FLANDERS' FOOD RADAR

Bioveiligheid van nitraat- en nitrietvrije gefermenteerde vleeswaren: een rol voor coagulase-negatieve stafylokokken?

Door de stijgende consumentenvraag naar kant-en-klare, clean label-producten is de voedingsindustrie genoodzaakt om op zoek te gaan naar alternatieve bewaringstechnieken die de voedselveiligheid garanderen zonder kwaliteitsverlies. Een voorbeeld bij uitstek is het proberen wegwerken van de nitraat- en nitrietzouten die al sinds lange tijd gebruikt worden als additief in gefermenteerde vleeswaren. Deze staan echter - al dan niet terecht - onder druk omwille van een mogelijke link met de vorming van kankerverwekkende nitrosamines. Gezien de multifunctionele rol van deze preservatieven in zowel kleurvorming, smaak, als voedselveiligheid, is een innovatieve aanpak van belang om een nieuwe, veilige productformulering mogelijk te maken. Een veelbelovende piste, die momenteel onderzocht wordt, is de toepassing van bio-protectieve starterculturen...

Fermentatie is een bewaringstechniek die al van oudsher gebruikt wordt om bederfbaar voedsel langer te kunnen bewaren. Tijdens dit proces converteren micro-organismen bepaalde substraten, meestal koolhydraten, naar organische zuren met een verzuring van de voedselmatrix tot gevolg. Hierdoor wordt de uitgroei van pathogenen zoals Listeria monocytogenes en Clostridium botulinum onderdrukt. Nu dit bewaringsaspect als dusdanig minder relevant geworden is door de ontwikkeling van de koelketen en allerlei procestechnologische ingrepen, blijven gefermenteerde producten toch nog steeds erg populair door hun unieke sensorische eigenschappen en genieten ze vaak van een artisanaal imago onder consumenten.

Tijdens vleesfermentaties zijn verschillende micro-organismen van belang. Melkzuurbacteriën zorgen voor een verlaging in de zuurtegraad door productie van melkzuur. Daarnaast spelen de coagulase-negatieve stafylokokken een belangrijke rol in de kleurvorming: door hun nitraatreductasewerking zorgen ze ervoor dat de rode kleur van nitrosomyoglobine kan gevormd worden, wat natuurlijk wel de aanwezigheid van nitraat vereist en anders opgevangen dient te worden door kleurstoffen. Verder zorgen deze stafylokokken ook voor smaak- en aromavorming via proteolyse en lipolyse, een enzymatische afbraak van eiwitten en vetten. In sommige producten wordt ook een gewenste schimmelgroei op het productoppervlak beoogt. Naast de verzuring, wordt in het productieproces ook typisch zout toegevoegd en worden de vleeswaren onderworpen aan een droging. Deze productconditionering creëert synergistische hordes die de uitgroei van schadelijke micro-organismen voorkomen. Vlees is echter intrinsiek nooit vrij van een achtergrondmicrobiota, met inbegrip van mogelijke pathogenen. Mede daarom worden er vaak bovenop de al reeds ingebouwde microbiële hordes ook nitraat- en nitrietzouten toegevoegd als chemische preservatieven.

Deze zouten hebben immers naast hun bijdrage tot de stabiele rode kleur (nitrosomyoglobine) en smaak ook een welgekende en zeer efficiënte antibacteriële activiteit tegen pathogenen zoals Staphylococcus aureus, L. monocytogenes en C. botulinum. Het spreekt voor zich dat het vinden van een waardig alternatief voor deze preservatieven met antibacteriële activiteit een grote uitdaging is. Dit is zeker het geval wat betreft C. botulinum, die door zijn strikt anaeroob karakter zeer gevoelig is voor de antimicrobiële werking van nitriet (deels veroorzaakt door oxidatieve stress). Hoewel het voorkomen van C. botulinum in vlees relatief laag is en verzuring normaal onderdrukkend werkt, zijn tegenmaatregelen mogelijk noodzakelijk om de veiligheid van dergelijke clean label-producten te kunnen blijven garanderen.

Een interessante en veelbelovende strategie die hierin een oplossing kan bieden is het gebruik van functionele bio-protectieve starterculturen. Dit zijn micro-organismen die toegevoegd worden aan de vleesmatrix en - naast de typische transformaties die gepaard gaan met de fermentatie - een natuurlijke bescherming geven aan het voedingsproduct bovenop de conventionele verzuring. Dit gebeurt meestal via de productie van zogenaamde bacteriocines, kleine antimicrobiële peptides die bederf- en pathogene micro-organismen kunnen afremmen of inhiberen. De productie van dergelijke antimicrobiële peptiden is relatief wijdverspreid binnen verschillende bacteriële groepen waardoor een extensieve screening van de natuurlijke microbiota binnen een specifieke voedingsmatrix mogelijke kandidaten kan opleveren. Melkzuurbacteriën zijn in dat opzicht al extensief onderzocht geweest, waarbij voornamelijk gefocust werd op activiteit tegen Listeria. Coagulase-negatieve stafylokokken echter zijn op dat vlak tot nog toe veel minder bestudeerd. Om deze reden werd in het BotulinSafe project de focus gelegd op een extensieve screening van vleesgeassocieerde coagulase-negatieve stafylokokken om zo een zicht te krijgen op hun potentieel om C. botulinum te inhiberen, met het oog op nitraat/nitriet-vrije gefermenteerde vleeswaren.

Figuur 1. Antibacteriële activiteit van een stafylokok stam (IMDO-S72) tegen Clostridium botulinum, wat zich manifesteert als een inhibitiezone rond deze bacterie.

Figuur 1. Antibacteriële activiteit van een stafylokok stam (IMDO-S72) tegen Clostridium botulinum,wat zich manifesteert als een inhibitiezone rond deze bacterie.

Het onderzoek binnen dit project toonde reeds aan dat ook binnen deze bacteriële groep, inderdaad antibacteriële activiteit teruggevonden wordt, hoewel dit beperkt bleef tot slechts enkele stammen (Van der Veken et al., 2020)1. Dankzij een nieuw aangelegde en gekarakteriseerde stammencollectie van C. botulinum kon een bepaalde stafylokok geïdentificeerd worden met een veelbelovende anticlostridiale activiteit. Met behulp van whole-genome sequencing-data en computergestuurde fermentaties in simulatiemedia, wordt momenteel de aard van deze anticlostridiale activiteit verder opgehelderd, samen met een zorgvuldige analyse van deze stam om zijn eventuele toekomstige toepassing binnen de voedingsketen te kunnen bewerkstelligen.

1 Van der Veken, D., Benhachemi, R., Charmpi, C., Ockerman, L., Poortmans, M., Van Reckem, E., Michiels, C., Leroy, F. Exploring the ambiguous status of coagulase-negative staphylococci in the biosafety of fermented meats: the case of antibacterial activity versus biogenic amine formation. Microorganisms 2020, 8, 167.

Nuttige links