Dr hab. Dorota Zielińska, prof. SGGW i dr inż. Katarzyna Neffe-Skocińska z Katedry Technologii Gastronomicznej i Higieny Żywności SGGW doskonalą nowe metody konserwowania produktów żywnościowych. Badaczki planują upowszechnić technologie, które pozwolą zredukować obecnie stosowane w przemyśle niezdrowe konserwanty i zastąpić je produktami pochodzenia naturalnego.

Trwała żywność inspirowana procesami fermentacji

Procesy fermentacji znane są ludzkości od tysięcy lat. To naturalna przemiana związków organicznych, która dokonuje się dzięki działaniu enzymów wytwarzanych przez różnego rodzaju bakterie. W wyniku fermentacji powstają m.in. alkohol, ocet, jak również produkty przetwórstwa mlecznego – sery czy napoje mleczne, takie jak jogurt i kefir. Jedną z głównych korzyści z fermentacji jest wydłużenie okresu trwałości powstałego w jej wyniku produktu. Właśnie ta właściwość jest przedmiotem intensywnych badań naukowców z SGGW. – Bakterie przetwarzające żywność, zależnie od gatunku i szczepu, wykazują bardzo różne właściwości. Na przykład niektóre bakterie dobrze rozwijają się w niskich temperaturach. Inne wytwarzają bakteriocyny, czyli związki chemiczne skutecznie unicestwiające inne gatunki bakterii wywołujące zatrucia, takie jak Salmonella czy Listeria monocytogenes. Część z tych właściwości odgrywa kluczową rolę w zabezpieczeniu produktów spożywczych przed zepsuciem. Interesują nas zatem takie szczepy bakterii, których kombinacja da efektywny środek konserwujący pochodzenia w pełni naturalnego – mówi prof. Dorota Zielińska.

– Nasze badania opieramy wyłącznie na bezpiecznych dla ludzi szczepach bakterii kwasu mlekowego i kwasu octowego dopuszczonych do stosowania w produkcji przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności, czyli znajdujących się na liście QPS. Tworząc jednak nowe preparaty do biokonserwacji żywności, staramy się bazować na nowych szczepach pożytecznych bakterii. W tym celu izolujemy je z żywności tradycyjnej, pochodzącej z rodzimych, polskich regionów. Kierujemy się tu zasadą przynależności geograficznej, która mówi, że do mikrobioty populacji ludzkiej z danego terenu lepiej zastosować bakterie z tego samego obszaru geograficznego – dodaje dr inż. Katarzyna Neffe-Skocińska. Jak zaznacza, zespół badaczy SGGW, który starannie selekcjonuje szczepy bakterii z żywności regionalnej, poszukuje przede wszystkim szczepów, które nie są oporne na antybiotyki. Chodzi bowiem o to, by nowe szczepy bakterii po wprowadzeniu do organizmu człowieka w żaden sposób nie przyczyniły się do zwiększenia jego antybiotykowrażliwości, co mogłoby nastąpić w wyniku wymiany informacji genetycznej między nowym szczepem bakterii a bakteriami tworzącymi mikrobiotę przewodu pokarmowego organizmu.

Wyzwania dla producentów żywności

Przemysł spożywczy obecnie stoi przed szeregiem wyzwań związanych z konserwowaniem żywności, zmieniają się bowiem trendy panujące na rynku. Dostępne produkty zawierają znaczne ilości chemicznych substancji konserwujących, których spożywanie nie jest obojętne dla ludzi. Niekorzystne dla nas sztuczne konserwanty to nie wszystko. Jako społeczeństwo konsumujemy zbyt dużo soli i cukru. W rezultacie coraz bardziej świadomi konsumenci poszukują żywności nisko przetworzonej z niewielkim dodatkiem lub bez dodatku substancji konserwujących. Coraz częściej poszukiwane są produkty, które na liście składników mają jak najmniej pozycji „E” lub nie mają ich wcale. Warto zaznaczyć, że Unia Europejska w polityce regulującej zalecenia dotyczące produkcji żywności odchodzi od azotanów stosowanych w produkcji wyrobów mięsnych. Eliminuje się też sól i poszukuje jej zastępników. Producenci żywności szukają więc rozwiązań, które pozwolą zapewnić bezpieczeństwo produktom i jednocześnie spełnią wymagania konsumentów.

Trzeba też podkreślić, że dziś, niezależnie od regionu, masowa produkcja żywności korzysta tylko z kilku komercyjnych źródeł bakterii kwasu mlekowego i octowego. W rezultacie masowo spożywane przez nas produkty nie wspierają bioróżnorodności w mikrobiocie układu pokarmowego, która jest pożądana. Rozwiązaniem mogą być preparaty i substancje pochodzenia naturalnego, czyli kultury startowe do żywności i biokonserwanty. W opinii badaczek z SGGW dla przemysłu spożywczego jedną z korzystnych opcji są metabolity bakterii fermentacji mlekowej i bakterii kwasu octowego, zwłaszcza te, które wykazują działanie przeciwdrobnoustrojowe. Szczególnie obiecująco prezentują się szczepy bakterii Lactobacillus brevis pochodzące z wewnętrznej kolekcji SGGW. Zostały one wyizolowane z żywności produkowanej regionalnie w Polsce. – Aby zastosować biokonserwanty w masowej produkcji żywności, nie musimy dodawać do produktów żywych bakterii. Wystarczy utworzyć kompozycję pożądanych metabolitów, które są przez nie wytwarzane, czyli tzw. postbiotyki. Są to różnego rodzaju peptydy, kwasy organiczne i bakteriocyny. Ich użycie w mieszaninie pozwala spotęgować efekt i uzyskać wysoką specyficzność działania. Stosując takie rozwiązanie, nie zainicjujemy procesów fermentacji, ale za to uzyskamy zamierzony efekt, czyli uniemożliwimy rozwój w wyprodukowanej żywności psujących ją drobnoustrojów. W ten sposób można skutecznie konserwować mięso oraz sery, czyli te produkty, które są najczęstszym źródłem zakażeń i zanieczyszczeń mikrobiologicznych – wymienia prof. Dorota Zielińska.

Konserwować jedzenie bez zmiany smaku i aromatu

W opinii badaczek z SGGW stosowanie biokonserwantów pozyskanych z bakterii kwasu mlekowego i octowego daje bardzo szerokie możliwości nie tylko w zakresie ochrony żywności przed zepsuciem, ale w szerszych zastosowaniach mikrobiologii spożywczej. Potencjalnie jest możliwe konserwowanie pożywienia bez zmian jego właściwości, które zachodzą w procesach typowej fermentacji – tzn. bez modyfikacji smaku i zapachu. Możliwe jest także naturalne modyfikowanie żywności i tworzenie wartości dodanej poprzez procesy zainicjowane dodaniem substancji naturalnego pochodzenia. Rezultaty eksperymentów na tym polu zależą od kompozycji i proporcji zarówno samych metabolitów, jak i unikatowego połączenia różnych szczepów bakterii.

Nie tylko dłuższa trwałość, czyli kombucha i inne wartości dodane

Zespół badaczy z SGGW bada właściwości bakterii pochodzące nie tylko z Polski. Sprowadza też szczepy z różnych regionów świata, aby łączyć je i poprzez efekt synergii uzyskać maksymalny efekt probiotyczny (prozdrowotny). Po wyselekcjonowaniu obiecujących szczepów zespół opracowuje szczepionki bakteryjne (tzw. kultury startowe), które następnie są testowane i podlegają dalszym badaniom. Zespół patentuje kompozycje szczepów i planuje wprowadzać je do produkcji żywności. Tak powstała m.in. szczepionka startowa do fermentacji wędlin surowo dojrzewających, która z sukcesem została przetestowana w warunkach przemysłowych. Mięso w kontakcie z taką szczepionką nie tylko zostaje zakonserwowane w sposób naturalny, ale uzyskuje nową jakość w postaci wędliny gotowej do spożycia.

Innym przykładem jest autorska szczepionka tzw. „grzybka herbacianego” SCOBY, która pozwala uzyskać orzeźwiający napój o nazwie kombucha (kombucza), który powstaje w wyniku kontrolowanej fermentacji herbaty. – Kombucha przygotowana według naszej receptury ma bardzo wysoki potencjał antyoksydacyjny. Zawiera ponadprzeciętne ilości antyoskydantów, kwasów organicznych i mnóstwo polifenoli, które mają udział w prewencji wielu chorób, w tym onkologicznych. Napój zawiera w sobie metabolity mikroorganizmów, które fermentują herbatę, m.in. kwasy organiczne, w tym glukonowy i glukuronowy. Ten drugi bierze czynny udział w detoksykacji wątroby, wspomaga leczenie zapalenia stawów. Ponadto obecne w kombuczy bakterie kwasu octowego odpowiadają za biologiczną syntezę witaminy C – wyjaśnia dr inż. Katarzyna Neffe-Skocińska. 

Zespół z SGGW prowadził badania in vitro pod kątem możliwości prewencyjnych w rozwoju nowotworów żołądka i jelita grubego. Z przeprowadzonych eksperymentów wynika, że wpływ metabolitów nowych szczepów bakterii kwasu octowego izolowanych przez SGGW jest cytotoksyczny w stosunku do komórek nowotworowych gruczolaka żołądka. W ocenie badaczek to dobry trop, by w tym kierunku szukać naturalnych biokonserwantów i jednocześnie łączyć te poszukiwania z szerszymi badaniami o charakterze klinicznym, na które jednak potrzeba sporych nakładów finansowych.

Szerokie plany rynkowe

Naukowcy z SGGW mają nadzieję, że autorska kompozycja SCOBY do produkcji kombuczy szybko znajdzie chętnych nabywców wśród producentów napojów. Kombucza jest popularna w krajach Dalekiego Wschodu, a także Kanadzie. Być może również w Polsce wypełni ona swoją rynkową niszę i znajdzie entuzjastów wśród osób szukających zdrowej żywności. Zespół z SGGW podkreśla, że obecnie jest na etapie, na którym z jednej strony jest już duża gotowość do wdrażania nowych technologii do produkcji na skalę przemysłową, a z drugiej – bardzo pomocne byłoby prowadzenie dalszych prac badawczo-rozwojowych przy udziale podmiotów wywodzących się z grona producentów żywności. – Obecnie mamy przetestowane różne warianty synergii wielu szczepów bakterii fermentacji mlekowej i octowej. Co ciekawe, w wyniku badań rozpoznano już kilkaset bakteriocyn, a dziś tylko dwie z nich są używane w przemyśle spożywczym. Mamy przetestowane rozwiązania w skali przemysłowej i półprzemysłowej. Wielką zaletą naszych rozwiązań jest to, że metabolity bakteryjne, jakie pozyskujemy z hodowli, nie wymagają szczególnych zabiegów oczyszczania, co bardzo dobrze rokuje z punktu widzenia skali przemysłowej i kosztów procesu produkcji – zdradza dr Maciej Paszewski, dyrektor Centrum Innowacji i Transferu Technologii SGGW.

Dla wsparcia komercjalizacji i transferu technologii przy SGGW powołana została spółka typu spin-off, która ma odpowiadać za wdrażanie nowych rozwiązań na rynek. – Unistart to pierwsza spółka typu spin-off założona przy SGGW. Jej wielką zaletą jest dostęp do dotychczasowego doświadczenia badawczego oraz fakt, że niektóre z opracowanych rozwiązań już zostały przetestowane i skalowane do produkcji przemysłowej. Ogół tych doświadczeń sprawia, że spółka może dziś nie tylko projektować nowe rozwiązania w obszarze mikrobiologii żywności, ale także świadczyć różnego rodzaju specjalistyczne usługi, w tym szerokie analizy dla producentów żywności – kończy dr Maciej Paszewski.