Einfluss verschiedenere Prozessparameter auf die Funktionalität von

Ergebnisse und Diskussion

137

3.5. Einfluss verschiedenere Prozessparameter auf die

Ergebnisse und Diskussion

138 1. Marinaden auf Wasserbasis

In einem ersten Teil sollen Marinaden auf Wasserbasis beschrieben und diskutiert werden, danach wird ein kurzer Überblick über Versuche mit Marinade auf Emulsionsbasis gegeben.

Zunächst sollen die Ergebnisse und Untersuchungen zu Putenfleisch aus dem Bereich Brust (Steaks) diskutiert werden. Im Anschluß daran werden die Ergebnisse aus Putenkeulen diskutiert, die einen deutlich höheren Anteil an Myoglobin und Fett besitzen.

a) Steaks

In den anschließenden Untersuchungen wurde der Einfluss von verschiedenen Prozessparametern untersucht (p = 200 – 600 MPa; T = 4 – 40 °C). Als Referenz wurde das Fleisch bei 0,1 MPa untersucht. Die Haltezeit wurde konstant bei 3 min gehalten, um den Probenaufwand zu minimieren. Die drei Minuten sind im Hinblick auf die mikrobiologische Sicherheit und die ökonomische Anwendbarkeit des Verfahrens gewählt worden.

Als Zusätze wurden Ascorbinsäure und NaCl mit 1 % bezogen auf das Fleisch und Natriumcarbonat mit 0,2 % gewählt. Die Auswahl der Zusätze richtet sich nach den vorangegangenen Versuchen, in denen festgestellt wurde, dass bestimmte Salze, aber vor allem der pH-Wert einen Einfluss auf die Beschaffenheit von hochdruckbehandeltem Fleisch besitzen. Um funktionelle und sensorische Veränderungen feststellen zu können, wurden Analysen in Bezug auf den Schneiddruck, Farbe, Drip loss und pH-Werte durchgeführt und aufgenommen.

Die Putensteaks wurden mit 10 % Wassermarinade für 60 min im Tumbler mariniert und anschließend, wie im Materialteil beschrieben, hochdruckbehandelt. Der pH-Wert, der sich nach einer Hochdruckbehandlung im Fleisch einstellt, ist in Tabelle 32 dargestellt. Dabei wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den Temperaturstufen 4, 20, 30 und 40 °C festgestellt, so dass sich der in der Tabelle angegebene Mittelwert auf den gesamten Probenumfang bezieht. Es zeigt sich, dass das Marinieren den pH-Wert des Fleisches im Kern nicht stark verändert. Dennoch stellt sich bei der Verwendung von Ascorbinsäure ein tendenziell niedrigerer pH-Wert ein als bei Carbonat. Bei Wasserzugabe und Zugabe von NaCl sind vergleichbare pH-Werte im Fleisch zur jeweiligen Druckstufe zu finden. Für alle Proben ist ein pH-Anstieg von ca. 0,2 von einem Druck von 0,1 MPa zu 500 MPa zu finden.

Wenn man sich die Differenz von Proben ohne Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und Proben nach den verschiedenen Druckbehandlungen anschaut, so ist ersichtlich, dass bei Ascorbinsäure-Proben eine Hochdruckbehandlung zu einem stärkeren pH-Anstieg führt als bei Natriumcarbonat-Proben (Tabelle 32). Auch Marcfarnale et al. (1984) beschreibt einen

Ergebnisse und Diskussion

139 pH-Anstieg in hochdruckbehandelten Fleischpasteten. Dies könnte auf eine Auf- bzw.

Umfaltung der Proteine zurückzuführen sein, wodurch verstärkt basisch wirkende Reste freigesetzt werden. Des Weiteren kommt es innerhalb des Lebendmittelsystems zu einer vermehrten Dissoziation der Ionen, was einen Einfluss auf den pH-Wert mit sich bringt.

Tabelle 32: pH-Wert von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen nach unterschiedlichen Druckbehandlungen

Zugabe

Druck

[MPa] pH-Wert

Wasser 0,1 5,86 ±0,01

200 5,89 ±0,06 300 5,95 ±0,06 400 5,98 ±0,04 500 6,06 ±0,05

Natrium-carbonat 0,1 5,92 ±0,06 200 5,90 ±0,04 300 5,95 ±0,06 400 6,06 ±0,05 500 6,07 ±0,09

Ascorbinsäure-säure

0,1 5,59 ±0,09 200 5,79 ±0,19 300 5,72 ±0,34 400 5,89 ±0,20 500 5,92 ±0,19

NaCl 0,1 5,85 ±0,08

200 5,87 ±0,09 300 5,94 ±0,06 400 6,01 ±0,04 500 6,03 ±0,09

Um die relativ umfangreichen Ergebnisse zu verstehen, sollen hier zunächst die Veränderungen im Putenfleisch ohne Zusätze, d. h. nur mit 10 % reiner Wasserzugabe diskutiert werden. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die gesamte Versuchsreihe, d. h. die Druckbehandlungen 0,1, 200, 300, 400 und 500 MPa, mit den Temperaturen 4, 20 und 40 °C aufgrund der Reproduzierbarkeit im Doppelansatz untersucht wurden. Die Standardabweichungen, die sich aus den (chemischen und physikalischen) Analysen selbst ergeben, werden nicht dargestellt. Diese sind im Vergleich zum Fehler, der aus dem Naturprodukt Putenfleisch und der Probenbehandlung (Temperierung etc.) resultiert, klein.

Die angegebenen Werte setzen sich somit aus den zwei Versuchsreihen und den jeweiligen unabhängigen Analysenwerten, die im 2- bis 4-fachen Ansatz durchgeführt wurden, um eine

Ergebnisse und Diskussion

140 Messungenauigkeit zu vermeiden, zusammen. Es konnte keine dritte oder vierte Versuchsreihe aus zeitlichen und finanziellen Gründen durchgeführt werden, daher sind die hier vorgestellten Ergebnisse nicht vollständig statistisch abgesichert. Es zeigten sich allerdings in allen Versuchsreihen annähernd gleiche oder vergleichbare Werte der einzelnen Analysen (Schneiddruck, Farbe, Drip loss etc.), daher wurden die Ergebnisse der einzelnen Versuchsreihen zusammengefasst.

Tabelle 33: Differenz der pH-Werte von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen in Bezug zu den pH-Werten bei Umgebungsdruck (0,1 MPa)

Zugabe

Druck [MPa]

pH

vorHP-pHnachHP

Wasser 200 -0,03

300 -0,09

400 -0,12

500 -0,20

Natrium-carbonat

200 0,02

300 -0,03

400 -0,14

500 -0,15

Ascorbinsäure-säure

200 -0,28

300 -0,21

400 -0,38

500 -0,41

NaCl 200 -0,03

300 -0,10

400 -0,17

500 -0,19

Ergebnisse und Diskussion

141

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 32: Farbwerte für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken und Temperaturen (L*-Wert oberste Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Der L*-Wert zeigt den schon öfter festgestellten typischen Verlauf (Abbildung 32). Es ist ein Anstieg mit steigendem Druck zu finden, wobei der steilste Anstieg zwischen 200 und 400 MPa zu finden ist, dieser ist unabhängig von dem hier untersuchten Temperaturbereich (4 – 40 °C). Bei der differenzierten Betrachtung des a*-Wertes (Abbildung 33) zeigt sich tendenziell ein Anstieg mit Druckanstieg, aber signifikante Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Temperaturen sind nicht festzustellen. Ein vergleichbares Bild ergibt sich auch für den b*-Wert. Holmgaard Bak et al. (2012) beschreiben im Muskel Longissimus dorsi nach einer Hochdruckbehandlung bei 20 °C den Muskel als heller und weniger Rot als bei einer Behandlungstemperatur von 5 °C. McArdle et al. (2010) konnte bei Untersuchungen von Rindfleisch keinen signifikanten Einfluss verschiedener Behandlungstemperaturen auf die Farbwerte nachweisen. Die Veränderungen des Myoglobin ist sehr komplex und nicht vollständig geklärt. Es spielen mehrere Reaktionen eine Rolle, zum einen kommt es zur Denaturierung des Proteins, sowie zu einer Zerstörung des Porphyrin Ringes. Zudem spielen Redoxreaktionen ebenfalls eine Rolle. Festzuhalten bleibt, wie die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sowie Arbeiten von weiteren Autoren demonstrieren, dass über einem Druck von ca. 300 MPa ein kritischer Punkt der Farbveränderung in Richtung Aufhellung und

Ergebnisse und Diskussion

142 Verlust vom Rotwert liegt (Tintchev et al. 2010; Marcos et al. 2010). Einen großen Einfluss auf die Veränderung des a*-Wertes besitzt dabei die Redoxchemie des Myoglobin, es gibt in der Literatur die Hypothese, dass es durch eine Aktivierung der Metmyoglobin reduzierenden Enzyme bei moderatem Druck bis 300 MPa zu einer Anreicherung von Oxymyoglobin und damit zu einem Anstieg des a*-Wertes kommt (Jung et al. 2003). Über einem Druck von 300 MPa werden diese Enzyme wieder deaktiviert so, dass es zu einer Reduktion des a*-Wertes kommt. Dies könnte durch die hier gemessenen a*-Werte erklärt werden (Abbildung 32).

Vernachlässigt man die Standardabweichungen, ist die Tendenz ersichtlich, dass es bis 300 MPa unabh. von der Behandlungstemperatur zu einem Anstieg des a*-Wertes kommt, ab 400 MPa ist eine schwache Abnahme zu beobachten.

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

a*-Wert

-2 -1 0 1 2 3

4 °C 20 °C 40 °C

Abbildung 33: a*-Werte für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken und Temperaturen.

Fasst man die Ergebnisse der Farbmessungen zusammen, so besitzt der Druck den größten Einfluss auf die Fleischfarbe, gefolgt von der Matrixzusammensetzung, d. h. unterschiedliche Ionen- und pH-Werte. Die Temperatur in dem hier relevanten Bereich zwischen 4 und 40 °C besitzt einen verminderten Einfluss.

Ergebnisse und Diskussion

143

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

4 °C 20 °C 40 °C

Abbildung 34: Schneiddruck für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken und Temperaturen.

Bei der Zugabe von reinem Wasser zum Putenfleisch kommt es mit steigendem Druck zu einer Verfestigung des Fleischgewebes. Gerade zwischen 400 und 500 MPa zeigte der Verlauf der Schneiddruckmessung über den Druck nochmals einen steilen Anstieg (Abbildung 34). In der Literatur sind Angaben zu finden, dass eine Hochdruckbehandlung bei 200 MPa zu einem weichmachenden Effekt führt. Dies soll durch die Zerstörung der Lysosomen und die damit verbundene Freisetzung an autolytischen Enzymen geschehen (Lamballerie-Anton et al. 2002). Das kann in dieser Arbeit nicht bestätigt werden, im unteren Druckbereich kann allerdings auch kein signifikanter Anstieg der Festigkeit gezeigt werden.

Im Druckbereich zwischen 100 und 300 MPa beschreiben Rastogi et al. (2007), dass es sich zunehmend um reversible Proteindenaturierungen unter Hochdruck bei Fleisch handelt, dies könnte den leichten, aber nicht wirklich signifikanten Anstieg in diesem Druckbereich für den Schneiddruck im Putenfleisch mit 10 % Wasser erklären. Der steilere Anstieg hinsichtlich der Verfestigung im Druckbereich ab 400 MPa wird auch für verschiedene Tiersorten (vor allem Fische und Seetiere) von Ashieand Simpson (1996) oder Angsupanich and Ledward (1998) gezeigt. Zusammenfassend scheint also eine relevante Verfestigung ab einem Druckbereich von größer 300 MPa stattzufinden. Ma and Ledward (2004) untersuchten die Kombination Hitze und Hochdruck auf die Textur von Hühnerbrustfleisch und konnten ebenfalls bis zu

Schneiddruck [Pa]

Ergebnisse und Diskussion

144 einer Temperatur von 40 °C einen synergitischen Effekt feststellen, die Festigkeit nimmt mit steigendem Druck und Temperatur zu. Erst ab Temperaturen über 60 °C in Kombination mit 200 MPa konnten sie einen weichmachenden Effekt feststellen. Diese Temperatur kam aber in der hier vorliegenden Arbeit nicht zum Einsatz, da der thermische Einfluss minimiert werden soll, um ein frisches Fleischprodukt zu erhalten, dies kann bei Starttemperaturen von 60 °C plus die adiabatische Erhitzung nicht mehr garantiert werden kann. Des Weiteren beschreibt die Arbeitsgruppe von Ma and Ledward et al. (2004) über die DSC-Messungen, dass das Aktin sehr hitzelabil ist, sowohl Aktin als auch Myosin bei 20 °C und einem Druck >

200 MPa nicht abgebaut wurden und es verstärkt zu Disulfidbrücken zwischen Myosinbestandteilen kam. Dies ist auch mit den in dieser Arbeit festgestellten Ergebnissen vergleichbar, bei 4 und 20 °C und einer Druckbehandlung sind die Peaks für Myosin (55 - 60

°C) und Aktin (78 - 80 °C) noch zu erkennen (Abbildung 39). Signifikante Unterschiede für den hier untersuchten Temperaturbereich können ebenso wie bei der Farbe nicht festgestellt werden. Es zeichnet sich ab, dass sich in einem hohen Druckbereich ab 500 MPa eventuell synergistische Effekte von Temperatur und Druck überlagern und eine niedrigere Starttemperatur zu einer stärkeren Verfestigung führt, dies müsste in weiteren Untersuchungen überprüft werden. Einen synergitischer Effekt von Temperatur (20 - 60 °C) mit Druck stellten Ma and Ledward (2004) fest. Sie zeigten, dass es im Rindfleisch bei 20 °C zu einer Verfestigung mit steigendem Druck kommt (dabei war auch hier im Druckbereich um die 400 MPa der steilste Anstieg zu finden) und das ab sehr hohen Starttemperaturen über 60 °C eine Kombination mit niedrigerem Druck (200 MPa) zu einem Abfall der Verfestigung kommt, was durch einen Abbau von Kollagenbestandteilen erklärt werden kann. Solche Temperaturen kommen aber in der Zubereitung von Frischfleischprodukten, wie bereits erwähnt, nicht in Frage.

Die GPC-Messungen ergaben, dass die unterschiedlichen Temperaturen keinen Einfluss auf die Verteilung der Proteinfragmente bei 0,1 MPa besitzen (Abbildung 35). Nach einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa sind leichte Unterschiede erkennbar, die allerdings nicht wirklich ausgeprägt sind (Abbildung 36). Man erkennt aber gut den Verlust der Peaks für Myosin heavy chain und Aktin, was einem Verlust an löslichen Proteinen entspricht.

Ergebnisse und Diskussion

145

Abbildung 35: GPC-Messung von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, bei 0,1 MPa mit Starttemperaturen 4 (schwarz), 20 (hell grün) und 40 °C.

Abbildung 36: GPC-Messung von Putensteak mit Wasserzugabe nach einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa, mit Starttemperaturen 4 (schwarz), 20 (hellgrün) und 40 °C (dunkelgrün).

Die SDS-PAGE Untersuchungen zeigen bei 4 und 40 °C einen besseren Erhalt der Tropomycinbande. Aktin wird bei allen untersuchten Temperaturen und einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa abgebaut (Abbildung 37).

AU

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

AU

0,00 0,05 0,10

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Myosin heavy

chain Actin

Myosin heavy

chain Actin

Ergebnisse und Diskussion

146

Abbildung 37: SDS-PAGE von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe bei 4, 20 und 40 °C und Umgebungsdruck (0,1 MPa) und nach einer Druckbehandlung (500 MPa).

Die Aufnahmen des Rasterelektronenmikroskops von Putenfleisch mit Wassermarinade sind der Abbildung 38 zu entnehmen. Die Aufnahmen zeigen mit steigendem Druck eine Zunahme an zerstörter Zellstruktur. Bei einem Druck von 600 MPa ist zwischen den Myofibrillen zunehmend eine Vernetzung ersichtlich, auch bei näherer Betrachtung der Struktur der Fibrillen lässt sich ein homogeneres Netzwerk mit feinen Poren erkennen, es kommt demnach zu einer Gelbildung und Denaturierung. Dies bestätigen die Ergebnisse der Schneiddruck und der DSC.

Aktin

Tropomycin

4 4 20 20 40 40 [°C]

0,1 500 0,1 500 500 500 [MPa]

Ergebnisse und Diskussion

147

Abbildung 38: REM Aufnahmen von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, vor (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (400 MPa und 600 MPa).

Temperatur [°C]

20 40 60 80 100

Heat flow [W/g]

0,20 0,22 0,24 0,26 0,28

4 °C / 500 MPa 4 °C / 0,1 MPa 20 °C / 0,1 MPa 20 °C / 500 MPa 40 °C / 0,1 MPa 40 °C / 500 MPa

Abbildung 39: DSC-Messung von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe bei verschiedenen Drücken und Temperaturen.

X10.000 1µm X5.000 5µm X1.000 10µm

Ergebnisse und Diskussion

148 Bei den DSC-Messungen sind kaum Unterschiede bzgl. der unterschiedlichen Starttemperaturen feststellbar (Abbildung 39). Es kommt, wie bereits im vorangegangenen Abschnitt erläutert, zu einer Abnahme der einzelnen Fragmente durch Denaturierung. Auch die Enthalpie-Abnahme ist zwischen den einzelnen Temperaturen nicht signifikant unterschiedlich, es lässt sich eine etwas stärkere Abnahme der Enthalpie bei Proben, die bei 4 °C behandelt wurden, ablesen, wobei hierfür aus statistischer Relevanz weitere Untersuchungen von Nöten wären (Tabelle 34). Die Ergebnisse der DSC könnten somit eine verstärkte Denaturierung bei niederen Temperaturen bedeuten.

Bei der Untersuchung des Tropfsaftverlustes (Drip loss) sind die Standardabweichungen sehr groß, was an der Analyse selbst, aber auch am heterogenen Probenmaterial liegt.

Betrachtet man die Tendenzen, so lassen sich diese Ergebnisse ohne Standardabweichungen (sind im Anhang enthalten) gut in einem dreidimensionalen Graphen aufzeigen (Abbildung 40). Der Drip loss steigt vorallem im Druckbereich bis 200/300 MPa stark. Höhere Temperaturen bei Proben mit reiner Wasserzugabe zeigten vorallem im höheren Druckbereich ein synergistischen Effekt, es kommt verstärkt zu einer schlechteren Wasserhaltekapazität, der Drip loss steigt.

25 30 35 40

5 10

15 20

25 30

35 40

100 200 300 500 400

Dr

ip loss [%

]

Temperatur [°C]

Druck [MPa]

Abbildung 40: Drip loss von Putensteak mariniert mit 10 % Wasserzugabe bei verschiedenen Druckstufen und Temperaturen.

Ergebnisse und Diskussion

149 Tabelle 34: Enthalpie Messung der DSC von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, behandelt bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken

Marinierung

Temperatur [°C]

Druck

[MPa] Enthalpie [W/g]

Wasser 4 0,1 3,9225 ± 0,1957

500 0,9002 ± 0,1756

20 0,1 3,1378 ± 0,6121

500 1,3210 ± 0,1556

40 0,1 3,5700 ± 0,5037

500 1,0469 ± 0,3362

Nun sollen die Ergebnisse dargestellt werden, die bei dem Einsatz von NaCl, Ascorbinsäure und Natriumcarbonat-Zusatz in Verbindung mit den Temperaturen 4, 20 und 40 °C sowie den Drücken zwischen 0,1 und 500 MPa erarbeitet wurden.

Die Ergebnisse der Farbe von Putensteaks mariniert mit NaCl zeigen den typischen Verlauf.

Es kommt zu einer Aufhellung, also einem Anstieg des L*-Wertes, einhergehend mit einem leichten nicht signifikanten Anstieg des a*-Wertes mit steigendem Druck (Abbildung 41).

Hierbei ist im Vergleich zu reiner Wassermarinade im Druckbereich zwischen 200 und 400 MPa der Anstieg des L*-Wertes nicht so steil und erreicht auch im Enddruck bei 500 MPa einen niedrigeren Endwert. Die unterschiedlichen Temperaturen zeigen weder für die Messung der a*-Werte noch L*-Werte signifikante Unterschiede. Es lässt sich bei 300 MPa eine etwas höhere Aufhellung bei 4 °C im Vergleich zu den anderen Temperaturen messen.

Inwieweit das statistisch abgesichert ist, muss noch einmal überprüft werden. Demnach besitzt, unabhängig der Zugabe von Natriumchlorid, der Druck den höchsten Einfluss auf die Farbe, gefolgt von Marinaden-Rezepturen. Die Temperaturen zwischen 4 und 40 °C spielen eine vermindert relevante Rolle.

Ergebnisse und Diskussion

150

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20 0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 41: Farbmessung für Putensteak mariniert mit NaCl (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20 0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 42: Farbmessung für Putensteak mariniert mit Ascorbinsäure (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Ergebnisse und Diskussion

151

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20 0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 43: Farbmessung für Putensteak mariniert mit Natriumcarbonat (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Die Farbmessungen von Putenfleisch mit einem sauren pH-Wert, das mit Ascorbinsäure mariniert wurde, zeigen hingegen Unterschiede hinsichtlich der untersuchten Temperaturen (Abbildung 42). Die L*-Werte sind beim niedrigeren Druck, wenn also der Einfluss des Drucks scheinbar noch nicht überragt, bei höheren Temperaturen (40 °C) höher als bei den Temperaturen 4 und 20 °C. Die nähere Betrachtung des gemessenen a*-Wertes zeigt, dass bei einer Behandlungstemperatur von 40 °C und einer Marinierung mit Ascorbinsäure niedrigere Absolutwerte gemessen werden als bei den Temperaturen 4 und 20 °C. Dies könnte auf einen temperaturbedingten Abbau oder eine beschleunigte Oxidation (temperaturabhängig) des Myoglobins zurückzuführen sein.

Bei den Farbmessungen für Natriumcarbonat zeigt sich ein Anstieg des L*-Wertes mit steigendem Druck, aber kein Unterschied bezüglich der Temperaturen 4, 20 oder 40 °C (Abbildung 43). Der a*-Wert verändert sich kaum, jedoch ist ein tendenziell leichter Anstieg ab einem Druck von 300 MPa zu erkennen. Bis zum Druck von 400 MPa liegen die L*-Werte im Putenfleisch, mariniert mit Natriumcarbonat, unter denen von Putenfleisch mit Ascorbinsäure, unabhängig von den Starttemperaturen. Der End-L*-Wert liegt bei basisch mariniertem Fleisch wieder tiefer als bei Fleisch nur mit Wasser, auch unabhängig von der Temperatur. Zusammenfassend ist festzustellen, dass im Druckbereich von 200-400 MPa die Zusatzstoffe NaCl und Natriumcarbonat einen Einfluss auf die Steigung des hochdruckinduzierten L*-Wert besitzen.

Ergebnisse und Diskussion

152

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

10000 20000 30000 40000

4 °C 20 °C 40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

10000 20000 30000 40000

4 °C 20 °C 40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

10000 20000 30000 40000

4 °C 20 °C 40 °C

Abbildung 44: Schneiddruck von Putensteak mariniert mit NaCl (A), Ascorbinsäure (B) und Natriumcarbonat (C).

A

B

C

Schneiddruck [Pa] Schneiddruck [Pa] Schneiddruck [Pa]

Ergebnisse und Diskussion

153 Bei den Ergebnissen zum Schneiddruck sind die Mittelwerte von fünf Messungen von je zwei unterschiedlichen Versuchstagen zusammengefasst. Es ist an der relativ großen Standardabweichung erkennbar, dass der Einfluss des Fleisches und die Probenvorbereitung eine große Streuung verursachen. So ist es bei dem Probenumfang schwierig, endgültige Aussagen zu treffen. Tendenziell erkennbar ist, dass die Zugabe von Ascorbinsäure eine stärkere Verfestigung bewirkte als die reine Wasserzugabe oder die Zugabe von Natriumcarbonat (Abbildung 44). Der Druck besitzt eine dominierende Wirkung auf die Verfestigung von mariniertem Putenfleisch und bewirkt vor allem ab einem Druck von 400 MPa einen Anstieg. Was den Einfluss der Temperatur angeht, ist es schwierig, eine Tendenz zu erkennen. Bei basisch mariniertem Fleisch kann man bis 400 MPa einen antagonistischen Effekt von Temperatur und Druck erahnen, so dass höhere Temperaturen weniger stark zu einer Verfestigung führen.

Die SDS-Page zeigt, dass bei einer Zugabe von NaCl und Natriumcarbonat im Vergleich zur Ascorbinsäurezugabe nach einer Hochdruckbehandlung noch mehr leichtere Proteinfraktionen im oberen Teil der SDS-Page enthalten sind (

Abbildung 45).

Auch im Vergleich zur reinen Wasserzugabe sind die Banden der einzelnen Fraktionen bei Zugabe von Natriumcarbonat und NaCl deutlicher zu erkennen, was den Schluss zulässt, dass die Zugabe dieser Salze ein protektive Wirkung auf die Denaturierung einzelner kleiner Proteinfraktionen besitzt, wenn die Salze eine basische Wirkung aufweisen.

Ergebnisse und Diskussion

154

Abbildung 45: SDS-PAGE von Putensteak mit NaCl-, Ascorbinsäure- oder Natriumcarbonatzugabe vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und nach einer Druckbehandlung von 500 MPa.

Der Drip loss ist hier dargestellt für Marinaden mit Zusatz von NaCl oder Natriumcarbonat (Abbildung 62). Bei den Ergebnissen für Ascorbinsäurezusatz sind keine deutlichen Tendenzen erkennbar. Dabei muss erwähnt werden, dass die Analyse selbst sowie das heterogene Probenmaterial eine große Streuung verursachten. Zunächst ist festzustellen, dass der Zusatz von Salzen (NaCl oder Natriumcarbonat) zu einer verbesserten Wasserhaltekapazität führt, im Vergleich zu einer reinen Wasserzugabe (Abbildung 40).

Auch bei der konventionellen Fleischverarbeitung ist die Salzzugabe mit einer verbesserten Wassereinlagerung verbunden, und ein Anstieg des pH-Wert durch Zugabe basischer Bestandteile führt ebenfalls zu einer verbesserten Wasserhaltekapazität (Schwägele 2003).

Dennoch steigt mit steigendem Druck der Tropfsaftvelust, was die Ergebnisse aus der DSC, GPC und SDS-Page unterstützt, es kommt zu einem vermehrten Verlust löslicher und damit wasserbindender Proteine. Des Weiteren sind Zusammenhänge zwischen Temperatur und Druck zu erkennen (Abbildung 46). Hoher Druck und hohe Temperaturen besitzen, im Zusammenhang mit basischen Bestandteilen, synergistische Effekte und die Wasserhaltekapazität wird erhöht sowie der Drip loss vermindert. Bei einer

Aktin

Tropomycin

500 0,1 500 0,1 500 0,1 [MPa]

NaCl Ascorbinsäure Natriumcarbonat

Ergebnisse und Diskussion

155 Behandlungstemperatur zeichnet sich für beide Zusätze ein lokales Maximum an Tropfsaftverlust ab.

25 30 35 40

5 10

15 20

25 30

35 40

100 200 300 400 500

Dr

ip loss [%

]

Temperatur [°C]

Druck [MPa]

Abbildung 46: Drip loss von Putensteak mit Wasserzugabe und NaCl oder Natriumcarbonat bei verschiedenen Druckstufen und Temperaturen.

NaCl

Natriumcarbonat

Ergebnisse und Diskussion

156 b) Putenkeule

Da sich aus den Versuchen mit Putensteak ergab, dass die Matrix selbst einen sehr bedeutenden Einfluss besitzt, wurden in weiteren Versuchsreihen die Auswirkungen der selben Zusatzstoffe (Ascorbinsäure, Natriumchlorid und Natriumcarbonat) auf Putenkeulen während einer Hochdruckbehandlung untersucht.

Einhergehend mit dem Druck stieg der pH-Wert für Putenkeulen über ca. 0,1 bis 0,3 an.

Dabei liegen die pH-Werte nach einer Druckbehandlung unabhängig von der eingesetzten Marinade relativ nahe beieinander. Da sich wiederum kein signifikanter Unterschied zwischen den Temperaturen ergab, wurden hier alle pH-Werte der Temperaturen 4, 20 und 40 °C in Abhängigkeit vom Druck zusammengefasst (Tabelle 35). Der Anstieg der pH-Werte (pH nach dem Marinieren, aber ohne Druckbehandlung minus pH-Werte nach der Druckbehandlung) zeigt die selben Tendenzen wie bei Steaks. Bei den sauer marinierten Proben steigt der pH-Wert mehr an als bei der Zugabe von basischen Marinaden mit Natriumcarbonat (Tabelle 36). Im Vergleich zu den pH-Werten der Steaks liegen hier bereits alle Anfangs-pH-Werte höher, was im Hinblick auf den Farberhalt nach einer Hochdruckbehandlung positiv sein sollte.

Ergebnisse und Diskussion

157 Tabelle 35: pH-Wert für Putenkeulen mit unterschiedlichen Zusätzen bei verschiedenem Druck

Marinade Druck [MPa] pH-Wert

NaCl

0,1 6,17± 0,08 200 6,19± 0,08 300 6,35± 0,23 400 6,39± 0,13 500 6,42± 0,08

Ascorbinsäuresäure

0,1 6,11± 0,06 200 6,25± 0,06 300 6,35± 0,04 400 6,36± 0,05 500 6,42± 0,09

Natriumcarbonat

0,1 6,33± 0,09 200 6,32± 0,06 300 6,34± 0,06 400 6,37± 0,09 500 6,43± 0,03

Wasser

0,1 6,16± 0,02 200 6,24± 0,04 300 6,30± 0,05 400 6,35± 0,04 500 6,34± 0,04

Ergebnisse und Diskussion

158 Tabelle 36: Differenz der pH-Werte von Putenkeulen mit unterschiedlichen Zusätzen in Bezug auf den pH-Wert bei 0,1 MPa

Zugabe

Druck

[MPa] pH_vorHP-pH_nachHP

NaCl

200 -0,01

300 -0,18

400 -0,22

500 -0,25

Ascorbinsäure

200 -0,14

300 -0,24

400 -0,25

500 -0,31

Natriumcarbonat

200 0,01

300 -0,01

400 -0,04

500 -0,10

Wasser

200 -0,08

300 -0,14

400 -0,19

500 -0,18

Bei den Farbmessungen von Keulen wurde wie bei den Steaks ein Anstieg des L*-Wertes und damit ein Aufhellen der Fleischmatrix gerade im Druckbereich zwischen 300 und 400 MPa gemessen (Abbildung 47). Zwischen 0,1 MPa und einer Druckbehandlung von 200 MPa ist der Anstieg nur minimal und nicht signifikant. Wie erwartet, ist der totale Anstieg in Keulen nicht so hoch wie in Steaks, die L*-Werte bei 500 MPa liegen unterhalb denen, die für Putenkeulen gemessen wurden. Aber auch ab einem Druck von 500 MPa scheint die Kurve eine Art Sättigung zu durchlaufen, sie flacht gegen Ende hin ab und scheint ab 500 MPa gegen einen Maximalwert zu laufen. Der a*-Wert zeigt keine signifikanten Unterschiede bzgl. Der Behandlungstemperaturen.

Betrachtet man den L*-Wert etwas genauer, so ist eine Tendenz zu erwarten, welche bei höheren Temperaturen und höherem Druck ab 300 MPa einen synergistischen Effekt auf die Farbveränderung darstellt, d. h. die Aufhellung durch höhere Temperaturen verstärkt wird.

Ergebnisse und Diskussion

159

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20 0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 47: Farbmessung von Putenkeulen mariniert mit reinem Wasser (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Bei den Versuchen, in denen verschiedene Zusätze über die Marinade in das Keulenfleisch eingebracht wurden, zeigt sich, dass bei Zugabe von NaCl, Ascorbinsäure und Natriumcarbonat ebenfalls ein Anstieg des L*-Wertes gemessen werden konnte. Im höheren Druckbereich zeigt sich, wenn auch nicht signifikant, ein synergetischer Effekt von Temperatur und Druck bei Proben mit NaCl. Die Zugabe von NaCl führt im Vergleich zu Proben mit reiner Wasserzugabe zu einem deutlich niedrigeren L*-Wert für alle Drücke und alle untersuchten Behandlungstemperaturen (Abbildung 48).

Sowohl für NaCl-Proben als auch für Ascorbinsäure-Proben ist ein schwacher, typischer sigmoidaler Kurvenverlauf des L*-Wertes zu finden.

Ergebnisse und Diskussion

160

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20 0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 48: Farbveränderungen von Putenkeulen mariniert mit NaCl.

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20 0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 49: Farbmessungen von Putenkeulen mariniert mit Ascorbinsäure.

Ergebnisse und Diskussion

161

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20 0 20 40 60 80

4 °C 20 °C 40 °C

L*-Wert

a*-Wert b*-Wert

Abbildung 50: Farbmessungen von Putenkeulen mariniert mit Natriumcarbonat.

Die Zugabe von Ascorbinsäure bewirkt, dass der Kurvenverlauf des L*-Wertes über dem Druck deutlich flacher verläuft als bei den L*-Werten mit reiner Wasserzugabe (Abbildung 49). Der L*-Wert bei 500 MPa ist dabei niedriger als bei Putenkeulen, die mit reinem Wasser mariniert sind. Dabei sind die Farbmessungen bzgl. der Behandlungstemperaturen sehr unterschiedlich und deshalb genauere Tendenzen eher willkürlich. Die Ergebnisse hinsichtlich der Farbmessungen zu sauer marinierten Steaks unterscheiden sich daher.

Welche Ursache es dafür gibt, ist noch nicht geklärt.

Abbildung 51: Bild von hochdruckbehandelten (500 MPa, 3 min) Putenkeulen mit Natriumcarbonat und reiner Wassermarinade.

Ergebnisse und Diskussion

162 Die Zugabe einer basischen Natriumcarbonat-Marinade führt zu einem wenig starken Aufhellen im Fleisch im Vergleich zu reinem Wasserzusatz (Abbildung 50). Damit bestätigt sich auch für Keulen die schon bei den Steaks getroffene Annahme, dass ein Anheben des pH-Wertes zu einem verbesserten Farberhalt im Fleisch nach einer Hochdruckbehandlung führt. Höhere Temperaturen (40 °C) zeigen, wie bereits bei den NaCl-Proben, einen schwachen synergitischen Effekt zum Druck mit leicht erhöhten L*-Werten. Die Unterschiede waren auch deutlich sensorisch sichtbar, wie man in Abbildung 51 erkennen kann.

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

10000 15000 20000 25000 30000

4 °C 20 °C 40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

15000 20000 25000 30000

4 °C 20 °C 40 °C

Abbildung 52: Schneiddruck von Putenkeulen mit 10 % Wasserzugabe (A) und NaCl Zugabe (B).

A

B

Schneiddruck [Pa] Schneiddruck [Pa]

Ergebnisse und Diskussion

163

Abbildung 53: Schneiddruck von Putenkeulen mit Ascorbinsäurezugabe (A) und Natriumcarbonatzugabe (B).

Bei der Schneiddruckmessung ist es schwierig, Tendenzen oder Aussagen zu treffen, da die Standardabweichung schon aufgrund des Rohmaterials Keule, äußerst groß ist. Generell scheint der Zusatz von NaCl und Natriumcarbonat eine weichmachende Funktion zu besitzen (Abbildung 52 und Abbildung 53). Die Werte des Schneiddrucks liegen tiefer als bei reiner Wasserzugabe oder der Zugabe von Ascorbinsäure. Bezüglich der Temperaturen lassen die Ergebnisse keine eindeutige Interpretation zu. Auch ist kein signifikanter Anstieg mit Drucksteigerung erkennbar.

Abbildung 54: GPC-Messung von Keulen mit Wasserzusatz ohne Druckbehandlung für 4 (schwarz), 20 (blau) und 40 °C (grün).

AU

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Aktin Myosin heavy chain

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

15000 20000 25000 30000

4 °C 20 °C 40 °C Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schneidkraft [Pa]

15000 20000 25000 30000

4 °C 20 °C 40 °C

A B

Schneiddruck [Pa]

Ergebnisse und Diskussion

164

Abbildung 55: GPC von Keulen mit Wasserzusatz bei 4 °C und den Drücken 0,1 MPa (schwarz) und 500 MPa (rot).

Der Einfluss der unterschiedlichen Temperaturen auf die Proteinzusammensetzung von Putenkeulen sollen hier zunächst anhand der Referenz-Keulen nur mit Wasserzugabe diskutiert werden. In der Abbildung 54 ist zu sehen, dass eine Temperaturerhöhung ohne Druck schon zu einer leichten Abnahme der einzelnen Fragmente führt. Vor allem das Aktin scheint in Putenkeulen relativ temperatursensibel zu sein.

Abbildung 56: GPC von Keulen mit Wasserzugabe bei 20 °C Starttemperatur und den Drücken 0,1 (schwarz) und 500 MPa (rot).

AU

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

Minutes

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 80,00

AU

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Aktin Myosin heavy chain

Aktin Myosin heavy chain

Ergebnisse und Diskussion

165

Abbildung 57: GPC von Keulen mit Wasserzugabe bei 40 °C Starttemperatur und den Drücken 0,1 (schwarz) und 500 MPa (blau).

Eine Druckbehandlung führt bei allen Starttemperaturen zu einem Verlust an einzelnen Proteinfragmenten, weit aus stärker wird das myosin heavy chain hingegen vom Druck abgebaut, was mit steigender Temperatur noch verstärkt wird, wohingegen das Aktin bei höheren Temperaturen etwas resistenter gegenüber einem druckinduzierten Abbau zu sein scheint (Abbildung 55 und Abbildung 56 und Abbildung 57). Vergleicht man aber die Ergebnisse mit den Ergebnissen der Putensteaks, sieht man, dass die druckinduzierte Denaturierung (der Verlust einzelner Fragmente) nicht so stark ausgeprägt zu sein scheint.

Dies könnte die Erklärung für die niedrigeren Schneiddruckmessungen liefern.

AU

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

AU

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Aktin Myosin heavy chain

Aktin Myosin heavy chain

Ergebnisse und Diskussion

166 Abbildung 58: GPC von Keulen mit Wasserzusatz bei 500 MPa mit den Starttemperaturen 4 (rot), 20 (schwarz), 40 °C (blau) .

Bei der Gegenüberstellung der GPC-Profile zu unterschiedlichen Temperaturen bei 500 MPa ist eine Abnahme der Fragmente mit steigender Temperatur zu erkennen, wobei Myosin heavy chain nicht mehr nachweisbar ist bei diesem Druck (Abbildung 58). Die Temperatur besitzt bzgl. der Veränderung von löslichen Proteinfraktionen einen synergitischen Effekt d.h.

mit steigendem Druck, steigt der Verlust an Aktin, was durch höhere Temperaturen verstärkt wird.

Tabelle 37: Enthalpie Messung der DSC von Putenkeulen mit Zusatz von 10 % Wasser bei unterschiedlichen Drücken und Behandlungstemperaturen

Temperatur [°C] Druck [MPa] Enthalpie [J/g]

4

0,1 3,48 ± 0,20

500 1,84 ± 0,08

20

0,1 2,81 ± 0,68

500 1,43 ± 0,10

40

0,1 3,71 ± 0,30

500 1,40 ± 0,12

Im Dokument Hydrostatischer Hochdruck (Seite 151-192)