Βακτηριοσίνες: τα φυσικά αντιμικροβιακά των τροφίμων

Επιμέλεια Κατερίνα Κουδούνα

Από την ανακάλυψή τους – πριν από σχεδόν έναν αιώνα – οι βακτηριοσίνες έχουν αναγνωριστεί ως ελπιδοφόροι αντιμικροβιακοί παράγοντες, με πιθανές εφαρμογές στα τρόφιμα, αλλά και σε κλινικά και κτηνιατρικά θέματα.

Οι βακτηριοσίνες είναι τοξικές πρωτεΐνες που παράγονται από ένα δεδομένο στέλεχος βακτηρίων, και οι οποίες είναι δραστικές ενάντια σε στενά συνδεδεμένα είδη, αλλά όχι στον οργανισμό που τις παρήγαγε. Ως φυσικές αντιμικροβιακές ουσίες, οι βακτηριοσίνες αποτελούν μια ελκυστική εναλλακτική λύση έναντι των χημικών αντιμικροβιακών ουσιών, μετά τη συνεχιζόμενη καταναλωτική ζήτηση για βολικά και πιο «φυσικά» τρόφιμα που χρησιμοποιούν λιγότερα χημικά αντιμικροβιακά για τον έλεγχο της μικροβιακής ανάπτυξης.

Βιολογική συντήρηση

Οι βιολογικά βασισμένες μέθοδοι συντήρησης –βιοσυντήρηση– οι οποίες δεν ζυμώνουν τα τρόφιμα, είναι από τις νεότερες μεθόδους διατήρησης των τροφίμων. Τα οξυγαλακτικά βακτήρια (LAB) και οι μεταβολίτες τους χρησιμοποιούνται στη βιοσυντήρηση, επειδή τα LAB έχουν δυνατότητες βιοσυντήρησης που λείπουν από άλλα τροφιμογενή βακτήρια, μαζί με το γεγονός ότι έχουν χαρακτηριστεί «γενικά αναγνωρισμένα ως ασφαλή» (GRAS) από την Αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων – FDA. Ενώ η βιοσυντήρηση επικεντρώνεται σε μεγάλο βαθμό σε τρόφιμα που δεν έχουν υποστεί ζύμωση, οι βακτηριοσίνες των LAB μπορούν να δράσουν βοηθητικά στην ποιότητα των ζυμωμένων τροφίμων, αποτρέποντας την ανάπτυξη ανεπιθύμητων βακτηρίων και τονώνοντας την ανάπτυξη των καλλιεργειών εκκίνησης που χρησιμοποιούνται στη ζύμωση.

Η χρήση των βακτηριοσινών ως βιοσυντηρητικών έχει πολλά αναφερόμενα οφέλη:

• Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για τα τρόφιμα
• Πρόσθετη ασφάλεια κατά τη διάρκεια πιθανής διατάραξης ψυκτικής αλυσίδας
• Μειωμένος κίνδυνος μόλυνσης από τροφιμογενείς παθογόνους παράγοντες κατά την επεξεργασία ή/και αποθήκευση τροφίμων
• Μειωμένες οικονομικές απώλειες από αλλοίωση τροφίμων, εθελοντικές και υποχρεωτικές ανακλήσεις προϊόντων διατροφής και εστίες τροφιμογενών ασθενειών
• Χρήση ελάχιστης επεξεργασίας, χωρίς να διακυβεύεται η μικροβιακή ασφάλεια των τροφίμων, επιτρέποντας την καλύτερη κατακράτηση μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών συστατικών και επιτρέποντας τη διατήρηση των επιθυμητών οργανοληπτικών ιδιοτήτων των τροφίμων

Εφαρμογές βακτηριοσινών στα τρόφιμα

Επειδή οι βακτηριοσίνες είναι άχρωμα, άοσμα και άγευστα μόρια, δεν αλλάζουν τις οργανοληπτικές, χημικές ή φυσικές ιδιότητες των τροφίμων. Αρκετές βακτηριοσίνες είναι λειτουργικές σε χαμηλές τιμές pH, ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων αλατιού και υψηλές θερμοκρασίες, ώστε να μπορούν να εφαρμοστούν σε μια μεγάλη ποικιλία τροφίμων.

Οι βακτηριοσίνες μπορούν να εφαρμοστούν σε διάφορες μορφές:

1. μερικώς καθαρισμένες βακτηριοσίνες.
2. ζυμωμένα προϊόντα που περιέχουν βακτηριοσίνες.
3. καλλιέργειες που παράγουν βακτηριοσίνες (βακτηριοσινογόνα) και
4. βακτηριοσίνες ενσωματωμένες σε επιχρίσματα και μεμβρανές συσκευασίας

Η εφαρμογή μερικώς καθαρισμένων βακτηριοσίνεςς και ζυμωμάτων ήταν πιο συχνή λόγω της αποτελεσματικότητάς τους.

Βακτηριοσίνες οξυγαλακτικών βακτηρίων

Η νισίνη, που παράγεται σε διάφορες φυσικές παραλλαγές από τα είδη Lactococcus και Streptococcus, είναι η πρώτη και καλύτερα χαρακτηρισμένη βακτηριοσίνη από τα LAB. Είναι η μόνη βακτηριοσίνη που έχει αδειοδοτηθεί σε περισσότερες από 50 χώρες ως βιοσυντηρητική και πωλείται ως μερικώς καθαρισμένο προϊόν γαλακτοκομικών ή μη γαλακτοκομικών ζυμώσεων.

Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη δραστηριότητα της νισίνης έναντι των βακτηριακών σπόρων, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας και του pH. Η νισίνη είναι ένα πιο αποτελεσματικό αντιμικροβιακό σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και υπό όξινες συνθήκες. Επιπλέον, η νισίνη χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με άλλες τεχνολογίες όπως η θερμική επεξεργασία, η συσκευασία τροποποιημένης ατμόσφαιρας (MAP), η επεξεργασία υψηλής πίεσης, τα παλμικά ηλεκτρικά πεδία και άλλα.

Για παράδειγμα, η διάρκεια ζωής των υγρών ολόκληρων αυγών στο ψυγείο εκτείνεται από 6-11 ημέρες σε 17-20 ημέρες όταν προστίθεται νισίνη σε συγκέντρωση 5 mg/ml, πριν από την παστερίωση. Σε νωπά ψάρια συσκευασμένα σε ατμόσφαιρα CO₂, η νισίνη παρατείνει τη διάρκεια ζωής και, το πιο σημαντικό, καθυστερεί την παραγωγή βοτουλινικής τοξίνης από στελέχη Clostridium botulinum τύπου Ε. Ο συνδυασμός νισίνης και MAP είναι πιο αποτελεσματικός στην πρόληψη της ανάπτυξης Listeria monocytogenes σε ακατέργαστο χοιρινό κρέας σε σύγκριση με τη χρήση νισίνης ή MAP ξεχωριστά.

Η νισίνη χρησιμοποιείται ευρέως για τον έλεγχο των σπόρων C. botulinum καθώς και των κυττάρων L. monocytogenes, αν και τα κύτταρα L. monocytogenes είναι πολύ πιο ευαίσθητα στη νισίνη από τα σπόρια C. botulinum. Ενώ 200 IU/ml νισίνης επαρκούν για τη μείωση των κυττάρων L. monocytogenes κατά 6 λογαρίθμους, απαιτούνται 10.000 IU/ml νισίνης για τη μείωση των σπόρων C. botulinum σε παρόμοιο επίπεδο. Η νισίνη αποτρέπει το σχηματισμό βιοϋμενίων από L. monocytogenes. Ευαισθητοποιεί επίσης τους σπόρους C. botulinum στη θερμότητα, με αποτέλεσμα δυνητικά μειωμένες θερμικές επεξεργασίες τροφίμων – μια εφαρμογή που εγκρίθηκε σε ορισμένες χώρες αλλά όχι στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Βιοδραστικές Σκόνες

Οι βακτηριοσίνες μπορούν να ενσωματωθούν στα τρόφιμα ως βιοδραστικές σκόνες, ειδικά όταν απαιτείται συμπυκνωμένη μορφή φυσικής αντιμικροβιακής ουσίας. Αυτές οι βιοδραστικές σκόνες συχνά περιέχουν ένα μείγμα αντιμικροβιακών ενώσεων (βακτηριοσίνες, οργανικά οξέα κ.λπ.). Οι σκόνες προέρχονται συνήθως από την καλλιέργεια του παραγώγου στελέχους σε κατάλληλο μέσο μικροβιολογικής ανάπτυξης, ακολουθούμενο από θερμική αδρανοποίηση των βακτηριακών κυττάρων και στη συνέχεια ξήρανση του μέσου.

Οι εμπορικές βιοδραστικές σκόνες, είναι αποτελεσματικές έναντι μιας σειράς ζυμών, μυκήτων και βακτηρίων.

Τι ακολουθεί

Η επιτυχής προσθήκη συγκεκριμένων βακτηριοσινών στα τρόφιμα, μπορεί να είναι περιορισμένη λόγω ενός στενού φάσματος αντιμικροβιακής δράσης, καθώς και κακής διαλυτότητας, αργής διάχυσης, άνισης κατανομής και διαχωρισμού στο τρόφιμο. Χρησιμοποιώντας τεχνολογίες ενθυλάκωσης, καθώς και ενσωματώνοντας βακτηριοσίνες σε επιχρίσματα και μεμβράνες συσκευασίας, αλλά και εφαρμόζοντας βακτηριοσίνες σε επιφάνειες τροφίμων, έγινε εφικτό να ξεπεραστούν αυτού του είδους οι περιορισμοί.

Δεδομένου ότι η νισίνη έλαβε καθεστώς GRAS από τον FDA το 1988, έχουν ανακαλυφθεί και αναφερθεί πολυάριθμες βακτηριοσίνες με μοναδικές δομές και διαφορετικούς τρόπους αντιμικροβιακής δράσης. Απαιτείται περαιτέρω έρευνα σχετικά με την ασφάλεια, την παραγωγή και τις μελλοντικές εφαρμογές αυτών των ουσιών. Η εκτεταμένη έρευνα σχετικά με την ανοσογονικότητα και την τοξικότητα των βακτηριοσινών, για παράδειγμα, είναι απαραίτητη για την επιβεβαίωση της ασφάλειάς τους και απαιτούνται κλινικές μελέτες για την έγκρισή τους από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας και οργανισμούς όπως ο FDA.

Πηγή: IFT.org