- Các chất chứa nitơ 1 1,7 Các chất khơng chứa nitơ 0,7 1,
d) Cá làm cơ chất cho vi khuẩn
Các cacbohydrat (ví dụ như lactat và riboza) và các thành phần nucleotit là cơ chất cĩ sẵn cho các vi khuẩn cùng với phần cịn lại của nhĩm NPN (NPN: các chất protein phi nitơ).
Đối với các vi sinh vật hiếu khí, quá trình oxy hĩa trong điều kiện háo khí tạo ra năng lượng lớn hơn nhiều so với sự lên men yếm khí. Ví dụ, sự oxy hĩa hồn tồn 1 mol glucoza thành 6 mol CO2 tạo ra một sinh lượng 36 mol ATP trong khi đĩ sự lên men 1 mol glucoza thành hai mol axit lactic chỉ tạo được hai mol ATP.
Điều kiện hiếu khí:
C6H12O6 + 6O2 + 36ADP + phosphat → 6CO2 + 42H2O + 36ATP Điều kiện yếm khí:
C6H12O6 + 2ADP + phosphat → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP + 2H2O Do đĩ, sự phát triển của vi khuẩn lúc đầu trong các điều kiện hiếu khí chủ yếu là sự phát triển của các vi khuẩn ưa khí, dùng carbohydrat và lactat làm cơ chất sinh năng lượng, oxy làm chất nhận hydro để tạo ra sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Sự phát triển của các lồi hiếu khí dẫn đến hình thành các vi khí hậu yếm khí từng phần trên bề mặt của cá. Các điều kiện này thuận lợi đối với các khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên. Tuy vậy, đối với một số vi khuẩn khử TMAO, kể cả các khuẩn thường được liệt kê vào loại hiếu khí bắt buộc, sự cĩ mặt của
TMAO làm cho chúng phát triển nhanh cho dù là ở các điều kiện yếm khí. Sự trao đổi chất trong quá trình khử TMAO gần đây đã được nghiên cứu kể cả đối với các khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên như E.coli (Sakaguchi và cộng sự, 1980) và lồi Proteus (Stenberg và cộng sự, 1982). Cĩ lẽ đến nay đã rõ việc trong nhiều lồi vi khuẩn sự khử TMAO cĩ liên quan đến sự bảo tồn năng lượng bởi cơ chế hơ hấp. Trong quá trình phát triển thiếu oxy trong mơ, các electron được đưa qua chuỗi vận chuyển electron với TMAO làm chất nhận electron cuối cùng và năng lượng giải phĩng ra được dùng để tạo ra các phosphat giàu năng lượng. Ở các khuẩn lên men như Proteus, các quá trình dị hĩa chủ yếu dựa vào kiểu lên men trong quá trình hơ hấp yếm khí với axetat là sản phẩm chủ yếu:
Đường CH3COOH + CO2 + (2H) (CH3)3NO + (2H) Lactat (CH3)3N + H2O (Kjosbakken và Larsen, 1974)
Cơ chế này được minh họa trên hình 2.11, hình này cho thấy lactat chỉ được sử dụng làm cơ chất khi cĩ mặt TMAO.
Hình 2.11.Những biến đổi hĩa học của chất hịa tan của cá trích trong quá trình sinh trưởng yếm khí của Proteus (Olafsen và cộng sự, 1971)
Các khuẩn khơng lên men như Alteromnas putrefaciens vẫn duy trì kiểu trao đổi chất hiếu khí khi các axit amin hồn tồn bị oxy hĩa thành CO2, trong khi đĩ lactat làm tăng sự hình thành một số axetat. Trong cơ cá tuyết vơ trùng bảo quản lạnh, TMAO khơng bị khử, như được thể hiện trên hình 2.12, và từ đĩ ta thấy rằng các enzym của vi khuẩn cần thiết cho sự khử này (tuy vậy, cần phải thấy rằng cả mơ hệ tiêu hĩa và mơ thận cĩ lẽ đều chứa enzym khử TMAO, các enzym này cĩ thể cĩ vai trị nào đĩ trong các sản phẩm xay nghiền trong khi các mơ cơ, như đã được nhắc đến, chứa loại enzym khử cĩ thể cĩ vai trị quan trọng trong bảo quản đơng). Sản phẩm cuối TMA - cĩ mùi "cá" khĩ chịu đặc trưng.
a) b)
Hình 2.12.Những biến đổi của nitơ hịa tan trong cơ cá tuyết (a) đang ươn hỏng và (b) dạng tự phân giải (Shewan, 1962)
TMA chiếm phần lớn các chất được gọi là bazơ bay hơi tồn phần (TVB) cao hơn ngưỡng phải loại bỏ trong cá bảo quản lạnh. Sau đĩ, trong giai đoạn bảo quản, cĩ thể sinh ra một lượng amoniac NH3. Một lượng nhỏ NH3 được tạo ra trong quá trình tự phân giải, nhưng phần chủ yếu được sinh ra từ phản ứng khử amin của axit amin. Một lượng đáng kể NH3 được tạo ra trong các lồi cá sụn trong khi bảo quản vì thịt của chúng giàu urea là chất bị vi khuẩn phân hủy thành CO2 và NH3:
Các lồi nhuyễn thể nĩi chung dễ bị nhiễm khuẩn làm ươn cá hơn. Hàm lượng cao của các hợp chất NPN là một trong các nguyên nhân của điều này. Các hợp chất NPN này cĩ cả một lượng lớn arginin phosphat, một chất cĩ thể chiếm đến 1 - 1,5% trọng lượng tươi. Arginin phosphat cĩ thể bị khử nhĩm phosphoryl bằng tự phân giải và nhiều vi khuẩn cĩ khả năng khử amin của arginin thành ornithin mà sau đĩ cĩ thể bị khử nhĩm cacboxyl để thành putresxin.
Nĩi chung, nhiều mùi liên quan đến sự ươn hỏng là sản phẩm phân hủy của các axit amin. Sự phân hủy do vi khuẩn của các axit amin chứa lưu huỳnh cystein và methionin làm sản sinh hydro sunfua (H2S), metyl mercaptan (CH3SH) và dimetyl sunfua ((CH3)2S). Như thấy trên hình 2.13, các hợp chất này khơng hình thành trong cơ vơ trùng, nhưng một số vi khuẩn như Alteromonas putrefaciens được biết là những lồi sinh các chất này. Các hợp chất bay hơi cĩ mùi khĩ chịu này cĩ thể nhận biết được bằng cảm quan ngay cả ở nồng độ tính theo phần tỷ (ppb), vì thế chỉ với một lượng vơ cùng nhỏ cũng cĩ ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng.
Mơi trường cĩ ít hoặc khơng cĩ oxy thuận lợi cho sự sinh trưởng của các khuẩn khử TMAO và làm tăng lượng TMA (Jensen, 1980; Huss, 1972). Cĩ thể xem hàm lượng TMA càng cao thì sự ươn hỏng càng nhanh trong các điều kiện yếm khí, nhưng như các tác giả trên cho thấy, hình như điều này khơng xảy ra trong trường hợp cá được bao gĩi chân khơng. Shaw và Shewan (1968), cũng như các tác giả khác, cũng nghi vấn về mối tương quan trực tiếp giữa hàm lượng TMA và chất lượng cảm quan của cá.
Hình 2.13. Sự sản sinh H2S, ((CH3)2S) và CH3SH trong philê cá tuyết ươn hỏng tự nhiên và các khối cơ vơ trùng
Ở những giai đoạn cuối cùng của quá trình ươn hỏng, tồn bộ TMAO đã bị khử (thơng thường thì về mặt cảm quan cá đã bị loại bỏ trước đĩ) và mơi trường vi sinh vật cũng biến đổi rất lớn. Theo các cơng trình khoa học ở Na Uy (Kjosbakken, 1970, Refsnen và Larsen, 1972; Storro và cộng sự, 1977), việc bảo quản cá trong điều kiện yếm khí kéo dài sẽ sản sinh ra nhiều NH3 do các axit amin bị các vi khuẩn phân hủy và sẽ làm tích tụ các axit béo mạch thấp hơn như axit acetic, axit butyric, và axit propionic. Các khuẩn sản sinh nhiều NH3 là các lồi khí thuộc họ Bacteroidaceae, giống Fusobacterium (Kjosbakken và Larsen,
1974; Storro và cộng sự, 1975, 1977). Điểm đặc trưng của các vi khuẩn này là sự sinh trưởng chỉ diễn ra trong dịch chiết cá ươn. Khá lý thú là dường như chúng cĩ rất ít hoặc khơng cĩ hoạt tính phân giải protein, tức là chúng dựa vào thể xâm nhập đã cĩ là axit amin để sinh trưởng.