Обработка на месо в пулсиращо електрическо поле - вестник на специалисти в месото и месната индустрия
Постклапното узряване и крайната чувствителност на месото могат да бъдат подобрени чрез окачване на трупа върху костта на задницата за разтягане на мускулите, механично омекотяване с помощта на остриета или игли, електрическа стимулация, контрол на режима на охлаждане, понижаване на рН на говежди трупове, инжектиране на труп с калциев хлорид, активиращ калпаин в месото, инжектиране на растителни протеолитични ензими (папаин, бромелаин) или животински произход (свински панкреатин). Други скорошни проучвания показват нови методи за омекотяване или ускоряване на следкланичното узряване на месо като ултразвук, високо хидростатично налягане, ударни вълни, произведени от детониращи експлозиви или генерирани електрически под вода и пулсиращо електрическо поле.
Принципи на пулсиращото електрическо поле
Обработката с импулсно електрическо поле (PEF) включва прилагане на електрически импулси с продължителност една микросекунда към материал, разположен между два електрода. Продължителността между два последователни импулса е около една секунда. Счита се за атермично лечение, въпреки че може да настъпи леко повишаване на температурата на продукта.
Лечението с PEF се основава на способността на силно електрическо поле да инактивира и унищожи микроорганизмите. Феноменът се обяснява с "теорията на диелектричното разкъсване": пулсиращото електрическо поле с висока интензивност, приложено върху клетките, генерира образуването на пори в клетъчните мембрани, физичен феномен, наречен електропорация. Образуването на пори може да бъде обратимо или необратимо, в зависимост от интензивността на приложеното електрическо поле и се проявява както в еукариотни, така и в прокариотни клетки.
Външното електрическо поле, приложено към клетка, индуцира електрически потенциал на нивото на мембраната чрез натрупване и разделяне на електрическите заряди. Привличат се електрически заряди в обратна посока, което кара клетъчната мембрана да се компресира и да намали нейната дебелина. Тъй като разстоянието между електрическите заряди намалява, трансмембранният потенциал се увеличава бързо.
Критична стойност
Критичната стойност на трансмембранния потенциал е 0,7-2,2 V, в зависимост от типа на клетката. Когато критичната стойност е надвишена, електрически заредените молекули, например протеини и липиди, се преориентират и отблъскват, образувайки пори и канали в клетъчната мембрана. При излагане на клетките на пулсиращо електрическо поле, трансмембранният потенциал се достига в рамките на по-малко от една микросекунда от инициирането на импулса, така че да се получи обратима електропорация и повишена пропускливост на клетъчната мембрана. Ако прилагането на електрическото поле бъде прекъснато, клетката се връща в първоначалното си състояние. Обратимата електропорация е от практическо значение в генното инженерство и биотехнологиите, тъй като промяната на пропускливостта на клетъчната мембрана улеснява въвеждането на ДНК и сливането на клетките.
Електропорацията на клетъчната мембрана е необратима и води до разрушаване на клетките, когато порите са многобройни и размерът им е голям в сравнение с размера на клетката. Това се случва, когато се превиши определен праг на електрическото поле или продължителност на лечението.
Прагът на електрическото поле и прагът на трансмембранния потенциал зависят от размера, формата и вида на микробната клетка, условията на култивиране (pH, проводимост, наличие на вещества с антимикробен ефект), електрическите характеристики на средата, в която се намират микроорганизмите, подложени на PEF., форма на пулса) и температурата, при която се провежда лечението.
Продължителността на лечението се определя от продукта между броя на импулсите и продължителността на импулса, който обикновено е една хилядна от секундата (една микросекунда). Значително увеличаване на продължителността на лечението може да доведе до повишаване на температурата на средата, в която се намират микроорганизмите, което не е желателно, ако средата е храна.
Приложения на PEF за преработка на храни
През последните десетилетия много изследователи са изследвали ефекта на PEF върху разваляне и патогенни микроорганизми, инокулирани в течни храни като плодови сокове (ябълки, портокали, круши, пъпеши, ягоди, домати), грахова супа, смес от цели яйца, обезмаслено мляко зелен чай, плодови и млечни сокове и др. (Elez-Martínez et al., 2012, стр. 72-74, Таблица 4.1). Микробната редукция е била до 6,5-log, варираща в зависимост от условията на работа (сила на електрическото поле, брой импулси, продължителност на импулса, околната температура), третирания продукт и изследвания микроорганизъм.
По отношение на микробното намаляване, третирането с PEF е толкова ефективно, колкото и пастьоризационната термична обработка. В допълнение, той има търговски потенциал в други процеси в хранително-вкусовата промишленост (увеличаване на добива на сок, омекотяване на тъканите, екстракция на съединения, като цвекло бетанин). В литературата има малко информация за PEF третирането на месо и месни продукти.
Третиране с PEF върху месото
Като се започне от явлението електропорация на клетъчните мембрани на микроорганизмите, няколко изследователи са изследвали лечението на PEF върху храни с мускулна маса (месо, птици, риба), за да разберат дали ефект, подобен на електропорацията, може да възникне в мускулните влакна.
По този начин, Gudmundsson и Hafsteinsson (2001) изследват ефекта на PEF върху микроструктурата на пилешкото месо и наблюдават, че PEF обработките с ниска сила на полето (1,36 kV/cm, 40 импулса), продължителност на импулса от 2 μs, при стайна температура, причини намаляване на размера на клетката, но няма видими пукнатини.
През 2006 г. Töpfl съобщи за подобрение на характеристиките на свързване с вода в свинско месо, обработено с PEF. Подобрението се показва от подутата структура на тъканта, като гъба. Също така, при варена шунка, обработена с PEF, се наблюдава засилване на микродифузията на саламура и подобряване на свързването на водата поради взаимодействието между протеини/сол/фосфат по време на обработката, а кодът наблюдава по-пореста структура на тъканите след третиране с PEF.
Едва наскоро бяха публикувани резултатите от третирането с PEF върху говеждо месо. По този начин O’Dowd et al. (2013) изследва ефекта на PEF върху някои качествени характеристики на полу сухожилието говеждо (загуба на тегло, проводимост, задържане на вода и размер на частиците). Работните параметри с PEF бяха: сила на електрическото поле 1.1-2.8 kV/cm, честота 5-200 Hz и брой импулси 152-300. Анализът на размера на частиците на извлечените миофибрили показа, че PEF значително повлиява миофибрилите. Обработката с PEF индуцира повишаване на температурата с 22 ° C и значително повлиява загубата на тегло на пробите след обработка, което причинява леки промени в клетъчната мембрана, с по-големи загуби на вода, но без да се засяга текстурата.
Ефектът на PEF върху качеството на мускулите
Обезкуражаващи на пръв поглед, тези резултати бяха обяснени с малкия брой обработени проби и малкия им размер (30 g) и изследванията продължиха. По този начин ефектът на PEF върху качеството на говеждото месо от longissimus lumborum в един ден след смъртта и горния полумембранозен мускул в един и три дни след смъртта е изследван чрез комбиниране на параметри на електрическото поле, напрежение 5 и 10 kV и честота 20, 50 и 90 Hz (Bekhit et al., 2014). Изследваните параметри са загуби на клетъчен сок, загуби от кипене и чувствителност на месото (сила на срязване), за да се установят оптималните условия на обработка и да се оценят икономическите ползи от PEF и положителния ефект върху структурата на месото. Силата на срязване е намаляла, което означава, че крехкостта се е подобрила. В третирани с PEF проби се получават по-високи загуби на клетъчен сок и по-ниски загуби на кипене. Нивото на подобрение в тендеризацията на полумембранозния мускул не зависи от момента на смъртта на месото до 3 дни, което позволява по-голяма гъвкавост при използването на PEF технологията.
В най-скорошното проучване (Arroyo et al., 2015), говежди мускули longissimus thoracis и lumborum са подложени на PEF лечение (1,4 kV/cm, 10 Hz, 20 μs, 300 и 600 импулса) за оценка на качествените характеристики на месото (загуба на тегло, цвят, загуба на кипене и текстура) и тяхното развитие в различни моменти по време на зреенето. Продължителността на зреенето на месото преди и след прилагането на PEF не оказва влияние върху загубата на тегло, цвета и загубите при кипене. Резултатите показаха, че обработките с PEF, прилагани в различно време след смъртта (2, 10, 18 и 26 дни), показват тенденция към намаляване на твърдостта на пробите от говеждо месо, но че прилагането на PEF не влияе на тръжния процес, предоставен от самото узряване. И накрая, 60% от членовете на панела за сензорен анализ оцениха обработените с PEF проби като нежни (≥6,0 точки от 9,0), докато само 27,5% направиха това за необработените проби.
В заключение, третирането с PEF може да бъде обещаваща технология, която може да промени структурата на биологичните материали без странични ефекти, срещани при други методи (например тежки структурни промени и загуба на вкус). Освен това има предимството, че може да се прилага бързо, тъй като времето за лечение е от порядъка на секунди. По този начин третирането с PEF може да се превърне в независима технология, прилагана към месото в пост-строга фаза, за да се подобри крехкостта чрез увеличаване на пропускливостта на клетките и да се подобри безопасността на продуктите чрез намаляване на микробното натоварване.
Библиография
Arroyo C., Lascorz D., O’Dowd L., Noci F., Arimi J. & Lyng J.G. 2015 г.. Ефект от обработките с импулсно електрическо поле на различни етапи по време на кондиционирането върху качествените характеристики на говеждото longissimus thoracis et lumborum мускул. Наука за месото, 99, 52-59.
Bekhit A.E.D., van de Ven R., Suwandy V., Fahri F., & Hopkins D.L. 2014 г.. Ефект от лечението с импулсно електрическо поле върху студенокостни мускули с различна потенциална чувствителност. Технология на храните и биопроцеса, 7(11), 3136-3146.
Elez-Martínez P., Sobrino-López A., Soliva-Fortuny R. & Martín-Belloso O. 2012 г.. Импулсна електрическа обработка на течни храни. Ch. 4 в Cullen P.J., Tiwari B.K. & Валдрамидис В.П. (Ред.), Нови термични и нетермични технологии за течни храни (стр. 63-108). Elsevier Inc., Лондон, Великобритания.
Gudmundsson M. & Hafsteinsson H. 2001 г.. Ефект на импулсите на електрическото поле върху микроструктурата на мускулните храни и сърните. Тенденции в науката и технологиите за храните, 12(3-4), 122-128.
O’Dowd L.P., Arimi J.M., Noci F., Cronin D.A. & Lyng J.G. 2013. Оценка на ефекта на импулсните електрически полета върху чувствителността и избраните качествени атрибути на пост-строгия телешки мускул. Наука за месото, 93(2), 303-309.
Töpfl S. 2006 г.. Импулсни електрически полета (PEF) за проникване на клетъчните мембрани в храните и биопреработката - Приложения, проектиране на оборудване и анализ на разходите. (Докторска дисертация). Берлински технологичен университет.