Pleśnie. Dwa oblicza pleśni w produkcji żywności

Pleśnie są organizmami, które przeważnie budzą negatywne skojarzenia. Nie jest to błędne, ponieważ grzyby te są odpowiedzialne za psucie żywności. Wytwarzane przez nie mykotoksyny są niebezpieczne dla zwierząt i ludzi. Jednakże pleśnie znalazły zastosowanie w produkcji wielu artykułów spożywczych o dużej wartości odżywczej. Często są one mięsopodobne w smaku i zapachu, co czyni je substytutem mięsa dla wegetarian. Artykuł ten pozwoli czytelnikowi na zapoznanie się z pozytywną i negatywną rolą pleśni.

Czym są pleśnie?

Pleśnie są grupą organizmów zaliczanych do królestwa grzybów. Grzyby są organizmami eukariotycznymi, posiadającymi dobrze wykształcone jądro komórkowe, zawierające chromosomy i otoczone błoną jądrową. Spośród innych organizmów grzyby wyróżniają się budową ściany komórkowej, której podstawowym elementem jest wielocukier chityna.

Mimo, że grzyby zaliczano niegdyś do roślin, nie posiadają one plastydów, a więc nie wykazują zdolności do fotosyntezy. Organizmy te są heterotroficzne i pełnią istotną funkcję w środowisku w mineralizacji związków organicznych. Pleśnie występują głównie w glebie w obumarłych tkankach roślinnych.

Charakterystyka pleśni

Grzyby dzieli się na kilka gromad, ale stosuje się także podział praktyczny na drożdże i pleśnie. Często do danej gromady należą przedstawiciele obu tych grup. Pleśnie są zwane grzybami nitkowatymi. Ich wzrost jest szybki i agresywny, w wyniku czego powstaje obfita powietrzna grzybnia. Pleśnie cechują się zdolnością do wytwarzania dużej liczby zarodników. Istnieją szczepy pleśni, które produkują mykotoksyny wykazujące mutagenne, teratogenne, cytotoksyczne lub rakotwórcze działanie.

Komórka pleśni, zwana strzępką (łac. hypha) jest wydłużona, podobna do nitki, która często jest rozgałęziona. Grzyby niższe posiadają strzępki jednokomórkowe i polikariotyczne. W przypadku grzybów wyższych komórki są poprzedzielane septami (przegrodami), a każda komórka posiada pojedyncze jądro komórkowe. Strzępki pleśni formują się w luźne lub zbite grzybnie (łac. mycellum). Poszczególne gatunki pleśni cechują się swoistą strukturą grzybni. Rozrost grzybni odbywa się przez wydłużanie i powstawanie bocznych strzępek. Ze względu na strukturę wyróżnia się grzybnię powietrzną i substratową (pożywkową), która przerasta podłoże aż do dna.

Hodowla pleśni

Pleśnie łatwo hodować w warunkach laboratoryjnych. Podłoże hodowlane powinno zawierać cukry, a jego odczyn powinien być lekko kwaśny (pH 5-6). Pleśnie są w stanie rosnąć w szerokim zakresie temperatur, ale najbardziej optymalne temperatury to 18-22°C. Wiele pleśni jest psychrofilnych, więc mogących bytować w niższych temperaturach. Grzyby te nie tolerują wysokich temperatur, strzępki giną powyżej 60-70°C, jednakże zarodniki mogą wytrzymać te warunki (Trojanowska, Giebel i Gołębiowska 2014).

Typy pleśni

Pleśnie występują w 3 gromadach grzybów. Do gromady sprzężniaków Zygomycota należą pleśnie rozmnażające się w sposób wegetatywny lub generatywny. Rozmnażanie wegetatywne polega na tworzeniu zarodników sporangialnych, zaś w rozmnażaniu płciowym tworzy się forma przetrwalnikowa zwana zygosporą, od której grupa ta wzięła nazwę.

Najważniejszymi pleśniami tej gromady są rodzaje Mucor i Rhizopus. Pleśnie te rosną szybko, w postaci luźnej, puszystej, szaro-białej, szarej lub brunatnej grzybni. Komórki tych grzybów nie są rozgałęzione ani oddzielone septami, zawierają wiele jąder komórkowych.

Rodzaje te różnią się pod względem budowy aparatu rozmnażania wegetatywnego. W przypadku pleśni z rodzaju Mucor, strzępki zarodnionośne tkz. sporangiofory wyrastają ku górze w losowych miejscach grzybni. Każdy sporangiofor zakończony jest pęcherzykowatą zarodnią- sporangium, w której powstają sporangiospory (zarodniki sporangialne). Gdy zarodniki dojrzeją, sporangium pęka i uwalniają się zarodniki, które są gotowe do kiełkowania i tworzenia nowych strzępek. Górna część strzępki zarodnionośnej zwana jest kolumellą.

U rodzaju Mucor kolumella jest okrągła, a u Rhizopus spłaszczona. Pleśnie z rodzaju Rhizopus różnią się pod względem morfologicznym od Mucor. Ich strzępki tworzą rozłogi, zwane stolonami. Pleśnie te, podobnie jak grzyby wyższe są przytwierdzone do podłoża przy pomocy chwytników. Ze strzępek rozłogowych odrastają wiązki strzępek zarodnionośnych. Sporangiospory wytwarzane przez oba rodzaje są dość duże, kształtu okrągłego, owalnego lub nieregularnego. Ze względu na to, że powstają one wewnątrz sporangiów, określane są jako zarodniki endogenne. Zarodnie też są stosunkowo duże, dzięki czemu można je zobaczyć gołym okiem jako ciemne kropki.

Pleśnie należące do tych 2 rodzajów powszechnie występują na artykułach spożywczych, zwłaszcza na chlebie i innych produktach zbożowych. Najważniejszymi przedstawicielami tych pleśni są Mucor mucego i Rhizopus nigricans. Pleśnie te mogą syntetyzować związki przydatne w działalności człowieka np. niektóre szczepy M. miehei produkują proteazy stosowane w serowarstwie, a M. rouxii i M. javanicus wytwarzają znaczne ilości enzymów amylolitycznych (Trojanowska, Giebel i Gołębiowska 2014).

Do gromady workowców Ascomycota zalicza się pleśnie zdolne do rozmnażania płciowego i bezpłciowego. W rozmnażaniu płciowym powstają zarodnie w kształcie worka, zwane asci. W zarodniach tych tworzone są zarodniki w liczbie 4-8, zwane ascosporami.

Grupa workowców jest bardzo zróżnicowana. Do grupy tej należą workowce drożdżoidalne, do których zalicza się drożdże właściwe oraz workowce właściwe, jest to grupa obejmująca większość pleśni, w tym najpopularniejsze pleśnie z rodzaju Aspergillus i Penicilium. Grzyby strzępkowe rozmnażają się przede wszystkim wegetatywnie. Na strzępkach formują się specjalne struktury – aparaty konidialne, wytwarzające konidiospory (zarodniki konidialne).

W przeciwieństwie do sprzężniaków konidiospory są zarodnikami zewnętrznymi. Pleśnie te posiadają silnie rozgałęzione strzępki, które są podzielone septami, posiadającymi pory, przez które może odbywać się przepływ protoplazmy. Na podłożach stałych grzyby te rosną koncentrycznie, formują regularne kolonie, a ich grzybnia jest barwna z białym brzegiem.

Pleśnie z rodzaju Aspergillus, zwane kropidlakami formują kolonie o barwie żółtej, zielonej, brązowej lub czarnej. Konidiofory tych pleśni nie posiadają przegród, a ich szczytowa część, zwana kolumellą ma kształt główki, pęcherzyka lub maczugi. Z kolumelli wyrastają liczne struktury w kształcie butelek zwane sterigmami lub fialidami. Mogą one występować pojedynczo lub piętrowo w 2 rzędach. Na sterigmach wyrastają zarodniki konidialne ułożone w łańcuszki.

Poszczególne gatunki kropidlaków różnią się kształtem kolumelli, ułożeniem sterigm i kształtem konidiów. Inną ważną grupą pleśni jest rodzaj Penicilium, zwany pędzlakami. Kolonie tych pleśni są zielononiebieskie, niebieskoszare lub zielonkawe. Aparaty konidialne tych pleśni są delikatne i mniejsze. Na konidioforach nie występuje kolumella, ale ich górna część tworzy rozgałęzienia 2-3 rzędowe, zwane metulami. Na nich powstają konidialne zarodniki ułożone w łańcuszki. Zarodniki obu rodzajów po opadnięciu na podłoże kiełkują i tworzą nowe strzępki. Produkcja ascosporów w rozmnażaniu płciowym przebiega wolno i w zasadzie występuje rzadko, gdy warunki środowiskowe są niesprzyjające. Pleśnie te powszechnie występują na warzywach, owocach i innych artykułach spożywczych, skutkując ich psuciem. Do klasy workowców należą też pleśnie magazynowe, rozwijające się na ziarnie zbóż, które nie jest prawidłowo przechowywane.

Niektóre gatunki tych pleśni znalazły zastosowanie w działalności człowieka. Mogą one syntetyzować enzymy celulolityczne, proteolityczne, amylolityczne, kwas cytrynowy (A. niger), antybiotyki (P. chrysogenum, P. notatum) i są też stosowane w serowarstwie. Jednakże pleśnie te mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie człowieka, ponieważ wytwarzają mykotoksyny, takie jak aflatonsyny, ochratoksyny, kwas penicylinowy, cytrinina i patulina.

Szczególnie toksynotwórcze są szczepy gatunków A. flavus, A. parasiticus, A. ochraceus, P. vivrdicatum i P. cyclopium. Inną grupą grzybów, do której należą pleśnie, są grzyby niedoskonałe Deuteromycota (Fungi imperfecti). Jest to sztuczna grupa, obejmująca gatunki grzybów rozmnażających się wyłącznie wegetatywnie. Pleśnie należące do tej grupy wytwarzają zarodniki zewnętrzne.

Zarodnie tych grzybów są konidiami, które różnią się kształtem, a u niektórych gatunków występują w nich przegrody. Pleśnie z rodzaju Geotrichum (Oospora, Oidium) mogą się rozmnażać przez fragmentację strzępki na odcinki o różnej długości tkz. ospory lub oidia.

Często występującym gatunkiem jest pleśń mleczna Geotrichum candidum (Oospora lactis), która rośnie jako biały, meszkowaty nalot na kwaśnym mleku, twarogach i innych produktach nabiałowych. Źródłem węgla dla tego gatunku jest kwas mlekowy, a zużywając go, powoduje odkwaszenie środowiska, co umożliwia rozwój mikroorganizmom gnilnym.

Inną pleśnią odpowiedzialną za psucie się żywności jest rodzaj Fusarium. Grzybnie tej pleśni mają intensywnie czerwoną barwę. Najpowszechniejszymi gatunkami są F. culmorum, F. oxysporum, F. graminearum. Pleśnie te charakteryzują się wytwarzaniem 2 rodzajów sporów: wielokomorowych, dużych makrokonidiów i małych mikrokonidiów.

Istnieje wiele szczepów które wytwarzają związki silnie toksyczne o złożonej budowie chemicznej, stanowiących zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi i zwierząt. Wiele pospolitych pleśni odpowiedzialnych za psucie żywności należy do rodzaju Alternaria. Cechują się one wełnistą, szarozieloną grzybnią, które z czasem czernieją. Wytwarzają one ciemne, wielokomorowe zarodniki ułożone łańcuszkowo. Pleśnie z rodzaju Cladosporium, podobnie jak Alternaria występują na produktach spożywczych jako czarne plamy. Grzybnia tych pleśni jest gruba, wełnista i ciemna. Aparat rozmnażania przypomina kształtem drzewko, a wytwarza on zarodniki ułożone w kiście (Trojanowska, Giebel i Gołębiowska 2014).

Pozytywna rola pleśni w produkcji żywności

Rodzaj Penicillium stanowi główną część mikroflory fermentowanych kiełbas pleśniowych dojrzewających (jak salami), surowych produktów mięsnych suszonych lub wędzonych (np. szynka) oraz kilku rodzajów serów, takich jak Camembert czy Brie.

Penicillium nalgiovense jest gatunkiem najczęściej stosowanym w produkcji dojrzewających pleśniowo produktów mięsnych. Inne gatunki pleśni takie jak P. chrysogenum, P. commune, P. solitum, P. nordicum przez P. expansum i kilka gatunków Aspergillus również są obecne mikroflorze tych produktów. W tradycyjnie produkowanych surowych produktach mięsnych suszonych lub wędzonych, zaszczepianie zachodzi naturalnie przez grzyby „dzikie” obecne w zakładzie przetwórczym, natomiast w fermentowanych kiełbasach pleśniowych dojrzewających, produkt jest zaszczepiany kulturami starterowymi w celu uniknięcia rozwoju niepożądanych pleśni i zapewnienia kolonizacji pożądanymi szczepami.

W produkcji kiełbas suszonych stosowane są szczepy pleśni P. chrysogenum i P. camemberti. Stosowane kultury starterowe składają się z określonego gatunku/szczepu mikroorganizmu lub kombinacji różnych mikroorganizmów, które przyczyniają się do powstania właściwości organoleptycznych wyrobu gotowego. Te mikroorganizmy są w stanie przekształcić podstawowe składniki żywności (węglowodany, lipidy, białka), powodując pozytywne zmiany w teksturze, właściwościach organoleptycznych a w wielu przypadkach zwiększyć trwałość produktu.

Dodatkowo kultury starterowe mogą wywierać korzystny wpływ na zdrowie konsumentów i pełnić rolę żywności probiotycznej. Wśród głównych korzyści wynikających ze stosowania pleśni z rodzaju Penicillium należy wymienić ich wkład w dojrzewanie produktu poprzez aktywność enzymatyczną, działającą głównie na lipidowe i białkowe substraty produktu; ich wkład w kształtowanie właściwości organoleptycznych produktu; działanie antagonistyczne wobec niepożądanej mikroflory.

Gatunkami najpowszechniej stosowanymi w świecie zachodnim w produkcji żywności z wykorzystaniem pleśni są: P. nalgiovense, P. camemberti i P. roqueforti. Podczas procesu dojrzewania aksamitna szarozielona grzybnia P. nalgiovense pokrywa powierzchnię sera, może wytwarzać czerwono-pomarańczowe obszary, które ostatecznie pojawiają się na gotowym produkcie. P. nalgiovense wytwarza znaczną ilość czerwonego barwnika, gdy grzybnia rozwija się w podłożu z wysokim stężeniem sodu lub białka.

Barwniki te pojawiają się na powierzchni sera i po wewnętrznej stronie skórki sfermentowanych suchych kiełbas skolonizowanych przez tego grzyba. Barwnikami wytwarzanymi przez tę pleśń są: nalgiowensyna (pomarańczowa) i nalgiolaksyna (żółta).

Penicylina jest kolejnym ważnym metabolitem wtórnym syntetyzowanym przez ten gatunek. Gatunek ten prawdopodobnie nie wytwarza mykotoksyn. Rozwój pleśni na powierzchni wędlin suchych wynika z ich tolerancji na niskie pH i wysokie stężenie soli. Warstwa pleśni zapobiega utracie wilgoci i chroni produkt przed dostępem światła i tlenu, zapobiegając tym samym jełczeniu. Mikroklimat powstały na powierzchni wędlin zapobiega tworzeniu się tłustej i suchej warstwy i może sprzyjać powstawaniu charakterystycznego aromatu i smaku, poprzez produkcję i aktywność proteaz i lipaz. Zwykle gatunki pleśni Penicillium stanowią dominującą mikroflorę w produktach krótkodojrzewających (np. salami), natomiast w produktach długodojrzewających (np. szynka) w początkowym etapie dominuje pleśń Penicillium, która jest z czasem wypierana przez kserofilne gatunki Penicillium, Aspergillus i Eurotium.

Penicillium nalgiovense

Wykorzystanie konidiów P. nalgiovense na powierzchni produktów mięsnych umożliwia wytworzenie typowej grzybni o kolorze białym lub zielonym, która przyczynia się do powstania pożądanego smaku i tekstury oraz zapobiega rozwojowi niepożądanej mikroflory. Inokulację przeprowadza się zwykle przez zanurzenie produktu w zawiesinie zarodników, w której znajduje się 106 konidiów/ ml wody.

Można też rozpylić zawiesinę konidialną na powierzchni wędliny. P. nalgiovense jest stosowany nie tylko w produkcji suchych kiełbas, ale można gatunek ten stosować do innych produktów mięsnych np. cecina- solonego wędzonego produktu z wołowiny produkowanego w regionie León w Hiszpanii (Chávez, Fierro, García-Rico i Laich 2011).

Penicillium camemberti

Pleśń Penicillium camemberti jest wykorzystywana do produkcji serów dojrzewających z porostem pleśni np. Camembert i Brie. Cechy organoleptyczne tych serów są rezultatem szeregu reakcji biochemicznych obejmujących wiele związków o różnych właściwościach. W przypadku produkcji serów te reakcje biochemiczne są częścią procesu dojrzewania, w którym może uczestniczyć kilka mikroorganizmów. P. camemberti jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na właściwości organoleptyczne tych rodzajów serów. Zewnątrzkomórkowa aktywność enzymatyczna tej pleśni jest odpowiedzialna za większość właściwości organoleptycznych. We wczesnych etapach dojrzewania serów miękkich, pozostałe ilości laktozy są szybko metabolizowane do mleczanów. Stężenie mleczanów osiąga ok. 1,5% po 24 godzinach i powoduje silne zakwaszenie masy serowej. Mleczan stanowi obfite źródło węgla dla P. camemberti. Katabolizowanie mleczanu przez tę pleśń powoduje powstanie dwutlenku węgla i wody, oraz powoduje gradient pH w poprzek masy sera, przy jednoczesnej migracji jonów wapniowych i mleczanu z wnętrza masy serowej na powierzchnię, w ten sposób powodując jego zmiękczenie. Dodatkowo proces ten powoduje wzrost pH na powierzchni sera, co umożliwia aktywację niektórych nieaktywnych proteaz. Po zużyciu mleczanu P. camemberti wykorzystuje inne źródła węgla, co koreluje ze wzrostem aktywności lipolitycznej i proteolityczej.

Przemiany tłuszczu mlecznego są niezbędne dla powstawania smaku podczas dojrzewania sera. Proces ten polega na enzymatycznej hydrolizie triglicerydów do kwasów tłuszczowych i glicerolu, mono- lub diglicerydów. Główną cechą lipazy syntetyzowanej przez P. camemberti jest jej specyficzność substratowa. Ta lipaza nie hydrolizuje triacylogliceroli, ale mono- i diacyloglicerole, co jest rzadkim przypadkiem wśród lipaz grzybowych.

Jest to jedyna dotychczas opisana lipaza drobnoustrojowa o takich właściwościach. W dojrzewającym serze występują inne lipazy wytworzone przez mikroorganizmy, które mogą hydrolizować triacyloglicerole mleka, dostarczając P. camemberti substratów w postaci mono- i diglicerydów.

Głównymi kwasami tłuszczowymi uwalnianymi w wyniku lipolizy tłuszczu mlecznego są długołańcuchowe kwasy tłuszczowe, głównie kwas palmitynowy i oleinowy. Kwasy tłuszczowe mogą być metabolizowane różnymi drogami, dając tym samym różne produkty kształtujące właściwości organoleptyczne sera- laktony, aldehydy, kwasy, alkohole drugorzędowe i ketony metylowe, przy czym 2 ostatnie związki w największym stopniu kształtują smak i aromat serów.

Aktywność proteolityczna P. camemberti również przyczynia się do wytwarzania składników smakowych i zapachowych. Krótkie peptydy i wolne aminokwasy powstałe w wyniku proteolizy mogą podlegać kilku reakcjom metabolicznym, takim jak transaminacja, dekarboksylacja i oksydacyjna deaminacja. W wyniku tej ostatniej reakcji powstaje amoniak – ważny składnik aromatu sera, a także ketokwasy, które są prekursorami niektórych aldehydów, takich jak 2-metylopropanal i 2-i 3-metylobutanal. Alkohole drugorzędowe są wytwarzane nie tylko w wyniku metabolizmu kwasów tłuszczowych, ale mogą stanowić produkty przemian niektórych aminokwasów np. 2-metylopropanol i 3-metylobutanol są pochodnymi waliny i leucyny, a metanotiol jest wytwarzany w wyniku przemian metioniny (Chávez, Fierro, García-Rico i Laich 2011, Spinnler 2017).

Penicillium roqueforti

Penicillium roqueforti jest grzybem strzępkowym szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie, o czym świadczy fakt, że został wyizolowany z różnorodnych źródeł, takich jak woda, gleba, powietrze, uprawy, przetworzona żywność.

Wykorzystanie tego gatunku może wiązać się z pewnym ryzykiem, ponieważ P. roqueforti wytwarza mykotoksyny, takie jak toksyna PR, eremofortyna, rokefortyna C, kwas mykofenolowy, patulina, kwas penicylinowy i izofumigaklawiny. Jednak ilość wyprodukowanych może znacznie się różnić w zależności szczepu w warunków środowiskowych.

Poziom toksyczności mykotoksyn w żywności jest milion razy niższy niż toksyny botulinowej i sto razy niższe niż wiele toksyn z alg. W konsekwencji liczba potwierdzonych przypadków zatrucia mykotoksynami u ludzi jest niskie w porównaniu np. z zatruciem salmonellą lub innymi chorobami zakaźnymi.

Obecnie dostępne są kultury starterowe, które nie mają zdolności do wytwarzania mykotoksyn, roquefortyna C i izofumigaklawina występują w ilościach nie stanowiących zagrożenia dla zdrowia ludzi. Produkcja mykotoksyn może być dodatkowo kontrolowana za pomocą technik inżynierii genetycznej, na przykład przez zakłócenie ekspresji genów specyficznych dla poszczególnych szlaków metabolitów wtórnych. Inżynierię genetyczną można również zastosować w celu poprawy innych cech szczepów grzybów, które będą używane jako startery, takie jak zdolność do antagonizowania wzrostu bakterii (Chávez, Fierro, García-Rico i Laich 2011).

Ze względu na swoje właściwości P. roqueforti jest wykorzystywany do dojrzewania sera z przerostem pleśni. Wśród najbardziej znanych serów pleśniowych możemy wymienić Roquefort, Stilton, Gorgonzola, Cabrales, Amablu, Dolcelate, Bergader, Cambozola, Montagnolo, Gamonedo, Valdeón, Monje Picón, Gammelöst, Danablu, Fourme d’Ambert, Beenleigh blue, Edelpilzkäse, Kuflu i French Blue. Ze względu na wiele czynników wpływających na rozwój grzybni poszczególne gatunki serów cechują się swoistymi cechami organoleptycznymi.

Większość receptur produkcji serów pleśniowych obejmuje zaszczepianie mleka lub masy serowej konidiami P. roqueforti. Jednak niektóre tradycyjne procesy produkcyjne nie stosują szczepionek. Wówczas grzyby rosnące w serze pochodzą z surowca- mleka.

W tym przypadku obecne bakterie i drożdże mają też kluczowe znaczenie, ponieważ jako pierwsze metabolizują składniki mleka, tworząc warunki fizykochemiczne i odżywcze odpowiednie dla późniejszego wzrostu P. roqueforti.

Bakterie związane z procesem dojrzewania sera pleśniowego należą do rodzaju Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus, Staphylococcus i Enterococcus. Drożdżami uczesniczącymi w współtworzeniu serów pleśniowych są rodzaje: Debaromyces, Candida, Saccharomyces, Cryptococcus i Kluyveromyces.

Rozwój początkowej mikroflory ma 2 istotne skutki dla późniejszego rozwoju P. roqueforti: obniża pH, głównie ze względu na konwersję laktozy do kwasu mlekowego i innych kwasów lotnych, a gatunki heterofermentacyjne wytwarzają dwutlenek węgla, który formuje mikrowgłębienia i rowki w masie serowej, co umożliwia dyfuzję tlenu do wewnętrznej części masy serowej i gdzie powstanie nisza do kiełkowania konidiów pleśni i późniejszej kolonizacji sera.

Kolonizacja sera przez grzyby może nastąpić też przez perforację masy serowej, co zwykle ma miejsce po 2-3 tygodniach w przypadku serów Gorgonzola i Roquefort, a po 5-6 tygodniach w przypadku sera Stilton.

Kolejny etap to solenie, które zmniejsza wilgotność i pomaga utwardzić i wzmocnić powierzchnię sera przed rozpoczęciem procesu dojrzewania. Ten krok jest punktem zwrotnym dla bakterii bytujących w serze, gdyż liczba żywych komórek znacznie się zmniejsza. Początkowa mikroflora przyczynia się do częściowej hydrolizy kazeiny w pierwszej fazie dojrzewania zanim P. roqueforti rozpocznie aktywną kolonizację sera.

Ponadto niektóre drożdże mogą wykazywać aktywność lipolityczną. Mikrośrodowisko sera charakteryzuje się występowaniem gradientu pH i stężenia soli pomiędzy powierzchnią a wewnętrzną częścią sera. P. roqueforti jest jednym z nielicznych gatunków grzybów uważanych za mikroaerofilne, co pozwala mu rosnąć małej ilości tlenu i wysokim stężeniu dwutlenku węgla, a tym samym rozwijają się w wewnętrznej części masy serowej.

P. roqueforti rośnie w rowkach i mikrowgłębieniach masy serowej, osiągając maksymalny wzrost między 30 i 90 dniem. Rozrost grzybni wraz z konidioforami osiąga maksimum w centralnej części sera, gdzie początkowe stężenie soli jest najniższe. Zastosowanie tej pleśni w produkcji sera ma na celu: odkwaszenie skrzepu i wytworzenie wystarczającej ilości proteaz, aby uzyskać odpowiednią teksturę, oraz aktywności lipolitycznej odpowiedzialnej za kształtowanie smaku i zapachu typowego dla serów pleśniowych. Przemiany biochemiczne białek i lipidów zachodzące podczas dojrzewania serów z przerostem pleśni przypominają te, które zachodzą podczas dojrzewania przeprowadzanego przez pleśń P. camemberti (Chávez, Fierro, García-Rico i Laich 2011).

Produkty, które powstają przy wykorzystaniu pleśni

Produkty spożywcze uzyskane przy użyciu pleśni, można podzielić na napoje (alkoholowe i bezalkoholowe), przyprawy (np. sosy sojowe i pasty), bogate w białko substytuty mięsa (tempeh) oraz produkty podobne do chleba lub ciasta (np. idli). Można też dokonać klasyfikacji od strony technologicznej i wyróżnić 3 zasadniczo różne procesy fermentacji:

• naturalna fermentacja – najprostszy rodzaj, w którym nieprzetworzone składniki są mieszane i poddawane niekontrolowanej, spontanicznej fermentacji. Zwykle mikroorganizmy są obecne w samym surowcu lub pochodzą od środowiska (naczynia, powietrze). Produkty te są zdatne do spożycia po zakończeniu procesu fermentacji. Przykładami są idli i nan.
• fermentacja jednoetapowa z wykorzystaniem szczepionki – substraty do fermentacji są najpierw gotowane, następnie dodaje się szczepionkę pleśni (koncentrat żywych zarodników lub grzybni). Podczas inkubacji mikroorganizmy z kultury starterowej mnożą się i modyfikują substrat w procesie fermentacji. Zazwyczaj przefermentowany produkt jest odpowiednio przygotowywany przed konsumpcją. Przykładem tak otrzymanej żywności oncom.
• fermentacja wieloetapowa – ten proces składa się z 2 lub więcej etapów np. pierwszy etap fermentacji odbywa się w podłoży stałym, a kolejny w płynnym. Celem pierwszego etapu jest wytworzenie znacznej ilości enzymów grzybowych rozkładających polimery. W drugim etapie enzymy rozkładają polisacharydy i białka do monomerów. W ten sposób otrzymuje się np. sosy sojowe (Nout i Aidoo 2010).

Wiele fermentowanych produktów otrzymanych z wykorzystaniem pleśni powstało w Azji. Grzyby te modyfikują cechy organoleptyczne surowców poprzez działanie wydzielanych przez nie enzymów: amylaz, proteinaz i lipaz, a wytwarzane podczas fermentacji metabolity produktom charakterystyczne cechy sensoryczne, często mięsopodobne.

Tempeh

Przykładem takiego produktu jest tempeh, który wywodzi się z Indonezji. W produkcji tego produktu wykorzystuje się pleśń Rhizopus oligosporus, która przez 20-30 godzin w temperaturze 30-36°C rośnie w odpowiednio przygotowanym surowcu sojowym.

Nasiona soi muszą zastać umyte, a następnie moczy się je w wodzie przez 12-24 godzin w temperaturze pokojowej. Po tym etapie ziarna są obłuskiwane i osuszane. Kolejnym krokiem jest dodanie pleśni i zapakowanie ziaren z inokulum w liście babanowca, pojemniki drewniane lub perforowane worki foliowe. Białe strzępki grzybni silnie przerastają ziarna sojowe, dzięki czemu gotowy tempeh przypomina z wyglądu i tekstury ser Camembert. Skład chemiczny soi nie jest znacznie zmieniony w wyniku fermentacji, ponadto grzyby syntetyzują duże ilości witamin, a dzięki aktywności enzymów zwiększa się strawność. Produkt ten kroi się w paski lub kostki i w takiej postaci wykorzystuje jako dodatek do zup, lub smaży się go i podaje jako przekąskę.

Tempeh staje się popularny w innych państwach, a nawet kontynentach. Tempeh cechuje się dużą wartością odżywczą. Ok. 110 g tego produktu pokrywa 41,3% zapotrzebowania na białko, 36,4% ryboflawiny; 27,4% magnezu i 16,1% żelaza. Inną zaletą spożywania tempehu jest zmniejszenie dolegliwości układu pokarmowego np. biegunek i wzdęć.

Prozdrowotne działanie tempehu umożliwiło przetrwanie wielu europejskim i amerykańskim jeńcom, więzionym w japońskich obozach podczas Wojny na Pacyfiku. Tempeh jest bezpiecznym produktem pod względem mikrobiologicznym. Produkt ten jest opanowany przez nieszkodliwą pleśń, dzięki czemu została zajęta nisza, w której mogłyby się rozwijać drobnoustroje chorobotwórcze lub psujące żywność.

Innym czynnikiem zabezpieczającym jest sposób przygotowania soi. Moczeniu towarzyszy samoczynny rozwój mikroorganizmów kwaszących, w wyniku czego odczyn zalewy zostaje obniżony do 5, co stanowi zbyt niskie pH dla niepożądanej mikroflory. Pleśń Rhizopus oligosporus rozwija się szybko nawet w temperaturze 40-42°C, która jest zbyt wysoka dla wielu innych gatunków grzybów i bakterii. Grzyb podczas fermentacji wykorzystuje tlen i wydziela dwutlenek węgla, co zabezpiecza przed rozwojem tlenowej mikroflory (Gawędki i Libudzisz 2016).

Sos sojowy

Innym produktem produkowanym z wykorzystaniem pleśni jest sos sojowy- (jap. shoyu, chiń. chiang-yiu). Sos sojowy jest białkowym hydrolizatem o charakterystycznym aromacie, koloru od żółtego do brązowego i słonym smaku.

Produkcja sosu sojowego jest złożonym procesem. Surowcem do jego produkcji są nasiona soi lub obłuszczony grys sojowy i pszenica w proporcji po 50%. Oba surowce są gotowane, a następnie mieszane. Kolejnym etapem jest dodanie do tej mieszanki tane koji, czyli szczepionki grzybni złożonej z kilku szczepów Aspergillus sojae i A. oryzae, zmieszanych we właściwych proporcjach.

Od tego momentu zaczyna się pierwszy etap fermentacji zwany koji. Trwa on 2-3 dni w temperaturze 30°C. Rosnący grzyb produkuje enzymy hydrolizujące węglowodany do monosacharydów i białka do peptydów i aminokwasów. W kolejnym etapie dodaje się solankę z kolejną szczepionką, złożoną z bakterii fermentacji mlekowej, bakterii Pediococcus halophilus i drożdży Saccharomyces rouxi., które uczestniczą w II etapie fermentacji, trwającym 4-8 miesięcy.

Następnie w wyniku tłoczenia mieszaniny otrzymuje się surowy sos sojowy, który po pasteryzacji daje ostateczny produkt.

Miso

Miso jest fermentowaną pastą sojową, bardzo popularną w Japonii, produkowaną tam od 1000 lat. Jest to produkt o zapachu i smaku podobnym do mięsa, którego barwa jest od jasnożółtej do czekoladowej. Otrzymuje się ją w wyniku fermentacji nasion soi z dodatkiem ryżu lub jęczmienia, wykorzystując pleśń A. oryzae. Z miso przygotowuje się zupę, ale może też być dodatkiem do innych dań. Czas dojrzewania miso waha się w zakresie 5 dni do 20 miesięcy. Wytwarza się wiele wariantów miso różniące się także proporcją soi do ryżu i zawartością soli (5,5-13%) (Gawędzki i Libudzisz 2016).

Angkak

Innym produktem otrzymywanym z wykorzystaniem pleśni jest angkak. Surowcem do jego produkcji jest czerwony ryż kojic, zwany też angkak, anka, czerwony qu lub chiński czerwony ryż. Produkt ten otrzymuje się z gotowanego ryżu, poddanemu fermentacji przez Monascus purpureus, M. anka lub M. ruber.

Cechuje się on specyficznym smakiem i czerwoną lub purpurową barwą, z tego powodu stosuje się go jako substancję barwiącą w innych daniach. Pierwszym etapem w produkcji angkaku jest całonocne moczenie obłuszczonego ryżu, następnie jego gotowanie lub parzenie i schłodzenie. Następnie do ryżu dodaje się zarodniki pleśni Monascus. Fermentacja w tym stałym podłożu trwa 1-2 tygodni, w tym czasie grzybnia rośnie i tworzy wtórne metabolity.

Czerwoną barwę produkt zawdzięcza barwnikom pomarańczowym (rubropunktatynie, monaskorubinie), purpurowym (rubropunktaminie, monaskorubraminie) i żółtym (ankaflawinie i monascynie). Są one odporne na ogrzewanie i szeroki zakres pH.

Pleśń Monascus purpureus jest odpowiedzialna za typowy smak angkaku, w procesie fermentacji produkuje lotne metabolity: alkohole, aldehydy, ketony, estry i terpenoidy. Najbardziej smakotwórczymi związkami są: 2-heptanon, 2-ninanon, octan etylu, alkohol etylowy, 2-metylo-1-propanol i 2-metylo-1-butanol.

Angkak wykazuje prozdrowotne właściwości dzięki tym metabolitom. Wykazuje działanie przeciwzapalne, hipoalergiczne, stymuluje kościotworzenie, zapobiega rozwojowi raka okrężnicy, obniża aktywność czynników transkrypcyjnych uczestniczących w adipogenezie.

Tradycyjny angkak jest produkowany komercyjnie na skalę przemysłową w Chinach. Większość produkcji jest przeznaczona jako środek barwiący w produkcji win i sufu. Optymalne warunki do produkcji angkaku to 7- dniowa fermentacja w temperaturze 28,8°C przy wilgotności 34%. Niektóre szczepy Monascus mogą produkować mykotoksynę cytryninę, jednakże przeprowadzenie fermentacji w kontrolowanych warunkach może utrzymać syntezę tej substancji na bezpiecznym poziomie. Niemniej jednak, zaleca się wykorzystanie nietoksycznych szczepów tej pleśni (Nout i Aidoo 2010).

Sufu, furu, toufuru

Sufu, furu lub toufuru to chiński produkt, wytwarzany już w starożytności podobny do sera o kremowej konsystencji.

Sufu jest otrzymywane z soji, i stanowi popularny dodatek do innych potraw, np. do ryżu. Istnieje kilka odmian sufu różniących się kolorem (od szarego do ciemnoczerwonego) i smakiem (od słodkich do mocnych).

Sufu uzyskuje się w trzystopniowym procesie. W pierwszym etapie wytwarzany jest twaróg sojowy (tofu) przez ekstrakcję mleka sojowego z soi, po której następuje wytrącanie białka sojowego poprzez dodatek kwasu cytrynowego lub soli wapnia.

Powstały osad prasuje się w bloki tofu. Drugi etap polega na fermentacji przeprowadzanej na podłożu stałym. Kostki tofu podgrzewa się do 100°C przez 10-15 min, aby zmniejszyć zawartość wilgoci do ok. 70%, co jednocześnie ujędrnia jego konsystencję i pasteryzuje tofu.

Następnie tofu zostaje zaszczepione naturalnie przez przykrycie je słomką (zawierającą „dziką” mikroflorę) lub używając szczepionek czystej kultury pleśni- Actinomucor elegans, A. taiwanensis, Mucor hiemalis, M. silvaticus, M. praini, M. subtillissimus lub Rhizopus chinensis. Po 2-7 dniach fermentacji w temperaturze 12-25°C (zależnie od użytych szczepów) grzybnia porasta kostki tofu. Powstały produkt jest określany jako pehtze.

Trzeci etap polega na enzymatycznym dojrzewaniu. Pehtze zostaje zanurzony w solance i przechowywany jest w zamkniętych naczyniach przez 2-4 miesiące. W tym okresie grzyby wydzielają głównie enzymy proteolityczne, w wyniku czego konsystencja pehtze się zmiękcza i kształtuje się smak.

Skład solanki silnie wpływa na proces dojrzewania, a także smak końcowego sufu. Solanki zawierają sól w stężeniu 12%. Najintensywniejszy smak otrzymuje się przy użyciu mieszanego inokulum grzybowo-bakteryjnego. Poza solą solanki mogą zadierać dodatkowe składniki, takie jak wino ryżowe.

Tofuyo

W Japonii produkuje się podobny produkt do sufu, którym jest tofuyo, także otrzymywany z fermentowanego tofu. Stosowanie różnych dodatków (angkak, zacier sojowy, wino ryżowe, ostra papryka) pozwala na otrzymanie sufu o różnych kolorach, smaku i zapachu.

Po zakończeniu fermentacji sufu butelkuje się z solanką i podgrzewa, by osiągnąć wymaganą sterylność. Mikroorganizmy wykorzystywane w produkcji (poza pleśniami) furu obejmują: Gram-dodatnie bakterie i bakterie kwasu mlekowego, ale niektóre sufu zawierają też Bacillus cereus i Clostridium perfringens.

Za psucie furu najczęściej są odpowiedzialne bakterie kwasu mlekowego, takie jak Lactobacillus casei. W produkcję sufu odpowiedzialne są 3 rodzaje pleśni: Actinomucor, Mucor i Rhizopus, wszystkie należą do Mucoraceae. Grzybami wykorzystywanymi w w Chinach i Wietnamie są Actinomucor repens, Actinomucor taiwanensis, Mucor circinelloides, Mucor hiemalis, Mucor racemosus i Rhizopus microsporus var. microsporus.

Zakres temperatur dla wzrostu tych gatunków wynosi 20-30°C. Optymalna wilgotność względna dla fermentacji pehtze waha się w granicach 95-97%. W tych warunkach zachodzi maksymalna produkcja proteazy, α-amylazy, α-galaktozydazy i lipazy. Proteazy grzybowe nie są pozakomórkowe, ale związane z grzybnią. Słona solanka zapewnia odpowiednią siłę jonową, potrzebną do uwolnienia ich do roztworu, umożliwiające ich dyfuzję do tofu. Efektem tego jest degradacja białkek sojowych na peptydy, wolne aminokwasy i inne niebiałkowe substancje azotowe.

Wolne aminokwasy składają się przede wszystkim z: tyrozyny, leucyny, kwasu glutaminowego i aminokwasów hydrofobowych. Zmniejszenie zawartości soli w solance pozwala na szybszą i pełną degradację białka i lipidów. Biorąc pod uwagę działanie kwasu glutaminowego i glutaminianu, dodatek furu do potraw w oczywisty sposób wzmacnia mięsny smak. Degradacja białka sojowego podczas dojrzewania furu powoduje powstanie bioaktywnych peptydów, które mają korzystny wpływ na organizm poprzez zmniejszanie aktywności enzymu konwertującego angiotensynę (ACE), a ponadto działają przeciwzakrzepowo i antyoksydacyjnie.

Korzystne procesy mają również miejsce podczas dojrzewania furu. Wytwarzana jest pewna ilość lipazy, która uwalnia kwasy tłuszczowe z oleju sojowego. Kwasy tłuszczowe reagują z alkoholem winnym, tworząc estry, które nadają furu owocowy smak. Specydiczny smak i aromat sufu zawdzięcza obecności 22 estrów, 18 alkoholi, 7 ketonów, 3 aldehydów, pirazyny, 2 fenoli i innych lotnych związków. Dojrzewanie w obecności etanolu (z wina ryżowego) powoduje powstanie wyższych poziomów substancji lotnych (Nout i Aidoo 2010)

Wino ryżowe

W słowo „wino” jest używane w odniesieniu do produktów fermentacji alkoholowej otrzymywanych z soków owocowych zawierających łatwo fermentowalne mono- i disacharydy. Jednakże określenia tego używa się też w odniesieniu do win ryżowych. Są one produkowane w wyniku hydrolitycznego rozkładu skrobi w surowcach zbożowych. We wszystkich przypadkach rozkład węglowodanów zachodzi dzięki enzymom amylolitycznym wytwarzanym przez grzybnię.

Wino ryżowe występuje w wielu wariantach, od prostego tajskiego wina ryżowego do bardzo wyszukanego japońskiego sake. Wina ryżowe i zbożowe są produkowane na skalę domową i komercyjną w Japonii, Chinach, Korei, Tajlandii, Filipinach i Birmie.

Wina mogą być destylowane w celu uzyskania likieru lub spirytusu, na przykład brem bali, (indonezyjski napój alkoholowy produkowany w Bali). Sake to bladożółte wino ryżowe pochodzenia japońskiego o zawartości alkoholu 15–16% lub wyższej. Ryż jest obłuskiwany w celu usunięcia białka, lipidów i składników mineralnych, obecnych w nadmiarze w otrębach i zarodkach.

Następnie ziarna ryżowe są myte, moczone w wodzie i gotowane na parze przez 30-60 min, następnie się je schłodzi. Kolejnym etapem jest zaszczepienie ryżu tane-koji, czyli zarodnikami pleśni Aspergillus oryzae co rozpoczyna proces fermentacji, przeprowadzanej w temperaturze 28-30°C przez 5-6 dni.

Ryż jest mieszany z szczepionką pleśniową i drożdżami moto/ ragii i wodą, aby uformować główny zacier/ moromi.

Główny etap fermentacji odbywa się w otwartych zbiornikach począwszy od temperatury około 12ºC, która później wzrasta ale nie przekracza 18°C. Po 3 tygodniach fermentacji zacier jest tłoczony, filtrowany i pasteryzowany w temperaturze 55-65°C. Otrzymany roztwór jest rozcieńczony wodą i butelkowany. Malezyjskie wino ryżowe (tapai) ma kolor od czerwonego do różowego.

Yakju, takju

Yakju i takju to koreańskie napoje alkoholowe z ryżu, ale też z pszenicy, jęczmienia, kukurydzy lub prosa. Przygotowany poprzez zaszczepianie nuruk (szczepionka) na wilgotnej pszenicy i fermentację trwającą do 2 miesięcy. Mikoflora nuruk obejmuje Aspergillus usamii, Rhizopus, A. niger i drożdże. Nuruk służy jako źródło enzymów amylolitycznych scukrzających skrobię i konwertujących cukry do etanolu.

Tradycyjny sposób produkcji yakju polega na gotowaniu ryżu na parze, schłodzeniu go i zmieszaniu z nuruk i inokulum drożdżowym. Takju powstaje przez rozcieńczenie świeżego likieru yakju przed filtracją. Koreańskie wino ryżowe ma silne właściwości przeciwnowotworowe. Tajskie wino ryżowe ma mętny żółty kolor, o wytwarza się je z lepkiego ryżu. Pleśnie należące do rodzajów Mucor i Rhizopus są głównymi producentami enzymów w produkcji win ryżowych w Indiach. Drożdżami stosowanymi w produkcji win ryżowych są Endomycopsis burtonii, E. fibuliger, Saccharomyces cerevisiae i Candida lactosa. Komercyjna produkcja sake w Japonii wykorzystuje wysoce zaawansowaną technologię w przeciwieństwie do rodzimej produkcji wina ryżowego w innych częściach Azji (Nout i Aidoo 2010).

Jiu

Jiu to zbiorcza nazwa grupy mocnych alkoholi otrzymywanych przez destylację gotowanego sorgo, które zostało poddane fermentacji alkoholowej. Szczepionka używana do fermentacji alkoholowej określana jest jako qu. W wielu przypadkach qu ma kształt cegły i ze względu na duże rozmiary (mogą ważyć po 1–2 kg), kultury starterowe są nazywane „dużym qu”. Trunek ten jest bardzo ważny w kulturze chińskiej i pełni on ważną funkcję podczas wielu uroczystości. Jego moc może wynosić do 50% alkoholu, chociaż obecny standard zmierza w kierunku 38–40% alkoholu. Smak chińskiego likieru jest różny, od bardzo łagodnego do intensywnego. Zasadniczy proces składa się z następujących etapów.

• przygotowanie szczepionki daqu – jego składnikami są pszenica, jęczmień i groch; ziarna są mielone, mieszane i wyrobione z wodą w postaci sztywnego ciasta. Ciasto jest wkładane do form w kształcie cegieł i prasowane, żeby uzyskać odpowiednią spójność. „Cegły” układa się po kilka warstw w pomieszczeniu inkubacyjnym, w którym można kontrolować temperaturę i wilgotność. Daqu są inkubowane przez kilka tygodni. W tym okresie daqu są kolonizowane przez kolejne populacje grzybów i bakterii. Po zakończeniu inkubacji, utwardzone cegły daqu są przechowywane pod daszkami ochronnymi do 12 miesięcy.
• fermentacja alkoholowa – ziarno sorgo (stosuje się głównie czerwone sorgo) jest mielone, zwilżane wodą i pozostawione na noc, aby umożliwić jednorodne rozłożenie wilgoci. Wilgotną mączkę sorgo następnie gotuje się na parze w celu skleikowania skrobi. Przed gotowaniem sorgo miesza się z dodatkami – otrębami ryżowymi, które pozwalają na uniknięcie nadmiernej lepkości wyparzonego produktu. Ugotowaną na parze mieszaninę schładza się i dodaje się sproszkowanego daqu (który musi stanowić 10-20% całkowitej masy mieszaniny). Zaszczepiony kleik z sorgo jest przenoszony do pomieszczenia inkubacyjnego, w którym wlewa się go do hermetycznych naczyń i pozostawia do fermentacji na okres 2–3 tygodni. Podczas tego procesu mikroorganizmy pochodzące z daqu syntetyzują enzymy rozkładające związki zawarte w sorgo, daqu i otrębach ryżowych. Z powodu wysokiej zawartości daqu w mieszaninie również on stanowi substrat.
• destylacja i dojrzewanie – po fermentacji naczynia są opróżniane, a ich zawartość przenoszona do destylatora parowego. Tutaj wszystkie substancje lotne są destylowane z parą i zbierane w skraplaczu chłodzonym wodą. Surowy destylat jest standaryzowany pod względem zawartości etanolu i przenoszony do glinianych naczyń o pojemności 500-1000 l, gdzie dojrzewają. Może to trwać kilka miesięcy lub lat. Po zakończeniu etapu dojrzewania dojrzały trunek jest butelkowany w szklane lub tradycyjne gliniane naczynia.

Daqu jest skolonizowany przez złożoną mieszankę gatunków grzybów i bakterii. Wśród nitkowatych grzybów występują w daqu: Aspergillus, Absidia, Emericella, Mucor, Rhizopus, Rhizomucor, Monascus i Trichoderma. Wśród drożdży stwierdza się obecność rodzajów Saccharomyces, Hansenula, Candida, Clavispora, Pichia i Torulaspora. Wśród mikroflory bakteryjnej stwierdza się: Bacillus, Acetobacter, Lactobacillus i Clostridium.

Bakterie obecne w daqu syntetyzują proteazy i amylazy do trawienia skrobi, a także wytwarzają kwas masłowy. Drożdże są odpowiedzialne za fermentację alkoholową i produkcję estrów wpływających na smak likieru. Pleśnie uczestniczą w degradacji polimerów, tworzeniu estrów i inne substancji lotnych (Nout i Aidoo 2010).

Kwas cytrynowy

Pleśnie z rodzaju Aspergillus są stosowane do produkcji kwasu cytrynowego. Grzyby te przeprowadzają tlenową fermentację cytynianową, której finalnym produktem jest spożywczy kwas cytrynowy.

Tlen w tym procesie jest potrzebny komórkom pleśni do oddychania i produkcji tego kwasu. Substratami, które wykorzystują pleśnie, są glukoza, sacharoza, melasa i inne źródła dwucukrów.

Stosuje się dwie metody otrzymywania tego kwasu: powierzchniową i wgłębną.

W pierwszym przypadku fermentacja jest przeprowadzana na tacach ułożonych na wielokondygnacyjnych stelażach. Po zakończeniu fermentacji kwas cytrynowy zostaje oczyszczony i filtrowany. Następnie jest on kondensowany i krystalizowany.

W metodzie wgłębnej grzybnia jest całkowicie zanurzona w medium hodowlanym, które jest napowietrzane w sposób ciągły. Produkcję metodą wgłębną przeprowadza się w bioreaktorach, posiadających układy mieszania, napowietrzania i termoregulacji. Metoda ta pozwala na mechanizację procesu produkcji cytrynianu i wymaga mniejszej powierzchni (Gawędki i Libudzisz 2016).

Negatywna rola pleśni w produkcji żywności

Mimo, że pleśnie są stosowane w produkcji wielu produktów spożywczych, to ich obecność w żywności w warunkach niekontrolowanych przez człowieka jest niepożądana. Grzyby te są odpowiedzialne za psucie się żywności.

Pleśnie to organizmy tlenowe, więc rosną na powierzchni produktów w postaci nalotów, a ich strzępki wrastają głębiej. Psująca się żywność, poza obecnością nalotu staje się miękka, a z czasem nawet może się upłynnić. Pleśnie porastają produkty suche, które są przechowywane w warunkach wilgotnych.

Istnieją też gatunki osmofilne pleśni, które mogą występować na produktach o dużej zawartości soli i cukru. Za psucie się żywności jest odpowiedzialnych wiele gatunków pleśni.

Pleśnie z rodzaju Mucor i Rhizopus wywołują miękką zgniliznę warzyw i owoców, psucie mięsa przechowywanego w warunkach chłodniczych. Pleśnie z rodzaju Rhizopus zwane są pleśnią chlebową, ponieważ często porastają chleb.

Pleśnie z rodzaju Thamnidium są psychrofilne i mogą rozwijać się na mięsie przechowywanym w chłodniach. Pleśń Aspergillus glaucus może rozwijać się na produktach o niskiej aktywności wody, więc pleśń ta jest odpowiedzialna za psucie produktów suchych. Toleruje ona też duże stężenia cukru i soli. A. niger może występować na warzywach, owocach i chlebie w postaci ciemnych plam.

Pleśnie z rodzaju Penicillium powodują psucie mięsa i jaj przechowywanych w niskich temperaturach, miękką zgniliznę owoców cytrusowych, pleśnienie chleba, serów i innych rodzajów żywności. Pleśnie należące do gromady workowców są tkz. pleśniami magazynowymi, gdyż rozwijają się na niewłaściwie przechowywanym ziarnie, co skutkuje jego psuciem i redukcją wartości technologicznej i siewnej.

Wiele z tych pleśni syntetyzuje mykotoksyny np. A. flavus wytwarza aflatoksyny, a P. ochraceus ochratoksyny. Innymi pleśniami odpowiedzialnymi za psucie żywności są grzyby niedoskonałe. Trichosporon roseum powoduje psucie wilgotnych owoców. Pleśnie z rodzaju Geotrichum mogą być odpowiedzialne za psucie chleba, owoców cytrusowych i mięsa, przechowywanych w warunkach chłodniczych.

Na chlebie mogą rosnąć także pleśnie z rodzaju Neurospora. Pleśnie z rodzaju Alternaria, Cladosporium i Stemphylium powodują psucie mięsa, jaj, ziarna, owoców i warzyw (Trojanowska, Giebel i Gołębiowska 2014).

Odporność pleśni

Grzyby to grupa organizmów które są w stanie pokonać różne metody sterylizacji stosowanych w przemyśle spożywczym. Różne gatunki grzybów łatwo rozprzestrzenia przez wodę i powietrze. Ponadto organizmy te przeżywają w ekstremalnych warunkach i wykazują zrównoważony wzrost biomasy.

Niektóre gatunki grzybów utrzymują się mimo stosowania najbardziej ekstremalnych warunków fizykochemicznych i termicznych metod przetwarzania wykorzystywanych w produkcji żywności. Szczególnie łatwo roznoszą się drożdże i grzyby strzępkowe, i zazwyczaj one są odpowiedzialne za kontaminację krzyżową żywności.

Rozwój grzybów w przetworzonej żywności przyczynia się do strat podczas całego łańcucha produkcji i dostaw, jest przyczyną wycofywania produktów i może prowadzić do niezadowolenia konsumentów i nieufności wobec producentów żywności.

Rozprzestrzenianie się pleśni

Około 25% światowej żywności jest tracona z powodu drobnoustrojów powodujących pożniwną kontaminację. Nawet produkty zakwaszone zawierają kwasy organiczne (źródło węgla), które mogą wspierać wzrost grzybów. Rozkład tych kwasów przez grzyby podnosi pH produktu, co może ułatwiać rozwój bakterii chorobotwórczych.

W konsekwencji strukturalne i metaboliczne cechy grzybów, umożliwiają im rozprzestrzenianie się w środowiskach produkcji żywności i w samych produktach. W zakładach przetwórstwa spożywczego istnieje wiele potencjalnych źródeł kontaminacji: urządzenia, woda technologiczna czy powietrze.

Porowate i organiczne materiały, o których wiadomo, że są problematyczne, są nadal szeroko stosowane np. palety drewniane, skrzynie, wypełniacze kartonowe i przekładki. W przypadku przedmiotów, które są ponownie używane czyszczenie ma ograniczoną skuteczność.

W sadownictwie tradycyjnie wykorzystuje drewniane pojemniki podczas długich okresów przechowywania. Patogeny jabłek np. Penicillium expansum i Byssochlamys spp., które kolonizują owoce są przenoszone między sezonami za pośrednictwem wielokrotnie używanych skrzynek.

Grzyby te rosną na powierzchni drewna i kontaminują kolejne partie. Pleśnie te są producentami mykotoksyn, więc przechowywanie w drewnianych pojemnikach i skrzyniach mogą przyczyniać się do występowania dużych stężeń patuliny w końcowym produkcie.

Niektóre grzyby porastają sprzęt do obróbki żywności wykonany ze stali nierdzewnej, tworzywa sztucznego lub gumy. Geotrichum candidum może występować na łopatkach wentylatorów, w powietrzu, otworach wentylacyjne i gumowych uszczelkach, przez co gatunek ten jest określany jako pleśń maszynowa. Niektóre gatunki grzybów nitkowatych i drożdży są związane z wewnętrznymi powierzchniami urządzeń przetwarzających żywność, z którymi kontaktował się produkt i są trudne do czyszczenia. Te powierzchnie obejmują zawory, głowice wlewowe i uszczelki, które wymagają demontażu w celu prawidłowego czyszczenia (Snyder i Worobo 2018).

Mykotoksyny

Poza psuciem żywności, innym negatywnym aspektem obecności pleśni w żywności są wspomniane już mykotoksyny. Mykotoksyna to każdy toksyczny metabolit syntetyzowany przez grzyby.Mykotoksyny pleśniowe wywołują szkodliwy wpływ na organizm człowieka.

Choroba będąca następstwem spożycia tych substancji określana jest jako mykotoksykoza. W środowisku naturalnym mykotoksyny są chemicznym sposobem obrony grzybów i rozwinęły się jako mechanizmy skierowane przeciw roślinom, aby zapewnić grzybom przewagę konkurencyjną.

Ergotyzm zwany też Ogniem Świętego Antoniego, jest mykotoksykozą znaną od starożytności. Najstarsze zapisy pochodzą z czasów wojny peleponeskiej w 430 r. p.n.e. W 1093 r. powstał zakon św. Antoniego przeznaczony do opieki nad chorującymi na tę chorobę wywołaną przez sporysz.

W 1673 r. we Francji choroba ta została powiązana ze spożyciem ziarna zakażonego sporyszem. Mykotoksynami w tym przypadku są ergotalkaloidy. Wyróżnia się 2 postaci tej choroby: gangrenową i konwulsyjną, które są spowodowane przez różne ergotalkaloidy. Inną mykotoksykozą jest stachybotriotoksykoza.

Pierwsze przypadki zatrucia odnotowane na Ukrainie na początku lat trzydziestych XX wieku i początkowo dotyczyły one koni karmionych sianem zakażonym przez Stachybotrys chartarum, wytwarzającym trichoteceny.

Objawy zatrucia obejmują podrażnienie jamy ustnej i nosowej, zmiany martwicze dróg oddechowych i przewodu pokarmowego, często prowadzące do śmierci w ciągu 24 godzin. Inną chorobą wywołaną przez mykotoksyny jest toksyczna aleukia pokarmowa wywołana przez toksynę T2, inny trichotecen.

Choroba ta osiągnęła poziom epidemiczny w Rosji w czasie II wojny światowej. Epidemia ta była spowodowana spożyciem ziarna zakażonego pleśniami Fusarium poae i F. sporotrichioides. Objawy choroby obejmują krwotoki podskórne, leukopenię, limfocytozę i degenerację narządów wewnętrznych.

Aflatoksyna

Aflatoksyna jest prawdopodobnie najbardziej znaną ze wszystkich mykotoksyn, jednocześnie pozostaje jednym z najsilniejszych czynników rakotwórczych pochodzenia naturalnego. W 1952 r. w południowej części Stanów Zjednoczonych wybuchła epidemia „toksykozy spleśniałej kukurydzy”, spowodowanej spożyciem spleśniałej kukurydzy przez świnie.

Kolejna epidemia miała miejsce w 1960 r., wówczas choroba „X” spowodowała śmierć 100 000 piskląt w Anglii. Aflatoksyny to silne hepatokarcynogeny produkowane przez pleśnie Aspergillus flavus, A. parasiticus i A. nomius.

Objawy zatrucia obejmują anoreksję, letarg, osłabienie mięśni, krwotoki i martwicę wątroby, uszkodzenie nerek i raka wątroby. Odnotowano co najmniej jeden ludzki przypadek ostrej aflatoksykozy (ostre zapalenie wątroby) w Indiach.

Choroba żółtego ryżu

Długotrwała obecność tej mykotoksyny w diecie jest skorelowana z częstym występowaniem chorób wątroby w niektórych regionach świata. Choroba żółtego ryżu lub Shoshin-kakke była rozpowszechniona w Japonii podczas wojny chińsko-japońskiej i po II wojnie światowej. To potencjalnie śmiertelna, bolesna choroba spowodowana spożyciem ryżu zanieczyszczonego pleśnią Penicillium citreoviride.

Mykotoksyna cytrowirydyna powoduje paraliż, uszkodzenie układu sercowo-naczyniowego i niewydolność oddechową.

Ochratoksyna

Mykotoksyny z grupy ochratoksyn są powiązane z endemiczną nefropatią bałkańską, śmiertelną chorobą nerek dotyczącą młodych ludzi mieszkających w pobliżu Dunaju. Ochratoksyna jest silną nefrotoksyną i hepatotoksyną. Aspergillus ochraceus, Penicillium verrucosum i pokrewne gatunki wytwarzają ochratoksynę w zakontaminowanej żywności- ziarnie, suszonej fasoli, orzeszkach ziemnych, zielonych ziarnach kawy i sianie.

Szacuje się, że większość europejskiej wieprzowiny zawiera śladowe ilości ochratoksyny, wytworzonej głównie przez Penicillium verrucosum i P. nordicum, gatunki szczególnie rozpowszechnione na północy.

Syndrom krwotoczny drobiu

Chorobą spowodowaną przez mykotoksyny jest także syndrom krwotoczny drobiu, wywołany przez rubratoksyny. Inną rolniczą chorobą związaną z mykotoksynami obejmują „zapalenie wątroby typu X” u psów i świń . Wszystkie charakteryzują się przekrwieniem, występowaniem krwotoków w różnych narządach i zmian histologicznych w wątrobie i nerkach (Abbott 2002).

Podsumowanie

Pleśnie są z pewnością interesującymi organizmami, wyróżniającymi się od innych. Mimo negatywnych skojarzeń grzyby te mają istotne znaczenie w produkcji żywności o dużej wartości odżywczej. Szkoda, że Europa jest znacznie uboższa pod względem produktów otrzymywanych dzięki pleśniom w porównaniu do krajów Azji Południowo-Wschodniej.

Literatura:

1. Abbott S.P. (2002) Mycotoxins and Indoor Molds. Indoor Environment Connections, 3 (4), s. 1-6
2. Aidoo K., Nout M.J.R. (2010) Functional Yeasts and Molds in Fermented Foods and Beverages. Pobrano z: https://www.researchgate.net/publication/48185020_Functional_Yeasts_and_Molds_in_Fermented_Foods_and_Beverageshttps://www.researchgate.net/publication/48185020_Functional_Yeasts_and_Molds_in_Fermented_Foods_and_Beverages (07.2010)
3. Chávez R., Fierro F., García-Rico R.O., Laich F. (2011) Mold-Fermented Foods: Penicillium spp. as Ripening Agents in the Elaboration of Cheese and Meat Products. Pobrano z: https://www.researchgate.net/publication/262804208_Mold-fermented_foods_Penicillium_spp_as_ripening_agents_in_the_elaboration_of_cheese_and_meat_productshttps://www.researchgate.net/publication/262804208_Mold-fermented_foods_Penicillium_spp_as_ripening_agents_in_the_elaboration_of_cheese_and_meat_products (07.2011)
4. Gawęcki J., Libudzisz Z. (2016) (red.) Mikroorganizmy w żywności i żywieniu. Poznań: Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, s. 63, 79-85
5. Nout M.J.R. Aidoo K., (2010) Asian Fungal Fermented Food. Pobrano z: https://www.researchgate.net/publication/226920088_Asian_Fungal_Fermented_Foodhttps://www.researchgate.net/publication/226920088_Asian_Fungal_Fermented_Food (10.2010)
6. Trojanowska K., Giebel H., Gołębiowska B. (2014) Mikrobiologia Żywności. Poznań: Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, s. 77-88
7. Snyder A., Worobo R.W. (2018) Fungal Spoilage in Food Processing. Journal of Food Protection, 81 (6), s. 1035–1040
8. Spinnler H.E. (2017) Surface Mold-Ripened Cheeses. Pobrano z: https://www.researchgate.net/publication/316900217_Surface_Mold-Ripened_Cheeses (12.2017)