Technologiczne kształtowanie kruchości mięsa

[Maxell]

TECHNOLOGICZNE KSZTAŁTOWANIE KRUCHOŚCI MIĘSA

 

Dr inż. Jerzy Wajdzik

 

 

 

Wyróżnikami oceny jakościowej mięsa decydującymi o atrakcyjności konsumenckiej są jego walory odżywcze i smakowe. Dla nabywcy duże znaczenie ma poza tym barwa, soczystość a przede wszystkim jego kruchość. Ten ostatni wyróżnik w dużym stopniu decyduje o przydatności konsumpcyjnej mięsa kulinarnego. Cecha jakościowa, jaką jest kruchość w istotny sposób jest determinowana budową morfologiczną, chemiczną i właściwościami histochemicznymi mięśni. W jej kształtowaniu znaczącą rolę odgrywają białka mięśniowe. Kruchość mięsa jest też, w dużym stopniu, uwarunkowana oddziaływaniem czynników genetycznych i środowiskowych już w czasie w hodowli zwierząt rzeźnych.

 

Przemiany biochemiczne zachodzące w czasie dojrzewania

 

Zachodzące w czasie dojrzewania przemiany biochemiczne należą do czynników decydujących o walorach kulinarnych mięsa. Wpływają one w dużym stopniu na wartość pH tkanki mięśniowej, która jest istotnym wyróżnikiem kształtującym jakość mięsa po uboju. Końcowa wartość pH mięsa po wychłodzeniu poubojowym jest bowiem miarą efektywności fizjologicznych przemian związanych z beztlenowymi procesami glikolitycznymi, w których następuje rozkład glikogenu. Ten zapasowy węglowodan w największym stopniu przyczynia się do kształtowania wartości pH mięsa. Efektem nagromadzenia się w mięsie kwasu mlekowego jako produktu przemian glikolitycznych glikogenu jest obniżająca się wartość pH mięsa osiągająca średni poziom najniższy w przypadku wieprzowiny wynoszący 5,6-6,0 (24 h od uboju) a wołowiny odpowiednio 5,3÷5,6 uzyskiwany w 48 h od uboju. Na wartości te poza zawartością glikogenu w mięsie wpływa również postępowanie przedubojowe z żywcem, technologia uboju i intensywność wychłodzenia poubojowego. Uzyskanie przez mięso na określonym poziomie ultymatywnej wartości pH jest ponadto związane z inaktywacją glukooksydazy, która następuje przy wartości pH = 5,5. Obniżająca się wartość pH mięsa po uboju z poziomu 6,8 – 7,3 powoduje skurcz struktury filamentowej miofibryli, co w efekcie prowadzi do wycieku soku mięsnego. Na późniejszy wzrost zdolności wiązania wody, w czasie dojrzewania (post rigor mortis), wpływa rozluźnienie niezwykle hierarchicznie usieciowanej wzdłuż i w poprzek struktury mięśni znajdujących się w stanie stężenia pośmiertnego (rigor mortis). Zmiany takie prowadzą do wzrostu wiązania wody, czego wyrazem jest poprawa soczystości i kruchości mięsa.

Wynika stąd jednoznacznie, że kruchość odgrywa najistotniejszą rolę w mięsie stosunkowo chudym o dużej zawartości białka mięśniowego, które można podzielić na trzy grupy:

 

    białka sarkoplazmatyczne,

    białka miofibrylarne,

    białka łącznotkankowe

 

Pierwsze z nich nie odgrywają większej roli w kształtowaniu jakości, ale ich działanie odnosi się do wyróżnika wodnistości mięsa. Wielkość wycieku soków mięsnych jest jednak w największym stopniu uzależniona od właściwości białek miofibrylarnych. Białka te, wraz z białkami tkanki łącznej tworzą bowiem strukturę mięśni a niektóre z nich pełnią określoną funkcję motoryczną (aktyna, miozyna) i należą do czynników decydujących o jakości mięsa, w tym również jego kruchości. Poza procesami degradacji niektórych białek, polepszeniu kruchości mięsa sprzyja zawartość tłuszczu w mięsie, która również decyduje o jego soczystości. Przemiany w białkach wpływające na jakość mięsa, a co za tym idzie na jego kruchość obserwuje się już bezpośrednio po uboju. Postępująca proteoliza jest nawet rezultatem procesów, jakie zachodziły jeszcze za życia zwierzęcia i wpłynęły szczególnie na intensyfikację jej przebiegu. Procesy dojrzewania, prowadzące do polepszenia kruchości mięsa, zachodzą szybciej w mięśniach zwierząt uzyskujących prędzej dojrzałość ubojową. Wobec tego degradację białek najwcześniej obserwuje się w mięsie drobiu, potem świń a najpóźniej w mięsie bydła. Jeszcze później rozpoczyna się i znacznie dłużej trwa dojrzewanie mięsa zwierzyny łownej. Analizując zależności należy stwierdzić, że wolniejsze procesy metabolizmu białek za życia zwierzęcia, skutkują powolniejszym ich rozkładem destrukcyjnym zachodzącym w mięsie po uboju.

W procesie dojrzewania mięsa uczestniczą, poza zjawiskami natury fizykochemicznej enzymy tkankowe, wśród których najważniejszą rolę pełnią kalpainy. Enzymy te uwalniane z lizosomów komórkowych są aktywowane przez kationy Ca+2, a optymalne działania wykazują przy wartości pH = 7,0-7,5. Proteoliza zachodząca w czasie dojrzewania, ze względu na obniżająca się wartość pH mięsa, jest zakłócana ale mimo tego staje się złożonym i trwającym w czasie procesem dotyczącym przede wszystkim białek miofibrylarnych, a głównie cytoszkieletowych. Białka te stanowią swoiste rusztowanie sarkomeru dla jego miofilamentów i miofibryli wewnątrz włókien oraz łączą miofibryle z dalszymi strukturami mięsa.

Zmiany zachodzące w czasie dojrzewania obejmują:

 

    fragmentację miofibryli,

    regulację elastyczności mięśni polegającą na osłabieniu naprężenia miofibryli,

    rozpad połączeń wewnątrz cytoszkieletu, w tym białek tworzących strukturę miofibryli (titina, nebulina) i łączącychmiofibryle (desmina, skelemina),

    zanikanie białka regulacyjnego tzn. troponiny i pojawienie się polipeptydów.

 

Z białek łącznotkankowych wpływających na kruchość mięsa istotną rolę odgrywa kolagen. Wzrost zawartości kolagenu w mięsie i jego usieciowanie powoduje zmniejszenie kruchości mięsa. Tworzenie się wspomnianego usieciowania dodatkowo powoduje wzrost oporności kolagenu na jego termiczną degradację. Istotny jest ponadto fakt, że w zdecydowanie mniejszym stopniu kruchość mięsa ogranicza niewykształcona postać kolagen, zwłaszcza tropokolagen, który jest charakterystyczny dla mięsa zwierząt młodych oraz dziczyzny. Na kruchość mięsa może również oddziaływać obecność proteoglikanów w tzw. pozakomórkowej matrycy. Substancje te otaczając kolagen chronią go przed proteolizą ale same ulegają rozkładowi. Wtedy dopiero kolagen może być bardziej podatny na proteolizę. Przypuszcza się, że za te procesy odpowiedzialne są lizosomalne glukozydazy. W kolagenie działają wtedy mechanizmy rozluźniające wiązania sieciujące. W miarę  zaawansowania procesów dojrzewania, wzrasta ilość ekstrahującego się kolagenu oraz zwiększa się aktywność glukoronidazy, której ilość koreluje z kruchością mięsa.

 

Kruchość mięsa o odchyleniach jakościowych

 

W mięsie wykazującym odchylenia jakościowe (PSE, DFD, ASE) nienormalny przebieg procesów glikolitycznych modyfikuje przemiany białek. Wodnistość charakterystyczna dla mięsa typu PSE zwalnia procesy przemian niektórych białek cytoszkieletowych, co hamuje dynamikę przeobrażeń w miofibrylach. W mięsie PSE i ASE następuje przyspieszona proteoliza troponiny, która jest uznawana za wskaźnik procesu kruszenia mięsa. Mimo tego zjawiska, występujące duże zmiany denaturacyjne białek w mięsie PSE, które powodują zwykle gorszą kruchość w porównaniu z surowcem mięsnym o cechach ASE. Mięso z odchyleniami ASE uzyskuje często lepszą kruchość nawet w stosunku do mięsa z normalnym przebiegiem procesów glikoliglikolitycznych (RFN). Mięso typu DFD, ze względu na swoją stosunkowo wysoką wartość pH, ma ograniczenia natury mikrobiologicznej, ale warunki takie sprzyjają natomiast osłabieniu interakcji między włóknami kolagenowymi, co sprzyja polepszeniu kruchości takiego mięsa. Wzrost tego wyróżnika jakościowego mięsa związany jest bowiem ze wzrostem jego wodochłonności, która wzrasta wskutek alkalizacji mięsa. Stosunkowo wysoka wartość pH mięsa DFD znacząco skraca jego okresy przechowalnicze.

 

Technologiczne kształtowanie kruchości mięsa

 

W celu uzyskania najlepszej jakości mięsa kulinarnego a zarazem kruchego można stosować zabiegi kształtujące tę cechę. Należą do nich:

 

•   działania w sferze genetycznej i oddziaływanie na zwierzęta rzeźne poprzez zmianę warunków środowiskowych, w tym żywienia,
•   zabiegi przedubojowe związane z przygotowaniem zwierząt do uboju, głównie oszałamianie,
•   zabiegi stosowane w trakcie obróbki poubojowej i po zakończonym uboju,
•   technologia pakowania metodą Pi-Vac,
•   stosowanie dodatków.

 

Zabiegi poubojowe

 

Prawidłowo przeprowadzony proces kłucia i wykrwawiania wpływa na szybkość glikolizy, co oddziałuje na zmiany prowadzące do uzyskania pożądanej kruchości mięsa. Do jej poprawy stosuje się często elektrostymulację, która eliminuje wystąpienie niekorzystnych i nieodwracalnych zmian określanych jako skurcz chłodniczy (cold shortening), szczególnie występujący w mięsie wołowym i owczym. Zjawisko to powoduje nieodwracalną, niekorzystną twardość mięsa, będącą czynnikiem kontrakcji mięśni wywołanej przez białka miofibrylarne. W mięśniach, następuje w warunkach wystąpienia skurczu chłodniczego, trwałe uszkodzenie włókien mięśniowych.

Elektrostymulacja powodując zużycie zapasów substancji energetycznych w mięsie po uboju prowadzi do wytworzenia się kwasu mlekowego obniżającego wartość pH w warunkach występowania jeszcze stosunkowo wysokiej temperatury mięsa. Technologicznie pożądanym efektem tego zabiegu staje się poprawa kruchości mięsa wskutek wzrostu aktywności enzymów proteolitycznych uwolnionych z lizosomów, przyspieszenie dojrzewania, poprawa smakowitości oraz polepszenie barwy. W praktyce stosuje się elektrostymulację niskonapięciową (ESNN) oraz elektrostymulację wysokonapięciową (ESWN), które różnią się parametrami stosowanego prądu, czasem jego działania oraz czasu jego użycia jaki upłynął od chwili uboju. Najlepsze efekty osiąga się stosując elektrostymulację w momencie, kiedy system nerwowy tkanki zwierzęcej jest praktycznie nienaruszony. Proces ten powinien w praktyce odbywać się w ciągu maksymalnie 10 minut od wykrwawienia. Elektrostymulację wysokonapięciową, która jest bardziej efektywna, stosuje się na zdecydowanie dalszych fazach obróbki poubojowej, a nawet najczęściej po jej zakończeniu. Zbyt wcześnie po uboju, prowadzona taka elektrostymulacja, może powodować gwałtowny spadek wartości pH mięsa oraz niekorzystne podwyższenie jego twardości. Wykonujące pracę mięśnie, w czasie elektrostymulacji zużywają szybko energię, a ich wartość pH obniża się do poziomu wartości poniżej 5,7 w ciągu 2 godzin. W takich warunkach, przyspieszonego kształtowania się wartości pH zachodzącego w mięsie, uwalniają się szybko enzymy tkankowe odpowiedzialne za poprawę kruchości mięsa. Elektrostymulacja zwiększa bowiem napływ jonów wapnia do cytoplazmy, co uaktywnia kalpainy odpowiedzialne za proteolizę białek. W przypadku wołowiny, osiąga się dobrą kruchość mięsa już w 5-6 dniu od uboju, kiedy porównywalną jakość mięsa bez elektrostymulacji uzyskuje się dopiero po 14 dniach. Nie poprawnie zaaplikowane bodźce elektryczne, stosowane w elektrostymulacji, mogą jednak negatywnie prowadzić do powstawania mięsa wodnistego, co jest już zjawiskiem pogarszającym jego kruchość.

Dobre efekty w zakresie poprawy kruchości mięsa wołowego osiąga się przetrzymując mięso przez 7-10 dób w warunkach chłodniczych. Proces ten, przyspiesza kondycjonowanie wychłodzonej wcześniej wołowiny prowadzone w temperaturze 14-18OC przez 4-8 h a następnie schłodzenie jej do 7OC. Surowiec kierowany do takiej formy dojrzewania, powinien jednak charakteryzować się wartością pH < 5,8, co eliminuje ryzyko rozwoju niekorzystnej mikroflory gnilnej. Warunki takie, eliminują tą metodę prowadzenia dojrzewa nia w stosunku do mięsa wieprzowego, które osiąga swoje pożądane cechy kruchości już w 2-3 doby od uboju a niska wymagana wartość pH jest trudna do utrzymania w tym mięsie na wymaganym poziomie. Dla poprawy kruchości mięsa, szczególnie wołowego można stosować w czasie chłodzenia poubojowego inne zawieszanie tusz w stosunku do tradycyjnego. Praktyczne zastosowanie, znajduje ich zawieszanie za otwór zasłonowy spojenia łonowego, które poprawia kruchość mięsa w wyniku naciągania niektórych mięśni, co z drugiej strony ogranicza praktyczną skuteczność tej metody. Inną metodą stosowaną do mięsa wieprzowego w celu poprawy jego kruchości może być nacinanie w określonym miejscu kręgosłupa (tender cut) bez nacięcia najdłuższego mięśnia grzbietu.

 

Technologia pakowania Pi-Vac

 

W metodzie tej następuje pakowanie ciepłego mięsa wołowego bez kości poddanego równomiernemu kondycjonowaniu, które jest zabiegiem przyspieszającym procesy dojrzewania. Zastosowana termokurczliwa barierowa folia, ogranicza wpływ mikroflory powodującej potencjalne wtórne zakażenie na jakość dojrzewającego mięsa oraz sprawia, że staje się ono bardziej trwałe i lepiej wybarwione wskutek absorbowania tlenu z wnętrza opakowania. Dobre cechy w zakresie kruchości mięso osiąga się już po 7-8 dobach magazynowania.

 

Dodatki w celu polepszenia kruchości

 

Kruchość mięsa można kształtować stosując dodatek niektórych soli i kwasów, a także enzymów proteolitycznych

egzogennych. Spośród dodatków roślinnych enzymów proteolitycznych szczególne znaczenie ma ficyna z figowców, bromelaina z ananasa oraz papaina z Carica papaya. Stosując te enzymy i dobierając ich ilość należy uwzględnić fakt, że działają one z różną intensywnością na poszczególne białka mięśniowe. Ficyna działa równomiernie i skutecznie na aktomiozynę, kolagen i elastynę. Natomiast papaina nieco słabiej jest skuteczna w stosunku do aktomiozyny i elastyny oraz zupełnie słabo działa na kolagen. Bromelaina wykazuje efektywność działania analogiczną na kolagen, jak ficyna ale słabo działa na elastynę i wręcz nieznacznie tylko na aktomiozynę. W praktyce sensowne jest wobec tego stosowanie tych enzymów w postaci mieszanek o różnych wzajemnych ich proporcjach ilościowych komponowanych w zależności od zakładanych efektów jakościowych. W pewnych uwarunkowaniach w kruszeniu mięsa zastosowanie mogą mieć enzymy pochodzenia mikrobiologicznego, tj. proteazy wytwarzane przez pleśnie (Aspergillus oryzae, Aspergillus sydowii) lub bakterie (Bacillus lentus, Bacillus subtilis) oraz kolagenazy produkowane przez szczepy Clostridium histolyticum.

Warunkiem niezbędnym, w przypadku stosowania roślinnych i pochodzenia mikrobiologicznego enzymów, jest ich równomierne rozmieszczenie w mięsie. Osiąga się to, posypując mięso w cienkich plastrach, poprzez nastrzykiwanie roztworem zawierającym enzymy lub zanurzanie małych kawałków mięsa w takich roztworach. W przypadku nastrzykiwania dużych kawałków mięsa, niezbędne wydaje się, zastosowanie dodatkowo procesu uplastyczniania w masownicach, co znacznie poprawia efekt równomiernego rozmieszczenia enzymów, w mięśniach koniecznego do osiągnięcia właściwej ich skuteczności w poprawie kruchości mięsa.

Białka mięśniowe, których przemiany decydują o kruchości mięsa wykazują dość duże zróżnicowanie w reakcji na określone związki chemiczne. Dodawane do mięsa fosforany wpływają na dysocjację aktomiozyny i zwiększają rozpuszczalność białek. Jest to wynikiem zwiększania wartości pH i siły jonowej w mięsie. Wskutek swojego działanie na białka, sole fosforanowe doprowadzają do rozpadu sarkomerów, co stanowi dodatkowy efekt kruszący. Powodując pęcznienie białek mięśniowych i otwarcie ich struktury, wpływają na wzrost soczystości mięsa, jako rezultat lepszego utrzymywania przez białka wody. Stosowane jako dodatek węglany, oddziałują głównie wskutek zwiększania wartości pH mięsa oraz siły jonowej. W efekcie prowadzi to do wzrostu rozpuszczalności białek, w tym aktomiozyny. Pewne znaczenie dla poprawy kruchości mięsa ma dodatek cytrynianów, które zwiększają pęcznienie białek mięśniowych. Przyczynia się to, do poprawy kruchości mięsa i lepszej jego soczystości. Aktywację białek mięśniowych poprzez otwieranie ich struktury osiąga się również poprzez zastosowanie chlorku sodu, ale przy znacznie wyższych stężeniach, niż w przypadku stosowania fosforanów. Korzyść w zakresie poprawy jakości mięsa osiąga się stosując dodatek chlorku sodu na poziomie 18-22 g/kg mięsa. Takie stężenie sodu w mięsie kulinarnym, może być jednak nie akceptowalne sensorycznie. Technologicznie w przypadku chlorku sodu dobry efekt uzyskuje się wprowadzając go do mięsa techniką nastrzykiwania. Zdecydowanie najlepszy efekt kruszenia mięsa osiąga się poprzez dodatek chlorku wapnia, który można stosować bezpośrednio po uboju. Jego efektywność w zakresie poprawy kruchości mięsa na etapie zmian poubojowych wynika ze stymulowania kalpain w warunkach wysokiej wartości pH (ok. 7,0). Występująca w ,,ciepłym” mięsie wysoka temperatura, dodatkowo sprzyja zwiększeniu szybkości reakcji i intensyfikacji procesu dojrzewania mięsa. Kruchość mięsa, przy stosowaniu nastrzykiwania roztworem chlorku wapnia, uzyskuje się już po 24 godzinach od uboju. Mankamentem jest jednak ograniczona smakowitość tak dojrzewającego mięsa, w porównaniu do mięsa dojrzewającego tradycyjnie.

Dla uzyskania znacznego polepszenia kruchości mięsa dobrym rozwiązaniem technologicznym jest zastosowanie fosforanów równocześnie z chlorkami sodu przy wykorzystaniu dodatkowych zabiegów mechanicznych (uplastycznianie). Zachodzącą w takich warunkach mechaniczną aktywację białek mięśniowych (MAB), można wspomagać poprzez zastosowanie dodatkowo zabiegu tenderyzacji (nacinanie lub nakłuwanie powierzchni mięśni). W wyniku tak przydatnych wspomagających procesów osiąga się znaczną poprawę kruchości mięsa kulinarnego.

Stosując dodatek kwasów organicznych uzyskuje się efekt obniżenia wartości pH mięsa. Powoduje to, że białka miofibrylarne przechodząc w żel zwiększają poprawę związania i konsystencji mięsa. Równocześnie kwasy hydrolizują sieciujące wiązania peptydowe kolagenu, powodując rozluźnienie struktury mięsa, co wpływa na podkreślenie wyróżnika kruchości mięsa. Stworzenie środowiska kwaśnego w mięsie sprzyja ponadto skuteczności działania enzymów proteolitycznych stosowanych do poprawy jego kruchości.

 

Literatura:

 

1. Honikel K. – O. (2002): Aktuelles aus der internationalen Fleischforschung ,,Fleischwirtschaft” nr 5

2. Pośpiech E., Grześ B., Łyczyński A., Borzuta K., Szalata M., Mikołajczak B., Iwańska E. (2003): Białka mięśniowe, ich przemiany a kruchość mięsa.

3. ,,Mięso i Wędliny” nr 1