Mikotoksyny w żywności to poważny problem, który dotyczy nie tylko strat w branży spożywczej, ale też bezpieczeństwa zdrowotnego konsumentów. Długotrwałe narażenie organizmu na niskie stężenie mikotoksyn, przyjmowanych z pokarmem, może spowodować różne choroby przewlekłe.

Dzięki badaniom nad naturalnymi sposobami hamowania zawartości mikotoksyn w pieczywie odkryto nowe właściwości zakwasów piekarskich.

Pieczywo należy do produktów nietrwałych i niekorzystne zmiany fizykochemiczne zaczynają się w nim pojawiać bezpośrednio po wypieku. Procesy te powodują stosunkowo szybkie pogorszenie smaku oraz struktury przestrzennej miękiszu i niekiedy już nawet po kilku godzinach chleb może być nie do przyjęcia przez konsumentów. Trwałość oraz jego przydatność do spożycia w trakcie przechowywania jest na ogół ograniczana częściowymi ubytkami wilgoci, rozwojem grzybów oraz procesem czerstwienia. Problem mikrobiologicznego psucia się pieczywa jest powodem znacznych strat ekonomicznych ponoszonych przez producentów. Z punktu widzenia konsumenta stanowi także pogorszenie wartości odżywczej i zdrowotnej.
Do najbardziej niebezpiecznych mikroorganizmów powodujących psucie się pieczywa należą grzyby toksynotwórcze, których występowanie w produkcie jest zazwyczaj widoczne po dwóch dniach przechowywania pieczywa. Jednakże ze względu na zdolność tworzenia przez nie nieidentyfikowalnych organoleptycznie toksyn, takich jak aflatoksyny i ochratoksyny, grzyby nie tylko zagrażają jakości wyrobu, ale również mogą stwarzać ryzyko zdrowotne. Podczas wypieku pieczywa giną jedynie formy wegetatywne drobnoustrojów, pozostają w nim jednak zarodniki grzybów. Wypiek zatem nie gwarantuje mikrobiologicznej stabilności wyrobu.
Pieczywo jest więc produktem o krótkiej trwałości i przydatności konsumpcyjnej. Jego trwałość można przedłużyć dzięki użyciu konserwantów, jednak ich stosowanie nie jest aprobowane przez konsumentów i nie jest dozwolone w produkcji ekologicznej. Alternatywnym sposobem przedłużania trwałości pieczywa jest stosowanie zakwasów, które oprócz wielu innych zalet posiadają tę najważniejszą z punktu widzenia opisywanego zagadnienia – działają hamująco na rozwój występującym w nim grzybów oraz powodują detoksykację tworzonych przez nie mikotoksyn.

Mikroflora zakwasów piekarskich
Mikroflora zakwasów piekarskich jest wyjątkowo bogata. Dominującą grupą drobnoustrojów są bakterie mlekowe żyjące w symbiozie z drożdżami. Różne gatunki bakterii z rodzaju Lactobacillus są izolowane ze środowisk zakwasów piekarskich, ale tylko niektóre z nich występują w większości badanych ekosystemów. Decyduje o tym prawdopodobnie duże powinowactwo tych szczepów do substratów węglowodanowych i aminokwasów wnoszonych z mąką, a także antagonistyczne oddziaływanie tych bakterii na inne drobnoustroje, współzawodniczące o te same źródła pokarmowe. Antydrobnoustrojowe uzdolnienia bakterii mlekowych związane są z syntezą związków hamujących lub ograniczających wzrost innych mikroorganizmów, w tym mikroflory stanowiącej typowe zakażenia zakwasów piekarskich.

W grupie tych metabolitów należy wymienić kwasy organiczne, nadtlenek wodoru oraz bakteriocyny. Ten efekt zwykle wspomagany jest wypieraniem tlenu, co zapobiega rozwojowi grzybów i innych drobnoustrojów aerobowych. Podczas fermentacji bakterie mlekowe wytwarzają kwasy organiczne, wśród których dominującymi są kwasy: mlekowy oraz octowy. Skład i proporcja zależą od typu metabolizmu bakterii mlekowych. Bakterie mlekowe należące do rodzaju Lactobacillus najbardziej efektywnie wykorzystują nadtlenek wodoru. Niektóre szczepy są zdolne do syntezy H2O2 w ilościach przekraczających progi toksyczności dla patogenów. Dzięki wymienionym właściwościom bakterie te, np. gatunki Lactobacillus plantarum i Lactobacillus sanfranciscensis, wykazują efektywność ograniczania grzybów z rodzaju Fusarium oraz Penicillium. Stwierdzenie aktywności antagonistycznej wobec szkodliwej mikroflory u szczepów bakterii mlekowych pozwala na komponowanie piekarskich kultur starterowych o wysokiej skuteczności działania w charakterze naturalnych biokonserwantów pieczywa z zachowaniem wydłużonej trwałości produktu.

Zakwas piekarski ma długą tradycję w produkcji pieczywa, gdyż przez stulecia był jedynym znanym czynnikiem spulchniającym ciasto chlebowe. Wzrost zainteresowania pieczywem na zakwasie, obserwowany w ciągu ostatnich lat, wynika głównie z docenienia przez konsumentów jego szczególnych walorów organoleptycznych, długo utrzymującej się świeżości, ale także faktu, że jest to produkt naturalny. Poza zapewnieniem bogactwa związków smakowo-zapachowych, poprawą tekstury miękiszu czy opóźnianiem czerstwienia gotowego wyrobu należy również podkreślić wpływ zakwasu na jakość prozdrowotną powstałego z jego udziałem chleba. Warunki beztlenowe i niskie wartości pH sprawiają, że fermentacja mlekowa zachodząca w zakwasie pozwala na bardzo dobre zachowanie witamin obecnych w surowcu. Wartość odżywcza mąki żytniej poddanej fermentacji z udziałem bakterii mlekowych i drożdży wzrasta w rezultacie zwiększenia ilości ryboflawiny i niacyny, a także aminokwasów egzogennych: lizyny, tryptofanu i metioniny.

Pieczywo na zakwasie – smaczne, strawne i zdrowe
Rola zdrowotna pieczywa na zakwasie może być rozpatrywana w wielu aspektach, począwszy już od smakowitości wyrobu. Czynnik ten nie tylko decyduje o podjęciu decyzji o zakupie, ale uruchamia w organizmie człowieka szereg procesów fizjologicznych ułatwiających trawienie spożywanego produktu. Strawność pieczywa na zakwasie wyraźnie rośnie również wskutek procesów enzymatycznych zachodzących na etapie fermentacji zakwasu, zwiększających dostępność węglowodanów i białek. Po spożyciu ukwaszanego pieczywa rośnie uczucie sytości, a proces trawienia skrobi jest rozłożony w czasie, co ma znaczenie dla utrzymania wyrównanego poziomu cukru we krwi pomiędzy posiłkami i przez to skutecznie zapobiega napadom tzw. wilczego apetytu. Istotne znaczenie żywieniowe ma produkowany w dużych ilościach kwas mlekowy. Jego obecność w przewodzie pokarmowym reguluje odczyn środowiska, zapewniając prawidłowy przebieg procesu trawienia oraz wydalania. Ludzie pozbawieni tego czynnika zapadają znacznie częściej na choroby nowotworowe jelita grubego niż ci, których podstawę pożywienia stanowi chleb na zakwasie. Kwas mlekowy jako składnik produktów fermentowanych zalecany jest w wielu schorzeniach przewodu pokarmowego, np. w stanach przewlekłego nieżytu żołądka, nadkwasocie, przewlekłym zapaleniu jelita grubego, czy też w uporczywych biegunkach o nieznanej etiologii. Fermentacja mlekowa powoduje też eliminację składników antyżywieniowych, które zakłócają przyswajanie składników odżywczych. Występujące w mące fityniany, które w znacznym stopniu zmniejszają biodostępność makro- i mikroelementów: żelaza, cynku, wapnia i magnezu, pod wpływem rozwoju bakterii mlekowych w zakwasach chlebowych ulegają degradacji, przyczyniając się do zwiększenia bioprzyswajalności tych pierwiastków.

Wartość zdrowotna chleba orkiszowego
Orkisz jest zbożem głównie uprawianym w rolnictwie ekologicznym, gdyż negatywnie reaguje na nawożenie nawozami sztucznymi. Zboże to charakteryzuje się wyższą koncentracją składników pokarmowych, korzystniejszymi właściwościami odżywczymi i wyższą zawartością białka wynoszącą 13-17%, tj. o 30-47% wyższą niż w ziarnie pszenicy zwyczajnej. Białko orkiszu cechuje się wyższym stopniem strawności (80%) i wyższą jakością. Ponadto zboże to cechuje wyższa zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych, które mają korzystny wpływ na układ krążenia, obniżając poziom cholesterolu we krwi. Orkisz zawiera znacznie więcej witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A, E, D), witaminy E o 1/3 więcej niż w pszenicy. Zawiera także dużo fosforu, żelaza, cynku, miedzi, manganu i kobaltu. Zboże to korzystnie wpływa na układ trawienny i jest stosowany w dietach leczniczych. Osoby uczulone na produkty z pszenicy zwyczajnej, tolerują wyroby z orkiszu. Produkty z orkiszu mogą być spożywane przez niektórych chorych na celiakię. Znajdujący się w orkiszu kwas krzemowy jest ważny dla skóry, włosów i paznokci, a ponadto wzmacnia aktywność mózgu i koncentrację. Zawarty w orkiszu cynk jest uznanym terapeutykiem stosowanym w chorobach wątroby. Produkty orkiszowe z całych ziaren zawierają antyoksydanty w ilościach zbliżonych lub przewyższających występujące w warzywach i owocach. Zawierają również antyoksydanty niewystępujące w innej żywności. Błonnik zawarty w całym ziarnie pozwala utrzymywać w dobrym zdrowiu układ trawienny, tj. wiąże i usuwa zbędne lub szkodliwe substancje oraz pomaga kontrolować przyswajanie tłuszczu, gdyż część tłuszczu łączy się z błonnikiem i jest z nim wydalany. Ponadto daje uczucie sytości, gdyż pęczniejąc, pochłania płyny. Chleb z orkiszowej mąki odznacza się silnym chlebowym zapachem, znakomitym smakiem i dłuższym utrzymywaniem świeżości.
Opracowanie i wdrożenie do produkcji receptury chleba ekologicznego w jednej z najlepszych piekarni Lubelszczyzny pozwoliło wprowadzić wysokiej jakości produkt ekologiczny na rynek.

 
Ekologiczne metody produkcji pieczywa – badania naukowe
W 2012 r. Pracownia Żywności Ekologicznej Pochodzenia Roślinnego Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie wspólnie z Piekarnią „Pola” ze Stasina k. Lublina wzięły udział w projekcie badawczym „Ekologiczne metody produkcji pieczywa i produktów zbożowych oraz metody wydłużania trwałości, świeżości i parametrów przechowalniczych tych wyrobów”. Projekt finansowany przez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi obejmował:
- badanie efektywności zakwasów pochodzących z różnych piekarni pod kątem ograniczania mikotoksyn w chlebie,
- opracowanie receptury orkiszowego chleba ekologicznego na zakwasie najefektywniej ograniczającym mikotoksyny.

Zakres i metodyka badań
Do badania zanieczyszczenia mąki przez mikotoksyny wykorzystano testy immunoenzymatyczne ELISA, a do określania zawartości tych substancji w chlebie metodę chromatografii cieczowej (HPLC). Mąkę pobierano co dwa tygodnie z kilku piekarni i analizowano pod kątem występowania następujących mikotoksyn: deoksynivalenol, toksynę T-2, zearalenon oraz aflatoksyny i ochratoksynę A. Natomiast w próbkach chlebów wypieczonych na różnych zakwasach zawartość mikotoksyn określano metodą chromatografii cieczowej (HPLC).
Przeprowadzono również ocenę jakościową analizowanych mąk, a także ocenę próbnego wypieku laboratoryjnego, ocenę właściwości fizycznych i organoleptycznych pieczywa z zakwasami o różnym składzie po różnym okresie przechowywania.

Zawartość mikotoksyn w mące
Mąki otrzymywane z Piekarni „Pola” do badania na zawartość mikotoksyn były dobrej jakości, spełniały wszystkie parametry jakościowe, określone odpowiednimi normami. Bezpośrednio po pobraniu próbki były przechowywane w temperaturze -18°C do momentu przeprowadzenia testów.
Mąki charakteryzowały się na ogół niskimi ilościami mikotoksyn. Najczęściej występował deoksyniwalenol oraz ochratoksyna A, które były stwierdzane we wszystkich badanych próbkach. Zearalenon stwierdzono w 2 próbach, toksynę T-2 w 5, a aflatoksyny w 3. Dla 5 prób poziom ochratoksyny A przekroczył dopuszczalny, określony przez UE poziom tej toksyny wynoszący 3 µg/kg w produktach zbożowych. Poziom deoksyniwalenolu, zearalenonu, toksyny T-2 oraz aflatoksyn nie został przekroczony.

Testowanie zakwasów na bazie różnych rodzajów mąki
Na bazie mąki żytniej typ 720 oraz mąki pszennej orkiszowej typ 1850 z polskiego gospodarstwa ekologicznego, stosowanych w produkcji przez Piekarnię „Pola”, testowano zakwasy piekarskie w próbnych wypiekach laboratoryjnych. Fermentację prowadzono w temp. 30°C przez 24 godziny.
Początkowo podjęto próbę uzyskania zakwasów na mące orkiszowej, zgodnie z informacjami, że jest możliwe uzyskanie pieczywa wyłącznie orkiszowego na zakwasie orkiszowym bez dodatku drożdży. Próba zakończyła się niepowodzeniem, gdyż na mące orkiszowej nie uzyskano zakwasów, a otrzymane próby nie wykazywały zróżnicowania w wyglądzie oraz pachniały mąką. Miały barwę ciemniejszą niż zakwas z mąki żytniej. Po 24 godzinach mąka opadała na dno naczynia, natomiast na powierzchni nad mąką znajdował się ciemnobrązowy płyn. Próby nie wykazywały zapachu kwaśnego.

Następnie powtórzono doświadczenie, zmieniając mąkę orkiszową typ 1850 na mąkę żytnią 720. Dwa rodzaje mąki: żytnia i orkiszowa, stosowane w próbnych wypiekach laboratoryjnych, zawierały nieznaczne ilości deoksyniwalenolu oraz ochratoksyny A w ilościach odpowiednio: 422,88 µg/kg i 0,53 µg/kg oraz 114 µg/kg i 1,37 µg/kg, a mąka orkiszowa została dodatkowo skażona zearalenonem oraz toksyną T-2 do ilości ok. 20 µg/kg dla ZEN oraz około 10 µg/kg T-2. Po wymieszaniu składników ciasto fermentowało w masie przez około 20 minut, po czym było dzielone na kęsy, przekładane do foremek i umieszczane na około godzinę w temp. 30°C, a następnie pieczone w 210°C.

Po ocenie organoleptycznej pieczywo było suszone i rozdrabniane. Następnie przeprowadzono ocenę zawartości w nim mikotoksyn z użyciem HPLC. Na uwagę zasługuje fakt większego zanieczyszczenia chleba przez ochratoksynę A w porównaniu z mąką orkiszową wykorzystaną do pieczenia tego chleba. Prawdopodobnie ten wzrost wynika z szybszego tworzenia tej mikotoksyny w warunkach wysokiej wilgotności, jaka występuje w zaczynie chlebowym.

Wpływ zakwasu na hamowanie zawartości mikotoksyn
Aby wykazać wpływ zakwasów na zawartość mikotoksyn, zastosowano tzw. próby ślepe, bez zakwasów i bez drożdży. Pierwsza próba ślepa była wykonana z mąki orkiszowej typ 1850 i wody w proporcjach: 10% wagowych wody i 90% mąki, a druga próba ślepa była wykonana z mąki żytniej 720. W większości prób chleba z zakwasami obserwowano wzrost zawartości ochratoksyny A (OTA), co może sugerować wzrost aktywności badanych drobnoustrojów na redukcję tej mikotoksyny. Nie zanotowano obniżania przez badane zakwasy ilości OTA. Jedynie w przypadku zakwasu z Piekarni „Pola” z drożdżami obserwowano zahamowanie wzrostu ilości tej mikotoksyny w stosunku do obu prób ślepych.
Badane zakwasy w bardzo małym stopniu redukowały zawartość toksyny T-2. We wszystkich kombinacjach z zakwasami obserwowano znaczące hamowanie zawartości deoksyniwalenolu. Najefektywniejsze ograniczenie zearalenonu zanotowano w kombinacji z zakwasem z Piekarni „Pola” i z dodatkiem drożdży.

Ocena organoleptyczna uzyskanego chleba z badanych zakwasów wykazała, że zakwas z badanej piekarni stosowany bez drożdży uzyskał najwyższą punktację. Najlepiej przechowywał się chleb orkiszowy na zakwasie żytnim z Piekarni „Pola” bez dodatku drożdży, gdyż jeszcze po 9 dniach od wypieku nie obserwowano na nim wzrostu grzybów. Ponieważ pod każdym ocenianym względem najkorzystniejsze parametry uzyskał zakwas z Piekarni „Pola”, więc ten zakwas użyto do wypieku chleba orkiszowego. Chleb z tego zboża wzbogacono o mieszanki wielogatunkowe ziaren. Po optymalizacji receptury ekologiczny chleb orkiszowy wprowadzono na rynek i cieszy się on ogromną popularnością.

prof. dr hab. Ewa Solarska, kierownik Pracowni Żywności Ekologicznej Pochodzenia Roślinnego Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie