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 – 20211516Nguyễn Việt Anh – 20211409 Lê Kim Oanh – 20211512 Hoàng Tùng Dương – 20211439Học phần: HÓA SINH - BF3507

Mã lớp: 146296

Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Biên Cương

Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2023

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

I MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Salami được phân loại là sản phẩm thịt băm nhỏ Nó được chuẩn bị bằngcách băm nhỏ thịt và mỡ, nhồi vào vỏ sau đó được hun khói, lên men và sấy khôđể tạo ra sản phẩm có thời hạn sử dụng kéo dài Quá trình lên men làm giảm độpH xuống dưới 5,3 và sấy khô để loại bỏ khoảng 20% độ ẩm Trong thời gianquá 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 Salamiđược dựa trên thực tế là thịt có thể bị vi sinh vật (VSV) biến đổi trong thời giandài Các sửa đổi mong muốn bao gồm cải tiến về hương vị, mùi thơm, ngonmiệng, 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 trìnhlên men không được kiểm soát có thể dẫn đến hình thành mùi vị lạ, chất chuyểnhóa đe dọa sức khỏe cũng như suy giảm màu sắc, mất tính nhất quán và sự pháttriển của VSV gây bệnh.

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

Trong quá trình này chất béo từ mỡ được xay nhuyễn với thịt Dưới tácđộng của lực cơ học làm biến đổi cấu trúc protein, phá vỡ các liên kết cầudisunfit, 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 đượcbiến đổi thành chất khác, chủ yếu là acid lactic – hợp chất rất quan trọng trongquá trình lên men Thêm đường còn làm tăng hương vị và ức chế bào tử vì giảmhoạt độ của nước Những đường mà không được lên men hoặc chỉ một phần thìchủ yếu đóng vai trò là tạo màu và hương vị.

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

Glucose lên men nhanh chóng thành lactic, tiếp theo là sucrose, lactose vàmaltose cần một khoảng thời gian lớn để tạo thành glucose rồi mới lên men Vềbản chất, tất cả vi khuẩn lactic đều lên men tạo lactic Trong 85% khuẩn lacticcó thể sử dụng sucrose, 70% cho maltose, 55% cho lactose, chỉ 30 % khuẩnlactic có thể sử dụng galactose

Sản phẩm của đường trong quá trình lên men chủ yếu là axit lactic có cấuhình L hoặc D hoặc hỗn hợp của cả hai (chủ yếu là L-lactic), tùy thuộc vào loàivi khuẩn axit lactic được sử dụng Với vi khuẩn lên men lactic đồng hình thìđường 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 cácpeptide nhỏ và axit amin tự do, quá trình oxy hóa dẫn đến biến đổi chuỗi bênaxit amin, trùng hợp liên kết ngang phân tử và phân tách chuỗi peptide Ở cácmức độ trao đổi chất khác nhau, những phản ứng này có thể ảnh hưởng đến cấutrúc protein và màu sắc, độ mềm, hương vị và giá trị ăn được của các sản phẩmthịt lên men.

2.2.1 Quá trình phân giải protein

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

Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, mặc dù axit lactic được tạo rabởi 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 vàgây 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 khichín do giải phóng một lượng lớn các phân tử nitơ trọng lượng thấp và sự hìnhthành amoniac được cho là do các hoạt động phân giải protein, deaminase vàdeamidase nội sinh và ngoại sinh.

Protein được chuyển hóa thành peptide bởi cathepsin và oligopeptideđược chuyển hóa thành axit amin bởi aminopeptidase Một số axit amin là chấttiền 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 loạivà tính chất của các sản phẩm oxy hóa Quá trình này đề cập đến sự biến đổicộng hóa trị của protein gây ra trực tiếp bởi các hoạt chất như các loại oxy phảnứng (ROS) và các loại nitơ phản ứng (RNS) hoặc gián tiếp bởi các sản phẩm thứcấp của stress oxy hóa như lipid và oxit carbohydrate ROS có thể dẫn đến quátrình oxy hóa chuỗi bên axit amin và khung protein, dẫn đến sự phân mảnhprotein hoặc liên kết ngang protein-protein Trong đó, hệ thống tạo ROS chủyếu bị ảnh hưởng bởi hệ thống bức xạ, chiếu xạ và oxy hóa lipid; hệ thống oxyhóa 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 hóaprotein 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 hóaprotein được xúc tác bởi các ion kim loại

- Ở giai đoạn 1, nguyên tử hydro trong protein (PH) bị thiếu ROS nhưgốc 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 bằngliên 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) bằngcách thu giữ nguyên tử hydro trong một protein khác, tham gia phản ứng oxihóa khử của các ion kim loại chuyển tiếp (M n+ như Fe 2+ hoặc Cu +), hoặcphản ứng với gốc superoxide được proton hóa

- Ở giai đoạn 4 và 5, alkyl peroxit (POOH) phản ứng với ROS như gốcHO 2 · hoặc với dạng khử của các ion kim loại chuyển tiếp (M n+) để tạo thànhcác 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 chuỗipeptide thông qua quá trình α-amid hóa hoặc con đường diamide để tạo ra cácdẫn xuất liên quan Màu xanh lá cây là cơ chế suy đoán của quá trình oxy hóaprotein do peroxid hóa lipid Tương tự như quá trình oxy hóa protein được xúctác bởi các ion kim loại, lipid tạo ra các gốc tự do thông qua việc bắt đầu vàtruyền quá trình oxy hóa để thu giữ các nguyên tử hydro trong protein, sau đóhình thành các polyme hoặc phức hợp protein-lipid thông qua một số giai đoạnphản 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, phospholipasehoặc được sinh ra nhờ các giống vi sinh vật được cấp vào (Staphy lococcuswareri, …) Khi pH giảm xuống thì hoạt động của các enzyme rất quan trọngcho hoạt tính phân giải mỡ cao nhất Góp phần trong quá trình phân giải mỡthành các và tạo ra các axit béo không bão hòa đa tự do, dễ bị oxy hóa, tạothành 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 monoacylglycerolnhưng với tốc độ thấp hơn

- Phospholipase và lysophospholipase có pH tối ưu trong vùng cơ bản vàđiều 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 thủyphân tri- và diacylglycerol chuỗi dài (Belfrage et al 1984) Enzim này có tínhđặc hiệu theo vị trí vì nó thủy phân axit béo ở vị trí 1 hoặc 3 trong triacylglycerol 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 gồm3 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 hóahọc bởi ánh sáng, độ ẩm, nhiệt và/hoặc cation kim loại.

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

Các phản ứng oxy hóa kết thúc bằng cách khử hoạt tính của các gốc tự dokhi chúng phản ứng với nhau (giai đoạn cuối) Do đó, kết quả của các phản ứngoxy hóa này bao gồm việc tạo ra các hợp chất dễ bay hơi chịu trách nhiệm tạomùi 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 phảnứng này vì đôi khi, quá trình oxy hóa có thể tạo ra các hợp chất dễ bay hơikhông 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, nhưngcác sản phẩm oxy hóa thứ cấp có đóng góp rõ ràng vào hương vị Có rất nhiềuhợp chất dễ bay hơi được hình thành do quá trình oxy hóa các axit béo khôngbão hòa Điều quan trọng nhất là hydrocacbon aliphatic là kết quả của quá trìnhtự oxy hóa của lipid; rượu, chủ yếu có nguồn gốc từ sự phân hủy oxy hóa củamột số chất béo; aldehyde, có thể phản ứng với các thành phần khác để tạo racác hợp chất hương vị; và (4) xeton được tạo ra thông qua quá trình decarboxylhóa axit β-keto hoặc quá trình oxy hóa axit béo Các hợp chất khác, như este, cóthể góp phần tạo nên mùi thơm đặc trưng (Shahidi et al.1987) Các hợp chất củaxeton chủ yếu có vị đắng và vị hôi (sự ôi hóa của lipid) thậm chí sản sinh ra cácchất độc hại như malondialdehyd, amyl aldehyde, 4-hydroxy nonyl aldehyde làmối 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 oxyhóa của lipid và cân bằng lượng sản phẩm oxy hóa sinh ra tạo hượng tăng chấtlượng cảm quan cho sản phẩm

III ẢNH HƯỞNG CÁC BIẾN ĐỔI HÓA SINH TỚI CHẤTLƯỢNG SẢN PHẨM

1 Màu

Màu đặc trưng là do tác dụng của nitrit với myoglobin Nitrit bị khửthành 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 nitricmyoglobin, 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 menvà quá trình chín/làm khô tiếp tục diễn ra, sự kết hợp ảnh hưởng của enzyme cơnội sinh và hoạt động của vi sinh vật tạo ra một số lượng lớn các hợp chấtkhông bay hơi và dễ bay hơi với tác động giác quan Quá trình càng dài, sự tíchtụ 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 độngcảm quan có thể được tạo ra thông qua các phản ứng hóa học tiếp theo Việc bổsung 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 kiệnxử 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 tựdo vi sinh vật có thể chuyển đổi các axit amin leucine, isoleucine, valine, phenylalanine và methionine thành các hợp chất cảm giác quan trọng với giá trịngưỡng 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 vớinhau.

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

nhau Liên kết đồng hoá trị tạo ra này được gọi là liên kết -(-glutamyl)lysine isopeptide.

- TG hoạt động như một chất xúc tác, liên kết các phân tử protein vớinhau bằng liên kết cộng hóa trị rất mạnh của các acid amin glutamine vàlysine.

- Đặc điểm nổi bật là Enzym-TG có thể giúp liên kết các loại thịt khácvới nhau để tạo thành khối sản phẩm theo yêu cầu.

5 Chất chống oxi hóa

5.1Acid ascorbic (Vitamin C)

Vitamin C có hoạt chất chống oxi hóa khi nó làm giảm oxi hóa chất như hidrogen peroxide Ngoài ra, nó cũng sẽ làm giảm các ion kim loại tạo ra các gốc tự do thông qua các phản ứng Fenton.

2Fe3+ + ascorbate 2Fe2+ + Dehidroascorbate2Fe2 + + 2H2O2 2Fe3+ + 2OH + 2OH-5.2 Butylat hydroxytoluene (BHT)

BHT còn được gọi là 2,6-bis (1,1-dimethylethyl)-4-methylphenol; tert-butyl-p-cresol; 2,6-di-tert-butyl-4-methylpheno BHT được tạo thành phản ứng của para – cresol (4-methylphenol) với isobutylen (2-methylpropene) xúc tác bởi acid sulfuric, có công thức phân tử là C15H24O.

2,6-di-BHT chống oxy hoá xúc tác phản ứng bằng cách chuyển đổi các gốc tự do peroxy trong liên kết hydroperoxides Điều này tác động đến chức năng chống oxi hoá bằng cách nó sẽ quyên góp một nguyên tử hydro:

RO2 + ArOH → ROOH + ARORO2 + ArO → nonradical sản phẩm

R là alkyl hoặc aryl, và nơi ArOH là phenolic của BHT hoặc có liên quanđến chất chống oxy hóa Người ta thấy rằng BHT liên kết với hai gốc tự do peroxy.

5.3 Butylat hydroxyanisole (BHA)

BHA là một hỗn hợp gồm 3-Tetiary-butyl-4-hydroxyanisole hoặc 3-và tertiary-buty-4-hydroxyanisole, còn có tên là BOA Trong đó, dạng đồng phân thứ nhất chiếm ưu thế hơn (>= 90%) Có công thức phân tử là C11H16O2.