Khả năng giữ nước của thịt

Khả năng giữ nước của thịt

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

Chương I: Giới Thiệu

Khả năng giữ nước có giá trị rất lớn trong ngành chế biến thịt, mang lại hàng triệu

đô la một năm Thịt sau giết mổ ở giai đoạn đầu gồm tốc độ và pham vi sụt giảm pH; sự

phân giải protein; và sự oxy hóa protein là chìa khóa gây ảnh hưởng đến khả năng giữ lại nước của thịt Nước trong cơ (muscle) bị bẫy trong cấu trúc của tế bào, bao gồm các

khoảng không trong và ngoài sợi cơ (intra- and extramyofibrillar spaces); do đó, thay đổi cấu trúc nội bào là chìa khóa ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của các tế bào cơ (muscle cells) Trong quá trình co cứng, khoảng không gian dành cho nước được giữ trong các tơ

cơ (myofibrils) có thể bị thải ra ngoài sơi cơ (extramyofibrillar spaces), nơi dễ dàng rĩ nước Sự co ở các tơ cơ xảy ra trong suốt giai đoạn co cứng có thể được truyền đến toàn bộ

tế bào, nếu là các protein mà liên kết các tơ cơ với nhau và các tơ cơ với màng tế bào (như

là desmin) đều không bị giảm Sự giảm của protein cytoskeletal bị giới hạn có thể làm tăng

sự co rút của toàn bộ tế bào cơ, cuối cùng thì chuyển sang rĩ dịch Sự giảm của protein cytoskeletal chìa khóa bởi hệ enzyme calpain proteinase có một vai trò trong việc xác định khả năng giữ nước Vậy các chìa khóa làm thay đổi cấu trúc cơ đều có ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của thịt

Chương II: Tổng quan nhân tố nội sinh ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của thịt

2.1 Cấu tạu cơ xương

Cơ xương (còn gọi là cơ vân) là một trong ba loại cơ có trong cơ thể con người và nhiều động vật (hai loại kia là cơ trơn và cơ tim) Hầu hết các cơ xương, như tên gọi của

nó chỉ ra, được gắn với cấu trúc xương và khi nó co giãn thì nó sẽ tạo ra các đáp ứng tương ứng cho việc chuyển động của xương Quá trình co giãn của cơ xương được kích hoạt bởi các xung trong các nơron vận động gửi tới cơ, dưới quá trình tự điều khiển

Cấu trúc: Cơ xương gồm nhiều bó sợi cơ xếp song song dọc theo chiều dài của cơ Mỗi sợi cơ có một tế bào rất dài (từ 10 đến 40 mm), đường kính từ 10 đến 80 micromet, có nhiều nhân, được bao bọc bởi màng sợi cơ (sarcolemma) Cơ tương chứa nhiều tơ cơ

(myofibril) và các bào quan khác Mỗi sợi cơ được điều khiển bởi một đầu cuối dây thần kinh duy nhất nằm ở giữa sợi cơ

Hình1: cấu tạo cơ xương

Hình 2: cấu tạo cơ xương 2.2 Vị trí của nước trong cơ

Trong cơ chứa khoảng 75% là nước Các thành phần khác là protein (khoảng 20 %), lipid hay chất béo (khoảng 5 %), carbohydrate (khoảng 1%), vitamin và khoáng (1%)

Hình 3: Thành phần nước trong cơ

Phần lớn nước trong cơ được giữ trong cấu trúc của cơ và tế bào cơ Riêng trong tế bào cơ, nước được tìm thấy trong các tơ cơ, giữa các tơ cơ, và giữa tơ cơ và màng tế bào, giữa các tế bào cơ và giữa các bó cơ

Nước là một phân tử lưỡng cực và có thể bị hút vào các phân tử có mang điện như protein

Hình 4: Nước bị hút do điện tích của protein

Một số nước trong tế bào cơ liên kết rất chặt với protein gọi là nước liên kết, thay đổi rất ít khi cơ co cứng Nước liên kết chiếm một phần rất nhỏ trong toàn bộ nước của cơ

Các phân tử nước tự do trong cơ và trong thịt được giữ do hiệu ứng không gian hay

bị hút vào nước liên kết Phần nước này được giữ trong cấu trúc của cơ nhưng không liên kết với các protein Trong mô sau giết mổ giai đoạn đầu, nước tự do chưa thoát ra khỏi mô, nước tự do có thể bị loại bằng cách sấy khô, và có thể chuyển thành đá nếu đông lạnh Nước bị nhốt chịu tác động bởi quá trình co cứng và sự chuyển đổi cơ thành thịt Ngoài

thay đổi cấu trúc tế bào cơ và việc giảm pH thì nước tự do cũng có thể bị thất thoát khi rửa (purge) Các lực yếu ở bề mặt có vai trò quan trọng trong giữ nước tự do trong thịt Nước

tự do thì không bị thất thoát ở giai đoạn trước co cứng, nhưng có thể bị thất thoát khi điều kiện thay đổi mà cho phép nước bị nhốt đi ra khỏi cấu trúc

Phần lớn nước mà bị tác động bởi giai đoạn chuyển đổi cơ thành thịt là loại nước bị nhốt Giữ càng nhiều loại nước này trong thịt là mục tiêu của nhiều quá trình Vài nhân tố

có thể ảnh hưởng đến khả năng giữ nước là sự lôi kéo của điện tích trong các protein sợi cơ

và cấu trúc của tế bào cơ và thành phần của tế bào cơ (tơ cơ, cytoskeletal linkages và màng ) cũng như số lượng không gian ngoại bào trong cơ

2.3 Nhân tố vật lý, hóa sinh trong cơ ảnh hưởng đến khả năng giữ nước

2.3.1 Tác động của điện tích (Net charge effect)

Trong suốt quá trình chuyển đổi cơ thành thịt, acid lactic hình thành trong mô làm giảm pH của thịt Một khi pH đạt đến điểm đẳng điện pI của protein chính, chủ yếu là

myosin (pI 5.4), điện tích của protein là 0 Nhóm mang điện âm và dương trong protein bị

hút lẫn nhau, do đó sẽ giảm bớt một lượng nước bị hút và giữ lại do điện tích của protein Ngoài ra, từ khi điện tích bị giảm, khi điện tích của protein tiến gần 0, lực đẩy trong các tơ

cơ giảm cho phép chúng tập hợp lại gần cùng nhau hơn Kết quả làm giảm không gian trong các tơ cơ Sự biến tính một phần của đầu myosin tại pH thấp (nhiệt độ vẫn còn cao) cũng gây co trong khoảng lưới không gian sợi cơ

Hình 5: Chất lượng thịt heo được đo pH và sự rỉ nước sau 30 h giết mổ.

Hình 6: Ảnh hưởng pH lên khả năng giữ nước 2.3.2 Nhân tố thuộc về gen (Genetic factors)

Gen halothane là một ví dụ của điều kiện có thể tạo ra thịt PSE pH giảm nhanh và

pH cuối thấp đều liên quan đến khả năng giữ nước thấp và mất nước khi rửa (high purge)

Hạ pH nhanh làm cho pH cuối hay gần cuối thấp trong khi cơ vẫn còn ấm gây ra sự biến tính (mất chức năng và khả năng liên kết nước) của nhiều proein, trong đó có cả nước liên kết Hầu hết việc làm sạch và rĩ nước thường thấy trong thịt PSE từ heo mang đột biến trong thể nhận ryanodine / kênh phóng thích calcium (gen halothane) trong sarcoplasmic reticulum Sarcoplasmic reticulum tích trữ Ca và bao quanh các bó của protein có thể co lại Đột biến này làm kênh này suy trong kiểm soát calcium gây co nhanh và tăng tốc độ chuyển hóa trong cơ và tốc độ giảm pH nhanh Đột biến cá biệt trong gen halothane có thể được nhận ra ngay từ trong kho Do đã làm kiểm tra đối với loại đột biến này, nền công nghiệp Mỹ đã loại ra gen này trong hầu hết các giống thương

mại

Hình 7: Cấu trúc vi thể của tế bào cơ cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa

sarcoplasmic reticulum và các tơ

Hình 8: Một mô hình mở kênh Ca do tiềm năng hoạt động T ống của sợi cơ xương.

Hình 9: Ca 2+ chuyển giao vào trong Cardiomyocytes

Các nhân tố khác có thể tạo ra thịt PSE Trước khi thu hoạch, stress ngắn hạn trong con vật có thể thúc đẩy nhanh chuyển hóa đủ để sau giết mổ trong cơ vẫn bị thúc đẩy, gây

ra giảm pH nhanh hơn so với con vật không bị stress

Trạng thái chuyển hóa và điều kiện đang tồn tại của cơ thường nhằm vào phạm vi giảm pH trong cơ sau giết mổ Nhiều nghiên cứu về tác dụng của việc xử lý để giảm lượng glycogen trong cơ để trong cơ tích tụ lượng lactate nhỏ nhất sau giết mổ Nhân tố thuộc về gen tác động đến chuyển hóa cơ bản có tiềm năng tác động đến tích lũy lactate và phạm vi giảm pH Milan và cộng sự (2000) đã khám phá ra gen thay thế không di truyền, biểu hiện cho protein kinase monophosphate-activated -subunit (PRKAG3), đã giải thích đột biến trội (biểu hiện RN-) được cho tạo ra những khác biệt lớn trong chất lượng thịt trong giống heo Hampshire Sự thay thế (R200Q) trong gen PRKAG3 làm tăng 70% lượng glycogen trong heo có RN- hợp tử và dị hợp tử Tăng lượng glycogen trực tiếp làm lactate tăng cao hơn trong cơ sau giết mổ, pH cuối thấp hơn và khả năng giữ nước sẽ kém hơn trong thịt heo tươi

Gen PRKAG3 mã hóa cho đồng vị của cấu trúc điều hòa trong adenosine

monophosphate (AMP) ở động vật có vú, activated protein kinase (AMPK) Khi bắt phải chịu stress về dinh dưỡng hay môi trường sống,thì tỉ lệ AMP/ATP của tế bào eukaryote sẽ tăng, gây ra “AMPK cascade”, kích thích tế bào bảo tồn năng lượng Chức năng chính xác của phân tử điều khiển của AMPK vẫn còn chưa được biết rõ, tuy nhiên, cả hai được biết là có vai trò quan trọng cho hoạt động của kinase Phân tử điều hòa cũng có thể

liên quan đến vị trí liên kết AMP trong phức dị hợp AMPK Ba đột biến sai nghĩa (T30N, G52R, I199V) trong gen PRKAG3 của heo liên quan đến pH cao hơn và màu thịt sậm hơn

2.4 Tác động của không gian (Steric effects)

Tơ cơ chiếm tỉ lệ lớn trong tế bào cơ (82-87% thể tích tế bào cơ) Hầu hết nước (khoảng 85%) bên trong tế bào được giữ trong tơ cơ Nhiều nước được giữ bởi lực mao dẫn xuất hiện từ cách bố trí các sợi dày và mỏng trong tơ cơ Trong cơ sống, các đốt cơ còn isovolumetric trong suốt quá trình co và giãn ra Vậy trong cơ sống, lượng nước trong cấu

trúc sợi nhỏ của tế bào sẽ không cần thiết thay đổi Tuy nhiên, vị trí của nước này có thể bị tác động bởi thay đổi thể tích khi cơ co Khi cơ bắt đầu đi 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 trong các sợi nhỏ có thể ép sarcoplasmic fluid từ giữa các sợi cơ đến không gian các sợi bên ngoài

Trong giai đoạn co cứng, đường kính tế bào cơ giảm và sự truyền của phần co từ các

tơ cơ đến toàn bộ tế bào Ngoài ra, trong suốt quá trình co cứng, các khúc cơ có thể thu ngắn lại; điều này cũng làm giảm không gian dành cho nước trong tơ cơ Vậy sự rĩ dịch có thể tăng cùng với sự giảm chiều dài của khúc cơ trong các tế bào cơ

Trong tơ cơ, một tỉ lệ nước cao được giữ trong băng I hơn protein băng A dày đặc, cho thấy khúc cơ ngắn có liên quan đến rĩ dịch tăng lên Khi tơ cơ thu ngắn và co cứng,

Hình 10: Tác động của không gian trong tơ cơ

khúc cơ ngắn lại, dẫn đến thể tích vùng băng I thấp hơn trong tơ cơ Thể tích bị mất trong vùng sợi tơ này (nơi có nhiều nước cư trú), kết hợp với yếu tố pH, khiến cho phần co lại của tơ cơ có thể tống nước từ trong cấu trúc các sợi cơ ra khoảng không gian ngoài sợi cơ

Sự huy động nước từ không gian trong các sợi cơ ra đến không gian ngoài các sợi cơ là chìa khóa cung cấp nguồn cho rĩ dịch

HÌnh 11: Cấu tạo cơ tơ

Các tơ cơ liên kết với nhau và với màng tế bào thông quan các protein Những liên kết này, chúng giữ cho cơ sau giết mổ còn nguyên vẹn, giảm đường kính các tơ cơ sẽ truyền đến tế bào cơ Tơ cơ co lại dẫn đến sự co khít của toàn bộ tế bào cơ, do đó việc tạo kênh giữa các tế bào và giữa các bó tế bào ép dịch ra ngoài Khoảng không gian ngoại bào xung quanh các sợi cơ liên tục tăng lên đến 24 h sau giết mổ, nhưng khoảng trống giữa sợi

cơ giảm nhẹ giữa 9 và 24 h sau giết mổ, có lẽ do dòng chảy ngoài từ các kênh chính này Những liên kết giữa các tơ cơ liền kề và các tơ cơ với màng tế bào được tạo ra do vài loại protein (desmin, filamin, và synemin, dystrophin, talin và vinculin), gọi là costameres, vai trò là cung cấp sườn cấu trúc để gắn tơ cơ vào màng bao cơ Nếu liên kết costameres còn nguyên vẹn trong suốt biến đổi cơ thành thịt, sự co của các tơ cơ khi cơ đi vào co cứng sẽ

bị chuyển đến toàn bộ tế bào qua các liên kết protein này và sẽ làm giảm thể tích tế bào cơ

Do đó, tiến trình co cứng gây thất thoát nước không những ra khỏi tơ cơ mà còn ra khỏi khoảng không gian ngoài sợi cơ khi thể tích toàn bộ của tế bào bị co khít lại Giảm đường kính tế bào cơ trong mô sau giết mổ, nước bị tống khỏi các tơ cơ và đổ vào không gian ngoại bào

Hình 12: Sự thủy phân protein sau giết mổ- phá hủy protein liên kết trong tế bào tác động đến rĩ dịch

2.4.1 Hệ thống calpain nội sinh

Calpain: Đóng vai trò chính trong thủy phân protein cơ trong điều kiện sau giết mổ

Cơ chất protein của calpain như desmin, synemin, talin và vinculin, giúp tạo sườn trong

tế bào cơ Hệ thống calpain được tạo ra từ vài tiểu đơn vị của calcium – phụ thuộc vào protease cysteine Hai tiểu đơn vị quan trọng nhất là -calpain và m-calpain Sau giết mổ,

sự thay đổi sâu sắc xảy ra trong tế bào cơ (như pH giảm, tăng cường lực ion) Khi cơ biến đổi sang thịt, nhiều thay đổi xảy ra, gồm: (1) năng lượng tiêu hao từ từ, (2) từ trao đổi hiếu khí sang trao đổi ki khí sinh ra lactate, làm giảm pH trong mô đến 5.4-5.8, (3) tăng cường lực ion, một phần do bất hoạt của ATP – phu thuộc vào Ca, sodium và potassium, (4) bất hoạt tế bào tăng duy trì việc giảm các điều kiện Cả -calpain và m-calpain đều có hoạt tính yếu tại giá trị pH và cường lực ion trước giết mổ Protein bị phân cắt dần từ 45 phút đến 6 h sau giết mổ, cho phép nước thoát khỏi không gian trong sợi cơ Phân cắt protein, buộc tơ cơ đến màng tế bào, làm tế bào cơ co lại nhiều hơn

Hình 13 : Mối liên quan giữa sự thủy phân desmin và % rĩ dịch trong bốn con vật khác nhau.

Calpastatin là nhân tố nội sinh ức chế -calpain và m-calpain, có tác dụng điều hòa

hoạt động hệ calpain trong cơ sau giết mổ Hoạt động của Calpastatin giải thích tỉ lệ cao mức độ biến đổi độ mềm của thịt

HÌnh 14: Hệ thống enzyme calpastatin

Vai trò của quá trình oxy hóa protein: làm biến đổi vài amino acid và gây ra sự

hình thành cầu nối disulfide Cải hai biến đổi này đều làm giảm chức năng của protein Vì -calpain và m-calpain đều chứa histidine và SH (cysteine) tại vị trí hoạt động của enzyme, chúng dễ bi tổn thương dẫn đến bất hoạt bởi sự oxy hóa Ở điều kiện oxy hóa ức chế sự thủy phân protein bởi -calpain nhưng không hoàn toàn ức chế quá trình tự phân

Các thử nghiệm cho thấy hàm lượng chất chống oxy hóa cao trong thịt có thể ảnh hưởng đến sự thủy phân protein Rowe cùng cộng sự (2004), kết quả thí nghiệm cho thấy

sự thủy phân protein giải phóng troponin-T tăng sau 2 ngày giết mổ trong miếng thịt từ con vật cho ăn mức độ Vitamin E cao 1000 IU

Hình 15: Kết quả thí nghiệm Rowe Hình 16: Ảnh hưởng chất chống

oxy hóa đến hoạt động của calpain

2.5 Vài ứng nghiên cứu khả năng giữ nước trong thịt:

2.5.1 Nghiên cứu tác dụng nồng độ muối đối với các tuyết:

Thay đổi ở mô cơ của cá được ướp muối trong thảo luận của nhiều tác giả dựa trên những phát hiện trong các nghiên cứu về tác dụng của muối trong cá tuyết và thịt chế biến (Hamm 1960, 1968 Borgstrom; Trinick 1983; Wilding và những người khác 1986; Honikel năm 1989; Akse và những người khác 1993) Kết luận nói chung rằng khả năng giữ nước của thịt (WHC) được tăng lên ở nồng độ muối thấp (0,5 đến 5,0%) Nồng độ muối ít hơn 0,5% cảm ứng sự co rút trong các sợi cơ để che chắn ảnh hưởng của muối và giảm lực đẩy điện tích Ở nồng độ muối xấp xỉ gần bằng 0.1 M hoặc tại điểm đẳng điện pI của protein myosin, khoảng không gian trong tơ cơ là nhỏ nhất Khi nồng độ muối trong khoảng từ 0,5 đến 5%, khoảng không gian trong tơ cơ gia tăng cùng với lực ion Điều này có được do các ion muối liên kết với các protein, làm cho protein mang điện tích âm nhiều hơn, tạo lực đẩy lẫn nhau nhiều hơn, hoặc do ít cấu trúc liên kết để trương nở và một phần khử cực của các sợi cơ dày, gây ra sự phân ly của phức hợp actinomyosin (Fennema 1990) Ở nồng độ muối cao hơn trong cơ, trên 9-10%, các protein bị biến tính, gây ra co rút và mất nước của

cơ (Duerr và Dyer 1952) Lực đẩy giữa các protein bị giảm và lien kết protein-protein trở nên mạnh hơn, kết quả là ít không gian hơn cho nước trong cơ và ít WHC (Tên và Trinick 1983; Honikel 1989) Việc khử nước ở nồng độ muối cao hơn gây ra kết tủa myosin

(Lawrie 1998)