H2O Monitor - Monitoring water holding capacity mechanisms of meat

Vannbindingsevne (VBE) er en viktig kvalitetsegenskap for kjøtt, som sier noe om evnen kjøttet har til å holde på vann. Dårlig VBE kan føre til høyt væsketap fra kjøtt under lagring og videre produksjon, og vil påvirke både kjøttets produksjonsegenskaper som f.eks. saftighet og mørhet, og økonomisk gevinst for kjøttbedriftene. Det er derfor viktig å vite hva som kan påvirke VBE gjennom hele verdikjeden. En stor utfordring i så henseende er at det ikke finnes noen fundamentale målemetoder for VBE, noe som gjør det vanskelig å måle og forstå endringer gjennom verdikjeden, samt å avdekke og forstå de molekylære mekanismene som påvirker VBE. Tidligere forskning har vist en kobling mellom VBE og proteinstrukturer i kjøtt, og disse strukturene endrer seg mellom dyr men også gjennom prosessering og lagring via dels uklare molekylære mekanismer. Ved bruk av hurtige spektroskopiske metoder som kan gi informasjon om endringer i både proteiner og vann, kan man begynne å forstå mer av de molekylære mekanismene som styrere VBE samt bidra til utvikling av bedre målemetoder knyttet til VBE. Prosjektet har som mål å få mer kunnskap om hva som påvirker VBE, og å utvikle nye metoder for måling av VBE hvor man ikke trenger å ødelegge eller være i direkte kontakt med kjøttet for målingene (ikke-destruktive målinger). Det finnes mye kunnskap om ulike forhold i kjøttet som påvirker VBE, men kunnskapen er fortsatt mangelfull. Flere spektroskopiske metoder har blitt testet for å måle VBE i kjøtt, men ingen har vært pålitelige og stabile. Vår tilnærming er å kombinere resultater fra flere forskningsfelt for å få en bedre oversikt og økt forståelse av hva som påvirker VBE, samt gi oss en mulighet til å forbedre de spektroskopiske metodene. Prosjektet vil forbedre forståelsen av hva som påvirker VBE hos forskningsmiljøene og kjøttindustrien, samt stimulere til utviklingen av pålitelige industrielle metoder for måling av VBE i kjøtt. Kunnskap og gode måleverktøy vil gjøre norsk kjøttindustri i stand til å optimere VBE og åpne for muligheter til kvalitetssortering. Dette vil bidra til bedre råvarekvalitet og økt inntjening hos norsk kjøttindustri. Prosjektgruppen består av to forskningsmiljøer (Nofima og ARS USDA Meat Animal Research Center (MARC)) og 5 industriaktører (Nortura, KLF, Fatland, Grilstad og Finsbråten). En utvida prosjektgruppe med deltakere fra industribedriftene og norske utdanningsinstitusjoner er viktige mottakere av ny kunnskap utviklet i prosjektet. Det er utarbeidet tre tema-ark og avholdt en workshop for gruppen for å sikre kunnskapsoverføring, i tillegg til en demonstrasjon av spektroskopiske metoder for måling av ulike kjøttkvaliteter. De faglige aktivitetene i prosjektet har vært knyttet opp mot tre hovedaktiviteter: 1) modellsystem for testing av spektroskopiske metoder, 2) analyse av spektroskopiske og kjøttkvalitetsdata fra tidligere forsøk utført ved MARC, og 3) gjennomføring av nye industriforsøk i Norge og USA. Modellsystem: Vi har etablert et modellsystem med kjøttproteiner for å forstå hvordan pH og proteinnedbryting påvirker proteinene, og for å undersøke om endringene lar seg måle ved hjelp av spektroskopiske teknikker: NIR, Raman, FTIR og fluorescence. FTIR og Raman var bedre egnet enn fluorescens og NIR for tolkning av resultatene og for å estimere pH og proteinnedbrytning. Resultatene er publisert i 2 vitenskapelige artikler i en internasjonal journal med fagfelleevaluering. Analyse av amerikanske data: Analyser av fettinnhold, mørhet og væsketap basert på VISNIR-spektra er utført på 600 griser fra MARC. Resultatene er svake, noe som kan skyldes at spektroskopi- og referansemålingene ikke er utført optimalt. Amerikansk industriforsøk: Prøver fra over 800 griser er tatt, og kvalitetsmålinger, deriblant VBE og mørhet er gjort på disse. Proteinanalyser på et utvalg av dyra viser at økende proteinnedbryting bidrar til bedre kjøttkvalitet gjennom både redusert drypptap og mørere kjøtt. I tillegg ser vi at det er en god sammenheng mellom VBE og mørhet, hvor kjøtt med god VBE også er mørt. Prøvene er analysert for proteinuttrykk, for å undersøke om det er andre endringer i proteinene som kan forklare noe av variasjonen i kjøttkvalitet. Norsk industriforsøk: Hensikten har vært å måle VBE med hurtige spektroskopiske teknikker, samt undersøke hvordan pH og proteinendringer påvirker VBE. I første forsøk med uttak fra to slakterier fant vi noen felles effekter med modellsystemet nevnt tidligere. I et nytt industriforsøk, i samarbeid med Norsvin, har vi tatt ut prøver fra 122 griser og målt drypptap, pH, utført forskjellige spektroskopiske målinger, samt proteinnedbryting. Resultatene viser at proteinnedbryting ikke ser ut til å kunne forklare forskjeller i VBE slik vi fant i prøvene fra USA. Det ser ut til at Raman kan ha et potensial til å brukes for klassifisering av kjøtt basert på både pH og VBE. Resultatene er publisert i 2 vitenskapelige artikler i internasjonale journaler med fagfelleevaluering.

Water holding capacity (WHC) is one of the most important characteristics of meat, both in terms of quality (i.e. juiciness, tenderness, technological quality) and economy (i.e. yield). Thus there is a strong interest in optimising WHC of meat throughout the value chain. The primary objective of the project is to build knowledge about biochemical and molecular mechanisms that govern WHC, and to develop analytical techniques and statistical models capable of monitoring these mechanisms. Secondary objectiv es include: 1. Improve knowledge about mechanisms governing WHC and the relationships between them 2. Develop rapid spectroscopic tools for monitoring the most important mechanisms 3. Gain knowledge about what affects the most important mechanisms 4. Tran sfer knowledge about WHC mechanisms and monitoring tools to industry and teaching institutions Knowledge about biochemical and molecular mechanisms influencing WHC already exists, but data have not been combined and integrated to build a complete overvie w of factors governing this trait. Furthermore, while several spectroscopic techniques have been developed to measure WHC, none have established themselves as reliable. Our approach of using multivariate statistical methodology to combine data from these fields of science, will lead to a more complete overview of the underlying mechanisms and their interactions, and improve the precision of spectroscopic methods. Critical R&D challenges are: 1) Unravel the complex relationships between biochemical and mo lecular mechanisms affecting WHC 2) Identify and develop spectroscopic methodology suitable for monitoring of the underlying mechanisms of WHC 3) Combine biochemical and molecular data with spectroscopic information in order to develop models describing W HC It is anticipated that the project will improve the understanding of factors governing WHC within scientific communities and meat industry, and stimulate development of reliable online methods for measuring WHC.