TEMA DE CASA LA CARNE GEORGIANA2003

UNIVERSITATEA VALAHIA DIN TÂRGOVIŞTE FACULTATEA INGINERIA MEDIULUI ŞI BIOTEHNOLOGII SPECIALIZAREA TEHNOLOGIA PRELUCRĂRII PRODUSELOR AGRICOLE ANUL IV

TEMA DE CASA LA TEHNOLOGIA CĂRNII ŞI PREPARATELOR DIN CARNE MODIFICĂRI NORMALE CARE AU LOC ÎN CARNE DUPĂ SACRIFICARE

STUDENT: ALEXE GEORGIANA

1

2010-2011 MODIFICĂRI NORMALE CARE AU LOC ÎN CARNE DUPĂ SACRIFICARE RIGIDITATEA CĂRNII Imediat după sacrificare, carnea animalului este flexibilă, moale, relaxată; Mamiferele hrănite corespunzător, odihnite inainte de sacrificare, in masa muşchiului se instalează rigiditatea avand ca prim semn intărirea muşchilor. Durata stării de rigiditate depinde de: – provenienţa cărnii (mamifere, păsări, peşti); – pH-ul cărnii in momentul sacrificării. PH-ul inainte de sacrificare depinde de activitatea musculară. Animalele sacrificate obosite vor avea un pH scăzut; – rezerva de glicogen a cărnii care este determinată de modul de hrănire al animalului cat şi de o serie de factori de stres (temp, umezeala aerului, stări patologice diferite); – conţinutul in compuşii macroergici (ATP, fosfocreatină) din muşchi; – activitatea sistemelor enzimatice implicate in hidroliza şi resinteza ATP-ului; – temperatura de păstrare a cărnii. Instalarea rigidităţii este un dezavantaj tehnologic intrucat carnea rigidă are slabe proprietăţi de reţinere a apei şi de hidratare. Carnea rigidă nu este aromată, greu de mestecat şi digerat. Transformări ce au loc in carne in stadiul de rigiditate: a) transformări biochimice; b) transformări fizico-chimice; c) transformări histologice. Intre ele există o stransă interdependenţă a) Principalele transformări biochimice: – dereglarea glicogenului pe cale glicolitică, are ca efect scăderea pH-lui; – scăderea conţinutului de ATP şi fosfocreatină; – producerea de NH3; – migrarea ionilor de Ca; 2

– asocierea actinei cu miozina şi formarea complexului actomiozinic ce produce intărirea muşchiului; – incetarea funcţiilor de fagocitoză făcand posibilă dezvoltarea microorganismelor şi alterarea cărnii; – acumularea in carne de metaboliţi (hipoxantină, riboză, fosfaţi anorganici) utilizaţi ca hrană de microorganisme; – reducerea potenţialului de oxido-reducere ca rezultat al incetării alimentării cu O2 a muşchiului; – autoliza sau scindarea proteinelor muşchiului datorită enzimelor proteolitice proprii (catepsina). 1. Degradarea glicogenului După sacrificare se face prin glicoliză anaerobică. Acidul lactic rezultat produce o scădere a pH-ului până la 5,5-5,1- pH-ul minim atins in plină periodă de rigiditate se numeşte pH ultim iar valoarea lui este legată de conţinutul de glicogen in muşchiul viu. Acidul lactic format iniţial in muşchi este parţial neutralizat datorită capacităţii tampon a muşchiului. Substanţele cu acţiune de tamponare sunt proteinele, compuşi cu P, carnozina şi anserina. Scindarea glicogenului nu se produce in totalizte, pe măsura formării acidului lactic şi a scăderii pH-lui, se produce o inactivare a enzimelor ce produc glicoliza. PH-ul ultim este minim 5,1. 2. Scăderea conţinutului de ATP şi fosfocreatină. Rigiditatea muşchiului este determinată de epuizarea rezervelor de fosfocreatină şi ATP din muşchi. In timpul vieţii animalului, ATP se sintetizează pe baza glicogenului. După sacrificare scad rezervele de glicogen, degradarea a ATP este ireversibilă, se instalează rigiditatea. Prin degradarea ATP şi a altor compuşi din carne incep să se formeze substanţele ce participă la formarea aromei cărnii (baze purinice, pirimidinice, produşi de dezaminare şi oxidare a acestora, riboză, ribozofosfaţi). Acest proces de fabricaţie a substanţelor de aromă se accentuează in perioada de maturare a cărnii. 3. Producerea de NH3 La animalele sacrificate in stare fiziologică bună, NH3 rezultă din nucleotide. 4. Migrarea ionilor In timpul rigidităţii ionii de Ca sunt eliberaţi din proteinele sarcoplasmatice şi ajung la cele miofibirlare. Procesul de revenire nu e posibil, ATP-ul ce furnizează energia de revenire a 3

ionilor este treptat scindat. Legarea ionilor de Ca de proteinele miofibrilare modifică capacitatea de reţinere a apei. Se produce o migrare a ionilor de Na şi K, cu efecte asupra capacităţii de reţinere a apei. 5. Asocierea actinei cu miozina Actina şi miozina au rol in contracţia muşchiului in viaţă prin formarea complexului actomiozinic. In muşchi, după sacrificarea legăturii miozină nu se desface, duce la intărirea muşchiului. Desfacerea complexului actomiozinic este imposibilă, la rigiditate se epuizează ATP. b) Modificări fizico-chimice – modificarea extensibilităţii, elasticităţii şi lungimii muşchiului; – modificarea capacităţii de reţinere a apei de hidratare. Extensibilitatea, elasticitatea şi lungimea muşchiului se reduc la 10% din valoarea iniţială, in lipsa ATP ce acţionează ca plastizator, filamentele de actină şi miozină nu mai pot aluneca libere unele peste altele, intre ele se formează legături transversale rigide. Capacitatea de reţinere a apei. Aceasta imediat după sacrificare, este foarte mare, scade foarte repede in cateva ori, minimul e atins la 24 de ore postsacrificare. c) Modificări histologice Fibrele muşchiului, imediat după sacrificare sunt slab direcţionate, sunt drepte sau uşor ondulate şi cu striaţii, după 24 de ore, fibrele sunt mult mai distincte, prezintă răsucituri şi increţituri şi noduli de contracţie. MATURAREA CĂRNII După 24 de ore de la sacrificare, rigiditatea cărnii incepe incet să dispară, se instalează faza de maturare a cărnii. Prin maturare, carnea işi imbunătăţeşte calităţile organoleptice sau senzoriale, devine mai gustoasă, mai aromată, mai fragedă, mai uşor digerată de organism. Durata de maturarea depinde de temperatura de păstrare. La 25°C carnea se maturează in 12 ore, 4°C in 3 zile, la 2°C in 6 zile. Maturarea cărnii este consecinţa activităţii enzimelor proteolitice proprii ţesutului muscular. In timpul maturării cărnii se constată: – o creştere a capacităţii de reţinere a apei şi de hidratare; – o creştere a conţinutului de N2 neproteic; 4

– o creştere a gradului de extractivitate a proteinelor ( in special a celor miofibrilare); Căi de reducere a maturării cărnii Din punct de economic maturarea cărnii presupune imobilizarea de spaţii de depozitarea şi consum de frig, perioada de maturare trebuie scurtată. Căi de reducere a perioadei de maturare Maturarea cărnii la temperaturi ridicate. Această metodă se combină cu folosirea de UV (lămpi de UV aşezate pe tavan) pentru a stopa sau opri dezvoltarea microorganismelor. Folosirea preparatelor enzimatice. Trebuie să indeplinească următoarele condiţii: – să nu fie toxice; – să nu conţină antibiotice; – să conţină enzime care să acţioneze numai asupra ţesutului muscular sau conjunctiv şi numai in sens hidrolitic; – să nu conţină enzime care degradează grăsimi prin prelucrare termică a cărnii, enzimele să devină inactive. Preparatele enzimatice folosite în industria cărnii: – de origine animală (tripsina, catepsina); – de origine microbiană (bacteriană sau fungică); – de origine vegetală (papaina, ficina). Aceste substanţe (enzime) folosite pentru mărimea frăgezimii cărnii, se denumesc in practica industrială tenderizatori. Folosirea preparatelor enzimatice se poate face prin: – injectarea in sistemul circulator cu puţin timp inainte de sacrificare; – stropirea cărnii la suprafaţa bucăţilor; – imersarea bucăţii de carne in soluţia de preparat enzimatic; – injectarea intramusculară a bucăţii de carne de preparat enzimatic. Mecanismul enzimatic implică participarea enzimelor proteolitice intracelulare care pot fi: – proteinaze neutre activate de Ca2+ denumite şi calpaine şi care sunt active la pH neutru; – proteinaze lizozomiale – catepsine (B, D, L, H) care sunt active la pH = 4 – 6 (domeniul de pH poate fi insă şi mai larg); 5

– proteinaze cunoscute şi sub denumirea de prosom, proteasom, macropain, respectiv complex multicatalitic.

Proteinaze neutre activate de Ca2+ (calpainele). Sistemul proteinazic dependent de Ca2+ şi de grupările tiolice libere este format din două enzime principale: – calpaina I sau µ-calpaină (n – pentru necesarul de Ca2+) care necesită 50 – 100 µM Ca2+ pentru activitatea sa maximă; – calpaina II sau m-calpaina (m – pentru necesarul de Ca2+) care necesită 1 – 2 mM Ca2+ pentru activitatea sa maximă. Inhibitorul specific pentru aceste enzime este calpastatina. Calpainele sunt localizate in citosol (sarcoplasmă) şi la muşchiul in viaţă sunt inactive datorită concentraţiilor reduse de Ca2+ in sarcoplasmă (muşchiul in repaus are 10-8 M Ca2+, iar in contracţie 10-4 M Ca2+). In muşchiul postsacrificare, cand nivelul de ATP se reduce şi rigiditatea incepe să se instaleze la pH = 6–6,2, fiind completă la pH = 5,5 (la o evoluţie normală a pH-ului) cand nivelul ATP este aproape nul, are loc o eliberare de Ca2+ din RSL şi mitocondrii, care se acumulează in sarcoplasmă la niveluri care promovează activarea calpainelor. Activarea calpainei I incepe la 1µM Ca2+ şi este maximă la 10 µM Ca2+ .iar activarea calpainei II incepe la 100 µM Ca2+ şi este maximă la 150 µM Ca2+.

6

Calpainele activate se pot complexa de inhibitorul calpastatina, complexare care este dependent de pH. La pH = 7,0, circa 85% din calpaine sunt complexate de inhibitori, iar pe măsură ce pH-ul scade, complexarea se reduce (la pH = 5,5 se complexează numai 3% din nivelul iniţial de calpaine). Deci, in timpul transformării muşchiului in carne, proporţia de calpaina liberă activată creşte de la 15 la 97% din totalul de calpaina I activată. Calpainele libere activate pot hidroliza inhibitorul (calpastatina) care astfel işi pierde capacitatea de complexare, la ~24 h postsacrificare nivelul de calpastatin nehidrolizat reprezentand ~30% din valoarea iniţiaţi. Calpainele libere realizează şi frăgezirea cărnii prin acţiunea lor asupra sistemului miofibrilar şi sarcoplasmatic. Pe măsură ce pH-ul scade, activitatea proteolitică a calpainelor se diminuează fiind minimă la pH –5,5 (calpaineie se inactivează datorită acidităţii). Avem deci de a face cu o situaţie contradictorie: pH-ul scăzut favorizează nivelul de calpainci libere, dar in acelaşi timp reduce activitatea lor. Avand in vedere că pH-ul optim de acţiune al calpainelor este >6,5, rezultă că aceste enzime au acţiune proteolitică in primele ore postsacrificare ale cărnii cu acidifiere normală, ele acţionand mai eficient in cazul cărnurilor DFD. Proteazele lizozomiale. Sunt localizate in lizozomi şi au activitate maximă la pH = 4 – 6, fiind reprezentate de catepsinele B, D, H, L, cea mai activa fiind catepsina D faţă de miozină, iar catepsina B va degrada atat miozina cat şi actina. Catepsina L va degrada titina; nebulina şi mai puţin miozina, actinina. Nu acţionează asupra troponinei T şi nebulinei. Catepsinele B, L şi H slăbesc şi ţesutul conjunctiv atunci cand ele ajung in spaţiul extracelular. Glicozidazele lizozomiale facilitează acţiunea catepsinelor in degradarea componentelor substanţei fundamentale a ţesutului conjunctiv. Activitatea catepsinelor B şi L reprezintă ~50% . din activitatea totală a catepsinelor şi exista intotdeauna un exces de catepsine faţă de inhibitori. Sistemul multifuncţional (proteasom, macropain, prosom). Este caracterizat prin masă moleculară mare (700 KD) avand o structură cuaternară complexă formată din subunităţi cu masă moleculară mică, neidentice, numărul de subunităţi fiind > 8 – 10. Acest sistem este activat de ATP şi degradează proteinele sarcoplasmatice, optimum de activitate fiind la pH = 7-9. De remarcat că in muşchiul in viaţă, mecanismele de reglare a activităţii proteinazelor sunt controlate de: – efectori care acţionează la nivelul genelor; 7

– efectori care acţionează la nivelul proteinelor (pH, Ca, ATP, inhibitori); – procesele de activare (activare autocatalitică a calpainelor). Degradarea proteinelor in vivo are loc in interiorul lizozomilor ca urmare a transferului acestora din citosol in lizozomi prin mecanisme de pinocitoză, fagocitoză etc. in muşchiul postsacrificare, enzimele lizozomiale acţionează in afara lizozomilor prin deteriorarea membranei acestora datorită pHului scăzut. Avand in vedere că activitatea catepsinelor (ca şi a calpainelor) este dependentă de temperatură şi pH, pentru o activitate eficientă a acestora este necesară o acidifiere rapidă a carcaselor fie prin condiţionarea cărnii la temperaturi mai mari de 10...12°C (8 -10 h), fie prin electrostimularea carcaselor, in care caz se evită şi „cold shortening”. Mecanismul fizico-chimic Acidifierea ţesutului muscular postsacrificare este insoţită de creşterea presiunii osmotice de la 270 – 300 m.osmoli cat reprezintă valoarea fiziologică pană la 500 – 600 m.osmoli, valoare atinsă in cursul rigidităţii. Această creştere a presiunii osmotice este consecinţa acumulării in sarcoplasmă a moleculelor cu masă. moleculară mică (ioni, peptide, compuşi metabolici ca acid lactic etc.). In funcţie de muşchi, presiunea osmotică finală corespunde unei creşteri a puterii ionice de la 0,24 la 0,32 (respectiv de la o soluţie de NaCI 0,24 la 0,32 M) suficientă pentru a cauza modificări importante la nivelul structurii contractile şi deci de a facilita in acest fel acţiunea enzimelor proteolitice endogene. Există deci un sinergism intre presiunea osmotică şi acţiunea proteinazelor. Există, de asemenea, o corelaţie intre osmolalitate, tipul de muşchi şi viteza contracţiei musculare evidenţiată prin valoarea activităţii ATP-azice. in concluzie, sub acţiunea enzimelor proteolitice se slăbeşte structura contractila a fibrei musculare prin slăbirea liniei Z, slăbirea interacţiunii dintre miozină şi actină prin degradarea conectinei, rezultatul fiind o imbunătăţire a frăgezimii cărnii. Aceşti factori pot fi: factori legaţi de specie; factori legaţi de animal (in cadrul aceleiaşi specii sau la nivelul aceluiaşi animal: varstă, sex, rasă, stare de-ingrăşare); factori legaţi de tipul de muşchi considerat. Specia. In funcţie de specia de la care provine, carnea prezintă viteze diferite de maturare mergând de la 1 la 10. Carnea de pasăre se maturează cel mai rapid, urmată de carnea de porc şi viţel şi apoi de vită adultă. Raportul vitezei de maturare pentru porc şi vită este 2. Explicaţia 8

acestor diferenţe este pusă pe seama: echipamentului enzirnatic (concentraţia de enzime mai mare la carnea de pasăre); conţinutul in inhibitorii proteazelor (concentraţia de calpastatină mai mare in carnea de vită şi porc) şi sensibilităţii proteinelor contractiie la enzimele proteolitice (miofibrilele cărnii de pasăre sunt mai uşor deteriorate de catepsine şi calpaine decat miofibrilele cărnii de vită). Aceste diferenţe depind in fapt de caracteristicile metabolice şi contractile ale muşchiului. Prin trecerea de la muşchii roşii cu contracţie lentă şi metabolism oxidativ (muşchi de vită) la muşchi de culoare alba, cu contracţie rapidă şi metabolism glicolitic (muşchii de pui), viteza relativă a maturării creşte.

Vârsta. Inaintarea in varstă a animalului atrage după sine modificări in cele două structuri care determină frăgezimea: colagenul şi miofibrilele. Referitor la colagen, conţinutul acestuia nu se modifică sensibil cu varsta, in schimb se modifică calitatea acestuia, in sensul că fibrele de colagen devin mai termostabile ca urmare a creşterii numărului de legături intermoleculare cu rezistenţă mare la căldură şi cu rezistenţă mecanică ridicată, in plan biochimic, solubilitatea termică a colagenului se diminuează. Din punct de vedere calitativ, interesează şi raportul intre izoformele 1 şi 3 ale colagenului, izoforma 3 fiind mai sensibilă la acţiunea proteazelor endogene. La nivelul fibrei musculare, in funcţie de varstă, are loc o evoluţie a metabolisrnului spre cel de tip oxidativ, respectiv o diminuare a vitezei de contracţie caracteristică muşchilor roşii. Din această cauză, viteza maturării scade.

9

Astfel, durata de maturare la +4°C este de 5 zile la carnea de viţel şi 11 zile la carnea de bovina adulta, in cazul cărnii de porc, pasăre, varsta animalului are o influenţă substanţial redusă asupra vitezei de maturare. Sexul. Sexul influenţează conţinutul de colagen şi gradul de reticulare al acestuia. Astfel, femelele au un conţinut de colagen mai mic şi cu grad de reticulare mai redus in, comparaţie cu masculii castraţi sau necastraţi. Sexul influenţează in principal tipul de muşchi. Carnea femelelor şi masculilor castraţi prezintă. un procent mai mare de fibre albe/metabolism glicolitic, decat masculii necastraţi. Modul de acţiune al sexului asupra tipului de fibre este asemănător cu cel al agenţilor anabolici care fac să crească nivelul de miozină izoforma lentă in detrimentul izoformei rapide, ceea ce va conduce la micşorarea frăgezimii. Rasa. In general, frăgezimea cărnii este mai bună cand provine de la rasele perfecţionate pentru producţia de carne (cu masa musculară mare). Şi in acest caz, diferenţele de frăgezime sunt puse pe seama tipului de fibre care sunt in procentaj mai mare de tip contracţii/glicolitic, la animalele, hipermusculare (rase pentru producţia de came). Starea de îngrăşare. Starea de ingrăşare influenţează frăgezimea indirect, deoarece grăsimea de acoperire se constituie ca un termoizolant, astfel incat refrigerarea cărnii are loc mai greu; ceea ce face ca temperatura cărnii să rămană >12°C in timp ce pH-ul scade sub 6, impiedicand contracţia la rece (cold shortening). Tipul de muşchi. In cadrul aceluiaşi muşchi (de bovine, porcine, pasăre), modificările structurilor miofibrilare in ţesutul muscular postsacrificare, inclusiv maturarea vor depinde de 10

proporţia dintre diferitele tipuri de fibre. Tipurile de fibre se diferenţiază prin conţinutul de proteine sarcoplasmatice, miofibrilare, enzime proteolitice, inhibitori, viteza contracţiei, felul metabolismului, conţinutul in Fe (deci mioglobina) etc. Modificările structurii miofibrilare vor fi mai rapide in fibrele de tip II (contracţie rapidă/ metabolism glicolitic) decat in fibrele de tip I (contracţie lentă/metabolism oxidativ). Conţinutul de calpaine şi calpastatină in sine nu se corelează direct cu viteza şi intensitatea maturării, ci se corelează invers cu activitatea ATP-azei, ceea ce inseamnă că nivelul de calpaine şi calpastatină nu pot fi luate in considerare pentru a justifica viteza şi intensitatea maturării, care s-a văzut anterior, cresc o dată cu creşterea activităţii ATP-azice. Cel mai mic nivel de inhibitor (calpastatină) s-a găsit insă in fibrele cu contracţie rapidă care prezintă cea mai mare viteză de maturare. Atat proteinele sarcoplasmatice cat şi cele miofibrilare vor suferi o proteoliză mai redusă şi mai lentă (in fibrele de tip I) in comparaţie cu deteriorarea mai rapidă şi mai intensă in cazul fibrelor cu contracţie rapidă (tip II). Dacă se ia in considerare şi presiunea osmotică care este mai mare in fibrele cu contracţie rapidă (maximum 550 – 580 m osmoli in fibrele cu contracţie rapidă şi maximum 450 – 480 m osmoli in fibrele cu contracţie lentă), se explică de ce in fibrele musculare cu contracţie rapidă (tip II) maturarea şi respectiv frăgezirea sunt mai rapide şi mai intense. Cei doi parametri (pH şi presiunea osmotică) au energii de activare comparabile şi dependente de temperatură (30,2 kJ/mol şi respectiv 40 kJ/mol) vor contribui la modificarea structurii proteinelor (in principal miofibrilare) şi vor influenţa şi activitatea ATP-azică. Luand in considerare viteza contracţiei exprimată prin activitatea ATP-azică, tipul de metabolism exprimat prin activitatea unor enzime (LDH = lactat hidrogenază, GDH = fosfogliceraldehidrogenază), nivelul de fier heminic şi viteza de scădere a pH-ului/1 h şi amplitudinea scăderii acestuia (pH24h) se poate exprima viteza maturării cu relaţia:

Intensitatea maturării se exprimă cu relaţia:

11

FEZANDAREA Cărnurile de vânat au ţesuturi dense, pentru a deveni fragede, au nevoie de un proces de maturare mai indelungat. Acest proces prelungit de maturarea impins pană in pragul alterării se numeşte fezandare. Prin fezandare, carnea de vânat capătă o culoare brună, negru-roşcat, devine fragedă, gustul şi aroma plăcută.

12