dr inż. Katarzyna Tkacz
mgr inż. Joanna Ewelina Rydel
mgr inż. Gabriela Bazylczyk
dr hab. inż. Monika Modzelewska-Kapituła, prof. UWM
mgr inż. Weronika Zduńczyk

Katedra Technologii i Chemii Mięsa, Wydział Nauki o Żywności
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Zdolność utrzymywania wody przez mięso oraz jego przetwory jest jednym z ważniejszych aspektów z punktu widzenia technologicznego, jak i ekonomicznego. Służy jako parametr do oceny jakości mięsa oraz jest decydującym wskaźnikiem przydatności technologicznej [12]. Cecha ta ma znaczący wpływ na soczystość i kruchość mięsa oraz na zmiany zawartości wody w mięsie w trakcie transportu, chłodniczego przechowywania, a także podczas obróbki termicznej [6].

Zdolność zatrzymywania wody

Zdolność zatrzymywania wody (WHC, ang. water-holding capacity) jest bardzo ważnym wyróżnikiem zarówno pod względem technologicznym, jak i ekonomicznym. Jest to jedna z głównych cech jakościowych surowca mięsnego oraz ważny parametr służący do oceny jakości mięsa [6; 11]. Istotna jest zdolność zatrzymywania wody własnej oraz wody dodanej podczas procesu technologicznego do mięsa [5; 10]. Wodochłonność oraz stopnień zatrzymywania wody przez mięso zależy od wielu czynników, największe znaczenie jednak mają: zawartość białka, stopień rozwoju powierzchni kontaktu białka z wodą, obecność soli i dodatków wiążących wodę oraz pH [12]. Dodatkowo wpływ mają także takie czynniki jak sposób postępowania przed ubojowego, typ mięśnia, gatunek, płeć i wiek zwierzęcia, technika uboju, a także proces technologiczny [11]. Za wodochłonność tkanki mięśniowej odpowiadają przede wszystkim miozyna, aktyna i tropomiozyna, zaś zdolność wiązania wody przez poszczególne grupy funkcyjne białek o charakterze hydrofilnych koloidów mających wymiar wysokocząsteczkowy przedstawia się następująco: -COO- < -NH3+< -NH2 < -COOH [16].
Wodochłonność mięsa jest tym większa, im większa przestrzeń wewnątrz włókienek mięśniowych jest dostępna dla wody. Zdolność ta maleje lub rośnie, będąc następstwem kierunku i szybkości przemian poubojowych, warunków magazynowania mięsa i postępowania z nim w przetwórstwie [17].
Wypływający z mięsa płyn zawiera 80-160 mg białka/cm3 płynu, 20 mM sodu oraz 120 mM potasu. Wyciek zawiera witaminy oraz prekursory smakowitości mięsa, którymi są wolne aminokwasy, a także niskocząsteczkowe peptydy. Mięso, które charakteryzuje się większym wyciekiem, oznacza się słabymi zdolnościami emulgującymi, a także posiada zmniejszoną przydatność przetwórczą. Produkty wytworzone z mięsa wodnistego cechują się obniżoną soczystością, gorszymi walorami smakowymi oraz niepożądanymi cechami tekstury [5].
Czynniki poubojowe kształtujące zawartość wody unieruchomionej w mięsie

Pierwszym czynnikiem, który ma wpływ na zawartość wody unieruchomionej w mięsie jest pH [5]. Dynamika kształtowania się pH oraz jego niska wartość końcowa, powiązane są z niską zdolnością zatrzymywania wody w mięsie. Podczas obniżania pH, gdy mięśnie są jeszcze ciepłe, następuje denaturacja wielu białek oraz wiązanie wody [4]. Gromadzenie się kwasu mlekowego w mięśniach zwierząt podczas okresu poubojowego, wpływa na obniżenie się pH mięśni. Równowaga elektryczna ma miejsce, gdy pH mięśnia osiąga wartość zbliżoną do punktu izoelektrycznego białek mięśniowych, dokładniej miozyny (pI=5,4), gdzie suma ładunków dodatnich oraz ujemnych na powierzchni białek miofibrylarnych wynosi zero. Grupy posiadające ładunek dodatni oraz ujemny nawzajem się przyciągają [5]. Przy wartościach pH większych od punktu izoelektrycznego białek miofibryli tworzy się przeładowanie ładunków ujemnych występujących na powierzchni białek, natomiast przy wartościach pH mniejszych od punktu izoelektrycznego ma miejsce nadmiar ładunków dodatnich na powierzchni białek. W obu tych przypadkach dochodzi do odpychania się filamentów i powiększenia przestrzeni dostępnej dla wody w obrębie miofibryli, co powoduje wzrost wodochłonności mięsa [4].  Gwałtowne obniżenie pH mięśni tuż po uboju zwierząt do wartości mniejszych od 5,8, gdy temperatura wynosi powyżej 35oC, może prowadzić do denaturacji białek sarkoplazmy oraz białek kurczliwych miofibryli, czego efektem może być obniżenie retencji wody w mięsie, a przede wszystkim tworzenie się dużego wycieku [5].
Następnym czynnikiem wpływającym na zawartość wody unieruchomionej w mięsie jest stężenie pośmiertne. Proces stężenia pośmiertnego przebiegający w naturalnych warunkach jest nieodwracalny [5]. Zawartość wody występującej w pierwszym etapie stężenia pośmiertnego w przestrzeniach kapilarnych komórki mięśniowej nie ulega istotnym zmianom. Natomiast podczas rozwoju stężenia pośmiertnego powierzchnia komórek mięśniowych zostaje zmniejszona, a rozmieszczenie wody w zasięgu komórek jest inne niż przed stężeniem [7].
W trakcie przechowywania mięsa, w którym wystąpiło stężenie pośmiertne, w temperaturach powyżej punktu zamarzania, zachodzą procesy, które nazywane są dojrzewaniem [7]. W trakcie dojrzewania mięsa zwiększa się jego kruchość oraz wodochłonność, a także tworzą się pożądane cechy
smakowitości. W trakcie dojrzewania poubojowego zachodzą zmiany w strukturze włókien mięśniowych, które przedstawiono na rys.1.


Rozluźnienie struktur wewnątrz- i międzykomórkowych powoduje zwiększenie już istniejących oraz powstawanie nowych przestrzeni dostępnych dla wody, co skutkuje zwiększoną wodochłonnością mięsa, opisywaną jako „efekt gąbki”. Zmiany zachodzące w białkach strukturalnych powodują degradację „kanałów”, z których w stanie rigor woda mogła być usuwana na zewnątrz włókien mięśniowych. Rozkład struktur białkowych, a zatem i utworzonych wcześniej „kanałów”, prowadzi do powstawania „efektu gąbki”, w wyniku czego woda zostaje fizycznie zatrzymywana wewnątrz tkanki mięśniowej
i zmniejszony zostaje wyciek soku mięsnego [18].
Podczas dojrzewania mięsa przebiegają procesy utleniania białek, przede wszystkim białek miofibrylioraz kalpain, których efektem jest tworzenie się dodatkowych wiązań międzycząsteczkowych oraz wewnątrzcząsteczkowych, hamujących aktywność poszczególnych enzymów proteolitycznych [5]. Utlenianie kalpain powoduje zmniejszenie szybkości dojrzewania mięsa oraz jest czynnikiem wpływającym na zwiększenie wielkości wycieku [7].

Znaczenie wody w procesie technologicznym

Na wodochłonność mięsa szczególną uwagę zwraca się, gdy jest ono bezpośrednio przeznaczane do obróbki kulinarnej. Zdolność wiązania wody wywiera pośredni lub bezpośredni wpływ na trwałość, barwę oraz teksturę mięsa, w tym jego soczystość. Mięso odznaczające się wysoką wodochłonnością traci mniej soku mięsnego podczas przechowywania i obróbki cieplnej, co polepsza soczystość oraz zmniejsza wycieki. Soczystość jest związana z satysfakcją ze spożywania mięsa i odgrywa istotną rolę dla konsumenta [16]. Przy dużej zawartości wody wolnej, znajdującej się głównie w dużych przestrzeniach kapilarnych, uwalniania jest ona już w pierwszej fazie rozgryzania, co skutkuje suchym mięsem w trakcie właściwego żucia. Jedynie mięso o dużej ilości wody związanej, głównie w przestrzeniach mikrokapilarnych daje wrażenie soczystości [8; 18]. Wodochłonność decyduje o ubytkach masy podczas przechowywania i przetwarzania mięsa [19].
Ubytki te wynikają z parowania wody z jego powierzchni oraz powstawania wycieków. Możemy zdefiniować następujące rodzaje wycieków [1]:
• wyciek swobodny – roztwór wodny, uwalniany z mięsa surowego na skutek działania sił grawitacyjnych; obserwowany podczas przechowywania mięsa,
• wyciek wymuszony – roztwór wodny, uwalniany z mięsa surowego na skutek działania sił zewnętrznych – nacisk, wirowanie itp.; stosowany przy oznaczaniu zawartości wody wolnej,
• wyciek rozmrażalniczy – to roztwór wodny, który uwalnia się z mięsa rozmrożonego,
• wyciek cieplny – roztwór wodny uwalniający się z mięsa ogrzewanego.

Wyciek cieplny jest następstwem zmian, jakie zachodzą podczas ogrzewania w tkance mięśniowej i łącznej. W temperaturze 40–60°C dochodzi do powiększania się przestrzeni pomiędzy włóknami i omięsną wewnętrzną, a podniesienie temperatury do 60–70°C skutkuje skurczem tkanki łącznej i podłużnym skurczem włókien. Kurcząca się tkanka łączna wywiera ciśnienie na wodny roztwór znajdujący się w przestrzeniach pozakomórkowych, które powoduje jego usuwanie z mięsa w formie wycieku cieplnego [13]. Zmiana struktury białek spowodowana długotrwałym ogrzewaniem w wysokiej temperaturze powoduje obniżenie wiązania wody i tym samym pogorszenie soczystości. Korzystne jest zastosowanie krótkotrwałego ogrzewania w wysokiej temperaturze w początkowym okresie obróbki, które prowadzi do wytworzenia powierzchniowej warstewki zdenaturowanego białka, utrudniającego utratę wody podczas dalszego ogrzewania. Przekroczenie temperatury 70°C podczas prowadzonej obróbki cieplnej powoduje obniżenie soczystości mięsa na skutek maksymalnego skrócenia włókien mięśniowych. Z kolei mięso zamrożone charakteryzuje się mniejszą soczystością po rozmrożeniu, w porównaniu z mięsem niepoddanym temu zabiegowi, ze względu na wyciek rozmrażalniczy.
W przetwórstwie mięsa znaczenie wody rozpatruje się nie tylko pod względem naturalnego, występującego w dużej ilości składnika tkanki mięśniowej, ale także jako substancji, która jest dodawana w procesie przetwórczym i ma znaczący wpływ na wydajność procesów technologicznych oraz cechy wyrobów gotowych [3; 10]. W celu poprawienia właściwości technologicznych, szczególnie związanych ze zwiększeniem wodochłonności mięsa, stosuje się peklowanie połączone z oddziaływaniem mechanicznym, wysokie ciśnienia, prąd elektryczny oraz ultradźwięki [2].
Właściwości hydratacyjne mięsa, do których zaliczamy między innymi zdolność wiązania wody, należą do kluczowych czynników, które kształtują jakość oraz wartość ekonomiczną mięsa i są niezwykle istotne w jego przetwórstwie. Właściwości te wpływają również znacząco na kruchość oraz soczystość mięsa, na zmiany zawartości wody w mięsie w trakcie transportu, przechowywania oraz obróbki termicznej.

Literatura

1. Dolatowski Z., Twarda J., 2002, Rola wody w mięsie, Mięso i Wędliny, 32-35.
2. Dolatowski Z. Stadnik J., Olszak M., 2006, Wpływ sonifikacji mięsa wołowego (m. semimembranosus) na wodochłonność, wyciek cieplny i strukturę po rozmrożeniu, Rocznik Instytutu Przemysłu Mięsnego i Tłuszczowego, 44(1), 93-101.
3. Domaradzki P., Skałecki P., Florek M., Litwińczuk Z., 2010, Związek
kolagenu z wybranymi parametrami technologicznymi mięsa wieprzowego, ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość., 17(4), 50-62.
4. Huff-Lonergan Elisabeth., 2010, Water-holding capacity of fresh meat, National Board meat pork.
5. Kołczak Tadeusz., 2007, Retencja wody w mięsie, Gospodarka Mięsna, 30-35.
6. Modzelewska-Kapituła M., Cierach M., 2012, Wykorzystanie komputerowej analizy obrazu do oznaczania zawartości wody wolnej w mięsie metodą Graua- Hamma – wpływ wielkości nacisku i czasu na wynik oznaczenia, Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego, 1, 23-25.
7. Pisuła Andrzej., Pośpiech Edward., 2011, Mięso- podstawy nauki i technologii Pisula A., Pospiech E., 2011, Mięso – podstawy nauki i technologii, wyd. SGGW, Warszawa, 15-21.
8. Gońi S.M., Salvadori V.O., 2010, Prediction of cooking times and weight losses during meat roasting, Journal of Food Engineering, 100(1), 1-11.
9. Sman R.G.M., Voda A., Dalen G., Dujster A., 2013, Ice crystal interspacing in frozen foods, Journal of Food Engineering, 116 (2), 622-626.
10. Stodolnik L., Rosiński P., Grzegrzółka A., 2004, Krioochronne właściwości pektyny i lecytyny w tkance mięśniowej drobiu w czasie zamrażalniczego przechowywania, Chłodnictwo: organ Naczelnej Organizacjii Technicznej, 39(8), 74-77.
11. Tomkiewicz D. Seńcio M., Dolik K., 2012, Układ pomiarowy do określenia parametrów tekstury mięsa na podstawie pomiaru zmiany prędkości wycieku wody, Pomiary Automatyka Kontrola, vol 58 (10), 901-904.
12. Volpato G., Michielin E.M.Z., Ferreira S.R.S., Petrus J.C.C., 2008, Optimization of the chicken breast cooking process, Journal of Food Engineering, 84 (4), 576-581.
13. Barbera S., Tassone S., 2006, Meat cooking shrinkage: Measurement of a new meat quality parameter, Meat Science, 73, 467-474.
14. Prost E., 2006, Zwierzęta rzeźne i mięso – ocena i higiena. Lubelskie Towarzystwo Naukowe, Lublin
15. Pałacha Z., 2008, Aktywność wody ważny parametr trwałości żywności. Przemysł Spożywczy 4, 22-26.
16. Orkusz A., 2015, Czynniki kształtujące jakość mięsa drobiu grzebiącego. Nauki Inżynierskie i Technologie. Tom 1, Nr 16, 52-53.
17. Borzyszkowski M., 2015, Właściwości technologiczne mięsa wołowego, Wielka księga wołowiny; QMP-dobra wołowina, 103-106.
18. Domaradzki P., Litwińczuk Z., Florek M., Litwińczuk A., 2016, Zmiany właściwości fizykochemicznych i sensorycznych mięsa wołowego w zależności od warunków jego dojrzewania, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. Tom 23, Nr 3, 35-53 (Lesiów 2001).