بررسی سینتیک اکسیداسیون و ویژگی های میکروبی گوشت سینه مرغ رفع انجماد شده تحت میدان الکترواستاتیک با ولتاژ بالا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان

3 عضو هیات علمی دانشگاه علوم کشاورزی گرگان

4 هیات علمی دانشگاه گرگان

5 عضو هیات علمی دانشگاه گرگان

چکیده

سابقه و هدف: در فناوری میدان الکترواستاتیک با ولتاژ بالا با اعمال یک میدان الکتریکی بین دو الکترود نقطه‌ای و صفحه‌ای، جریان هوای موجود در سطح ماده غذایی یونیزه شده و جریان حجمی از هوا موسوم به باد کرونایی شکل می‌گیرد که با ایجاد اغتشاش در لایه مرزی سطح فراورده موجب افزایش انتقال حرارت می‌شود. در این فناوری، تولید اوزون به‌دنبال تخلیه کرونایی و یونیزه شدن هوا، می‌تواند موجب کاهش رشد میکروبی شود. از سوی دیگر، از آ‌نجایی که اوزون اکسنده‌ای قوی می‌باشد، خطر اکسیداسیون چربی فراورده نیز وجود دارد. هدف از این پژوهش استفاده از میدان الکترواستاتیک ولتاژ بالا به منظور رفع انجماد گوشت سینه مرغ و بررسی اثر آن بر رشد میکروبی و اکسیداسیون چربی نمونه‌های رفع انجماد شده می‌باشد.
مواد و روش‌ها: ابتدا گوشت سینه مرغ تازه با قالب طراحی شده و تیغ‌های تیز به قطعات مساوی3 cm 2×2×2 قطعه‌بندی گردید و سپس در بسته‌های پلی اتیلنی بسته‌بندی شده و با استفاده از تونل انجماد 30- درجه سانتی‌گراد با سرعت هوای یک متر بر ثانیه منجمد شدند. سپس، در دمای 18- درجه سانتی‌گراد تا زمان آزمایشات نگهداری شدند. رفع انجماد قطعات منجمد تحت میدان الکترواستاتیکی در سه ولتاژ انتخابی (بین شروع جریان کرونا و تخلیه الکتریکی) و در فواصل الکترودی معین 3، 5/4 و 6 سانتی‌متر انجام شد. یک نمونه نیز به‌عنوان نمونه کنترل با استفاده از روش هوای ساکن در همان شرایط و بدون اعمال ولتاژ رفع انجماد گردید. اکسیداسیون چربی در نمونه‌های گوشت سینه مرغ با اندازه گیری شاخص مالون دی‌آلدهید طی دوره نگهداری به مدت یک هفته پس از رفع انجماد در فواصل زمانی روزهای اول، سوم، پنجم و هفتم نگهداری در دمای یخچال بررسی شد. شمارش کلی میکروارگانیسم‌ها توسط کشت پورپلیت در دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت 72 ساعت طی روزهای اول، سوم و ششم نگهداری در دمای یخچال انجام شد و شمارش باکتری‌های سرمادوست توسط کشت سطحی در دمای 5/6 درجه سانتی‌گراد طی دوره نگهداری 10 روزه مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: با بررسی سینتیک واکنش اکسیداسیون چربی نمونه سینه مرغ رفع انجماد شده توسط مدل درجه صفر، ثابت سرعت واکنش در تیمارهای مختلف تعیین شد. ثابت سرعت واکنش در قدرت‌های پایین میدان (kV/cm 5/1) با نمونه کنترل اختلاف معنی‌داری نشان نداد، در حالی‌که تحت قدرت‌های بالاتر (kV/cm 25/2 و 3) این میزان افزایش یافت. به طور کلی، با افزایش ولتاژ و کاهش فاصله الکترودی، سرعت تشکیل مالون دی‌آلدهید سینه مرغ رفع انجماد شده طی نگهداری افزایش یافت. این در حالی است که در ولتاژ‌های شروع کرونا، ثابت سرعت تشکیل مالون دی‌آلدهید از نمونه‌های رفع انجماد شده در دمای محیط و بدون اعمال ولتاژ کمتر بود. نتایج بررسی رشد میکروبی نشان داد که شمارش کلی باکتری‌ها در نمونه‌های تحت ولتاژ نسبت به نمونه کنترل و گوشت تازه طی دوره نگهداری شش روزه کاهش یافت. شمارش کلی باکتری‌ها در مورد نمونه کنترل به تدریج ازcfu/g 105× 07/1 در روز اول به cfu/g 106×82/7 در روز ششم و در نمونه‌های تحت ولتاژ 8 و 10 کیلوولت، به ترتیب از cfu/g 104×5 و cfu/g 104 ×36/3 به cfu/g 106 ×36/1 و cfu/ g 106×1طی دوره نگهداری رسید. این در حالی است که شمارش کلی در نمونه گوشت تازه از cfu/g 104× 73/9 در روز اول به cfu/ g 106×6 در روز ششم افزایش یافت. از سوی دیگر نگهداری ده روزه در دمای 0C 5/6، حاکی از کاهش قابل ملاحظه (P<0.05) باکتری‌های سرمادوست در نمونه‌های تحت ولتاژ می‌باشد.
نتیجه گیری: نظر به اهمیت فرایند رفع انجماد برای محصولات حساس به فساد مانند گوشت مرغ، می‌توان با به‌کارگیری قدرت میدان kV/cm 25/2 برای انجام رفع انجماد تحت میدان الکترواستاتیک، از مزایای این روش در کاهش فساد فراورده و افزایش عمر ماندگاری بهره گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of oxidation kinetics and microbial characteristics of thawed chicken breast under high voltage electrostatic field

چکیده [English]

Background and objectives: In high voltage electrostatic field technique, by applying a high voltage electric field (HVEF) in a needle- plate electrode system, air at the surface of food product is ionized, and a volumetric flow known as corona wind is formed, that increases the heat transfer coefficient in food product by volumetric heat generation. In this thechnology, ozone generation followed by the corona discharge and air ionization, are capable to reducing microbial contamination; on the other hand, since ozone is a strong oxidizer, there is a risk of lipid oxidation. The aim of this paper is using high voltage electrostatic field for thawing of chicken breast, and investigating its effects on microbial count and lipid oxidation.

Materials and methods: First, fresh chicken breast were cut into equal cubes (2×2×2 cm3) by a designed cast and sharp razor, then, were frozen by a freezing tunnel with forced air circulation at -30 0C and 1 m/s air velocity, after vacuum packaging in polyethylene bags. The frozen samples were kept at -180C until use. Thawing under HVEF at three different voltages (from the corona start voltage to the breakdown voltage), and specific electrode gaps were done. The control sample was subjected to no HVEF but thawed conventionally by still air method. Fat oxidation of thawed samples were investigated at first, third, fifth, and seventh days intervals during storage at refrigerator. The thawed samples were kept at refrigerator (4±10C) after packaging, and evaluated for microbiological tests (total microbial count and psychrotrophic), and the oxidation kinetics were investigated. Total microbial count during first, third and sixth days of storage at refrigerator, by pour plate at 300C for 72 hours, and psychrotrophic bacteria count during ten days storage at 6.50C by surface plate were investigated.

Results: The equation resulted from TBARS- time changes curve, is linear. By evaluation of zero-order kinetic model, the kinetic rate constant was determined at different treatments. The kinetic rate constant had no significant difference with control at low electric field strength (1.5 kV/cm); while, this factor was more intense with increasing electric field strength (2.25 and 3 kV/cm). Generally, malonaldahyde formation rate of thawed chicken was increased by increasing voltage and decreasing electrode gap during storage. However, at corona start voltages, malonaldahyde formation rate constant was less than control. Results from microbial growth showed total microbial count decreased at HVEF thawed samples compared with control and fresh chicken during six days storage. Total microbial count in the case of control was 1.07×105 cfu/g at first day, that was increased to 7.82 ×106 cfu/g at sixth day, and in the case of HVEF thawed samples at 8 and 10 kV, were 5× 104 cfu/g and 3.36×104 cfu/g at first day, that were increased to 1.36×106 cfu/g and 1×106 cfu/g at sixth day, respectively. However, total microbial count of fresh chicken was increased from 9.73×104 cfu/g at first day to 6×106 cfu/g at sixth day. On the other hand, storage at 6.5 0C during 10 days, decreased the psychrotrophic microorganisms significantly at HVEF thawed samples) P<0.05).

Conclusion: Due to the importance of thawing for products susceptible to spoilage, such as chicken, it is possible to benefit from HVEF thawing method to decreasing spoilage and increasing shelf life, by applying 2.25 kV/cm electric field strength.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High voltage electrostatic field
  • Thawing
  • Chicken breast
  • Oxidation kinetics
  • Microbial characteristics
1.Akamittath, J., Brekke, C., and Schanus,
E. 1990. Lipid oxidation and color
stability in restructured meat systems
during frozen storage. Journal of Food
Science. 55: 1513-1517.
2.AOAC. 2005. Official methods of analysis
of the association of official analytical
chemists, Vol. II. Arlington, VA:
Association of Official Analytical
Chemists.
3.Barsotti, L., and Cheftel, J.C. 1999. Food
processing by pulsed electric fields,
Biological aspects. Food Review
International. 15 (2): 181-213.
4.Donnell, C., Tiwari, B.K., Cullen, P.J.,
and Rice, R.G. 2012. Ozone in food
processing. A John Wiley & Sons, Ltd.,
Publication, pp 3-53.
5.Duthie, G., Campbell, F., Bestwick, C.H.,
Stephen, S., and Russell, W. 2013.
Antioxidant effectiveness of vegetable
powders on the lipid and protein
oxidative stability of cooked turkey
meat patties: Implications for Health.
Nutrients. 5: 1241-1252.
6.Hansen, E., Juncher, D., Henckel, P.,
Karlsson, A., Bertelsen, G., and
Skibsted, L.H. 2004. Oxidative stability
of chilled pork chops following long
term freeze storage. Meat Science. 68:
479-484.
7.He, X., Liu, R., Nirasawa, S., Zheng, D.,
and Liu, H. 2014. Factors affecting the
thawing characteristics and energy
consumption of frozen pork tenderloin
meat using high-voltage electrostatic
field. Innovative Food Science and
Emerging Technology. 6: 1-6.
8.Hsieh, C.W., Lai, C.H., Ho, W.J., Huang,
S.C., and KO, W.C. 2010. Effect of
thawing and cold storage on frozen
chicken thigh meat quality by high
voltage electrostatic field. Journal of
Food Science. 75(4):193-197.
9.Iranian national standard. Number 2629.
2003. Microbiology of food and animal
feeding. Stuffs Enumeration of
psychrotrophic Microorganisms - Test
method. First Revision. First edition (In
Persian).
10.Iranian national standard. Number 8923-
1. 2007. Microbiology of food and
animal feeding stuffs –Preparation of
test samples, initial suspension and
decimal dilutions for icrobiological
examination–Part 1: General rules for
the preparation of initial suspension and
decimal dilutions. First edition (In
Persian).
11.Iranian national standard. Number 9714.
2007. Fresh poultry meat –
Specifications. First edition (In Persian).
12.Iranian national standard. Number 5272-
1. 2014. Microbiology of the food
chain– Horizontal method for the
enumeration of microorganisms – Part
1: Colony count at 30 °C by the pour
plate technique. First edition (In
Persian).
13.Moslemi, M., Khaksar, R., Taslimi, A.,
Hosseini, H., and Ferdousi, R. 2012.
Effects of soybean and canola oils on
fatty acids profile of chicken during
storage. J. Food Health. 2 (2): 39-50 (In
Persian).
14.Mousakhani-Ganjeh, A., Hamdami, N.,
and Soltanizadeh, N. 2016. Effect of
high voltage electrostatic field thawing
on the lipid oxidation of frozen tuna fish
(Thunnus albacares). Innovativ Food
Science and Emerging Technology.
Accepted manuscript.
doi:10.1016/j.ifset.2016.05.017.
15.Jaksch, D., Margesin, R., Mikoviny, T.,
Skalny, J.D., Hartungen, E., Schinner,
F., Mason, N.J., and Marks, T.D. 2004.
The effect of ozone treatment on the
microbial contamination of pork meat
measured by detecting the emissions
using PTR-MS and by enumeration of
microorganisms. International Journal of
Mass Spectrometry. 239: 209-214.
16.James, S.J. 2002. Meat refrigeration,
first ed. Woodhead Publishing Limited,
Abington, pp. 159-163.
17.Jaturasitha, S., Srikanchai, T., Kreuzer,
M., and Wicke, M. 2008. Difference in
carcass and meat characteristics between
chicken indigenous to northern Thailand
(Black-boned and Thai native) and
imported extensive breeds (Bresse and
Rhode Island Red). Poultury Science.
87: 160-169.
18.Kumar, R.P., and Rani, M.S. 2014.
Chemical composition of chicken of
various commercial brands available in
market. Journal of Agriculture and
Veterinary Science. 7(7): 22-26.
19.Li, B., and Sun, D.W. 2002. Novel
methods for rapid freezing and thawing
of foods – a review. Journal of Food
Engineering. 54: 175-182.
20.Martinez, P.E., Lopez, A.S., Fortuny,
R.S., and Bellose, O.M. 2012. Novel
Thermal and Non-Thermal
Technologies for Fluid Foods, Chapter
4, Pulsed Electric Field Processing of
Fluid Foods, pp 63- 108.
21.Poli, G., Schaur, R.J., Siems, W.G., and
Leonarduzzi, G. 2007. 4-
Hydroxynonenal: A membrane lipid
oxidation product of medical interest.
Medicinal Research Reviews. 28: 569–
631.
22.Singh, A., Orsat, V., and Raghavan, V.
2012. A Comprehensive review on
electrohydrodynamic drying and highvoltage electric field in the context of
food and bioprocessing. Drying
Technology. 30 (16): 1812-1820.
23.Stivarius, M.R., Pohlman, F.W.,
McElyea, K.S., and Apple, J.K. 2002.
Microbial, instrumental color and
sensory color and odor characteristics of
ground beef produced from beef
trimmings treated with ozone or chlorine
dioxide, Meat Science. 60: 299–305.
24.Taher, B.J., and Farid, M.M. 2001.
Cyclic microwave thawing of frozen
meat: experimental and theoretical
investigation. Chemical Engineering and
Processing: Process Intensification. 40:
379–389.
25.Teets, AS., Sundararaman, M., and
Were, LM. 2008. Electron beam
irradiated almond skin powder inhibition
of lipid oxidation in cooked salted
ground chicken breast. Food Chemistry.
111: 934–941.
26.Tyagi, A., and Malik, A. 2010.
Antimicrobial action of essential oil
vapours and negative air ions against
Pseudomonas fluorescens. International
Journal of Food Microbiology, 143:
205-210.
27.Valsta, L.M., Tapanainen, H., and
Mannisto, S. 2005. Meat fats in
nutrition. Meat Science. 70: 525-530.
28. Wang, L.L., and Xiong, Y.L. 2005.
Inhibition of lipid oxidation in cooked
beef patties by hydrolyzed potato
protein is related to its reducing and
radical scavenging ability. Journal of
Agricultural and Food Chemistry. 53:
9186-9192.
29.Yang, P.P.W., and Chen, T.C. 1979.
Effects of ozone treatment on microflora
of poultry meat. Journal of Food
Processing and Preservation. 3(2): 177–
85.
30.Zhu, S., Ramaswamy, H.S., and
Simpson, B.K. 2004. Effect of highpressure versus conventional thawing on
color, drip loss and texture of Atlantic
salmon frozen by different methods.
LWT- Food Science and Technology.
37: 291- 299.