SUPERVISOR
Nafiseh Soltanizadeh
نفیسه سلطانی زاده (استاد راهنما)
STUDENT
Sorour Barekat
سرور برکت
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Evaluation of Ultrasonic and Papain Effect on Physicochemical and Functional Properties of Cuts Obtained from Longissimus dorsi Muscle of Beef
Meat tenderness has long been cited as one of the most important attributes of meat which greatly influences consumer acceptability. Different methods are available for tenderizing process, although they have not fulfilled meat processor requirements in terms of production costs and modification of the meat properties. So, the present study was designed to investigate the effects of ultrasonic radiation, alone and coupled with papain on the tenderness and other physicochemical and functional properties of Longissimus dorsi muscle. For this purpose, the effects of ultrasound, both singly and in combination with papain treatment, were investigated on pH, proteolytic activity, filtering residues, Warner–Bratzler shear force, meat textural profile (TPA), water-holding capacity, cooking loss, emulsion capacity and stability and gelling property. In addition, to evaluate the effect of ultrasound on enzyme penetration, enzyme activity, micro-structural changes and SDS-PAGE test were conducted on samples. Samples were treated by ultrasound using a probe at 100 and 300 W for 10, 20, and 30 min in the presence and absence of 1% papain solution. The results indicated that the effect of ultrasonic radiation on pH depends on time and radiation power. Enzyme and ultrasound treatment at 100 W did not have significant effect on pH but when they applied together, pH changed significantly (p 0.05). Application of enzyme, either singly or coupled with ultrasound radiation significantly (p 0.05) decreased the filtering residue, cooking loss and gelling properties. Ultrasound and enzyme treatments and their combination significantly increased the enzyme activity, water holding capacity, emulsion capacity and stability (p 0.05). While enzyme treatment was able to bring about a significant enhancement on these properties, combined treatment gave a rise to a greater enhancement in the enzyme activity, water holding capacity, emulsion capacity and stability. It was also found that ultrasound was able to reduce shear force by about 17%. Even, better results were obtained when it was combined with enzyme, as meat tenderness was improved by about 47%. Another finding was the severe microstructural damage. The ultrasonically induced cavitation and protease activity of papain were observed to cause cell wall disruption accompanied by the release of intracellular constituents that results in significant changes in the muscle microstructure. Another interesting result was the effect of ultrasonic radiation on improving mass transfer and enhancing enzyme penetration in the deeper layers of meat. So, ultrasonic radiation can be used toachieve the desired penetration depth of enzyme in a shorter time compared to other methods. Survey of extracted proteins by SDS-PAGE electrophoresis also showed that smaller protein bands were created. Finally, among the treatments explored in this study, the best results was obtained when the combined treatment was applied at ultrasonic power of 100 W for 20 min. It may thus be concluded that the combination of ultrasound radiation and papain treatment could be used as a promising technique for improving beef physicochemical and functional properties. Keywords: Tenderness, Papain, Ultrasound, Longissimus dorsi.
تردی و بافت گوشت از دیرباز به عنوان یکی از مهم ترین ویژگی های موثر بر پذیرش و مقبولیت محصول از دید مصرف کننده معرفی شده است. در حال حاضر روش های مختلفی برای ترد سازی به کار برده شده اند، اما این روش ها نتوانسته اند نیاز صنعت مبنی بر تولید محصول با صرفه اقتصادی و اصلاح خواص گوشت را برآورده نمایند. مطالعه حاضر به بررسی اثرات استفاده از فراصوت و پاپائین به عنوان آنزیم برون سلولی به صورت همزمان و مجزا بر تردی و دیگر خواص فیزیکوشیمیایی و عملکردی عضله لانگیسیموس دورسی گوشت گوساله به عنوان یک روش جدید تردسازی می پردازد. در این راستا، اثرات استفاده از فراصوت با شدت بالا و تیمار آنزیمی به صورت مجزا و همزمان pH، رسوبات روی فیلتر، فعالیت آنزیمی، ظرفیت نگهداری آب، تردی، پارامترهای بافت، افت پخت، ظرفیت امولسیون کنندگی، پایداری امولسیون و قابلیت تشکیل ژل بررسی شد. همچنین نقش فراصوت بر نفوذ آنزیم پاپائین به داخل بافت مورد بررسی قرار گرفت که در این رابطه علاوه بر فعالیت آنزیمی، ریزساختار میکروسکوپی و الگوی الکتروفورز نیز مطالعه شدند. جهت تیمار، نمونه های گوشت با استفاده از پروب فراصوت در توان های 100 و 300 وات و زمان های 10، 20 و 30 دقیقه در حضور و عدم حضور محلول آنزیمی 1 درصد فرآیند شدند. نتایج این مطالعه نشان داد که اثر فراصوت بر pH بستگی به توان و زمان فراصوت دارد. افزودن آنزیم و یا استفاده از فراصوت در توان 100 وات اثر معنی داری بر pH نداشت اما زمانی که این دو تیمار با هم به کار رفتند pH به طور محسوسی تغییر کرد(05/0p ). استفاده از تیمار آنزیمی به تنهایی و یا همراه با فراصوت میزان رسوبات روی فیلتر، افت پخت و قابلیت تشکیل ژل را به طور معنی داری کاهش داد (05/0p ). همچنین استفاده مجزا و ترکیبی از فراصوت و آنزیم، فعالیت آنزیمی، ظرفیت نگهداری آب و ظرفیت امولسیون کنندگی و پایداری امولسیون را به طور معنی داری (05/0p ) افزایش داد. با این حال غوطه ورسازی گوشت در محلول آنزیمی به همراه اعمال فراصوت باعث افزایش قابل توجه تری در این خصوصیات شد. استفاده از فراصوت باعث کاهش 17 درصدی در میزان نیروی لازم برای برش شد (05/0p ). البته روش ترکیبی با بهبود 47 درصدی میزان تردی بهترین نتیجه را نشان داد که به دلیل افزایش فعالیت آنزیمی گوشت و پاپائین در اثر فراصوت است (05/0p ) یکی دیگر از نتایج بدست آمده در این پژوهش، ایجاد آسیب های ریزساختاری در استفاده مجزا و ترکیبی از آنزیم و فراصوت بود. حفره زائی ناشی از امواج فراصوت و فعالیت پروتئازی پاپائین باعث آسیب به دیواره سلولی و نشت ترکیبات داخل سلولی به خارج شد. از دیگر نتایج جالب بدست آمده در این پژوهش افزایش انتقال جرم و نفوذ آنزیم در لایه عمقی بر اثر اعمال فراصوت بود. بنابراین با استفاده از فراصوت در زمانی بسیار کوتاه می توان به عمق نفوذ و فعالیت آنزیمی مطلوب دست یافت. بررسی عصاره پروتئینی بر روی ژل الکتروفورز نیز نشان داد که پپتیدهای کوچک تر با وزن ملکولی کم تر ایجاد می شوند. در مجموع با توجه نتایج بدست آمده، استفاده از تیمار ترکیبی به ویژه در توان 100 وات به مدت 20 دقیقه مناسب ترین روش برای بهبود خصوصیات گوشت است. در نتیجه این روش به عنوان یک گزینه امید بخش جهت بهبود تردی و خصوصیات کیفی گوشت گوساله قابل استفاده است. کلمات کلیدی: تردی، پاپائین، فراصوت، لانگیسیموس دورسی.