Μελέτη της επίδρασης διαφορετικών μεθόδων εφαρμογής αλκοολούχων αποσταγμάτων στην παράταση του χρόνου ζωής μοσχαρίσιου κιμά

Abstract

Ο μοσχαρίσιος κιμάς είναι από τα πιο δημοφιλή προϊόντα κρέατος στην προτίμηση των καταναλωτών παγκοσμίως, όμως χαρακτηρίζεται ως ευπαθές και ευαλλοίωτο προϊόν. Ο λόγος αυτός ωθεί τη βιομηχανία τροφίμων στην εφαρμογή μοντέρνων μεθόδων συντήρησης. Έτσι σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν α) η εκτίμηση του πιο αποτελεσματικού αντιμικροβιακού συνδυασμού (τύπος αντιμικροβιακού και εφαρμοζόμενος όγκος) μέσω διάχυσης ή/και εξάτμισης σε μοσχαρίσιο κιμά που συσκευάστηκε σε εμπορικές συσκευασίες και β) η ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων που περιγράφουν την επίδραση της θερμοκρασίας στην αύξηση των κυρίαρχων αλλοιογόνων μικροοργανισμών σε μοσχαρίσιο κιμά που συσκευάστηκε με ή χωρίς την εφαρμογή αιθανόλης ή τσίπουρου και η επικύρωση τους υπό μεταβαλλόμενες θερμοκρασιακές συνθήκες.

Στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκαν δύο ανεξάρτητα πειράματα. Στο πρώτο μέρος εφαρμόστηκαν διαφορετικές συγκεντρώσεις αιθανόλης (38, 70, 100% κ.ό.) και τσίπουρο (~38% κ.ό) ως αντιμικροβιακά σε εμπορικές συσκευασίες μοσχαρίσιου κιμά (500 g). Και τα δύο αντιμικροβιακά προστέθηκαν σε απορροφητικά υφάσματα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία κρέατος. Tα υφάσματα αυτά, μεγέθους 17.5 x 10 cm ή 17.5 x 20 cm, εμποτίστηκαν με 10, 20, 30, 40 και 60 mL από τα δύο προαναφερθέντα αντιμικροβιακά και τοποθετήθηκαν στη βάση της συσκευασίας. Επίσης, εφαρμόστηκε ένα επιπλέον απορροφητικό ύφασμα ( 7.5 x 10) στο οποίο είχε εφαρμοσθεί όγκος 10 mL από το αντίστοιχο αλκοολούχο παρασκεύασμα, στη μεμβράνη συσκευασίας κάτω από την ετικέτα (συνολικοί όγκοι που εφαρμόστηκαν σε συσκευασίες 500 g μοσχαρίσιου κιμά: 30, 40, 50 και 60 mL). Τα δείγματα συσκευάστηκαν σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα 80% Ο2 : 20% CO2 και συντηρήθηκαν στους 7°C. Δείγματα χωρίς μεταχείριση χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες. Τα δείγματα αξιολογήθηκαν ως προς τη μεταβολή των αερίων εντός της συσκευασίας, τη μικροβιακή ανάλυση της Ολικής Μικροβιακής Χλωρίδας (ΟMX), Brochothrix thermosphacta, οξυγαλακτικών βακτηρίων, ψευδομονάδων, ζυμών και μυκήτων, το pH, τη μεταβολή του χρώματος ( παράμετροι L*, a*, b*), την οσμή και τη συνολική εμφάνιση τους. Η αιθανόλη που μετανάστευσε στον κιμά, αξιολογήθηκε με τη χρήση της αέριας χρωματογραφίας (GC- FID). Οι δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκαν από την πάνω και κάτω στρώση του κιμά (βάθους

1cm) ώστε να εντοπιστούν πιθανές διαφορές μετανάστευσης της αιθανόλης και του τσίπουρου μέσω διάχυσης ή/ και εξάτμισης. Στο δεύτερο μέρος που αφορά τα μοντέλα πρόβλεψης, χρησιμοποιήθηκε ο πιο δραστικός συνδυασμός τύπου αντιμικροβιακού (αντιμικροβιακή δράση και οργανοληπτικές ιδιότητες) και εφαρμοζόμενου όγκου (τσίπουρο, συνολικός όγκος 50 mL). Τα δείγματα συντηρήθηκαν σε σταθερές θερμοκρασίες 0, 4, 8 και 12°C και αναπτύχθηκαν πρωτογενή και δευτερογενή μοντέλα ανάπτυξης για τους κυρίαρχους αλλοιογόνους μικροοργανισμούς. Η επικύρωση των μοντέλων που αναπτύχθηκαν πραγματοποιήθηκε σε μεταβαλλόμενες συνθήκες με εύρος 0- 10°C.

Κυρίαρχοι μικροοργανισμοί σε όλες τις μεταχειρίσεις ήταν ο B. thermosphacta και τα οξυγαλακτικά βακτήρια. Η ανάπτυξη του B. thermosphacta (πρώτος σε κυριαρχία) παρεμποδίστηκε από την αύξηση α) του εφαρμοζόμενου όγκου αιθανόλης ή τσίπουρου (από 30 έως 70 mL) και β) της συγκέντρωσης της αιθανόλης (38% έως 100% κ.ό.). Οι εφαρμοζόμενοι όγκοι των αλκοολούχων αποσταγμάτων και συγκεντρώσεων αιθανόλης είχαν παρόμοια δράση και στην ανάπτυξη των οξυγαλακτικών βακτηρίων (δεύτερα σε κυριαρχία) καθώς και στους υπόλοιπους μικροοργανισμούς που μελετήθηκαν. Η αντιμικροβιακή δράση ήταν ισχυρότερη στα δείγματα που ελήφθησαν από την κάτω στρώση του κιμά (μετανάστευση μέσω διάχυσης και εξάτμισης) σε σύγκριση με τα δείγματα από την πάνω στρώση του κιμά (μετανάστευση κυρίως μέσω εξάτμισης) ανεξαρτήτως της εφαρμοζόμενης μεταχείρισης. Τα δείγματα στα οποία είχαν εφαρμοστεί αιθανόλη και τσίπουρο παρουσίασαν πιο σταθερό ερυθρό χρώμα συγκρινόμενα με τους μάρτυρες, στους οποίους η σταδιακή μείωση της παραμέτρου a* πραγματοποιήθηκε πιο γρήγορα. Μεταξύ των διαφορετικών μεταχειρίσεων, η προσθήκη 50 mL τσίπουρου παρουσίασε την καλύτερη σταθερότητα ερυθρού χρώματος καθώς και την υψηλότερη βαθμολογία σε χαρακτηριστικά όπως η συνολική εμφάνιση και η οσμή. Σύμφωνα με τα δεδομένα που ελήφθησαν από την GC-FID, τα ποσοστά αιθανόλης που ανιχνεύθηκαν στη μάζα των δειγμάτων με μεταχείριση ήταν 2-4 φορές υψηλότερα από τα αντίστοιχα ποσοστά στους μάρτυρες. Επίσης δεν ανιχνεύθηκαν σημαντικές διαφορές στις τιμές αιθανόλης μεταξύ των δειγμάτων που παρελήφθησαν από την επιφάνεια (άνω στρώση) και τη βάση του κιμά (κάτω στρώση). Οι προβλέψεις από τα μοντέλα ανάπτυξης που δημιουργήθηκαν για τους δύο κυρίαρχους μικροοργανισμούς και οι παρατηρούμενες τιμές που προέκυψαν από τις μεταβαλλόμενες συνθήκες, είχαν ικανοποιητική συσχέτιση.

Τα αποτελέσματα της μελέτης οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η εφαρμογή τσίπουρου αποτελεί μια ήπια και αποτελεσματική τεχνολογία αντιμικροβιακής συσκευασίας για την επέκταση του χρόνου ζωής μοσχαρίσιου κιμά κατά τη διάρκεια συντήρησης στην ψυκτική αλυσίδα.

Ground beef is considered a popular food commodity worldwide; however it is also perishable and the food industry is in need of applying modern preservation methods for the extension of its shelf-life. Thus, the present study aimed a) to estimate the most effective antimicrobial combination (type of antimicrobial/ applied volume) through diffusion and/ or evaporation in ground beef stored in commercial packages and b) to develop mathematical models describing the effect of temperature on growth of dominant microorganisms in ground beef packaged with or without ethanol or tsipouro and their subsequent validation under dynamic temperature conditions.

The present study was conducted in two independent experiments. In the first part, different concentrations of ethanol (38, 70, 100% v/v) and tsipouro were applied as antimicrobials in commercial packages of ground beef (500 g). Both antimicrobials were added in absorbent cloths, provided by the meat industry. Cloths of 17.5 x 10 cm or 17.5 x 20cm were placed underneath beaf and soaked with 10, 20, 30, 40 and 60 mL of the two aforementioned antimicrobials respectively. In all assays, cloths (7.5 x 10 cm) supplemented with 10 mL of the respective antimicrobial were also mounted under the packaging film of each package (total volume applied/ packaging 500 g : 30, 40, 50 and 60 mL). Packages were stored under 80% Ο2 : 20% CO, at 7°C. Untreated samples served as controls. Total viable counts, pseudomonads, B. thermosphacta, lactic acid bacteria (LAB), yeasts and molds, pH, colour (L*, a*, b*), odour and overall appearance were evaluated. The migrated ethanol to the minced beef was estimated by GC-FID. All measurements were performed on samples taken from the top and bottom of the package to investigate potential differences regarding the antimicrobial efficacy and migration of ethanol and tsipouro through evaporation and/ or diffusion. In the second part relating to predictive models, the most effective combination (antimicrobial activity and sensory properties) of antimicrobial type and applied volume was used (tsipouro, total volume of 50 mL). All samples were stored at constant temperatures of 0, 4, 8, 12°C and development of B. thermosphacta and LAB growth models was performed. Validation of the developed growth models was carried out under dynamic temperature conditions ranging from 0 to 10°C.

B. thermosphacta and LAB dominated the microbial association of meat in all treatments. Growth of B. thermosphacta (dominant microorganism) was delayed by increasing: i) the applied volume (from 30 to 70 mL) of ethanol or tsipouro and ii) the concentration of ethanol (from 38% to 100% v/v). Similar was the effect of the applied volume and concentration of ethanol on growth of LAB (second in dominance) and all the rest tested microorganisms. The antimicrobial activity was stronger when sampling was performed from the bottom layer of ground beef (migration through diffusion and evaporation) regardless of the applied treatment. Samples treated with ethanol and tsipouro showed more stable red color compared to controls, in which the gradual decrease of a* parameter took place faster. Among the different treatments, the addition of 50 mL tsipouro showed the best red color stability and the highest scores in attributes like overall appearance and odor. With regards to GC- FID data, the detected ethanol (component) was 2 to 4 fold higher than the respective values of ethanol in controls (metabolic product of microorganisms). No significant differences in ethanol content were observed between samples analyzed from the upper and down layer of ground beef. Predictions of B. thermosphacta and LAB growth models and observations under dynamic temperature conditions showed good correlation.

Overall, the application of tsipouro may be an effective and mild antimicrobial packaging method for extending shelf- life of ground beef along the chilling chain.