Wpływ wybranych witamin na długość okresu przydatności do spożycia mięsa drobiowego Jakość mięsa definiowana jest jako zespół wszystkich istotnych dla surowca mięsnego cech, świadczących o jego wartości użytkowej oraz jednoznacznie określających, czy jest ono odpowiednie pod względem wartości odżywczej. Najważniejsze cechy jakościowe z punktu widzenia konsumenta mięsa to: barwa, soczystość, kruchość, pożądany i właściwy smak oraz zapach. Pojęcie jakości mięsa obejmuje także takie kryteria jak bezpieczeństwo zdrowotne oraz dyspozycyjność. Niewłaściwe postępowanie ze zwierzętami za życia może być przyczyną wystąpienia wad mięsa i skutkować otrzymaniem surowca o gorszej niż pożądana jakości. Równie duży wpływ na przydatność technologiczną i kulinarną mięsa mają czynności ubojowe oraz obchodzenie się z tuszami, a następnie mięsem po uboju. Wszelkie nieprawidłowości, które zostały wymienione powyżej, mogą przyczynić się do pogorszenia jakości produktu oraz skrócenia okresu przydatności do spożycia mięsa drobiowego. Procesem bezpośrednio związanym z tym zagadnieniem jest stres oksydacyjny, który zwiększa podatność lipidów mięśni na procesy utleniania. W celu wydłużenia okresu przydatności do spożycia mięsa drobiowego stosowane są antyoksydanty, które w większym bądź mniejszym stopniu, są w stanie zabezpieczyć produkt skutkami procesu utleniania. Jednymi z ważniejszych antyoksydantów są witaminy, w tym E, C oraz A. Stres oksydacyjny Aby dokładniej zagłębić się w zalety stosowania w produkcji drobiarskiej witamin charakteryzujących się działaniem przeciwutleniającym, należy zrozumieć genezę problemu, czyli przyczyny ograniczenia czasu przydatności do spożycia mięsa. Wolne rodniki to cząsteczki zawierające przynajmniej jeden niesparowany elektron na zewnętrznej powłoce elektronowej. Są one bardzo reaktywne, gdyż dążą do sparowania elektronów przez odebranie lub oddanie ich innym cząsteczkom. Łańcuch oddechowy jest źródłem większości wolnych rodników generowanych w organizmie. Reszta wolnych rodników powstaje w trakcie reakcji fizjologicznych, zachodzących w różnych strukturach komórki lub w wyniku autooksydacji związków biologicznie czynnych. Wolne rodniki są potrzebne do prawidłowego przebiegu wielu procesów życiowych. Biorą udział między innymi w regulacji ekspresji genów, procesów fosforylacji białek czy stężenia wapnia w komórkach, aktywują białka kontrolujące podziały komórkowe oraz uczestniczą w eliminowaniu drobnoustrojów. Jednakże, nadmiar wolnych rodników prowadzi do destrukcji elementów strukturalnych i funkcjonalnych komórek, zaburzeń homeostazy i śmierci w wyniku apoptozy lub nekrozy. Uważa się, że długotrwałe działanie wolnych rodników jest przyczyną wielu chorób cywilizacyjnych, np. nowotworów. Wykazano, że w przypadku zwierząt gospodarskich, wyróżniających się wysokim poziomem metabolizmu komórkowego, wiążącym się z narażeniem na czynniki stresogenne następuje wzrost 22
koncentracji wolnych rodników. Dłużej trwające wystawienie zwierząt na niekorzystne warunki, o których będzie mowa w dalszej części artykułu, prowadzące do zaburzenia równowagi oksydacyjno-redukcyjnej ustroju, czyli stresu oksydacyjnego, powoduje zmiany jakościowe produktów odzwierzęcych, w tym mięsa. Do najbardziej znanych czynników stresogennych w produkcji drobiarskiej należy wysoka temperatura (stres cieplny), oraz warunki transportu i uboju. Nieodpowiedni mikroklimat środka transportu, a w szczególności niewłaściwa temperatura to główne czynniki powodujące wzrost śmiertelności ptaków podczas jego trwania, obniżenie poziomu ich dobrostanu oraz późniejsze obniżenie jakości mięsa od nich pozyskanego. Stwierdzono, iż wraz ze wzrostem temperatury oraz długością przetrzymywania ptaków w klatkach transportowych dochodzi do znaczących strat masy ciała. U kurcząt brojlerów narażonych na stres cieplny zanotowano również obniżenie poziomu białka ogólnego w mięśniach, negatywny wpływ na barwę mięsa oraz zwiększenie twardości i straty na skutek kurczenia się włókien mięśniowych. Zważywszy na wpływ stresu na jakość mięsa stwierdzono, że niezbędne jest podejmowanie badań nad stresem, uwzględniając przy tym poszukiwanie dobrych metod strategii kontroli stresu, ponieważ sukces w hodowli drobiu polega raczej nie na wyeliminowanie stresu, lecz utrzymaniu go na optymalnym poziomie. Utlenianie tłuszczów Jak już wspomniano, stres oksydacyjny zwiększa podatność lipidów mięsa drobiowego na procesy oksydacji tłuszczów. Reakcje utleniania lipidów mogą przebiegać według różnych mechanizmów, dlatego wyróżniono autooksydację oraz utlenianie fotosensybilizowane. Autooksydacja, czyli samoutlenianie, polega na przyłączaniu się tlenu do kwasów tłuszczowych. Proces autooksydacji jest reakcją łańcuchową i zapoczątkowany przebiega dalej samorzutnie, zapewniając ciągłą dostawę wolnych rodników, które inicjują kolejne reakcje. Tymczasem, fotosensybilizowane utlenianie lipidów polega na utlenianiu tłuszczu pod wpływem światła. Do zapoczątkowania reakcji niezbędne jest dostarczenie światła oraz sensybilizatora, którym najczęściej są barwniki. Utlenianie lipidów jest procesem bardzo złożonym. Inicjowane jest przez tworzenie się wolnych rodników lipidowych. Etap ten wymaga wysokiej energii aktywacji, która może być dostarczana, między innymi poprzez energię termiczną lub tlen singletowy (forma tlenu cząsteczkowego bez niesparowanych elektronów na najniższym stanie wzbudzonym). Następnym etapem jest proces propagacji, tzn. wolnorodnikowej reakcji łańcuchowej, której efektem jest powstanie wodoronadtlenków lipidowych (głównych produktów reakcji utleniania lipidów). Wytworzony wcześniej rodnik lipidowy reaguje z tlenem, tworząc rodnik nazywany nadtlenkowym lub peroksylowym. Ponieważ rodnik ten posiada stosunkowo wysoką energię, z łatwością może oderwać atom wodoru z cząsteczki lipidu. W ten sposób rodnik nadtlenkowy ulega przekształceniu w cząsteczkę wodoronadtlenku lipidowego, z dodatkowym wytworzeniem kolejnego rodnika lipidowego. Ostatnim etapem reakcji utleniania lipidów jest terminacja, której efekten jest powstanie zmodyfikowanych cząsteczek lipidów takich jak np. dimery kwasów tłuszczowych, hydroksykwasy tłuszczowe lub ketokwasy. Należy również dodać, że produkty końcowe procesu peroksydacji lipidów, zwłaszcza aldehydy, są mniej reaktywne niż wolne rodniki. Reagują z grupami tiolowymi białek oraz z resztą aminokwasów, np. histydylowymi, tyrozylowymi. Mogą zmieniać właściwości antygenowe białek, z którymi się łączą i hamować aktywność szeregu enzymów, co prowadzi m.in. do hamowania replikacji DNA. Produkty peroksydacji 24
lipidów modyfikują także właściwości fizyczne błon komórkowych, osłabiają zależność pomiędzy transportem elektronów przez łańcuch oddechowy a syntezą ATP w mitochondriach. Antyoksydanty Inaktywacja wolnych rodników tlenowych jest związana z obecnością w komórce bądź w przestrzeni zewnątrzkomórkowej substancji o małej masie cząsteczkowej - antyoksydantów drobnocząsteczkowych. Zalicza się do nich między innymi glutation, kwas moczowy oraz pochodne estradiolu. Wykazano, że przeciwutleniające związki niskocząsteczkowe o znanej budowie i określonych właściwościach fizyko-chemicznych mają często lepiej określoną aktywność biologiczną niż związki wysokocząsteczkowe o złożonej budowie. Reakcje antyoksydantów drobnocząsteczkowych z wolnymi rodnikami tlenowymi są mniej swoiste niż działanie enzymów antyoksydacyjnych (dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza glutationu), co sprawia, że związki te stają się bardziej uniwersalnymi obrońcami i mogą pełnić kilka funkcji. Działają one jako druga linia obrony degradując wolne rodniki, które umknęły dysmutazie ponadtlenowej czy katalazie. Potencjał antyoksydacyjny organizmu jest zależny także od poziomu antyoksydantów egzogennych, dostarczanych głównie wraz z pożywieniem. Przeciwutleniacze wprowadzone do przewodu pokarmowego wraz z pokarmem wiążą się z kwasem solnym, enzymami, kwasem żółciowym i solami żółciowymi oraz mikroflorą jelitową i jej metabolitami. Wszystkie wymienione czynniki aktywują cząsteczki przeciwutleniaczy, powodując określone modyfikacje. Aktywność biologiczna przeciwutleniaczy uwarunkowana jest ich przyswajalnością. Biodostępność zależy również od ilości substancji, jaka jest trawiona, wchłonięta i włączona do procesów metabolicznych. Szczególnie bogaty w przeciwutleniacze naturalne jest świat roślinny. Właściwości przeciwutleniające mają owoce, warzywa, zboża, nasiona oleiste, zioła i przyprawy oraz herbaty. Owoce i warzywa jako antyoksydanty nie są szeroko stosowane w przetwórstwie mięsnym. Do najczęściej stosowanych źródeł przeciwutleniaczy zalicza się: 1. zioła i przyprawy, tj.: rozmaryn, oregano, majeranek, szałwię, podbiał, goździki, kminek, bazylię, czosnek, paprykę, pieprz czarny, gorczycę, kurkumę, cynamon; 2. ekstrakty, m.in. z nasion zbóż, ziół oraz pestek i skórek owoców, herbat. Witaminy antyoksydacyjne Witaminy to grupa związków niezbędnych w ilościach śladowych do normalnego wzrostu i rozwoju. Zasadniczym kryterium klasyfikacji witamin jest rozpuszczalność tych związków w wodzie (witaminy z grupy B, witamina C) lub tłuszczach (witaminy A, D, E, K). Pełnią one w organizmie rozliczne funkcje, m.in. stanowią składniki systemu obrony organizmu przed negatywnym wpływem reaktywnych form tlenu. Do witamin antyutleniających należą: witamina C, β-karoten, witamina A (retinol) i witamina E. Wykazują one zdolność neutralizacji szkodliwego działania wolnych rodników i nadtlenków lipidowych. O ich kluczowej roli świadczy fakt, iż biorą one udział w regulacji ekspresji genów. Działanie to odnosi się zarówno do zmian w szlakach przekaźnictwa komórkowego, wskutek regulacji aktywności enzymów, jak również zmian w zakresie funkcjonowania wybranych czynników transkrypcyjnych. W niniejszym opracowaniu podjęto dyskusję nad aktywnością antyoksydacyjną znanych przeciwutleniaczy pochodzenia naturalnego, konkretnie witamin. Witamina E O istnieniu witaminy E po raz pierwszy dowiedziono na początku XX w. Stało się to na skutek prowadzonych w tamtym czasie doświad- 26
czeń określających wpływ różnych czynników na reprodukcję zwierząt. Witamina E jest nazwą grupy organicznych związków chemicznych, rozpuszczalnych w tłuszczach, w skład których wchodzą tokoferole i tokotrienole. Ich wspólną cechą jest obecność dwupierścieniowego szkieletu 6-hydroksychromanu, a także łańcucha bocznego zbudowanego z 3 jednostek izoprenowych. Aktualnie poznanych zostało 8 naturalnie występujących homologów zaliczanych do rodziny witaminy E. Są nimi α-, β-, γ-, δ-tokoferole wyróżniające się nasyconym bocznym łańcuchem węglowym i składające się z trzech jednostek izoprenoidowych oraz ich odpowiedniki w postaci nienasyconych α-, β-, γ-, δ-tokotrienoli. Witamina E odgrywa niebagatelna rolę w żywieniu ludzi jak i zwierząt. W przypadku ludzi prawie nigdy nie występuje żywieniowy niedobór witaminy E. Taka sytuacja może wystąpić tylko w przypadku niektórych chorób związanych z nieprawidłowym wchłanianiem tłuszczów. Jednakże w przypadku zwierząt wykazano, że brak witaminy E w diecie powodował sterylność osobników męskich różnych gatunków, powodował również zmiany degeneracyjne w móżdżku kurcząt. Objawy będące skutkiem niedoboru witaminy E u zwierząt łagodzi się podając naturalne i syntetyczne przeciwutleniacze lub podwyższając w diecie zawartość selenu. Ponadto, wielokrotnie wykazano, że podawanie w diecie zwierzętom witaminy E znacznie zwiększa odporność mięsa uzyskanego z tych zwierząt na procesy peroksydacyjne. W tym momencie warto również podkreślić, że witamina E przyjmowana w nadmiarze, w przeciwieństwie do innych witamin rozpuszczalnych w tłuszczach, nie akumuluje się w organizmie do poziomu, który mógłby być dla niego toksyczny. Witaminę E cechuje wysoki potencjał antyoksydacyjny. Jest ona związkiem lipofilnym, co wpływa na zdolności reakcji ze składnikami błony komórkowej. Działając jako przeciwutleniacz lub zmiatacz wolnych rodników przechodzi w postać rodnikową, która może zostać zredukowana ponownie do α-tokoferolu w reakcji z substancjami, takimi jak glutation i witamina C. Najbardziej biologicznie aktywną postacią witaminy E jest α-tokoferol, obecnie częściej zwany RRR-α-tokoferolem. Postaci takie jak β-, γ-, δ-tokoferole okazały się mniej ważne jako antyoksydanty niż wspomniany α-tokoferol, chociaż wszystkie wykazują aktywność przeciwutleniającą. Tokoferole i tokotrienole szczególnie efektywnie hamują peroksydację lipidów przede wszystkim dlatego, że skutecznie eliminują rodniki peroksylowe jeszcze zanim te zdążą uszkodzić białka błonowe bądź cząsteczki kwasów tłuszczowych. Warto również zaznaczyć, że tokoferole wykazują pewne właściwości prooksydacyjne w układach in vitro. Dowodem pozytywnego wpływu witaminy E w stosunku do długości okresu przydatności mięsa drobiowego do spożycia, są wyniki wielu badań, między innymi tych opisanych przez Lahučký i in. (2005), Leonel i in. (2007), Saenmahayak (2011), Taulescu i in. (2011) oraz Avila-Ramos i in. (2012). W badaniach tych suplementacja witaminą E istotnie obniżała w mięśniach drobiu poziom dialdehydu malonowego (MDA), czyli głównego produktów peroksydacji lipidów. Warto wspomnieć, iż jest to bardzo reaktywny związek o działaniu mutagennym, który powoduje uszkodzenia błon komórkowych oraz narusza struktury białkowe komórek. Witamina A Witamina A występuje w żywności jako: retinol, retinal, estry retinylu oraz karotenoidy, które w organizmie na skutek konwersji do dwóch cząsteczek retinolu uzyskują aktywność retinolu. Związki określane mianem witaminy A są niezbędne m.in. do prawidłowego przebiegu reakcji immunologicznych. Witamina A w żywności pochodzenia roślinnego występuje pod postacią karotenoidów, mogących mieć charakter prowitaminy A, która w wy- 28
niku działania enzymów przekształca się do cząsteczek aldehydów. Karotenoidy najobficiej występują w: marchwi, pomidorach, szpinaku, kapuście, morelach, pomarańczach, wiśniach. Podobnie jak w przypadku witaminy E, potwierdzono właściwości antyoksydacyjne witaminy A, które zostały wykazane zarówno w badaniach in vivo, jak i in vitro. Ujawniają się one w pełni przy niskim ciśnieniu parcjalnym tlenu. Retinol może reagować z rodnikami nadtlenkowymi, dzięki czemu przerywa reakcję łańcuchowej peroksydacji lipidów tworząc wodoronadtlenki. Witamina A jest ponadto zdolna do bezpośredniego reagowania z reaktywnymi formami tlenu, tworząc 5,6-epoksyd retinoidowy. Także karotenoidy posiadają szerokie właściwości antyoksydacyjne. Oprócz zmiatania rodników nadtlenkowych są skutecznymi wygaszaczami tlenu singletowego. Może on być zmiatany za pośrednictwem dwóch procesów: bezpośredniego przeniesienia energii wzbudzenia na cząsteczkę karotenoidu i jej rozproszenia w postaci ciepła lub/i chemicznej reakcji z tlenem, co prowadzi do nieodwracalnego uszkodzenia cząsteczki karotenoidu. Elementem strukturalnym, który zapewnia tym związkom zdolność do udziału w reakcjach redoks, jest łańcuch polienowy, posiadający wiele wiązań podwójnych. Witamina C Witamina C, czyli mieszanina kwasu askorbinowego i dehydroaskorbinowego, jest witaminą rozpuszczalną w wodzie. W największych ilościach występuje w owocach i warzywach, takich jak: czarna porzeczka, truskawki, owoce cytrusowe, papryka, kapusta. Poziom witaminy C w organizmie uzależniony jest od jej wchłaniania z przewodu pokarmowego oraz syntezy przez tkanki i florę bakteryjną jelit. Drób, jak i inne zwierzęta domowe, posiadają zdolność syntetyzowania tej witaminy z glukozy przez swój organizm, dzięki czemu podnosi się ich kondycja życiowa, co wpływa pozytywnie na walory mięsa oraz innych narządów jadalnych. Witamina C wpływa na funkcjonowanie układu immunologicznego. W dużym stężeniu występuje w leukocytach, gdzie jest szybko zużywana w czasie infekcji. Do niedoborów witaminy C w ustroju dochodzić może na skutek niedostatecznej zawartości jej w pokarmie, niedostatecznej resorpcji w jelicie cienkim lub na skutek zwiększonego zapotrzebowania organizmu. Najważniejszą właściwością leżącą u podstaw biologicznej aktywności kwasu askorbinowego jest jego zdolność odwracalnego utleniania i redukcji. Witamina C jest zaliczana do grupy antyoksydantów fazy wodnej, hamujących inicjację łańcuchowych reakcji wolnorodnikowych. Poprzez donację wodoru witamina C neutralizuje krótko żyjące rodniki hydroksylowe, oksyalkoholowe, ponadtlenkowe i azotowe, przy czym tworzą się stabilne i niereaktywne rodniki askorbinowe. Rodniki te są regenerowane do postaci kwasu askorbinowego z udziałem glutationu. Kwas askorbinowy uczestniczy także w regenerowaniu antyoksydantów hydrofobowych z ich postaci rodnikowych. Eksperymentem potwierdzającym korzystny wpływ kwasu askorbinowego na oksydacje tłuszczów jest to opisane przez Ozer i Sariçoban (2010). W badaniu tym analizowano wpływ butylowanego hydroksyanizolu (200 mg/kg BHA), kwasu askorbinowego (300 mg/kg) oraz α-tokoferolu (300 mg/kg) na stabilność oksydacyjną mięsa kurcząt mechanicznie pozbawionego kości przechowywanego w temperaturze -20 C przez 6 miesięcy. Wykazano, że najniższym poziomem MDA cechowały się próbki mięsa w stosunku, do którego zastosowano kwas askorbinowy (0,45 mg MDA/ kg próbki), najwyższym zaś mięso pozbawione jakiegokolwiek dodatku i zakwalifikowane jako grupa kontrolna (2,26 mg MDA/ kg 30
HIGIENA I ŻYWIENIE próbki). W doświadczeniu tym stwierdzono, że skuteczność kwasu askorbinowego jako przeciwutleniacza była większa niż pozostałych dodatków. Ponadto, tak samo jak tokoferole, również witamina C ma właściwości prooksydacyjne. Aktywność prooksydacyjna kwasu askorbinowego wynika z jego zdolności interakcji z jonami metali przejściowych, przede wszystkim żelaza i miedzi. Udział witaminy C w reakcjach z jonami tych metali jest główną właściwością w jej funkcjonowaniu jako kosubstratu hydroksylaz i oksygenaz, enzymów biorących udział w biosyntezie kolagenu. Utrzymuje ona znajdujące się w centrach aktywnych tych enzymów jony metali w stanie zredukowanym, co umożliwia optymalne działanie enzymów. Katalizowana przez witaminę C redukcja wolnych, niezwiązanych z białkami, jonów metali przejściowych jest przyczyną generowania rodników tlenowych. Podsumowując, udział witamin antyoksydacyjnych w kształtowaniu długości okresu przydatności mięsa do spożycia jest bezpośrednio związany z ich wpływem na proces oksydacji lipidów mięśni. Witaminy, należące do naturalnych przeciwutleniaczy, neutralizując szkodliwe działanie wolnych rodników i nadtlenków lipidowych, wpływają korzystnie na jakość produktu wydłużając okres jego przydatności. Dzięki tej właściwości możliwe jest osiągnięcie przez producentów drobiu wyższego zysku ekonomicznego. Mgr inż. Anna Wilkanowska Università degli Studi del Molise, Campobasso, Włochy Dipartimento Agricoltura, Ambiente e Alimenti Piśmiennictwo dostępne u autorki 31