Maturarea post-mortem şi frăgezimea finală a cărnii pot fi îmbunătăţite prin atârnarea carcasei de osul crupei pentru a întinde muşchii, frăgezirea mecanică folosind lame sau ace, stimularea electrică, controlul regimului de refrigerare, scăderea pH-ului carcaselor de carne de vită, injectarea carcaselor cu clorură de calciu care activează calpaina din carne, injectarea de enzime proteolitice vegetale (papaină, bromelină) sau de origine animală (pancreatina porcină). Alte studii recente prezintă metode noi de frăgezire sau accelerare a maturării post-mortem a cărnii precum ultrasunetele, presiunea hidrostatică mare, undele de şoc produse prin detonarea unor explozivi sau generate electric sub apă şi câmpul electric pulsator.

Principiile câmpului electric pulsator Tratamentul în câmp electric pulsator (pulsed electric field, PEF) presupune aplicarea de pulsuri electrice, cu durata de o microsecundă, unui material situat între doi electrozi. Durata dintre două pulsuri consecutive este de circa o secundă. Este considerat un tratament atermic, deşi poate avea loc o creştere uşoară a temperaturii produsului. Tratamentul PEF se bazează pe capacitatea unui câmp electric puternic de a inactiva şi a distruge microorganismele. Fenomenul este explicat prin „teoria rupturii dielectrice”: un câmp electric pulsator de mare intensitate aplicat celulelor generează formarea de pori în membranele celulare, fenomen fizic denumit electroporare. Formarea porilor poate fi reversibilă sau ireversibilă, în funcţie de intensitatea câmpului electric aplicat şi se manifestă atât la celulele eucariote, cât şi la cele procariote. Câmpul electric extern aplicat unei celule induce un potenţial electric la nivelul membranei prin acumularea şi separarea sarcinilor electrice. Sarcinile electrice de sens opus se atrag, ceea ce determină comprimarea membranei celulare şi reducerea grosimii ei. Întrucât distanţa dintre sarcinile electrice scade, potenţialul transmembranar creşte repede.   Valoarea criticăValoarea critică a potenţialului transmembranar este de 0,7-2,2 V, în funcţie de tipul celulei. Atunci când valoarea critică este depăşită, moleculele încărcate cu sarcini electrice, de exemplu proteinele şi lipidele, se reorientează şi se resping, formând pori şi canale în membrana celulară. La expunerea celulelor la un câmp electric pulsator, potenţialul transmembranar este atins în mai puţin de o microsecundă de la iniţierea pulsului astfel că apare electroporarea reversibilă şi creşterea permeabilităţii membranei celulare. Dacă se întrerupe aplicarea câmpului electric, celula revine la starea iniţială. Electroporarea reversibilă are importanţă practică în ingineria genetică şi biotehnologie, deoarece modificarea permeabilităţii membranei celulare facilitează introducerea de ADN şi fuziunea celulelor. Electroporarea membranei celulare este ireversibilă şi conduce la distrugerea celulei când porii sunt numeroşi, iar mărimea lor este mare comparativ cu dimensiunea celulei. Aceasta are loc atunci când este depăşit un anumit prag al câmpului electric sau o durată a tratamentului. Pragul câmpului electric şi pragul potenţialului transmembranar depind de mărimea, forma şi tipul celulei microbiene, condiţiile de cultivare (pH, conductivitate, prezenţa substanţelor cu efect antimicrobian), caracteristicile electrice ale mediului în care se găsesc microorganismele supuse PEF (intensitatea câmpului electric, durata tratamentului, forma pulsurilor) şi temperatura la care are loc tratamentul. Durata tratamentului este dată de produsul dintre numărul de pulsuri şi durata unui puls care este, de obicei, de o miime de secundă (o microsecundă). O creştere semnificativă a duratei tratamentului poate duce la creşterea temperaturii mediului în care se află microorganismele, fapt ce nu este dorit dacă mediul este un aliment.   Aplicaţii ale PEF la tratarea alimentelor În ultimele decenii, numeroşi cercetători au  investigat efectul PEF asupra microorganismelor de alterare şi patogene inoculate în alimente fluide precum sucuri de fructe (mere, portocale, pere, pepene, căpşune, tomate), supă de mazăre, melanj de ouă întregi, lapte degresat, ceai verde, băuturi din sucuri de fructe şi lapte etc. (Elez-Martínez et al., 2012, p. 72-74, tabelul 4.1). Reducerea microbiană a fost de până la 6,5-log, variind în funcţie de condiţiile de lucru (intensitatea câmpului electric, numărul de pulsuri, durata unui puls, temperatura mediului), produsul tratat şi microorganismul investigat. Din punct de vedere al reducerii microbiene, tratamentul cu PEF este la fel de eficient ca tratamentul termic de pasteurizare. În plus, are potenţial comercial şi în alte procese din industria alimentară (creșterea randamentului în suc, înmuierea țesuturilor, extracția unor compuși, de exemplu betanina din sfeclă). În literatura de specialitate se găsesc informaţii puţine despre tratarea cu PEF a cărnii şi a produselor din carne.   Tratamente PEF aplicate cărnii Pornind de la fenomenul electroporării membranelor celulare ale microorganismelor, câţiva cercetători au studiat tratamentul PEF asupra alimentelor cu masă musculară (carne, pasăre, peşte) pentru a afla dacă în fibrele musculare poate avea loc un efect similar electroporării. Astfel, Gudmundsson și Hafsteinsson (2001) au studiat efectul PEF asupra microstructurii cărnii de pui şi au observat că tratamentele PEF cu intensitatea câmpului mică (1,36 kV/cm, 40 pulsuri), durata pulsului de 2 μs, la temperatura camerei, au provocat o reducere a dimensiunii celulelor, dar fără spărturi vizibile. În 2006, Töpfl a raportat o îmbunătățire a caracteristicilor de legare a apei în carnea de porc tratată cu PEF. Îmbunătăţirea a fost indicată de structura umflată a ţesutului, ca un burete. De asemenea, la şunca fiartă tratată cu PEF s-a observat intensificarea microdifuziei saramurii și îmbunătățirea legării apei ca urmare a interacțiunii dintre proteine/sare/fosfat în timpul prelucrării, iar la cod a fost observată o structură mai poroasă a țesutului după tratamentul PEF. Abia recent au fost publicate rezultatele unor tratamente PEF asupra cărnii de vită. Astfel, O’Dowd et al. (2013) au investigat efectul PEF asupra anumitor caracteristici de calitate ale cărnii de vită semitendinoasă (pierderea în greutate, conductivitatea, reţinerea apei şi dimensiunea particulelor). Parametrii de lucru cu PEF au fost: intensitatea câmpului electric 1,1-2,8 kV/cm, frecvenţa 5-200 Hz şi numărul de pulsuri 152-300. Analiza granulometrică a miofibrilelor extrase a arătat că PEF a afectat semnificativ miofibrilele. Tratamentul PEF a indus creşterea temperaturii cu 22°C şi a influenţat semnificativ pierderea în greutate a probelor după tratament ceea ce determină modificări uşoare în membrana celulelor, cu pierderi mai mari de apă, dar fără a influenţa textura.     Efectul PEF asupra calității mușchiuluiDescurajante la prima vedere, aceste rezultate au fost explicate prin numărul redus de probe tratate şi dimensiunea mică a acestora (30 g), iar cercetările au continuat. Astfel, efectul PEF asupra calităţii muşchiului de vită longissimus lumborum la o zi post-mortem şi a muşchiului superior semimembranos la o zi şi trei zile post-mortem a fost studiat combinând parametrii câmpului electric, tensiunea de 5 şi 10 kV şi frecvenţa de 20, 50 şi 90 Hz (Bekhit et al., 2014). Parametrii investigaţi au fost pierderile de suc celular, pierderile la fierbere şi frăgezimea cărnii (forţa de forfecare) pentru a stabili condiţiile optime de tratare şi a evalua beneficiile economice ale PEF şi efectul pozitiv asupra texturii cărnii. Forţa de forfecare a scăzut ceea ce înseamnă că frăgezimea s-a îmbunătăţit. La probele tratate cu PEF s-au obţinut pierderi mai mari de suc celular şi pierderi mai mici la fierbere. Nivelul de îmbunătăţire a frăgezirii muşchiului semimembranos nu a fost dependent de momentul post-mortem al cărnii până la 3 zile, ceea ce permite o mai mare flexibilitate în utilizarea tehnologiei PEF. În cel mai recent studiu (Arroyo et al., 2015), muşchiul de vită longissimus thoracis și lumborum a fost supus tratamentului PEF (1,4 kV/cm, 10 Hz, 20 μs, 300 și 600 pulsuri) pentru evaluarea caracteristicilor de calitate ale cărnii (pierderea în greutate, culoarea, pierderea la fierbere și textura) și evoluția acestora în diverse momente în timpul maturării. Durata maturării cărnii înainte și după aplicarea PEF nu a exercitat nici o influență asupra pierderii de masă, a culorii şi a pierderilor la fierbere. Rezultatele au demonstrat ca tratamentele PEF aplicate la diferite momente post-mortem (2, 10, 18 şi 26 de zile) au arătat o tendință de reducere a durităţii probelor de carne de vită, dar că aplicarea PEF nu a afectat procesul de frăgezire asigurat de maturare în sine. În final, 60% din membrii panelului de analize senzoriale au înscris probele tratate PEF ca fragede (≥6.0 puncte din 9,0) în timp ce doar 27,5% au făcut acest lucru pentru probele netratate. În concluzie, tratamentul PEF poate fi o tehnologie promițătoare care poate modifica structura materialelor biologice fără efecte secundare întâlnite la alte metode (de exemplu, modificări structurale severe și pierderi de aromă). De asemenea, are avantajul că poate fi aplicată rapid întrucât timpul de tratament este de ordinul secundelor. Astfel, tratamentul PEF poate deveni o tehnologie independentă aplicată cărnii în faza post-rigor pentru îmbunătăţirea frăgezimii prin creşterea permeabilităţii celulelor şi pentru îmbunătăţirea siguranţei produselor prin reducerea încărcăturii microbiene.   Bibliografie Arroyo C., Lascorz D., O’Dowd L., Noci F., Arimi J. & Lyng J.G. 2015. Effect of Pulsed Electric Field treatments at various stages during conditioning on quality attributes of beef longissimus thoracis et lumborum muscle. Meat Science, 99, 52-59. Bekhit A.E.D., van de Ven R., Suwandy V., Fahri F., & Hopkins D.L. 2014. Effect of pulsed electric field treatment on cold-boned muscles of different potential tenderness. Food and Bioprocess Technology, 7(11), 3136-3146. Elez-Martínez P., Sobrino-López A., Soliva-Fortuny R. & Martín-Belloso O. 2012. Pulsed Electric Field Processing of Fluid Foods. Ch. 4 in Cullen P.J., Tiwari B.K. & Valdramidis V.P. (Eds.), Novel Thermal and Non-Thermal Technologies for Fluid Foods (pp. 63-108). Elsevier Inc., London, UK. Gudmundsson M. & Hafsteinsson H. 2001. Effect of electric field pulses on microstructure of muscle foods and roes. Trends in Food Science & Technology, 12(3-4), 122-128. O’Dowd L.P., Arimi J.M., Noci F., Cronin D.A. & Lyng J.G. 2013. An assessment of the effect of pulsed electrical fields on tenderness and selected quality attributes of post rigour beef muscle. Meat Science, 93(2), 303-309. Töpfl S. 2006. Pulsed Electric fields (PEF) for permeabilization of cell membranes in food and bioprocessing - Applications, process and equipment design and cost analysis. (PhD Thesis). Berlin University of Technology.