Αξιολόγηση επιλεγμένων ποιοτικών χαρακτηριστικών του κρέατος με αναλυτικές και φασματοσκοπικές τεχνικές
Creators: name: Μαρτινάκος, Ιωάννης Γεώργιος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Κρέας
Οξείδωση
Μικροβιακή Αλλοίωση
Φασματοσκοπία Fourier μέσου υπερύθρου με αποσβένουσα ολική ανάκλαση
Ανάλυση Κυρίων Συνιστωσών
Meat
Oxidation
Microbial Spoilage
FT/MIR-ATR
PCA

description: Το κρέας είναι ένα ευαλλοίωτο προϊόν στο οποίο λαμβάνουν χώρα βιοχημικές διεργασίες που επηρεάζουν τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του. Δύο από τα πιο σημαντικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε αυτό είναι η οξείδωση και η μικροβιακή αλλοίωση. Για την ποιοτική ανάλυση του κρέατος χρησιμοποιούνται διάφορες φυσικοχημικές και μικροβιολογικές αναλύσεις, ενώ στην ίδια κατεύθυνση χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία και η φασματοσκοπία υπερύθρου FTIR που μελετά τις δονήσεις των δεσμών στα άτομα διαφορετικών μορίων. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι η αξιολόγηση επιλεγμένων ποιοτικών χαρακτηριστικών του κρέατος με αναλυτικές και φασματοσκοπικές τεχνικές. Πιο αναλυτικά, μελετήθηκε η οξείδωση και η μικροβιακή αλλοίωση σε ακέραια μη-επεξεργασμένα δείγματα κρέατος (κοτόπουλο, μοσχάρι) και σε δείγματα μοσχαρίσιου κρέατος εμβαπτισμένα σε άλμες , κάτω από αερόβιες συνθήκες συντήρησης (4 oC). Τα δεδομένα λήφθηκαν με την μέθοδο TBARS, με την μέθοδο των τρυβλίων (OMX, Εντεροβακτηριοειδή) και με την φασματοσκοπία FT/MIR-ATR. Τα αποτελέσματα από τις προαναφερθείσες μεθόδους συσχετίστηκαν. Στην πρώτη φάση των πειραμάτων, η έρευνα επικεντρώθηκε στην μελέτη διάρκειας ζωής δειγμάτων κρέατος κοτόπουλου και μοσχαριού. Τα φασματικά δεδομένα της 2ης παραγώγου του FTIR συσχετίστηκαν με τα επίπεδα οξείδωσης (TBARS) και με τα μικροβιολογικά δεδομένα (ΟΜΧ, Εντεροβακτηριοειδή). Αυξανόμενη απορρόφηση στα 1655 cm-1 (α-έλικα) και 1548 cm-1 (α-έλικα, κάμψη N-H, έκταση C-N) στο μοσχαρίσιο κρέας σχετίζεται με την οξείδωση και την μικροβιακή ανάπτυξη, ενώ αυξανόμενη απορρόφηση στα 1655 cm-1 (α-έλικα) και 1752 cm-1 (εκτατικές δονήσεις καρβονυλίων C=O) σχετίζεται με την μικροβιακή ανάπτυξη στο κρέας κοτόπουλου και μοσχαριού. Με την βοήθεια της Ανάλυσης Κυρίων Συνιστωσών, έγινε διάκριση των δειγμάτων κρέατος κοτόπουλου βάσει μικροβιακής αλλοίωσης με επιλεγμένους κυματαριθμούς από τα φάσματα 2ης παραγώγου (1655.11, 1685.48, 1738.51, 1752.01, 1755.39, 1763.58 cm-1). Τα αποτελέσματα έδωσαν 6 κύριες συνιστώσες και R2=0.929. Αντίστοιχα για τα δείγματα μοσχαρίσιου κρέατος, η διάκριση βάσει οξείδωσης - μικροβιακής αλλοίωσης πραγματοποιήθηκε με τα φάσματα 2ης παραγώγου στην περιοχή 1540.85-1760.21 cm-1. Τα αποτελέσματα έδωσαν 4 κύριες συνιστώσες και R2=0.966. Στη δεύτερη φάση, μελετήθηκαν ακέραια μη επεξεργασμένα δείγματα μοσχαρίσιου κρέατος εμβαπτισμένα σε άλμες χλωριούχου νατρίου (NaCl) και ασκορβικού νατρίου. Στην χρονική διάρκεια του δεύτερου πειράματος, τα επίπεδα οξείδωσης (TBARS) και της μικροβιακής αλλοίωσης (OMX) συσχετίστηκαν με τo FTIR. Τα φασματικά δεδομένα της 2ης παραγώγου του FTIR των εμβαπτισμένων δειγμάτων μοσχαρίσιου κρέατος στην άλμη αλατιού έδειξαν την οξείδωση του λίπους στα 3007 (μείωση) και 1764 cm-1 (αύξηση), ενώ συσχετίστηκαν και με τις αυξανόμενες τιμές TBARS. Με την στατιστική ανάλυση PCA έγινε διάκριση των δειγμάτων βάσει οξείδωσης στις περιοχές φάσματος 3020-2980 cm-1, 1780-1750 cm-1 των αρχικών φασμάτων με 3 κύριες συνιστώσες και R2=0.999. Τα δεδομένα της 2ης παραγώγου του FTIR των εμβαπτισμένων δειγμάτων μοσχαρίσιου κρέατος στην άλμη ασκορβικού έδειξαν αυξημένη απορρόφηση σε 2923 και 2851 cm-1 (μεθυλένια CH2 των λιπών), 1630 και 1618 cm-1 (δομές β-πτυχωτής), 1551 (Αμίδιο ΙΙ) και 1419 cm-1 (μεθίνια CH των λιπών), αποτελέσματα που σχετίζονται με την αύξηση των μικροβιακών πληθυσμών (ΟΜΧ). Τα στατιστικά αποτελέσματα του PCA με τους επιλεγμένους κυματαριθμούς 2922.59, 2851.24, 1693.68, 1629.55, 1618.47, 1551.93 και 1418.87 cm-1 από τα φάσματα 2ης παραγώγου, επιβεβαίωσαν την διάκριση των ημερών βάσει αλλοίωσης δίνοντας 2 κύριες συνιστώσες και βαθμό συσχέτισης R2=0.877. Συμπερασματικά, έγινε επεξήγηση και συσχέτιση των δονήσεων που πραγματοποιούνται στα μόρια των συστατικών του κρέατος με τα δευτερογενή προϊόντα οξείδωσης και την βακτηριακή χλωρίδα. Η φασματοσκοπία FT/MIR-ATR μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να συμβάλει θετικά στον ποιοτικό χαρακτηρισμό του κρέατος συνδυαστικά και με άλλες αναλύσεις.
description: Meat is a vulnerable product in which biochemical processes take place that affect its organoleptic characteristics. Two of the most important phenomena involved in this are oxidation and microbial spoilage. Various physicochemical and microbiological techniques are used for the qualitative analysis of meat, while in the same direction FTIR spectroscopy is also used with great success studying the vibrations occurring in the atoms of the different molecules. The purpose of this study is the evaluation of selected quality characteristics of meat by analytical and spectroscopic techniques. More specifically, the oxidation and microbial spoilage were studied in unprocessed meat samples (chicken, beef) and in beef meat samples immersed in different brines, under aerobic storage conditions (4 oC). Data were obtained with the TBARS method, the plate count method (TVC, Enterobacteriaceae) and with the use of FT/MIR-ATR. The results of the aforementioned methods were correlated. In the first phase of the experiments, the research focused on studying the shelf life of chicken and beef meat samples. Second derivative FTIR spectral data were correlated with oxidation levels (TBARS) and microbiological data (TVC, Enterobacteriaceae). Increased absorbance at 1655 cm-1 (α-helix) and 1548 cm-1 (α-helix, N-H bending, C-N stretching) in beef meat samples is related to oxidation (increased TBARS) and microbial growth (increased TVC, Enterobacteriaceae), while increased absorbance at 1655 cm-1 (α-helix) and 1752 cm-1 (stretching vibrations of carbonyl C=O) in chicken and beef meat samples is related to microbial growth (increased TVC, Enterobacteriaceae). With the help of Principal Component Analysis, chicken meat samples were discriminated based on microbial spoilage with selected wavenumbers from the 2nd derivative FTIR spectral data (1655.11, 1685.48, 1738.51, 1752.01, 1755.39, 1763.58 cm-1). The results yielded 6 PCs and R2=0.929. For the beef samples respectively, the discrimination based on oxidation - microbial spoilage was performed with the 2nd derivative FTIR spectral data in the range of 1540.85-1760.21 cm-1. The results yielded 4 PCs and R2=0.966. In the second phase, beef meat samples immersed in sodium chloride (NaCl) and sodium ascorbate brine were studied. In the time course of the second experiment, levels of oxidation (TBARS) and microbial spoilage (TVC) were correlated with the FTIR. Second derivative FTIR spectral data of the immersed beef meat samples in the salt brine showed lipid oxidation at 3007 (decrease) and 1764 cm-1 (increase), while they were also associated with increasing TBARS values. The PCA statistical analysis distinguished the samples based on oxidation in the regions of 3020-2980 cm-1 and 1780-1750 cm-1 of the original spectra, giving 3 PCs and R2=0.999. Second derivative FTIR spectral data of the immersed beef meat samples in the ascorbate brine showed increased absorbance at 2923 and 2851 cm-1 (methylene CH2 of lipids), 1630 and 1618 cm-1 (β-sheets structures), 1551 (Amide II) and 1419 cm-1 (methine CH of lipids), correlated with the increased microbial growth (TVC). The statistical results of PCA with the selected wavenumbers from the 2nd derivative spectra (2922.59, 2851.24, 1693.68, 1629.55, 1618.47, 1551.93, 1418.87 cm-1), confirmed the discrimination based on spoilage, giving 2 PCs and R2=0.877. In conclusion, the vibrations occurring in the molecules of the meat components were explained and correlated with the secondary oxidation products and the bacterial flora. FT/MIR-ATR spectroscopy can be used and contribute positively to the quality characterization of meat in combination with other techniques.