Integrated quality and non-destructive spectroscopic assessment of breast myopathies in broiler chickens

Abstract

ENG- Wooden breast (WB), spaghetti meat (SM), and white striping (WS) are emerging musculoskeletal disorders in broiler chickens, closely associated with rapid growth rates and known to negatively impact meat quality. These myopathies primarily affect the breast muscle, and are characterized by structural changes such as fibrosis and lipidosis. Their high incidence and prevalence in the poultry industry make them a pressing concern, leading to significant costs related to detection, sorting, diversion, and, in some cases, condemnation of affected meat. The main objective of this thesis was to uncover the relationship and interaction of the different myopathies in chicken breasts and its impact in meat quality, investigate their effect during shelf-life, and finally set up non-destructive technologies that assess and discriminate them. A significant positive correlation between meat with WB and WS was found, while those with SM were independent. The cranial (upper section) of the fillets was discovered to harbour myopathies more frequently. In addition, WB-affected breasts, whether alone or in combination, showed the most pronounced alterations: heavier carcasses with higher breast yield and redder and yellower skin; breasts with higher luminosity and yellowness, increased moisture, fat and collagen and lower protein content, greater cooking loss and reduced shear resistance. During refrigerated storage, WB had more detrimental effects than SM on the stability of breasts, and both differed from normal breasts, with results of microbial counts and willingness to purchase demonstrating it. A visible and near-infrared (VIS-NIR) hyperspectral imaging (HSI) system was evaluated as a non-destructive technology for myopathy discrimination and shelf-life monitoring. HSI was suitable since it allowed for region selection, tailoring myopathy presence in multiply-affected breasts. The technology was successful in classifying myopathies (76.1% accuracy), especially SM (94.0% accuracy), and storage days of breasts (99.3% accuracy). Finally, spectral signatures of WB myopathy were explored using fluorescence emission, Raman and NIR spectroscopy. NIR allowed for the detection of moisture and water-binding, while Raman and fluorescence displayed information regarding collagen and fat content, recognizing WB severity. Overall, the work confirms and expands upon previous research by exploring (1) the effects of myopathy co-occurrence, (2) the spatial distribution of lesions, (3) the qualitative distance between myopathies and (4) their impact on shelf-life under commercial conditions

CAT- El “wooden breast” (WB) o pit de fusta, la “spaghetti meat” (SM) o carn espagueti i el “white striping” (WS) o la beta blanca són trastorns musculoesquelètics emergents en els pollastres de creixement ràpid, estretament associats a altes taxes de creixement i coneguts per afectar negativament la qualitat de la carn. Aquestes miopaties afecten principalment el múscul pectoral i es caracteritzen per canvis estructurals com la fibrosi i la lipidosi. La seva alta incidència i prevalença a la indústria avícola les converteixen en una preocupació urgent, generant costos significatius relacionats amb la detecció, classificació, desviació i, en alguns casos, el decomís de la carn afectada. L’objectiu principal d’aquesta tesi fou descobrir la relació i la interacció entre les diferents miopaties de pit de pollastre i el seu impacte en la qualitat de la carn, investigar-ne l’efecte durant la vida útil i, finalment, aplicar tecnologies no destructives per avaluar-les i discriminar-les. Es va detectar una correlació positiva significativa entre els pits amb WB i amb WS, mentre que dels que presentaven SM foren independents. Es va descobrir que la secció cranial (part superior) dels filets presentava miopaties amb més freqüència. A més, els pits afectats per WB, tant individualment com en combinació amb altres miopaties, mostraven les alteracions més pronunciades: canals més pesades amb un rendiment pectoral superior i pell més vermella i groguenca; pits amb major lluminositat i grogor, més contingut d’humitat, greix i col·lagen, però menys proteïna, amb més pèrdua de pes durant la cocció i menor resistència al tall. Durant la conservació en refrigeració, els pits amb WB van tenir efectes més perjudicials que els que presentaven SM, i tots dos es van diferenciar clarament dels pits normals, com es va demostrar amb els resultats dels recomptes microbians i la predisposició a la compra. Es va avaluar un sistema d’imatge hiperespectral (HSI) en l’espectre visible i infraroig proper (VIS-NIR) com a tecnologia no destructiva per a la discriminació de miopaties i el seguiment de la vida útil. L’HSI va resultar adequat, ja que permetia seleccionar regions específiques, adaptant-se a la presència de miopaties en pits afectats per múltiples miopaties. Aquesta tecnologia va permetre discriminar correctament aquells pits normals (76,1% d’exactitud), essent especialment útil per discriminar els que presentaven SM (94,0% d’exactitud), així com els dies d’emmagatzematge dels pits (99,3% d’exactitud). Finalment, es van explorar les signatures espectrals de la miopatia WB mitjançant espectroscòpia d’emissió per fluorescència, Raman i NIR. El NIR va permetre detectar la humitat i la capacitat de retenció d’aigua, mentre que la Raman i la fluorescència oferien informació sobre el contingut de col·lagen i greix, permetent reconèixer la severitat del WB. En global, el treball permet confirmar i ampliar les investigacions prèvies mitjançant l’exploració de (1) els efectes de la co-ocurrència de miopaties, (2) la distribució espacial de les lesions, (3) la distància qualitativa entre miopaties i (4) el seu impacte en la vida útil en condicions comercials