Effect of pulsed electric field on the quality of PSE-like chicken breast meat: Insights into water distribution and structural rearrangement

In der Welt der Lebensmittelwissenschaft beinhaltet die Reise vom Bauernhof bis zum Teller einen empfindlichen biologischen Wettlauf gegen die Zeit. Wenn ein Huhn geschlachtet wird, beginnen sich seine Muskeln sofort zu verändern. Wenn diese Veränderungen zu schnell ablaufen, kann das Fleisch eine spezifische Reihe von Mängeln entwickeln, die als PSE-ähnliche Qualität bekannt ist. Dieser Zustand, der für blass (pale), weich (soft) und exsudativ (exudative) steht, führt dazu, dass das Fleisch blass wirkt, sich beim Berühren matschig anfühlt und beim Kochen zu viel Flüssigkeit verliert. Für Verbraucher bedeutet dies eine trockene, unansehnliche Mahlzeit; für Produzenten stellt es einen erheblichen wirtschaftlichen Verlust und verschwendetes Protein dar. Die Wurzel des Problems liegt in den Muskelfasern selbst. Unter normalen Umständen wirken diese Fasern wie winzige Schwämme, die Wasser innerhalb eines komplexen Proteinnetzwerks halten. Wenn jedoch der pH-Wert des Fleisches nach dem Tod zu schnell sinkt, schrumpfen die Proteine und pressen ihr Wasser heraus, wodurch das Fleisch blass und trocken wird.

Wissenschaftler suchen schon lange nach Wegen, diesen Defekt ohne Hitze zu beheben, da Hitze das Fleisch vorzeitig garen oder dessen Nährstoffe zerstören kann. Ein vielversprechender Weg führt über Elektrizität, speziell durch eine Technik namens gepulste elektrische Feldbehandlung. Diese Methode nutzt kurze, scharfe Hochspannungsimpulse, um sanft Löcher in die Membranen der Zellen zu stechen – ein Prozess, der die interne Struktur des Muskels umgestalten kann, ohne die Temperatur signifikant zu erhöhen. Das Ziel ist es, die Proteine dazu zu bewegen, wieder eine Form anzunehmen, die Wasser effektiver halten kann, um ein minderwertiges Stück Fleisch in etwas Brauchbares und Köstliches zu verwandeln. Es bleibt jedoch die Frage, ob dieser elektrische Anstoß tatsächlich in der Lage ist, den Schaden in PSE-ähnlichem Fleisch zu reparieren, oder ob er den strukturellen Kollaps lediglich verschlimmern könnte.

Ein Team von Forschern der Nanjing Agricultural University und kooperierenden Institutionen setzte sich zum Ziel, diese Frage zu beantworten, indem sie PSE-ähnliche Hähnchenbrust mit unterschiedlichen Stärken elektrischer Felder behandelten. Sie nahmen knochenfreie Hähnchenbrüste, die bereits als blass, weich und wässrig fehlerhaft identifiziert worden waren, und unterzogen sie einer Reihe elektrischer Impulse. Das Team testete eine Bandbreite an Intensitäten, von keiner Behandlung überhaupt bis hin zu einer maximalen Stärke von 4 Kilovolt pro Zentimeter. Ihr Ziel war es, den „Sweet Spot“ zu finden – ein spezifisches Niveau der elektrischen Kraft, das die Fähigkeit des Fleisches zur Wasserrückhaltung verbessern und die Textur optimieren kann, ohne neue Probleme wie Oxidation oder strukturellen Kollaps zu verursachen.

Die Ergebnisse zeigten ein klares Muster, bei dem die Stärke des elektrischen Feldes das Ergebnis bestimmte. Als die Forscher ein moderates Maß an Elektrizität anwandten, spezifisch 2 Kilovolt pro Zentimeter, zeigte das Fleisch eine bemerkenswerte Verbesserung. Die auffälligste Veränderung lag darin, wie viel Wasser das Fleisch zurückhalten konnte. In den unbehandelten Proben verlor das Fleisch beim Kochen fast 20 Prozent seines Gewichts, und beim Drehen in einer Zentrifuge, um das Auspressen zu simulieren, gingen über 21 Prozent verloren. Bei dem moderaten 2-Kilovolt-Niveau sanken diese Verluste signifikant auf etwa 16 Prozent bzw. 14 Prozent. Dies bedeutete, dass das Fleisch mehr seiner natürlichen Säfte behielt, ein entscheidender Faktor sowohl für den Geschmack als auch für die Ausbeute.

Über das Halten von Wasser hinaus transformierte sich auch die Textur des Fleisches. Die Forscher maßen, wie hart es war, das Fleisch zu kauen und zu schneiden, und fanden heraus, dass die moderate elektrische Behandlung das Hähnchen signifikant weicher und leichter zerschneidbar machte. Dies deutet darauf darauf hin, dass die elektrischen Impulse geholfen haben, die engen, geschrumpften Proteinstrukturen, die typisch für PSE-Fleisch sind, zu lockern, was ihnen erlaubte, in eine offenere und zartere Anordnung zu relaxieren. Als das Team das Fleisch unter einem leistungsstarken Mikroskop betrachtete, sahen sie, dass die Fasern in den moderat behandelten Proben sich gerade so weit voneinander getrennt hatten, dass kleine, gleichmäßige Poren entstanden. Diese winzigen Zwischenräume fungierten als Reservoirs, die Wasser innerhalb des Muskelnetzwerks einschlossen, anstatt es austreten zu lassen.

Dennoch verdeutlichte die Studie auch, dass mehr Elektrizität nicht immer besser ist. Als die Forscher die Feldstärke auf 4 Kilovolt pro Zentimeter erhöhten, verblassten die Vorteile. Obwohl das Fleisch immer noch besser war als die unbehandelte Kontrollgruppe, konnte es Wasser nicht so gut halten wie die Proben, die auf dem moderaten Niveau behandelt worden waren. Die mikroskopischen Bilder zeigten, dass die höhere Spannung die Muskelfasern zu stark auseinanderbrechen ließ, wodurch große, unregelmäßige Lücken entstanden, die Wasser nicht mehr effektiv halten konnten. Es war, als ob die elektrische Kraft zu aggressiv gewesen wäre und das Gewebe des Fleisches eher zerrissen als geheilt hätte. Dieser übermäßige Schaden führte auch zu einer leichten Zunahme chemischer Veränderungen im Zusammenhang mit dem Verderb, wie etwa der Lipidoxidation, was darauf hindeutete, dass die Stabilität des Fleisches bei diesen höheren Intensitäten beeinträchtigt war.

Die Forscher nutzten eine spezialisierte Bildgebungstechnik, die misst, wie sich Wasser innerhalb des Fleisches bewegt, um diese Veränderungen auf molekularer Ebene zu verstehen. Sie fanden heraus, dass das Wasser in den am besten behandelten Proben in einem dichteren, stabileren Zustand innerhalb des Muskels eingeschlossen war, während das Wasser in den übermäßig behandelten Proben zu frei und mobil wurde, bereit zu entweichen. Dies bestätigte, dass die Qualitätsverbesserung nicht nur darin bestand, Wasser hinzuzufügen, sondern darin, wie das Wasser gehalten wird. Die Studie überprüfte auch Anzeichen von Verderb und stellte fest, dass das Fleisch bei der moderaten Behandlung stabil blieb, ohne dass es zu einer signifikanten Zunahme der chemischen Marker kam, die auf Proteinabbau oder Ranzigkeit hindeuten.

Letztlich zeigt die Arbeit, dass Elektrizität ein präzises Werkzeug sein kann, um Fleisch von geringer Qualität zu retten, aber nur, wenn sie mit Sorgfalt angewendet wird. Die Studie legt nahe, dass ein moderater Puls von 2 Kilovolt pro Zentimeter die ideale Einstellung ist, um PSE-ähnliche Hähnchenbrust zu transformieren. Auf diesem Niveau gelang es der Behandlung, die Muskelstruktur erfolgreich so umzugestalten, dass Wasser eingeschlossen und die Textur geglättet wird, wodurch die schlimmsten Aspekte des Defekts effektiv rückgängig gemacht werden. Über diesen Punkt hinauszugehen birgt das Risiko, genau die Struktur zu beschädigen, die die Forscher eigentlich reparieren wollen. Diese Erkenntnis bietet einen praktischen Weg für die Geflügelindustrie, um Fleisch zu nutzen, das ansonsten entsorgt würde, indem ein Qualitätsdefekt durch kontrollierte, nicht-thermische Verarbeitung in eine steuerbare Variable verwandelt wird.