Efecto de la fermentación láctica sobre las propiedades funcionales de las proteínas cárnicas

Abstract

El objetivo de esta tesis fue estudiar las modificaciones en la carne bovina sujeta a tratamientos ácidos para extender la vida útil y la funcionalidad de las proteínas miofibrilares de carne roja sujeta a estos tratamientos y su posible cambio estructural. Porciones de músculo Psoas major de bovino fueron inoculados con tres bacterias alterantes separadamente, obteniéndose una concentración final de 1 O3 UFC/g de carne. Pseudomona fluorescens B52, Brochothrix thermosphacta (NCIB- 1 O0 1 8) y Lactobacillus minor 119B fueron las cepas utilizadas. Posteriormente la carne fue sometida a cuatro tratamientos ácidos. Se inoculó la carne con suspenciones de tres bacterias ácido lácticas empleadas como cultivos bioprotectores (Lactobacillus carnis MXVK76, Lactobacillus pentosus LP 1 -3 103 5 y Staphylococcus carnosus MC 1-0205 5), alcanzando una concentración aproximada de lo5 UFC/g de carne. Finalmente se empleó una solución acuosa de ácido láctico al 2%, obteniéndose una concentración de 200 mg/lOOg de carne. Los controles se prepararon sin la adición de ningún tratamiento ácido. La carne fue envasada al vacío y se incubaron a 4 y 20 "C durante 12 y 6 días respectivamente. En la carne almacenada a 4 "C se realizaron muestreos a los días O, 4, 8 y 12; mientras que para la carne almacenada a 20 "C, O, 2, 4 y 6 fueron los días escogidos. En cada muestreo se evaluó la concentración de bacterias mesófilas totales, bacterias lácticas totales, enterobacterias totales, Pseudomonas spp., B. thermosphacta y bacterias lácticas heterofermentativas. Adicionalmente se estudiaron los cambios sufridos en el pH cárnico, concentración de ácidos grasos libres de cadena larga, producción de aminas biogénicas, así como la hidrólisis sufrida por las proteínas miofibrilares. Asimismo se obiiivieron una serie de parámetros que permitieron evaluar el efecto de los tratamientos ácidos sobre las proteínas miofibrilares y su funcionalidad; siendo éstos la solubilidad, color, concentración de grupos sulfhidrilos, propiedades de gelificación y emulsificación. Para determinar las propiedades de gelificación se realizaron pruebas de penetración de geles, estudios reológicos dinámicos y microscopía electrónica de barrido. Los índices de actividad de emulsión, estabilidad de emulsión y capacidad de emulsión fueron estudiados para caracterizar las propiedades de emulsión de las proteínas miofibrilares. Los tratamientos ácido lácticos lograron reducir la población de microorganismos alterantes en la carne almacenada en refrigeración y en abuso térmico. El ácido láctico evidenció las mayores reducciones en la cuenta de los diferentes microorganismos alterantes, siendo más notorio en la carne almacenada en refrigeración. Reflejo de estos resultados fueron los menores valores de pH obtenidos en la carne tratada con ácido láctico. Las bacterias bioprotectoras lograron reducir. el pH cárnico solo cuando la carne fue almacenada en refrigeración. Ácido láctico redujo la producción de histamina, putrescina y cadaverina, no observándose dicho efecto en los tratamientos con cultivos bioprotectores. Adicionalmente los tratamientos ácido lácticos redujeron la concentración de ácidos grasos libres cuando la carne se almacenó en refrigeración. Las principales proteínas miofibrilares (miosina y actina) sufrieron proteólisis en la carne almacenada a 20 "C independientemente del tratamiento empleado, sugiriéndose un origen endógeno debido a que la carne presentó pH óptimos para la actividad de las enzimas lisosomales del músculo. El ácido láctico generó cambios indeseables en el color de la carne, presentándose una mayor luminosidad y tonalidad e inferior índice de decoloración a ambas temperaturas de almacenamiento, mientras que los cultivos bioprotectores no produjeron dichas alteraciones en el color de la carne. Las propiedades de gelificación sufrieron deterioro en la carne tratada con ácido láctico independientemente de la temperatura de almacenamiento al considerar la menor rigidez y módulo de almacenamiento obtenidos en las pruebas de penetración de geles y estudios El objetivo de esta tesis fue estudiar las modificaciones en la carne bovina sujeta a tratamientos ácidos para extender la vida útil y la funcionalidad de las proteínas miofibrilares de carne roja sujeta a estos tratamientos y su posible cambio estructural. Porciones de músculo Psoas major de bovino fueron inoculados con tres bacterias alterantes separadamente, obteniéndose una concentración final de 1 O3 UFC/g de carne. Pseudomona fluorescens B52, Brochothrix thermosphacta (NCIB- 1 O0 18) y Lactobacillus minor 119B fueron las cepas utilizadas. Posteriormente la carne fue sometida a cuatro tratamientos ácidos. Se inoculó la carne con suspenciones de tres bacterias ácido lácticas empleadas como cultivos bioprotectores (Lactobacillus carnis -76, Lactobacillus pentosus LP 1-3 103 5 y Staphylococcus carnosus MC 1-02059, alcanzando una concentración aproximada de lo5 UFC/g de carne. Finalmente se empleó una solución acuosa de ácido láctico al 2%, obteniéndose una concentración de 200 mg/lOOg de carne. Los controles se prepararon sin la adición de ningún tratamiento ácido. La carne fue envasada al vacío y se incubaron a 4 y 20 "C durante 12 y 6 días respectivamente. En la carne almacenada a 4 "C se realizaron muestreos a los días O, 4, 8 y 12; mientras que para la carne almacenada a 20 "C, O, 2, 4 y 6 fueron los días escogidos. En cada muestreo se evaluó la concentración de bacterias mesófilas totales, bacterias lácticas totales, enterobacterias totales, Pseudomonas spp., B. thermosphacta y bacterias lácticas heterofermentativas. Adicionalmente se estudiaron los cambios sufridos en el pH cárnico, concentración de ácidos grasos libres de cadena larga, producción de aminas biogénicas, así como la hidrólisis Sufi-ida por las proteínas miofibrilares. Asimismo se obtuvieron una serie de parámetros que permitieron evaluar el efecto de los tratamientos ácidos sobre las proteínas miofibrilares y su funcionalidad; siendo éstos la solubilidad, color, concentración de grupos sulfhidrilos, propiedades de gelificación y emulsificación. Para determinar las propiedades de gelificación se realizaron pruebas de penetración de geles, estudios reológicos dinámicos y microscopía electrónica de barrido. Los índices de actividad de emulsión, estabilidad de emulsión y capacidad de emulsión fueron estudiados para caracterizar las propiedades de emulsión de las proteínas miofibrilares. Los tratamientos ácido Iácticos lograron reducir la población de microorganismos alterantes en la carne almacenada en refrigeración y en abuso térmico. El ácido láctico evidenció las mayores reducciones en la cuenta de los diferentes microorganismos alterantes, siendo más notorio en la carne almacenada en refrigeración. Reflejo de estos resultados fueron los menores valores de pH obtenidos en la carne tratada con ácido láctico. Las bacterias bioprotectoras lograron reducir el pH carnico solo cuando la carne fue almacenada en refrigeración. Ácido láctico redujo la produccion de histamina, putrescina y cadaverina, no observándose dicho efecto en los tratamientos con cultivos bioprotectores. Adiconalmente los tratamientos ácido lácticos redujeron la concentración de ácidos grasos libres cuando la carne se almacenó en refrigeración. Las principales proteínas miofibrilares (miosina y actina) sufrieron proteólisis en la carne almacenada a 20 "C independientemente del tratamiento empieado, sugiriéndose un origen endógeno debido a que la carne presentó pH óptimos para la actividad de las enzimas lisosomales del músculo. El ácido láctico generó cambios indeseables en el color de la carne, presentándose una mayor luminosidad y tonalidad e inferior índice de decoloración a ambas temperaturas de almacenamiento, mientras que los cultivos bioprotectores no produjeron dichas alteraciones en el color de la carne. Las propiedades de gelificación sufrieron deterioro en la carne tratada con ácido láctico independientemente de la temperatura de almacenamiento al considerar la menor rigidez y módulo de almacenamiento obtenidos en las pruebas de penetración de geles y estudios reológicos dinárnicos, respectivamente; así como la pérdida de estructura de los geles observados mediante microscopía electrónica de barrido. La concentración de grupos sulfhidrilos y las propiedades de emulsificación de las proteínas miofibrilares, no sufrieron cambios significativos al someter a la carne a los diferentes tratamientos ácido Iácticos. El tratamiento de la carne con ácido láctico puede emplearse eficazmente para controlar la flora microbiana alterante y los metabolitos generados por su actividad sobre el sustrato cárnico, pero genera cambios significativos en las propiedades funcionales de las proteínas cárnicas. Las bacterias bioprotectoras pueden emplearse para controlar la microflora alterante sin modificar las propiedades funcionales de las proteínas miofibrilares de la carne.

The objective of this thesis was to study the effect of lactic acid treatments as a method to increase beef shelf-life, as well as the functional properties of myofibril proteins as they relate to their structural changes. Portions of bovine Psoas major musclé were inoculated with three spoilage bacterias (1 O3 CFU/g): Pseudomona fluorescens B52, Brochothrix thermosphacta (NClB- 1 O0 1 8) and Lactobacillus minor 1 19B. Samples were then separately inoculated with three lactic acid strains (Lactobacillus carnis MXVK76, Lactobacillus pentosus LP 1-3 103 5 and Staphylococcus carnosus MC1-02055) at 1 O5 CFU/g. As a mean of comparison, beef was also treated with 2% lactic acid (200 mg/lOOg). After inoculation or acid treatment, samples were vacuum packaged and stored at 4 and 20 "C during 12 and 6 days, respectively. Total mesophiles, total lactic acid bacteria, Enterobacteriaceae, Pseudomonas spp., B. thermosphacta and heterofermentative lactic acid bacteria were enumerated. Physicochemical characteristics were also analyzed: pH, free fatty acid and biogenic amine concentration, and myofibrils protein degradation. The studied parameters related to physical properties were: solubility, sulfhydryl group concentration, gelation and emulsification properties of myofibrils proteins, and color. Lactic acid from chemical or microbial origin reduced spoilage bacteria counts at both storage temperatures, although lactic acid in its chemical form was more efficient in controlling proliferation of spoilage microflora. Meat treated with lactic acid had the lowest pH at both temperatures, whereas bioprotective cultures required storage at refrigeration conditions to promote pH reduction. Lactic acid also reduced histamine, putrescine and tyramine production, as well as free fatty acid concentration mrhen samples were stored at 4 "C. Myosin and actin were considerably hydrolyzed in samples at 2OoC in all treatments. This fact could be explain as a consequence of endogen enzyme activities. Beef color was altered by lactic acid treatments but not by bioprotective strains; inoculated samples showed higher lightness and hue values, and lower decoloration index at both storage temperatures. Lactic acid also affected gelation of myofibrils proteins at both storage temperatures, resulting in low rigidity and storage moduli when analyzed by a gel penetration test and dynamic rheology. Lactic acid, either of chemical or microbial source, had no effect on sulfhydryl group concentration or emulsification properties Lactic acid, in its chemical form, can efficiently control proliferation of meat spoilage microflora and their metabolites, extending the shelf life although reduction in meat protein functional properties was observed. On the other hand, lactic acid strains are able to control spoilage bacteria without considerably modifying beef protein functional properties.