Giáo trình công nghệ chế biến thủy hải sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY HẢI SẢN MÃ SỐ: CB349 Biên sọan: Ths.PHAN THỊ THANH QUẾ Năm 2005 1 MỞ ĐẦU Đất nước Việt Nam có lợi thế là có bờ biển dài, nhiều sông ngòi, ao hồ nên việc khai thác và nuôi trồng thủy sản đã mở ra triển vọng lớn về việc cung cấp thủy sản cho nhu cầu đời sống nhân dân, cho xuất khẩu và phực vụ cho việc phát triển ngành chăn nuôi gia súc. Khai thác và thu họach tốt nguồn thủy sản phục vụ cho loài người là một vấn đề cực kỳ quan trọng, nhưng kỹ thuật chế biến còn nhiều hạn chế, vì vậy chưa sử dụng được triệt để nguồn lợi quý giá này. Theo thống kê nguồn động vật thủy sản đang cung cấp cho nhân lọai trên 20% tổng số protein của thực phẩm, đặc biệt ở nhiều nước có thể lên đến 50%. Giá trị và ý nghĩa dinh dưỡng của thịt cá cũng giống như thịt gia súc nghĩa là protein của thịt cá có đầy đủ các lọai axit amin, mà đặc biệt là có đủ các axit amin không thay thế. Thịt cá tươi có mùi vị thơm ngon, dễ tiêu hóa, dễ hấp thu. Dầu cá ngoài việc cung cấp lipid cho con người, còn có giá trị sinh học rất cao, đặc biệt là các axit béo không no có tác dụng lớn trong việc trao đổi chất của cơ thể. Ngoài ra, lipid của động vật thủy sản là nguồn rất giàu vitamin A và D. Trong động vật thủy sản còn chứa nhiều nguyên tố vi lượng và vi lượng rất cần thiết cho cơ thể. Cá và động vật thủy sản được sử dụng để ăn tươi hoặc chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhằm cung cấp tức thời hoặc để dự trữ trong thời gian nhất định. Tuy nhiên, nguyên liệu thủy sản rất dễ ươn hỏng, vì vậy công việc bảo quản phải được đặt lên hàng đầu của khâu chất lượng. Một khi nguyên liệu đã giảm chất lượng thì không có kỹ thuật nào có thể nâng cao chất lượng được. Nhu cầu tiêu thụ của nhân dân ngày càng cao, vì vậy việc nghiên cứu chế biến ra các sản phẩm mới, hoàn thiện các sản phẩm đang sản xuất để nâng cao chất lượng của sản phẩm là nhiệm vụ quan trọng của các nhà sản xuất, các kỹ sư ngành công nghệ thực phẩm. Với nội dung giáo trình này nhàm giúp sinh viên hiểu được thành phần hóa học của nguyên liệu thủy sản có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong quá trình chế biến các sản phẩm lạnh, sản phẩm lạnh đông và các sản phẩm khác chế biến từ nguồn nguyên liệu thủy sản. Giúp cho sinh viên có thể hiểu rõ các biến đổi của động vật thủy sản sau khi chết như sự tê cứng, sự tự phân giải, biến đổi do vi sinh vật có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm thủy sản. Từ đó sinh viên có thể hiểu rõ việc tìm ra phương pháp đánh bắt, sơ chế, vận chuyển và bảo quản thích hợp là rất cần thiết nhằm hạn chế và kéo dài thời gian xảy ra các biến đổi trên. Sinh viên sẽ biết cách đánh giá và chọn nguyên liệu thích hợp để chế biến một số loại sản phẩm thủy sản khác nhau. Sinh viên cũng được trang bị một số qui trình công nghệ chế biến sản phẩm thủy sản và cách điều khiển qui trình sản xuất để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Với kiến thức của học phần này, sinh viên có thể ứng dụng trong các nhà máy chế biến sản phẩm sấy khô, xông khói, đặt biệt là trong các nhà máy chế biến lạnh đông thủy sản - thế mạnh của vùng Đồng Bằng Sông Củu Long. 2 Chương I. THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN 1.1. Thành phần hóa học của thủy sản và ảnh hưởng của thành phần hóa học đến chất lượng 1.1.1 Thành phần hóa học của thủy sản Thành phần hóa học gồm: nước, protein lipid, muối vô cơ, vitamin... Các thành phần này khác nhau rất nhiều, thay đổi phụ thuộc vào giống, loài, giới tính, điều kiện sinh sống,... Ngoài ra, các yếu tố như thành phần thức ăn, môi trường sống, kích cỡ cá và các đặc tính di truyền cũng ảnh hưởng đến thành phần hóa học, đặc biệt là ở cá nuôi. Các yếu tố này có thể kiểm soát được trong chừng mực nào đó. Các thành phần cơ bản của cá và động vật có vú có thể chia thành những nhóm có cùng tính chất. Bảng 1.1. Các thành phần cơ bản (tính theo % căn bản ướt) của cá và thịt bò Cá (phi lê) Thành phần Tối thiểu Thông thường Tối đa Thịt nạc bò Protein 6 16 – 21 28 20 Lipid 0,1 0,2 – 25 67 3 Carbohydrate - < 0,5 - 1 Tro 0,4 1,2 – 1,5 1,5 1 Nước 28 66 – 81 96 75 Sự khác nhau về thành phần hóa học của cá và sự biến đổi của chúng có ảnh hưởng đến mùi vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm, việc bảo quản tươi nguyên liệu và qui trình chế biến. Thành phần hóa học của cá ở từng cơ quan, bộ phận có sự khác nhau Bảng 1.2. Thành phần hóa học của cá (%) Thành phần Chỉ tiêu Nước Protein Lipid Muối vô cơ Thịt cá 48 – 85,1 10,3 – 24,4 0,1 – 5,4 0,5 – 5,6 Trứng cá 60 - 70 20 - 30 1 - 11 1 – 2 Gan cá 40 - 75 8 - 18 3 - 5 0,5 – 1,5 Da cá 60 - 70 7 - 15 5 - 10 1 - 3 Bảng 1.3. Thành phần hóa học của một số loài thủy sản Thành phần Loài Protein % Lipid % Glucid % Tro % Canxi mg% Phosphat mg% Fe mg% Mực 17-20 0,8 - - 54 - 1,2 Tôm 19 -23 0,3 – 1,4 2 1,3 – 1,8 29 - 30 33-67 1,2-5,1 Hàu 11-13 1 - 2 - 2,2 0,21 - - Sò 8,8 0,4 3 4 37 82 1,9 Trai 4,6 1,1 2,5 1,9 668 107 1,5 3 Ốc 11-12 0,3-0,7 3,9-8,3 1 – 4,3 1310-1660 51-1210 - Cua 16 1,5 1,5 - 40 - 1 1.1.2. Ảnh hưởng của thành phần hóa học đến chất lượng Yếu tố ảnh hưởng rõ nhất đến thành phần hóa học của cá là thành phần thức ăn. Thông thường cá nuôi thường được cho ăn thức ăn chứa nhiều lipid để cá phát triển nhanh. Tuy nhiên, khi hàm lượng lipid cao dư để cung cấp năng lượng thì lipid dư thừa sẽ được tích lũy ở các mô làm cho cá có hàm lượng lipid rất cao. Ngoài ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nói chung, nó cũng có thể làm giảm năng suất chế biến vì lipid dự trữ được xem như phế liệu, bị loại bỏ nội tạng sau khi moi ruột và phi lê. Cách thông thường để giảm hàm lượng lipid của cá nuôi trước khi thu hoạch là cho cá đói một thời gian. Ngoài ra, cho cá đói còn có tác dụng giảm hoạt động của enzym trong nội tạng, giúp làm chậm lại các biến đổi xảy ra sau khi cá chết. 1.1.2.1. Protein Được cấu tạo từ các acid amin, các acid amin không thay thế quyết định giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Protein của ngũ cốc thường thiếu lysine và các acid amin có chứa lưu huỳnh (methionine, cysteine), trong khi protein của cá là nguồn giàu các acid amin này. Do đó, protein cá có giá trị dinh dưỡng cao hơn các loại ngũ cốc khác. Có thể chia protein của mô cơ cá ra thành 3 nhóm: * Protein cấu trúc (Protein tơ cơ) Gồm các sợi myosin, actin, actomyosin và tropomyosin, chiếm khoảng 65-75% tổng hàm lượng protein trong cá và khoảng 77-85% tổng hàm lượng protein trong mực. Các protein cấu trúc này có chức năng co rút đảm nhận các hoạt động của cơ. Myosin và actin là các protein tham gia trực tiếp vào quá trình co duỗi cơ. Protein cấu trúc có khả năng hòa tan trong dung dịch muối trung tính có nồng độ ion khá cao (>0,5M). * Protein chất cơ (Protein tương cơ) Gồm myoglobin, myoalbumin, globulin và các enzym, chiếm khoảng 25-30% hàm lượng protein trong cá và 12-20% trong mực. Các protein này hòa tan trong nước, trong dung dịch muối trung tính có nồng độ ion thấp (<0,15M). Hầu hết protein chất cơ bị đông tụ khi đun nóng trong nước ở nhiệt độ trên 50oC. Trong quá trình chế biến và bảo quản, myoglobin dễ bị oxy hóa thành metmyoglobin, ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm. * Protein mô liên kết: Bao gồm các sợi collagen, elastin. Hàm lượng colagen ở cơ thịt cá thấp hơn ở động vật có vú, thường khoảng 1-10% tổng lượng protein và 0,2-2,2% trọng lượng của cơ thịt. Chiếm khoảng 3% ở cá xương và khoảng 10% ở cá sụn (so với 17% trong các loài động vật có vú. Có trong mạng lưới ngoại bào, không tan trong nước, dung dịch kiềm hoặc dung dịch muối có nồng độ ion cao. Điểm đẳng điện pI của protein cá vào khoảng pH 4,5-5,5. Tại giá trị pH này, protein có độ hòa tan thấp nhất. 4 Hình 1.1. Sự hòa tan của protein tơ cơ trước và sau khi đông khô ở các giá trị pH từ 2 đến 12 Cấu trúc hình thái của protein ở cá dễ bị biến đổi do môi trường vật lý thay đổi. Hình 1.1 cho thấy tính tan của protein trong sợi cơ thay đổi sau khi đông khô. Việc xử lý với nồng độ muối cao hoặc xử lý bằng nhiệt có thể dẫn đến sự biến tính, sau đó cấu trúc protein bị thay đổi không hồi phục được. Khi protein bị biến tính dưới những điều kiện được kiểm soát, có thể sử dụng các đặc tính của chúng cho mục đích công nghệ. Ví dụ trong sản xuất các sản phẩm từ surimi, người ta đã lợi dụng khả năng tạo gel của protein trong sợi cơ. Protein từ cơ thịt cá sau khi xay nhỏ, rửa sạch rồi cho thêm muối và phụ gia để tạo tính ổn định, tiếp đến quá trình xử lý nhiệt và làm nguội có kiểm soát giúp protein tạo gel rất mạnh (Suzuki, 1981). Các protein tương cơ cản trở quá trình tạo gel, chúng được xem là nguyên nhân làm giảm độ bền gel của sản phẩm. Vì vậy, trong công nghệ sản xuất surimi việc rửa thịt cá trong nước nhằm nhiều mục đích, một trong những mục đích là loại bỏ protein hòa tan trong nước, gây cản trở quá trình tạo gel. Protein tương cơ có khả năng hòa tan cao trong nước, là nguyên nhân làm mất giá trị dinh dưỡng do một lượng protein đáng kể thoát ra khi rửa, ướp muối, tan giá,…Vì vậy cần chú ý để duy trì giá trị dinh dưỡng và mùi vị của sản phẩm. Protein mô liên kết ở da cá, bong bóng cá, vách cơ khác nhau. Tương tự như sợi collagen trong động vật có vú, các sợi collagen ở các mô của cá cũng tạo nên cấu trúc mạng lưới mỏng với mức độ phức tạp khác nhau. Tuy nhiên, collagen ở cá kém bền nhiệt hơn nhiều và ít có các liên kết chéo hơn nhưng nhạy cảm hơn collagen ở động vật máu nóng có xương sống. 1.1.2.2. Thành phần trích ly chứa nitơ phi protein (Non Protein Nitrogen) Chất phi protein là thành phần hòa tan trong nước, có khối lượng phân tử thấp và chiếm khoảng 9-18% tổng hàm lượng protein ở cá xương, khoảng 33-38% ở các loài cá sụn. Thành phần chính của hợp chất này bao gồm các chất bay hơi (amoniac, amine, trimethylamin, dimethylamin), trimethylamineoxid (TMAO), dimethylamineoxid (DMAO), creatin, các acid amin tự do, nucleotide, urê (có nhiều trong cá sụn) ..... Bảng 1.4 liệt kê một số thành phần trong nhóm nitơ phi protein của các loài cá, 5 tôm hùm, thịt gia cầm và thịt động vật có vú. Bảng 1.4. Sự khác nhau cơ bản về thành phần các chất phi protein từ cơ Cá Thành phần theo mg/100g trọng lượng ướt Tuyết Trích Nhám Tôm hùm Gia cầm Động vật có vú - Tổng nitơ phi protein 1.200 1.200 3.000 5.500 1.200 3.500 - Tổng acid amin tự do + Arginine + Glycine + Acid glutamic + Histidine + Proline 75 <10 20 <10 <1,0 <1,0 300 <10 20 <10 86 <1,0 100 <10 20 <10 <1,0 <1,0 3.000 750 102-103 270 - 750 440 <20 <20 55 <10 <10 350 <10 <10 36 <10 <10 - Creatine 400 400 300 0 - 550 - Betaine 0 0 150 100 - - - TMAO 350 250 500-103 100 0 0 - Anserine 150 0 0 0 280 150 - Carnosine 0 0 0 0 180 200 - Urê 0 0 2.000 - - 35 Nguồn: Shewan, 1974. Thành phần chất trích ly chứa nitơ phi protein khác nhau phụ thuộc vào loài, kích cỡ, mùa vụ, phần cơ lấy mẫu, …. A, B: hai loài cá biển xương C: loài cá sụn D: loài cá nước ngọt Hình 1.2. Sự phân bố nitơ phi protein trong cơ thịt cá (Nguồn: Konosu và Yamaguchi, 1982; Suyama và cộng sự, 1977) 6 Các chất trích ly chứa nitơ phi protein rất quan trọng đối với các nhà chế biến thuỷ sản bởi vì chúng ảnh hưởng đến mọi tính chất của thực phẩm như: màu sắc, mùi vị, trạng thái cấu trúc, dinh dưỡng, sự an toàn và sự hư hỏng sau thu hoạch. a. Trimethylamin oxyt (TMAO) TMAO là thành phần đặc trưng và quan trọng của nhóm chất chứa nitơ phi protein. TMAO có chủ yếu trong các loài cá nước mặn và ít được tìm thấy trong các loài cá nước ngọt. Hàm lượng TMAO trong cá khác nhau tùy theo loài, điều kiện sinh sống, kích cỡ. Cá hoạt động bơi lội nhiều, kích cỡ lớn chứa nhiều TMAO hơn cá nhỏ, ít bơi lội trong nước. Hàm lượng TMAO chứa cao nhất trong các loài cá sụn (cá nhám) và mực, chiếm khoảng 75-250 mgN/100g, cá tuyết chứa ít hơn (60-120 mgN/100g). Theo Tokunaga (1970), hàm lượng TMAO ở cá nổi như cá trích, cá thu, cá ngừ tập trung cao nhất trong cơ thịt sẫm (vùng tối), trong khi đó các loài cá đáy thịt trắng có hàm lượng TMAO cao hơn nhiều trong cơ thịt màu sáng. TMAO có vai trò điều hòa áp suất thẩm thấu của cá, vì vậy giúp cá chống lại áp suất thẩm thấu gây ra do sự chênh lệch nồng độ muối trong nước biển. b. Các axit amin tự do Các axit amin tự do chiếm khoảng 0,5-2% trọng lượng cơ thịt, chúng góp phần tạo nên mùi vị thơm ngon đặc trng của nguyên liệu. Hàm lượng axit amin tự do càng nhiều thì vi khuẩn gây hư hỏng phát triển càng nhanh và sinh ra mùi ammoniac. Các loài cá có cơ thịt sẫm và thường vận động như cá ngừ, cá thu có hàm lượng histidine cao. Cơ thịt sẫm chứa histidin nhiều hơn cơ thịt trắng. Trong thời gian bảo quản, histidine bị vi sinh vật khử nhóm carboxyl hình thành độc tố histamine. Hình 1.3. Sự tạo thành histamine từ histidine c. Urê Urê có phổ biến trong tất cả cơ thịt cá, nhưng nói chung có ít hơn 0,05% trong cơ thịt của cá xương, các loài cá sụn biển có chứa một lượng lớn urê (1-2,5%). Trong quá trình bảo quản, urê phân huỷ thành NH3 và CO2 dưới tác dụng của enzym urease của vi sinh vật. Do urê hoà tan trong nước và thấm qua màng tế bào nên nó dễ được tách ra khỏi miếng phi lê d. Amoniac Amoniac có mùi đặc trưng (mùi khai). Trong cơ thịt của cá tươi có một lượng nhỏ amoniac. Trong cá xương, lượng amoniac thấp nhưng khi bị hư hỏng do vi sinh vật thì lượng amoniac tăng nhanh. Khi sự hư hỏng tiến triển, pH của cơ thịt chuyển sang môi trường kiềm do lượng amoniac tăng lên và tạo nên mùi ươn thối của cá. 7 e. Creatine Là thành phần chính của hợp chất phi protein. Cá ở trạng thái nghỉ ngơi creatine tồn tại dưới dạng mạch vòng phospho và cung cấp năng lượng cho quá trình co cơ. 1.1.2.3. Enzym Enzym là protein, chúng hoạt động xúc tác cho các phản ứng hoá học ở trong nội tạng và trong cơ thịt. Enzym tham gia vào quá trình trao đổi chất ở tế bào, quá trình tiêu hoá thức ăn và tham gia vào quá trình tê cứng. Sau khi cá chết enzym vẫn còn hoạt động, vì thế gây nên quá trình tự phân giải của cá, làm ảnh hưởng đến mùi vị, trạng thái cấu trúc, và hình dạng bề ngoài của chúng. Sản phẩm của quá trình phân giải do enzym là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật, làm tăng nhanh tốc độ ươn hỏng. Trong nguyên liệu có nhiều enzym khác nhau. Các nhóm enzym chính ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu là: Enzym thuỷ phân Enzym oxy hoá khử Nhiều loại protease được tách chiết từ cơ thịt cá và có tác dụng phân giải làm mềm mô cơ. Sự mềm hoá của mô cơ gây khó khăn cho chế biến. Các enzym thuỷ phân protein quan trọng trong nguyên liệu gồm: Cathepsin, protease kiềm tính, collagenase, pepsin, trypsin, chimotrypsin. Các emzym thuỷ phân lipid quan trọng trong cá gồm có: Lipase, phospholipase. Chúng thường có trong các cơ quan nội tạng và trong cơ thịt. Enzym thuỷ phân lipid rất quan trọng đối với cá đông lạnh, ở các loài cá này lipid có thể bị thuỷ phân khi độ hoạt động của nước thấp. Quá trình bảo quản lạnh đông các axit béo tự do được sinh ra từ photpholipid và triglyxerit, có ảnh hưởng xấu đến chất lượng của cá. Axit béo tự do gây ra mùi vị xấu, ảnh hưởng đến cấu trúc và khả năng giữ nước của protein cơ thịt. Các enzym oxy hoá khử bao gồm: Phenoloxidase, lipoxygenase, peroxidase. Polyphenoloxidase đặc biệt quan trọng trong tôm vì chúng là nguyên nhân gây nên đốm đen cho nguyên liệu sau thu hoạch. 1.1.2.4. Lipid Cá sử dụng chất béo như là nguồn năng lượng dư trữ để duy trì sự sống trong những tháng mùa đông, khi nguồn thức ăn khan hiếm. Hàm lượng lipid trong cá dao động nhiều (0,1-30%). Cá được phân loại theo hàm lượng chất béo như sau: - Cá gầy (< 1% chất béo) như cá tuyết, cá tuyết sọc đen... - Cá béo vừa (<10% chất béo) như cá bơn lưỡi ngựa, cá nhồng, cá mập - Cá béo (>10% chất béo) như cá hồi, cá trích, cá thu, ... Bảng 1.5. Hàm lượng chất béo trong cơ thịt của các loài cá khác nhau Loại cá Hàm lượng chất béo (%) Cá tuyết 0,1 – 0,9 Cá bơn 0,5 – 9,6 Cá sao 1,1 – 3,6 Cá herring 0,4 - 30 Cá thu 1 - 35 8 a. Sự phân bố chất béo trong cá Chất béo của các loài cá béo thường tập trung trong mô bụng vì đây là vị trí cá ít cử động nhất khi bơi lội trong nước. Mô mỡ còn tập trung ở mô liên kết, nằm giữa các sợi cơ. Với cá gầy, hàm lượng chất béo trong cá dự trữ chủ yếu trong gan. Hình 1.4. Sự phân bố lipid tồng số ở các phần khác nhau của cơ thể cá thu (hình trên) và cá ốt vẩy lông có nguồn gốc từ Nauy (hình dưới) Nguồn: Lohne, 1976 b. Dạng tự nhiên của chất béo Lipid trong các loài cá xương được chia thành 2 nhóm chính: phospholipid và triglycerit. Phospholipid tạo nên cấu trúc của màng tế bào, vì vậy chúng được gọi là lipid cấu trúc. Triglycerit là lipid dự trữ năng lượng có trong các nơi dự trữ chất béo, thường ở trong các bào mỡ đặc biệt được bao quanh bằng một màng phospholipid và mạng lưới colagen mỏng hơn. Triglycerit thường được gọi là lipid dự trữ. Một số loài cá có chứa các este dạng sáp như một phần của các lipid dự trữ. Thành phần chất béo trong cá khác xa so với các loài động vật có vú khác. Điểm khác nhau chủ yếu là chúng bao gồm các acid béo chưa bão hòa cao (14-22 nguyên tử cacbon, 4-6 nối đôi). Hàm lượng axit béo chưa bão hòa trong cá biển (88%) cao hơn so với cá nước ngọt (70%). Chất béo trong cá chứa nhiều acid béo chưa bão hòa do đó rất dễ bị oxy hóa sinh ra các sản phẩm cấp thấp như aldehyde, ceton, skaton. Tuy nhiên, lipid trong thủy sản rất có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng. Các hợp chất có lợi trong lipid cá là các axit béo không no cao, đặc biệt là: Axit eicosapentaenoic (EPA 20:5) và axit docosahexaenoic (DHA 22:6) Điểm đông đặc của dầu cá thấp hơn động vật khác. Ở nhiệt độ thường ở trạng thái lỏng, nhiệt độ thấp bị đông đặc ở mức độ khác nhau. 9 1.1.2.5. Gluxit Hàm lượng gluxit trong cơ thịt cá rất thấp, thường dưới 0,5%, tồn tại dưới dạng năng lượng dự trữ glycogen. Tuy nhiên, hàm lượng glycogen ở các loài nhuyễn thể chiếm khoảng 3%.Cá vừa đẻ trứng lượng gluxit dự trữ rất thấp. Sau khi chết, glycogen cơ thịt chuyển thành axit lactic, làm giảm pH của cơ thịt, mất khả năng giữ nước của cơ thịt. Sự biến đổi của pH ở cơ thịt sau khi cá chết có ý nghĩa công nghệ rất lớn. 1.1.2.6. Các loại vitamin và chất khoáng Cá là nguồn cung cấp chính vitamin nhóm B (thiamin, riboflavin và B12), vitanin A và D có chủ yếu trong các loài cá béo. Vitamin A và D tích lũy chủ yếu trong gan, vitamin nhóm B có chủ yếu trong cơ thịt cá. Vitamin rất nhạy cảm với oxy, ánh sáng, nhiệt độ. Ngoài ra, trong quá trình chế biến (sản xuất đồ hộp, tan giá, ướp muối, ...) ảnh hưởng lớn đến thành phần vitamin. Vì vậy, cần phải chú ý tránh để tổn thất vitamin trong quá trình chế biến. Chất khoáng của cá phân bố chủ yếu trong mô xương, đặc biệt trong xương sống. Canxi và phospho là 2 nguyên tố chiếm nhiều nhất trong xương cá. Thịt cá là nguồn giàu sắt, đồng, lưu huỳnh và íôt. Ngoài ra còn có niken, coban, chì, asen, kẽm. - Hàm lượng chất sắt trong thịt cá nhiều hơn động vật trên cạn, cá biển nhiều hơn cá nước ngọt, cơ thịt cá màu sẫm nhiều hơn thịt cá màu trắng. - Sunfua (S) có phổ biến trong thịt các loài hải sản, chiếm khoảng 1% chất khô của thịt. Sunfua trong thịt cá phần lớn tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ sunfua hòa tan. Hàm lượng sunfua nhiều hay ít có ảnh hưởng lớn đến màu sắc của sản phẩm. - Hàm lượng đồng trong cá ít hơn so với động vật thủy sản không xương sống. - Hàm lượng iod trong thịt cá ít hơn so với động vật hải sản không xương sống. Cá biển có hàm lượng iod cao hơn cá nước ngọt. Hàm lượng iod của động vật hải sản nói chung nhiều gấp 10 - 50 lần so với động vật trên cạn. Thịt cá có nhiều mỡ thì hàm lượng iod có xu hướng tăng lên. 1.2. Tính chất của động vật thủy sản 1.2.1. Tính chất vật lý 1.2.1.1. Hình dạng: Hình dạng cơ thể và chức năng của cá hoàn toàn thích nghi với cuộc sống bơi lội tự do trong nước. Cá có nhiều dạng: - Hình thoi: cá nục, cá thu, cá ngừ. - Hình tên: cá cờ, cá kim. - Hình dẹp: cá chim, cá đuối, cá bơn. - Hình rắn: cá khoai, cá hố, cá dứa. Có thể chia thành 2 dạng cơ bản: cá thân tròn và cá thân dẹt - Cá thân tròn như: cá ngừ, cá thu, cá nhám. Chúng thường hoạt động bơi lội. - Cá thân dẹt như cá đuối, cá bơn thích ứng với đời sống ở đáy biển, và ít bơi lội. Vi sinh vật được tìm thấy trên bề mặt ngoài của cá sống và cá vừa mới đánh bắt. Nếu cá có tỉ lệ diện tích bề mặt so với khối lượng của nó (còn gọi là diện tích bề 10 mặt riêng) càng lớn thì càng dễ bị hư hỏng do hoạt động của vi sinh vật ở bề mặt cá. Vì vậy, trước khi xử lý và bảo quản, cần phải rửa sạch cá để loại bỏ lớp nhớt ở bề mặt cá chứa vi sinh vật. 1.2.1.2. Tỉ trọng của cá Gần bằng tỉ trọng của nước, thay đổi tùy theo bộ phận trên cơ thể của cá, phụ thuộc vào thân nhiệt của cá, cá có nhiệt đô càng nhỏ thì tỉ trọng càng nhỏ. 1.2.1.3. Điểm băng Là điểm ở đó nhiệt độ làm cho cá bắt đầu đóng băng, nước trong cơ thể cá tồn tại ở dạng dung dịch do đó điểm băng tuân theo định luật Raun. Dung dịch càng loãng đóng băng càng nhanh, điểm đóng băng của cá gần điểm đóng băng của nước (0oC). Thông thường điểm băng của các loài cá từ -0,6oC ÷ -2,6oC. Điểm băng của cá tỉ lệ nghịch với pH của dung dịch trong cơ thể cá. Áp suất thẩm thấu của động vật thủy sản nước ngọt thấp hơn nước mặn do đó điểm băng của thủy sản nước ngọt cao hơn nước mặn. 1.2.1.4. Hệ số dẫn nhiệt Phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mỡ, cá có hàm lượng mỡ càng lớn thì hệ số dẫn nhiệt càng nhỏ. Tuy nhiên hệ số dẫn nhiệt còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Thịt cá đông kết có hệ số dẫn nhiệt lớn hơn cá chưa đông kết, nhiệt độ đông kết càng thấp hệ số dẫn nhiệt càng cao. 1.2.2. Tính chất hóa học của động vật thủy sản Chủ yếu nghiên cứu hệ thống keo, đó là các loại protein 1.2.2.1. Tính chất hóa học thể keo của động thủy sản Do cấu tạo từ những hợp chất nitrogen, các hợp chất này cấu tạo nên cơ quan của cá tạo cho cấu trúc của cá có độ chắc, độ đàn hồi và độ dẽo dai nhất định (cấu tạo từ các thành phần phức tạp nhưng chủ yếu là protein). Cấu tạo của cơ thể cá là một hỗn hợp năng lượng chất hóa học mà trước hết là các loại protein, sau đó là lipid rồi các muối vô cơ và những chất khác nữa tạo thành một dung dịch keo nhớt trong đó nước là dung môi. 1.2.2.2. Trạng thái tồn tại của nước Tồn tại ở 2 trạng thái là nước kết hợp và nước tự do - Nước tự do: là dung môi tốt cho nhiều chất hòa tan đông kết ở 0oC, khả năng dẫn điện lớn, có thể thoát ra khỏi cơ thể của sinh vật ở áp suất thường. - Nước kết hợp: không là dung môi cho các chất hòa tan, không đông kết, khả năng dẫn điện nhỏ, không bay hơi ở áp suất thường. 1.2.2.3. Hình thức tồn tại của nước Thường tồn tại dưới 2 hình thức: tồn tại với hạt thân nước và chất thân nước * Hạt thân nước: tồn tại dưới dạng nước khuếch tán, nước tự do, nước hấp phụ - Nước hấp phụ: là lớp nước bên trong, kết hợp với các hạt thân nước bằng lực phân tử trên bề mặt hoặc 1 gốc nhất định nào đó - Nước khuếch tán: là lớp nước ở giữa, không kết hợp với các hạt thân nước, độ dày lớp nước khuếch tán dày hơn lớp nước hấp phụ rất nhiều * Chất thân nước: tồn tại dưới 2 hình thức nước kết hợp và nước tự do. 11 - Nước kết hợp + Nước kết hợp với protein ở dạng keo đặc tức nước do protein ở dạng keo đặc hấp thụ. + Nước kết hợp protein keo tan: là nước kết hợp vơí protein ở trạng thái hòa tan, muối vô cơ và các chất ở trạng thái keo hòa tan khác, nước này là nước do keo hòa tan hấp thụ. - Nước tự do: gồm nước cố định, nước có kết cấu tự do và nước dính ướt. + Nước cố định: là nước chứa rất nghiêm ngặt trong kết cấu hình lưới, nó là một dạng keo đặc nước này rất khó ép ra. + Nước kết cấu tự do: tồn tại ở những lỗ nhỏ và khe hở của kếtcấu hình lưới của màng sợi cơ hoặc ở những tổ chức xốp nhiều lỗ rổng của mô liên kết, nước này dễ ép ra + Nước dính ướt: rất mỏng, thường dính sát trên bề mặt của cơ thịt cá. Nước kết hợp có ý nghĩa rất quan trọng trong sự sống của động vật thủy sản. Bên cạnh đó nước kết hợp còn tạo giá trị cảm quan cho động vật thủy sản, tạo mùi vị thơm ngon. 12 Chương II. CÁC BIẾN ĐỔI CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN SAU KHI CHẾT Cá từ khi đánh được đến khi chết, trong cơ thể của nó bắt đầu có hàng loạt sự thay đổi về vật lý và hóa học. Sự biến đổi của cá sau khi chết được mô tả theo sơ đồ: Hình 2.1. 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. 13 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 . Bảng 2.1 Sự bắt đầu và khoảng thời gian tê cứng ở một số loài cá khác nhau Loài cá Điều kiện Nhiệt độ (0C) Thời gian kể từ khi chết đến khi bắt đầu tê cứng (giờ) Thời gian kể từ khi chết đến khi kết thúc tê cứng (giờ) Bị sốc 0 2-8 20-65 Bị sốc 10-12 1 20-30 Bị sốc 30 0,5 1-2 Cá tuyết (Gadus morhua) Không bị sốc 0 14-15 72-96 Cá song (Epinephelus malabaricus) Không bị sốc 2 2 18 Bị sốc 0 1 - Cá rô phi xanh (Areochromis aureus) Không bị sốc 0 6 - Cá rô phi nhỏ (60g) (Tilapia mossambica) Không bị sốc 0-2 2-9 26,5 Cá tuyết đuôi dài (Macrourus whitson) Bị sốc 0 <1 35-55 Cá cơm (Engraulis anchoita) Bị sốc 0 20-30 18 Cá bơn (Pleuronectes platessa) Bị sốc 0 7-11 54-55 Cá tuyết đen (Pollachius virens) Bị sốc 0 18 110 Cá quân (Sebastes spp.) Bị sốc 0 22 120 Cá bơn Nhật Bản (Paralichthys olivaceus) - 0 3 >72 - 5 12 >72 - 10 6 72 - 15 6 48 Cá bơn Nhật Bản (Paralichthys olivaceus) - 20 6 24 - 0 8 - - 10 60 - - 20 16 - Bị sốc 0 1 - Cá chép (Cyprinus carpio) Không bị sốc 0 6 - 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 14 nhiệt đới, người ta thấy rằng nhiệt độ lại có ảnh hưởng ngược lại đối với sự bắt đầu của quá trình tê cứng. Bằng chứng là đối với các loài cá này thì sự tê cứng lại bắt đầu xảy ra sớm hơn ở nhiệt độ 0oC so với nhiệt độ 10oC ở các loài cá khác, mà điều này có liên quan đến sự kích thích những biến đổi sinh hoá ở 0oC. (Poulter và cộng sự, 1982; Iwamoto và cộng sự, 1987). Tuy nhiên, Abe và Okuma (1991) qua nghiên cứu sự xuất hiện quá trình tê cứng trên cá chép đã cho rằng hiện tượng tê cứng phụ thuộc vào sự khác biệt giữa nhiệt độ môi trường nơi cá sống và nhiệt độ bảo quản. Khi có sự khác biệt lớn thì khoảng thời gian từ khi cá chết đến khi xảy ra hiện tượng tê cứng trở nên ngắn hơn và ngược lại. 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. 2.1.2. Những biến đổi chất lượng 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. 15 - Giai đoạn (pha) 4: Đặc trưng của cá có thể là sự ươn hỏng và phân hủy (thối rữa). 16 Bảng 2.2. Đánh giá độ tươi: Qui chế của Hội đồng (EEC) No. 103/76 OJ No.L20 (28-01-1976) (EEC,1976). Các tiêu chí Điểm Các bộ phận được kiểm tra 3 2 1 0 Biểu hiện bên ngoài Sáng, hệ sắc tố óng ánh, không biến màu Hệ sắc tố sáng nhưng không bóng láng. Hệ sắc tố đang trong quá trình biến màu và mờ đục. 1) Hệ sắc tố mờ đục. Da Dịch nhớt trong suốt như có nước. Dịch nhớt hơi đục. Dịch nhớt trắng đục. Dịch nhớt mờ đục Lồi (phồng lên). Lồi và hơi trũng. Phẳng. 1) Lõm ở giữa. Giác mạc trong suốt. Giác mạc hơi đục Giác mạc đục. Giác mạc đục như sữa. Mắt Đồng tử đen, sáng. Đồng tử đen, mờ. Đồng tử mờ đục. Đồng tử xám xịt. Màu sáng. Giảm màu. Đang trở nên biến màu. 1) Hơi vàng. Mang Không có dịch nhớt. Hơi có vết của dịch nhớt. Dịch nhớt mờ đục. Dịch nhớt đục như sữa. Hơi xanh , trong mờ, nhẵn và sáng. Mượt như nhung, có sáp, mờ đục. Hơi đục. 1) Đục hẳn. Thịt (cắt từ phần bụng) Không thay đổi màu nguyên thủy. Màu hơi biến đổi. Màu (dọc theo cột sống) Không màu. Phớt hồng. Hồng. 1) Đỏ. Các cơ quan Thận và phần còn lại của các cơ quan khác phải đỏ sáng như máu ở trong động mạch chủ. Thận và phần còn lại của các cơ quan khác phải đỏ đục, máu bị biến màu. Thận, phần còn lại của các cơ quan khác và máu phải có màu đỏ nhợt. 1) Thận, phần còn lại của các cơ quan khác và máu phải có màu nâu nhạt. Điều kiện Thịt Chắc và đàn hồi. Bề mặt nhẵn. Kém đàn hồi. Hơi mềm (mềm xìu), kém đàn hồi . Như có sáp (mượt như nhung) và bề mặt mờ đục. 1) Mềm (mềm xìu). Vẩy dễ dàng tách khỏi da, bề mặt rất nhăn nheo, có chiều hướng giống bột. Cột sống Gẫy, thay vì rời ra. Dính Hơi dính 1) Không dính. Màng bụng Dính hòan toàn vào thịt. Dính Hơi dính 1) Không dính. Mùi Mang, da, khoang bụng. Rong biển. Không có mùi rong biển hoặc bất kỳ mùi khó chịu nào. Hơi chua. 1) Chua 1) Hoặc ở trạng thái tệ hại hơn. 17 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. Hình 2.2 Biến đổi chất lượng của cá tuyết ướp đá (0oC) Nguồn: Huss, 1976 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. 18 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 5oC, 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%. 19 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. pH 7,2 7,1 Chết Tê cứng 7,0 Thời gian 6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 6,4 A. B C D E F G Hình 2.4. Sơ đồ sự biến đổi pH của cá sau khi chết A. Thời gian khi đánh bắt B. Thời gian khi chết, bắt đầu tê cứng C. Cá có pH thấp nhất D. Cá cứng nhất E. Cá bắt đầu mềm F: Cá bắt đầu ươn hỏng G: Cá ươn hỏng 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. ATP bị phân hủy xảy ra theo bởi các phản ứng tự phân: Hx (hypoxanthine) ATP ADP AMP IMP HxR(inosine) Pi Pi NH3 Pi 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. 20 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: [HxR] + [Hx] K% = x 100 [ATP] + [ADP] + [AMP] + [IMP] + [HxR] + [Hx] 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. 21 Hình 2.5a. Sự biến đổi đối với IMP, Ino và Hx trong miếng philê cá tuyết vô trùng ở 3oC Hình 2.5b. Sự biến đổi đối với IMP, Ino và Hx trong miếng philê cá tuyết chưa vô trùng ở 3oC 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. 22 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 của cá biển. Tiến trình này bị ức chế khi cá được làm lạnh. (CH3)3NO Vi khuẩn (CH3)3N TMAO TMA Trong cơ thịt của một số loài tồn tại enzym có khả năng phân hủy TMAO thành dimethylamin (DMA) và formaldehyde (FA) (CH3)3NO enzym (CH3)2NH + HCHO TMAO DMA formaldehyde Enzym xúc tác quá trình hình thành formaldehyt được gọi là TMAO-ase hoặc 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 đổi cấu trúc và mất khả năng giữ nước của sản phẩm. Sự tạo thành DMA và formaldehyde là vấn đề quan trọng cần quan tâm trong suốt quá trình bảo quản lạnh đông. Tốc độ 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 khi làm lạnh đông và nếu nhiệt độ trong quá trình bảo quản lạnh động bị dao động thì lượng formaldehyde hình thành sẽ tăng. Bảng 2.3. Tóm tắt những biến đổi trong quá trình tự phân giải của cá ướp lạnh Enzym Cơ chất Các biến đổi xảy ra Ngăn chặn/Kìm hãm Glycogen - Tạo ra acid lactic, làm giảm pH của mô, làm mất khả năng giữ nước trong cơ. - Trên thực tế, nếu được thì nên để quá trình tê cứng của cá diễn ra ở nhiệt độ càng gần 0oC càng tốt. Enzym phân giải glycogen - Nhiệt độ cao khi xảy ra tê cứng có thể dẫn đến sự nứt cơ thịt Phải tránh gây căng thẳng cho cá ở giai đoạn trước khi xảy ra tê cứng. Enzym gây ra tự phân giải, liên quan đến sự phá hủy nucleotid ATP ADP AMP IMP - Mất mùi cá tươi, dần dần xuất hiện vị đắng do Hx (ở những giai đoạn sau) - Tương tự như trên. - Bốc dỡ vận chuyển mạnh tay hoặc đè nén sẽ làm tăng sự phá hủy Cathepsin Các protein, Các peptid - Mô bị mềm hóa gây khó khăn hoặc cản trở cho việc chế biến - Tránh mạnh tay khi thao tác lúc bảo quản và bốc dỡ. 23 Chymotrypsin, trypsin, cacboxypeptidase Các protein, Các peptid Tự phân giải khoang bụng của các loài cá tầng nổi (gây hiện tượng vỡ bụng) - Vấn đề sẽ gia tăng khi đông lạnh/rã đông hoặc bảo quản lạnh trong thời gian dài. Calpain Các protein sợi cơ - Làm mềm mô cá và giáp xác lột xác - Loại bỏ canxi để ngăn chặn quá trình hoạt hóa Collagenase Mô liên kết - “Vết nứt” trên miếng philê - Gây mềm hóa - Sự thoái hóa của mô liên kết liên quan đến thời gian và nhiệt độ bảo quản lạnh TMAO demethylase TMAO - Tạo ra formaldehyt làm cứng cơ của họ cá tuyết khi đông lạnh - Bảo quản cá ở nhiệt độ <- 30oC - Tác động vật lý quá mức và quá trình đông lạnh/rã đông làm tăng hiện tượng cứng cơ do FA 2.3. Biến đổi do vi sinh vật 2.3.1. Hệ vi khuẩn ở cá vừa mới đánh bắt Ở cơ thịt và các cơ quan bên trong của cá tươi, vi khuẩn hiện diên rất ít. Ở cá tươi vi khuẩn chỉ có thể tìm thấy trên da (102 - 107cfu/cm2), mang (103 - 109cfu/g) và nội tạng (103 - 109cfu/g) (Shewan, 1962). Hệ vi sinh vật của cá vừa đánh bắt lại phụ thuộc vào môi trường nơi đánh bắt hơn là vào loài cá (Shewan, 1977). Số lượng vi khuẩn tồn tại trong cá cao hay thấp tùy thuộc vào cá sống trong môi trường nước ấm hay nước lạnh. Vi khuẩn trên da và mang cá sống trong vùng nước ôn đới, môi trường nước sạch ít hơn so với cá sống trong vùng nước nhiệt đới, môi trường ô nhiểm. Số lượng vi khuẩn trong nội tạng cá có liên quan trực tiếp đến nguồn thức ăn của cá: cao ở cá ăn tạp và thấp ở cá không ăn tạp. Ngoài ra số lượng vi khuẩn thay đổi còn tùy thuộc vào mùa sinh sống. Cá sống trong mùa hè có số lượng vi khuẩn cao hơn. Thịt (ít hiện diện) Nội tạng (103 - 109cfu/g) Da (102 - 107cfu/cm2) Mang (103 - 109cfu/g) Số lượng vi khuẩn tồn tại ở các loài giáp xác và thân mềm gần giống với số lượng vi khuẩn tồn tại trên cá. 24 Vỏ (102 - 107cfu/cm2) Mang, ruột tôm sống: (103 - 109cfu/g) Vi khuẩn ở cá mới vừa đánh bắt chủ yếu gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí không bắt buộc, vi khuẩn G- như Pseudomonas, Alteromonas, Acinetobacter, Moraxella, Flavolacberium, Cytophaga and Vibrio. Cá sống trong vùng nước ấm dễ bị nhiểm bởi vi khuẩn G+ như Micrococcus, Bacillus và Coryneform. Các loài Aeromonas đặc trưng cho cá nước ngọt, trong khi đó có một số vi khuẩn cần natri để phát triển thì đặc trưng cho cá biển. Các loài này bao gồm Vibrio, Photobacterium và Shewanella. Tuy nhiên, dù Shewanella putrefaciens cần natri cho sự phát triển nhưng chủng này cũng có thể phân lập từ môi trường nước ngọt (DiChristina và DeLong, 1993; Gram và cộng sự, 1990; Spanggaard và cộng sự, 1993). Mặc dù S. putrefaciens được tìm thấy trong nước ngọt nhiệt đới, nhưng nó không đóng vai trò quan trọng trong sự hư hỏng của cá nước ngọt (Lima dos Santos, 1978; Gram, 1990). Vi khuẩn hiện diện ở loài thân mềm giống với vi khuẩn trong cá biển nhưng số lượng vi khuẩn G+ như Bacillus, Micrococcus, Enterobacteriaceae và Streptococcus chiếm số lượng lớn hơn. Bảng 2.4. Hệ vi khuẩn ở cá đánh bắt từ vùng nước không bị ô nhiễm Gram (-) Gram (+) Ghi chú Pseudomonas Moraxella Acinetobacter Shewanella putrefaciens Flavobacterium Cytophaga Vibrio Photobacterium Aeromonas Bacillus Clotridium Micrococcus Lactobacillus Các vi khuẩn có dạng hình chùy Vibrio và Photobacterium đặc trưng cho nước biển; Aeromonas đặc trưng cho nước ngọt Hai loại vi khuẩn gây bệnh thường làm biến đổi mùi vị của cá và nhuyễn thể gồm: Clostridium botulinum loại E, B, F và Vibrio parahaemolyticus. - Clostridium botulinum là vi khuẩn sinh bào tử kháng nhiệt. Vi khuẩn này không có hại nếu tồn tại một lượng nhỏ trong cá tươi. Vi khuẩn sẽ trở nên rất nguy hiểm khi điều kiện bảo quản hoặc chế biến không tốt tạo điều kiện thuận lợi cho bào tử sinh sản, phát triển và sản sinh độc tố. Vi khuẩn loại E, B, F có khả năng kháng 25 nhiệt thấp. - Vibrio parahaemolyticus là loại vi khuẩn ít chịu nhiệt, ưa muối gây bệnh viêm đường ruột với các triệu chứng bệnh giống như triệu chứng bệnh gây ra do Salmonella. Bệnh chỉ xảy ra khi ăn vào lượng lớn tế bào vi khuẩn (khoảng 106cfu/g), mức thông thường có thể chấp nhận được là 103cfu/g. Loại vi khuẩn này rất nhạy cảm với nhiệt (nóng và lạnh). Ngoài ra, một số loại vi khuẩn khác được tìm thấy trong cá và các loài hải sản khác như Clostridium perfringen, Staphylococcus aureus , Salmonella spp., Shigella spp. bị lây nhiễm do quá trình vận chuyển và chế biến không đảm bảo vệ sinh. 2.3.2. Sự xâm nhập của vi sinh vật Thịt của cá sống khỏe mạnh hoặc cá vừa đánh bắt thì không có vi khuẩn vì hệ thống miễn dịch của cá ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn trong thịt cá. Khi cá chết, hệ thống miễn dịch bị suy yếu và vi khuẩn được tự do sinh sôi phát triển. Trên bề mặt da, vi khuẩn phần lớn định cư ở các túi vảy. Trong quá trình bảo quản, chúng sẽ xâm nhập vào cơ thịt bằng cách đi qua giữa các sợi cơ. Những nghiên cứu của Murray và Shewan (1979) cho thấy rằng trong quá trình bảo quản bằng đá chỉ có một lượng rất hạn chế vi khuẩn xâm nhập vào cơ thịt. Có thể dùng kính hiển vi để phát hiện được vi khuẩn trong cơ thịt một khi lượng vi sinh vật trên bề mặt da tăng lên trên 106 cfu/cm2 (Rusko