Úprava mäsa v pulzujúcom elektrickom poli - vestník špecialistov na mäso a mäsový priemysel
Posmrtné zrenie a konečnú jemnosť mäsa je možné zlepšiť zavesením jatočného tela na zadnú kosť, aby sa natiahli svaly, mechanickým zmäkčením pomocou čepelí alebo ihiel, elektrickou stimuláciou, kontrolou režimu chladenia, znížením pH jatočných tiel, vstreknutím jatočného tela. s chloridom vápenatým, ktorý aktivuje calpain v mäse, injekciou rastlinných proteolytických enzýmov (papaín, bromelaín) alebo živočíšneho pôvodu (bravčový pankreatín). Ďalšie nedávne štúdie ukazujú nové metódy zmäkčovania alebo urýchľovania postmortálneho zrenia mäsa, ako sú ultrazvuk, vysoký hydrostatický tlak, rázové vlny produkované detonáciami výbušnín alebo generované elektricky pod vodou a pulzujúcim elektrickým poľom.
Princípy pulzujúceho elektrického poľa
Liečba pulzným elektrickým poľom (PEF) zahŕňa aplikáciu elektrických impulzov, ktoré trvajú jednu mikrosekundu, na materiál umiestnený medzi dvoma elektródami. Trvanie medzi dvoma po sebe nasledujúcimi impulzmi je asi jedna sekunda. Považuje sa to za atermické ošetrenie, aj keď môže dôjsť k miernemu zvýšeniu teploty produktu.
Liečba PEF je založená na schopnosti silného elektrického poľa inaktivovať a ničiť mikroorganizmy. Tento jav sa vysvetľuje „teóriou dielektrickej ruptúry“: vysoko intenzívne pulzujúce elektrické pole aplikované na bunky generuje tvorbu pórov v bunkových membránach, čo je fyzikálny jav nazývaný elektroporácia. Tvorba pórov môže byť reverzibilná alebo ireverzibilná v závislosti od intenzity aplikovaného elektrického poľa a prejavuje sa v eukaryotických aj prokaryotických bunkách.
Vonkajšie elektrické pole pôsobiace na článok indukuje elektrický potenciál na úrovni membrány akumuláciou a oddelením elektrických nábojov. Elektrické náboje opačného smeru sú priťahované, čo spôsobuje stlačenie bunkovej membrány a zmenšenie jej hrúbky. Keď sa vzdialenosť medzi elektrickými nábojmi zmenšuje, transmembránový potenciál sa rýchlo zvyšuje.
Kritická hodnota
Kritická hodnota transmembránového potenciálu je 0,7-2,2 V, v závislosti od typu bunky. Pri prekročení kritickej hodnoty sa elektricky nabité molekuly, napríklad proteíny a lipidy, preorientujú a odpudia a vytvárajú póry a kanály v bunkovej membráne. Po vystavení buniek pulzujúcemu elektrickému poľu sa transmembránový potenciál dosiahne za menej ako jednu mikrosekundu od spustenia impulzu, takže dôjde k reverzibilnej elektroporácii a zvýšenej permeabilite bunkovej membrány. Ak dôjde k prerušeniu aplikácie elektrického poľa, bunka sa vráti do pôvodného stavu. Reverzibilná elektroporácia má praktický význam v genetickom inžinierstve a biotechnológii, pretože zmena priepustnosti bunkovej membrány uľahčuje zavedenie DNA a fúziu buniek.
Elektroporácia bunkovej membrány je ireverzibilná a vedie k deštrukcii buniek, keď sú početné póry a ich veľkosť je veľká v porovnaní s veľkosťou bunky. K tomu dôjde, keď je prekročený určitý prah elektrického poľa alebo doba liečby.
Prah elektrického poľa a prah transmembránového potenciálu závisia od veľkosti, tvaru a typu mikrobiálnej bunky, kultivačných podmienok (pH, vodivosť, prítomnosť látok s antimikrobiálnym účinkom), elektrických charakteristík prostredia, kde sa nachádzajú mikroorganizmy vystavené PEF., tvar impulzu) a teplota, pri ktorej ošetrenie prebieha.
Trvanie liečby je dané súčinom medzi počtom impulzov a dĺžkou impulzu, ktorá je zvyčajne tisícina sekundy (jedna mikrosekunda). Významné predĺženie trvania liečby môže viesť k zvýšeniu teploty prostredia, v ktorom sa nachádzajú mikroorganizmy, čo nie je žiaduce, ak je prostredím potravina.
Aplikácie PEF na spracovanie potravín
V posledných desaťročiach mnohí vedci skúmali vplyv PEF na kazenie a patogénne mikroorganizmy naočkované do tekutých potravín, ako sú ovocné džúsy (jablká, pomaranče, hrušky, melóny, jahody, paradajky), hrachová polievka, zmes plnotučných vajec, odstredené mlieko, zelený čaj, nápoje z ovocných a mliečnych džúsov atď. (Elez-Martínez et al., 2012, s. 72-74, tabuľka 4.1). Mikrobiálna redukcia bola až 6,5 log, pričom sa menila v závislosti od pracovných podmienok (intenzita elektrického poľa, počet impulzov, trvanie impulzu, teplota okolia), ošetreného produktu a skúmaného mikroorganizmu.
Z hľadiska mikrobiálnej redukcie je ošetrenie PEF rovnako účinné ako pasterizačné tepelné ošetrenie. Okrem toho má komerčný potenciál v ďalších procesoch v potravinárskom priemysle (zvýšený výťažok šťavy, mäknutie tkanív, extrakcia zlúčenín, ako je repný betanín). V literatúre je málo informácií o liečbe PEF mäsa a mäsových výrobkov.
Úpravy PEF aplikované na mäso
Vychádzajúc z fenoménu elektroporácie bunkových membrán mikroorganizmov, niekoľko vedcov študovalo liečbu PEF na potravinách so svalovou hmotou (mäso, hydina, ryby), aby zistili, či môže dôjsť k účinku podobnému elektroporácii vo svalových vláknach.
Gudmundsson a Hafsteinsson (2001) teda študovali vplyv PEF na mikroštruktúru kurčiat a pozorovali, že ošetrenie PEF s nízkou intenzitou poľa (1,36 kV/cm, 40 impulzov), trvaním impulzu 2 μs, pri izbovej teplote, spôsobil zmenšenie veľkosti buniek, ale žiadne viditeľné praskliny.
V roku 2006 spoločnosť Töpfl uviedla zlepšenie charakteristík viazania vody u bravčového mäsa ošetreného PEF. Zlepšenie naznačovala opuchnutá štruktúra tkaniva ako špongia. Tiež vo varenej šunke ošetrenej PEF bolo pozorované zosilnenie mikrodifúzie soľanky a zlepšenie väzby na vodu v dôsledku interakcie medzi proteínmi/soľou/fosfátom počas spracovania a po ošetrení PEF bola v kóde pozorovaná pórovitejšia štruktúra tkaniva.
Iba nedávno boli zverejnené výsledky liečby PEF na hovädzom mäse. O’Dowd a kol. (2013) skúmali vplyv PEF na určité kvalitatívne charakteristiky hovädzieho mäsa zo šľachy (chudnutie, vodivosť, zadržiavanie vody a veľkosť častíc). Pracovné parametre s PEF boli: intenzita elektrického poľa 1,1 - 2,8 kV/cm, frekvencia 5 - 200 Hz a počet impulzov 152 - 300. Analýza veľkosti častíc extrahovaných myofibríl ukázala, že PEF významne ovplyvňoval myofibrily. Ošetrenie PEF vyvolalo zvýšenie teploty o 22 ° C a významne ovplyvnilo úbytok hmotnosti vzoriek po ošetrení, čo malo za následok mierne zmeny v bunkovej membráne, s vyššími stratami vody, ale bez ovplyvnenia textúry.
Vplyv PEF na kvalitu svalov
Na prvý pohľad odradzujúce boli tieto výsledky vysvetlené malým počtom ošetrených vzoriek a ich malou veľkosťou (30 g) a výskum pokračoval. Účinok PEF na kvalitu hovädzieho mäsa longissimus lumborum jeden deň po smrti a horného svalu semimembranosus jeden a tri dni po smrti bol študovaný kombináciou parametrov elektrického poľa, napätia 5 a 10 kV a frekvencie 20, 50 a 90 Hz (Bekhit et al., 2014). Skúmanými parametrami boli straty bunkovej šťavy, straty varu a citlivosť mäsa (šmyková sila) na stanovenie optimálnych podmienok ošetrenia a na vyhodnotenie ekonomických výhod PEF a pozitívneho vplyvu na štruktúru mäsa. Šmyková sila sa znížila, čo znamená, že sa zlepšila krehkosť. Vo vzorkách ošetrených PEF sa dosiahli vyššie straty bunkovej šťavy a nižšie straty varu. Úroveň zlepšenia citlivosti semimembranózneho svalu nezávisí od okamihu post-mortem mäsa do 3 dní, čo umožňuje väčšiu flexibilitu pri používaní technológie PEF.
V najnovšej štúdii (Arroyo et al., 2015) boli na hodnotenie kvalitatívnych charakteristík podrobené liečbe PEF (1,4 kV/cm, 10 Hz, 20 μs, 300 a 600 impulzov) hovädzie svaloviny longissimus thoracis a lumborum. mäsa (strata hmotnosti, farba, strata varu a štruktúra) a ich vývoj v rôznych obdobiach počas zrenia. Trvanie zrenia mäsa pred a po aplikácii PEF nemalo žiadny vplyv na stratu hmotnosti, farbu a straty varu. Výsledky ukázali, že ošetrenie PEF aplikované v rôznych posmrtných časoch (2, 10, 18 a 26 dní) ukázalo tendenciu znižovať tvrdosť vzoriek hovädzieho mäsa, ale že použitie PEF neovplyvnilo proces verejnej súťaže poskytovaný samotné dozrievanie. Nakoniec 60% členov panelu senzorickej analýzy hodnotilo vzorky ošetrené PEF ako jemné (≥ 6,0 bodov z 9,0), zatiaľ čo iba 27,5% to urobilo pre neošetrené vzorky.
Záverom možno povedať, že ošetrenie PEF môže byť sľubnou technológiou, ktorá dokáže zmeniť štruktúru biologických materiálov bez vedľajších účinkov, ktoré sa vyskytujú u iných metód (napr. Závažné štrukturálne zmeny a strata arómy). Má tiež výhodu v tom, že sa dá aplikovať rýchlo, pretože doba ošetrenia je rádovo v sekundách. Liečba PEF sa teda môže stať nezávislou technológiou aplikovanou na mäso v post-rigoróznej fáze na zlepšenie krehkosti zvýšením priepustnosti buniek a na zvýšenie bezpečnosti výrobkov znížením mikrobiálnej záťaže.
Bibliografia
Arroyo C., Lascorz D., O’Dowd L., Noci F., Arimi J. & Lyng J.G. 2015. Vplyv ošetrenia pulzným elektrickým poľom v rôznych fázach kondicionovania na atribúty kvality hovädzieho mäsa longissimus thoracis et lumborum. Mäsová veda, 99, 52-59.
Bekhit A.E.D., van de Ven R., Suwandy V., Fahri F. a Hopkins D.L. 2014. Účinok ošetrenia pulzným elektrickým poľom na svaly vykostené za studena rôznej potenciálnej citlivosti. Technológia potravín a bioprocesov, 7(11), 3136 - 3146.
Elez-Martínez P., Sobrino-López A., Soliva-Fortuny R. a Martín-Belloso O. 2012. Spracovanie tekutých potravín pulzným elektrickým poľom. Ch. 4 v Cullen P.J., Tiwari B.K. & Valdramidis V.P. (Eds.), Novel Thermal and Non-Thermal Technologies for Fluid Foods (str. 63-108). Elsevier Inc., Londýn, Veľká Británia.
Gudmundsson M. & Hafsteinsson H. 2001. Vplyv impulzov elektrického poľa na mikroštruktúru svalovej potravy a ikier. Trendy v potravinárskej vede a technológii, 12(3-4), 122-128.
O’Dowd L.P., Arimi J.M., Noci F., Cronin D.A. & Lyng J.G. 2013. Posúdenie vplyvu pulzných elektrických polí na citlivosť a vybrané atribúty kvality svaloviny po rigoróznom hovädzom mäse. Mäsová veda, 93(2), 303-309.
Töpfl S. 2006. Pulzné elektrické polia (PEF) na permeabilizáciu bunkových membrán v potravinách a biologickom spracovaní - Aplikácie, návrh procesov a zariadení a analýza nákladov. (Dizertačná práca). Berlínska technická univerzita.