A survey was performed to estimate the frequency of enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 or O157:nonmotile (EHEC O157) in feces and on hides within groups of fed cattle from single sources (lots) presented for slaughter at meat processing plants in the Midwestern United States, as well as frequency of carcass contamination during processing from cattle within the same lots. Of 29 lots sampled, 72% had at least one EHEC O157-positive fecal sample and 38% had positive hide samples. Overall, EHEC O157 prevalence in feces and on hides was 28% (91 of 327) and 11% (38 of 355), respectively. Carcass samples were taken at three points during processing: preevisceration, postevisceration before antimicrobial intervention, and postprocessing after carcasses entered the cooler. Of 30 lots sampled, 87% had at least one EHEC O157-positive preevisceration sample, 57% of lots were positive postevisceration, and 17% had positive postprocessing samples. Prevalence of EHEC O157 in the three postprocessing samples was 43% (148 of 341), 18% (59 of 332) and 2% (6 of 330), respectively. Reduction in carcass prevalence from preevisceration to postprocessing suggests that sanitary procedures were effective within the processing plants. Fecal and hide prevalence were significantly correlated with carcass contamination (P = 0.001), indicating a role for control of EHEC O157 in live cattle.

The purpose of this manuscript is to present a brief review of the biochemical basis for longissimus toughening and tenderization processes. Also, to explore the potential technologies that can be developed based on this knowledge to reduce variation in tenderness, thus, improving consumer acceptance of meat. Results suggest that after slaughter longissimus has low to intermediate shear force values (probably tender). Rigor development-induced changes increase its shear force. Maximum toughness is observed between 12 to 24 h post mortem. The toughening process seems to occur equally in all carcasses. Post-mortem storage at refrigerated conditions tenderizes longissimus. Post-mortem tenderization is caused by enzymatic degradation of key myofibrillar and associated proteins. The function of these proteins is to maintain the structural integrity of myofibrils. Current data indicates that μ-calpain is responsible for degradation of these proteins. Unlike the toughening process, there exists a large variation in the rate and extent of tenderization which is responsible for variation in tenderness at the consumer level. Potential strategies for the control of the variation in meat tenderness are discussed.

Tenderness has been repeatedly reported as the most important quality aspect of meat. However, a number of studies have shown that a significant portion of retail meat can be considered tough. As a consequence, a significant consumer segment is willing to pay a premium for guaranteed tender meat. However, apart from measuring the shear force, there is no reliable method to predict tenderness. Most of the branded meat programs therefore attempt to ensure eating quality by controlling some of the factors that affect tenderness. Meat tenderness is determined by the amount and solubility of connective tissue, sarcomere shortening during rigor development, and postmortem proteolysis of myofibrillar and myofibrillar-associated proteins. Given the effect of postmortem proteolysis on the muscle ultrastructure, titin and desmin are likely key substrates that determine meat tenderness. A large number of studies have shown that the calpain proteolytic system plays a central role in postmortem proteolysis and tenderization. In skeletal muscle, the calpain system consists of at least three proteases, μ-calpain, m-calpain and calpain 3, and an inhibitor of μ- and m-calpain, calpastatin. When activated by calcium, the calpains not only degrade subtrates, but also autolyze, leading to loss of activity. m-Calpain does not autolyze in postmortem muscle and is therefore not involved in postmortem tenderization. Results from a number of studies, including a study on calpain 3 knockout mice, have shown that calpain 3 is also not involved in postmortem proteolysis. However, a large number of studies, including a study on μ-calpain knockout mice, have shown that μ-calpain is largely, if not solely, responsible for postmortem tenderization. Research efforts in this area should, therefore, focus on elucidation of regulation of μ-calpain activity in postmortem muscle. Discovering the mechanisms of μ-calpain activity regulation and methods to promote μ-calpain activity should have a dramatic effect on the ability of researchers to develop reliable methods to predict meat tenderness and on the meat industry to produce a consistently tender product.

A number of studies have suggested that Z-disk degradation is a major factor contributing to postmortem tenderization. These conclusions seem to have been based largely on experimental findings showing that the calpain system has a major role in postmortem tenderization, and that when incubated with myofibrils or muscle strips, purified calpain removes Z-disks. Approximately 65 to 80% of all postmortem tenderization occurs during the first 3 or 4 d postmortem, however, and there is little or no ultrastructurally detectable Z-disk degradation during this period. Electron microscope studies described in this paper show that, during the first 3 or 4 d of postmortem storage at 4 degrees C, both costameres and N2 lines are degraded. Costameres link myofibrils to the sarcolemma, and N2 lines have been reported to be areas where titin and nebulin filaments, which form a cytoskeletal network linking thick and thin filaments, respectively, to the Z-disk, coalesce. Filamentous structures linking adjacent myofibrils laterally at the level of each Z-disk are also degraded during the first 3 or 4 d of postmortem storage at 4 degrees C, resulting in gaps between myofibrils in postmortem muscle. Degradation of these structures would have important effects on tenderness. The proteins constituting these structures, nebulin and titin (N2 lines); vinculin, desmin, and dystrophin (three of the six to eight proteins constituting costameres); and desmin (filaments linking adjacent myofibrils) are all excellent substrates for the calpains, and nebulin, titin, vinculin, and desmin are largely degraded within 3 d postmortem in semimembranosus muscle. Electron micrographs of myofibrils used in the myofibril fragmentation index assay show that these myofibrils, which have been assumed to be broken at their Z-disks, in fact have intact Z-disks and are broken in their I-bands.

The purpose of this manuscript is to review and summarize the results of experiments conducted in our laboratory regarding the mechanism of meat tenderization during post mortem storage of carcasses at refrigerated temperatures. Clearly, the conversion of muscle to meat and the subsequent tenderization process are complex phenomena and much remains to be learned. However, current experimental data suggest that proteolysis of key myofibrillar proteins is the principal reason for improvement in meat tenderness during post mortem storage. Speculatively, the weakening and/or degradation of Z-disks and degradation of desmin (and probably degradation of titin) are responsible for the increased fragility of myofibrils during post mortem storage. There is substantial experimental evidence suggesting that the calpain proteolytic system is resposible for post mortem proteolysis that results in meat tenderization. Calpain is the only proteolytic system that has all of the characteristics that are necessary for bringing about post mortem changes that result in meat tenderization. Undoubtedly, other factors (such as rate pH and temperature decline during rigor development, ionic strength and others) influence the process. However, we believe that the rate and extent of post mortem proteolysis best explain the observed variation in tenderness at a constant age. Therefore, research efforts should be direct toward understanding the regulation of the calpain proteolytic system in post mortem muscle.

The seasonal prevalence of Escherichia coli O157:H7, Salmonella, non-O157 E. coli (STEC), and stx-harboring cells was monitored at three Midwestern fed-beef processing plants. Overall, E. coli O157:H7 was recovered from 5.9% of fecal samples, 60.6% of hide samples, and 26.7% of carcasses sampled before the preevisceration wash. This pathogen also was recovered from 1.2% (15 of 1,232) of carcasses sampled at chilling (postintervention) at approximate levels of <3.0 cells per 100 cm2. In one case, the E. coli O157:H7 concentration dropped from ca. 1,100 cells per 320 cm2 at the preevisceration stage to a level that was undetectable on ca. 2,500 cm2 at the postintervention stage. The prevalence of E. coli O157:H7 in feces peaked in the summer, whereas its prevalence on hide was high from the spring through the fall. Overall, Salmonella was recovered from 4.4, 71.0, and 12.7% of fecal, hide, and preevisceration carcass samples, respectively. Salmonella was recovered from one postintervention carcass (of 1,016 sampled). Salmonella prevalence peaked in feces in the summer and was highest on hide and preevisceration carcasses in the summer and the fall. Non-O157 STEC prevalence also appeared to vary by season, but the efficiency in the recovery of isolates from stx-positive samples ranged from 37.5 to 83.8% and could have influenced these results. Cells harboring stx genes were detected by PCR in 34.3, 92.0, 96.6, and 16.2% of fecal, hide, preevisceration carcass, and postintervention carcass samples, respectively. The approximate level of non-O157 STEC and stx-harboring cells on postintervention carcasses was > or = 3.0 cells per 100 cm2 for only 8 of 199 carcasses (4.0%). Overall, the prevalence of E. coli O157:H7, Salmonella, and non-O157 STEC varied by season, was higher on hides than in feces, and decreased dramatically, along with pathogen levels, during processing and during the application of antimicrobial interventions. These results demonstrate the effectiveness of the current interventions used by the industry and highlight the significance of hides as a major source of pathogens on beef carcasses.

Cell surface charge and hydrophobicity of Bacillus subtilis, Escherichia coli O157:H7, Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium, Serratia marcescens, Staphylococcus aureus, and Staphylococcus epidermidis were determined by hydrocarbon adherence, hydrophobic interaction, and electrostatic interaction chromatography. Surface charge and hydrophobicity were compared with the initial attachment values and rates of attachment of the bacteria to meat surfaces. There was a linear correlation between the relative negative charge on the bacterial cell surface and initial attachment to lean beef muscle (r2 = 0.885) and fat tissue (r2 = 0.777). Hydrophobicity correlated well with attachment to fat tissue only. The relative hydrophobicity of each bacterium was dependent on the specific method of determination, with wide variations noted between methods.

A study was conducted to determine consumer perceptions of beef top loin steaks of known shear force and to evaluate how buying trends were modified by the tenderness and price variations of these steaks. Strip loins were cut into a 2.54-cm-thick steaks, and the center steak from each strip loin was used to determine Warner-Bratzler shear force. The remaining steaks were placed into one of the following shear force categories based on that shear force and color-coded accordingly: 1) 2.27 to 3.58 kg (Red); 2) 4.08 to 5.40 kg (White); and 3) 5.90 to 7.21 kg (Blue). Randomly recruited consumers were allowed to evaluate steaks and then purchase steaks based on their findings. A $1.10/kg price difference was placed between each category. Results of the analysis indicated that consumers were able to differentiate between the three categories of tenderness (P < .05). In addition, consumers gave higher (P < .05) juiciness and flavor ratings to Red steaks than to Blue steaks. Overall satisfaction was higher (P < .05) for Red steaks than for the other two categories of steaks. The following percentages of steaks were purchased: 1) Red, 94.6%; 2) White, 3.6%; and 3) Blue, 1.8%. These results suggest that consumers could discern between categories of tenderness and were willing to pay a premium for improved tenderness.

Our objectives for this manuscript are to review the mechanisms of muscle growth, the biological basis of meat tenderness, and the relationship between these two processes. Muscle growth is determined by hyperplasia and hypertrophy. Muscle cell size is determined by the balance between the amount of muscle protein synthesized and the amount of muscle protein degraded. Current evidence suggests that the calpain proteolytic system is a major regulator of muscle protein degradation. Sarcomere length, connective tissue content, and proteolysis of myofibrils and associated proteins account for most, if not all, of the explainable variation in tenderness of meat after postmortem storage. The relative contribution of each of the above components is muscle dependent. The calpain proteolytic system is a key regulator of postmortem proteolysis. While changes in muscle protein degradation affect meat tenderization/tenderness, changes in muscle protein synthesis are not expected to affect meat tenderization/tenderness.

Biological tenderness differences between longissimus muscles (LM) from Bos indicus and Bos taurus breeds were evaluated. Steers and heifers of Hereford x Angus (H x A, n = 10), 3/8 Sahiwal x H, A or H x A (3/8 SAH, n = 6) and 5/8 Sahiwal x H, A or H x A (5/8 SAH, n = 11) crosses were utilized. Muscle temperature and pH were monitored every 3 h for the first 12 h and at 24 h. Samples were obtained within 1 h and at 24 h postmortem from the LM for determination of calcium-dependent protease (CDP) -I and -II and CDP inhibitor (INH) activities. At 1 and 14 d postmortem, LM samples were removed for determining cathepsin B and B + L activity, soluble and total collagen, sarcomere length, muscle-fiber histochemistry, shear force and sensory-panel traits. Data were analyzed using least squares procedures with fixed effects of breed cross, sex and their interaction. No significant breed cross effects were observed for carcass traits or rates of pH and temperature decline. Steaks from H x A had lower (P less than .05) shear-force values and higher (P less than .05) sensory scores for tenderness at 1 and 14 d postmortem than steaks from 3/8 and 5/8 SAH. Correspondingly, 5/8 SAH had lower (P less than .05) myofibril fragmentation indices than H x A at 1, 3, 7 and 14 d postmortem. Breed cross effects were not significant for sarcomere length, fiber types, soluble and total collagen, cathepsin B and B + L specific activity, CDP-I and -II activity and INH activity within 1 h postmortem. However, INH total activity/100 g of muscle was greater (P less than .01) at 24 h postmortem for 5/8 SAH (208.8 +/- 14.8) and 3/8 SAH (195.6 +/- 19.3) than for H x A (136.3 +/- 14.9). For H x A, SDS-PAGE revealed that by d 1 desmin had been subjected to proteolysis, and by d 14 desmin could not be detected, but a 30,000-dalton component was clearly evident. However, in 5/8 SAH, desmin remained visible at d 14 without a 30,000-dalton component appearing. This reduced protein hydrolysis may account for less tender meat in SAH; INH apparently influences this process.