Rola azotanów (III) i (V) w produkcji wyrobów mięsnych

Praktyka dodawania azotanów i azotynów do produktów mięsnych była znana od wieków. Pod koniec XIX wieku zaczęto badać znaczenie saletry jako środka konserwującego mięso. W latach 50-60-tych XX wieku azotyny i azotany zaczęły być regularnie stosowane w przemyśle mięsnym, a w latach 70-tych XX wieku zaczęto powszechnie stosować regulacje dotyczące ich użycia (Cassens, 1990).

Azotany i azotyny to sole kwasów nieorganicznych niekiedy występujące naturalnie w żywności, ale także dodawane do żywności jako konserwanty w postaci proszku. Azotany (III) sodu i potasu, inaczej azotyn sodu, NaNO₂ (E250) i azotyn potasu, KNO₂ (E249) to sole używane jako środek konserwujący w wielu procesach technologicznych w przetwórstwie mięsnym. Nadają one produktom mięsnym czerwono-różową, ciepłoodporną, stabilną barwę, poprawiają i utrwalają ich smak i zapach, przedłużają trwałość poprzez działanie bakteriobójcze (np. względem Staphylococcus aureus czy Listeria monocytogenes). Przede wszystkim zapobiegają rozwojowi bakterii Clostridium botulinum, której toksyna - jad kiełbasiany jest jedną z najsilniejszych toksyn biologicznych. Z kolei azotany (V) sodu, NaNO₃ (E251) i potasu, KNO₃ (E252) to naturalnie występujące związki, obecne niemal we wszystkich warzywach, szczególnie liściastych. W produktach mięsnych azotany działają pośrednio - pełnią rolę rezerwuaru azotynów, ponieważ w środowisku mięsa ulegają redukcji do azotynów. Redukcja azotanów do azotynów następuję pod wpływem enzymów mikroorganizmów naturalnie obecnych w surowcu mięsnym, np. z rodzaju Staphylococcaceae i Micrococcaceae. Kolejno z azotynów w środowisku kwaśnym powstaje kwas azotawy (HNO₂), który może ulec dalszej redukcji do tlenku azotu (NO), dwutlenku azotu (NO₂) lub tritlenku diazotu (N₂O₃). Tlenek azotu (NO) reagując z barwnikiem mięsa – mioglobiną tworzy nitrozomioglobinę, która utrwalona w procesie ogrzewania zamienia się w niktrozohemichromogen – trwały różowo-czerwony barwnik mięsa (Bernando i wsp, 2021, Pospiech i Frankowska, 2009).

2. Zagrożenia dla zdrowia 

Azotyny mogą wiązać się z hemoglobiną krwi i poprzez trwałe jej zablokowanie uniemożliwiać przenoszenie tlenu wewnątrz organizmu, powodując niedotlenienie tkanek i organów. Ustalona przez WHO maksymalna dawka azotynów, jaką człowiek może spożywać codziennie bez uszczerbku na zdrowiu (tzw. ADI), wynosi 0,1 mg/kg masy ciała, a w przypadku azotanów wartość ta wynosi 5 mg/ kg masy ciała/dzień (Pospiech i Frankowska, 2009).

Głównym źródłem azotanów w diecie są warzywa i dostarczają średnio 89% tych związków, a azotyny dostarczane są przede wszystkim (w 69%) z mięsa i przetworów mięsnych. Surowiec mięsny niepeklowany zawiera stosunkowo niewielkie ilości azotanów i azotynów, ok. 2,5 mg/kg, a ich zawartość w wyrobach mięsnych zmniejsza się podczas przechowywania, jako wynik przemiany barwników hemowych do nitrozylopochodnych oraz dysmutacji azotynu do azotanu (Stoica i wsp. 2021). Głównym źródłem azotynów w wyrobach mięsnych są sole peklujące. 

W ostatnich latach kontrowersje wokół azotynów nasiliły się po opublikowaniu raportu IARC przez grupę roboczą ds. oceny zagrożeń rakotwórczych dla ludzi, w odniesieniu do czerwonego i przetworzonego mięsa. Niniejsza praca systematyzuje badania epidemiologiczne i toksykologiczne, sugerując związek między rakiem jelita grubego a azotynami zawartymi w przetworach mięsnych. Uważa się, że same azotany i azotyny nie mają żadnego lub mają ograniczony potencjał rakotwórczy, jednak w połączeniu z niektórymi aminami lub amidami azotyn może tworzyć związki N-nitrozowe (NOC), z których wiele jest rakotwórczych, co wykazano w badaniach na zwierzętach laboratoryjnych (IARC, 2018).

Stosowanie azotanów (E251, E252) i azotynów (E249, E250) w produktach mięsnych reguluje prawo Unii Europejskiej, które określa maksymalną dopuszczalną ilość oraz maksymalne poziomy pozostałości w produktach mięsnych. Informacje te zostały opublikowane w całości w rozporządzeniu Unii Europejskiej nr 1129/2011. Ilość azotynu sodu (NaNO₂) dopuszczona do użytku w przetworzonym mięsie wynosi obecnie 150 mg/kg, z wyjątkiem sterylizowanych produktów mięsnych (gdzie limit wynosi 100 mg/kg) i tradycyjnych produktów peklowanych na sucho (dla których limit wynosi 175–180 mg/kg) (Rozp.1129/2011).

Debata związana ze stosowaniem azotanów i azotynów w przetwórstwie mięsa trwa. Na przykład władze Danii wprowadziły bardziej restrykcyjne przepisy dopuszczając jedynie 60 mg azotynów /kg surowca mięsnego, argumentując to ochroną zdrowia i życia konsumentów. Organa kształtujące prawodawstwo w tym obszarze poszukują kompromisu między zagrożeniem powodowanym przez nitrozoaminy wskutek obecności azotynów w produktach mięsnych a ich działaniem ochronnym przeciwko wzrostowi bakterii, w szczególności tych odpowiedzialnych za zatrucie jadem kiełbasianym.

3. Strategie redukcji poziomu azotanów (III) i (V) w wyrobach mięsnych

W literaturze prezentowane są różne punkty widzenia związane z ryzykiem spożycia azotanów i azotynów dla zdrowia. Główna krytyka związku między rakiem jelita grubego a przetworzonym mięsem opiera się na potencjalnym błędzie wynikającym z faktu, że w badaniach toksykologicznych wykorzystano stężenie związków o wysokiej szkodliwości, z trudem spotykane w przetworzonym mięsie (Bernando i wsp., 2021). Mimo wątpliwości środowiska naukowego, uważa się, że należy zastosować zasadę ostrożności i określać strategie zmniejszania ryzyka dla konsumentów. Przetwory mięsne są jednym z celów tych strategii. Dlatego naukowcy testują możliwości zastosowania nowych technologii i rozwiązań dla przemysłu:

1. Zastosowanie ekstraktów z warzyw jako źródła azotanów (III) i (V);

Wykazano, że znaczne ilości NO₃ (azotanów) są naturalnie obecne w niektórych owocach i warzywach (seler, szpinak, sałata, pietruszka, rukola, boćwina, brokuł, kapusta, rzeżucha, rzodkiewka). Warzywa te lub ich ekstrakty mogą być wykorzystane jako źródło azotynów i zastosowane w przetwórstwie mięsnym do uzyskania wyrobów mięsnych o właściwościach zbliżonych do konwencjonalnych produktów peklowanych (Bernando i wsp, 2021, Stoica i wsp. 2021).

1. Zastosowanie wyselekcjonowanych mikroorganizmów jako składnika kultur startowych;

W wielu badaniach wykazano wpływ mikroorganizmów w tworzeniu barwy mięsa. Dodatek wyselekcjonowanych szczepów mikroorganizmów (głównie bakterii fermentacji mlekowej) może pomóc rozwiązać problem akceptacji sensorycznej oraz bezpieczeństwa mikrobiologicznego (Szymański i wsp. 2023).

1. Nowe technologie np.: AP (zimna plazma), PEF (pulsacyjne pole elektryczne);

Wykazano, że zimna plazma może stać się innowacyjną technologią wytwarzania naturalnego azotynu. AP to proces, w którym powstaje zjonizowany gaz zawierający reaktywne formy azotu, które w środowisku żywności mogą wywoływać reakcje z wytworzeniem NO₂. AP może dostarczać NO₂ do mięsa, podobnie jak chemiczny NaNO₂, jednak NO₂ wytwarzany przez AP można łatwiej zredukować do NO niż w przypadku chemicznej procedury NaNO₂ (Yong i wsp., 2017).

Równie nową i innowacyjną technologią możliwą do zastosowania w przemyśle mięsnym jest PEF (pulsacyjne pole elektryczne). PEF to metoda nietermiczna, która pozwala na zwiększenie elektroprzepuszczalności błon cytoplazmatycznych komórek zwierzęcych i zwiększenie dyfuzji soli, co w konsekwencji wpływa na możliwość ograniczenia ich dodatku (Rocha i wsp., 2018).

Podsumowując, obecność azotanów i azotynów w produktach mięsnych nadal budzi duże obawy wśród konsumentów, zwłaszcza od czasu wzmocnienia trendu na produkty z tzw. „czystą etykietą”. Trend ograniczania dodatku azotanów (III) i (V) jest silny, co jest wspierane przez ustawodawców rożnych Państw. Jednocześnie naukowcy testują nowe rozwiązania, aby zagwarantować zarówno bezpieczeństwo, jak i wysoką jakość sensoryczną i zdrowotną innowacyjnych wyrobów mięsnych. Słabą stroną nowych rozwiązań są wysokie koszty aplikacji.

dr hab. Dorota Zielińska, prof. SGGW

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Instytut Nauk o Żywieniu Człowieka, Katedra Technologii Gastronomicznej i Higieny Żywności, ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa

UNISTART sp. z o.o. – spin-off SGGW w Warszawie, www.unistart.pl

Literatura:

1. 1. Bernardo, P., Patarata, L., Lorenzo, J. M., & Fraqueza, M. J. (2021). Nitrate is nitrate: The status quo of using nitrate through vegetable extracts in meat products. Foods, 10(12), 3019.
2. 2. Cassens, R.D. Nitrite-cured Meat. In A Food Safety Issue in Perspective; Food & Nutrition Press Inc.: Trumbull, CT, USA, 1990.
3. 3. International Agency for Research on Cancer (IARC). Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans Red Meat and Processed Meat; WHO: Geneva, Switzerland, 2018; Volume 114.
4. 4. Pospiech, E, & Frankowska, A. (2009). Azotany III i V–ich zastosowanie i przyszłość w przetwarzaniu mięsa. Medycyna Weterynaryjna, 65(12), 803-806.
5. 5. Rocha, C. M. R., Genisheva, Z., Ferreira-Santos, P., Rodrigues, R., Vicente, A. A., Teixeira, J. A., & Pereira, R. N. (2018). Electric field-based technologies for valorization of bioresources. Bioresource Technology, 254, 325–339.
6. 6. Stoica, M., Antohi, V. M., Alexe, P., Ivan, A. S., Stanciu, S., Stoica, D., ... & Stuparu-Cretu, M. (2022). New strategies for the total/partial replacement of conventional sodium nitrite in meat products: A review. Food and Bioprocess Technology, 1-25.
7. 7. Szymański, P., Łaszkiewicz, B., Kern-Jędrychowska, A., Siekierko, U., & Kołożyn-Krajewska, D. (2023). The effect of the use of Limosilactobacillus fermentum S8 isolated from organic acid whey on nitrosyl pigment concentration and the colour formation of uncured cooked meat products. Meat Science, 196, 109031.
8. 8. Yong, H. I., Park, J., Kim, H.-J., Jung, S., Park, S., Lee, H. J., Choe, W., & Jo, C. (2017). An innovative curing process with plasma treated water for production of loin ham and for its quality and safety. Plasma Processes and Polymers, 15, 1700050.