Dr inż. Jerzy Wajdzik
Mięso jest produktem żywnościowym odgrywającym ważną rolę w żywieniu człowieka, głównie ze względu na zawartość w nim łatwostrawnych i cennych składników odżywczych.

W grupie takich produktów istotne miejsce zajmuje mięso wołowe, występujące w obrocie towarowym przede wszystkim jako mięso kulinarne o różnych kierunkach przetwarzania. Mięso to cechuje się wysoką wartością odżywczą, dietetyczną oraz posiada odpowiednie pożądane walory sensoryczne. O jego cechach kulinarnych decyduje również niska zawartość w nim tłuszczu, a przede wszystkim właściwy żywieniowo stosunek kwasów tłuszczowych nienasyconych do nasyconych. Tłuszcz wołowy i zawarte w tym gatunku mięsa substancje wyciągowe nadają wołowinie charakterystyczny aromat i wpływają na jej ogólną smakowitość. Wyróżnikami decydującymi o jakości kulinarnej mięsa wołowego jest głównie jego soczystość i kruchość, która jest uwarunkowana zakresem zmienności fizjologicznej ubijanego bydła. Ten istotny jakościowy wyróżnik jakim jest kruchość zależy od podstawowych składników białkowych, do których należą białka śródmięśniowej tkanki łącznej i białka miofibryli. Ich wpływ na kruchość mięsa wołowego determinowana jest rodzajem mięśni, ich składem i strukturą oraz zastosowanymi dodatkowymi zabiegami technologicznymi, do których zalicza się głównie dojrzewanie. Oddziałujące czynniki, w dużym stopniu kształtują właściwości sensoryczne mięsa wołowego, w wyniku zachodzących przemian chemicznych i biochemicznych. W rezultacie, w procesie kruszenia, modyfikacji ulega smak mięsa, jego zapach, barwa, wartość pH, wodochłonność i szeroko rozumiana konsystencja.

Przemiany poubojowe

Po uboju w mięsie zachodzą przemiany określane jako endogenne, będące skutkiem działania enzymów tkankowych
oraz egzogenne, których źródłem są bodźce zewnętrzne. Zachodzące w tkance mięśniowej procesy zmieniają właściwości fizyko-chemiczne mięsa i prowadzą do wykształcenia się pożądanej tekstury. Największe znaczenie w tym zakresie ma rozpad węglowodanów, nukleotydów, białek i tłuszczów.

Przemiany węglowodanów

W mięsie po uboju, zachodzące w warunkach beztlenowych procesy glikolityczne (glikogenoliza, glikoliza) prowadzą do powstania kwasu mlekowego, który gromadząc się w znacznych ilościach przyczynia się do szybkiego spadku wartości pH w mięsie od poziomu 7,3-7,4 aż do wartości ok. 5,4. Spadek ten odgrywa ważną rolę w aspekcie higienicznym, stanowiąc czynnik ograniczający rozwój drobnoustrojów. W ten sposób zjawisko to przeciwdziała procesom gnilnym oraz wpływa pozytywnie na właściwości fizyko-chemiczne mięsa i zapewnia jego trwałość.

Przemiany nukleotydów

Rozpad poubojowy zawartego w mięśniach wysokoenergetycznego ATP (adenozynotrójfosforan) przyczynia się
do wystąpienia stężenia pośmiertnego, w czasie którego wytwarza się szereg produktów będących rezultatem zachodzących przemian. Na dynamikę i zakres rigor mortis wpływa rodzaj mięśni, ich otłuszczenie oraz temperatura. Faza rozwoju stężenia (rigor mortis) w mięśniach bydła następuje w 16-18 h od uboju i przebiega zgodnie z prawem Nystema. Mięśnie w tym czasie tracą charakterystyczną wysoką elastyczność typową dla fazy pre – rigor mortis. Następuje w mięśniach gwałtowne usztywnienie, co prowadzi do ograniczonej kruchości mięsa. W końcowej fazie stężenia pośmiertnego (post – rigor mortis), zanikają niekorzystne cechy mięsa, do których należy zaliczyć właśnie twardość i jego sztywność.

Przemiany białek

Rozpad węglowodanów i nukleotydów przyczynia się do endogennych przemian białek zlokalizowanych we włóknach
mięśniowych. Produkty tych przemian, w istotnym stopniu wpływają na strukturę oraz parametry fizyko-chemiczne mięsa wołowego. Poubojowe procesy autolityczne zachodzące w białkach, wywołane są przede wszystkim aktywnością endogennych proteaz sarkoplazmatycznych, zwanych kalpainami. Są one aktywowane przez kationy Ca+2, które są uwalniane z sieci sarkoplazmatycznej w wyniku spadku wartości pH mięśni sięgającej poziomu około 5,5. Obniżanie się wartości pH zmniejsza wiązanie kalpain z jej inhibitorem zwanym kalpastatyną, co zwiększa w efekcie udział wolnych i aktywnych kalpain w mięśniach. Tkankowe kalpainy powodują wtedy hydrolizę niektórych białek, głównie: titiny, nebuliny, troponiny i desminy. Skutkiem tego procesu jest lepsza zdolność wiązania wody i wzrost soczystości mięsa pojawiająca się w czasie jego dojrzewania. Proteoliza białek regulacyjnych prowadzi ponadto do rozluźnienia zwartej struktury sarkomerów i powiązań miofilamentów, co umożliwia w rezultacie łatwiejszą fragmentację tkanki mięśniowej. Zjawisko to, określane
terminem kruszenia mięsa, pojawia się w tkance z największą dynamiką po 3-4 dniach od uboju. Drugoplanową rolę w procesie kruszenia mięsa odgrywają ponadto, uzyskujące dostęp do miofibryli po uwolnieniu z lizosomów, tkankowe katepsyny.

Przemiany tłuszczów

Zmiany zachodzące w tłuszczach mają również bezpośredni wpływ na jakość dojrzewającego mięsa. Wskutek spadku temperatury zachodzi w nim znacząca zmiana konsystencji tłuszczu. W miarę upływu czasu samoczynnie przebiegający proces autooksydacji powoduje uwalnianie się kwasów tłuszczowych, w tym również nienasyconych. Efektem tak niekorzystnego procesu zmian może być tworzenie się związków karbonylowych, głównie ketonów, aldehydów i nadtlenków.

Skurcz chłodniczy

Szybkość wychładzania poubojowego tusz bydlęcych oraz temperatura pomieszczeń chłodniczych ma istotny wpływa na jakość mięsa wołowego. Zbyt szybkie jego wychładzanie (spadek temperatury wewnątrz mięśni poniżej 12OC przy wartości pH> 6,2 przed wystąpieniem stężenia pośmiertnego), w czasie kiedy mięso znajduje się w fazie pre- rigor mortis prowadzi do niekorzystnych i nieodwracalnych zmian jakościowych określanych jako skurcz chłodniczy (cold shortening). Warunki do takich zmian zachodzą jeszcze w tuszach bydlęcych po 10 godzinach od uboju. Skurcz chłodniczy przejawiający się skróceniem sarkomerów wywołuje kontrakcję między aktyną i miozyną, prowadzącą do niekorzystnej twardości i łykowatości mięsa wołowego. Skutecznym zabiegiem zabezpieczającym mięso przed wystąpieniem tego zjawiska jest zastosowanie elektrycznej stymulacji tusz bydlęcych prowadzącej do szybkiego obniżenia wartości pH mięsa do poziomu < 6,2. Elektrostymulacja powoduje, że rezerwy energetyczne obecne w mięsie po uboju zostają szybciej wyczerpane i w rezultacie stężenie mięśni ulega przyspieszeniu. W efekcie umożliwia to gwałtowniejsze schładzanie poubojowe bez ryzyka wystąpienia skurczu chłodniczego. Proces elektrostymulacji uaktywnia również kalpainy co powoduje, że proteoliza białek zachodzi szybciej. Proces ten sprzyja zjawisku kruszenia mięsa.

Dojrzewanie mięsa wołowego

Wołowina, jako mięso kulinarne powinna charakteryzować się odpowiednio wysokimi właściwościami technologicznymi i sensorycznymi. Optymalnie prowadzony proces wychładzania poubojowego tusz bydlęcych, uwzględniający elektrostymulację, nie gwarantuje jednak w pełni uzyskania wysokich pożądanych cech jakościowych mięsa kulinarnego (soczystość,  smakowitość, kruchość). W celu osiągnięcia najlepszej kruchości, dużej soczystości i smakowitości wołowiny kulinarnej, stosować można kilka grup zabiegów technologicznych, do których zaliczamy:

  • metody biologiczne (enzymy),
  • metody fizyczne (temperatura, czas, wysokie ciśnienie),
  • metody chemiczne (dostarczanie kationów Ca+2).

W celu wykształcenia pożądanych cech jakościowych mięsa wołowego zalecany jest więc swoisty proces jego dojrzewania. Niezbędnym warunkiem uzyskania zakładanych efektów tego procesu, jest przeznaczanie na cele kulinarne mięsa wołowego, pochodzącego z żywca poddawanego ubojowi w wieku nie przekraczającym 30 miesięcy. O jakości kulinarnej mięsa wołowego decyduje również rasa ubijanego żywca, zabiegi hodowlane, płeć oraz warunki osobnicze. W mięśniach pochodzących od osobników płci męskiej, znajduje się podwyższony poziom kalpastatyny inhibitującej kalpainy, co hamuje mechanizmy kruszenia mięsa. Z reguły mięso pochodzące z ras mięsnych, łatwiej podlega pożądanym procesom zmian jakościowych prowadzących do uzyskania lepszej kruchości takiego mięsa. Naturalna kruchość mięsa wołowego a zarazem jego soczystość zależy w dużym stopniu od zawartości w mięsie tłuszczu śródmięśniowego (IMF- intramuscular fat), który jest dodatkowo dobrym nośnikiem smaku. Na jego zawartość istotnie wpływa wiek i płeć ubijanych zwierząt.

Dojrzewanie mięsa wołowego zachodzi skutecznie podczas poubojowego przechowywania go w temperaturze wyższej
niż punkt zamarzania, a prawidłowy przebieg procesu decyduje o uzyskaniu określonych parametrów smakowo-zapachowych, kruchości mięsa oraz wielkości wycieku soku mięsnego. W procesie tym uczestniczą przemiany biochemiczne oraz procesy proteolityczne zachodzące w białkach. Dotyczy to głównie białek cytoszkieletowych, niektórych białek regulacyjnych miofibryli oraz białek macierzy pozakomórkowej. Przebieg proteolizy katalizowany jest przez enzymy tkankowe należące do kalpain i powoduje rozluźnienie połączeń pomiędzy miofibrylami a sarkolemmą. Prowadzi to do poprawy kruchości kulinarnego mięsa wołowego będącej najważniejszym wyróżnikiem jego cech sensorycznych. Zmiany proteolityczne w białkach cytoszkieletowych, zachodzące w czasie dojrzewania mięsa wołowego, sprzyjają większej zdolności utrzymywania wody, co prowadzi do zmniejszenia się swobodnego wycieku soków mięsnych a zarazem do wzrostu soczystości mięsa.
W czasie dojrzewania mięsa wołowego zmienia się interakcja jonowo-białkowa oraz wartość pH mięsa. Ma to duży
wpływ na wodochłonność mięsa, która w trakcie dojrzewania wzrasta. Rozluźnienie struktur komórkowych powoduje zwiększenie przestrzeni dostępnej dla wody oraz uwolnienie białek, głównie aktomiozyny i miozyny, które decydują właśnie o wodochłonności mięsa. Utrzymywana skutecznie w takich warunkach woda decyduje w konsekwencji o soczystości mięsa dojrzałego. Zachodząca równocześnie akumulacja nukleotydów w czasie dojrzewania kształtuje natomiast profil smakowo-zapachowy mięsa. Główną rolę odgrywa w tym zakresie izomer 5’-IMP oraz hipoksantyna, będąca najważniejszym produktem degradacji nukleotydów. Dobry wyróżnik oceny smakowitości, mięso wołowe, uzyskuje przy zawartości hipoksantyny na poziomie 1-5μM/g, który jest osiągany podczas składowania tusz wołowych w temperaturze 2-4OC, po upływie minimum 10 dób od uboju. Wzrasta wtedy również udział aromatycznych związków wysokocząsteczkowych oraz pirazyn i ilość wolnych tłuszczowych kwasów nienasyconych, w tym głównie oleinowego.

Zasadnicze znaczenie, dla przebiegu procesu dojrzewania mięsa wołowego, ma temperatura i czas jego trwania oraz zmieniająca się wartość pH. Dojrzewanie, jako proces wewnątrzkomórkowy, zaczyna się natychmiast po uboju ale zachodzi przede wszystkim podczas chłodzenia w zakresie temperatury – 1÷7OC i trwa przynajmniej 14 dni. Pojawiający się, w trakcie takiego naturalnego dojrzewania, wzrost kruchości mięsa, jest spowodowany zmianami zachodzącymi w strukturach miofibrylarnych, polegający na proteolizie białek tej grupy. Fragmentacja miofibryli jest wynikiem głównie rozpadu miofilamentów desminy i zrywaniem titiny. Białka kurczliwe (aktyna, miozyna), podczas dojrzewania mięsa przebiegającego w temperaturze 0-5OC, nie rozdzielają się w ogóle lub ulegają temu procesowi tylko nieznacznie. W temperaturze powyżej 25OC następuje już jednak znaczący rozkład tych białek.

Rola enzymów tkankowych w dojrzewaniu mięsa

Kalpainy będące wewnątrztkankowymi enzymami, zlokalizowanymi we włóknach mięśniowych działają szczególnie w zakresie obojętnej wartości pH. Najbardziej są aktywne na poziomie pH=7,0÷7,5. Aktywność ich znacząco spada przy wartości pH poniżej 6,5 oraz gdy wartość ta przekroczy poziom 8,0.Działanie kalpain jest również uzależnione od koncentracji jonów wapnia w tkance mięśniowej, które stanowią swoisty regulator ich aktywności. Specyficzny udział w procesie dojrzewania ma inhibitor kalpain, jakim jest proteina zwana kalpastatyną. Chociaż kalpainy cechują się aktywnością uzależnioną od wartości pH, to enzymy te zachowują wystarczająco wysoką aktywność w mięsie wołowym, w którym po uboju następuje obniżanie się jego wartości pH w czasie przechowywania w niskich temperaturach panujących w pomieszczeniach chłodniczych. W takich warunkach występuje, w dużym stopniu zredukowane, niekorzystne, inhibitujące działanie kalpastatyny.

Za efektywność procesu dojrzewania mięsa wołowego odpowiedzialne są w pewnym stopniu również katepsyny,
które jednak współdziałają najbardziej w procesach proteolitycznych zachodzących w temperaturach wyższych niż panujące przy przechowywaniu mięsa.

Dojrzewanie nieenzymatyczne mięsa wołowego

Za kruchość mięsa wołowego, poza właściwościami strukturalnymi włókien szkieletowych, a w szczególności miofibryli i miofilamentów, odpowiedzialne są również występujące w mięśniach różne rodzaje tkanki łącznej. Stabilność tej tkanki, jest uzależniona od usieciowania w niej kolagenu. Dojrzewanie niefizjologiczne mięsa przebiega w warunkach obniżonej wartość pH aż do poziomu ok. 5,5 w temperaturze, którą osiąga wychłodzone mięso, tj. 0-4OC. Zmienne warunki fizjologiczne w komórkach mięśniowych post mortem powodują występowanie następujących przemian:

  • podwyższone stężenie kationów wapnia,
  • osłabianie kompleksów aktomiozyny prowadzące do ustąpienia rigor mortis,
  • rozszczepienie mikrofilamentów pod wpływem podwyższonej zawartości jonów wapniowych,
  • przyspieszony rozpad nebuliny, który jednak stabilizuje cienkie miofilamenty,
  • depolimeryzacja desminy oraz rozkład struktury tkanki łącznej.

Warunki prowadzenia kontrolowanego dojrzewania

Typowa metoda prowadzenia dojrzewania kulinarnego mięsa wołowego polega na zawieszeniu półtusz w chłodni (0-4OC) przy słabej cyrkulacji powietrza. Mięso w takich warunkach powinno przebywać do 20 dób. Czynnikami decydującymi o skuteczności procesu jest temperatura i czas jego trwania. Uważa się, że proces dojrzewania jest najefektywniejszy przy zachowaniu następujących zakresów parametrów:

0-4OC / 10-14 dób
ok. 10OC / 5-6 dób
ok. 20OC / 1 – 2 dób
37OC / ok. 7 godzin

Technikę procesu dojrzewania można modyfikować stosując najpierw tzw. kondycjonowanie półtusz w podwyższonej
temperaturze (14- 16OC) prze 4- 8 godzin, a następnie zastosowanie wychłodzenia w temperaturze poniżej 7OC. Stosując wysokie temperatury dojrzewania należy uwzględnić ryzyko wystąpienia niekorzystnych zjawisk. Nadmierny wzrost temperatury jest zagrożeniem, ponieważ może powodować bowiem pogorszenie się kruchości wskutek zbyt intensywnego cieplnego skrócenia się włókien mięśniowych (warm shortening). Zjawisko to może już zachodzić w temperaturze przekraczającej 20OC.

Inne metody poprawy kruchości

Wśród innych metod poprawy kruchości mięsa wołowego, stosowanych w czasie jego dojrzewania, należy wyróżnić stosowanie wysokiego ciśnienia, ultradźwięków i wprowadzanie do mięsa jonów wapniowych. Te ostatnie skracają czas kruszenia mięsa nawet do 24 godzin. Skutecznym rozwiązaniem dla poprawy kruchości mięsa wołowego jest stosowanie dodatku roślinnych enzymów proteolitycznych. Praktyczne znaczenie w tym zakresie mają enzymy, takie jak: ficyna z figowców, bromelaina z ananasa oraz papaina z Carica papaya. Dobierając je oraz ich wzajemne proporcje 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 efektywne analogiczne działanie na kolagen jak ficyna ale słabo działa na elastynę i wręcz nieznacznie tylko na aktomiozynę. W celu przyspieszenia dojrzewania mięsa wołowego praktykuje się jego pakowanie jako mięsa ,,ciepłego” w celu dojrzewania zachodzącego bez wychłodzenia poubojowego. Osiąga się w ten sposób znaczne korzyści, do których należą:

  • minimalizacja ubytków,
  • długa trwałość przechowalnicza,
  • skuteczne zachowanie aromatu,
  • oszczędność energii.

Pakowanie elementów mięsa ,,ciepłego” odbywa się poprzez wytworzone podciśnienie, które wsysa mięso mimo jego
naturalnej kleistości do rozciągającego się mechanicznie do 180% średniej wielkości wyjściowej rękawa z barierowego tworzywa sztucznego. Po tym zabiegu i zgrzaniu jego dolnej krawędzi, oraz po odłączeniu podciśnienia, następuje silny obkurcz mięsa i powstanie trwałego zamknięcia. Zjawisko to, zachodzi dzięki dużej zdolności materiału opakowaniowego do kurczenia się. Gwarantuje to usunięcie w dużym stopniu powietrza z opakowania. Wypełniony mięsem rękaw foliowy zamyka się przez klipsowanie lub za pomocą zgrzewania. Po 7-8 dniach uzyskuje się dobrą kruchość mięsa wołowego, które wykazuje zarazem ograniczony wyciek soków mięsnych.

Stosując do obciągania mięsa tworzywa sztuczne o dużej barierowości wobec gazów, (system Pi-VAC) uzyskuje się
dodatkowo lepsze efekty trwałościowe. W takich warunkach zapakowane mięso absorbuje resztkowy tlen z wnętrza opakowania, co dodatkowo wpływa pozytywnie na stabilność jego barwy.

Literatura:
1. Górska M. (2015): Czynniki poubojowe kształtujące jakość mięsa. ,,Gospodarka Mięsna” nr 5
2. Kołczak T. (2007): Smakowitość mięsa. ,,Gospodarka Mięsna” nr 12
3. Piaskowska N., Śmiecińska K. (2015): Dojrzewanie poubojowe a jakość wołowiny. ,,Gospodarka Mięsna” nr 8
4. Schwägele F. (1999): Kühlung Kühllagerung und Fleischreifung. ,,Fleischwirtschaft” nr 6