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

In de wereld van de voedselwetenschap omvat de reis van boer naar vork een delicate biologische race tegen de klok. Wanneer een kip wordt geslacht, beginnen haar spieren onmiddellijk te veranderen. Als deze veranderingen te snel plaatsvinden, kan het vlees een specifieke reeks gebreken ontwikkelen die bekend staat als PSE-achtige kwaliteit. Deze conditie, wat staat voor bleek, zacht en exudatief (vochtrijk), resulteert in vlees dat er bleek uitziet, zacht aanvoelt bij aanraking en te veel vocht lekt tijdens het koken. Voor consumenten betekent dit een droge, onsmakelijke maaltijd; voor producenten vertegenwoordigt het een aanzienlijk economisch verlies en verspilde eiwitten. De kern van het probleem ligt in de spiervezels zelf. Onder normale omstandigheden werken deze vezels als kleine sponsjes die water vasthouden binnen een complex netwerk van eiwitten. Echter, wanneer het pH-niveau van het vlees na de dood te snel daalt, krimpen de eiwitten en persen ze hun water eruit, waardoor het vlees bleek en droog achterblijft.

Wetenschappers zoeken al lang naar manieren om dit defect te herstellen zonder hitte te gebruiken, wat het vlees voortijdig kan garen of de voedingsstoffen kan vernietigen. Een veelbelovende weg omvat elektriciteit, specifiek een techniek genaamd gepulseerde elektrische veldbehandeling. Deze methode gebruikt korte, scherpe pulsen van hoge spanning om voorzichtig gaatjes in de membranen van cellen te prikken, een proces dat de interne structuur van het spierweefsel kan herschikken zonder de temperatuur aanzienlijk te verhogen. Het doel is om de eiwitten terug te lokken in een vorm die water effectiever kan vasthouden, waardoor een minderwaardig stuk vlees wordt veranderd in iets bruikbaars en smakelijks. De vraag blijft echter of deze elektrische duw daadwerkelijk de schade in PSE-achtig vlees kan herstellen, of dat het de structurele instorting simpelweg erger kan maken.

Een team van onderzoekers aan de Nanjing Agricultural University en samenwerkende instellingen zette zich in om deze vraag te beantwoorden door PSE-achtig kipborst te behandelen met variërende sterktes van elektrische velden. Ze namen botloze kipborstfilets die al geïdentificeerd waren als zijnde voorzien van de bleke, zachte en waterige defecten en onderwierpen deze aan een reeks elektrische pulsen. Het team testte een reeks intensiteiten, van geen behandeling helemaal tot een maximale sterkte van 4 kilovolt per centimeter. Hun doel was om de "sweet spot" te vinden—een specifiek niveau van elektrische kracht dat het vermogen van het vlees om water vast te houden kan verbeteren en de textuur kan verbeteren zonder nieuwe problemen zoals oxidatie of structurele instorting te veroorzaken.

De resultaten toonden een duidelijk patroon waarbij de sterkte van het elektrische veld de uitkomst bepaalde. Wanneer de onderzoekers een matig niveau van elektriciteit toepasten, specifiek 2 kilovolt per centimeter, vertoonde het vlees een opmerkelijke verbetering. De meest opvallende verandering was in hoeveel water het vlees kon vasthouden. In de onbehandelde monsters ging bijna 20 procent van het gewicht verloren tijdens het koken, en meer dan 21 procent ging verloren wanneer ze in een centrifuge werden gedraaid om het uitpersen te simuleren. Bij het matige niveau van 2 kilovolt daalden deze verliezen aanzienlijk naar ongeveer 16 procent en 14 procent, respectievelijk. Dit betekende dat het vlees meer van zijn natuurlijke sappen behield, een cruciale factor voor zowel smaak als opbrengst.

Naast alleen het vasthouden van water, transformeerde ook de textuur van het vlees. De onderzoekers maten hoe hard het was om het vlees te kauwen en te snijden, en vonden dat de matige elektrische behandeling de kip aanzienlijk zachter en gemakkelijker te snijden maakte. Dit suggereert dat de elektrische pulsen hielpen de strakke, gekrompen eiwitstructuren die typerend zijn voor PSE-vlees te versoepelen, waardoor ze konden ontspannen in een meer open en malse ordening. Wanneer het team het vlees onder een krachtige microscoop bekeek, zagen ze dat de vezels in de matig behandelde monsters net genoeg waren gescheiden om kleine, uniforme poriën te creëren. Deze piepkleine ruimtes fungeerden als reservoirs die water binnen het spiernetwerk opsloten in plaats van het eruit te laten lekken.

De studie benadrukte echter ook dat meer elektriciteit niet altijd beter is. Wanneer de onderzoekers de veldsterkte verhoogden naar 4 kilovolt per centimeter, begonnen de voordelen te vervagen. Hoewel het vlees nog steeds beter was dan de onbehandelde controle, hield het water niet zo goed vast als de monsters die op het matige niveau waren behandeld. De microscopische beelden toonden aan dat de hogere spanning de spiervezels te veel deed uiteenvallen, waardoor grote, onregelmatige openingen ontstonden die het water niet langer effectief konden vasthouden. Het was alsoverlijk dat de elektrische kracht te agressief was geweest, waardoor het weefsel van het vlees scheurde in plaats van het te herstellen. Deze excessieve schade leidde ook tot een lichte toename van chemische veranderingen geassocieerd met bederf, zoals lipidenoxidatie, wat aangeeft dat de stabiliteit van het vlees bij deze hogere intensiteiten in het gedrang kwam.

De onderzoekers gebruikten een gespecialiseerde beeldvormingstechniek die meet hoe water zich binnen het vlees beweegt om deze veranderingen op moleculair niveau te begrijpen. Ze vonden dat in de best behandelde monsters het water in een compactere, stabielere staat binnen het spierweefsel was vergrendeld, terwijl het water in de overbehandelde monsters te vrij en mobiel werd, klaar om te ontsnappen. Dit bevestigde dat de verbetering in kwaliteit niet alleen ging over het toevoegen van water, maar over het veranderen van de manier waarop het water werd vastgehouden. De studie controleerde ook op tekenen van bederf en vond dat het vlees bij het matige behandelingsniveau stabiel bleef, zonder significante toename van de chemische markers die wijzen op eiwitafbraak of ranzigheid.

Uiteindelijk demonstreert het werk dat elektriciteit een precieze tool kan zijn voor het redden van vlees van lage kwaliteit, maar alleen als het met zorg wordt toegepast. De studie suggereert dat een matige puls van 2 kilovolt per centimeter de ideale instelling is voor het transformeren van PSE-achtig kipborst. Op dit niveau slaagt de behandeling erin de spierstructuur te herschikken om water te vangen en de textuur te verzachten, waardoor de ergste aspecten van het defect effectief worden omgedraaid. Verder gaan dan dit punt brengt het risico met zich mee de structuur die de onderzoekers proberen te herstellen, te beschadigen. Deze bevinding biedt een praktisch pad voorwaarts voor de pluimveesector, waarbij een manier wordt geboden om vlees te gebruiken dat anders zou worden weggegooid, door een kwaliteitsdefect te veranderen in een beheersbare variabele door middel van gecontroleerde, niet-thermische verwerking.