De pH-waarde van vlees en vleesproducten

Meten is weten! En dat geldt ook bij het verwerken van vlees. Belangrijkste parameters daarbij zijn de temperatuur waarbij het vlees verwerkt wordt, de zuurtegraad (pH) van de grondstoffen, alsmede de wateractiviteit (a_w) van de gezouten/gedroogde eindproducten. Dan mogen wel de temperaturen in de verschillende stadia van de bereiding gemonitord worden, voor de pH en de wateractiviteit is dat nog lang niet altijd het geval. Zelf de a_w-waarde meten is niet evident wegens de dure apparatuur die dat vergt. Voor de pH ligt dat anders omdat daar, aan een aanvaardbare kost, een quasi onmisbare pH meter kan aangeschaft worden.

Immers, de pH laat toe de grondstoffen (bijvoorbeeld hammen) naar technologische kwaliteit te beoordelen, en daarmee de aangeboden grondstoffen optimaal te benutten. De waterbinding in verhitte producten wordt immers in belangrijke mate bepaald door de pH van de grondstoffen. Dat geldt ook voor de kleur en de kleurstabiliteit van zowel vleesbereidingen als vleesproducten. Verder is een correcte pH bijzonder belangrijk met betrekking tot de bacteriologische houdbaarheid én bacteriologische veiligheid van de eindproducten. Dit laatste in een geheel van maatregelen waarbij de temperatuur bij het verwerken en de pH en de a_w-waarde van het eindproduct van cruciaal belang zijn.

Reden te over om ook in de ambachtelijke slagerij pH-metingen te introduceren, als tool voor een meer optimale bereiding van de eigen producten. Vooraleer daar verder op te gaan geven wij, in dit artikel, eerst een korte inleiding op wat de pH is, wat zuren doen en hoe gebufferd kan worden. In vervolgartikelen zal verder ingegaan worden op de sturing van de pH in vleesbereidingen en vleesproducten.

Chemische achtergrond

Chemisch gezien is vlees een waterig systeem waarin de spiereiwitten ingebed zijn in een verdunde elektrolytoplossing. Het water zelf komt daarin gedeeltelijk gespitst voor in zijn samenstellende ionen H+ en OH¯. Voor het dissociatie evenwicht van water geldt dan:
H2O=[H^+] [OH^-]                                                          (1)

Met k_w de dissociatieconstante:
([H^+ ] [OH^-]) ([H2O]) = 10-14                                      (2)

De lage waarde van de dissociatieconstante (k_w = 10 -14) geeft aan dat (bij 25 °C) water slechts zeer weinig gesplitst is: 1 molecule op 10 000 000 (107) watermoleculen. Vermits daarbij zowel H+ als OH¯ -ionen worden gevormd, houdt dat in dat H2O zowel als een zwak zuur of een zwakke base kunnen reageren. Bij gelijke hoeveelheden H+ en OH¯ -ionen is water zuur-neutraal. Dan is [H+] = [OH¯] = 10 -7. Vermits de pH gedefinieerd wordt als
pH = - log [H+]                                                                (3)

is de pH (soms zuurtegraad genoemd) dan 7. Als [H+] > [OH¯] is noemt men de oplossing zuur (0 ≤ pH < 7); als 7< pH ≤ 14) noemt men de oplossing alkalisch. Dit is het geval wanneer aan de waterige oplossing enerzijds een zuur of anderzijds een base is toegevoegd. De pH hangt dan af van de concentratie en de dissociatieconstante K_a van het zuur of de base. Bijvoorbeeld: Voor melkzuur (K_a = 1.39 x 10-4; pK_a = 3.86 ) bij een concentratie van 1 g /l [0.011 mol/l] is de pH 2.91.

Opgemerkt wordt dat zwakke zuren (of basen) als pH-buffer kunnen aangewend worden. Voor melkzuur geldt immers:
CH₃CH(OH)COOH = H+ +
CH₃CH(OH) COO¯                                                        (4)

Met als K_a de dissociatieconstante:

         ([H+] [CH₃CH(OH)COO¯]
K_a= _______________________ =1.39x10^-4

         ([CH₃CH(OH)COOH])                                           (5)

Volgt uit (5) voor de pH:

                 ([CH₃CH(OH)COOH])
[H+]=Ka   __________________
                 ([CH₃CH(OH)COO¯])                                    (6)

                        ([CH₃CH(OH)COO¯])
pH=pKa+log ___________________
                        ([CH₃CH(OH)COOH])                             (7)

Voor een 1.0 M CH₃CH(OH)COOH/1.0 M CH₃CH(OH)COO¯ buffer geldt dan:

                       1.0
pH=3.86+log  ___ 3.86
                       1.0

De bufferende werking berust er dan op dat toevoegen van een sterk zuur wel de hoeveelheid CH₃CH(OH)COOH vermeerdert en de hoeveelheid CH₃CH(OH) COO¯ vermindert maar de waarde van log [CH₃CH(OH) COO¯] / [CH₃CH(OH) COOH] niet veel. Bijvoorbeeld toevoegen van 0.1 mol sterk zuur per liter geeft als pH:

                       0.9
pH=3.86+log  ___   =3.86+(-0.09)=3.75
                       1.1

Een nauwelijks te meten verschil! Deze wetmatigheid wordt, zoals in een vervolgartikel zal blijken, gebruikt worden om de gewenste pH van vleesbereidingen en vleesproducten aan te passen tot de gewenste waarde. Verder werken ook de eiwitten van het vlees als buffer.

Post-mortale pH-shift

De pH-waarde van een levende spier ligt zowat boven het neutrale punt (pH 7.2). Na het slachten (post mortem) treedt bij het vlees een biochemisch afbouwproces in. Om in hun energievoorziening te voorzien schakelen de spiervezels over op anaërobe glycolyse. In een cascade van enzymatische reacties wordt hierbij glycogeen afgebroken tot melkzuur. Het hierbij geproduceerde melkzuur blijft in de spiercellen opgehoopt en veroorzaakt er snel een sterke pH-daling. Dit wordt treffend geïllustreerd in onderstaande figuur (Lawrie, 1985). Wanneer alle glycogeenreserves zijn opgebruikt, daalt de ATP-concentratie. Vermits ATP nodig is voor de ontspanning van de spier, zal bij uitputting van de energiereserves de spier overgaan in een toestand van blijvende contractie. Dit blijkt duidelijk uit het plots verminderen van de rekbaarheid van de spier. De spier begint dan helemaal te verkrampen. Op dat moment treedt dan ook de lijkstijfheid of rigor mortis in. Het spierweefsel is dan verworden tot vlees.

Verloop van ATP (□ ---- □), creatinefosfaat/ CP (∆ ---- ∆), pH (o----o), en de rekbaarheid (•----•) in functie van de tijd Normaal gebeurt dit vanaf pH 5,9 en een residuele ATP-concentratie van 1 μmol ATP/g spierweefsel. Afhankelijk van het ras en de omstandigheden die het slachten voorafgaan (uitnuchteren, vervoer, rustperiode, verdoven, ...) wordt bij varkens de rigor toestand bereikt na 6 tot 8 h. Normaal is de pH dan gedaald van 7 tot circa 5,5. Bij runderen wordt de rigor pas bereikt na 36 tot 40 h. De pHdaling is er doorgaans iets minder groot (eind-pH 5,5 - 5,7). Bij kippen daalt de pH slechts tot 6,2. Vermits bij deze pH’s de myofibrillaire eiwitten zich dichter bij hun iso-elektrisch punt bevinden (pHI myosine 5,4 en pHI actine 4,7) vermindert de waterbindingscapaciteit van rigor vlees, wat grote consequenties heeft voor de verwerking ervan. Zeker als de post-mortale pH-shift gestoord is verlopen.

Afwijkende vleeskwaliteiten

Afwijkende vleeskwaliteiten ontstaan wanneer de post mortale biochemische processen abnormaal verlopen. Voor PSE- en DFD-vlees is de oorzaak te vinden in omstandigheden die het slachten voorafgaan.

PSE-vlees

PSE-vlees (Pale-Soft-Exudative/bleekslapwaterig vlees) komt vaak voor bij (stress-gevoelige) varkens. De oorzaken hiervan zijn menigvuldig (genetisch, neuro-hormonaal, ethologisch, behandeling slachtdieren, ...), de interacties complex (invloed van adrenaline bijvoorbeeld) en zelfs zoötechnisch gewenst (enge behuizing, fermentatieve voederconversie, ...). Fysiologisch ligt het fermentatieve (anaërobe) karakter van het spiermetabolisme en de gebrekkige thermoregulatie aan de basis van het ontstaan van deze afwijkende kwaliteit.

Door de snel aflopende anaërobe glycolyse daalt de pH zeer snel. Eén uur na het slachten kan de waarde ervan reeds gedaald zijn tot waarden beneden de 5,8 . Vermits de temperatuur in de karkassen op dat moment nog vrij hoog is, treedt een sterke denaturatie op van de sarcoplasmatische eiwitten. Het eiwitneerslag dat erdoor ontstaat, vertroebelt de al bleke vleeskleur. Vandaar het uitgesproken bleke voorkomen van (PSE) varkensvlees. Door partiële denaturatie van de sarcoplasmatische proteïnen en neerslag op de myofibrillaire eiwitten vermindert het waterbindend vermogen aanzienlijk. Bij aansnijden, voelt het vlees dan ook waterig aan. Door het breken van de lysosomale systemen komen cathepsines al vrij op een ogenblik dat de temperatuur nog hoog is. Vermits deze proteasen werkzaam zijn bij lage pH is hun inwerking op de sarcomeren duidelijk merkbaar op de vleeskwaliteit. Het varkensvlees is malser; PSE vlees zelfs uitgesproken slap. De vereiste rijping is ook korter.

De eind-pH (5,4 - 5,8) verschilt niet merkelijk van deze bekomen in vlees van normale kwaliteit (5,5 - 5,8). Wat aangeeft dat dit gebrek wordt geïnduceerd door de te snelle afname van de zuurtegraad onmiddellijk na slachten.

Voor producten waar een hoge waterbinding is vereist (kookham, kookworst, ...), is dit vlees ongeschikt. Een dergelijke kwaliteit is te gebruiken voor droge zouterijproducten (rauwe ham, droge worst, ...). De snelle zoutpenetratie en verdeling gaat er gepaard met een vlotte uitdroging en een lage aw-waarde van het eindproduct. De relatief lage initiële pH biedt bovendien een extra bescherming tegen bacterieel bederf. Voor producten die bij hun bereiding een fermentatie ondergaan, is dit een niet onbelangrijk voordeel.

DFD-Vlees

DFD-vlees (Dark-Firm-Dry/donker-vastdroog vlees) komt voor bij vermoeide, te sterk uitgehongerde dieren. Vooral bij runderen, in het bijzonder bij jonge stieren wordt dit afwijkend vleestype regelmatig vastgesteld. Bij varkens komt het eerder uitzonderlijk voor en is dan beperkt tot de zwaar belaste spieren van de rug, de lenden en het achterbeen. Ook onrust kan leiden tot extreme vermoeidheid. 

Onder deze omstandigheden zijn de glycogeenreserves van bepaalde spieren zodanig uitgeput dat slechts een beperkte anaërobe glycolyse kan optreden. De pH in de spieren daalt dan ook nauwelijks. Wanneer 24 uur na het slachten de pH niet lager is dan 6,2 spreekt men van vlees met DFD karakter. 

De hoge eind-pH beïnvloedt sterk de kleur van het vlees. De denaturatie van de eiwitten is er minimaal, zodanig dat de uitvlokking van sarcoplasmatische eiwitten en de aggregatie met de myofibrillaire eiwitten achterwege blijft. De mitochondriale systemen blijven ook langer actief en blijven daardoor in competitie voor de beperkte hoeveelheid zuurstof. De rode spierkleurstof komt daarom als het donker purper-rode (deoxy)myoglobine voor. De typische kersrode (vlees)kleur van oxymyoglobine komt erdoor niet tot ontwikkeling. In de Angelsaksische literatuur wordt deze afwijkende vleeskwaliteit dan ook vaak als “dark cutting beef” vermeld.

Door de beperkte denaturatie van de sarcoplasmatische eiwitten en de beperkte aggregatie met de myofibrillaire eiwitten, die bovendien ver van hun iso-elektrisch punt zijn verwijderd, is de waterbindingscapaciteit groot. Vers voelt dit vlees uitgesproken droog, over het algemeen zelfs iets plakkerig aan. Vermits de textuur nauwelijks door denaturatie is verstoortd, komt dit vlees ook vast over.

Voor producten die een hoge waterbinding vereisen, is dit een goede grondstof. Wegens de hoge eind-pH is dit vlees wel erg gevoelig voor bacterieel bederf. Voor producten die een uitdroging vereisen, is het totaal ongeschikt.

Onderstaand schema geeft een overzicht van de verwerkingsgeschiktheid van PSEen DFD-vlees.

Opgemerkt wordt dat deze pH-waarden overeenstemmen met aangegeven waaorden, die zoals de ervaring leert, als normaal kunnen worden beschouwd. Deze waarden kunnen als richtwaarden bij de kwaliteitscontrole en -beoordeling van belang zijn.

Hiermee kan ook de pH-meting niet enkel bij vers vlees, maar ook bij de meeste vleesproducten waardevolle inlichtingen geven over de kwaliteitstoestand van het betreffende product. Omgekeerd kunnen we zeggen dat wanneer het product een normale pH heeft, het product aan bepaalde kwaliteitseisen voldoet (zoals bv. goede hygiëne – voldoende houdbaarheid).

Door het technische team, PH Liquid Belgium Nv en Belgosuc Nv.