ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CNCB THỊT – THỦY SẢN **** Báo cáo đề tài Khả năng giữ nước của thịt GVHD ThS Nguyễn Thị Hiền SVTH HC07BS Niên khóa 2010 201 Chư[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CNCB THỊT – THỦY SẢN **** Báo cáo đề tài: Khả giữ nước thịt GVHD: ThS Nguyễn Thị Hiền SVTH: HC07BS Niên khóa: 2010-201 Chương I: Giới Thiệu Khả giữ nước có giá trị lớn ngành chế biến thịt, mang lại hàng triệu đô la năm Thịt sau giết mổ giai đoạn đầu gồm tốc độ pham vi sụt giảm pH; phân giải protein; oxy hóa protein chìa khóa gây ảnh hưởng đến khả giữ lại nước thịt Nước (muscle) bị bẫy cấu trúc tế bào, bao gồm khoảng khơng ngồi sợi (intra- and extramyofibrillar spaces); đó, thay đổi cấu trúc nội bào chìa khóa ảnh hưởng đến khả giữ nước tế bào (muscle cells) Trong q trình co cứng, khoảng khơng gian dành cho nước giữ tơ (myofibrils) bị thải sơi (extramyofibrillar spaces), nơi dễ dàng rĩ nước Sự co tơ xảy suốt giai đoạn co cứng truyền đến toàn tế bào, protein mà liên kết tơ với tơ với màng tế bào (như desmin) không bị giảm Sự giảm protein cytoskeletal bị giới hạn làm tăng co rút tồn tế bào cơ, cuối chuyển sang rĩ dịch Sự giảm protein cytoskeletal chìa khóa hệ enzyme calpain proteinase có vai trị việc xác định khả giữ nước Vậy chìa khóa làm thay đổi cấu trúc có ảnh hưởng đến khả giữ nước thịt Chương II: Tổng quan nhân tố nội sinh ảnh hưởng đến khả giữ nước thịt 2.1 Cấu tạu xương Cơ xương (còn gọi vân) ba loại có thể người nhiều động vật (hai loại trơn tim) Hầu hết xương, tên gọi ra, gắn với cấu trúc xương co giãn tạo đáp ứng tương ứng cho việc chuyển động xương Quá trình co giãn xương kích hoạt xung nơron vận động gửi tới cơ, trình tự điều khiển Cấu trúc: Cơ xương gồm nhiều bó sợi xếp song song dọc theo chiều dài Mỗi sợi có tế bào dài (từ 10 đến 40 mm), đường kính từ 10 đến 80 micromet, có nhiều nhân, bao bọc màng sợi (sarcolemma) Cơ tương chứa nhiều tơ (myofibril) bào quan khác Mỗi sợi điều khiển đầu cuối dây thần kinh nằm sợi Hình1: cấu tạo xương Hình 2: cấu tạo xương 2.2 Vị trí nước Trong chứa khoảng 75% nước Các thành phần khác protein (khoảng 20 %), lipid hay chất béo (khoảng %), carbohydrate (khoảng 1%), vitamin khống (1%) Hình 3: Thành phần nước Phần lớn nước giữ cấu trúc tế bào Riêng tế bào cơ, nước tìm thấy tơ cơ, tơ cơ, tơ màng tế bào, tế bào bó Nước phân tử lưỡng cực bị hút vào phân tử có mang điện protein Hình 4: Nước bị hút điện tích protein Một số nước tế bào liên kết chặt với protein gọi nước liên kết, thay đổi co cứng Nước liên kết chiếm phần nhỏ toàn nước Các phân tử nước tự thịt giữ hiệu ứng không gian hay bị hút vào nước liên kết Phần nước giữ cấu trúc không liên kết với protein Trong mô sau giết mổ giai đoạn đầu, nước tự chưa thoát khỏi mơ, nước tự bị loại cách sấy khơ, chuyển thành đá đông lạnh Nước bị nhốt chịu tác động trình co cứng chuyển đổi thành thịt Ngoài thay đổi cấu trúc tế bào việc giảm pH nước tự bị thất thoát rửa (purge) Các lực yếu bề mặt có vai trị quan trọng giữ nước tự thịt Nước tự khơng bị thất giai đoạn trước co cứng, bị thất thoát điều kiện thay đổi mà cho phép nước bị nhốt khỏi cấu trúc Phần lớn nước mà bị tác động giai đoạn chuyển đổi thành thịt loại nước bị nhốt Giữ nhiều loại nước thịt mục tiêu nhiều q trình Vài nhân tố ảnh hưởng đến khả giữ nước lôi kéo điện tích protein sợi cấu trúc tế bào thành phần tế bào (tơ cơ, cytoskeletal linkages màng ) số lượng không gian ngoại bào 2.3 Nhân tố vật lý, hóa sinh ảnh hưởng đến khả giữ nước 2.3.1 Tác động điện tích (Net charge effect) Trong suốt q trình chuyển đổi thành thịt, acid lactic hình thành mơ làm giảm pH thịt Một pH đạt đến điểm đẳng điện pI protein chính, chủ yếu myosin (pI 5.4), điện tích protein Nhóm mang điện âm dương protein bị hút lẫn nhau, giảm bớt lượng nước bị hút giữ lại điện tích protein Ngồi ra, từ điện tích bị giảm, điện tích protein tiến gần 0, lực đẩy tơ giảm cho phép chúng tập hợp lại gần Kết làm giảm không gian tơ Sự biến tính phần đầu myosin pH thấp (nhiệt độ cao) gây co khoảng lưới khơng gian sợi Hình 5: Chất lượng thịt heo đo pH rỉ nước sau 30 h giết mổ Hình 6: Ảnh hưởng pH lên khả giữ nước 2.3.2 Nhân tố thuộc gen (Genetic factors) Gen halothane ví dụ điều kiện tạo thịt PSE pH giảm nhanh pH cuối thấp liên quan đến khả giữ nước thấp nước rửa (high purge) Hạ pH nhanh làm cho pH cuối hay gần cuối thấp ấm gây biến tính (mất chức khả liên kết nước) nhiều proein, có nước liên kết Hầu hết việc làm rĩ nước thường thấy thịt PSE từ heo mang đột biến thể nhận ryanodine / kênh phóng thích calcium (gen halothane) sarcoplasmic reticulum Sarcoplasmic reticulum tích trữ Ca bao quanh bó protein co lại Đột biến làm kênh suy kiểm soát calcium gây co nhanh tăng tốc độ chuyển hóa tốc độ giảm pH nhanh Đột biến cá biệt gen halothane nhận từ kho Do làm kiểm tra loại đột biến này, công nghiệp Mỹ loại gen hầu hết giống thương mại Hình 7: Cấu trúc vi thể tế bào cho thấy mối liên hệ chặt chẽ sarcoplasmic reticulum tơ Hình 8: Một mơ hình mở kênh Ca tiềm hoạt động T ống sợi xương Hình 9: Ca2+ chuyển giao vào Cardiomyocytes Các nhân tố khác tạo thịt PSE Trước thu hoạch, stress ngắn hạn vật thúc đẩy nhanh chuyển hóa đủ để sau giết mổ bị thúc đẩy, gây giảm pH nhanh so với vật khơng bị stress Trạng thái chuyển hóa điều kiện tồn thường nhằm vào phạm vi giảm pH sau giết mổ Nhiều nghiên cứu tác dụng việc xử lý để giảm lượng glycogen để tích tụ lượng lactate nhỏ sau giết mổ Nhân tố thuộc gen tác động đến chuyển hóa có tiềm tác động đến tích lũy lactate phạm vi giảm pH Milan cộng (2000) khám phá gen thay không di truyền, biểu cho protein kinase monophosphate-activated -subunit (PRKAG3), giải thích đột biến trội (biểu RN-) cho tạo khác biệt lớn chất lượng thịt giống heo Hampshire Sự thay (R200Q) gen PRKAG3 làm tăng 70% lượng glycogen heo có RN- hợp tử dị hợp tử Tăng lượng glycogen trực tiếp làm lactate tăng cao sau giết mổ, pH cuối thấp khả giữ nước thịt heo tươi Gen PRKAG3 mã hóa cho đồng vị cấu trúc điều hòa adenosine monophosphate (AMP) động vật có vú, activated protein kinase (AMPK) Khi bắt phải chịu stress dinh dưỡng hay mơi trường sống,thì tỉ lệ AMP/ATP tế bào eukaryote tăng, gây “AMPK cascade”, kích thích tế bào bảo tồn lượng Chức xác phân tử điều khiển AMPK chưa biết rõ, nhiên, hai biết có vai trị quan trọng cho hoạt động kinase Phân tử điều hòa liên quan đến vị trí liên kết AMP phức dị hợp AMPK Ba đột biến sai nghĩa (T30N, G52R, I199V) gen PRKAG3 heo liên quan đến pH cao màu thịt sậm 2.4 Tác động không gian (Steric effects) Tơ chiếm tỉ lệ lớn tế bào (82-87% thể tích tế bào cơ) Hầu (khoảng 85%) bên tế bào giữ tơ Nhiều nước giữ lực mao dẫn xuất từ cách bố trí sợi dày mỏng tơ Trong sống, đốt isovolumetric suốt trình co giãn Vậy sống, lượng nước cấu trúc sợi nhỏ tế bào khơng cần Hình 10: Tác động khơng gian tơ thiết thay đổi Tuy nhiên, vị trí nước bị tác động thay đổi thể tích co Khi bắt đầu vào giai đoạn co cứng, cầu bắt ngang từ sợi mỏng qua sợi dày giảm, làm giảm không gian dành cho nước Sự giảm không gian sợi nhỏ ép sarcoplasmic fluid từ sợi đến khơng gian sợi bên ngồi Trong giai đoạn co cứng, đường kính tế bào giảm truyền phần co từ tơ đến toàn tế bào Ngồi ra, suốt q trình co cứng, khúc thu ngắn lại; điều làm giảm không gian dành cho nước tơ Vậy rĩ dịch tăng với giảm chiều dài khúc tế bào Trong tơ cơ, tỉ lệ nước cao giữ băng I protein băng A dày đặc, cho thấy khúc ngắn có liên quan đến rĩ dịch tăng lên Khi tơ thu ngắn co cứng, khúc ngắn lại, dẫn đến thể tích vùng băng I thấp tơ Thể tích bị vùng sợi tơ (nơi có nhiều nước cư trú), kết hợp với yếu tố pH, khiến cho phần co lại tơ tống nước từ cấu trúc sợi khoảng khơng gian ngồi sợi Sự huy động nước từ không gian sợi đến không gian ngồi sợi chìa khóa cung cấp nguồn cho rĩ dịch HÌnh 11: Cấu tạo tơ Các tơ liên kết với với màng tế bào thông quan protein Những liên kết này, chúng giữ cho sau giết mổ nguyên vẹn, giảm đường kính tơ truyền đến tế bào Tơ co lại dẫn đến co khít tồn tế bào cơ, việc tạo kênh tế bào bó tế bào ép dịch ngồi Khoảng khơng gian ngoại bào xung quanh sợi liên tục tăng lên đến 24 h sau giết mổ, khoảng trống sợi giảm nhẹ 24 h sau giết mổ, có lẽ dịng chảy ngồi từ kênh Những liên kết tơ liền kề tơ với màng tế bào tạo vài loại protein (desmin, filamin, synemin, dystrophin, talin vinculin), gọi costameres, vai trò cung cấp sườn cấu trúc để gắn tơ vào màng bao Nếu liên kết costameres nguyên vẹn suốt biến đổi thành thịt, co tơ vào co cứng bị chuyển đến toàn tế bào qua liên kết protein làm giảm thể tích tế bào Do đó, tiến trình co cứng gây thất nước khơng khỏi tơ mà cịn khỏi khoảng khơng gian ngồi sợi thể tích tồn tế bào bị co khít lại Giảm đường kính tế bào mơ sau giết mổ, nước bị tống khỏi tơ đổ vào khơng gian ngoại bào Hình 12: Sự thủy phân protein sau giết mổ- phá hủy protein liên kết tế bào tác động đến rĩ dịch 2.4.1 Hệ thống calpain nội sinh Calpain: Đóng vai trị thủy phân protein điều kiện sau giết mổ Cơ chất protein calpain desmin, synemin, talin vinculin, giúp tạo sườn tế bào Hệ thống calpain tạo từ vài tiểu đơn vị calcium – phụ thuộc vào protease cysteine Hai tiểu đơn vị quan trọng -calpain m-calpain Sau giết mổ, thay đổi sâu sắc xảy tế bào (như pH giảm, tăng cường lực ion) Khi biến đổi sang thịt, nhiều thay đổi xảy ra, gồm: (1) lượng tiêu hao từ từ, (2) từ trao đổi hiếu khí sang trao đổi ki khí sinh lactate, làm giảm pH mô đến 5.45.8, (3) tăng cường lực ion, phần bất hoạt ATP – phu thuộc vào Ca, sodium potassium, (4) bất hoạt tế bào tăng trì việc giảm điều kiện Cả -calpain m-calpain có hoạt tính yếu giá trị pH cường lực ion trước giết mổ Protein bị phân cắt dần từ 45 phút đến h sau giết mổ, cho phép nước thoát khỏi không gian sợi Phân cắt protein, buộc tơ đến màng tế bào, làm tế bào co lại nhiều Hình 13 : Mối liên quan thủy phân desmin % rĩ dịch bốn vật khác Calpastatin nhân tố nội sinh ức chế -calpain m-calpain, có tác dụng điều hòa hoạt động hệ calpain sau giết mổ Hoạt động Calpastatin giải thích tỉ lệ cao mức độ biến đổi độ mềm thịt HÌnh 14: Hệ thống enzyme calpastatin Vai trị q trình oxy hóa protein: làm biến đổi vài amino acid gây hình thành cầu nối disulfide Cải hai biến đổi làm giảm chức protein Vì -calpain m-calpain chứa histidine SH (cysteine) vị trí hoạt động enzyme, chúng dễ bi tổn thương dẫn đến bất hoạt oxy hóa Ở điều kiện oxy hóa ức chế thủy phân protein -calpain khơng hồn tồn ức chế q trình tự phân Các thử nghiệm cho thấy hàm lượng chất chống oxy hóa cao thịt ảnh hưởng đến thủy phân protein Rowe cộng (2004), kết thí nghiệm cho thấy thủy phân protein giải phóng troponin-T tăng sau ngày giết mổ miếng thịt từ vật cho ăn mức độ Vitamin E cao 1000 IU Hình 15: Kết thí nghiệm Rowe Hình 16: Ảnh hưởng chất chống oxy hóa đến hoạt động calpain 2.5 Vài ứng nghiên cứu khả giữ nước thịt: 2.5.1 Nghiên cứu tác dụng nồng độ muối tuyết: Thay đổi mô cá ướp muối thảo luận nhiều tác giả dựa phát nghiên cứu tác dụng muối cá tuyết thịt chế biến (Hamm 1960, 1968 Borgstrom; Trinick 1983; Wilding người khác 1986; Honikel năm 1989; Akse người khác 1993) Kết luận nói chung khả giữ nước thịt (WHC) tăng lên nồng độ muối thấp (0,5 đến 5,0%) Nồng độ muối 0,5% cảm ứng co rút sợi để che chắn ảnh hưởng muối giảm lực đẩy điện tích Ở nồng độ muối xấp xỉ gần 0.1 M điểm đẳng điện pI protein myosin, khoảng không gian tơ nhỏ Khi nồng độ muối khoảng từ 0,5 đến 5%, khoảng không gian tơ gia tăng với lực ion Điều có ion muối liên kết với protein, làm cho protein mang điện tích âm nhiều hơn, tạo lực đẩy lẫn nhiều hơn, cấu trúc liên kết để trương nở phần khử cực sợi dày, gây phân ly phức hợp actinomyosin (Fennema 1990) Ở nồng độ muối cao cơ, 9-10%, protein bị biến tính, gây co rút nước (Duerr Dyer 1952) Lực đẩy protein bị giảm lien kết protein-protein trở nên mạnh hơn, kết khơng gian cho nước WHC (Tên Trinick 1983; Honikel 1989) Việc khử nước nồng độ muối cao gây kết tủa myosin (Lawrie 1998) MUSCLE FIBER AT BIOLOGICAL SALT CONCENTRATIONS Hình 17: Nồng độ muối thích hợp tơ MUSCLE FIBER IN PRESENCE OF HIGH SALT CONCENTRATION NOTE LATTICE EXPANSION Hình 18: Nồng độ muối cao tơ 2.5.2 Gia tăng khả giữ nước thịt lợn phương pháp tăng biểu gen Sewp1 cách cho thêm nấm men giàu selen vào chế độ ăn.[1] 2.5.2.1 Selen Selen(Se)là nguyên tố hóa học có số thứ tự 34,thuộc nhóm nguyên tố phi kim,thường tồn ngồi tự nhiên dạng rắn.(hình 19) Hình 19:các dạng Se ngồi tự nhiên Selen (Se) rất cần thiết cho các chức năng cơ bắp bình thường động vật Chế độ ăn cho động vật thiếu hụt Se có thể gây ra các chứng loạn dưỡng cơ bắp, chẳng hạn như tạng tiết dịch gà ,trái tim màu dâu tằm ở lợn,bệnh cơ trắng (WMD-white muscle disease ) trong thịt cừu và bê (Rederstorff, Krol &Lescure, 2006). Mặc dù sự khác biệt trong các bệnh lý của các bệnh cơ bắp có thể một phần do sự khác biệt lồi,nhưng tất cả các bệnh này liên quan tới stress oxy hóa (Jenkinson et al.,1987). Vượt q chí sự trao đổi chất natri selenit thích đáng có thể dẫn tới sự phát sinh ra superoxide, do đó, gây stress oxy hóa (Spallholz,1994). Các stress oxy hóa gây ra bởi thiếu hụt Se và trao đổi chất selenit vượt có thể làm giảm khả giữ nước của thịt (Mahan, năm 1999; Zhan, Wang, Zhao, Li & Xu, năm 2007) Khoảng 70% -90% Se ở nấm men giàu selen (SeY) tồn các hình thức selenomethionine (SeMet)-amino acid selenoprotein,nhân S thay nhân Se(hình 2), (Block, Glass,Jacobsen,Tyson & Udens, 2004; Ip và cộng sự, 2000) Các con đường trao đổi chất SeMet là khác với SS và khơng gây ra stress oxy hóa.(Schrauzer, 2000). Thức ăn bổ sung SeY, SeMet hoặc thức ăn hữu giàu Se ở lợn, thịt cừu, hay gà có thể cải thiện giữ nước lực và tính ổn định oxy hố của thịt lợn, thịt cừu, hoặc thịtgà(Choct, Naylor & Reinke, 2004; Mateo, Spallholz, Elder,Yoon & Kim, 2 007, Wang, Pan, Peng, Zhao & Zhou, 2009) Hình 20:cấu trúc selenomethionine Hệ enzyme glutathione peroxidase (GPX),enzyme selenopotein, gồm 5 loại: GPX tế bào (GPX1), biểu mô-cụ thể dạ dày GPX (GPX2), plasma GPX (GPX3), phospholipid hydroperoxide GPX (GPX4)và tinh trùng lien kết GPX (GPX5) (Rederstorff et al, 2006.).Trong số này GPX1 và GPX4 đã được xác định trong cơ lợn (Lei, Ross &Roneker, 1997). Mặc dù GPXs (GPX1 và / hoặc GPX4) đã được cơng nhận là nâng cao tính ổn định oxy hóa bởi loại peroxit và giảm peoroxy hóa lipid (Dunshea, D'Souza, Pethick, Harper & Warner, năm 2005; Mateo và cộng sự, 2007;.Morrissey, Sheehy, Galvin, Kerry & Buckley, 1998), cơ chế phân tử bản của tượng này chưa được làm sáng tỏ. Trong số 24 selenoproteins xác định trong động vật có vú (Kryukov et al., 2003),hầu hết được báo cáo có liên quan đến điều chỉnh q trình oxy hóa khử (Rederstorffet al, 2006) Selenoprotein W (Sel W) (hình 3), loại protein được đặt tên theo chữ WMD trong động vật thiếu Se, xuất cao trongcơ bắp của con cừu (Yeh, Gu, Beilstein, Forsberg & Whanger, 1997), gà (Yeh và cộng sự, 2007.), chuột (Vendeland et al., 1993), và động vật linh trưởng (Gu, Sun,Ram & Whanger, 2000). Trái ngược với các selenoproteins khác biểu hiện đạt đến mức tối đa ở mức Se đầy đủ, Sel W biểu hiện ở cơ có thể tiếp tục tăng do tiêu thụ quá nhiều Se(Vendeland, Beilstein, Yeh, ram & Whanger, 1995). Ngoài ra, đang gia tăng chứng về các hoạt động chống oxy hóa của Sel W (Daewon et al, 2004;. Jeong Kim,, Chung, Lee và Kim, 2002). Tuy nhiên,người ta liệu Sepw1 và một số gen selenoprotein khác xuất cao trong cơ lợn và liệu sự biểu của những gen có quan hệ với trạng thái chống oxy hóa và chất lượng thịt, vì tác giả tiến hành nghiên cứu này để tìm hiểu vấn đề Kết luận nghiên cứu tình trạng chống oxy hóa của tế bào lợn đã điều chỉnh mức độ ăn uống chứa Se ,và bao gồm cả SeY trong chế độ lợn ăn tăng sự biểu hiện của gen Sepw1 và chất lượng thịt được cải thiện Hình 21:cấu trúc selenoprotein Thí nghiệm tiến hành heo nuôi tuần trại chăn nuôi Tứ Xuyên,Trung Quốc dùng phân tích thống kê kết ảnh hưởng việc bổ sung Se vào thức ăn tới chất lượng thịt sau: (hình 4) • Khơng ảnh hưởng màu sắc thịt • Tăng pH • Giảm tượng rỉ dịch Hình 22:bảng kết sau dùng phương pháp thống kê để đánh giá ảnh hưởng Se *Kết luận: Mặc dù việc bổ sung 3,0 mg Se / kg lợn chế độ ăn uống ít có khả năng trong thực tế, điều tìm được của nghiên cứu này của tác giả là tăng biểu hiện của gen Sepw1 góp phầnvào việc cải thiện khả giữ nước thịt của thịt Tài liệu tham khảo: • Tài liệu tiếng anh: Elisabeth Huf-Lonergan , Steven M Lonergan (2005) Mechanisms of waterholding capacity of meat:The role of postmortem biochemical and structural changes K.A Thorarinsdottir, S Arason, S.G Bogason, and K Kristbergsson, Effects of Phosphate on Yield, Quality, and Water-Holding Capacity in the processing of salted cod (Gadus morhua), Vol 66, No 6, 2001—Journal Of Food Science Li, J.-G., et al., Enhanced water-holding capacity of meat was associated with increased Sepw1 gene expression in pigs fed selenium-enriched yeast Meat Science 87(2): p 95-100 Rowe,L.J.,Maddock,K.R.,Trenkle,A.,Lonergan,S.M.,&Huff-Lonergan,(2003) Effects of oxidation on beef tenderness and calpain activity • Tài liệu internet a) http://www.edinformatics.com/math_science/science_of_cooking/brining.htm b) http://japr.fass.org/cgi/content/full/16/1/107#SEC4 c) http://www.scribd.com/doc/51953500/Meat-Biotechnology-Guide d) http://scholar.google.com/ • Từ khóa: Enhanced water-holding capacity, salt-water holding capacity, image to show water holding capacity by salt, structure of muscle, meat quality