tiểu luận hóa sinh đề tài các biến đổi hóa sinh trong quá trình sản xuất salami

Sự biến đổi proteinTrong quá trình lên men, các protein cao phân tử bị phân hủy thành cácpeptide nhỏ và axit amin tự do, quá trình oxy hóa dẫn đến biến đổi chuỗi bênaxit amin, trùng hợp

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG

—————————————

BÀI TIỂU LUẬN HÓA SINH

Đề tài: Các biến đổi hóa sinh trong quá trình sản xuất salami

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Phong – 20211516

Nguyễn Việt Anh – 20211409

Lê Kim Oanh – 20211512 Hoàng Tùng Dương – 20211439 Học phần: HÓA SINH - BF3507

Mã lớp: 146296

Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Biên Cương

Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2023

MỤC LỤC

I MỞ ĐẦU 3

1 Giới thiệu 3

2 Quy trình 4

II CÁC BIẾN ĐỔI HÓA SINH DIỄN RA TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SALAMI 4

1 Phối trộn 4

2 Lên men 5

2.1 Biến đổi đường 5

2.2 Sự biến đổi protein 6

2.2.1 Quá trình phân giải protein 6

2.2.2 Quá trình oxy hóa protein 7

2.3 Biến đổi Lipit 8

3 Sấy 11

III ẢNH HƯỞNG CÁC BIẾN ĐỔI HÓA SINH TỚI CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 12

1 Màu 12

2 Hương vị 12

3 Hương thơm 12

4 Kết cấu sản phẩm 13

5 Chất chống oxi hóa 14

5.1Acid ascorbic (Vitamin C) 14

5.2 Butylat hydroxytoluene (BHT) 15

5.3 Butylat hydroxyanisole (BHA) 15

I MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Salami được phân loại là sản phẩm thịt băm nhỏ Nó được chuẩn bị bằng cách băm nhỏ thịt và mỡ, nhồi vào vỏ sau đó được hun khói, lên men và sấy khô

để tạo ra sản phẩm có thời hạn sử dụng kéo dài Quá trình lên men làm giảm độ

pH xuống dưới 5,3 và sấy khô để loại bỏ khoảng 20% độ ẩm Trong thời gian quá trình lên men, axit lactic được sản xuất và chính điều này tạo ra hương vị

“ngon” đặc trưng của salami Sản xuất thịt lên men các sản phẩm như Salami được dựa trên thực tế là thịt có thể bị vi sinh vật (VSV) biến đổi trong thời gian dài Các sửa đổi mong muốn bao gồm cải tiến về hương vị, mùi thơm, ngon miệng, hình thức bên ngoài và thời gian bảo quản Quá trình tiến về hương vị, mùi thơm, ngon miệng, hình thức bên ngoài và thời gian bảo quản Quá trình lên men không được kiểm soát có thể dẫn đến hình thành mùi vị lạ, chất chuyển hóa đe dọa sức khỏe cũng như suy giảm màu sắc, mất tính nhất quán và sự phát triển của VSV gây bệnh

*Thành phần chính:

- Thịt: bất kỳ loại thịt nào (phổ biến nhất là thịt lợn nạc và thịt bò)

- Chất béo

- Nước đá hoặc nước: được đưa vào công thức để kiểm soát nhiệt độ trong quá trình xay thịt

- Muối: được thêm vào với nồng độ 0,5-0,75% giúp hạ nhiệt độ, hoạt độ nước, bảo quản sản phẩm và tăng hương vị

- Vỏ bọc: vỏ tự nhiên được sản xuất từ ruột non đã được làm sạch của cừu, lợn và gia súc

- Hương liệu, thảo mộc, gia vị

- Vi sinh vật lên men

2 Quy trình

II CÁC BIẾN ĐỔI HÓA SINH DIỄN RA TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SALAMI

1 Phối trộn

Trong quá trình phối trộn, có bổ sung thêm chủng vi sinh vật, thường là chủng Lactobacillus plantarum để cung cấp cho quá trình lên men sau này Sử dụng chủng khởi động trong quá trình lên men có mục đích áp đảo về số lượng

so với các loài vi sinh vật khác Điều này nhằm ngăn chặn các loài vi khuẩn không mong muốn, định hướng quá trình lên men theo hướng lên men lactic là

chủ đạo Sử dụng chủng khởi động cũng giúp ổn định quá trình lên men và rút ngắn thời gian lên men

Trong quá trình này chất béo từ mỡ được xay nhuyễn với thịt Dưới tác động của lực cơ học làm biến đổi cấu trúc protein, phá vỡ các liên kết cầu disunfit, liên kết cầu hydrogen, và liên kết peptit giúp tăng khả năng giữ nước

Từ đó tạo gel và tăng khả năng kết dính cho sản phẩm

2 Lên men

2.1 Biến đổi đường

Nhiều loại đường khác nhau được cho vào trong quá trình làm salami Vai trò đầu tiên là làm thức ăn cho canh trường lên men, chúng sẽ được biến đổi thành chất khác, chủ yếu là acid lactic – hợp chất rất quan trọng trong quá trình lên men Thêm đường còn làm tăng hương vị và ức chế bào tử vì giảm hoạt độ của nước Những đường mà không được lên men hoặc chỉ một phần thì chủ yếu đóng vai trò là tạo màu và hương vị

Sự giảm pH phụ thuộc vào loại đường và hàm lượng cho vào Tăng lượng đường dẫn đến tính axit mạnh cho sản phẩm Nhưng tốc độ giảm pH thì chậm hơn, để lên men thành lactic, đường như sucrose, lactose và maltose cần được phá vỡ thành đường đơn

Glucose lên men nhanh chóng thành lactic, tiếp theo là sucrose, lactose và maltose cần một khoảng thời gian lớn để tạo thành glucose rồi mới lên men Về bản chất, tất cả vi khuẩn lactic đều lên men tạo lactic Trong 85% khuẩn lactic

có thể sử dụng sucrose, 70% cho maltose, 55% cho lactose, chỉ 30 % khuẩn lactic có thể sử dụng galactose

Sản phẩm của đường trong quá trình lên men chủ yếu là axit lactic có cấu hình L hoặc D hoặc hỗn hợp của cả hai (chủ yếu là L-lactic), tùy thuộc vào loài

vi khuẩn axit lactic được sử dụng Với vi khuẩn lên men lactic đồng hình thì đường glucose biến đổi như sau:

Với vi khuẩn lên men lactic dị hình thì đường glucose biến đổi như sau:

2.2 Sự biến đổi protein

Trong quá trình lên men, các protein cao phân tử bị phân hủy thành các peptide nhỏ và axit amin tự do, quá trình oxy hóa dẫn đến biến đổi chuỗi bên axit amin, trùng hợp liên kết ngang phân tử và phân tách chuỗi peptide Ở các mức độ trao đổi chất khác nhau, những phản ứng này có thể ảnh hưởng đến cấu trúc protein và màu sắc, độ mềm, hương vị và giá trị ăn được của các sản phẩm thịt lên men

2.2.1 Quá trình phân giải protein

Sự phân hủy protein trong salami chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các enzyme nội sinh trong mô cơ và protease do các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men tạo ra Các protease nội sinh có thể được phân loại là endopeptidase và exopeptidase Endopeptidase chủ yếu bao gồm cathepsin B, cathepsin L, cathepsin D và calpain, còn exopeptidase chủ yếu bao gồm aminopeptidase và carboxypeptidase Protein Sarcoplasmic và protein myofibrillar (MP) chủ yếu bị phân hủy thành polypeptide bởi các protease nội sinh như cathepsin B và cathepsin L ở giai đoạn lên men sớm Các polypeptide tiếp tục bị phân hủy thành các peptide nhỏ, axit amin tự do, aldehyd, axit hữu cơ và amin bởi các aminopeptidase nội sinh, protease vi sinh vật và các chất chuyển hóa của vi sinh vật

Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, mặc dù axit lactic được tạo ra bởi quá trình trao đổi chất của vi khuẩn lactic làm giảm độ pH của sản phẩm, nhưng các chất chuyển hóa kiềm được tích lũy do quá trình phân hủy protein ở

các giai đoạn sau có thể hoạt động như một chất đệm chống lại axit hữu cơ và gây ra sự phục hồi trong quá trình lên men xúc xích pH của sản phẩm

Trong quá trình sản xuất salami, độ pH được tìm thấy cao hơn sau khi chín do giải phóng một lượng lớn các phân tử nitơ trọng lượng thấp và sự hình thành amoniac được cho là do các hoạt động phân giải protein, deaminase và deamidase nội sinh và ngoại sinh

Protein được chuyển hóa thành peptide bởi cathepsin và oligopeptide được chuyển hóa thành axit amin bởi aminopeptidase Một số axit amin là chất tiền thân được chuyển hóa thành các amin sinh học (BA) nhờ axit amin

decarboxylase do vi khuẩn gây hư hỏng tiết ra, chẳng hạn như Pseudomonas và

Enterobacteriaceae BA bao gồm các hợp chất nitơ hữu cơ có trọng lượng phân

tử thấp với cấu trúc béo, thơm hoặc dị vòng

2.2.2 Quá trình oxy hóa protein

Quá trình oxy hóa protein phức tạp và có liên quan chặt chẽ với các loại

và tính chất của các sản phẩm oxy hóa Quá trình này đề cập đến sự biến đổi cộng hóa trị của protein gây ra trực tiếp bởi các hoạt chất như các loại oxy phản ứng (ROS) và các loại nitơ phản ứng (RNS) hoặc gián tiếp bởi các sản phẩm thứ cấp của stress oxy hóa như lipid và oxit carbohydrate ROS có thể dẫn đến quá trình oxy hóa chuỗi bên axit amin và khung protein, dẫn đến sự phân mảnh protein hoặc liên kết ngang protein-protein Trong đó, hệ thống tạo ROS chủ yếu bị ảnh hưởng bởi hệ thống bức xạ, chiếu xạ và oxy hóa lipid; hệ thống oxy hóa qua trung gian myoglobin; và hệ thống oxy hóa xúc tác kim loại

Hình 2.2.2 Cơ chế oxy hóa protein trong thịt lên men.

Ghi chú: P = protein; L = lipid Màu xanh lam tượng trưng cho cơ chế oxy hóa protein được xúc tác ion kim loại và màu xanh lá cây tượng trưng cho quá trình

oxy hóa protein do peroxy hóa lipid Màu xanh tượng trưng cho cơ chế oxy hóa protein được xúc tác bởi các ion kim loại

- Ở giai đoạn 1, nguyên tử hydro trong protein (PH) bị thiếu ROS như gốc hydroxyl (OH ·), từ đó tạo ra gốc tự do protein tập trung carbon (P ·)

- Ở giai đoạn 2, gốc tự do protein (P) bị oxy hóa thành gốc tự do alkyl (POO ·) trong điều kiện O2; một dẫn xuất liên kết ngang (PP) được tạo ra bằng liên kết cacbon-cacbon (CC) với một gốc tự do protein khác (P ·) không có O2

- Ở giai đoạn 3, gốc alkyl (POO ·) tạo ra alkyl peroxide (POOH) bằng cách thu giữ nguyên tử hydro trong một protein khác, tham gia phản ứng oxi hóa khử của các ion kim loại chuyển tiếp (M n+ như Fe 2+ hoặc Cu +), hoặc phản ứng với gốc superoxide được proton hóa

- Ở giai đoạn 4 và 5, alkyl peroxit (POOH) phản ứng với ROS như gốc

HO 2 · hoặc với dạng khử của các ion kim loại chuyển tiếp (M n+) để tạo thành các gốc oxy hóa ankan (PO ·), tương ứng

- Ở giai đoạn 6 và 7các dẫn xuất hydroxyl (POH) được tạo ra Ngoài ra, dẫn xuất alkyl peroxide (POOH) và hydroxyl (POH) có thể phá vỡ chuỗi peptide thông qua quá trình α-amid hóa hoặc con đường diamide để tạo ra các dẫn xuất liên quan Màu xanh lá cây là cơ chế suy đoán của quá trình oxy hóa protein do peroxid hóa lipid Tương tự như quá trình oxy hóa protein được xúc tác bởi các ion kim loại, lipid tạo ra các gốc tự do thông qua việc bắt đầu và truyền quá trình oxy hóa để thu giữ các nguyên tử hydro trong protein, sau đó hình thành các polyme hoặc phức hợp protein-lipid thông qua một số giai đoạn phản ứng của quá trình chiết hydro, mở rộng, tái kết hợp và trùng hợp

2.3 Biến đổi Lipit

Do một loạt các ezyme nội bào như lipase cơ, lipase mỡ, phospholipase hoặc được sinh ra nhờ các giống vi sinh vật được cấp vào (Staphy lococcus wareri, …) Khi pH giảm xuống thì hoạt động của các enzyme rất quan trọng cho hoạt tính phân giải mỡ cao nhất Góp phần trong quá trình phân giải mỡ thành các và tạo ra các axit béo không bão hòa đa tự do, dễ bị oxy hóa, tạo thành một giai đoạn quan trọng trong quá trình tạo hương vị

Hình 2.3.1 Hoạt động của enzyme trong quá trình phân giải mỡ

- Lysosomal acid lipase ưu tiên thủy phân trilglycerol ở vị trí 1 hoặc 3 (Fowler và Brown 1984) Enzyme này cũng thủy phân di- và monoacylglycerol nhưng với tốc độ thấp hơn

- Phospholipase và lysophospholipase có pH tối ưu trong vùng cơ bản và điều hòa quá trình thủy phân phospholipid, ở vị trí 1 và 2, tương ứng

- Lipase: Nó có tính đặc hiệu cao và thích hợp hơn cho quá trình thủy phân tri- và diacylglycerol chuỗi dài (Belfrage et al 1984) Enzim này có tính đặc hiệu theo vị trí vì nó thủy phân axit béo ở vị trí 1 hoặc 3 trong triacylglyc erol nhanh hơn bốn lần so với quá trình thủy phân axit béo ở vị trí 2

Hình 2.3.2 Lipase thủy phân triacyglycerol

Sau khi mỡ được phân giải thành các axit béo xả ra quá trình oxi hóa gồm

3 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu tiên, bắt đầu, bao gồm sự hình thành của một gốc tự do Phản ứng này có thể được xúc tác bởi enzyme lipoxygenase cơ hoặc xúc tác hóa học bởi ánh sáng, độ ẩm, nhiệt và/hoặc cation kim loại

- Giai đoạn thứ hai, lan truyền, bao gồm sự hình thành các gốc peroxide bằng phản ứng của các gốc tự do với oxy Khi các gốc peroxide phản ứng với các liên kết đôi, chúng tạo thành các sản phẩm oxy hóa sơ cấp, hoặc hydroxyperoxide, rất không ổn định Sự phân hủy của chúng tạo ra nhiều loại sản phẩm oxy hóa thứ cấp theo cơ chế gốc tự do Một số trong số chúng là các hợp chất có hoạt tính tạo hương vị mạnh có thể làm mất mùi vị của các sản phẩm thịt trong quá trình nấu hoặc bảo quản

Các phản ứng oxy hóa kết thúc bằng cách khử hoạt tính của các gốc tự do khi chúng phản ứng với nhau (giai đoạn cuối) Do đó, kết quả của các phản ứng oxy hóa này bao gồm việc tạo ra các hợp chất dễ bay hơi chịu trách nhiệm tạo mùi thơm như hexanal, 2-nonenal, 2, 4-nonadienal, ethyl butyrate và 1-octene-3-ol cho sản phẩm cuối cùng Điều quan trọng là phải kiểm soát tốt các phản ứng này vì đôi khi, quá trình oxy hóa có thể tạo ra các hợp chất dễ bay hơi không mong muốn với mùi vị khó chịu

Hình 2.3.3 Các phản ứng oxi hóa

Các sản phẩm oxy hóa sơ cấp, hoặc hydroperoxide, không có mùi, nhưng các sản phẩm oxy hóa thứ cấp có đóng góp rõ ràng vào hương vị Có rất nhiều hợp chất dễ bay hơi được hình thành do quá trình oxy hóa các axit béo không bão hòa Điều quan trọng nhất là hydrocacbon aliphatic là kết quả của quá trình

tự oxy hóa của lipid; rượu, chủ yếu có nguồn gốc từ sự phân hủy oxy hóa của một số chất béo; aldehyde, có thể phản ứng với các thành phần khác để tạo ra các hợp chất hương vị; và (4) xeton được tạo ra thông qua quá trình decarboxyl hóa axit β-keto hoặc quá trình oxy hóa axit béo Các hợp chất khác, như este, có thể góp phần tạo nên mùi thơm đặc trưng (Shahidi et al.1987) Các hợp chất của xeton chủ yếu có vị đắng và vị hôi (sự ôi hóa của lipid) thậm chí sản sinh ra các chất độc hại như malondialdehyd, amyl aldehyde, 4-hydroxy nonyl aldehyde là mối lo ngại lớn đối với sức khỏe con người

→ Vì vậy nên cần phải sử dụng những chất chống oxy hóa để giảm thiểu sự oxy hóa của lipid và cân bằng lượng sản phẩm oxy hóa sinh ra tạo hượng tăng chất lượng cảm quan cho sản phẩm

3 Sấy

Quá trình sấy ở nhiệt độ cao diễn ra quá trình trình nhiệt phân cellulose hemicellulose trong vỏ xúc xích tạo ra carbonyl, chất tạo nên màu sắc của thịt

Sau khi lên men, xúc xích phải được sấy khô Điều này làm thay đổi vỏ

từ thấm nước sang kín khí hợp lý Lớp phủ màu trắng bằng nấm mốc hoặc bột

mì giúp ngăn chặn quá trình oxi hóa quang học thịt và tình trạng ôi thiu trong mỡ

III ẢNH HƯỞNG CÁC BIẾN ĐỔI HÓA SINH TỚI CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

1 Màu

Màu đặc trưng là do tác dụng của nitrit với myoglobin Nitrit bị khử thành oxit nitric, được ưa chuộng bởi sự hiện diện của ascorbat/erythorbat Myoglobin và oxit nitric sau đó có thể tương tác để tạo thành oxit nitric myoglobin, tạo ra các đặc tính có màu đỏ hồng:

2 Hương vị

Ít hoặc không có hương vị thường được phát hiện trước khi lên men thịt, mặc dù một số lượng lớn các tiền chất hương vị có mặt Khi quá trình lên men

và quá trình chín/làm khô tiếp tục diễn ra, sự kết hợp ảnh hưởng của enzyme cơ nội sinh và hoạt động của vi sinh vật tạo ra một số lượng lớn các hợp chất không bay hơi và dễ bay hơi với tác động giác quan Quá trình càng dài, sự tích

tụ của các hợp chất này càng tăng và cảm quan của chúng tác động nâng cao Mặc dù không quá quan trọng như trong nấu thịt, một số hợp chất có tác động cảm quan có thể được tạo ra thông qua các phản ứng hóa học tiếp theo Việc bổ sung các loại gia vị cũng có một đóng góp mạnh mẽ cho hương vị cụ thể

Bảng 3.1 Các hợp chất không bay hơi mong muốn tạo nên hương vị

3 Hương thơm

Nguồn gốc của mùi thơm chủ yếu phụ thuộc vào thành phần và điều kiện

xử lý Các con đường khác nhau chịu trách nhiệm cho sự hình thành các hợp

chất dễ bay hơi với tác động mùi thơm (Bảng 3.3.1) Như đã đề cập trước đây, quá trình phân giải protein tạo ra một lượng lớn lượng peptit nhỏ và axit amin tự

do vi sinh vật có thể chuyển đổi các axit amin leucine, isoleucine, valine, pheny lalanine và methionine thành các hợp chất cảm giác quan trọng với giá trị ngưỡng thấp Một số quan trọng nhất được phân nhánh các andehit như 2- và 3-metylbutanal và 2-metylpropanal

Bảng 3.3.1 Các hợp chất dễ bay hơi tạo mùi thơm

4 Kết cấu sản phẩm

- Enzym TG (Transglutaminase): còn được gọi là chất keo cho thịt

- Là một enzyme có tự nhiên trong thực vật và vi khuẩn

- Có khả năng tạo tính năng kết dính các thực phẩm có chứa protein với nhau

- TG xúc tác phản ứng tạo liên kết ngang trong nội phân tử protein hoặc gắn kết các protein lại với nhau tuỳ thuộc vào nhóm lysyl và glutamyl nằm trên cùng một phân tử protein hoặc trên hai phân tử protein khác