Innowacyjne technologie w produkcji mięsa – czy to jeszcze jedzenie, czy już nauka?

Innowacyjne technologie w produkcji mięsa znacząco przekształcają branżę, wprowadzając nowe metody, które zwiększają wydajność i zrównoważony rozwój. Postępy te obejmują rozwój mięsa hodowanego laboratoryjnie, które naśladuje tradycyjne smaki i tekstury, jednocześnie zmniejszając wpływ na środowisko. Ponadto precyzyjne techniki fermentacji są stosowane w celu poprawy wartości odżywczej produktów mięsnych. Co więcej, udoskonalenia w hodowli zwierząt i selektywne praktyki hodowlane przyczyniają się do zdrowszego bydła i optymalizacji produkcji. Integracja automatyzacji i analityki danych usprawnia również różne procesy w branży. W odpowiedzi na obawy dotyczące wprowadzania niepożądanych substancji do produktów spożywczych bez użycia syntetycznych dodatków - niezależnie od tego, czy wynikają one z preferencji konsumentów, czy też potencjalnego zagrożenia dla zdrowia - przemysł spożywczy aktywnie bada możliwość stosowania naturalnych związków bioaktywnych jako konserwantów. W tym kontekście rozwój aktywnych opakowań żywności zawierających związki naturalne przedstawia znaczny potencjał. Niemniej jednak scenariusz ten charakteryzuje się specyficznymi wyzwaniami, które mogą utrudniać jego wdrożenie w przemyśle spożywczym. Wyzwania te obejmują stosunkowo ograniczoną stabilność, a w niektórych przypadkach niepożądane właściwości sensoryczne.

Nowoczesne technologie utrwalania mięsa i mięsnych produktów

Współczesne technologie konserwacji mięsa i przetworów mięsnych obejmują zaawansowane metody, których celem jest wydłużenie okresu przydatności do spożycia przy jednoczesnym zachowaniu właściwości ochronnych i poprawie walorów sensorycznych. Postępy te pozwalają na osiągnięcie tych celów bez konieczności stosowania chemicznych środków konserwujących lub systemów przechowywania w kontrolowanej temperaturze.

1. Innowacje w tradycyjnych metodach utrwalania

Tradycyjne metody konserwacji mięsa obejmują techniki takie jak wędzenie, peklowanie, suszenie, chłodzenie i mrożenie. Najnowsze osiągnięcia technologiczne udoskonalają te metody konserwacji, oferując rozwiązania poprawiające skuteczność i bezpieczeństwo mikrobiologiczne. Postępy te obejmują technologie fizyczne, chemiczne, bioprotekcyjne i łączone, mające na celu minimalizację wpływu zarówno na jakość, jak i wartość konsumpcyjną produktów mięsnych.

2. Technologia paskalizacji (HPP- High Pressure Processing)

Technologia HPP, ciśnieniowanie, paskalizacja - nowoczesna metoda utrwalania żywności za pomocą wysokiego ciśnienia, dzięki czemu dochodzi do redukcji liczby drobnoustrojów. Proces ten pomija użycie ciepła, zachowując w ten sposób naturalne właściwości, aromaty i składniki odżywcze produktów, jednocześnie skutecznie neutralizując szkodliwe substancje. Rosnącą popularność tej metody można przypisać jej bezpieczeństwu i wyższej jakości produktu końcowego. W tym procesie żywność umieszczana jest w komorze ciśnieniowej poddawanej ciśnieniu hydrostatycznemu od 100 do 1000 MPa. Optymalne parametry ciśnienia i czasu trwania, zazwyczaj od 400 do 600 MPa przez 3 do 7 minut w temperaturze pokojowej, muszą być dostosowane do konkretnych produktów. HHP jest szczególnie skuteczny w zwalczaniu patogenów takich jak Salmonella, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes i Aeromonas hydrophila. Technika ta wydłuża okres przydatności do spożycia żywności bez utraty wartości odżywczych i zachowuje świeżość podczas długotrwałego transportu. Dodatkowo, HHP zapewnia bezpieczeństwo mikrobiologiczne produktów mięsnych, zachowując jednocześnie ich jakość, ponieważ wytwarza produkt sterylny, bez dodatków chemicznych i konserwantów. Może również obniżyć zawartość soli w mięsie, rozwiązując problem wysokiego spożycia sodu. Zastosowanie HHP do mięsa surowego i produktu mięsnego jest istotne, ponieważ tradycyjna obróbka termiczna może niekorzystnie wpływać na jego właściwości organoleptyczne.

3. Pulsacyjne pole elektryczne (PEF)

Technologia pulsacyjnego pola elektrycznego to zaawansowana metoda wykorzystująca krótkie impulsy elektryczne wysokiego napięcia do utrwalania produktów spożywczych, skutecznie rozwiązując problemy związane z bezpieczeństwem i jakością żywności. Technologia ta jest szczególnie korzystna w nietermicznym utrwalaniu żywności, ponieważ działa bez poddawania żywności działaniu wysokich temperatur, chroniąc w ten sposób jej skład odżywczy i integralność smaku. Proces PEF indukuje elektroporację, która polega na tworzeniu nanoporów w błonach komórkowych komórek drobnoustrojów i matryc żywnościowych. To selektywne zaburzenie integralności komórkowej atakuje szkodliwe mikroorganizmy, przedłużając w ten sposób okres przydatności do spożycia produktów spożywczych i jednocześnie ograniczając psucie się bez konieczności stosowania chemicznych środków konserwujących. Ostatecznie PEF zapewnia zachowanie świeżości i właściwości organoleptycznych żywności, co oznacza znaczący postęp w dziedzinie zrównoważonych i bezpiecznych technik konserwacji żywności.

4. Ultradźwięki (sonifikacja)

To innowacyjna technologia wykorzystywana w konserwowaniu mięsa bez powodowania niekorzystnych zmian jakości. Metoda ta wykorzystuje fale akustyczne o częstotliwościach powyżej 20 kHz, coraz częściej stosowane w przemyśle mięsnym. Zazwyczaj fale ultradźwiękowe o dużej mocy i niskiej częstotliwości w zakresie od 20 do 100 kHz są wykorzystywane do wytworzenia efektu kawitacji, który modyfikuje właściwości fizykochemiczne i biochemiczne materiału, wspomagając rozpad struktur komórkowych. To zaburzenie ścian komórkowych, błon komórkowych i DNA inaktywuje mikroorganizmy i ułatwia uwalnianie zawartości komórkowej. W połączeniu z odpowiednio wysokim ciśnieniem, sonifikacja umożliwia skuteczne niszczenie mikroorganizmów. Chociaż ultradźwięki mogą być postrzegane jako niebezpieczne, ich prawidłowe zastosowanie może zwiększyć stężenie korzystnych substancji bioaktywnych, promując zdrowie konsumentów poprzez poprawę czystości mikrobiologicznej i zmniejszając ryzyko chorób przewodu pokarmowego. Nie ma dowodów sugerujących negatywne skutki stosowania sonifikacji w konserwowaniu mięsa; wręcz przeciwnie, znacznie zmniejsza ona zapotrzebowanie na chemiczne środki konserwujące. Mięso poddane działaniu ultradźwięków starzeje się wolniej i ulega mniejszym zmianom mikrobiologicznym. Ponadto, zastosowanie ultradźwięków w przetwórstwie żywności zwiększa wydajność, minimalizując czas i koszty produkcji, przy minimalnym nakładzie energii.

5. Innowacyjne opakowania

Opakowania odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu jakości, wydłużeniu okresu przydatności do spożycia i zapewnieniu bezpieczeństwa produktów mięsnych. Systemy opakowań mają fundamentalne znaczenie dla ochrony jakości, integralności i bezpieczeństwa żywności, skutecznie zmniejszając ryzyko zanieczyszczenia w całym złożonym łańcuchu dostaw żywności. Oprócz pełnienia funkcji bariery ochronnej, opakowanie stanowi istotny interfejs z konsumentem, przekazując istotne informacje i znacząco wpływając na jego pierwsze wrażenie o produkcie. Ta wielopłaszczyznowa rola poprawia nie tylko wrażenia konsumenta, ale także zaufanie do niezawodności i świeżości produktu. W ostatnich latach postęp technologiczny doprowadził do rozwoju aktywnych i inteligentnych rozwiązań w zakresie opakowań żywności. To współczesne podejście obejmuje inteligentne urządzenia, takie jak wskaźniki i czujniki, a także aktywne folie. Aktywne opakowanie polega na celowym dodaniu określonych substancji do materiału opakowaniowego lub do przestrzeni nad opakowaniem w celu zwiększenia ogólnej skuteczności systemu pakowania. Ta innowacyjna technika umożliwia bezpośrednią interakcję między produktem spożywczym a substancjami bioaktywnymi celowo wprowadzonymi do opakowania, zachowując w ten sposób jakość żywności i wydłużając jej okres przydatności do spożycia w porównaniu z konwencjonalnymi metodami pakowania.

W ostatnich latach rosnąca świadomość ekologiczna i potrzeba większego zrównoważonego rozwoju przyczyniły się do silnego zainteresowania zastąpieniem konwencjonalnych tworzyw sztucznych biodegradowalnymi biopolimerami. Materiały te, pochodzące ze źródeł naturalnych, nie tylko pomagają ograniczyć ilość odpadów plastikowych, ale także ułatwiają wprowadzanie związków bioaktywnych, co prowadzi do rozwoju aktywnych rozwiązań opakowaniowych o ulepszonych właściwościach antybakteryjnych i antyoksydacyjnych. Co więcej, stosowanie biodegradowalnych biopolimerów ma zasadnicze znaczenie dla zmniejszenia ilości odpadów żywnościowych poprzez przedłużenie świeżości produktów mięsnych. Osiągają to poprzez skuteczną kontrolę przepuszczalności gazów, regulując w ten sposób atmosferę wewnętrzną w opakowaniu i utrzymując optymalny poziom wilgotności. To nie tylko zwiększa stabilność produktów mięsnych, ale także przyczynia się do bezpieczeństwa żywności. Wśród nowoczesnych materiałów opakowaniowych polimery biodegradowalne zyskały szczególną uwagę ze względu na swoją zgodność z ochroną środowiska i właściwości funkcjonalne. Materiały te, często pochodzące ze źródeł naturalnych, takich jak polisacharydy (np. skrobia, chitozan, alginian) i białka (np. żelatyna, białko serwatkowe, białko sojowe), wykazują doskonałą zdolność tworzenia filmu, właściwości barierowe dla gazów oraz potencjał do wprowadzania substancji czynnych, takich jak przeciwutleniacze i środki przeciwdrobnoustrojowe. Folie na bazie polisacharydów są zazwyczaj hydrofilowe i oferują dobre właściwości barierowe dla tlenu, podczas gdy folie na bazie białek mogą zapewnić pożądaną wytrzymałość mechaniczną i przezroczystość. Dlatego te materiały biodegradowalne nie tylko działają jako warstwy ochronne, ale także poprawiają ogólną wydajność systemów pakowania mięsa.

Zrównoważone praktyki produkcyjne

Oczekuje się, że globalna populacja wzrośnie do 9,7 miliarda do 2050 roku, co może doprowadzić do wzrostu produkcji żywności o co najmniej 70%; jednak zasoby potrzebne do produkcji żywności, takie jak ziemia i woda, są ograniczone. Wyzwania te sprawiają, że światowy system żywnościowy zmierza w kierunku bardziej zrównoważonej produkcji żywności i innowacji w tej dziedzinie. W odpowiedzi na wyzwania klimatyczne i ekologiczne, branża mięsna stosuje rozwiązania minimalizujące szkody dla zasobów oraz emisję gazów cieplarnianych. Systemy odzysku biogazu i energii z odpadów poubojowych oraz optymalizacja zużycia wody stanowią kluczowe elementy użytkowe.

1. Mięso hodowane komórkowo – rewolucja technologiczna

Innowacyjne technologie w produkcji mięsa, takie jak hodowla komórkowa czy drukowanie 3D, to połączenie nauki i żywności. Potencjał ten obejmuje technologię hodowli mięsa in vitro, czyli produkcję mięsa z komórek mięśniowych w warunkach laboratoryjnych. Prace nad skalowalnymi systemami bioreaktorów oraz substytutami nośników zestawu stanowią priorytet w rozwoju tej technologii.

2. Mięso z drukarki 3D

Jeszcze kilka lat temu modelowanie 3D kojarzyło się głównie z prototypami, modelami architektonicznymi czy konstrukcjami maszyn. Obecnie drukarki 3D wkraczają do laboratoriów spożywczych, a jednym z najbardziej fascynujących kierunków ich rozwoju jest produkcja mięsa. Technologia druku trójwymiarowego (3D) umożliwia wytwarzanie złożonych struktur mięsnych, które wiernie odzwierciedlają naturalne kawałki, oferując tym samym potencjał do rozwoju produktów mięsnych o charakterystycznych kształtach i teksturach. To innowacyjne podejście umożliwia precyzyjne modyfikacje składu odżywczego produktu końcowego, co przekłada się na lepszy smak i większą wartość odżywczą. Na przykład, wprowadzenie określonych aminokwasów może prowadzić do bardziej zbilansowanego profilu białkowego, co jest korzystne dla konsumentów. Zwolennicy technologii druku 3D argumentują, że stanowi ona realne rozwiązanie kilku współczesnych wyzwań. Po pierwsze, zwiększa ona zrównoważony rozwój produkcji żywności. Konwencjonalne rolnictwo wymaga znacznych zasobów, w tym wody, paszy i gruntów ornych, co przyczynia się do znacznej emisji gazów cieplarnianych. Produkcja mięsa za pomocą druku 3D ma potencjał zmniejszenia emisji CO₂ i daje szansę na bardziej zrównoważony rozwój. Po drugie, kluczową rolę odgrywają względy etyczne. Produkcja mięsa w procesach komórkowych eliminuje konieczność uboju zwierząt, co stanowi atrakcyjną propozycję dla podmiotów dbających o dobrostan zwierząt. Wdrożenie tej technologii wiąże się jednak z pewnymi wyzwaniami. Drukarki biotechnologiczne są energochłonne, a proces produkcji musi odbywać się w sterylnych warunkach, w kontrolowanym środowisku. Ponadto uzyskanie odpowiednich tekstur i smaków, odzwierciedlających strukturalne właściwości włókien mięśniowych i tłuszczowych, wymaga zaawansowanych rozwiązań inżynieryjnych.

Podsumowanie

Czy to jeszcze jedzenie, czy już nauka? Granica między żywnością a nauka staje się płynna: produkcja mięsa jest stopniowo kształtowana przez skrupulatnie zaplanowane procesy biochemiczne, zaawansowane analizy wspomagane komputerowo i precyzyjne techniki laboratoryjne. Choć nadal odzwierciedla tradycje kulturowe, rola nowoczesnej technologii na nowo definiuje podstawowe pojęcia żywności, bezpieczeństwa i zrównoważonego rozwoju ekologicznego. Pojawienie się innowacyjnych technologii oznacza, że ​​mięso prezentowane na talerzu wykracza poza swoje tradycyjne określenie jako zwykła żywność; ucieleśnia ono rezultaty współczesnych osiągnięć naukowych, które mają na celu sprostanie przyszłym wyzwaniom, takim jak zdrowie publiczne, ochrona środowiska i rosnące zapotrzebowanie na żywność w stale ewoluującym globalnym krajobrazie. Przemysł musi jednak inwestować w badania i rozwój, aby dostosować te technologie do potrzeb rynku i zasięgu.

dr inż. Anna Okoń

Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego – PIB w Warszawie

Literatura

1. Arruda, T. R., Bernardes, P. C., e Moraes, A. R. F., & Soares, N. D. F. F. (2022). Natural bioactives in perspective: The future of active packaging based on essential oils and plant extracts themselves and those complexed by cyclodextrins. Food Research International, 156, 111160.
4. Fao, Ifad, Unicef, Wfp, & Who. (2020). The State of Food Security and Nutrition in the World 2020. Transforming food systems for affordable healthy diets. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing.
7. https://www.spozywczetechnologie.pl/miesne-technologie/technologie-pakowania/1134/mozliwosci-i-wyzwania-zwiazane-z-zastapieniem-tradycyjnych-opakowan-miesa-opakowaniami-jadalnymi-z-funkcja-antybakteryjna
10. https://www.spozywczetechnologie.pl/miesne-technologie/technologie-produkcji/1096/mieso-in-vitro-niedaleka-przyszlosc-czy-science-fiction
14. Kucharyk, S., Rudy, M., Gil, M., Stanisławczyk, R., & Mroczek, K. (2019). Niekonwencjonalne metody utrwalania produktów mięsnych oraz ich wpływ na zdrowie człowieka i środowisko.
17. Makała, H. (2021). Współczesne rozwiązania i trendy w pakowaniu mięsa i przetworów mięsnych. Przemysł Spożywczy, 75.
20. Piancharoenwong A, Badir YF (2024) IoT smart farming adoption intention under climate change: The gain and loss perspective. Technol Forecast Soc Change 200:123192. https://doi.org/10.1016/j.techfore.2023.123192