Establishing new methods for PSE-like pork defects detection and diagnostics

Abstract

This thesis focuses on establishing innovative tools as new methods for assessing the quality of pork meat (Sus scrofa domestica). The conversion from muscle to meat consists of a complex interaction between factors such as temperature and diverse molecular mechanisms. When, e.g., metabolic processes malfunction, often in combination with factors before slaughter, it can lead to reduced pork meat quality, such as Pale, Soft, and Exudative (PSE) meat. PSE defects are characterized by abnormal color, texture, and water holding capacity. In recent years, a new meat quality defect syndrome was reported for Norwegian pork. It has a similar appearance as PSE meat, including a typical loss of fiber structure, and is referred to as PSE-like defect. Traditional meat quality assessment methods, which encompass pH, color measurements, and drip loss, fail to capture the full range of PSE-like defects. Poor-quality issues persist, leading to significant economic losses in the meat industry. To address these challenges, and to detect PSE-like defects as reliable and as early as possible post-mortem, the application of new tools is required. In Paper I, bioimpedance (BI) was introduced to obtain information about the microstructural properties of meat tissue. Specifically, the Py parameter is a commonly used BI variable to assess the integrity of cell membranes. A significant correlation was detected between Py and variables such as color, and drip loss, suggesting its potential as a marker for PSE-like quality defects. Additionally, promising protein markers were detected, like CACNA1S, that may be significant in identifying quality defects formation. In Paper II, a visual quality grading reference was used for PSE-like meat and compared with the Py parameter and pH and color. This analysis revealed that Py had the highest correlation with visual PSE-like meat scores. However, including other parameters could improve the accuracy of quality defect prediction. Paper III explores the histopathological appearance of the quality defects through whole slide image analysis and the quantification of pathological changes. An association between overall myodegeneration and PSE-like meat was confirmed. Among specific myopathy features, acutely degenerated fibers were directly linked to PSE-like ham, in contrast to prevalent signs of regeneration and subacute necrosis. In all, the results show that various variables were associated with PSElike defects and that the best detection is achieved by combining more than one measuring method. The results offer novel insights into the importance of structural deterioration in quality defect characterization. In summary, the thesis presents a detailed examination of the relationship between PSE-like meat and BI and standard quality tests. In addition to cellular underpinnings, it sheds light on the multi-feature nature of emerging pork meat quality issues.

Denne avhandlingen fokuserer på etablering av innovative nye metoder for å vurdere kvaliteten på kjøtt fra svin (Sus scrofa domestica). Omdannelsen fra muskel til kjøtt består av et komplekst samspill mellom faktorer som temperatur og ulike molekylære mekanismer. Når, e.g., metabolske prosessene svikter, ofte i kombinasjon med hendelser før slakting, kan det føre til redusert svinekjøttkvalitet, som blekt, mykt og eksudativt (PSE) kjøtt. PSE-kvalitetsavvik kjennetegnes ved unormal farge, konsistens og vannbindingsevne. De siste årene har det dukket opp en ny type kjøttkvalitetsavvik i norsk svinekjøtt. Det har et lignende utseende til PSE-kjøtt, inkludert avvikende fiberstruktur – derfor er det referert til som PSE-lignende kvalitetsavvik. Tradisjonelle kvalitetsvurderingsmetoder, som omfatter pH, fargemålinger og drypptap, klarer ikke å fange opp det fulle spekteret for PSE-lignende kvalitetsavvik. Dermed vedvarer kvalitetsproblemene, noe som fører til betydelige økonomiske tap i kjøttindustrien. For å møte disse utfordringene, og for å oppdage PSE-lignende kvalitetsavvik med sikkerhet og så tidlig som mulig post-mortem, er det behov for nye verktøy for detektering. I Paper I ble bioimpedans (BI) introdusert for å få informasjon om vevets mikro-strukturelle egenskaper. Spesielt Py-parameteren er en vanlig BI-variabel ved vurdering av integriteten til cellemembraner i kjøtt. En signifikant korrelasjon mellom Py og farge og drypptap ble oppdaget, noe som antyder dennes potensial som en markør for kvalitetsavvik. I tillegg ble det oppdaget lovende proteinmarkører, som CACNA1S, som kan være betydningsfulle for å identifisere dannelse av kvalitetsavvik. I Paper II ble det brukt en visuell kvalitetsgradering for PSE-lignende kjøtt, og denne ble sammenlignet med Py-parameteren og tradisjonelle kvalitetsmålinger. Denne analysen avslørte at Py hadde den høyeste korrelasjonen med visuell PSE-lignende evaluering av kjøtt. Tas andre parametere med, kan det oppnås bedre nøyaktighet i prediksjon for kvalitetsavvik. Paper III utforsker det histopatologiske utseendet til kvalitetsavvikene gjennom «whole-slide» bildeanalyse og kvantifisering av patologiske endringer. En sammenheng mellom generell myodegenerasjon og PSE-lignende kvalitetsavvik ble bekreftet. Blant spesifikke myopatiske egenskaper var akutt degenererte fibre direkte knyttet til forringet kjøttkvalitet, i motsetning til utbredte egenskaper regenerasjon og subakutt nekrose. Samlet sett viser resultatene at ulike variabler var assosiert med PSE-lignende kvalitetsavvik, og for å oppnå best mulig deteksjon bør flere enn en variabel anvendes. Resultatene gir ny innsikt i betydningen av strukturell forringelse i karakteriseringen av kvalitetsavvik. Oppsummert presenterer avhandlingen en detaljert undersøkelse av forholdet mellom PSE-lignende kvalitetsavvik i svinekjøtt og BI og standard kvalitetsvariabler. I tillegg til det cellulære grunnlaget, kaster arbeidet lys over den multifunksjonelle karakteren til fremvoksende kvalitetsutfordringer med svinekjøtt.