Bezpieczeństwo: Aminy biogenne w produktach mleczarskich

Bezpieczeństwo żywności jest jednym z podstawowych warunków, które muszą być spełnione, aby wprowadzić ją na rynek. Producenci mają obowiązek zadbać o to, aby spożywana przez nas żywność nie była zanieczyszczona potencjalnie szkodliwymi składnikami na żadnym etapie jej przetwarzania i dystrybucji. W celu zapobiegania wszelkim możliwym zanieczyszczeniom żywności konieczne jest dokładne zrozumienie źródeł możliwych zakażeń i sposobów ich kontrolowania. Gdy myślimy o zanieczyszczeniach, w pierwszej kolejności nasuwają się te związane z obecnością mikroorganizmów, metali ciężkich, pestycydów czy różnego rodzaju ciał stałych dostających się przypadkiem do produktu. Na uwagę zasługują jednak również naturalne składniki żywności, które powstają w niej w określonych warunkach i mogą stanowić zagrożenie dla konsumentów.

Produkty mleczarskie są bardzo ważnymi składnikami diety ludzi na całym świecie. Ich obecne spożycie jest stosunkowo wysokie i oczekuje się, że w ciągu najbliższych dwóch dekad będzie stale rosło. W związku z tym przed producentami stoi wiele wyzwań związanych z koniecznością dostarczania konsumentom zdrowych i bezpiecznych produktów. Wynika to ze zwiększonego ryzyka narażenia na niektóre zagrożenia związane ze spożyciem mleka i produktów mlecznych. Wzrost zapotrzebowania konsumentów na minimalnie przetworzone produkty mleczne i te przygotowywane z mleka surowego sprawia, że wyzwanie staje się jeszcze trudniejsze. Mleko stanowi bowiem odpowiednią pożywkę do wzrostu mikroorganizmów, w tym także tych wytwarzających toksyczne metabolity, ze względu na swój bogaty i zrównoważony skład chemiczny. Wśród niekorzystnych metabolitów, które mogą pojawiać się w produktach mleczarskich i stwarzać potencjalne zagrożenie dla konsumentów, są aminy biogenne. Substancje te mogą powstawać w wielu produktach mleczarskich w wyniku działalności nie tylko mikroorganizmów celowo dodawanych do produktów, ale również tych trafiających do nich przypadkowo.

Aminy biogenne naturalnie występują w organizmach roślin i zwierząt. W organizmie człowieka są one bezpośrednio wytwarzane i pełnią funkcje m.in. prekursorów syntezy hormonów, neuroprzekaźników, kwasów nukleinowych i białek. W żywności mogą powstawać w wyniku różnorodnych przemian aminokwasów, innych związków azotowych, ale również przemian aldehydów i ketonów. Do najważniejszych amin biogennych w żywności zaliczamy histaminę, tyraminę, fenyloetyloaminę, putrescynę i kadawerynę. Substancje te są obecne w dużych ilościach w produktach bogatych w białko, szczególnie w tych poddawanych procesom fermentacji i dojrzewania. Możemy znaleźć je przede wszystkim w rybach i produktach rybnych, żywności fermentowanej (np. mięsie, produktach mlecznych i warzywach) oraz napojach fermentowanych (np. w winie, cydrze i piwie). Powstają w wyniku metabolizowania aminokwasów przez enzymy bakteryjne. W związku z tym obecność amin biogennych w żywności zależy od kilku czynników, w tym od:

1. dostępności wolnych aminokwasów,
2. obecności mikroorganizmów produkujących enzymy przetwarzające aminy biogenne,
3. warunków umożliwiających wzrost bakterii, a także wytwarzanie i aktywność enzymów.

W produktach mlecznych może gromadzić się duża ilość amin biogennych, ponieważ wolne aminokwasy występują bezpośrednio w mleku lub są uwalniane w wyniku rozkładu białek na skutek działalności mikroorganizmów. Świeże mleko zawiera zazwyczaj bardzo niewielkie stężenia amin biogennych. Największe ich stężenie obserwujemy w serach dojrzewających – może osiągać nawet 2500 mg/kg. Wartość ta może się jednak istotnie różnić w zależności od rodzaju sera, jakości surowca, technologii produkcji czy warunków dojrzewania. Wytwarzanie sera to proces wieloetapowy i może trwać nawet kilka lat, jak w przypadku twardych serów dojrzewających takich jak cheddar i parmezan. W czasie dojrzewania dochodzi do intensywnego rozkładu białek z udziałem enzymów wytwarzanych przez mikroorganizmy, co stwarza doskonałe warunki do wytwarzania amin biogennych.

Głównymi producentami amin biogennych w serze są bakterie kwasu mlekowego, w tym różne szczepy bakterii z rodzajów Enterococcus, Lactobacillus, Leuconostoc i Streptococcus. Mogą one występować w mikroflorze mleka surowego, wchodzić w skład kultur starterowych celowo dodawanych do mleka lub zostać wprowadzone do produktu w wyniku zanieczyszczenia przed, w trakcie lub po przetwarzaniu. Również niektóre gatunki drożdży biorące udział w fermentacji i/lub dojrzewaniu wielu odmian sera i mleka fermentowanego mogą wytwarzać aminy biogenne. Wysokie stężenie tych amin obserwuje się także w niektórych mlecznych napojach fermentowanych, takich jak kefir i kumys. Wartości te są jednak dużo niższe niż w serach i mieszczą się w zakresie od 2 do 35 mg/kg. Inne produkty fermentowane na bazie mleka, w tym maślanka lub jogurt, nie zawierają znacznych ilości amin biogennych, które mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie. Wynika to prawdopodobnie z krótkiego czasu ich wytwarzania i trwałości.

Aminy biogenne w normalnych warunkach po spożyciu wraz z żywnością są metabolizowane przez odpowiednie enzymy – tzw. dekarboksylazy. Związki te stają się jednak problematyczne w momencie, gdy dochodzi do zaburzeń systemów, które odpowiadają za ich usuwanie z naszego organizmu. Do zahamowania aktywności enzymów, które przetwarzają je w organizmie do nieszkodliwych związków, może dojść m.in. w wyniku spożywania niektórych leków (inhibitory mono- i diaminoksydazy), alkoholu, ale również w przypadku niedoboru odporności, zaburzeń żołądkowo-jelitowych, nadwrażliwości na te składniki czy też spożycia bardzo dużych ilości amin biogennych. Nadwrażliwość może pojawiać się w wyniku indywidualnych predyspozycji genetycznych, ale również towarzyszyć niektórym schorzeniom, jak np. atopowe zapalenie skóry, choroby układu krwionośnego, problemy żołądkowo-jelitowe, stany zapalne i nowotwory żołądka, w zespole jelita drażliwego, chorobie Crohna czy też przy niedoborze witaminy B6. W wyniku pojawienia się tych czynników może dochodzić do gromadzenia amin biogennych w organizmie i pojawienia się niekorzystnych objawów zdrowotnych, a nawet zagrożenia życia. W samej Europie szacuje się, że około 20% populacji regularnie przyjmuje inhibitory mono- i diaminoksydazy, które hamują metabolizm amin biogennych w organizmie. Tego typu leki są stosowane m.in. w leczeniu depresji, choroby Parkinsona i niedociśnienia krwi.

Niekorzystne objawy związane ze spożyciem amin biogennych mogą różnić się w zależności od ich rodzaju. Najczęstsze objawy zatrucia histaminą wynikają z jej wpływu na układ sercowo-naczyniowy, żołądkowo-jelitowy i oddechowy. Może to powodować obniżenie ciśnienia krwi, podrażnienie skóry, bóle głowy, a także obrzęki i wysypki typowe dla reakcji alergicznych. Spożycie dużej ilości putrescyny i kadaweryny wywołuje niepożądane skutki związane z niedociśnieniem, szczękościskiem i niedowładem kończyn. Ponadto związki te mogą reagować z azotynami, tworząc rakotwórcze nitrozoaminy. Zatrucie tyraminą określane jest mianem tzw. reakcji serowej, ponieważ to ta amina biogenna w największym stężeniu występuje w serach. Typowymi objawami zatrucia są migreny, bóle głowy, wymioty, rozszerzenie źrenic i podwyższone ciśnienie krwi. Sery są najczęstszą po rybach przyczyną zatruć u ludzi związanych z obecnością amin biogennych. Ma to miejsce szczególnie w takich miejscach jak Europa, gdzie ser jest jednym z głównych produktów spożywczych w diecie.

Obliczając spożycie amin biogennych, należy wziąć pod uwagę, że poszczególne pokarmy nie są zwykle spożywane osobno, ale jako całe posiłki, w których spożywa się kilka produktów jednocześnie, np. mięso, ryby, ser, wino, fermentowane warzywa itp. Potencjalne niepożądane skutki zdrowotne są więc sumą spożycia amin biogennych we wszystkich różnych produktach spożywczych w połączeniu z czynnikami osobniczymi opisanymi wcześniej. W związku z tym bardzo trudno jest ustalić parametry toksyczności amin biogennych, biorąc pod uwagę liczbę czynników, które na nie wpływają. Niemniej jednak od lat podejmowane są działania mające na celu ustalenie limitów dla zawartości amin biogennych w żywności oraz maksymalnych dawek jednorazowego spożycia tych amin przez konsumentów. W Codex Alimentarius ustalono limit dla zawartości histaminy w rybach (do 200 mg/kg). Na ten moment nie ustalono jednak oficjalnych limitów dla dopuszczalnego poziomu amin biogennych w serach czy innych produktach mleczarskich. W Europie zatrucia aminami stwierdzono po spożyciu serów: goudy, szwajcarskiego, cheddara, gruyera i cheshire. Jak dotąd Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) uznał jedynie, że nie ma negatywnych skutków dla zdrowia człowieka w przypadku spożycia 50 mg histaminy i 600 mg tyraminy przez zdrową osobę w czasie jednego posiłku. Limitów nie określono dla putrescyny i kadaweryny ze względu na brak wystarczających danych. Jednakże u osób stosujących wspominane wcześniej leki lub wykazujących szczególną nadwrażliwość na aminy biogenne nawet takie dawki mogą wpływać na pojawienie się niepożądanych objawów.

Ze względu na potencjalne zagrożenia dla zdrowia związane z obecnością dużych ilości amin biogennych w produktach mleczarskich podejmowane są działania prowadzące do zmniejszenia tych poziomów do minimum. W tym celu proponuje się łączenie ze sobą różnych strategii, wśród których najbardziej obiecujące wydają się:

1. poprawa warunków higienicznych podczas produkcji i przechowywania wyrobów mleczarskich,
2. stosowanie pasteryzowanego mleka do wytwarzania serów,
3. odpowiedni dobór mikroflory biorącej udział w wytwarzaniu produktów mleczarskich,
4. ścisła kontrola procesu dojrzewania serów.

Poprawa warunków sanitarnych w całym łańcuchu wytwarzania i dystrybucji produktów mleczarskich jest podstawą działań mających na celu redukcję amin biogennych. Można to osiągnąć jedynie poprzez wdrożenie programów zapewnienia jakości, które są oparte na holistycznym podejściu od pola do stołu. Surowe mleko oprócz korzystnej mikroflory (takiej jak bakterie kwasu mlekowego czy niektóre drożdże) zawiera również szereg niekorzystnych mikroorganizmów chorobotwórczych i tych powodujących psucie się żywności. Wszystkie te mikroorganizmy mogą wytwarzać aminy biogenne różnymi drogami. Im wyższa jest całkowita liczba drobnoustrojów w surowym mleku, tym bardziej różnorodne i liczne są w nim zanieczyszczenia aminami biogennymi. Podstawą jest więc zapewnienie takich warunków doju i transportu mleka, w których zanieczyszczenie mikrobiologiczne będzie ograniczone do minimum.

Kolejnym bardzo ważnym działaniem jest stosowanie procesu pasteryzacji w technologii produkcji zarówno serów, jak i innych mlecznych produktów fermentowanych. Ser wyprodukowany z mleka surowego zawiera zwykle więcej amin biogennych niż ser otrzymany z mleka pasteryzowanego. Wynika to ze znacznie mniejszej ogólnej liczby drobnoustrojów w mleku pasteryzowanym przeznaczonym do dalszego przerobu. Należy jednak pamiętać, że w wyniku pasteryzacji nie zostają wyeliminowane wszystkie mikroorganizmy. Drobnoustroje, które przeżyły, w tym te wytwarzające aminy biogenne, mogą rozwijać się w produktach mleczarskich podczas ich przetwarzania i/lub przechowywania. W konsekwencji mogą niekorzystnie wpływać na właściwości organoleptyczne, okres przydatności do spożycia lub bezpieczeństwo produktów. Dlatego też sama pasteryzacja nie wystarczy, aby ograniczyć ilość amin biogennych w produktach mleczarskich – istotne jest łączenie ze sobą kilku strategii zapobiegania.

Do zakażenia różnymi grupami niekorzystnych mikroorganizmów może dojść również po procesie pasteryzacji – na każdym etapie dalszego przetwarzania surowca. Konieczne jest więc stałe monitorowanie higieny produkcji. Ponadto należy zwrócić szczególną uwagę na mikroorganizmy celowo dodawane do produktów mleczarskich. Niektóre kultury starterowe lub pomocnicze również przyczyniają się do akumulacji amin biogennych. Wykazano jednocześnie, że niektóre szczepy bakterii kwasu mlekowego zmniejszają zawartość amin biogennych w różnych produktach spożywczych, w tym w produktach mlecznych. Dane literaturowe wskazują, że bakterie z rodzajów Lactobacillus, Pseudomonas i Enterococcus w największym stopniu przyczyniają się do akumulacji amin biogennych w produktach mleczarskich. Zidentyfikowano kilka szczepów Streptococcus thermophilus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus curvatus oraz Lactococcus lactis uzyskanych ze źródeł mlecznych jako producentów histaminy, tyraminy lub putrescyny. Staje się to szczególnie istotne, jeśli weźmiemy pod uwagę, że szczepy należące do tych gatunków są często wykorzystywane jako kultury starterowe do produkcji sera. Korzystne może być dokonywanie selekcji mikroorganizmów, które biorą udział w wytwarzaniu produktów finalnych. Okazuje się, że strategia ta jest bardziej skuteczna, gdy stosuje się mieszane kultury starterowe, zawierające zróżnicowane mikroorganizmy, ponieważ drobnoustroje w nich zawarte działają synergistycznie w kontroli zawartości amin biogennych.

Bardzo ciekawą strategią zmniejszania stężenia amin biogennych w serach może okazać się również zastosowanie szczepów drobnoustrojów rozkładających te składniki jako pomocniczych kultur starterowych. Może to doprowadzić do usunięcia już wytworzonych amin biogennych z produktów mlecznych. Takie działanie wstępnie określono w badaniach in vitro m.in. dla bakterii Micrococcus varians, Lactobacillus sakei, Lactobacillus curvatus, Staphylococcus xylosus i Pediococcus spp. Wykorzystanie ich na szerszą skalę pozostaje jednak nadal w obszarze badań.

Duże znaczenie dla jakości produktu ma również obecność wolnych aminokwasów, które są przekształcane przez mikroorganizmy do amin biogennych. Najwięcej wolnych aminokwasów gromadzi się w serach w czasie procesu dojrzewania, kiedy dochodzi do rozpadu białek. Im dłuższy proces dojrzewania i wyższa temperatura, tym więcej wolnych aminokwasów powstaje. Na tym etapie konieczne jest stałe monitorowanie warunków procesu dojrzewania, w tym temperatury i wilgotności. Odpowiednie warunki pozwolą na kontrolowanie rozwoju mikroflory kultur starterowych, a także będą zapobiegać zanieczyszczeniom niepożądanymi mikroorganizmami. Temperatura przechowywania produktów końcowych również jest jednym z kluczowych czynników powstawania amin biogennych. Niskie temperatury hamują rozwój drobnoustrojów, a tym samym produkcję amin. Natomiast wyższe temperatury przechowywania w chłodni (>5°C) sprzyjają rozwojowi mikroorganizmów w produktach, co skutkuje wzrostem aktywności enzymów biorących udział w wytwarzaniu amin biogennych. Dlatego niskie temperatury przechowywania mogą poprawić jakość i wydłużyć okres przydatności do spożycia produktów.

Wszystkie wymienione powyżej strategie redukcji zawartości amin biogennych w produktach mleczarskich będą najbardziej skuteczne, gdy zastosuje się je jednocześnie. Działania tego typu pozostają jednak jeszcze w obszarze intensywnego rozwoju. Konieczne jest przeprowadzenie kompleksowych badań wszystkich amin biogennych zanieczyszczających produkty mleczarskie i oszacowanie ryzyka związanego ze spożyciem określonych ich ilości. Jednocześnie należy mieć na uwadze inne czynniki przyczyniające się do ich toksyczności, takie jak spożycie z innymi produktami spożywczymi, przyjmowane leki czy występujące schorzenia. Chociaż aspekty te są naprawdę trudne do rozwiązania, należy je zbadać i uwzględnić w przyszłych przepisach prawnych, aby zagwarantować bezpieczeństwo żywności i zdrowie konsumentów. W przyszłości z pewnością ważne okaże się posiadanie szybkich, niezawodnych i precyzyjnych technik analitycznych umożliwiających indywidualne oznaczanie poszczególnych amin biogennych w produktach. Taka kontrola przyniosłaby korzyści władzom publicznym, przemysłowi i konsumentom, ponieważ pomogłaby we wprowadzaniu na rynek produktów o wyższej jakości przy mniejszym negatywnym wpływie na zdrowie.

Literatura:

1. Benkerroum N., Biogenic Amines in Dairy Products: Origin, Incidence, and Control Means, „Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety” 2016, 15, s. 801–826.
2. Bonczar G. i wsp., Aminy biogenne w serach – występowanie i zagrożenia, „Medycyna Weterynaryjna” 2017, 73, s. 136–143.
3. Linares D.M. i wsp., Factors influencing biogenic amines accumulation in dairy products, „Frontiers in Microbiology” 2012, 3, 180.
4. Ruiz-Capillas C., Herrero A.M., Impact of Biogenic Amines on Food Quality and Safety, „Foods” 2019, 8, 62.
5. Spano G. i wsp., Biogenic amines in fermented foods, „European Journal of Clinical Nutrition” 2010, 64, s. 95–100.