Những biến đổi hóa học trong quá trình bảo quản thuỷ sản lạnh đông

Chương II. CÁC BIẾN ĐỔI CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN SAU KHI CHẾT.

2.1. Các biến đổi cảm quan
Biến đổi về cảm quan là những biến đổi được nhận biết nhờ các giác quan như biểu hiện bên ngoài, mùi, kết cấu và vị.
2.1.1. Những biến đổi ở cá tươi nguyên liệu
Trong quá trình bảo quản, những biến đổi đầu tiên của cá về cảm quan liên quan đến biểu hiện bên ngoài và kết cấu. Vị đặc trưng của các loài cá thường thể hiện rõ ở vài ngày đầu của quá trình bảo quản bằng nước đá.Biến đổi nghiêm trọng nhất là sự bắt đầu mạnh mẽ của quá trình tê cứng. Ngay sau khi chết, cơ thịt cá duỗi hoàn toàn và kết cấu mềm mại, đàn hồi thường chỉ kéo dài trong vài giờ, sau đó cơ sẽ co lại. Khi cơ trở nên cứng, toàn bộ cơ thể cá khó uốn cong thì lúc này cá đang ở trạng thái tê cứng. Trạng thái này thường kéo dài trong một ngày hoặc kéo dài hơn, sau đó hiện tượng tê cứng kết thúc. Khi kết thúc hiện tượng tê cứng, cơ duỗi ra và trở nên mềm mại nhưng không còn đàn hồi như tình trạng trước khi tê cứng. Thời gian của quá trình tê cứng và quá trình mềm hoá sau tê cứng thường khác nhau tuỳ theo loài cá và chịu ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, phương pháp xử lý cá, kích cỡ và điều kiện vật lý của cá [Bảng 2.1]. Sự ảnh hưởng của nhịệt độ đối với hiện tượng tê cứng cũng không giống nhau.
Đối với cá tuyết, nhiệt độ cao làm cho hiện tượng tê cứng diễn ra nhanh và rất mạnh.

Nên tránh điều này vì lực tê cứng mạnh có thể gây ra rạn nứt cơ thịt, nghĩa là mô liên kết trở nên yếu hơn và làm đứt gãy miếng philê .

Nguồn: Hwang, 1991; Iwamoto, 1987; Korhonen, 1990; Nakayama, 1992; Nazir và Magar, 1963; Partmann, 1965; Pawar và Magar, 1965; Stroud, 1969; Trucco, 1982.

Nói chung, người ta thừa nhận rằng ở điều kiện nhiệt độ cao thì thời điểm tê cứng đến sớm và thời gian tê cứng ngắn. Tuy nhiên, qua nghiên cứu, đặc biệt đối với cá

Hiện tượng tê cứng xảy ra ngay lập tức hoặc chỉ sau một thời gian rất ngắn kể từ khi cá chết nếu cá đói và nguồn glycogen dự trữ bị cạn hoặc cá bị sốc [stress]. Phương pháp đập và giết chết cá cũng ảnh hưởng đến thời điểm bắt đầu hiện tượng tê cứng. Làm chết cá bằng cách giảm nhiệt [cá bị giết chết trong nước đá lạnh] làm cho sự tê cứng xuất hiện nhanh, còn khi đập vào đầu cá thì thời điểm bắt đầu tê cứng sẽ đến chậm, có thể đến 18 giờ [Azam và cộng sự , 1990; Proctor và cộng sự , 1992]. Ý nghĩa về mặt công nghệ của hiện tượng tê cứng là rất quan trọng khi cá được philê vào thời điểm trước hoặc trong khi tê cứng. Nếu philê cá trong giai đoạn tê cứng, do cơ thể cá hoàn toàn cứng đờ nên năng suất phi lê sẽ rất thấp và việc thao tác mạnh có thể gây rạn nứt các miếng philê. Nếu cá được philê trước khi tê cứng thì cơ có thể co lại một cách tự do và miếng philê sẽ bị ngắn lại theo tiến trình tê cứng. Cơ màu sẫm có thể co lại đến 52% và cơ màu trắng co đến 15% chiều dài ban đầu [Buttkus, 1963]. Nếu luộc cá trước khi tê cứng thì cấu trúc cơ thịt rất mềm và nhão. Ngược lại, luộc cá ở giai đoạn tê cứng thì cơ thịt dai nhưng khô, còn nếu luộc cá sau giai đoạn tê cứng thì thịt cá trở nên săn chắc, mềm mại và đàn hồi. Cá nguyên con và cá phi lê đông lạnh trước giai đoạn tê cứng có thể sẽ cho ra các sản phẩm có chất lượng tốt nếu rã đông một cách cẩn thận chúng ở nhiệt độ thấp, nhằm mục đích làm cho giai đoạn tê cứng xảy ra trong khi cơ vẫn còn được đông lạnh. Những biến đổi đặc trưng về cảm quan sau khi cá chết rất khác nhau tùy theo loài cá và phương pháp bảo quản. Ở bảng 2.2, EEC đã đưa ra mô tả khái quát để hướng dẫn đánh giá chất lượng của cá. Thang điểm từ 0 đến 3 trong đó điểm 3 tương ứng với mức chất lượng tốt nhất.

Có thể phát hiện và chia các kiểu ươn hỏng đặc trưng của cá bảo quản bằng nước đá theo 4 giai đoạn [pha] như sau:
– Giai đoạn [pha] 1: Cá rất tươi và có vị ngon, ngọt, mùi như rong biển. Vị tanh rất nhẹ của kim loại.
– Giai đoạn [pha] 2: Mất mùi và vị đặc trưng. pH của thịt cá trở nên trung tính nhưng không có mùi lạ. Cấu trúc cơ thịt vẫn còn tốt .
– Giai đoạn [pha] 3: Có dấu hiệu ươn hỏng và tùy theo loài cá cũng như là kiểu ươn hỏng [hiếu khí, yếm khí] mà sẽ tạo ra một loạt các chất dễ bay hơi, mùi khó chịu. Một trong những hợp chất bay hơi có thể là trimethylamin [TMA] do vi khuẩn sinh ra từ quá trình khử trimethylamin oxyt [TMAO]. TMA có mùi “cá tanh” rất đặc trưng.

Ngay khi bắt đầu giai đoạn [pha] này, mùi lạ có thể là mùi hơi chua, mùi như trái cây và mùi hơi đắng, đặc biệt là ở các loại cá béo. Trong những thời kỳ tiếp theo của giai đoạn này, các mùi tanh ngọt, mùi như bắp cải, mùi khai, mùi lưu huỳnh và mùi ôi khét tăng lên. Cấu trúc hoặc là trở nên mềm và sũng nước hoặc là trở nên dai và khô.

– Giai đoạn [pha] 4: Đặc trưng của cá có thể là sự ươn hỏng và phân hủy [thối rữa].

Có thể dùng thang điểm để đánh giá cảm quan đối với cá luộc như đã trình bày ở hình 2.2. Thang điểm được đánh số từ 0 đến 10. Điểm 10 chỉ độ tươi tuyệt đối, điểm 8 chỉ chất lượng tốt, điểm 6 chỉ mức chất lượng trung bình, thịt cá không có vị đặc trưng và điểm 4 chỉ mức bị loại bỏ. Khi dùng thang điểm này, đồ thị có dạng chữ S cho thấy ở giai đoạn đầu tiên, chất lượng của cá đã giảm nhanh chóng, ở giai đoạn 2 và 3 tốc độ giảm chất lượng chậm hơn, còn ở giai đoạn cuối cùng, tốc độ giảm chất lượng xảy ra nhanh một khi cá bị ươn thối.

2.2. Các biến đổi tự phân giải
Những biến đổi tự phân giải do hoạt động của enzym góp phần làm giảm chất lượng của cá, cùng với quá trình ươn hỏng do vi sinh vật gây nên.
2.2.1. Sự phân giải glycogen [quá trình glycosis]

Glycogen bị phân giải dưới tác dụng của men glycolysis trong điều kiện không có oxy bằng con đường Embden – Meyerhof, dẫn đến sự tích lũy acid lactic làm giảm pH của cơ thịt cá. Đối với cá tuyết, pH ở cơ thịt giảm từ 6,8 xuống mức pH cuối cùng là 6,1-6,5. Với một số loài cá khác, pH cuối cùng có thể thấp hơn: ở cá thu cỡ lớn thì pH có thể giảm xuống đến mức 5,8-6,0; ở cá ngừ và cá bơn lưỡi ngựa thì pH giảm xuống đến 5,4 5,6; tuy nhiên pH thấp như vậy ít khi thấy ở các loài cá xương ở biển. pH của cơ thịt cá hiếm khi thấp bằng pH của cơ thịt động vật có vú sau khi chết. Ví dụ ở cơ thịt bò thì pH thường giảm xuống đến 5,1 trong giai đoạn tê cứng. Lượng axit lactic được sản sinh ra có liên quan đến lượng cacbohydrat dự trữ [glycogen] trong mô cơ khi động vật còn sống. Nói chung, do cơ thịt cá có hàm lượng glycogen tương đối thấp so với động vật có vú nên sau khi cá chết thì lượng acid lactic được sinh ra ít hơn. Trạng thái dinh dưỡng của cá, hiện tượng sốc và mức độ hoạt động trước khi chết cũng có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng glycogen dự trữ và do đó ảnh hưởng đến pH cuối cùng của cá sau khi chết

Theo quy luật, cá ăn nhiều và nghỉ ngơi nhiều sẽ có hàm lượng glycogen nhiều hơn cá đã bị kiệt sức. Một nghiên cứu gần đây về cá chạch Nhật Bản [Chipa và cộng sự, 1991] cho thấy rằng chỉ vài phút gây giẫy giụa khi đánh bắt cá đã làm cho pH của cá giảm 0,5 đơn vị trong 3 giờ so với cá không giẫy giụa khi đánh bắt thì pH của nó chỉ giảm 0,1 đơn vị trong cùng thời gian như trên. Ngoài ra, các tác giả này còn cho thấy việc cắt tiết đã làm giảm đáng kể sự sản sinh axit lactic sau khi chết. pH của cơ thịt cá giảm sau khi cá chết có ảnh hưởng đến tính chất vật lý của cơ thịt cá. Khi pH giảm, điện tích bề mặt của protein sợi cơ giảm đi, làm cho các protein đó bị biến tính cục bộ và làm giảm khả năng giữ nước của chúng. Mô cơ trong giai đoạn tê cứng sẽ mất nước khi luộc và đặc biệt không thích hợp cho quá trình chế biến có xử lý nhiệt, vì sự biến tính do nhiệt càng làm tăng sự mất nước. Sự mất nước có ảnh  hưởng xấu đến cấu trúc của cơ thịt cá và Love [1975] đã cho thấy giữa độ dai cơ thịt và pH có mối quan hệ tỉ lệ nghịch, độ dai ở mức không thể chấp nhận được [mất nước khi luộc] sẽ xảy ra ở cơ thịt có pH thấp [Hình 2.3].

Hình 2.3. Mối quan hệ giữa cấu trúc của cơ thịt cá tuyết và pH
Dấu chấm đen tương ứng với cá đánh bắt ở St. Kilda, biển Đại Tây Dương. Dấu tam giác tương ứng với cá đánh bắt ở Fyllas Bank, Davis Strait .
Nguồn: Love [1975]
Sự biến đổi pH của cá sau khi chết phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ môi trường
Vd. Ở 5o

C, sự biến đổi pH của cá diễn ra như sau [hình 2.4]: A – B: 4 – 6 giờ B – C – D: 5 – 10 giờ D – E: 3 – 4 ngày E – F – G: 3 – 4 ngày

Từ đồ thị hình 2.4 ta thấy khi pH giảm xuống thấp nhất thì cá cứng và khi pH trở lại trung tính thì cá mềm và sau khi mềm thì tiến đến tự phân giải rồi thối rữa. Khi pH giảm, sự hút nước của cơ thể cá cũng giảm. Khi pH = 7 lượng nước hút vào bằng dung tích của cơ thịt. Khi pH = 6 thì dưới 50% và khi pH = 5 thì gần đến điểm đẳng điện của protein nên lượng nước hút vào bé nhất chỉ khoảng 25%.

Tóm lại: Cá bắt lên một thời gian rồi chết có pH = 7, sau đó giảm xuống đến pH thấp nhất, cá trở nên cứng. pH giảm đến một mức độ nào đó lại tăng lên gần trung tính, cá lúc này trở nên mềm.

2.2.2. Sự phân hủy ATP
Sau khi chết, ATP bị phân hủy nhanh tạo thành inosine monophosphate [IMP] bởi enzym nội bào [sự tự phân]. Tiếp theo sự phân giải của IMP tạo thành inosine và hypoxanthine là chậm hơn nhiều và được xúc tác chính bởi enzym nội bào IMP phosphohydrolase và inosine ribohydrolase, cùng với sự tham gia của enzym có trong vi khuẩn khi thời gian bảo quản tăng. Sự phân giải ATP được tìm thấy song song với sự mất độ tươi của cá, được xác định bằng phân tích cảm quan.

Trong tất cả các loài cá, các giai đoạn tự phân xảy ra giống nhau nhưng tốc độ tự phân khác nhau, thay đổi tùy theo loài  Glycogen và ATP hầu như biến mất trước giai đoạn tê cứng, trong khi đó IMP và HxR vẫn còn duy trì. Khi hàm lượng IMP và HxR bắt đầu giảm, hàm lượng Hx tăng lên. pH giảm xuống đến mức thấp nhất ở giai đoạn tự phân này. ATP như là chất chỉ thị hóa học về độ tươi: Chỉ số hóa học về độ tươi của cá là biểu hiện bên ngoài bằng cách định lượng, đánh giá khách quan và cũng có thể bằng cách kiểm tra tự động. Một mình ATP không thể sử dụng để đánh giá độ tươi bởi vì ATP nhanh chóng chuyển đổi tạo thành IMP. Sản phẩm trung gian của sự phân hủy này tăng và giảm làm cho kết quả không chính xác. Khi xác định kết quả, cần chú ý đến inosine và hypoxanthin, chất chuyển hóa cuối cùng của ATP. Hypoxanthine được dùng như một tiêu chuẩn để đánh giá mức độ tươi của cá. Tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến sự nhầm lẫn khi so sánh giữa các loài với nhau. Ở một số loài quá trình phân hủy tạo thành HxR trong khi các loài khác lại sinh Hx. Vì vậy, để nhận biết mức độ tươi của cá một cách chính xác người ta đưa ra trị số K. Trị số K biểu diễn mối liên hệ giữa inosine, hypoxanthine và tổng hàm lượng của ATP thành phần:

Trong đó, [ATP], [ADP], [AMP], [IMP], [HxR], [Hx] là nồng độ tương đối của các hợp chất tương ứng trong cơ thịt cá được xác định tại các thời điểm khác nhau trong quá trình bảo quản lạnh. Trị số K càng thấp, cá càng tươi. IMP và 5 nucleotide khác có tác dụng như chất tạo mùi cho cá, chúng liên kết với acid glutamic làm tăng mùi vị của thịt cá. IMP tạo mùi vị đặc trưng, hypoxanthine có vị đắng. Sự mất mùi vị cá tươi là kết quả của quá trình phân hủy IMP. Surette và cộng sự [1988] đã theo dõi sự tự phân giải ở cá tuyết thanh trùng và không thanh trùng thông qua các chất dị hóa ATP. Tốc độ hình thành và bẻ gãy phân tử IMP như nhau trong cả 2 mẫu mô cơ của cá tuyết thanh trùng và không thanh trùng [hình 2.5a và 2.5b] cho thấy quá trình dị hóa đối với sự phân giải ATP đến inosine hoàn toàn do các enzym tự phân giải.

2.2.3. Sự phân giải protein

Biến đổi tự phân của protein trong cá ít được chú ý. Hệ enzym protease quan trọng nhất là men cathepsin, trong cá chúng hoạt động rất thấp, nhưng ngược lại hoạt động mạnh ở các loài tôm, cua và nhuyễn thể.
a. Các enzym cathepsin\

Cathepsin là enzym thủy phân nằm trong lysosome. Enzym quan trọng nhất là cathepsin D tham gia vào quá trình thủy phân protein nội tại của tế bào tạo thành peptide ở pH = 2-7. Sau đó peptide tiếp tục bị phân hủy dưới tác của men cathepsin A, B và C. Tuy nhiên, quá trình phân giải protein dưới tác dụng enzym thủy phân trong thịt cá rất ít. Enzym cathepsin có vai trò chính trong quá trình tự chín của cá ở pH thấp và nồng độ muối thấp. Enzym cathepsin bị ức chế hoạt động ở nồng độ muối 5%.
b. Các enzym calpain
Gần đây, người ta đã tìm thấy mối liên hệ giữa một nhóm enzym proteaza nội bào thứ hai – được gọi là “calpain” hay “yếu tố được hoạt hóa bởi canxi” [CAF] – đối với quá trình tự phân giải cơ thịt cá được tìm thấy trong thịt, các loài cá có vây và giáp xác.Các enzym calpain tham gia vào quá trình làm gãy và tiêu hũy protein trong sợi cơ.

c. Các enzym collagenase

Enzym collagenase giúp làm mềm tế bào mô liên kết. Các enzym này gây ra các “vết nứt” hoặc bẻ gãy các myotome khi bảo quản cá bằng đá trong một thời gian dài hoặc khi bảo quản chỉ trong thời gian ngắn nhưng ở nhiệt độ cao. Đối với cá hồi
Đại Tây Dương, khi nhiệt độ đạt đến 17oC thì sự nứt rạn cơ là không thể tránh khỏi, có lẽ là do sự thoái hóa của mô liên kết và do sự co cơ nhanh vì nhiệt độ cao khi xảy ra quá trình tê cứng.
2.2.4. Sự phân cắt TMAO
Trimetylamin là một amin dễ bay hơi có mùi khó chịu đặc trưng cho mùi thuỷ sản ươn hỏng. Sự có mặt của trimetylamin trong cá ươn hỏng là do sự khử TMAO dưới tác dụng của vi khuẩn. Sự gia tăng TMA trong thủy sản phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng của TMAO trong nguyên liệu cá. TMA được dùng để đánh giá chất lượng ủa cá biển. Tiến trình này bị ức chế khi cá được làm lạnh

Enzym xúc tác quá trình hình thành formaldehyt được gọi là TMAO-ase hoặ TMAO demethylase, nó thường được tìm thấy trong các loài cá tuyết. Ở cá lạnh đông formaldehyde có thể gây ra sự biến tính protein, làm thay đổ cấu trúc và mất khả năng giữ nước của sản phẩm. Sự tạo thành DMA và formaldehyd là vấn đề quan trọng cần quan tâm trong suốt quá trình bảo quản lạnh đông. Tốc đ hình thành formaldehyde nhanh nhất khi ở nhiệt độ lạnh đông cao [lạnh đông chậm]

Ngoài ra, nếu cá bị tác động cơ học quá mức trong các khâu từ khi đánh bắt đến kh làm lạnh đông và nếu nhiệt độ trong quá trình bảo quản lạnh động bị dao động th lượng formaldehyde hình thành sẽ tăng.