W ostatnich latach obserwuje się coraz większe zainteresowanie przez przemysł mięsny wykorzystywaniem niektórych hydrokoloidów jako substancji umożliwiających uzyskanie specjalnych efektów zdrowotnych w żywności, w której pełniłyby one rolę składnika żywności. Zastosowanie hydrokoloidów pomaga kształtować cechy sensoryczne różnych produktów, szczególnie projektowanych z myślą o specyficznych potrzebach zdrowotno-żywieniowych konsumentów zagrożonych chorobami dietozależnymi. Umożliwiają one częściowe lub całkowite zastąpienie niektórych składników żywności, niepożądanych z punktu widzenia żywieniowego (np. tłuszcz, cukier) w produktach specjalnego przeznaczenia (produkty niskoenergetyczne, żywność bezglutenowa). Metody ograniczania zawartości tłuszczu i/lub cukru w produktach przez usunięcie tych składników bez wprowadzania substancji tłuszczowo- i sacharozastępczych, nie mogą być stosowane w odniesieniu do ogółu produktów spożywczych. W związku z tym większą wagę przywiązuje się do metod polegających na stosowaniu substancji kształtujących strukturę i umożliwiających ograniczenie udziału składników energetycznych, np. poprzez zwiększenie udziału wody w produkcie. Wiązanie wody umożliwiają szczególnie takie substancje, jak m.in.: skrobie (szczególnie modyfikowane), białka pochodzenia roślinnego (sojowe) i zwierzęcego, a szczególnie hydrokoloidy polisacharydowe (gumy roślinne), np. karagen. Stosowanie dodatku nieskrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych w przetwórstwie mięsa ma na celu przede wszystkim kształtowanie tekstury gotowego wyrobu, czemu może towarzyszyć zwiększenie wydajności produkcji. Z uwagi na liczne funkcje technologiczne hydrokoloidy polisacharydowe uważa się za substancje dodatkowe sprzyjające uzyskaniu powtarzalnej jakości i akceptacji konsumenckiej różnego rodzaju produktów mięsnych. Znaczna część hydrokoloidów może pełnić funkcje podwójne, tj. substancji o specyficznych właściwościach funkcjonalnych z punktu widzenia technologicznego oraz składnika o określonej wartości żywieniowej (funkcja błonnika pokarmowego). Jest to często wykorzystywane w produkcji żywności funkcjonalnej i dietetycznej. Przykładami mogą być pektyna czy karagen stosowane jako substancje kształtujące strukturę produktów, powodujące ich zagęszczanie, stabilizację, żelowanie, a także stanowiące cenne źródło błonnika pokarmowego (substancji balastowych). Zastosowanie nieskrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych w przetwórstwie mięsa może przynieść następujące korzyści:

• obniżenie wartości energetycznej produktów mięsnych (polisacharydowe zamienniki tłuszczu);

• poprawa wyglądu zewnętrznego i ułatwienie plasterkowania (wędzonki);

• ograniczenie ubytków masy produktu po obróbce termicznej, z czym związana jest poprawa tekstury i konsystencji lub wzrost wydajności (wędzonki parzone, kiełbasy parzone);

• poprawa smakowitości (pasztety, wędliny podrobowe o konsystencji smarownej);

• rozszerzenie asortymentu o produkty z tzw. wkładką (np. kiełbasy z kawałkami warzyw, sera, pieczarek).

Wpływ negatywnych opinii naukowców i dietetyków na temat szkodliwości spożywania dużych ilości nasyconych kwasów tłuszczowych i cholesterolu, występujących m.in. w przetworach mięsnych, staje się widoczny w preferencjach konsumenckich nie tylko w Stanach Zjednoczonych i krajach Europy Zachodniej, ale także w Polsce. Konsument coraz większą uwagę zwraca nie tylko na cechy jakościowe produktów spożywczych, ale także na rodzaj i poziom zastosowanych dodatków, ich wartość odżywczą, a szczególnie wartość energetyczną produktu. Rosnące zapotrzebowanie na tzw. „lekką żywność” stawia producentów przed koniecznością opracowania technologii nowych produktów o niskiej wartości energetycznej oraz produkcji tradycyjnych przetworów o zmniejszonym poziomie tłuszczu. Zmniejszenie zawartości tłuszczu w gotowym wyrobie jest równoznaczne ze zmianą najważniejszych cech jakościowych produktu, a zwłaszcza tekstury (w tym soczystości) i smakowitości. Aby zachować te właściwości, w przetworach o obniżonej zawartości tłuszczu, nie wystarczy doskonałej jakości surowiec i nowe możliwości technologiczne, ale konieczne jest również zastosowanie substancji dodatkowych wspomagających procesy przetwórcze. Do tego typu substancji zaliczyć można niektóre hydrokoloidy, które stanowią wielkocząsteczkowe spolimeryzowane substancje, rozpuszczające się lub dyspergujące w zimnej bądź gorącej wodzie, dając roztwory lepkie lub układy dyspersyjne. Z uwagi na pochodzenie (roślinne lub zwierzęce) oraz dzięki swoim właściwościom mogą być zaliczane do grupy substancji dodatkowych, kształtujących strukturę produktów żywnościowych poprzez zagęszczanie, stabilizację, emulgowanie, żelowanie. Substancje dodatkowe, które nieraz budzą wiele kontrowersji, są coraz częściej akceptowane i coraz powszechniej używane. Hydrokoloidy (gumy roślinne) wykorzystywane jako substancje dodatkowe w produkcji różnego rodzaju wyrobów spożywczych, dopuszczone do użytku są bezpieczne dla ogółu populacji, gdy dodawane są w ilościach regulowanych odpowiednimi przepisami prawnymi. Należy pamiętać jednak, że zdarzają się reakcje niepożądane u osób z tzw. „osobniczą nadwrażliwością na syntetyczne składniki pożywienia”. Jak podają dane literaturowe częstość występowania niekorzystnych (niepożądanych) reakcji wywoływanych przez różne substancje dodatkowe do żywności wynosi 0,03 – 0,15% wśród zdrowych, dorosłych osób, podczas gdy u dzieci zawiera się pomiędzy jednym, a kilkoma procentami. Termin hydrokoloidy obejmuje wiele polisacharydów ekstrahowanych z roślin oraz z glonów, polisacharydów pochodzenia mikrobiologicznego, a także gumy otrzymywane z roślinnych wydzielin oraz biopolimery modyfikowane otrzymywane na drodze enzymatycznej lub chemicznej modyfikacji skrobi lub celulozy. Ponadto żelatyna, ze względu na jej polidyspersyjność i wysoką hydrofilowość, jest zaliczana do hydrokoloidów, natomiast inne białka, np. kazeina i gluten, tradycyjnie nie są zaliczane do hydrokoloidów, pomimo że mają właściwości typowe dla hydrokoloidów polisacharydowych. 

Jako zamienniki żelatyny, na szczególną uwagę zasługują hydrokoloidy polisacharydowe, stanowiące pod względem chemicznym polimerowe łańcuchy zbudowane z cukrowców prostych lub ich pochodnych o charakterze estrów, eterów czy kwasów i ich soli. Właściwości funkcjonalne hydrokoloidów są określane przez specyficzne cechy fizykochemiczne, takie jak: rozpuszczalność, zdolność zagęszczania, żelowania oraz działanie powierzchniowo-czynne, od którego zależy stabilizacja emulsji i pian oraz tworzenie filmów i powlekanie (mikrokapsułkowanie). Zastosowanie hydrokoloidów pomaga kształtować cechy sensoryczne różnych produktów, również tych, które projektowane są z myślą o specyficznych potrzebach zdrowotno-żywieniowych dla konsumentów zagrożonych chorobami dietozależnymi. W tabeli 1 przedstawiono różne hydrokoloidy i ich najważniejsze funkcje, jakie mogą pełnić w produktach żywnościowych. 

W zależności od źródła pochodzenia hydrokoloidy można sklasyfikować  w trzech grupach:

• naturalne – występujące w przyrodzie (gumy, mączka chleba świętojańskiego, alginiany, karageniany, pektyny, hemicelulozy, żelatyna, ksantyn, dekstran);

• modyfikowane lub półsyntetyczne – chemiczne pochodne naturalnych materiałów (np. karboksycelulozy, hydroksypropylocelulozy);

• syntetyczne – całkowicie zsyntetyzowane substancje chemiczne (np. polimery tlenku etylenu).

Biorąc za podstawę funkcję, jakie hydrokolidy spełniają w żywności, można je podzielić na:

a) substancje dodatkowe naturalne i modyfikowane oraz syntetyczne (niedopuszczone do stosowania w żywności);

b) składniki żywności o określonej wartości odżywczej pochodzenia roślinnego (skrobie, dekstryny, preparaty białkowe z soi) oraz pochodzenia zwierzęcego (żelatyna, kazeina, białka serwatkowe).

Najpopularniejszymi hydrokoloidami stosowanymi w przemyśle mięsnym są karageny, znane w literaturze również jako karageniany, kargeniny, są to naturalnie występujące gumy węglowodanowe otrzymywane na skalę techniczną przez ekstrakcję glonów Rhodophyceae. Pierwotnie karagen identyfikowano najczęściej z ekstraktem z czerwonych alg morskich Chondrus crispus (Irish moss) z rodziny Girgartinaceae rosnących wzdłuż wybrzeży atlantyckich Irlandii, Stanów Zjednoczonych, Kanady, Półwyspu Iberyjskiego i Bretanii.

Obecnie do wodorostów, które są źródłem różnych typów karagenów, zalicza się algi z następujących rodzin: Solieriaceae, Hypneaceae, Phyllophoraceae, Gigartinaceae, Furcellariaceae i Rhodophylliaceae. Występują one także wzdłuż wybrzeży Afryki, Filipin, Japonii, Indonezji i Chile. Znaczenie użytkowe mają trzy podstawowe frakcje karagenu oznaczone jako: kappa, lambda i jota. Jota i kappa karagen pełnią funkcję czynnika żelującego w obecności jonów metali. Kappa nie jest rozpuszczalny w zimnej wodzie. Lambda karagen nie żeluje, pełni funkcję wypełniacza, jest rozpuszczalny w zimnej wodzie. Zdolność żelowania i jakość żeli są uwarunkowane obecnością jonów potasu, wapnia i amonu. Kappa karagen tworzy najmocniejsze i najbardziej elastyczne żele w obecności jonów potasu, a lambda w obecności jonów wapnia. Natomiast jony sodowe nie powodują żelowania, ale zwiększają rozpuszczalność karagenów. Preparaty handlowe karagenu to sole potasu, sodu i wapnia. Wykorzystywane są głównie jako substancje zwiększające lepkość, stabilizujące emulsje i zawiesiny. W przemyśle mięsnym karageny stosowane są jako dodatki funkcjonalne do różnych grup wyrobów: szynek gotowanych i wędzonych (wieprzowych, wołowych i drobiowych), wyrobów blokowych produkowanych z mięsa rozdrobnionego w różnego rodzaju opakowaniach, wędlin średnio i drobno rozdrobnionych, pasztetów oraz mięsa mielonego. W technologii produkcji szynek gotowanych i wędzonych, karageny dodawane są wraz z solanką w procesie peklowania nastrzykowego lub zalewowego i masowania. Zaleca się używać 2/3 dawki karagenów do solanki i 1/3 do masowania. Stosowanie karagenów w tej grupie przetworów mięsnych daje korzyści technologiczne, które wpływają na końcowy produkt i ekonomiczne, co wpływa na wykorzystanie surowca w zakładzie:

• zatrzymanie w wyrobie dodawanej solanki, a przez to wzrost wydajności produkcji;

• zmniejszenie do minimum wycieku soku podczas obróbki cieplnej w opakowaniach hermetycznych;

• lepsze wiązanie plastrów, poprawę krajalności i tekstury;

• polepszenie smakowitości, dzięki ogólnemu wrażeniu soczystości;

• utrzymanie standardu wyrobu, przy występujących wahaniach jakości surowca (mięso PSE);

• możliwość redukcji dodatku soli i fosforanów przy niezmienionej jakości produktu;

• poprawę stabilności cech jakościowych wędzonek podczas zamrażania i rozmrażania.

W przypadku produkcji wędlin drobno i średnio rozdrobnionych oraz wyrobów z dużą zawartością tłuszczu (pasztety), karageny stosuje się w celu eliminacji problemów związanych ze stabilnością farszu. Miesza się je z innymi składnikami receptury i dodaje w procesie kutrowania lub mieszania. Dodatek karagenu zabezpiecza przed niepożądanym wyciekiem tłuszczu i galarety w wyrobach poddawanych zróżnicowanej obróbce cieplnej (mrożenie i sterylizacja). Wykorzystanie współdziałania zagęszczających i żelujących właściwości karagenów z emulgującymi właściwościami białek roślinnych i zwierzęcych, zapewnia pożądaną teksturę wyrobów, oraz ich powtarzalność. Karageny znalazły również szerokie zastosowanie w przetwórstwie drobiu. Mięso drobiowe wykazuje naturalną tendencję do utraty soków podczas obróbki cieplnej, przez co przetwory te sprawiają wrażenie „suchych”. W celu uniknięcia takich wad technologicznych dokonano usprawnień w technologii i zastosowano czynniki wiążące wodę. Dodatek karagenu zapobiega wyciekowi soków w czasie parzenia, czyni wyrób łatwym do plasterkowania, poprawia stabilność podczas zamrażania i zachowuje soczystość wyrobu. Właściwości technologiczne oraz fizykochemiczne karagenu pozwoliły na zastosowanie go w technologii produkcji mięsa mielonego. Mięso mielone w diecie człowieka jest ważnym źródłem białek bogatych w lizynę i metioninę oraz żelaza. Z przyczyn organoleptycznych konsumenci preferują mięso mielone zawierające ok. 20% tłuszczu, ponieważ mięso chude wydaje się suche i mniej soczyste. W badaniach  przeprowadzonych przez wielu naukowców zostało stwierdzone, że mięso mielone o zawartości tłuszczu 10% z karagenem i wodą wprowadzoną w miejsce tłuszczu charakteryzuje się podobną soczystością i smakiem, jak mięso mielone o zawartości tłuszczu 20%. Karagen dodaje się na sucho lub rozprowadza podczas mieszania składników mięsa mielonego. Preparaty karagenowe mogą być również stosowane w wyrobach garmażeryjnych o zawartości surowca mięsnego poniżej 25%, w ilości uzasadnionej względami technologicznymi, zgodnie z zasadą dobrej praktyki produkcyjnej. Z powodu niewielkiego dodatku (z reguły między 0,1% a 0,7%) ilość dziennego spożycia karagenu przez człowieka jest stosunkowo mała. Toksykolodzy nie widzą zatem, w przypadku obecnie stosowanych hydrokoloidów żadnego zagrożenia dla zdrowia człowieka ze strony tego rodzaju dodatku, jakim jest karagen. Wprost przeciwnie, ponieważ roślinne środki zagęszczające i żelujące, z wyjątkiem skrobi nie są rozkładane w jelicie cienkim człowieka, a w jelicie grubym w niewielkim stopniu tylko pod działaniem mikroflory jelitowej, uważane są one za substancje balastowe, które pobudzają perystaltykę jelit i przejmują funkcje regulacyjne. Oprócz tego przypisywane są im ostatnio właściwości probiotyczne, to znaczy mają one wzmagać rozwój pożądanych drobnoustrojów w jelitach przewodu pokarmowego. Karageny, jako substancje całkowicie nieprzyswajalne przez organizm ludzki nie obniżają poziomu i przyswajalności żelaza, białek i innych składników pokarmowych, co również wpływa istotnie na pozytywne oddziaływanie na organizm człowieka.

Podsumowując, należy uznać, że omówione dodatki funkcjonalne (karageny) służą w przemyśle mięsnym głównie do poprawy atrakcyjności sensorycznej różnego rodzaju produktów (wpływają na ich smakowitość i teksturę) oraz do zwiększania wydajności produkcyjnej. Ich niewątpliwą zaletą jest naturalne pochodzenie. We współczesnej produkcji żywności coraz częściej wykorzystywane są mieszaniny hydrokoloidów. Zastosowanie mieszaniny w miejsce pojedynczych hydrokoloidów pozwala na uzyskanie nowych właściwości funkcjonalnych, wytworzenie produktów żywnościowych o zmienionych właściwościach reologicznych oraz ograniczenie kosztów produkcji. Należy jednak zdawać sobie sprawę, że stosowane dodatki w technologii przetwarzania mięsa są często niezbędne ze względów technologicznych, higienicznych i organoleptycznych. Ponadto niezbędne są działania informujące konsumentów o celowości stosowania substancji dodatkowych w technologii produkcji wyrobów mięsnych.

dr inż. Ryszard Cybulski

mgr inż. Magdalena Gawron