Đang tải... (xem toàn văn)
ỨNG DỤNG ÁP SUẤT CAO TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỊT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO MÔN HỌC CNCB THỊT & THỦY SẢN Đề tài ỨNG DỤNG ÁP SUẤT CAO TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỊT GVHD: Th.S Nguyễn Thị Hiền SVTH : HC07TP NĂM HỌC 2010- 2011 MỞ ĐẦU Theo xu hướng tồn cầu hóa, nhà sản xuất sản phẩm thịt phải cạnh tranh gay gắt với Để giữ vững nâng cao vị trí họ, công ty thực phẩm thịt cần quan tâm đến thay đổi thói quen mua sắm tiêu thụ sản phẩm người tiêu dùng, quan điểm nhu cầu họ Nhu cầu người tiêu dùng thay đổi liên tục vài quan điểm khơng thay đổi Nhìn chung, người tiêu dùng ln địi hỏi chất lượng cao tiện dụng sản phẩm thịt, với mùi vị tự nhiên Bên cạnh đó, họ cịn u cầu an tồn sản phẩm phải tự nhiên khơng bổ sung phụ gia chất bảo quản, chất giữ ẩm… Để đáp ứng tất yêu cầu mà khơng làm giảm độ an tồn thực phẩm cần phải áp dụng công nghệ công nghiệp thực phẩm nói chung cơng nghiệp thịt nói riêng Hơn nữa, sản phẩm thịt đóng gói chân khơng dạng lát mỏng dạng ướp dịng sản phẩm có nhu cầu gia tăng cao vài năm gần Những sản phẩm có khả nhiễm khuẩn trước đóng gói Vì thế, giải pháp cần thiết ứng dụng kỹ thuật cho dòng sản phẩm Hiện nay, vài cơng nghệ nghiên cứu áp suất cao phương pháp có tiềm ứng dụng cao Áp suất cao kỹ thuật hứa hẹn sản phẩm thịt cho thấy tiềm việc phát triển dịng sản phẩm tiêu thụ lượng Lịch sử phát triển: Giáo sư PW Bridgman (1914), người tiên phong vật lý áp suất cao, báo cáo albumin lòng trắng trứng lòng đỏ bị đông tụ áp suất thủy tĩnh cao 500- 600 MPa mà khơng có phân rã lớp vỏ Điều cho thấy áp suất thủy tĩnh cao (cao áp) cơng cụ hữu ích cho chế biến thực phẩm thay xử lý nhiệt Tuy nhiên ứng dụng áp suất cao để chế biến thực phẩm gần bỏ qua khởi đầu dự án "Phát triển áp suất cao lên men sử dụng Dense-Mass" hỗ trợ Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp Thuỷ sản (1989) Nhật Bản Đặc biệt, nhà khoa học thịt Úc tiến hành áp dụng áp suất cao kể từ đầu năm 1970 (Macfarlane 1973; Bouton, Ford, Harris, Macfarlane, O'Shea 1977) Kể từ khởi phát dự án Nhật Bản, việc áp dụng áp suất cao để chế biến thực phẩm thu hút nhiều ý Nhật Bản Châu Âu thay đổi đặc tính nguyên liệu thực phẩm gây áp suất phương thức khác từ nhiệt (Cheftel 1992 ; Hayashi 1992; Johnston 1995; Knorr 1996) Một số loại thực phẩm chế biến việc sử dụng áp suất có mặt thị trường (Suzuki 2002) Nhìn chung, áp suất cao sử dụng khoảng 100-600 MPa nhiệt độ phòng Áp suất cao làm phá hủy tế bào sinh dưỡng vi khuẩn vô hoạt enzyme, khơng làm thay đổi đặc điểm bề ngồi sản phẩm giữ lại số vitamins Tuy nhiên, khả chịu đựng vi sinh vật khác phụ thuộc vào giống loại thịt xử lý Ảnh hưởng xử lý áp suất cao phụ thuộc vào áp suất sử dụng, nhiệt độ thời gian Sử dụng áp suất cao gây biến đổi đặc biệt cấu trúc sản phẩm khả sử dụng để phát triển dòng sản phẩm gia tăng chức số thành phần Vì thế, để áp dụng kỹ thuật quy mô công nghiệp với nghiên cứu từ phịng thí nghiệm cần tiến hành: Thiết lập điều kiện xử lý tốt cho loại sản phẩm Kết hợp áp suất cao với hệ thống đóng gói mới, chất kháng khuẩn có nguồn gốc tự nhiên, enzyme… Ảnh hưởng áp suất cao công nghiệp thịt Ảnh hưởng áp suất cao lên thành phần dinh dưỡng thịt Thịt môi trường tốt cho phát triển vi sinh vật, thành phần hóa học thịt chủ yếu nước, protein (15-21%), chất béo (0,5-25%), vitamin (giàu vitamin nhóm B) oligonutrient Theo quan điểm vật lý, gia tăng áp suất có ảnh hưởng vật lý lên phân tử làm chúng tiến lại gần dẫn đến chuyển pha, chuyển pha đảo ngược lại sau giảm áp Điều xảy với nước chất béo Theo quan điểm hóa học, áp suất cao tác động nhẹ so với nhiệt độ Các liên kết cộng hóa trị khơng bị phá vỡ liên kết yếu liên kết hydro liên kết kỵ nước bị biến đổi bất thuận nghịch (Cheftel, 1995) Ảnh hưởng áp suất lên nước chủ yếu bao gồm giảm nhiệt độ nóng chảy gia tăng ion hóa dẫn đến giảm pH Những biến đổi thuận nghịch theo áp suất Nhưng chúng góp phần làm biến đổi đặc điểm sản phẩm xử lý áp suất cao Calpastatin bị ức chế áp suất từ 200MPa trở lên calpain bị thối hóa áp suất 400MPa Tại áp suất thấp 200MPa lysosome bị phá vỡ, khả tự phân gia tăng thịt mềm Cathepsin H aminopeptidase bị vô hoạt áp suất từ 200MPa trở lên cathepsin D bị vô hoạt áp suất đạt tới 500MPa (Montero & Gomez-Guillen, 2002) Các vitamin đường thịt không bị biến đổi áp suất cao polysaccharide bị biến đổi Nhìn chung, hình thành gel bị ức chế áp suất cao áp suất cao biến đổi nhiệt độ chuyển pha từ sol đến gel Sự đông lại tạo áp suất sau gel tạo thành mềm sáng Cấu trúc protein bị ảnh hưởng nhẹ áp suất cao, biến đổi liên kết yếu làm biến tính protein ngược lại làm hoạt hóa enzyme Các ảnh hưởng khác phụ thuộc vào loại protein điều kiện trình xử lý Áp suất cao mang lại chuyển pha thuận nghịch cho lipid từ lỏng thành rắn dẫn đến đông lại Nếu hỗn hợp lipid, áp suất cao tạo phân tách pha khác việc phá hủy tế bào membrane Cheah Ledward (1996) nghiên cứu ảnh hưởng áp suất q trình oxy hóa chất béo bắp băm nhỏ Trên sở dựa vào số đo acid thiobarbituric (TBA), họ trị giá TBA không tăng bắp băm nhỏ tiếp xúc với áp suất cao lên đến 200 MPa, sau tăng lên áp suất 300 MPa, tăng rõ rệt 800 MPa Áp suất cao 300 MPa đến 400 MPa làm giảm myoglobin oxymyoglobin, Fe2+ myoglobin trở thành Fe3+ metmyoglobin protein globin bị biến tính , từ làm gia tăng q trình oxy hóa lipid Ngồi ra, ngun nhân gia tăng cịn kim loại thịt nằm muối phospholipids muối acid hữu với kim loại Vì trình áp suất cao, ion kim loại (có thể Fe Cu) giải khỏi phức chất xúc tác phản ứng oxy hóa chất béo Hoặc gia tăng oxy hóa chất béo thịt áp suất cao thay đổi cấu tạo hemoprotein làm bộc lộ nhóm heme xúc tác oxy hóa chất béo Ngược lại, Orlien Hansen (2000) báo cáo trình oxy hóa lipid áp suất cao khơng liên quan đến việc giải phóng nonheme sắt hay hoạt tính xúc tác metmyoglobin, liên quan đến phá hủy membrane Theo Cheftel Culioli (1997), oxy hóa gây áp suất hạn chế q trình cơng nghệ cho sản phẩm thịt, cách đóng gói sản phẩm hay sử dụng chất chống oxy hóa Loại bỏ oxy thêm dioxide carbon (CO 2) trước xử lý áp suất cao để ngăn chặn q trình oxy hóa lipid Ảnh hưởng áp suất cao đến độ mềm thịt Khi vật giết mổ, trình co c ứng phát triển vòng vài với co sợi làm tăng độ nhớt thịt Miếng thịt sau mềm hương vị bị giảm sút đáng kể, thịt khơng phù hợp cho nấu ăn chế biến độ nhớt cao khả giữ nước thấp Nếu thịt giữ nhiệt độ thấp vài ngày, thịt trở nên mềm mại giữ trạng thái vài tuần Vì vậy, trình sử dụng rộng rãi cho thịt với cải tiến hương vị mùi gọi conditioning aging Nếu miếng thịt dai, đặt biệt từ động vật già làm mềm áp suất cao áp suất cao có tiềm lớn việc tận thu nguồn nguyên liệu từ thịt vật già, tránh lãng phí Một thử nghiệm để tăng độ mềm thịt áp suất cao lần thực Macfarlane (1973) Úc Một điều quan trọng phải lựa chọn thời gian thịt sau giết mổ thích hợp cho việc áp dụng áp suất cao 2.2.1 Ảnh hưởng áp suất cao lên trước giai đoạn tê cứng: Macfarlane (1973) thực phép đo khác Biceps femoris 100 MPa 2-4 phút Kết cho thấy rút ngắn khoảng 35% so với không xử lý áp suất Tuy nhiên phép đo lực cắt áp suất làm tăng độ mềm thịt Kết nghiên cứu Macfarlane cho thấy việc sử dụng áp suất cao vài phút nhiệt độ môi trường làm giảm lực cắt lên trước tê Phương pháp làm tăng độ mềm cho thịt áp suất cao báo cáo tài liệu Macfarlane (Macfarlane, Mckenzie, Turner, Jones năm 1981; Macfarlane Morton 1978) người khác (Elgasim Kennick 1982; Kennick, Elgasim, Holmes, Meyer 1980; Riffero Holmes 1983) 2.2.2 Ảnh hưởng trình xử lý nhiệt áp suất cao lên sau giai đoạn tê cứng Mặc dù việc sử dụng áp suất tác động lên trước tê cứng cách hiệu việc xử lý độ dai thịt Quá trình cịn có tiềm áp dụng cho thịt sau tê cứng Bouton et al (1977) chứng minh sau tê cứng trâu, bị khơng đạt biến đổi sử dụng lực cắt tương tự, trừ sử dụng áp suất cao nhiệt độ cao Họ nói áp suất 150 MPa 60 oC 30 phút cần thiết để cải thiện giá trị cắt Locker Wild (1984) cho áp suất- nhiệt (PH) có hiệu việc giữ mềm thịt sau thời gian đáng kể nhiệt độ cao Macfarlane (1985) trình bày đề án bao gồm việc áp suất làm phân giải protein mức độ mềm thịt cách kết hợp áp suất với nhiệt độ Trong đề án mình, protein bị phân giải áp suất cao biến tính khơng thể kết hợp cách xử lý nhiệt, kết làm mềm thịt Việc sử dụng PH hiệu việc khắc phục độ dai Tuy nhiên, q trình có ảnh hưởng không tốt cho thịt màu nâu tạo áp suất nhiệt 2.2.3 Cải thiện độ mềm sau tê cứng cách sử dụng áp suất cao Từ góc độ ứng dụng thương mại sử dụng áp suất cao, độ mềm sau tê cứng quan trọng trước tê cứng Suzuki, Kim, Honma, Ikeuchi, Saito (1992) đo độ cứng độ đàn hồi bắp vai sau tê cứng thu từ bò sữa già sử dụng áp suất cao từ 100-300 MPa phút máy Rheo Meter (Fudoh Công ty, Nhật Bản Kết cho thấy khơng có khác biệt đáng kể độ đàn hồi Điều cho thấy sau tê cứng làm mềm áp suất cao mà không cần xử lý nhiệt Việc sử dụng P-H thời gian dài Macfarlane đề xuất (1985), người khác (Bouton et al 1977; Riffero Holmes 1983) cho khơng cần thiết phải kết hợp với nhiệt độ việc làm mềm sau tê cứng áp suất sử dụng cao so với thí nghiệm 2.2.4 Cơ chế làm mềm gia tăng biến đổi thịt sử dụng áp suất cao Ta biết thịt vật sau chêt bị mềm sau khoảng thời gian định thay đổi xảy cơ, chủ yếu tác động protease nội sinh: - Sự suy yếu tương tác actin-myosin - Phân mảnh tơ thành phân đoạn ngắn Z-line tan rã - Sự thối hóa sợi đàn hồi bao gồm connectin (còn gọi titin) - Suy yếu mô liên kết Để làm rõ chế gây áp suất làm mềm thịt việc tăng tốc biến đổi thịt, đối tượng sau xem xét: - Áp suất ảnh hưởng lên tương tác actin-myosin - Áp suất ảnh hưởng đến phân mảnh tơ cơ, - Áp suất ảnh hưởng đến chuyển đổi α-connectin thành β -connectin - Áp suất ảnh hưởng lên mô liên kết 2.2.4.1 Các ảnh hưởng từ tương tác actin-myosin Quá trình tương tác actin-myosin v cấu sợi biến đổi thời gian vật sau chết minh chứng thay đổi hoạt tính ATPase tơ Ouali (1984) báo cáo hoạt tính ATPase gia tăng cường độ ion thấp (khoảng 0,2 M KCl), giảm cường độ cao (0,3 M cao hơn) gia tăng thời gian bảo quản Ông kết luận giá trị nghiêng (giá trị xác định nhạy cảm với cường độ ion) thơng số thị xác mức độ lão hóa cấu trúc sợi thể số sinh hóa Miofibrillar Aging (BIMA) Nishiwaki, Ikeuchi, Suzuki (1996) đo hoạt tính ATPase (cường độ ion khoảng 0,06-0,32 M KCl) xử lý áp suất cao (30-300 MPa, phút) oC ngày Sự thay đổi giá trị BIMA hiển thị hình 8.1 Đối với xử lý trên, giá trị BIMA tăng dần với gia tăng thời gian lưu trữ đạt khoảng 2,5 lần so với vật chết (hình 8,1) Giá trị BIMA tơ gia tăng tăng áp suất lên 200 MPa đạt đến mức giống tơ để 4oC ngày Tuy nhiên, áp suất cao (300 MPa) làm sụt giảm đáng kể giá trị BIMA Sự thay đổi cấu trúc sợi mỏng gây áp suất yếu tố ảnh hưởng đến giá trị BIMA thu sợi sử dụng áp suất cao thời gian ngắn (5 phút) Những thay đổi cấu trúc mạnh mẽ quan sát từ sợi xử lý áp suất , thay đổi khơng quan sát thấy sợi không xử lý áp suất Kết gợi ý việc áp dụng áp suất cao cho sợi nguyên nhân gây thay đổi hoạt tính ATPase giá trị BIMA sợi Hình 1: Ảnh hưởng áp suất cao thời gian lên giá trị BIMA 2.2.4.2 Ảnh hưởng đến phân mảnh tơ Các tơ sử dụng điều kiện đồng hóa ngắn tạo khúc ngắn miếng thịt sau giết mổ (Takahashi, Fukazawa, Yasui 1967) phá vỡ tơ Zline liên quan đến gia tăng độ mềm thịt (Davey Gilbert 1967; Fukazawa Yasui 1967; Takahashi et al 1967) Do phân mảnh sợi tơ coi hữu dụng để dự đoán mềm thịt (Calkins Davis năm 1980; Olson, Parrish, Stromer 1977) Suzuki, Watanabe, Iwamura, Ikeuchi, Saito (1990) cho thấy mức độ phân mảnh tơ từ bắp thịt trâu, bò với áp suất (100-300 MPa, phút) hình 8.2 Mức độ phân mảnh thể tỷ lệ phần trăm số tơ đoạn gồm 1-4 sarcomeres (khúc cơ) để tổng số tơ kính hiển vi tương phản pha Mức độ phân mảnh, 10% so với bắp không xử lý áp suất, tăng tốc cách tăng áp lên 30%, 70%, 80%, 90% tương ứng 100, 150, 200, 300 MPa Mức độ phân mảnh, 80% đến 90%, mức tối đa phân mảnh tơ tự nhiên Từ kết phân mảnh tiếp xúc ngắn sau tê cứng điều kiện áp suất cao hữu ích cho q trình làm mềm thịt Hình 2: Ảnh hưởng áp suất cao lên mức độ phá vỡ tơ Các yếu tố đặc trưng báo cáo Suzuki et al (1990) tác động áp suất cao đến cấu trúc myofibrillar (sợi tơ) sau tê cứng bắp thịt trâu, bò Trong tơ xử lý 100 MPa, trình co sarcomere quan sát, khác biệt mật độ A-band I-band trở nên đồng so với mẫu bình thường (khơng qua xử lý) Đánh dấu vỡ cấu trúc dạng sợi I-band biến M-line quan sát tơ bắp tại áp suất 150 MPa Trong tơ bắp 200 MPa, mạch liên tục cấu trúc sarcomere gần hoàn toàn bị mất, với A-và I-sợi trải rộng khúc Sự biến M-line dày lên Z-line, co rút I-filament, quan sát Sự phân tách A-band, thêm vào nhiều thay đổi đề cập quan sát tơ bắp áp suất 300 MPa Chiều dài sarcomere(khúc cơ), xử lý 100 MPa, dường phục hồi với gia tăng áp suất, mát ngày nhiều kết cấu liên tục Như đề cập, phân mảnh tơ có nguồn gốc từ đứt đoạn tơ Z-line, Z-line từ tơ bị phân mảnh bắp xử lý áp suất nguyên vẹn Mặc dù việc xử lý áp suất cho sau tê cứng diễn thời gian ngắn (5 phút) nhiệt độ thấp (khoảng 10oC), thay đổi siêu cấu trúc (ultrastructure) tơ phù hợp với báo cáo Macfarlane Morton (1978) Locker Wild (1984) Việc áp dụng áp suất cao biết ảnh hưởng tình trạng kết hợp hai actin myosin, thành phần chủ yếu tơ Một số báo cáo mô tả khử polymer actin-F (Ikkai Ooi 1966; Ivanov, Bert, Lebedeva 1960; O'Shea, Horgan, Macfarlane 1976), myosin polymer (Josephs Harrington 1966, 1967, 1968), actomyosin (Ikkai Ooi 1969) áp suất cao công bố Mặc dù khơng rõ liệu khử polymer actin-F xảy suy thoái sợi-I (tức là, khử polymer F-actin áp suất cao) nguyên nhân phân mảnh Một khả làm tăng tốc phân mảnh tơ đông tụ myofibrillar protein nơi phân tách Macfarlane đề nghị (1985) làm tăng độ mềm thịt sử dụng áp suất cao Từ quan sát phân tích ultrastructural SDS-PAGE tơ (dữ liệu không hiển thị, Suzuki et al 1990)., Cơ chế cho rối loạn cấu trúc liên tục tơ gây áp suất điều kiện khác 2.2.4.3 Ảnh hưởng từ chuyển đổi Nghiên cứu gần cho thấy α-Connectin thành β -Connectin cách rõ ràng protein, thường gọi connectin (cịn gọi titin) trì tính đàn hồi tính ổn định học xương Lúc chết, αconnectin (khoảng 3.000 kDa) tồn với lượng nhỏ phân đoạn phụ nó, β-connectin (khoảng 2.000 kDa; Maruyama, Kimura, Yoshidomi, Sawada, Kikuchi 1984; Wang, McClure Tu 1979) 10 - Ca, K, Mg Na μg / g Ca K Mg Na HPP Hàm lượng 69 3701 230 3574 Độ lệch 19 111 23 616 NT Hàm lượng 69 3374 213 2533 Độ lệch 96 200 Độ lệch 0.11 0.29 6.03 NT Hàm lượng 1.63 16.96 22.47 Độ lệch 0.08 0.77 1.39 - Cu, Fe Zn μg / g Cu Fe Zn HPP Hàm lượng 1.91 20.37 20.35 Một giảm hàm lượng phosphate tìm thấy mẫu jambon muối hun khói xử lý áp suất cao, nguyên nhân gia tăng hoạt tính phosphatase Ngồi ra, khác hàm lượng phosphate chloride mẫu tìm thấy Một khác khơng đáng kể phân đoạn nitrogen không protein phát sản phẩm qua xử lý áp suất cao khơng qua xử lý Ngồi ra, khơng có khác hàm lượng amino acid (Garcıa-Regueiro, Sarraga, Hortos, Dıaz, Valero, Rius, 2002) Những kết cho thấy áp suất cao không phá vỡ protein Thành phần acid béo hàm lượng cholesterol mẫu khơng có khác đáng kể ngoại trừ ω6 acid Hàm lượng vitamin khơng có khác đáng kể đặc biệt vitamin nhóm B Về thành phần khống nhìn chung khơng có khác Sự giảm lượng calcium mẫu jambon chín có xử lý áp suất cao chưa giải thích Nhiều nghiên cứu tiến hành để thẩm định tính tan vài ion bị biến đổi áp suất cao Sự gia tăng hàm lượng sắt mẫu thịt bò qua xử lý áp suất cao giải thích dựa theo kết Ledward (2001) Ông cho có giải phóng sắt từ phức chất khơng phải heme áp suất cao 400MPa từ biến tính protein heme áp suất 300MPa 36 Từ đây, ta thấy mức độ tương đương sản phẩm thịt qua áp suất cao so với không qua áp suất Ứng dụng áp suất cao sản phẩm thịt: Thịt tươi: Việc ứng dụng áp suất cao sản phẩm thịt tươi làm bề mặt thịt giống nấu chín sản phẩm cao su Murano, Murano, Brennan, Shenoy, Moreira (1999) kiểm tra ưu điểm việc áp dụng nhiệt độ ôn hòa khoảng 50 oC kết hợp với áp suất cao lên mẫu thịt lợn Khi xử lý áp suất 414MPa, 50oC phút, họ thu độ giảm 10-log 10 giống Listeria monocytogenes chịu đựng tốt Các nghiên cứu thời hạn sử dụng thực hiện, mức độ hư hỏng mẫu bình thường sau ngày nhiệt độ bảo quản 4oC 28 ngày mẫu qua xử lý Đánh giá cảm quan mẫu sau nướng thấy người tham gia đánh giá không phân biệt mẫu không xử lý mẫu có xử lý Vì thế, sử dụng áp suất kết hợp với nhiệt độ vừa phải sản xuất sản phẩm thịt tươi giữ lâu, an tồn mà khơng ảnh hưởng đến chất lượng Thịt bò ướp, sản phẩm thịt sống với hoạt tính nước cao, nồng độ muối thấp khơng có nitrite, che giấu hệ vi sinh vật gây bệnh gây hư hỏng từ trình vận hành xưởng giết mổ Các miếng thịt bò ướp đóng gói chân khơng xử lý áp suất 600MPa phút 31 oC Số lượng vi khuẩn lactic ưa lạnh hiếu khí có độ giảm log 10 sau xử lý giữ giới hạn phát (
