STRESZCZENIE: Jedną z funkcji opakowania do produktów spożywczych jest zapobieganie ich psuciu oraz zachowanie podstawowych cech żywności takich jak: wartość odżywcza, smak, zapach. W opakowaniach aktywnych kontrolowane oddziaływanie pomiędzy zapakowanym produktem spożywczym a jego otoczeniem ma wpływ na hamowanie niekorzystnych przemian zachodzących w żywności, co zapewnia utrzymanie jakości i wydłużenie czasu bezpiecznego ich przechowywania. Jednym z rodzajów opakowań aktywnych są opakowania o właściwościach antymikrobiologicznych, w których wykorzystuje się różne biologicznie aktywne substancje. Duże zastosowanie jako środek biobójczy w formowaniu powłok przeciw drobnoustrojowych w opakowaniach do żywności ma nizyna. Prowadzono badania nad możliwością zastosowania natamycyny jako aktywnej substancji do produkcji opakowań charakteryzujących się właściwościami antypleśniowymi. IN ENGLISH: One of the functions of food packaging is to prevent spoilage and preserve basic food characteristics such as nutritional value, taste, aroma. In active packaging, the controlled interaction between the packaged food product and its environment affects the inhibition of adverse changes in food, thus ensuring the quality and prolonging the safe storage time. One type of active packaging is an antimicrobial packaging in which biologically active substances are used. As a biocidal agent in the formation of anti-microbial coatings in food packaging has a nisin. Natamycin has been studied as an active substance for the production of anti-mold packaging.
Opakowania aktywne
Nowoczesnymi opakowaniami na miarę XXI wieku są opakowania aktywne (AP – active packaging), których innowacyjność stanowi korzystne, kontrolowane oddziaływanie pomiędzy otoczeniem, opakowaniem a zapakowanym produktem spożywczym [1,2]. Ta szczególna interakcja, jej intensywność i przebieg mają wpływ na hamowanie negatywnych przemian zachodzących w zapakowanej żywności. Tak więc opakowanie aktywne poza funkcją ochronną dodatkowo zapewnia utrzymanie jakości i poprawę bezpieczeństwa żywności podczas jej przechowywania. Jednym z rodzajów opakowań aktywnych są opakowania o właściwościach antymikrobiologicznych zawierające biologicznie aktywne substancje. Aktywne substancje, migrując do żywności lub do środowiska otaczającego produkt spożywczy, zapobiegają powstawaniu lub opóźniają rozwój drobnoustrojów powodujących ich psucie się.
Aktywne opakowania o właściwościach antymikrobiologicznych formowane są w różny sposób [3,4]. Mogą to być np.:
– saszetki lub wkładki umieszczone wewnątrz opakowania np. zawierające absorbery tlenu lub pary wodnej zmieniające atmosferę wewnątrz opakowania (rys. 1.);
– substancje ograniczające wzrost drobnoustrojów wbudowane w strukturę materiału opakowaniowego;
– powłoki aktywne aplikowane na powierzchni materiału opakowaniowego;
– opakowania z materiałów o właściwościach antymikrobiologicznych np. z chitozanu.
W opakowaniach antymikrobiologicznych wykorzystuje się różne biologicznie aktywne substancje. Mogą to być na przykład słabe kwasy organiczne (benzoesowy, octowy, mlekowy, sorbowy, cytrynowy), ekstrakty przypraw, roślinne olejki eteryczne (gorczycowy, czosnkowy, cynamonowy), a także różne enzymy, chelaty EDTA oraz jony srebra.
Obecność substancji o działaniu przeciwpleśniowym w materiale opakowaniowym pozwala na eliminację bezpośredniego wprowadzania do żywności różnych substancji chemicznych – konserwantów, które jakkolwiek formalnie akceptowane, są coraz częściej kwestionowane zarówno przez dietetyków, jak i przez konsumentów.
Obecnie w przemyśle opakowaniowym jako substancje bioaktywne duże zastosowanie mają bakteriocyny, a zwłaszcza nizyna. Nizyna (policykliczny peptyd) stosowana jest w przemyśle mleczarskim, mięsnym oraz w przetwórstwie owocowo-warzywnym jako naturalny i bezpieczny biokonserwant (oznaczenie E234). Opakowania wykonane z tworzyw sztucznych lub włókien celulozowych z powłoką zawierającą nizynę, charak-
teryzują się właściwościami antybakteryjnymi, a wrażliwe są wobec bakterii kwasu mlekowego, bakterii tlenowych gram dodatnich oraz drobnoustrojów patogennych [5,6]. Jako źródło nizyny w powłokach przeciwbakteryjnych wykorzystywany jest preparat NisaplinReg, zawierający 2,5% czystej substancji. Według patentu COBRO przeciwdrobnoustrojowa powłoka zawierająca nizynę jest aplikowana na powierzchnię folii giętych metodą powlekania z roztworu wodnego nizyny o stężeniu od 0,025% do 0,25% w środowisku kwaśnym. Nizyna może być dodawana do powłok powierzchniowych, ale także do materiału opakowaniowego.
W COBRO prowadzono także badania nad opracowaniem metody wytwarzania materiałów opakowaniowych i opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością zawierających preparaty z funkcją skutecznego hamowania wzrostu grzybów strzępkowych (pleśni) oraz przeciwdziałania tworzenia się mikotoksyn [7]. W badaniach wykorzystano preparat o nazwie handlowej Natamax, który zawiera w swoim składzie natamycynę (rys. 2.) dopuszczoną przez regulacje UE jako dodatek do żywności pod numerem E235. Istotne pozostają dobór metody wprowadzania określonej substancji aktywnej biologicznie np. do konkretnego materiału opakowaniowego oraz kompatybilność tej substancji z technologią wytwarzania opakowania. Otrzymany innowacyjny materiał opakowaniowy, oprócz zachowanych swoich właściwości fizyko-mechanicznych, mógłby się charakteryzować aktywnością przeciwpleśniową.
Badanie wpływu natamycyny na toksynotwórczość grzybów pleśniowych
W pierwszym etapie prac badawczych wyznaczono dla natamycyny wartość MIC (minimal inhibitory concentration), czyli wartość najmniejszego stężenia związku hamującego wzrost pleśni [8]. Badania modelowe przeprowadzono na szczepach toksynotwórczych:
– Penicillium expansum (patulina),
– Penicillium verrucosum (ochratoksyna);
– Aspergillus versicolor (sterigmatocystyna);
– Aspergillus ochraceus (ochratoksyna);
– Aspergillus flavus (aflatoksyna);
– Penicillium chrysogenum.
Wyznaczenie wartości MIC – najmniejszego stężenia natamycyny hamującego wzrost pleśni wykonano metodą zawiesinową [9]. Schemat wyznaczania wartości MIC dla natamycyny metodą zawiesinową przedstawiono na rys. 3.
Zasada metody zawiesinowej polega na przygotowaniu serii rozcieńczeń z płynnym podłożem wzrostowym dla drobnoustrojów (np. pleśni, bakterii). Do probówek dodaje się roztwory substancji biobójczej w odpowiednich, malejących stężeniach, a następnie do każdej probówki wprowadza się jednakową ilość zawiesiny badanego szczepu toksynotwórczego z hodowli. Po trwającej 16-18 godzin inkubacji w temperaturze 35°C obserwuje się, w której probówce występuje zmętnienie, co świadczy o wzroście drobnoustroju. W probówkach, w których występuje zmętnienie (wzrost pleśni, bakterii), stężenie środka biobójczego jest mniejsze od wartości MIC, natomiast najniższe stężenie, przy którym nie rozwijają się mikroorganizmy (podłoża są przejrzyste), wyznacza wartość MIC.
W tab. 1. zamieszczono wyniki wyznaczenia MIC dla natamycyny metodą zawiesinową dla badanych szczepów pleśni. Stwierdzono, że dla szczepów pleśni: Penicillium expansum, Penicillium chrysogenum, Aspergillus ochraceus, Aspergillus flavus wartość MIC dla natamycyny wynosi 2,5 µg/ml, natomiast dla pleśni Penicillium verrucosum i Aspergillus versicolor równa jest 4,0 µg/ml. Wyniki zamieszczone w tabeli uzyskano dla roztworów natamycyny świeżo sporządzonych. Badanie przeprowadzone powtórnie po 3 tygodniach przechowywania roztworów w temperaturze 4°C dało wyniki wzrostu w każdym ze stężeń, co świadczy o tym że natamycyna straciła swą aktywność.
Podsumowanie
Przeprowadzone badania bioaktywności natamycyny na różne szczepy pleśni wskazują na jej przydatność do zastosowania w produkcji materiałów opakowaniowych z aktywną funkcją przeciwpleśniową. Opakowanie z dodatkiem bioczynnych substancji o właściwościach antymikrobiologicznych zapobiega wzrostowi mikroorganizmów zanieczyszczających żywność lub ogranicza jego szybkość, co ma wpływ na przedłużenie świeżości przechowywanych produktów spożywczych przez możliwie długi czas. Opakowanie aktywne z powłoką antypleśniową może być zastosowane szczególnie w przemyśle piekarniczym oraz mleczarskim, gdzie istnieje największe ryzyko zanieczyszczenia produktów mikotoksynami.
Literatura
[1] Rozporządzenie (WE) nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 października 2004 r. w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością.
[2] Rozporządzenie (WE) Nr 450/2009 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 maja 2009 r. w sprawie aktywnych i inteligentnych materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością.
[3] Martyn A., Targoński Z., 2010, Antymikrobiologiczne opakowania żywności, ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 5 (72), s. 33-44.
[4] Nowacka M., 2010, Nowa generacja opakowań ograniczających wzrost mikroorganizmów, Ważenie-Dozowanie-Opakowanie 4, s. 46-48.
[5] Czerniawski B., Kalinowski W., Mielniczuk Z., Zdanowski B., Sip A., Folia z aktywną funkcją przeciwdrobnoustrojową do pakowania żywności oraz sposób jej wytwarzania, Wynalazek P-383106 zgłoszony w Urzędzie Patentowym RP 08.08.2007, Opis patentowy PL 2111826 B1, udzielenie patentu 29.06.2012, WUP 06,12.
[6] Sobecka K., Mizielińska M., Bartkowiak A., 2012, Badania możliwości zastosowania nizyny jak naturalnej substancji przeciwbakteryjnej do modyfikowania powierzchni opakowań tekturowych do żywności, Konferencja Rozkład i Korozja Mikrobiologiczna Materiałów Technicznych Łódź.
[7] Bal K., Kalinowski W., 2008. Wykrywanie skażeń mikotoksynami w próbkach środowiskowych metodą chromatografii cieczowej sprzężonej ze spektrometrią mas (HPLC-MS/MS) Część I, Praca statutowa COBRO.
[8] Prace własne prowadzone we współpracy z Instytutem Fermentacji i Mikrobiologii Politechniki Łódzkiej (Z. Żakowska i M. Piotrowska).
[9] Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z. (red.), 2007, Mikrobiologia Techniczna, Warszawa: Wyd. PWN.
Karol Bal, Alicja Kaszuba
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
