ŞTIINŢA Ş I INGINERIA ALIMENTELOR

Buletinul AGIR nr. 3/2003 ● iulie - septembrie 2

INFLUENŢA ACTIVITĂŢII APEI ASUPRA REACŢIILOR ENZIMATICE, DE OXIDARE ŞI ASUPRA DEZVOLTĂRII

MICROORGANISMELOR

Ş .l. drd. ing. Emilian SĂHLEANU, Universitatea „Ştefan cel Mare”, Suceava

Activează la Universitatea „Ştefan cel Mare” din Suceava, începând cu anul 1999; din 2003 este şef de lucrări. Este doctorand pe domeniul biotehnologii, în cadrul Universităţii „Dunărea

de Jos” – Galaţi din anul 2000, cu tema „Cercetări privind folosirea culturilor starter de bacterii lactice în obţinerea preparatelor de carne fermentate”.

REZUMAT Proteinele cărnii suferă modificări fizico - chimice considerabile pe parcursul procesului de maturare. Aceste modificări sunt dependente de procesul tehnologic, de parametrii mediului pe parcursul maturării şi de variaţia pH-ului. ABSTRACT The meat proteins support significant physico-chemical changes during the ripening process. These changes depend on the technological process, on the environmental parameters during the ripening process, and on the pH variation.

Valoarea activităţii apei este determinantă pentru

desfăşurarea reacţiilor chimice şi biochimice şi pentru dezvoltarea microbiană (figurile 1, 2).

Valoarea aw atinge 0,75-0,90 pentru salamurile crude uscate, 0,80-0,90 pentru jambonul uscat şi valori apro-piate de 1 pentru ţesuturile muscular şi adipos în stare proaspătă.

De aceea, în funcţie de retenţia de apă şi în funcţie de aw, carnea face parte din alimentele cu umiditatea cea mai ridicată. Ţesutul gras animal se situează la limita dintre alimentele cu umiditate scăzută şi cele cu umiditate medie [1]. Apa conţinută de ţesutul gras prezintă o volatilitate ridicată, fapt ce face ca ţesutul gras să prezinte o valoare aw apropiată de cea a cărnii, de 0,99. Din acest punct de

Fig. 1. Viteza proceselor degradative din alimente în funcţie de activitatea apei.

INFLUENŢA ACTIVITĂŢII APEI ASUPRA REACŢIILOR ENZIMATICE

Buletinul AGIR nr. 3/2003 ● iulie - septembrie 3

vedere, poate fi clasificată printre alimentele cu umiditatea cea mai ridicată.

Atât pH-ul cât şi aw sunt factori de egală importanţă în ceea ce priveşte conservabilitatea alimentelor (tabelul 1).

Fig. 2. Influenţa aw asupra degradării enzimatice a ATP-ului pentru carnea liofilizată pre-rigor mortis

şi depozitată la diferite umidităţi relative ale aerului.

Tabelul 1. Conservabilitatea produselor carnate în funcţie de caracteristicile lor fizico-chimice [2]

Conservabilitatea Caracteristici fizico-chimice

Mod de depozitare

Extrem de perisabil aw > 0,95 pH > 5,2

< 5o C

Perisabil 0,91 < aw < 0,95 < 10o C

Conservat aw < 0,95 Nu necesită refrigerare

Influenţa aw asupra lipolizei. Lipoliza este o reacţie

enzimatică de primă importanţă ce apare după sacrificarea animalului. Ea constă în hidroliza acil-glicerolilor şi conduce la formarea de acizi graşi liberi. Cinetica acestei reacţii este determinată de temperatură şi de modul de depozitare al cărnii (figura 3) şi este dependentă de natura ţesutului gras care este supus lipolizei: ţesut gras intra- şi intermuscular, ţesut gras subcutanat etc. Lipoliza poate avea loc sub influenţa lipazelor proprii ţesutului muscular, sub acţiunea lipazelor bacteriene sau sub acţiunea ambelor tipuri de lipaze. În carnea de porc bacteriile lipolitice sunt o parte importantă a microflorei spontane. T ipurile de bacterii cu activitate lipolitică mai intensă [9] sunt Alcaligenes, Acinetobacter, Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus pumilus, Bacillus cereus, Bacillus coagulans, Bacillus circulans, Micrococcus varians, Micro-

coccus luteus, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Staphylococcus epidermides, Staphylococcus aureus, Staphylococcus xylosus, Streptococcus D.

În paralel cu activitatea lipolitică a bacteriilor trebuie luată în considerare şi activitatea lipolitică a drojdiilor [3; 4; 5]: Candida curvata, Candida deformans, Candida humicola, Candida lipolytica, Candida melinii, Candida parapsilosis, Candida rugosa, Candida zey lanoides, Cryptococcus lau-rentii, Debaryomyces subglosus, Geotrichum candidum, Hanssenula kloekeri, Hansenula subpeliculosa, Rhodotorulla mucilaginosa, Rhodotorula glutinis, Saccharomyces acidif-aciens, Saccharomycopsis lipolytica, Torulopsis aeria, Torulopsis candida, Torulopsis magnolia, Torulopsis versatilis, Torulopsis cutaneum, Trichosporum pullu-lans. Dintre mucegaiurile lipolitice pot fi menţionate [10] Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Penicillium roquefortii.

Fig. 4. Evoluţia lipolizei la stocarea cărnii la diferite temperaturi.

Contrar celorlalte enzime, lipazele sunt încă active şi

la valori extrem de scăzute ale aw, de ordinul 0,2. În acest caz se presupune că intervin moleculele de apă ad-sorbite chimic care sunt considerate ca fiind parte a structurii conformaţionale a proteinei enzimatice direct implicate în reacţia de lipoliză. În cazul salamurilor crude maturate nivelul lipolizei din produsul finit este

ŞTIINŢA Ş I INGINERIA ALIMENTELOR

Buletinul AGIR nr. 3/2003 ● iulie - septembrie 4

variabil în funcţie de produsul studiat de diferiţi cercetă-tori:

● aciditate de 5-7 % [6; 7; 8]; ● aciditate de 1-5 % [9-13]. S-a descoperit după o serie de studii [14] că valoarea

indicelui de aciditate este în directă corelaţie cu calitatea produsului finit şi astfel s-a introdus o modalitate de control standard al procesului de fabricaţie. Procentual, acizii graşi reprezintă cam 5% din cantitatea totală de acizi graşi şi 2% din greutatea produsului [15]. Cinetica acestei reacţii a fost studiată [16]. Pe parcursul fabricării pro-dusului apare o creştere rapidă spontană a cantităţii de acizi graşi liberi în prima fază ce corespunde fazei de etuvare, iar în continuare cantitatea creşte lent. După această fază, viteza de reacţie a lipolizei se desfăşoară cu viteză redusă şi aproape constantă până la sfârşitul matu-rării.

Influenţa aw asupra oxidării lipidelor. Lipoliza este prima etapă a degradării lipidelor şi este urmată de oxi-dare. Influenţa aw asupra oxidării lipidelor este complexă. Evoluţia vitezei de reacţie este prezentată în figura 4 şi poate fi prezentată ca având 3 faze.

Fig. 4. Influenţa aw asupra vitezei de oxidare a lipidelor.

În prima fază, când aw are valori scăzute, apa exercită

un efect antioxidant explicat prin formarea de legături de hidrogen între moleculele de apă şi cele de hidroperoxid. Aceste complexe protejează hidroperoxizii să nu se des-compună în radicali liberi, astfel încât viteza de reacţie este relativ redusă. Acest efect se manifestă doar la

interfaţa lipidică saturată de apă. Un alt motiv al acţiunii antioxidante este dat de diminuarea activităţii catalit ice a urmelor de metale grele, prin hidratare şi prin formare de hidroxizi insolubili.

Cea de-a doua fază are loc la o valoare intermediară a aw în care viteza reacţiei de oxidare creşte. Influenţa pro-oxidantă este atribuită compuşilor susceptibili de a reacţiona, iar metalele difuzează mai uşor spre situsurile catalit ice.

Cea de-a treia fază are loc la valori ridicate ale aw, între 0,7 şi 1. Două efecte antagoniste se manifestă: diluţia urmelor de metale ce catalizează reacţia conduce la scăderea vitezei de reacţie, iar diminuarea viscozităţii conduce la creşterea vitezei de reacţie.

Oxidarea constituenţilor lipidici în salamurile crude se derulează în două faze ce pot fi distinse prin efectele faste sau nefaste asupra aromei produsului.

Prima fază apare pe parcursul etuvării şi maturării. Pe parcursul etuvării se formează cantităţi din ce în ce mai mari de acizi graşi în produs, iar activitatea peroxizilor se manifestă prin formarea de compuşi carbonilici cu peste 6 atomi de carbon [17], care sunt în mare parte respon-sabili de aroma produsului finit.

Cea de-a doua fază se manifestă începând o dată cu obţinerea produsului finit pe parcursul depozitării în-delungate. Reacţia conduce la un miros rânced (hexanal, decadienal). În acest punct, factorii cei mai importanţi sunt aw, gradul de deshidratare, nivelul de lipoliză al consti-tuenţilor lipidici (fig. 5).

Influenţa aw asupra dezvoltării microorganismelor. Activitatea metabolică a microorganismelor este în mod hotărâtor dependentă de apa disponibilă. O diminuare a activităţii apei are influenţe importante asupra dezvoltării microorganismelor (fig. 6).

O dată cu scăderea activităţii apei se prelungeşte faza de lag, se diminuează viteza de creştere în faza exponenţială, iar numărul de celule din perioada staţionară este mai redus. Diferite tipuri de microorganisme prezintă valori diferite de aw optime de creştere între 0,92 şi 0,99. Pe de altă parte, dezvoltarea devine imposibilă la valori ale aw aflate sub minimă.

Limita sub care bacteriile nu se mai dezvoltă [25] este aw = 0,91, dar bacteriile halofile sunt capabile de a se înmulţi în soluţii saturate de NaCl şi au o aw min = 0,75.

Limita de aw pentru mucegaiuri este de 0,80-0,95, dar există specii de mucegaiuri xerofite care se pot dezvolta până la aw = 0,60.

Limitele de dezvoltare pentru drojdii sunt situate la o aw = 0,88-0,95. Drojdiile osmotolerante pot rezista până la aw = 0,665.

INFLUENŢA ACTIVITĂŢII APEI ASUPRA REACŢIILOR ENZIMATICE

Buletinul AGIR nr. 3/2003 ● iulie - septembrie 5

Fig. 5. Evoluţia indicelui de peroxid la diferite sortimente

de salamuri crude.

Fig. 6. Curbe de creştere pentru microorganisme

în funcţie de aw.

BIBLIOGRAFIE

1. Girard, J., P., Bucharles, C., Evolution post mortem des gras des animaux: la lypolise, I.A.A., 102, 581 – 591.

2. Rodel, W., Krispien K., Leistner L., Die Wasseraktivitat von Fetten tierischer Herkunft, Die Fleischwirtschaft, 60, 4, 642 – 650.

3. Alford, J. A., Pierce, D. A., Suggs, F. G., Activity of microbial lypasis on natural fats and synthetic triglycerides, J. Of Lipid Res., 5, 391 – 394, 1964.

4. Alifax, R., Etude de la lypolise chez quelques levures isolées de denrées alimentaires variées, Ann. Technol. Agric., 28, 3 255 – 272, 1973.

5. Mourey, A., Aboukheir, S., Kilbertus, G., Pouvoirs hidrolitiques de levures isolées de produits carnes, lypolise, I: A: A: , 1, 35 – 41, 1977.

6. Maillet, A., Henry, M., Etude des quelques produits de la proteolyse et lipolyse dans le saucisson cru, VI-ème symposium sur les matières etrangères, Madrid, 1960.

7. Wurziger, J., Ristow, R., Yur Beurteilung der Saueranzigkeit bei Rothwursten, Die Fleischwirtschaft, 46, 971, 1966.

8. Stănculescu, C., Săndulescu, C., Sbircea, C., Variation on compounds resulted from the principal biochemical changes during the ripening of raw Romanian sausage, 16th European Meat Research Workers, Bulgaria, 1042-1066, 1970.

9. Ten Cate, L., De Diespasen der suyworst, Tyschr. Diergeneesk, 85, 1960.

10. Duda, Z., Untersuchungen uber den gehalt an freien Fettsauren in Rothwursten, Die Fleischwirdschaft, 9, 944-977, 1966.

11. Cantoni, C., Molnar, M. R., Renon, P., Giolitti, G., Untersuchung uber die Lipide von Dauerwursten, Die Nahrung, 11, 341, 1967.

12. Terplan, G., Biologische chemische und physicaliske Vorgange bei der Herstellung von Gepokelten und gereiften Fleischwaren, Gerhard Rottger Verlag, München, 1969.

13. Wahlroos, O., Niivaara, F. P., Chemical changes and sulphur containing substances during ripening of dry sausages, 15th Euro-pean Meeting of Meat Rresearch Workers, 1969.

14. Girard, J. P., Influence de quelques caracteristiques des matières premières sur l’évolution biochimique de la fraction lipidique de la saucisson en cours de maturation, L'Alim. et la Vie, 160-191, 1976.

15. Demeyer, Hoozee, J., Mesdom, H., Specificity of lypolisis during the dry sausage ripening, J. of Food Sci., 39, 293-296,1974.

16. Goussault, B ., Girard, J. P., Methodes de fabrication et caracteristiques des matieres premieres, L’Alim. et la vie, 64, 109-124, 1976.

17. Cerise, L., Bracco, U., Hormannn, I., Sozzi, T., Wuhrmann, J., Veranderungen des Lipidsanteils wahred des Reifungprozesses von Salami aus reinem Schweinfleisch, Fleischwirtschaft, 2, 223 – 225, 1972.