Naturalne bariery obronne jaj kurzych

Prof. dr hab Tadeusz Trziszka
Akademia Rolnicza we Wrocławiu

l. Budowa jaja jako wyznacznik funkcji ochronnej

Fenomenem morfologii jaja jest jego warstwowa budowa, której funkcja w procesie filogenezy została ukierunkowana z jednej strony na kontakt komórki jajowej ze środowiskiem zewnętrznym, a z drugiej strony na blokowanie migracji drobnoustrojów do treści jaja.

Stąd też makroskopowy układ strukturalny jaja charakteryzuje się precyzyjną konstrukcją, która stanowi naturalną ochronę komórki jajowej przed czynnikami środowiska zewnętrznego, głównie drobnoustrojami, oraz służy rozwojowi nowego życia umożliwiając proces wymiany masy i energii.

Zasadniczymi elementami struktury jaja o cechach ochronnych są skorupa wraz z kutikulą, błony podskorupowe, białko jaja i błona witelinowa jako ostatnia bariera zabezpieczająca zarodek i żółtko. Warstwowy układ poszczególnych elementów jest ściśle odpowiedzialny za określone funkcje biologiczne. Pierwszą warstwę od strony zewnętrznej stanowi kutikulą, której podstawowym składnikiem chemicznym jest mucyna oraz nieokreślone bliżej glikoproteidy, posiadające zdolność ochronną wobec drobnoustrojów. Kutikula otaczając pory skorupy stanowi istotny czynnik ochrony zarówno pod względem mechanicznym jak i chemicznym. Dlatego też nie wskazane są jakiekolwiek czynności powodujące uszkodzenie tej warstewki, np. czyszczenie lub mycie jaj.

Skorupa wykazująca w swojej strukturze wewnętrznej również warstwowy charakter nadaje kształt jaju oraz stanowi ochronę mechaniczną uniemożliwiającą bezpośredni kontakt treści jaja ze środowiskiem, a szczególnie penetrację drobnoustrojów. Występujące pod skorupą dwie błony podskorupowe również o charakterze warstwowym mają specyficzną funkcję; z jednej strony zwiększają wytrzymałość skorupy zapobiegając uszkodzeniom mechanicznym i wyciekowi treści jaja, z drugiej zaś strony stanowią drugą barierę chroniącą treść jaja przed penetracją drobnoustrojów. Wymienione zdolności ochronne mogą być spełnione dzięki specyficznemu układowi włókien tworzących strukturę tych błon. Należy podkreślić, że rola błon podskorupowych jako ochrony mikrobiologicznej polega przede wszystkim na "filtrowaniu", gdyż błony te oddzielone i zawieszone w roztworze soli nie hamują rozwoju bakterii. Wykazano ponadto, że w czasie przechowywania jaj błony tracą pewną ilość żelaza występującego w postaci związanej z owoporfiryną na korzyść białka, co może mieć wpływ dodatkowy na hamowanie aktywności bakteryjnej w tym rejonie.

Białko jaja jako element o największej masie w układzie strukturalnym jaja (60%) cechuje się również warstwową budową i ma istotne znaczenie ochronne. Polipeptydy białka jaja ze względu na swoją glikoproteidową naturę posiadają interesujące właściwości fizykochemiczne, a przy tym mają szeroki zakres właściwości biologicznych. Antybakteryjne właściwości białka jaja zapewniają sterylność już podczas formowania się jaja w układzie rozrodczym kury. Szczególne znaczenie antybakteryjne w białku jaja ma obecność lizozymu, konalbuminy i awidyny oraz inhibitorów.

Lizozym ma właściwości muramidazy i chitynazy, a tym samym stanowi doskonałą barierę ochronną przed drobnoustrojami. Lizozym oprócz aktywności litycznej posiada zdolność flokulacyjną związaną z podstawowymi jego właściwościami oddziaływań w stosunku do ujemnego ładunku bakterii.
Konalbumina posiada właściwości antybakteryjne dzięki dużemu powinowactwu do żelaza oraz innych metali jak Co, Cu, Zn, Al, co czyni jony tych metali niedostępnymi dla wzrostu bakterii. Stabilność kompleksu konalbuminy z danym pierwiastkiem zależy od jego rodzaju i pH. Jest oczywistym, że zakres działalności antybakteryjnej jest ograniczony jedynie do bakterii wymagających żelaza do swojego rozwoju.
Znaczenie antybakteryjne awidyny polega na unieczynnianiu biotyny poprzez tworzenie kompleksu. Wiadomo bowiem, że biotyna jest niezbędna dla wzrostu szeregu bakterii, stąd awidynę traktuje się jako naturalny czynnik bakteriostatyczny.

Z innych grup białek tworzących strukturę białka jaja i biorących udział pośrednio (działanie inhibujące) w ochronie przed drobnoustrojami, a właściwie przed ich enzymami (głównie proteolitycznymi) należy wymienić: owomukoid, owoinhibitor, cystatynę, owomakroglobulinę). Owomukoid i owoinhibitor są inhibitorami trypsyny i chymotrypsyny bakteryjnej, tym samym pełnią ważną funkcję ochronną w białku jaja.
Cystatyna stanowi zaledwie 0,05% składu białek, jednakże jest inhibitorem o bardzo silnym działaniu w stosunku do ficyny, papainy, bromelainy i katepsyn, ważnych enzymów produkowanych przez bakterie niszczące treść jaja. Szczególnie ważna funkcja cystatyny związana jest z wewnątrzkomórkową i zewnątrzkomórkową kontrolą rozkładu białek. Ta funkcja sprawia, że cystatyna pełni rolę substancji bakterio statycznej, jest też czynnikiem antywirusowym i hamuje rozwój komórek nowotworowych.
Reasumując można stwierdzić, że białka występujące w strukturze białka jaja tworzą w całości układ o specyficznej charakterystyce pełniący istotną rolę w funkcji biologicznej.

Wykazano, że fizyczna natura białek białka jaja oraz charakterystyczna budowa makroskopowa jaja ma najważniejsze znaczenie ochronne, przy tym szczególnie istotnym jest gospodarka wodna (możliwość wyparowania i dyfundowania), która wydaje się być najmocniejszym inhibitorem wzrostu bakterii. Zatem wyparowanie wody z białka przez pory skorupy i dyfuzja przez błonę witelinową do żółtka ma kluczowe znaczenie w obniżaniu aktywności wodnej (aw) białka, a tym samym zmniejszenia jej dostępności dla drobnoustrojów.

Ostateczną barierą ochronną w budowie warstwowej jaja jest błona witelinową. Funkcja błony witelinowej w jaju jest bardzo złożona; nadaje ona bowiem kształt żółtku, chroni zarodek, utrzymuje równowagę dyfuzyjną pomiędzy białkiem i żółtkiem. Wysoka koncentracja w jej strukturze lizozymu, konalbuminy oraz owomucyny mogą mieć istotne znaczenie w naturalnej ochronie zarodka i żółtka przed inwazją drobnoustrojów.

Ostatnim elementem makrostrukturalnym położonym centralnie w jaju jest żółtko. Z biologicznego punktu widzenia żółtko stanowi rezerwuar pokarmowy dla rozwijającego się zarodka. Skład chemiczny żółtka wskazuje na doskonałą pożywkę dla drobnoustrojów, chociaż obecna immunoglogulina Y może hamować aktywność bakteryjną. Dlatego też jeśli wszystkie naturalne bariery ochronne jaja zostaną zniszczone, a penetracja drobnoustrojów dojdzie do żółtka, jajo ulega zepsuciu, co objawia się powstawaniem zbuków. Wśród bakterii powodujących psucie się jaj należy wymienić bakterie z rodzaju Pseudomonas, Achromobacter, Proteus, Serratia, Alcaligenes. Ponadto mogą występować inne grupy drobnoustrojów jak również bakterie patogenne.

Należy podkreślić, że podstawowym zagrożeniem jaja prowadzącym do jego zepsucia jest długi łańcuch przemian biofizykochemicznych, szczególnie w białku i błonach jaja powszechnie zwany naturalnym starzeniem jaj. W wyniku tych zmian dochodzi do utraty naturalnej zdolności ochronnej, co w konsekwencji umożliwia szybką penetrację drobnoustrojów i doprowadza do zepsucia jaj. Tempo penetracji drobnoustrojów i psucia zależy od stanu higienicznego jaja i otaczającego go środowiska. Im więcej jest drobnoustrojów na powierzchni jaja i bardziej sprzyjające ich rozwojowi warunki środowiskowe, tym szybciej będą zachodzić procesy psucia. Zatem jako najważniejsze zagadnienie w procesie dystrybucji i przechowywania jaj należy uznać warunki transportu i magazynowania, w tym temperaturę poniżej 15°C w czasie dystrybucji i poniżej 5°C podczas przechowywania) oraz najwyższy standard higieniczno - sanitamy.

2. Zmiany fizykochemiczne treści jaja w procesie starzenia

Z chwilą zniesienia jaja z większą lub mniejszą intensywnością przebiegają procesy metaboliczne w jego treści. Odzwierciedleniem procesu starzenia się są widoczne zmiany fizyczne i chemiczne w jaju. Dokonując pomiarów tych zmian można określić stan świeżości jaja i tym samym jego jakość oraz wartość kulinarną i technologiczną.

Podstawowym wyznacznikiem zmian fizykochemicznych są ubytki oraz dyfuzja wody i gazów w treści jaja. Jak wiadomo, w jaju bezpośrednio po zniesieniu zawartość wody wynosi w białku 88%, a w żółtku 50%. Wartość pH białka wynosi w granicach 8.0-8.2 i jest warunkowana rozpuszczonym CO₂. Natomiast wartość pH żółtka wynosi 6,0.

W zależności od temperatury i wilgotności względnej tempo dyfuzji jest zróżnicowane. W pierwszej kolejności następuje ubytek wody z białka na drodze parowania przez pory w skorupie oraz przez przepuszczalne błony podskorupowe. Ponadto woda z białka może dyfundować przez błonę witelinową do żółtka, powiększając jego objętość. Przy wyższych temperaturach i niższych wilgotnościach dynamika procesu jest większa. Konsekwencją ruchu wody i gazów w treści jaja są następujące zmiany (tab. l):

• zmniejszenie objętości białka, a przez to powiększenie się komory powietrznej,
• zwiększenie objętości żółtka (im jajo starsze tym żółtko większe),
• zmiana podstawowego składu białka i żółtka, tj. zawartość wody w białku może zmniejszyć się do 83%, a w żółtku wzrosnąć do 54%.

Ponadto z białka jaja uwalnia się rozpuszczony dwutlenek węgla po dysocjacji kwasu węglowego, tworzącego układ buforowy z białkami. Następstwem tego procesu jest alkalizacja środowiska białka jaja, objawiająca się wzrostem pH z 8,2 do 9,0 i dalej do 9,5 przy zaawansowanym procesie starzenia. Alkalizacja środowiska ma zasadniczy wpływ na stan strukturalny białka, zwłaszcza jego formy żelowej (białko gęste). Jak wiadomo utrzymanie żelowej struktury białka jest warunkowane istnieniem interakcji lizozymu z owomucyną. Kompleks ten jest najtrwalszy przy pH w granicach 8.0. W miarę zbliżania się do punktu izoelektrycznego lizozymu (pl=l l) w procesie alkalizacji kompleks ten zostaje osłabiony i następuje dysocjacja struktur tych białek. Efektem zaniku interakcji lizozymu i owomucyny jest uwalnianie lizozymu i rozrzedzenie się białka. Zatem w ślad za ubytkiem wody i dwutlenku węgla z białka jaja następuje rozrzedzenie jego frakcji gęstej, co jest charakterystyczne dla zaawansowanego procesu starzenia się jaja. Uwolniony natomiast lizozym stanowi istotny czynnik ochrony mikrobiologicznej. Z punktu widzenia trwałości treści jaj utrata wody z białka jaja wraz z jego rozrzedzeniem jest fenomenem funkcji ochronnej jaja, gdyż jednocześnie maleje aktywność wodna (aw) i wzrasta stężenie wolnego lizozymu jako antybiotyku.

W procesie starzenia osłabieniu ulega błona witelinowa w wyniku utraty warstwy zewnętrznej (jest to podobny proces jak rozrzedzenie białka). Uwzględniając fakt dyfuzji wody z białka do żółtka z jednoczesnym powiększeniem się jego objętości, a także degradację zewnętrznej warstwy błony witelinowej osłabiającą jej strukturę, następuje samoistne jej pękanie, co można zaobserwować w jajach starych.

Tabela l. Zmiany zachodzące w treści jaja w czasie procesu starzenia

3. Niektóre czynniki obniżające funkcję ochronną jaj

Intensyfikacja produkcji drobiarskiej, a więc stworzenie sztucznych warunków bytowania ptaków, w tym m.in. klatkowy system utrzymywania drobiu, stosowanie w żywieniu koncentratów paszowych z różnego rodzaju dodatkami (w celu poprawy zdrowotności i kondycji pogłowia z jednoczesnym oddziaływaniem na wzrost wydajności itp.) jest w założeniach skierowana na uzyskanie opłacalnej produkcji. Należy jednak pamiętać, że dochodząc drogą intensyfikacji produkcji do wysokiej wydajności, m.in. przez stosowanie środków farmakologicznych lub w wyniku nie przemyślanej oszczędności w stosowaniu tanich, niskiej jakości komponentów mieszanek paszowych o niesprawdzonej wartości (np. zanieczyszczenia pleśniami), istnieje potencjalne zagrożenie finalnej jakości surowca jajczarskiego. Niektóre preparaty stosowane w żywieniu drobiu lub metabolity mikroorganizmów mogą przyczynić się do wystąpienia defektów w syntezie substancji organicznej treści jaja.

Badania Niemca, a także innych autorów potwierdziły ujemny wpływ ochratoksyny A w mieszankach paszowych na wyniki produkcyjne, tj. wydajność nieśną, spożycie paszy i masę ciała niosek oraz brojlerów, jak również jej negatywne oddziaływanie przejawiające się apatią, biegunkami, wyczerpaniem i padnięciami ptaków, a także działanie immunosupresyjne i teratogenne. Ochratoksyna A powodowała również zmniejszenie zawartości białka ogólnego i tłuszczu w osoczu krwi ptaków. Z nielicznych prac prowadzonych nad przenikaniem ochratoksyny A do organizmu drobiu wynika, że podobnie jak u dużych zwierząt gospodarskich, toksyna ta jest szybko wchłaniana z przewodu pokarmowego i rozprowadzana po całym organizmie. Zanieczyszczenie jaj ochratoksyną A, a także duża jej trwałość podczas technologicznych procesów przetwarzania, staje się poważnym problemem zagrażającym zdrowiu ludzi. Ponadto obecność ochratoksyny A w paszy istotnie wpływa na system sekrecji protein, powodując zasadnicze zmiany w obrazie elektroforetycznym białek białka jaja. Ochratoksyna A, przechodząc głównie do żółtka jaja, działa silnie toksycznie na zarodek powodując obniżenie wydajności wylęgowej. Wywołany przez ochratoksynę defekt w syntezie białek przebiegającej w jajowodzie ma głębsze implikacje, bowiem wśród zredukowanych protein znajduje się lizozym i konalbumina, co zdecydowanie przyczynia się do zmniejszenia funkcji ochronnej białka jaja.

Zagrożenia wywołane niekorzystnym wpływem mikotoksyn mogą być redukowane poprzez poprawę i doskonalenie warunków zbioru i przechowywania zbóż oraz przestrzeganie higieny w procesie produkcji mieszanek paszowych, z jednocześnie prowadzoną ostrą kontrolą zanieczyszczeń mikotoksynami, szczególnie pasz importowanych.

W żywieniu niosek, uwzględniającym system intensywnego wychowu, powszechne zastosowanie znalazły antybiotyki paszowe, których głównym zadaniem jest utrzymanie wysokiej zdrowotności stada, lepsze wykorzystanie paszy, a tym samym uzyskanie wysokiej wydajności nieśnej. Zastosowanie w żywieniu antybiotyków paszowych o charakterze prewencyjnym i stymulującym, takich jak np. Zn-bacytracyna, flavomycyna i virginiamycyna, w pewnym stopniu może oddziaływać negatywnie na jakość jaj, szczególnie poprzez obniżenie aktywności lizozymu. Znacznie silniejsze negatywne oddziaływanie na lizozym mają antybiotyki stosowane w lecznictwie. Bogdanow i Jeleva wykazali wysoce negatywny wpływ gentamycyny na zawartość i aktywność lizozymu w białku jaja. Wszelkie zmiany we frakcji lizozymowej białka jaja mają swoje odzwierciedlenie w funkcji ochronnej surowca jajczarskiego. Wyjaśnieniem tego z jednej strony jest fakt, iż lizozym wraz z owomucyną, a także innymi frakcjami białek jest odpowiedzialny za strukturę żelową białka jaja, (co jednocześnie jest wykładnikiem jakości),a z drugiej strony jest czynnikiem bakteriobójczym, zatem obniżenie jego aktywności znacznie osłabia mechanizm odpornościowy jaja.

W badaniach przeprowadzonych w Uniwersytecie Hohenheim wykazano, że zastosowanie Zn-bacytracyny i flavomycyny (w dawkach zgodnych z zaleceniami normatywnymi, a także w dawkach podwojonych) istotnie wpłynęło na obniżenie aktywności lizozymu. obniżenie wartości pH białka a także na zmniejszenie wartości jednostek Haugha. Nie stwierdzono jednakże istotnych zmian we właściwościach funkcjonalnych treści jaja, głównie pienistości, a także nie wykazano zmian w obrazie elektroforetycznym frakcji białkowych białka jaja. Należy również podkreślić, że wymienione antybiotyki paszowe przyczyniły się do wysokiej wydajności nieśnej, przy jednocześnie bardzo dobrym wykorzystaniu paszy, co uzasadnia celowość ich stosowania. Można zatem sugerować, że w przypadku, gdy nie istnieje konieczność dłuższego przechowywania surowca jajczarskiego problem obniżonej aktywności lizozymu przy zastosowaniu antybiotyków paszowych jest mniej istotny, a ważniejszym wydaje się być wysoka wydajność. Niemniej jednak nie należy ignorować obserwowanych zmian jakościowych treści jaj jako skutku zastosowania antybiotyków. Zmiany te nie zostały jeszcze w pełni poznane i wyjaśnione i wymagają dalszych badań, szczególnie w aspekcie przydatności konsumpcyjnej i wartości technologicznej surowca jajczarskiego.

4. Podsumowanie

Jako kurze posiada doskonałą naturalną zdolność ochronną przed czynnikami zewnętrznymi, w tym drobnoustrojami. Jednakże zachowanie tej cechy uzależnione od sposobu postępowania z surowcem jajczarskim. Należy zatem zwracać szczególną uwagę na higienę utrzymania niosek i produkcję jaj, tj. przestrzeganie podstawowych standardów sanitarnych. Po zniesieniu jaja muszą być przetrzymane kilka do kilkunastu godzin w przewiewnym pomieszczeniu w celu wychłodzenia i wyrównania temperatury i usunięcia nadmiaru wilgoci. Jaja produkowane w warunkach uwzględniających standardy higieny nawet w przypadku nielicznych zabrudzeń nie należy ani myć ani doczyszczać mechanicznie. Jedynie jaja brudne należy poddać procesom dezynfekcyjnym, ale materiał taki powinien być przekazany do szybkiego wykorzystania.
Uwzględniając zachowanie wszelkich parametrów higieny produkcji jaj, czystości mikrobiologicznej paszy, zdrowia niosek oraz właściwych warunków dystrybucji surowca, w tym optymalnych temperatur (nie wyższej niż 18°C) i wilgotności (nie wyżej niż 85%), jaja mogą zachować swój ą trwałość i przydatność kulinarną nawet do 6 tygodni. Dlatego też proponowany w normach okres obrotu surowcem jajczarskim 28 dni w optymalnych warunkach temperaturowych nie ma wpływu na obniżenie ich jakości.