CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE

Transkrypt

1 ISSN EPISTEME CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE KRAKÓW Nr 21/2013, t. II

2 Piotr DOMARADZKI Mariusz FLOREK Anna LITWIŃCZUK EPISTEME 21/2013, t. II s ISSN ZAWARTOŚĆ KOLAGENU OGÓLNEGO I ROZPUSZCZALNEGO W MIĘŚNIACH SZKIELETOWYCH RÓŻNYCH KATEGORII BYDŁA RASY POLSKIEJ HOLSZTYŃSKO-FRYZYJSKIEJ TOTAL AND SOLUBLE COLLAGEN CONTENTS IN SKELETAL MUSCLES OF DIFFERENT CATTLE CATEGORIES OF POLISH HOLSTEIN-FRIESIAN BREED Abstrakt. Celem pracy było porównanie zawartości kolagenu ogólnego i jego frakcji rozpuszczalnej w mięśniach najdłuższym lędźwi (ML) i półścięgnistym (ST), surowych i poddanych obróbce termicznej, czterech kategorii bydła rasy Polskiej Holsztyńsko-Fryzyjskiej odmiany czarno-białej. Badaniami objęto 8 cieląt (w wieku dni), 8 jałówek i 8 buhajków (w wieku około 18 miesięcy) oraz 8 krów. Istotnie (p 0,01 i p 0,05) najwyższą zawartość kolagenu rozpuszczalnego stwierdzono zarówno w surowych (37,90 % w ML i 31,14% w ST) jak i poddanych obróbce cieplnej (34,40 % w ML i 26,56 % w ST) mięśniach cieląt, istotnie najniższą natomiast w mięśniach krów. Średnia zawartość kolagenu rozpuszczalnego, dla tej grupy zwierząt, w żadnym z analizowanych przypadków nie przekroczyła 20%. Spośród ocenianych kategorii bydła najbardziej kruche (najniższa siła cięcia) było mięso cieląt, a najmniej kruche mięso krów. Stwierdzono ujemną korelację pomiędzy udziałem kolagenu rozpuszczalnego a siłą cięcia mięsa surowego (r= -0,55) i poddanego obróbce termicznej (r= -0,40). Słowa kluczowe: mięso wołowe, frakcje kolagenu, siła cięcia Summary. The aim of this study was to compare the contents of total collagen and its soluble fraction in raw and heat treated muscles - longissimus lumborum (ML) and semitendinosus (ST), of four categories of Polish Holstein-Friesian cattle, Black-and-White variety. The investigation including 8 calves (aged days), 8 heifers and 8 bulls (approximately 18 months) and 8 cows. Significantly (p 0.01 and p 0.05) highest content of soluble 177

3 collagen was found in the raw (37,90 % w ML and 31,14% w ST) and heattreated (34,40 % w ML and 26,56 % w ST) muscles of calves, but a significantly lowest value was recorded for cow s muscles. For this group of animals the average content of soluble collagen, in any of the analyzed cases, did not exceed 20%. Meat of calves among all cattle categories was the most tender (the lowest shear force) while cows meat was the toughest. Significant negative correlation between the percentage of soluble collagen and the shear force of raw (r= -0.55) and cooked meat (r= -0.40) were found. Key words: beef, collagen fractions, shear force WSTĘP Kolagen w mięśniach bydła występuje w ilości od 1 % do około 15 % suchej masy [Nishimura 2010], a jego zawartość zależy od rodzaju mięśnia i lokalizacji w tuszy [Purslow 2005]. Kolagen jest głównym składnikiem omięsnych tj. endomysium, perimysium i epimysium. Otaczającą mięsień omięsną zewnętrzną (epimysium) można łatwo usunąć, dlatego jej wpływ na jakość mięsa, w tym przede wszystkim kruchość, jest niewielki (lub nie istotny). Ponad 90% kolagenu mięśniowego znajduje się w perimysium i to jemu przypisuje się główną rolę w kształtowaniu kruchości mięsa, uzależnionej od tkanki łącznej [Nishimura 2010; Purslow 2005]. Mięśnie odpowiedzialne za ruch np. w udźcu semimembranosus i semitendinosus, zwykle zawierają więcej kolagenu ogólnego i mniej kolagenu rozpuszczalnego, w porównaniu do mięśni odpowiedzialnych za utrzymanie postawy np. psoas major lub longisimmus dorsi [Domaradzki i Florek 2012]. Wraz z dojrzałością fizjologiczną zwierząt struktura kolagenu w tkance mięśniowej staje się bardziej zwarta, a jego rozpuszczalność maleje. Niekorzystny wpływ wieku zwierząt na kruchość, obserwowany jest szczególnie w mięśniach z wysoką zawartością kolagenu. Związane jest to z tworzeniem się wewnątrzcząsteczkowych wiązań sieciujących, które zwiększają mechaniczną i termiczną stabilność włókien kolagenowych, jak również ich wytrzymałość na rozciąganie. Większe usieciowanie powoduje wzrost temperatury cieplnej degradacji kolagenu i przechodzenie jego mniejszej ilości w formę rozpuszczalną. 178

4 Jest to szczególnie istotne z powodu dodatniej korelacji występującej między rozpuszczalnością kolagenu śródmięśniowego i kruchością oraz cechami sensorycznymi mięsa [Nishimura 2010]. Kolagen ulegający termohydrolizie ma zdolność do zatrzymywania wody podczas obróbki cieplnej, wynika to między innymi z jego emulgujących i żelujących właściwości [Młynek 2009]. Wykazano związek pomiędzy zawartością kolagenu śródmięśniowego a ocenianą instrumentalnie kruchością gotowanego mięsa wołowego [Ngapo i in. 2002; Riley i in. 2005] i mięsa cielęcego [Domaradzki i in. 2010], jak również wskazuje się na znaczącą rolę frakcji rozpuszczalnej kolagenu w kształtowaniu kruchości mięsa [Silva i in. 2010]. Celem pracy było porównanie zawartości kolagenu ogólnego i jego frakcji rozpuszczalnej w dwóch mięśniach szkieletowych (najdłuższym lędźwi i półścięgnistym) u różnych kategorii bydła rasy Polskiej Holsztyńsko-Fryzyjskiej odmiany czarno-białej. Zawartość białka kolagenowego oznaczono w mięśniach surowych i poddanych obróbce termicznej. MATERIAŁ I METODY Badaniami objęto bydło rasy Polskiej Holsztyńsko-Fryzyjskiej odmiany czarno-białej (PHF), w tym 8 cieląt (w wieku dni), 8 jałówek i 8 buhajków (w wieku około 18 miesięcy) oraz 8 krów. W trakcie rozbioru technologicznego prawych półtusz, po 24 h wychłodzeniu, pobierano próby mięśni najdłuższego grzbietu z odcinka lędźwiowego (m. longissimus lumborum ML) i półścięgnistego (m. semitendinosus ST). Próby pakowano próżniowo w worki z foli PE i przechowywano w temperaturze 4 ºC ± 1 ºC do 12 dnia post mortem, a następnie oznaczono kolagen ogólny i rozpuszczalny w mięsie surowym i po obróbce termicznej. Obróbkę termiczną prób mięsa o masie 100g przeprowadzono w łaźni wodnej w szczelnie zamkniętych woreczkach foliowych w temp. 70 ºC przez 1h. Ilość kolagenu ogólnego oznaczono na podstawie zawartości hydroksyproliny (współczynnik przeliczeniowy 7,52) wg PN-ISO 3496:2000, wykorzystując spektrofotometr Varian Cary 300 Bio. Kolagen rozpuszczalny oznaczono wg metody opisanej przez Palkę [1999] z modyfikacjami. Około 5 g próbki mięsa homogenizowano z 179

5 24 cm 3 płynu Ringera rozcieńczonego wodą destylowaną w stosunku 1:4. Homogenat ogrzewano w łaźni wodnej o temp. 77 C przez 70 min., a następnie wirowano (4000 g przez 15 min.) w wirówce Universal 320R Hettich Zentrifugen. Supernatant zlewano, osad przemywano płynem Ringera (1:4) i ponownie wirowano. Otrzymany osad hydrolizowano 30 cm 3 3 M roztworu H 2 SO 4 i w kolejnych etapach postępowano, jak w przypadku oznaczenia kolagenu ogólnego. Z różnicy zawartości kolagenu ogólnego i nierozpuszczalnego obliczano kolagen rozpuszczalny, który wyrażano jako procent kolagenu ogólnego. Pomiar maksymalnej siły cięcia (Fmax., N) prób mięsa po obróbce termicznej, wykonano za pomocą jednokolumnowej maszyny wytrzymałościowej Zwick/Roell Proline B0.5 wykorzystując nóż szerometryczny Warner-Bratzlera (V-blade). Próbki mięsa (ok. 100 g) umieszczano w woreczkach foliowych i poddawano obróbce termicznej w łaźni wodnej w temp. 70 C przez 1 h, następnie chłodzono w zimnej wodzie i przechowywano w temp. 4 C przez 24 h. Średnią wartość dla próbki obliczono na podstawie 5 powtórzeń, poddając cięciu słupki o wym mm, poprzecznie do przebiegu włókien. Wyniki pomiarów opracowano z wykorzystaniem programu TestXpert II. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie za pomocą programu STATISTICA ver. 6 (StatSoft, 2003) w oparciu o jednoczynnikową analizy wariancji, oceniając wpływ kategorii bydła oraz rodzaju mięśnia (ML vs. ST). Istotność różnic pomiędzy średnimi dla ocenianych grup wyznaczono testem NIR Fishera. Obliczono również współczynniki korelacji liniowej Pearsona pomiędzy zawartością kolagenu ogólnego i rozpuszczalnego a maksymalną siłą cięcia mięsa surowego i poddanego obróbce termicznej. WYNIKI I DYSKUSJA Wykazano, że surowy i poddany obróbce termicznej mięsień ML buhajków, w porównaniu do pozostałych ocenianych kategorii bydła zawierał najwięcej kolagenu ogólnego (odpowiednio 10,55 i 14,03 mg/g) (tab. 1). Jednak istotne (p 0,05) różnice w jego zawartości potwierdzono tylko po obróbce termicznej dla mięśni buhajków i krów. W przypadku kolagenu rozpuszczalnego istotnie najwyższą zawartość oznaczono zarówno w surowym, jak i poddanym obróbce termicznej 180

6 mięśniu ML cieląt (odpowiednio 37,90 i 34,40 %), który jednocześnie odznaczał się istotnie najniższą siłą cięcia (47,90 N). Przeciwne tendencje, tzn. istotnie najniższy udział kolagenu rozpuszczalnego i istotnie największą siłę cięcia, oznaczono w próbach ML krów. Zdaniem Młynka [2009] zawartość kolagenu i stopień jego hydrolizy podczas ogrzewania jest jednym z czynników decydujących o przydatności kulinarnej surowca mięsnego. Ilość kolagenu rozpuszczalnego w dużym stopniu wpływa na teksturę mięsa, między innymi poprzez zdolność zatrzymywania wody podczas obróbki cieplnej. Analizując wyniki dotyczące mięśnia ST istotnie (p 0,05) najwyższą zwartość kolagenu ogólnego w surowej tkance mięśniowej stwierdzono u buhajków (16,58 mg/g), najniższą natomiast u jałówek (12,13 mg/g) (tab. 1). Większą ilość kolagenu stwierdza się w mięsie buhajków niż u jałówek. Żeńskie hormony spowalniają syntezę tkanki łącznej, co korzystnie wpływa na kruchość mięsa jałówek [Pospiech i in. 2003; Nowak 2009]. Palka [2003] w mięśniu ST buhajków po 12 dniach dojrzewania chłodniczego stwierdziła zawartość kolagenu ogólnego w mięśniu surowym na poziomie 0,79 %, a jego frakcji rozpuszczalnej - 27,43 %, natomiast po obróbce termicznej w 70 C odpowiednio 1,36 % i 26,23 %. W poddanych obróbce termicznej mięśniach ST ocenianych kategorii bydła wykazano zbliżoną zawartością kolagenu ogólnego tzn. w zakresie od 18,19 mg/g u jałówek do 20,50 mg/g u cieląt. W mięśniu ST cieląt wykazano ponadto najwyższy udział kolagenu rozpuszczalnego (31,14 % w mięśniu surowym i 26,56 % po obróbce termicznej), przy czym istotne różnice potwierdzono tylko względem krów. Podobnie jak w przypadku mięśnia ML, istotnie (p 0,05) najniższą siłę cięcia oznaczono dla ST cieląt (37,49 N), najwyższą natomiast dla krów (78,00 N) (tab. 1). Wykazano, że zarówno surowe jak i poddane obróbce termicznej mięśnie ST ocenianych kategorii bydła zawierały istotnie (p 0,01) więcej kolagenu ogólnego, przeciętnie o 4,57 i 7,63 mg/g w porównaniu z ML. W przypadku kolagenu rozpuszczalnego oraz siły cięcia istotne statystycznie różnice nie występowały (tab. 1). Kołczak i in. [2003] oceniając zawartość kolagenu w mięśniach ST i psoas major (PM) trzech kategorii bydła, wykazali zdecydowanie wyższą jego zawartość zarówno w ogrzewanych, jak i nieogrzewanych 181

7 Tab. 1. Zawartość kolagenu ogólnego (mg/g) i rozpuszczalnego (jako % kolagenu ogólnego) w surowych i po obróbce termicznej mięśniach (najdłuższym grzbietu z odcinka lędźwiowego ML i półścięgnistym - ST) oraz ich siła cięcia w zależności od kategorii bydła. Wyszczególnienie Mięsień surowy Mięsień po obróbce termicznej Siła cięcia Fmax. Kolagen ogólny Kolagen rozpuszczalny Kolagen ogólny Kolagen rozpuszczalny (N) Mięsień najdłuższy grzbietu z odcinka lędźwiowego Cielęta 9,50 a ± 1,75 37,90 B ± 6,43 12,08 ab ± 2,21 34,40 C ± 2,42 47,49 a ± 12,07 Jałówki 8,91 a ± 0,54 24,20 Ab ± 2,38 11,54 ab ± 2,11 23,08 B ± 4,76 52,10 ab ± 8,53 Buhajki 10,55 a ± 2,13 24,60 Ab ± 5,89 14,03 b ± 1,17 24,29 B ± 1,45 66,59 b ± 14,16 Krowy 9,33 a ± 2,12 15,62 Aa ± 5,14 9,98 a ± 2,81 14,64 A ± 4,19 85,08 c ± 24,10 Mięsień półścięgnisty Cielęta 13,88 a ± 2,56 31,14 B ± 4,41 20,50 a ± 2,79 26,56 b ± 4,64 37,49 a ± 6,81 Jałówki 12,13 a ± 1,57 25,04 B ± 5,33 18,19 a ± 2,36 22,80 ab ± 4,38 52,60 b ± 6,14 Buhajki 16,58 b ± 2,03 24,93 B ± 4,50 19,36 a ± 3,07 20,85 ab ± 5,05 61,58 b ± 5,68 Krowy 13,71 a ± 1,58 15,45 A ± 5,40 19,16 a ± 3,48 17,96 a ± 4,94 78,00 c ± 19,34 Wpływ Mięśnia ** ns ** ns ns Wartości średnie oznaczone różnymi literami w kolumnach w obrębie mięśnia różnią się statystycznie istotnie: A, B, C - p 0,01; a, b, c - p 0,05 * - p 0,05; ** - p 0,01; ns nie stwierdzono 182

8 mięśniach ST. Najwyższą zawartość kolagenu ogólnego stwierdzili w mięśniach surowych oraz ogrzewanych cieląt, następnie jałówek i krów. Potwierdzili również zdecydowanie lepszą rozpuszczalność kolagenu z mięśnia PM w porównaniu z ST oraz większy wzrost rozpuszczalności kolagenu w trakcie 12. dniowego dojrzewania w mięśniach cieląt w porównaniu do jałówek i krów. U tych ostatnich stanowił on ok. 18% kolagenu ogólnego w mięśniu PM i 15% w ST. Schönfeldt i Strydom [2011] wykazali, że jakkolwiek wiek bydła nie wpływa na zawartość kolagenu ogólnego w mięsie, to w przypadku kolagenu rozpuszczalnego jego oddziaływanie staje się już istotne. Wraz z wiekiem (choć nie liniowo) spada ilość kolagenu ulegającego termohydrolizie i to niezależnie od rodzaju mięśnia. Pomimo, iż kolagen w większości mięśni występuje w relatywnie niewielkiej ilości jego wpływ na jakość mięsa, w tym przede wszystkim na kruchość jest szczególnie ważny [Kołczak 2008]. Uzyskane wyniki badań potwierdzają tę tezę. Wykazano bowiem istotne ujemne korelacje pomiędzy siłą cięcia a udziałem kolagenu rozpuszczalnego w mięśniach surowych (r=-0,55; p 0,01) i poddanych obróbce termicznej (r =-0,40; p 0,05), jak również kolagenem ogólnym w mięśniach surowych (r=0,24; p>0,05) (tab. 2). Kołczak i in. [1992] analizując sześć mięśni u różnych kategorii bydła wykazali, że siła cięcia mięśni była dodatnio skorelowana z zawartością kolagenu ogólnego oraz ujemnie z jego frakcją rozpuszczalną. Z kolei wcześniejsze badania autorów na mięsie cieląt [Domaradzki i in. 2010], wykazały ujemny związek pomiędzy udziałem kolagenu ogólne a siłą cięcia mięśnia ML (r=-0,265; p 0,05), natomiast dodatni dla mięśnia ST (r=0,240; p 0,05). Tab. 2. Współczynniki korelacji pomiędzy zawartością kolagenu ogólnego i rozpuszczalnego w mięśniach surowych i po obróbce termicznej a siłą cięcia. Wyszczególnienie Kolagen ogólny Mięśnie surowe Kolagen rozpuszczalny Mięśnie po obróbce termicznej Kolagen ogólny Kolagen rozpuszczalny Siła cięcia 0,24-0,55** 0,041-0,40* Fmax. * - p 0,05; ** - p 0,01; 183

9 WNIOSKI Istotnie najwyższą zawartość kolagenu rozpuszczalnego stwierdzono dla surowych i poddanych obróbce cieplnej mięśni cieląt, natomiast najniższe wartości odnotowano dla mięśni krów. Średnia zawartość kolagenu rozpuszczalnego, dla tej grupy zwierząt, w żadnym z analizowanych przypadków nie przekroczyła 20 %. Spośród ocenianych kategorii bydła najbardziej kruche (najniższa siła cięcia) było mięso cieląt, a najmniej kruche mięso krów. Udział kolagenu rozpuszczalnego był istotnie ujemnie skorelowany z siłą cięcia zarówno mięśni surowych, jaki i poddanych obróbce termicznej. LITERATURA CYTOWANA Domaradzki P., Florek M Mięso i przetwory mięsne. [w:] Litwińczuk Z. (red). Towaroznawstwo surowców i produktów zwierzęcych z podstawami przetwórstwa. Wydawnictwo PWRiL. Warszawa. Domaradzki P., Skałecki P., Florek M., Litwińczuk Z Związek kolagenu z wybranymi parametrami technologicznymi mięsa cielęcego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 4(71), Kołczak T Jakość wołowiny. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 1(56), Kołczak T., Palka K., Pospiech E Changes in collagen solubility of raw and roasted bovine psoas major and minor and semitendinosus muscles during cold storage. Pol. J. Food Nutr. Sci., 3(12/53), Kołczak T., Palka K., Zarzycki A Wpływ kolagenu śródmięśniowego na kruchość i inne cechy sensoryczne mięśni bydła. Acta Agr. Silv., ser. zootech., 30, Młynek K Struktura i metabolizm włókien mięśniowych u krajowego bydła czarno-białego i mieszańców po buhajach ras mięsnych oraz ich związek z cechami wartości rzeźnej i jakością mięsa. Rozprawy Naukowe 99. Wydawnictwo AP. Siedlce. Ngapo T. M., Berge P., Culioli J., Dransfield E., De Smet S., Claeys E Perimysial collagen crosslinking and meat tenderness in Belgian Blue double-muscled cattle. Meat Sci. 61, Nishimura T The role of intramuscular connective tissue in meat texture. Anim. Sci. J., 81, Nowak D Kruchość mięsa wołowego i metody jej poprawy. Przem. Spoż., 3,

10 Palka K Changes in intramuscular connective tissue and collagen solubility of bovine m. semitendinosus during retorting. Meat Sci., 53, Palka K The influence of post-mortem ageing and roasting on the microstructure, texture and collagen solubility of bovine semitendinosus muscle. Meat Sci., 64, PN-ISO 3496: Mięso i przetwory mięsne. Oznaczanie zawartości hydroksyproliny. Pospiech E., Iwańska E., Grześ B Kruchość mięsa kulinarnego i możliwości jej poubojowego kształtowania. Rocz. Inst. Przem. Mięs. Tłusz., 40, Purslow P. P Intramuscular connective tissue and its role in meat quality. Meat Sci., 70, Riley D. G., Johnson D. D., Chase C. C. J., West R. L. i in Factors influencing tenderness in steaks from Brahman cattle. Meat Sci., 70, Schönfeldt H. C., Strydom P. E Effect of age and cut on tenderness of South African beef. Meat Sci., 87, Silva C. C. G., Rego O. A., Simões E. R. E., Rosa H. J. D Consumption of high energy maize diets is associated with increased soluble collagen in muscle of Holstein bulls. Meat Sci., 86,