Efecto del procesamiento con Altas Presiones Hidrostáticas sobre proteínas miofibrilares y propiedades de textura de hamburguesas de carne vacuna

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1 Efecto del procesamiento con Altas Presiones Hidrostáticas sobre proteínas miofibrilares y propiedades de textura de hamburguesas de carne vacuna F. Speroni 1,2 ; N. Szerman 2,3 ; S. Vaudagna 2,3 RESUMEN El tratamiento con altas presiones hidrostáticas (APH) permite mejorar las propiedades funcionales de las proteínas, ya que induce su desnaturalización, agregación y/o gelificacion. En este estudio se evaluó el efecto combinado de APH y sales sobre el perfil electroforético y las propiedades térmicas de proteínas miofibrilares y su consecuente influencia en la textura de hamburguesas de carne vacuna. Éstas se prepararon con: carne magra, 80%; agua, 10% y grasa vacuna, 10% (A: sin aditivos, B: 2% NaCl y 0,5% tripolifosfato de sodio TPFS-). La mitad de las hamburguesas congeladas, formuladas o no con aditivos, fue tratada a 300 MPa-5 min (A300 y B300). Luego todas las hamburguesas, tratadas con APH o no (A0 y B0) se conservaron congeladas. Los perfiles electroforéticos de las proteínas extraídas con 0,1M NaCl; 0,6M NaCl; 0,6M NaCl+0,8%SDS o 0,6M NaCl+0,8%SDS+5% β-mercaptoetanol (100 C) fueron analizados por SDS-PAGE. El comportamiento térmico fue estudiado por DSC. Se realizó un análisis de perfil de textura de las hamburguesas cocidas. Las proteínas extraídas con 0,6M NaCl+0,8% SDS+5% β-mercaptoetanol de todas las muestras evaluadas presentaron un perfil electroforético similar, sugiriendo que las proteínas, que no pudieron ser extraídas con 0,6M NaCl o 0,6M NaCl+0,8%SDS estarían involucradas en la formación de agregados estabilizados por puentes disulfuro inducidos por APH. Las APH (A300) provocaron la desnaturalización total de actina y miosina, y la aparición de estructuras estabilizadas posiblemente por puentes de hidrógeno, que también se desensamblan cerca de los 50 C. La adición de sales (B0) disminuyó la temperatura de desnaturalización y la entalpia de la miosina y actina, siendo este efecto reforzado por las altas presiones (B300). El tratamiento con APH aumentó la dureza, elasticidad y masticabilidad de las hamburguesas con y sin aditivos, excepto por el parámetro cohesividad que no presentó diferencias en las B. El tratamiento con APH modificó las uniones entre las partículas de carne como consecuencia de la mejora en la agregación de las proteínas miofibrilares. ABSTRACT High pressure processing (HPP) has been proposed as a possible mean for improving functional properties of proteins, since it induces protein denaturation, aggregation and/or gelation. The aim of this study was to evaluate the effects of HPP on myofibrillar beef proteins and their potential influence on textural properties of beef patties. Patties were elaborated with 80% beef meat, 10% 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Argentina 2. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (CIDCA), CONICET Fac. de Ciencias Exactas,UNLP, Argentina. 3: InstitutoTecnología de Alimentos, CIA, INTA, Argentina.

2 water and 10% beef fat (A: no additives; B: NaCl2% and sodium tripolyphosphate0.5%). After freezing, A and B patties were submitted to 300MPa-5min (A300, B300). Then, patties treated by HPP and those nonpressurized (A0 and B0) were kept frozen. Electrophoretic profiles of meat proteins extracted by 0.1M NaCl; 0.6M NaCl; 0.6M NaCl+0.8%SDS or 0.6M NaCl+0.8%SDS+5% β-mercaptoethanol (100 C) were analyzed by SDS-PAGE. Thermal behavior of meat proteins was studied by DSC. Texture profile analysis of grilled patties was also performed. Extracted proteins with 0.6M NaCl+0.8%SDS+5% β-mercaptoethanol from all treatments presented similar electrophoretic profiles. This result suggested that proteins, which could not be extracted by 0.6M NaCl or 0.6M NaCl+ 0.8%SDS, were involved in the formation of high pressure-induced aggregates stabilized by disulfide bonds. According to DSC, HPP caused total denaturation of actin and myosin, and the appearance of structures possibly stabilized by hydrogen bonds, that also disassembled around 50 C. Addition of salts (B0) diminished denaturation temperature and enthalpy of myosin and actin, being this effect enhanced by HPP (B300). HPP increased hardness, springiness and chewiness for patties with (B) or without additives (A); excepting cohesiveness which did not present differences in B patties. HPP modified the binding between meat particles as a consequence of the enhancement of myofibrillar proteins aggregation. INTRODUCCIÓN Los tratamientos con APH pueden inducir efectos específicos en la textura y estructura de los alimentos, por lo tanto su aplicación permitiría el desarrollo de nuevos productos y la optimización procesos convencionales de la industria de los alimentos (Hugas, et al., 2002). La aplicación de APH ocasiona una serie de cambios fisicoquímicos en las proteínas cárnicas, desde su solubilización hasta su agregación, dependiendo de las características del sistema y las condiciones de procesamiento (Fernández-Martín et al., 2002). Además, se ha observado que el efecto del tratamiento con APH sobre las proteínas miofibrilares es similar al de las sales, siendo posible reducir su concentración (Trespalacios & Pla, 2007). El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto combinado de la incorporación de aditivos (NaCl y TPFS) y las APH sobre las interacciones entre polipéptidos y las propiedades térmicas de proteínas miofibrilares y su consecuente influencia en la textura de hamburguesas de carne vacuna. MATERIALES Y MÉTODOS Las hamburguesas fueron elaboradas con: carne magra 80% (Triceps branchii -paleta-), agua 10% y grasa vacuna 10%. A la mitad de la masa se le incorporó 2% NaCl y 0,5% tripolifosfato de sodio (TPFS) y la otra mitad se mantuvo con la formulación base (A, Tabla I) Las hamburguesas fueron congeladas (-40 C) y tratadas a 300 MPa durante 5 min a 5 C en un equipo Stansted Fluid Power (modelo FPG9400:922, Stansted, UK). Las hamburguesas no tratadas por APH (0,1 MPa) se conservaron a -40 C. Se realizaron extracciones de las proteínas cárnicas de las hamburguesas crudas con distintos buffers, los que contenían 0,1M NaCl; 0,6M NaCl; 0,6M NaCl + 0,8% SDS o 0,6M NaCl+0,8% SDS+5% β-mercaptoetanol (100 C). Los

3 perfiles electroforéticos de las diferentes fracciones fueron obtenidos en geles de poliacrilamida (SDS-PAGE), 4% para el gel concentrador y 12% para el separador (Laemmli, 1970). Las electroforesis se llevaron a cabo por 90 min con un voltaje constante de 130V (Mini Protean III, system Bio-Rad). Marcadores de peso molecular estándar se utilizaron para estimar los pesos moleculares de las proteínas. Tabla I: Tratamientos aplicados y nomenclatura Formulación 0,1 MPa 300 MPa Sin aditivos (A) A0 A300 2%NaCl + 0,5%TPFS (B) B0 B300 El comportamiento térmico de las muestras cárnicas se estudiaron mediante calorimetría diferencial de barrido en un equipo Perkin-Elmer (Pyris1-DSC). Se colocaron de 20 a 30 mg de muestra en cápsulas de acero inoxidable (50µL) y se sellaron herméticamente. Una cápsula vacía se utilizó como referencia. La temperatura se incrementó desde 25 a 90ºC (5ºC/min). Se determinaron la temperatura de desnaturalización (Td) y la variación de entalpía de desnaturalización ( Hd). Para el análisis del perfil de textura, primero las hamburguesas se cocinaron en una parrilla de doble contacto (200 C) hasta alcanzar 72 C en el centro. Luego, se cortaron muestras cilíndricas (15mm diámetro, 15mm altura) y se equilibraron a 25 C. Los parámetros de textura fueron evaluados mediante una prueba de doble compresión, utilizando un analizador de textura (Stable Micro Systems modelo TA.XTplus) con un accesorio cilíndrico (35mm diámetro) y una celda de carga de 50 kg. Las muestras fueron comprimidas al 50% de su altura original (velocidad de compresión: 0,5 mm/s). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Composición polipeptídica de proteínas extraídas El tratamiento con APH aumentó el número de bandas y su intensidad, correspondientes a las proteínas sarcoplásmicas (extraídas con 0,1M NaCl), posiblemente debido al incremento de su solubilización (Fig. 1.a). Figura 1. Perfiles electroforéticos de proteínas extraídas de hamburguesas de carne. MM: Marcador de peso molecular; A0: sin aditivos; A300, sin aditivos tratadas con APH; B300: 2%NaCl+0,5%TPFS, tratadas con APH. a) extraídas con 0,1M NaCl; b) extraídas con 0,6M NaCl; c) extraídas con 0,6M NaCl + 0,8% SDS; d) extraídas con 0,6M NaCl + 0,8% SDS + 5% β-mercaptoetanol.

4 Con la extracción realizada con 0,6M NaCl se obtuvieron las proteínas miofibrilares (Fig. 1 b). En A300 se observó un aumento en la intensidad de las bandas correspondientes a actina y una disminución en las de la cadena pesada de miosina, sugiriendo que las APH provocaron la despolimerización de la primera y la formación de agregados insolubles en la segunda. En B300, la banda de miosina fue más intensa que en A300 y la de actina menos intensa. Esto indicaría que en las hamburguesas formuladas con sales las APH inducirían la agregación de actina; sin embargo, el efecto sobre la agregación de miosina sería menor (Fig. 1.b). Los perfiles electroforéticos de los extractos con 0,6M NaCl+0,8% SDS fueron similares a los de 0,6M NaCl solo (Fig. 1.c y 1.b, respectivamente). Los perfiles electroforéticos obtenidos con la extracción realizada en presencia de β-mercaptoetanol fueron similares en las tres muestras estudiadas, sugiriendo que los agregados formados por las APH estarían estabilizados por puentes disulfuro (Fig. 1.d). Comportamiento térmico En la curva correspondiente a las hamburguesas A0 (Fig. 2) se observan las endotermas correspondientes a miosina, proteínas sarcoplásmicas, colágeno y actina. La presencia de sales (B0) indujo la extracción de proteínas miofibrilares, con desestabilización térmica de actina y parcial de miosina, y probablemente la aparición de una estructura de baja estabilidad térmica (50 C). Las APH (A300) provocaron la desnaturalización total de actina y miosina y la aparición de estructuras estabilizadas posiblemente por puentes de hidrógeno, que también se desensamblan cerca de los 50 C. Las proteínas sarcoplásmicas y colágeno serían resistentes a las APH en ausencia de aditivos, pero su sensibilidad aumentaría con la presencia de los mismos. Estos resultados sugieren que las sales (NaCl, TPFS) o procesos (APH) que permiten la solubilización de las proteínas miofibrilares conllevan a su desnaturalización y formación de agregados. Figura 2. Análisis del comportamiento térmico de hamburguesas formuladas sin aditivos (A) o con 2%NaCl + 0,5% tripolifosfato de sodio (B), tratadas (A300, B300) o no (A0, B0) con APH. Análisis del perfil de textura La aplicación del tratamiento con APH incrementó los parámetros de dureza, elasticidad y masticabilidad de las hamburguesas elaboradas con (B300) y sin aditivos (A300) en relación a hamburguesas no tratadas (B0 y A0). El incremento en los parámetros de textura debido a la aplicación del tratamiento

5 de APH fue menor en presencia de aditivos. Es posible que los agregados que miosina formados en A300 y menos en B300 sean responsables de esta diferencia. El parámetro cohesividad no presentó diferencias en las hamburguesas formuladas con sales (B). Figura 3. Análisis de perfil de textura de hamburguesas formuladas sin aditivos (A) o con 2%NaCl + 0,5% tripolifosfato de sodio (B), tratadas (A300, B300) o no (A0, B0) con APH. CONCLUSIONES La aplicación de tratamientos con APH promoverían la extracción de las proteínas miofibrilares y su agregación, involucrando en los agregados principalmente a la miosina. La formación de estos agregados mejorarían la unión entre las partículas de carne de las hamburguesas. Los fenómenos de extracción y formación de agregados, observados en hamburguesas crudas, se vieron reflejados en los parámetros de textura. Las APH modificaron las propiedades de textura en hamburguesas formuladas con y sin aditivos. Estos estudios permiten tener un mayor conocimiento sobre las modificaciones debidas a la aplicación de APH y permitirán modificar las formulaciones de los alimentos, reduciendo la concentración de aditivos utilizados. Se requieren estudios adicionales que evalúen las condiciones óptimas del tratamiento con APH en relación a las propiedades fisicoquímicas, tecnológicas y texturales de las hamburguesas. BIBLIOGRAFIA Fernández-Martín, F., Cofrades, S., Carballo, J., Jiménez-Colmenero, F. (2002). Salt and phosphate effects on the gelling process of pressure/heat treated pork batters. Meat Science, 61(1),

6 Hugas, M., Garriga, M., Monfort, J. M. (2002). New mild technologies in meat processing: high pressure as a model technology. Meat Science, 62(3), Laemmli U.K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of a bacteriophago T4. Nature (227) Trespalacios, P., Pla, R. (2007). Simultaneous application of transglutaminase and high pressure to improve functional properties of chicken meat gels. Food Chemistry, 100(1),