Joanna Stadnik
WPROWADZENIE
Poubojowe kształtowanie cech technologicznych decydujących o jakości i przydat-ności przetwórczej mięsa wymaga stosowania metod oddziałujących na fizyczne, che-miczne i organoleptyczne cechy surowca. Od kilkunastu lat podejmowane są próby apli-kacji fal ultradźwiękowych do kształtowania jakości mięsa, głównie wołowiny [11, 12]. O zainteresowaniu wykorzystaniem fal ultradźwiękowych decyduje szerokie spektrum zjawisk i efektów wywoływanych ich oddziaływaniem [9, 14, 16]. Wyniki badań nad wpływem obróbki ultradźwiękowej na tkankę mięśniową wskazują, że jej zastosowanie powoduje zmiany fizykochemicznych właściwości tkanki, szczególnie w aspekcie inte-rakcji woda – białko, a tym samym cech teksturalnych surowca [7, 19].
Jednym z najważniejszych wyróżników jakości, którymi kieruje się konsument przy zakupie produktu żywnościowego, jest barwa. Jasna barwa mięsa utożsamiana jest ze świeżością, zaś ciemna budzi wątpliwości co do jakości i zmniejsza pożądalność konsu-mencką [13]. Znajomość kryteriów, którymi kieruje się konsument, dokonując wyboru produktu, a także zmienność właściwości mięsa, sprawiają, że poszukiwaniu nowych metod kształtowania jakości mięsa musi towarzyszyć ocena barwy i jej trwałości [6]. Zagadnienie to ma szczególne znaczenie w przypadku mięsa wodnistego, określanego jako PSE (ang. pale soft exudative). Mięso PSE cechuje się niskimi wartościami pH, obfitym wyciekiem swobodnym oraz nieprawidłową, zbyt jasną barwą. Zmiany PSE naj-częściej dotyczą najbardziej wartościowych partii mięśni, takich jak: mięsień najdłuższy grzbietu, mięsień półbłoniasty, mięsień półścięgnisty, mięsień czterogłowy uda, w któ-rych udział ilościowy jasnych włókien jest szczególnie duży [18, 22]. Wady jakości mięsa wieprzowego generują olbrzymie straty ekonomiczne w przemyśle mięsnym. Najczęst-szymi przyczynami odchyleń jakościowych są genetycznie uwarunkowane nieprawidło-wości mechanizmów przemian energetycznych ujawniające się po uboju i wpływające na strukturę białek mięśniowych. Istotnym efektem zmian jakości mięsa jest stan związania wody i związana z tym jasność barwy. Decydującą rolę w kształtowaniu barwy mięsa i wyrobów mięsnych odgrywa mioglobina (stanowi ona do 90% wszystkich barwników znajdujących się w mięsie). Na barwę mięsa wpływa również szereg innych czynników, m.in. ilość i jakość pozostałych barwników mięśniowych, rodzaj mięśnia, pH, aktywność redukcyjna, zawartość tlenu i innych gazów, oświetlenie, wilgotność [6, 13].
Badania nad wpływem sonikacji na właściwości technologiczne mięsa, szczególnie mięsa PSE, i proces jego przetwarzania mogą być przyczynkiem do wyjaśnienia mecha-nizmów oddziaływania fal ultradźwiękowych na przemiany struktur białkowych tkanki mięśniowej i ewentualnego wykorzystania ultradźwięków do kierunkowego kształtowa-nia jakości.
Celem badań było określenie efektów oddziaływania obróbki ultradźwiękowej na jakość mięsa wieprzowego o cechach PSE poprzez ocenę barwy i wielkości wycieku podczas obróbki termicznej.
MATERIAŁ I METODY BADAŃ
Mięso wieprzowe (m. biceps femoris – mięsień dwugłowy uda) pozyskiwano po 24 h od uboju z półtusz tuczników o masie przyżyciowej 110–120 kg wychładzanych do temp. 7°C. Dokonywano pomiaru wartości pH za pomocą elektrody kombinowanej OSH 12-00 (Metron) oraz parametru L* w systemie L*a*b* metodą odbiciową przy użyciu spektro-fotometru sferycznego X-Rite Color® Premiere 8200 (X-Rite Incorporated, Michigan, USA) z otworem pomiarowym o średnicy 12,7 mm. Stosowano źródło światła D65 i stan-dardowy obserwator kolorymetryczny o polu widzenia 10. Na podstawie pomiaru pH i wartości parametru L* mięśnie klasyfikowano jako PSE (L* > 50; pHu ≤ 5,6) lub normal-ne (pHu 5,6–6,0; L* = 42–50) [21]. Spośród mięśni z objawami PSE (z tej samej sztuki) o zbliżonej masie jeden stanowił próbę kontrolną (próba K), a drugi poddawano obróbce w polu ultradźwiękowym o częstotliwości ok. 45 kHz (próba S). Natężenie drgań wyno-siło ok. 2 W·cm-2, a czas obróbki 2 min. Po sonikacji próby przechowywano w warunkach chłodniczych (4°C) przez 72 h. Po 0, 24, 48 i 72 h od obróbki ultradźwiękowej (tj. po 24, 48, 72 i 96 h od uboju) wykonywano oznaczenia:
– Kwasowości, którą określano przez pomiar pH za pomocą pH-metru (CPC-501, Elme-tron) wyposażonego w zespoloną elektrodę sztyletową, którą wprowadzano w mięsień na głębokość około 5 cm. Po ustaleniu wskazań odczytywano wynik z dokładnością do 0,01.
– Ilości wycieku termicznego, w temperaturach najbardziej istotnych pod względem za-kresu zmian w obrębie poszczególnych grup białkowych, na podstawie pomiaru masy prób mięsa przed obróbką termiczną i po niej. Do oznaczeń wykorzystano nierozdrnione próbki mięsa o masie ok. 10 g i regularnym, sześciennym kształcie. Przed ob-róbką termiczną próbki mięsa szczelnie zamykano w woreczki foliowe. Obróbkę pro-wadzono w laboratoryjnej łaźni wodnej (PolyScience, Niles, IL, USA) do osiągnięcia w centrum geometrycznym próbki temperatury 50, 60, 70 lub 80°C. Ilość wycieku podawano w procentach, w stosunku do wyjściowej masy próbki [10].
– Barwy w układzie CIE L*a*b*, gdzie L* – określa jasność barwy, a* – opisuje chro-matyczność w zakresie czerwono-zielonym, b* – chromatyczność w zakresie żółto--niebieskim [2]. Do pomiarów barwy używano kolorymetru sferycznego X-Rite Co-lor® Premiere 8200 ze szczeliną pomiarową o średnicy 8 mm. Jako źródło odniesienia stosowano wzorzec bieli (L* = 95,87, a* = -0,49, b* = 2,39). Próbki do pomiarów
wycinano na głębokości ok. 20 mm tak, aby zachować układ włókien równo-legły do najdłuższej krawędzi. Pomiar odbiciowy prowadzono przy oświetle-niu D65, stosując standardowy obserwator kolorymetryczny o polu widzenia 10. Całkowitą zmianę barwy mięsa obliczano według równania CIE [5]:
Badania przeprowadzono na 6 różnych partiach surowca, każdy pomiar wykonano w 3 powtórzeniach. Otrzymane wyniki poddano analizie statystycznej przy użyciu pro-gramu Microsoft Office Excel 2007. Różnice wartości średnich (na poziomie istotności a=0,05) zweryfikowano testem T-Tukey’a. Obliczono współczynniki korelacji liniowej Pearsona (r) pomiędzy parametrami barwy L*a*b* a kwasowością mięsa.
WYNIKI I OMÓWIENIE
Otrzymane wyniki badań wykazały, że próba sonikowana cechowała się statystycznie istotnie wyższą wartością współrzędnej L*, określającej jasność barwy, w stosunku do próby kontrolnej po 72 i 96 h od uboju (rys. 1). Nie odnotowano wpływu obróbki ultra-dźwiękowej na jasność barwy mięsa bezpośrednio po sonikacji.
Wpływ obróbki ultradźwiękowej na przebieg zmian wartości parametru a* podczas przechowywania badanych prób mięsa (rys. 2) był niejednoznaczny. Bezpośrednio po sonikacji próba S charakteryzowała się niższą wartością parametru a* w stosunku do pró-by kontrolnej. W kolejnej dobie zaobserwowano sytuację odwrotną – wyższe wartości parametru a* odnotowano w próbie po sonikacji. Oznaczenia wykonane po 72 h od uboju wykazały, że badane próby charakteryzowały się bardzo zbliżonym udziałem barwy czer-wonej. Największe różnice w wartości badanej cechy zaobserwowano po 96 h od uboju.
Na podstawie przeprowadzonych oznaczeń stwierdzono statystycznie istotny spadek wartości parametru b* bezpośrednio po obróbce ultradźwiękowej (rys. 3). W dalszym okresie przechowywania wartości tej współrzędnej kształtowały się na zbliżonym pozio-mie w obu badanych próbach. Najwyższe wartości badanej cechy odnotowano po 72 h od uboju.
Analiza wartości ΔE charakteryzujących całkowitą zmianę barwy wykazała wpływ czasu dojrzewania i obróbki ultradźwiękowej na trwałość barwy. Przebieg zmian war-tości ΔE badanych prób mięsa w zależności od czasu dojrzewania przedstawiono na ry-sunku 4. Po 48 i 72 h przechowywania bardziej zauważalne zmiany, wyrażone wartością całkowitej zmiany barwy, stwierdzono w przypadku próby sonikowanej. Odwrócenie tych relacji nastąpiło w czwartej dobie od uboju.
W dostępnej literaturze brak jest danych dotyczących wpływu sonikacji na parametry barwy mięsa wieprzowego o cechach PSE. Wyniki badań Pohlmana i wsp. [17] prze-prowadzonych na wołowym mięśniu Biceps femoris, przy zastosowaniu zbliżonego do stosowanego w niniejszym doświadczeniu natężenia drgań (1,55 W·cm-2), nie wykazały istotnego wpływu sonikacji na zmiany wartości parametrów barwy podczas dojrzewania. Również Jayasooriya i wsp. [11] nie odnotowali istotnego wpływu obróbki mięsa woło-wego falami o natężeniu 12 W·cm-2 na zmiany współrzędnych L*a*b* podczas dojrzewa-nia. Zastosowanie ultradźwięków o wysokim natężeniu (22 W·cm-2) [16] spowodowało
statystycznie istotny wzrost wartości parametru L* przy jednoczesnym spadku wartości współrzędnej a*. Obróbka ultradźwiękowa wywołała spadek intensywności barwy prób. Powyższe zmiany wynikają ze zmian denaturacyjnych spowodowanych dyssypacją ener-gii fal ultradźwiękowych o natężeniu znacznie wyższym niż zastosowane w niniejszej pracy.
Czas od uboju [h] Time after slaughter
L*
Objaśnienia: – Explanatory notes: Wartości średnie oznaczone różnymi literami a–b różnią się statystycznie istotnie (α=0,05) – Means followed by different letters a–b differ significantly (a=0.05)
Rys. 1. Wpływ sonikacji na wartość współrzędnej L*
Fig. 1. Influence of sonication on the colour coordinate L*
Czas od uboju [h] Time after slaughter
a*
Objaśnienia jak na rys. 1 – Explanatory notes as in Fig. 1
Rys. 2. Wpływ sonikacji na wartość współrzędnej a*
Czas od uboju [h] Time after slaughter
b*
Objaśnienia jak na rys. 1 – Explanatory notes as in Fig. 1
Rys. 3. Wpływ sonikacji na wartość współrzędnej b*
Fig. 3. Influence of sonication on the colour coordinate b*
Czas od uboju [h] Time after slaughter
ΔE
Rys. 4. Wpływ sonikacji na całkowitą zmianę barwy mięsa Fig. 4. Influence of sonication on the total colour change of meat
Przeprowadzone badania i obliczenia wskazują na istnienie liniowej zależności po-między parametrem L* a kwasowością czynną mięsa. Potwierdza to wyniki dotychczaso-wych badań stwierdzające, że wzrost wartości pH mięsa powoduje zmniejszenie jasności jego barwy [13]. Zależność liniową odnotowano również między parametrem b* a war-tością pH mięsa, o czym świadczą wartości współczynników korelacji przedstawione w tabeli 1. Uzyskane wartości współczynników korelacji świadczą o braku liniowej
zależności pomiędzy parametrem a* barwy a wartością pH mięsa. Analiza wartości współczynników korelacji wskazuje na zacieśnienie związku jasności barwy z kwasowo-ścią czynną mięsa pod wpływem sonikacji.
Tabela 1 Table 1 Wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona (r) pomiędzy parametrami barwy
a kwasowością mięsa
Pearson’s correlation coefficients (r) between colour parameters and meat acidity Parametr barwy
Colour parameter SamplePróba pH
L* K -0,795** S -0,931** a* K 0,050 S 0,260 b* K -0,773** S -0,670**
Objaśnienia: – Explanatory notes: ** – współczynnik statystycznie istotny przy α=0,05 – ** – coefficient sta-tistically significant at α = 0.05
Badane próby mięsa wieprzowego charakteryzowały się zróżnicowaną zdolnością utrzymywania wody podczas obróbki termicznej w zależności od temperatury procesu i czasu, jaki upłynął od uboju (tab. 2.) Wielkość wycieku wszystkich prób wzrastała wraz ze wzrostem temperatury obróbki, co potwierdzają wyniki wielu badań [3, 8, 15], w któ-rych wykazano, że wielkość wycieku termicznego zwiększa się ze wzrostem temperatu-ry wewnętrznej mięsa.
Wyniki badań przeprowadzonych bezpośrednio po zastosowanej obróbce ultradźwię-kowej (po 24 h od uboju) ukazują fakt, że badane próby cechowały się zbliżoną zdolno-ścią utrzymywania wody podczas obróbki w temp. 50 i 60°C. W wyższych temperaturach statystycznie istotnie większą zdolnością wiązania wody charakteryzowało się mięso PSE poddane obróbce ultradźwiękami o częstotliwości 45 kHz (próba S).
Wartości uzyskane w kolejnej dobie były niższe w porównaniu do wyników oznaczeń przeprowadzonych po 24 h od uboju. W całym zakresie temperatur istotnie niższą war-tość wycieku termicznego odnotowano w próbie S.
Po 72 h od uboju w próbie K po obróbce w temp. 50°C nastąpił spadek (z 12,5 do 10,9%), a w temp. 60 i 70°C wzrost wartości badanej cechy. Zdolność utrzymywania wody podczas obróbki w temp. 80°C utrzymywała się na poziomie odnotowanym dla tej próby po 48 h od uboju. Próba mięsa PSE poddana, po 24 h od uboju, działaniu ultra- dźwięków charakteryzowała się statystycznie istotnie niższymi stratami masy. Jedynie po obróbce w temp. 80°C niższą wartość odnotowano w próbie K (32,7%).
Po upływie 96 h od uboju uzyskane wartości wycieku termicznego były na ogół wyż-sze lub kształtowały się na poziomie zbliżonym do wyników oznaczeń przeprowadzo-nych po 72 h od uboju. W zakresie temp. 50–70°C statystycznie istotnie wyższą zdolno-ścią utrzymywania wody charakteryzowała się próba poddana sonikacji.
Tabela 2 Table 2 Wpływ sonikacji na wyciek [%] po obróbce termicznej mięsa wieprzowego
Influence of sonication on thermal drip [%] of pork Czas od uboju [h]
Time after slaughter SamplePróba
Temperatura obróbki [°C] Temperature of treatment 50 60 70 80 24 K 15,4a 18,2b 28,4c 34,4e S 15,1a 16,9b 25,2d 30,7f 48 K 12,5a 14,5c 19,6d 32,8f S 10,9b 14,5c 16,5e 30,7g 72 K 10,9a 20,3c 26,4e 32,7g S 8,6b 17,7d 24,7f 33,4g 96 K 10,9a 21,3c 29,5e 34,6g S 8,3b 17,6d 26,2f 33,6g
Objaśnienia: – Explanatory notes: Wartości średnie w kolumnach (w obrębie tego samego czasu od uboju) oznaczone różnymi literami a–g różnią się statystycznie istotnie (α=0,05) – Means in the same columns (within the same time after slaughter) followed by different letters a–g differ significantly (a=0.05)
Procesy cieplne należą do najczęściej stosowanych metod utrwalania i przygoto-wywania mięsa do spożycia. Zachodząca w ich wyniku denaturacja białek prowadzi do określonych zmian w mikrostrukturze włókien mięśniowych i wewnątrzmięśniowej tkan-ce łącznej, które z kolei w decydujący sposób wpływają na stopień uwodnienia mięsa [3, 4, 8]. Zjawiskiem ubocznym, towarzyszącym denaturacji, jest utrata wody przez białka w postaci tzw. wycieku termicznego [1]. Wyciek ten jest bardzo niepożądany zarówno ze względu na straty ekonomiczne, jak i na zmniejszenie soczystości mięsa.
Efektem denaturacji jest kontrakcja włókien mięśniowych w dwóch wymiarach (dłu-gość i szerokość). Pierwszy skurcz jest obserwowany w temp. powyżej 40°C i przypisuje się go zmianom w strukturze miofibryli, drugi w temperaturze powyżej 55°C – skur-czowi tkanki łącznej, a trzeci po przekroczeniu 70°C – interakcji składników miofibry-larnych i łącznotkankowych [4]. Największy ubytek wody obserwuje się w zakresie 50–70°C. Wiąże się to z cieplną denaturacją głównych białek miofibrylarnych: miozyny (40–50°C), aktyny (66–73°C) oraz skurczem kolagenu (56–65°C). Konsekwencją tych zmian jest zacieśnianie struktury i zmniejszanie wewnątrzkomórkowej przestrzeni do-stępnej dla wody. W temperaturze powyżej 70°C zachodzą przemiany denaturacyjne bia-łek cytoszkieletowych: troponiny, tropomiozyny (> 80°C) oraz titiny (73°C) i nebuliny (> 80°C), które nie mają już tak istotnego wpływu na wielkość ubytków cieplnych. Ponadto w wyższych temperaturach czynnikiem ograniczającym ilość wycieku termicznego może być proces termohydrolizy kolagenu [1, 15].
Obserwowane w niniejszych badaniach zróżnicowanie wielkości wycieku termicz-nego próby kontrolnej i próby poddanej sonikacji świadczy, iż obróbka ultradźwię- kowa powoduje zmiany interakcji białko – białko i białko – woda w tkance mięśniowej prowadzące do ograniczenia ubytków masy podczas obróbki termicznej. Wcześniejsze badania [20] wykazały, iż sonikacja powoduje zmiany wielkości powierzchni hydrofo-bowej wskazujące na zróżnicowany potencjał elektrostatyczny fragmentów powierzchni białka, decydujący o jego przestrzennym kształcie i interakcji z wodą oraz innymi skład-nikami komórki mięśniowej. Obserwowano również istotne różnice w budowie włókien badanych próbek mięsa, szczególnie w zakresie kształtu i odległości w obrębie struktur białkowych tkanki mięśniowej. Przyczyną tych zmian może być przyspieszenie poubo-jowych przemian struktur białkowych mięsa PSE pod wpływem sonikacji, znajdujące odzwierciedlenie w jego uwodnieniu.
WNIOSKI
1. Parametry L* i a* barwy prób mięsa PSE poddanych sonikacji różniły się istotnie od wartości uzyskanych w próbie kontrolnej. Sonikacja nie wpłynęła na wartość parametru b* badanych prób. W próbach poddanych sonikacji stwierdzono bardziej istotną korelację pomiędzy jasnością barwy a kwasowością czynną mięsa.
2. Niższe wartości wycieku termicznego odnotowane w próbach poddanych sonikacji świadczą o wpływie obróbki ultradźwiękowej na interakcje typu białko – woda i białko – białko.
3. Uzyskane wyniki wskazują, iż obróbka ultradźwiękowa realizowana w warunkach zaproponowanych w niniejszym doświadczeniu może być stosowana jako metoda po-ubojowego kształtowania jakości mięsa o cechach PSE.
PIŚMIENNICTWO
[1] Aaslyng M.D., Bejerholm C., Ertbjerg P., Bertram H.C., Andersen H.J., 2003. Cooking loss and juiciness of pork in relation to raw meat quality and cooking procedure. Food Qual. Pre-fer., 14, 277–288.
[2] American Meat Science Association (AMSA): Guidelines for meat color evaluation. AMSA, Savoy 2005.
[3] Bowers J.A., Craig J.A., Kropf D.H., Tucker T.J., 1987. Flavor, color and other characteris-tics of beef longissimus muscle heated to seven internal temperatures between 550 and 850C. J. Food Sci., 52 (3), 533–536.
[4] Christensen M., Purslow P.P., Larsen L.M., 2000. The effect of cooking temperature on me-chanical properties of whole meat, single muscle fibers and perimysial connective tissue. Meat Sci., 55, 301–307.
[5] Commission Internationale de l`Eclairage (CIE): Supplement No. 2 to CIE Publication No. 15, Colorimetry. Bureau Central de la CIE, Paris 1978.
[6] Dasiewicz K., Pisula A., Strzelec M., 2004. Czynniki wpływające na zmiany barwy wołowego mięsa mielonego. Mięso i Wędliny, 6, 40–44.
[7] Dolatowski Z.J., Twarda J., 2004. Einfluss von Ultraschall auf das Wasserbindungsvermögen von Rindfleisch. Fleischwirtschaft, 12, 95–99.
[8] Foegeding E.A., 1988. Thermally induced changes in muscle proteins. Food Technol., 23 (6), 58–64.
[9] Got F., Culioli J., Berge P., Vignon X., Astruc T., Quideau J. M., Lethiecq M., 1999. Effects of high - intensity high - frequency ultrasound on ageing rate, ultrastructure and some physi-co - chemical properties of beef. Meat Sci., 51, 35–42.
[10] Honikel K.O., 1998. Reference methods for the assessment of physical characteristics of meat. Meat Sci., 49 (4), 447–457.
[11] Jayasooriya S.D., Torley P.J., D`Arcy B.R., Bhandari B.R., 2007. Effect of high power ultra- sound and ageing on the physical properties of bovine Semitendinosus and Longissimus mus-cles. Meat Sci., 75, 628–639.
[12] Lyng J.G., Allen P., McKenna B.M., 1998. The effect on aspects of beef tenderness of pre- and
post rigor exposure to a high intensity ultrasound probe. J. Sci. Food Agr., 78, 308–314.
[13] Mancini R.A., Hunt M.C., 2005. Current research in meat color. Meat Sci., 71, 100–121. [14] Mason T.J., Paniwnyk L., Lorimer J.P., 1996. The uses of ultrasound in food technology.
Ultrason. Sonochem., 3, S253–S260.
[15] Palka K., Daun H., 1999. Changes in texture, cooking losses, and myofibrillar structure of bovine m. semitendinosus during heating. Meat Sci., 51, 237–243.
[16] Pohlman F.W., Dikeman M.E., Kropf D.H., 1997. Effects of high intensity ultrasound treat-ment, storage time and cooking method on shear, sensory, instrumental color and cooking properties of packaged and unpackaged beef pectoralis muscle. Meat Sci., 46 (1), 89–100. [17] Pohlman F.W., Dikeman M.E., Zayas J.F., 1997. The effect of low - intensity ultrasound
treat-ment on shear properties, color stability and shelf - life of vacuum - packaged beef
semitendi-nosus and biceps femoris muscles. Meat Sci., 45 (3), 329–337.
[18] Pospiech E., Borzuta K., 1998. Cechy surowcowe a jakości mięsa. Roczniki IPMiT, 35 (1), 7–33.
[19] Stadnik J., Dolatowski Z.J., Baranowska H.M., 2008. Effect of ultrasound treatment on water holding properties and microstructure of beef (m. semimembranosus) during ageing. LWT - Food Sci. Technol., 41, 2151–2158.
[20] Stadnik J., 2008. Wpływ sonikacji wieprzowego mięsa PSE na zmiany powierzchni hydro-fobowej białek miofibrylarnych. Żywność, Nauka, Technologia, Jakość, 5 (60), 289–298. [21] Strzelecki J., 2006. Rozkład mięsa bladego (PSE) w mięśniach szkieletowych tuszy wiep-
rzowej. Gosp. Mięsna, 2, 20–26.
[22] Warner R.D., Kauffman R.G., Greaser M.L., 1997. Muscle protein changes post mortem in relation to pork quality traits. Meat Sci., 45 (3), 339–352.