Обробка м’яса в пульсуючому електричному полі - Журнал спеціалістів м’ясної та м’ясної промисловості
Посмертне дозрівання і остаточну м’якість м’яса можна покращити, підвісивши тушку до кістки осколка, щоб розтягнути м’язи, механічним розмиванням за допомогою лез або голок, електростимуляцією, контролем охолодження, зниженням рН яловичих туш, ін’єкцією тушки з хлоридом кальцію, який активує м’ясний кальпаїн, ін’єкція рослинних протеолітичних ферментів (папаїн, бромелайн) або тваринного походження (свинячий панкреатин). Інші недавні дослідження показують нові методи тендеризації або прискорення посмертного дозрівання м'яса, такі як ультразвук, високий гідростатичний тиск, ударні хвилі, що утворюються внаслідок детонації вибухових речовин або генеруються електрично під водою та пульсуючим електричним полем.
Принципи пульсуючого електричного поля
Обробка імпульсного електричного поля (ПЕВ) передбачає подачу електричних імпульсів тривалістю в одну мікросекунду на матеріал, розташований між двома електродами. Тривалість між двома послідовними імпульсами становить близько однієї секунди. Це вважається атермічним лікуванням, хоча може спостерігатися незначне підвищення температури продукту.
Лікування ПЕФ засноване на здатності сильного електричного поля інактивувати та знищувати мікроорганізми. Це явище пояснюється "теорією діелектричного розриву": пульсуюче електричне поле високої інтенсивності, яке застосовується до клітин, породжує утворення пір у клітинних мембранах, фізичне явище, яке називається електропорацією. Утворення пор може бути оборотним або незворотним, залежно від напруженості прикладеного електричного поля і проявляється як в еукаріотичних, так і в прокаріотичних клітинах.
Зовнішнє електричне поле, прикладене до клітини, індукує електричний потенціал на рівні мембрани, накопичуючи та розділяючи електричні заряди. Притягуються електричні заряди протилежного напрямку, що призводить до стиснення клітинної мембрани та зменшення її товщини. У міру зменшення відстані між електричними зарядами трансмембранний потенціал швидко зростає.
Критичне значення
Критичне значення трансмембранного потенціалу становить 0,7-2,2 В, залежно від типу клітини. Коли критичне значення перевищено, електрично заряджені молекули, наприклад білки та ліпіди, переорієнтуються та відштовхуються, утворюючи пори та канали в клітинній мембрані. При впливі клітин на пульсуюче електричне поле трансмембранний потенціал досягається менш ніж за одну мікросекунду від ініціювання імпульсу, так що виникає оборотна електропорація та підвищена проникність клітинної мембрани. Якщо застосування електричного поля переривається, комірка повертається у вихідний стан. Оборотна електропорація має практичне значення в генній інженерії та біотехнологіях, оскільки зміна проникності клітинної мембрани полегшує введення ДНК та злиття клітин.
Електропорація клітинної мембрани незворотна і призводить до руйнування клітин, коли пори численні і їх розмір великий порівняно з розміром клітини. Це відбувається, коли певний поріг електричного поля або тривалість лікування перевищується.
Поріг електричного поля та поріг трансмембранного потенціалу залежать від розміру, форми та типу мікробної клітини, умов культивування (рН, провідність, наявність речовин з антимікробною дією), електричних характеристик середовища, де знаходяться мікроорганізми, піддані дії ПЕФ., форма пульсу) та температура, при якій відбувається лікування.
Тривалість лікування визначається продуктом між кількістю імпульсів і тривалістю імпульсу, яка зазвичай становить одну тисячну секунду (одна мікросекунда). Значне збільшення тривалості лікування може призвести до підвищення температури середовища, в якому знаходяться мікроорганізми, що є небажаним, якщо середовище є їжею.
Застосування ПЕФ до харчової промисловості
В останні десятиліття багато дослідників досліджували вплив ПЕФ на псування та патогенні мікроорганізми, посіяні на рідкі харчові продукти, такі як фруктові соки (яблука, апельсини, груші, дині, полуниця, помідори), гороховий суп, суміш з цільних яєць, знежирене молоко, зелений чай, фруктові та молочні соки та ін. (Elez-Martínez et al., 2012, с. 72-74, таблиця 4.1). Зменшення мікробів становило до 6,5-log, змінюючись в залежності від умов роботи (напруженість електричного поля, кількість імпульсів, тривалість імпульсу, температура навколишнього середовища), обробленого продукту та досліджуваного мікроорганізму.
Що стосується зменшення мікробів, обробка ПЕФ є такою ж ефективною, як і пастеризаційна термічна обробка. Крім того, він має комерційний потенціал в інших процесах харчової промисловості (збільшення виходу соку, розм’якшення тканин, вилучення сполук, таких як буряковий бетанін). У літературі мало інформації про обробку ПЕФ м’яса та м’ясних продуктів.
Лікування ПЕФ, що застосовується до м’яса
Починаючи з явища електропорації клітинних мембран мікроорганізмів, кілька дослідників вивчали лікування ПЕФ на продуктах з м’язовою масою (м’ясо, птиця, риба), щоб з’ясувати, чи може діяти подібний до електропорації ефект у м’язових волокнах.
Так, Гудмундссон і Хафштайнссон (2001) вивчали вплив ПЕФ на мікроструктуру курей і спостерігали, що обробки ПЕФ з низькою напруженістю поля (1,36 кВ/см, 40 імпульсів), тривалістю імпульсу 2 мкс, при кімнатній температурі, спричинило зменшення розміру комірки, але ніяких видимих тріщин не було.
У 2006 році Töpfl повідомив про покращення характеристик зв’язування води у свинині, обробленій ПЕФ. На поліпшення вказувала набрякла структура тканини, як губка. Також у вареній шинці, обробленій ПЕФ, спостерігалося посилення мікродифузії розсолу та поліпшення зв’язування води за рахунок взаємодії між білками/сіллю/фосфатом під час обробки, а в коді спостерігалася більш пориста структура тканини після обробки ПЕФ.
Лише нещодавно були опубліковані результати лікування ПЕФ на яловичині. Таким чином, O’Dowd et al. (2013) досліджували вплив ПЕФ на певні якісні характеристики напівсухожильної яловичини (втрата ваги, провідність, затримка води та розмір частинок). Робочими параметрами з ПЕФ були: напруженість електричного поля 1,1-2,8 кВ/см, частота 5-200 Гц та кількість імпульсів 152-300. Аналіз розміру частинок вилучених міофібрил показав, що ПЕФ суттєво впливає на міофібрили. Обробка ПЕФ спричинила підвищення температури на 22 ° С і суттєво вплинула на втрату маси зразків після обробки, що спричиняє незначні зміни клітинної мембрани, з більшими втратами води, але не впливаючи на текстуру.
Вплив ПЕФ на якість м’язів
Обнадійливі на перший погляд, ці результати пояснювали малою кількістю оброблених зразків та їх малими розмірами (30 г), і дослідження тривало. Таким чином, вплив ПЕФ на якість яловичини longissimus lumborum протягом одного дня після забою та верхнього напівмембранозного м’яза через день та через три дні після забою вивчали комбінуванням параметрів електричного поля, напруги 5 та 10 кВ та частоти 20, 50 і 90 Гц (Бехіт та ін., 2014). Досліджуваними параметрами були втрати клітинного соку, втрати кипіння та м’якість м’яса (сила зсуву) для встановлення оптимальних умов обробки та оцінки економічної вигоди ПЕФ та позитивного впливу на текстуру м’яса. Зсувна сила зменшилася, що означає, що крихкість покращилася. У зразках, оброблених ПЕФ, були отримані більші втрати клітинного соку та менші втрати при кипінні. Рівень покращення тендеризації напівмембранозного м’яза не залежав від патологоанатомічного моменту м’яса до 3 днів, що дозволяє забезпечити більшу гнучкість у використанні технології PEF.
В останньому дослідженні (Arroyo et al., 2015) м’язи яловичої м’язи longissimus thoracis та попереку пройшли обробку PEF (1,4 кВ/см, 10 Гц, 20 мкс, 300 та 600 імпульсів) для оцінки якісних характеристик м’яса (втрата ваги, колір, втрата при кипінні та текстура) та їх еволюція у різний час під час дозрівання. Тривалість дозрівання м’яса до та після застосування ПЕФ не впливала на втрату ваги, колір і втрати кипіння. Результати показали, що обробки ПЕФ, застосовувані в різні післязабійні часи (2, 10, 18 і 26 днів), демонстрували тенденцію до зниження твердості зразків яловичини, але що застосування ПЕФ не впливало на тендерний процес, передбачений саме дозрівання. Нарешті, 60% членів групи сенсорного аналізу оцінили зразки, оброблені PEF, як ніжні (≥6,0 балів з 9,0), тоді як лише 27,5% зробили це для необроблених зразків.
На закінчення, обробка ПЕФ може бути перспективною технологією, яка може змінити структуру біологічних матеріалів без побічних ефектів, з якими стикаються інші методи (наприклад, серйозні структурні зміни та втрата смаку). Він також має ту перевагу, що його можна швидко застосовувати, оскільки час обробки становить близько секунд. Таким чином, обробка ПЕФ може стати незалежною технологією, що застосовується до м’яса в післястрогій фазі, щоб покращити крихкість за рахунок збільшення проникності клітин та поліпшити безпеку продуктів за рахунок зменшення мікробного навантаження.
Бібліографія
Arroyo C., Lascorz D., O’Dowd L., Noci F., Arimi J. & Lyng J.G. 2015 рік. Вплив обробки імпульсним електричним полем на різних етапах під час кондиціонування на показники якості м’яса longissimus thoracis та поперекового м’яза. М'ясознавство, 99, 52-59.
Бехіт А.Е.Д., ван де Вен Р., Суванді В., Фахрі Ф. та Гопкінс Д.Л. 2014 рік. Вплив лікування імпульсним електричним полем на м’язи з холодною кісткою різної потенційної чутливості. Технологія харчових продуктів та біопроцесів, 7(11), 3136-3146.
Елез-Мартінес П., Собріно-Лопес А., Соліва-Фортуні Р. та Мартін-Беллосо О. 2012 рік. Імпульсна електрична обробка рідких харчових продуктів. Ч. 4 у Каллен П.Дж., Тіварі Б.К. & Вальдрамідіс В.П. (За ред.), Нові теплові та нетеплові технології для рідких продуктів (с. 63-108). Elsevier Inc., Лондон, Великобританія.
Гудмундссон М. & Хафштайнссон Х. 2001 рік. Вплив імпульсів електричного поля на мікроструктуру м’язової їжі та ікри. Тенденції в галузі харчової науки та технологій, 12(3-4), 122-128.
O’Dowd L.P., Arimi J.M., Noci F., Cronin D.A. & Lyng J.G. 2013 рік. Оцінка впливу імпульсних електричних полів на чутливість та вибрані атрибути якості м’язів яловичини після жорсткості. М'ясознавство, 93(2), 303-309.
Töpfl S. 2006 рік. Імпульсні електричні поля (ПЕФ) для проникнення клітинних мембран у харчовій та біообробній промисловості - Застосування, проектування та аналіз обладнання та аналіз витрат. (Кандидатська дисертація). Берлінський технологічний університет.