych α-, β-,
γ-, δ-tokotrienoli. Witamina E odgrywa niebagatelna rolę w żywieniu ludzi jak i zwierząt.
W przypadku ludzi prawie nigdy nie występuje żywieniowy niedobór witaminy E. Taka sytuacja może wystąpić tylko w przypadku niektórych chorób związanych z nieprawidłowym
wchłanianiem tłuszczów. Jednakże w przypadku zwierząt wykazano, że brak witaminy E
w diecie powodował sterylność osobników męskich różnych gatunków, powodował również
zmiany degeneracyjne w móżdżku kurcząt.
Objawy będące skutkiem niedoboru witaminy E u zwierząt łagodzi się podając naturalne i syntetyczne przeciwutleniacze lub podwyższając w diecie zawartość selenu. Ponadto,
wielokrotnie wykazano, że podawanie w diecie zwierzętom witaminy E znacznie zwiększa
odporność mięsa uzyskanego z tych zwierząt
na procesy peroksydacyjne. W tym momencie warto również podkreślić, że witamina E
przyjmowana w nadmiarze, w przeciwieństwie
do innych witamin rozpuszczalnych w tłuszczach, nie akumuluje się w organizmie do poziomu, który mógłby być dla niego toksyczny.
Witaminę E cechuje wysoki potencjał antyoksydacyjny. Jest ona związkiem lipofilnym, co
wpływa na zdolności reakcji ze składnikami
błony komórkowej. Działając jako przeciwutleniacz lub zmiatacz wolnych rodników prze28
chodzi w postać rodnikową, która może zostać zredukowana ponownie do α-tokoferolu
w reakcji z substancjami, takimi jak glutation
i witamina C. Najbardziej biologicznie aktywną postacią witaminy E jest α-tokoferol, obecnie częściej zwany RRR-α-tokoferolem. Postaci takie jak β-, γ-, δ-tokoferole okazały się
mniej ważne jako antyoksydanty niż wspomniany α-tokoferol, chociaż wszystkie wykazują aktywność przeciwutleniającą. Tokoferole i tokotrienole szczególnie efektywnie hamują
peroksydację lipidów przede wszystkim dlatego, że skutecznie eliminują rodniki peroksylowe jeszcze zanim te zdążą uszkodzić białka
błonowe bądź cząsteczki kwasów tłuszczowych. Warto również zaznaczyć, że tokoferole
wykazują pewne właściwości prooksydacyjne
w układach in vitro. Dowodem pozytywnego
wpływu witaminy E w stosunku do długości
okresu przydatności mięsa drobiowego do spożycia, są wyniki wielu badań, między innymi
tych opisanych przez Lahučký i in. (2005), Leonel i in. (2007), Saenmahayak (2011), Taulescu i in. (2011) oraz Avila-Ramos i in. (2012).
W badaniach tych suplementacja witaminą E
istotnie obniżała w mięśniach drobiu poziom
dialdehydu malonowego (MDA), czyli głównego produktów peroksydacji lipidów. Warto
wspomnieć, iż jest to bardzo reaktywny związek o działaniu mutagennym, który powoduje
uszkodzenia błon komórkowych oraz narusza
struktury białkowe komórek.
Witamina A
Witamina A występuje w żywności jako: retinol, retinal, estry retinylu oraz karotenoidy,
które w organizmie na skutek konwersji do
dwóch cząsteczek retinolu uzyskują aktywność retinolu. Związki określane mianem witaminy A są niezbędne m.in. do prawidłowego
przebiegu reakcji immunologicznych. Witamina A w żywności pochodzenia roślinnego występuje pod postacią karotenoidów, mogących
mieć charakter prowitaminy A, która w wy-
OID (295) 4/2016
OID (267) 12/2013
niku działania enzymów przekształca się do
cząsteczek aldehydów. Karotenoidy najobficiej występują w: marchwi, pomidorach, szpinaku, kapuście, morelach, pomarańczach, wiśniach. Podobnie jak w przypadku witaminy
E, potwierdzono właściwości antyoksydacyjne
witaminy A, które zostały wykazane zarówno
w badaniach in vivo, jak i in vitro. Ujawniają się
one w pełni przy niskim ciśnieniu parcjalnym
tlenu. Retinol może reagować z rodnikami
nadtlenkowymi, dzięki czemu przerywa reakcję łańcuchowej peroksydacji lipidów tworząc
wodoronadtlenki. Witamina A jest ponadto
zdolna do bezpośredniego reagowania z reaktywnymi formami tlenu, tworząc 5,6-epoksyd
retinoidowy. Także karotenoidy posiadają szerokie właściwości antyoksydacyjne. Oprócz
zmiatania rodników nadtlenkowych są skutecznymi wygaszaczami tlenu singletowego. Może on być zmiatany za pośrednictwem
dwóch procesów: bezpośredniego przeniesienia energii wzbudzenia na cząsteczkę karotenoidu i jej rozproszenia w postaci ciepła lub/i
chemicznej reakcji z tlenem, co prowadzi do
nieodwracalnego uszkodzenia cząsteczki karotenoidu. Elementem strukturalnym, który
zapewnia tym związkom zdolność do udziału w reakcjach redoks, jest łańcuch polienowy,
posiadający wiele wiązań podwójnych.
Witamina C
Witamina C, czyli mieszanina kwasu askorbinowego i dehydroaskorbinowego, jest witaminą rozpuszczalną w wodzie. W największych ilościach występuje w owocach
i warzywach, takich jak: czarna porzeczka,
truskawki, owoce cytrusowe, papryka, kapusta. Poziom witaminy C w organizmie uzależniony jest od jej wchłaniania z przewodu
pokarmowego oraz syntezy przez tkanki i florę bakteryjną jelit. Drób, jak i inne zwierzęta
domowe, posiadają zdolność syntetyzowania
tej witaminy z glukozy przez swój organizm,
dzięki czemu podnosi się ich kondycja życio30
wa, co wpływa pozytywnie na walory mięsa
oraz innych narządów jadalnych. Witamina
C wpływa na funkcjonowanie układu immunologicznego. W dużym stężeniu występuje
w leukocytach, gdzie jest szybko zużywana
w czasie infekcji. Do niedoborów witaminy
C w ustroju dochodzić może na skutek niedostatecznej zawartości jej w pokarmie, niedostatecznej resorpcji w jelicie cienkim lub
na skutek zwiększonego zapotrzebowania organizmu.
Najważniejszą właściwością leżącą u podstaw biologicznej aktywności kwasu askorbinowego jest jego zdolność odwracalnego
utleniania i redukcji. Witamina C jest zaliczana do grupy antyoksydantów fazy wodnej, hamujących inicjację łańcuchowych reakcji wolnorodnikowych. Poprzez donację
wodoru witamina C neutralizuje krótko żyjące rodniki hydroksylowe, oksyalkoholowe,
ponadtlenkowe i azotowe, przy czym tworzą
się stabilne i niereaktywne rodniki askorbinowe. Rodniki te są regenerowane do postaci
kwasu askorbinowego z udziałem glutationu.
Kwas askorbinowy uczestniczy także w regenerowaniu antyoksydantów hydrofobowych
z ich postaci rodnikowych. Eksperymentem
potwierdzającym korzystny wpływ kwasu
askorbinowego na oksydacje tłuszczów jest
to opisane przez Ozer i Sariçoban (2010).
W badaniu tym analizowano wpływ butylowanego hydroksyanizolu (200 mg/kg BHA),
kwasu askorbinowego (300 mg/kg) oraz
α-tokoferolu (300 mg/kg) na stabilność oksydacyjną mięsa kurcząt mechanicznie pozbawionego kości przechowywanego w temperaturze -20°C przez 6 miesięcy. Wykazano, że
najniższym poziomem MDA cechowały się
próbki mięsa w stosunku, do którego zastosowano kwas askorbinowy (0,45 mg MDA/
kg próbki), najwyższym zaś mięso pozbawione jakiegokolwiek dodatku i zakwalifikowane jako grupa kontrolna (2,26 mg MDA/ kg
HIGIENA I ŻYWIENIE
próbki). W doświadczeniu tym stwierdzono,
że skuteczność kwasu askorbinowego jako
przeciwutleniacza była większa niż pozostałych dodatków.
Ponadto, tak samo jak tokoferole, również witamina C ma właściwości prooksydacyjne. Aktywność prooksydacyjna kwasu askorbinowego wynika z jego zdolności interakcji z jonami
metali przejściowych, przede wszystkim żelaza i miedzi. Udział witaminy C w reakcjach
z jonami tych metali jest główną właściwością w jej funkcjonowaniu jako kosubstratu
hydroksylaz i oksygenaz, enzymów biorących
udział w biosyntezie kolagenu. Utrzymuje ona
znajdujące się w centrach aktywnych tych enzymów jony metali w stanie zredukowanym,
co umożliwia optymalne działanie enzymów.
Katalizowana przez witaminę C redukcja wolnych, niezwiązanych z białkami, jonów metali przejściowych jest przyczyną generowania
rodników tlenowych.
turalnych przeciwutleniaczy, neutralizując
szkodliwe działanie wolnych rodników i nadtlenków lipidowych, wpływają korzystnie na
jakość produktu wydłużając okres jego przydatności. Dzięki tej właściwości możliwe jest
osiągnięcie przez producentów drobiu wyższego zysku ekonomicznego.
Mgr inż. Anna Wilkanowska
Università degli Studi del Molise,
Campobasso, Włochy
Dipartimento Agricoltura, Ambiente e Alimenti
Piśmiennictwo dostępne u autorki
Podsumowując, udział witamin antyoksydacyjnych w kształtowaniu długości okresu przydatności mięsa do spożycia jest bezpośrednio
związany z ich wpływem na proces oksydacji lipidów mięśni. Witaminy, należące do na-
31