BIOCHIMIA CĂRNII

În muşchi au loc procese de transformare

(degradarea şi biosinteza), în principal în timpul

vieţii animalului, prin care se generează şi utilizează

bioenergia. Aceste procese au un caracter unilateral

după sacrificarea animalului, în sensul că devin, în

esenţă, degradative (cu excepţia fazei de

prerigiditate).

Biochimia muşchiului în timpul vieţii animalului

Muşchiul este constituit din fibre musculare şi serveşte la mişcarea diverselor părţi sau organe ale corpului animalului, datorită proprietăţilor fundamentale ale acestuia (contractibilitatea şi elasticitatea). Fibrele musculare se diferenţiază între ele prin principala cale de regenerare a ATP-ului şi pot fi:

• fibre cu contracţie lentă şi metabolism oxidativ (sinteza ATP se face pe cale oxidativă);

• fibre cu contracţie rapidă şi metabolism hidrolitic (sinteza ATP se face, în principal, prin glicoliză);

• fibre cu contracţie rapidă şi metabolism mixt ( refacerea ATP-ului pe cale oxidativă şi prin glicoliză).

La muşchiul în viaţă, unde are loc procesul de

contracţie-relaxare, acesta are nevoie de energie, cerinţele

energetice fiind grupate în două categorii:

• cerinţe energetice pentru eforturi de scurtă durată, care

sunt asigurate de compuşii macroergici, cum ar fi ATP-ul;

• cerinţe energetice pentru eforturi de lungă durată care

sunt asigurate prin degradarea glicolitică a glicogenului şi

prin oxidări, care conduc la regenerarea unui număr mare de

molecule de ATP.

Cerinţele energetice sunt eşalonate după cum urmează:• energie de activare - care este necesară depolarizării membranelor

(punerea în funcţie a pompelor de Na/K şi de Ca2+ din sarcoplasmă);

• energie de contracţie - care este cheltuită în interiorul fibrelor musculare la producerea lucrului mecanic de contracţie şi la întinderea elementelor elastice ale muşchiului, energie care se eliberează ulterior sub formă de căldură;

• energie de relaxare pentru efortul osmotic, respectiv echilibrarea presiunilor osmotice.

Având în vedere că energia în toate cele trei cazuri este dată de ATP şi că acest compus macroergic se găseşte într-o concentraţie relativ scăzută, ATP-ul trebuie permanent refăcut şi această refacere are loc în mod diferit, în funcţie de tipul de efort: de scurtă durată şi de lungă durată.

În primul caz (eforturi de scurtă durată), refacerea ATP are loc pe două căi:

 • prima cale implică prezenţa ADP şi fosfocreatinei sub influenţa

creatinfosfochinazei   • a doua cale implică prezenţa ADP şi a unei enzime - miokinaza  

Această reacţie contribuie doar cu 10% la refacerea nivelului de ATP. În cel de al doilea caz (eforturi de lungă durată), refacerea ATP se face prin catabolismul glucozei care implică două etape:

- etapa I care are loc în sarcoplasmă, unde glucoza provenită din sânge sau prin degradarea glicogenului (glucozo-l-fosfat) este transformată printr-o secvenţă de reacţii, în 2 moli de acid piruvic, bilanţul glicolizei fiind:

etapa a II-a are loc în mitocondrii, unde acidul piruvic suferă o serie de degradări oxidative în ciclul Krebs cuplat cu lanţul respirator, bilanţul oxidării complete fiind:

2 Piruvat + 5 O2 + 30 Pi + 30 ADP → 6 CO2 + 30 ATP + 34 H2OAnsamblul reacţiilor glicolizei şi ciclului Krebs conduce la reducerea

cofactorilor NAD şi FAD în NADH + H + FADH2 şi, în prezenţa O2, aceşti compuşi sunt reoxidaţi în lanţul respirator, la nivelul membranei interne mitocondriale. În acest fel, catabolismul aerob al glucozei va conduce la 38 moli ATP, respectiv 39 moli ATP dacă se pleacă de la glicogen.

Pentru a înţelege reacţiile care au loc în cele două etape este necesară cunoaşterea metabolismului glicogenului şi mecanismele de reglare, în această direcţie trebuie avut în vedere următoarele:

• localizarea glicogenului (acesta este stocat în fibrele musculare sub formă de granule şi agregate în sarcoplasmă, lizozomi, mitocondrii, precum şi în celulele hepatice);

• sinteza glicogenului care este sub dependenţa glicogen-sintetazei şi enzimei de ramificare;

• reglarea metabolismului glicogenului care implică reglarea hormonală (adrenalină, Ca2+

, insulina).

Concentraţia de glicogen în ţesutul muscular variază în funcţie de diferiţi factori: rasă, sex, tipul de muşchi, temperatura mediului ambiant, alimentaţie, transport, durata de stocare în abator, amestecarea animalelor în perioada presacrificării.

La porcine şi în muşchii albi-rapizi conţinutul de glicogen este mai mare. Temperatura mediului ambiant < 15°C (12-15°C), alimentaţia corectă a animalelor, transportul confortabil, stocarea în abator <12 h şi evitarea oricăror bruscări ale animalelor înainte de sacrificare, păstrează nivelul de glicogen din muşchi la valori mai ridicate.

Ciclul Krebs

Schema mecanismului de reglare a metabolismului glicogenului

BIOCHlMIA CĂRNII NORMALEActivitatea muşchiului după sacrificare

După sacrificarea animalului, prin întreruperea circulaţiei sanguine (sângerare), structurile vii ale muşchiului continuă să funcţioneze pentru un timp, în vederea obţinerii homeostaziei.

Activitatea muşchiului depinde acum de rezervele sale energetice capabile să regenereze ATP, rezerve care sunt reprezentate de glicogen şi fosfocreatină. Prin întreruperea circulaţiei sanguine încetează aportul în oxigen al musculaturii, calea de sinteză a ATP-ului prin ciclul Krebs şi fosforilarea oxidativă sunt anulate şi, în consecinţă, degradarea glicogenului pe calea metabolismului anaerob va conduce la producerea de acid lactic şi H+.

Bilanţul total al glicolizei va fi:(Glucoza)n + (1+ m) H2O + m PC2 →(Glucoza)n-l + m P2

i + 2 (Lactat) + m Creatină + 2 H+

Rezultă că prin suprimarea vieţii animalului, tonusul muscular,

care reprezintă un mecanism viu, coordonat neuroendocrin, se va

transforma într-un ţesut fără coordonare (se va transforma în carne) ce

însă va continua, pentru o perioadă scurtă, să "trăiască" pe seama

substanţelor energetice proprii, şi anume, fosfocreatină şi ATP (acesta

din urmă se va regenera cât timp există fosfocreatină, după care,

viteza de degradare a ATP-ului va depăşi pe cea de resinteză pe seama

degradării glicogenului şi, în aceste condiţii, glicoliza anaerobă va

conduce la acid lactic).

În perioada postsacrificare a animalelor au loc, în mod treptat,

o serie de modificări: prerigiditate, rigiditate şi maturare, ţesutul

muscular devenind apt pentru consum.

Unii autori arată că după sacrificare, carnea (ţesutul muscular) ar

parcurge patru stadii:

• stadiul în care muşchiul este încă viu (muşchiul are pH-ul 7,0 şi apa

din ţesutul muscular este puternic legată de proteine);

• stadiul de respiraţie lentă, în care caz, muşchiul este mai relaxat, mai

moale şi mai elastic, cu fibrele musculare umflate, deoarece apa devine

mai puţin legată de proteine;

• stadiul de rigor mortis este caracterizat prin legarea reversibilă a

proteinelor active şi miozinei în complexul actinomiozinic;

• stadiul de maturaţie caracterizat de faptul că ţesutul muscular devine

mai moale, mai fraged, mai aromat.

Stadiile menţionate au caractere specifice:• stadiul de prerigiditate (prerigor mortis) care intervine după sângerare,

când în ţesutul muscular se instalează anoxia (pe suprafaţa cărnii se observă contracţii fibrilare puternice, mai ales la muşchii pielii, contracţii care scad în intensitate şi frecvenţă pe parcursul răcirii carcasei). Prerigiditatea durează câteva ore, în funcţie de numeroşi factori, şi anume:

• specia de animale sau provenienţa cărnii (bovine, bubaline, ovine, porcine, caprine, găini, curci, gâşte, raţe);

• pH-ul cărnii în momentul sacrificării (depinde de activitatea muşchiului înainte de tăiere, de rezervele de glicogen condiţionate de nivelul de hrănire);

• factorii climatici (temperatură, umiditate);• starea de sănătate şi de oboseală a animalului;• conţinutul cărnii în compuşi macroergici (ATP, PC).

Carnea din această perioadă, prin presare, nu lasă exsudat, fiind flexibilă, moale, relaxată şi cu pH mai redus (acesta diminuă de la 7,0-7,2 cât este şi în timpul vieţii, spre 6,4), iar organoleptic aceasta este fadă, fără frăgezime şi suculentă, flexibilă, moale, relaxată.

Rigiditatea musculară, rigor mortis, înţepenirea musculară, apărută

după moartea animalului (la 1-3 ore) şi care durează cca 24 de ore.

Muşchii sunt înţepeniţi, legătura apă-proteină diminuează şi pH-ul

scade la 5,4 prin transformarea glicogenului din muşchi în acid lactic.

Durata rigidităţii este condiţionată de numeroase cauze, dar cele mai

importante sunt: activitatea sistemului enzimatic implicat în hidroliză

şi resinteza ATP-ului; conţinutul în ATP, fosfocreatină şi glicogen la

sacrificarea animalului; temperatura de păstrare a cărnii.

Rigiditatea parcurge două trepte: începerea (când structura chimică a

proteinelor, în special a celor miofibrilare nu este alterată) şi

menţinerea rigidităţii; rezoluţia rigidităţii.

Transformările biochimice ce au loc în ţesutul muscular în acest

stadiu pot fi sintetizate după cum urmează:

• degradarea compuşilor macroergici şi ai glicogenului (în prima etapă, ATP-

ul se sintetizează eficace si se menţine pe seama fosfocreatinei şi în a doua

etapă se diminuează nivelul ATP-ului la 10%, din cauza epuizării

fosfocreatinei);

• viteza şi amplitudinea scăderii pH-ului: reducerea pH-ului este direct

proporţională cu activitatea de hidroliză a ATP-ului, fiind determinată de

capacitatea tampon a ţesutului muscular şi de rezervele de glicogen în

momentul suprimării vieţii animalului; amplitudinea depinde de tipul de

muşchi: cei cu contracţie rapidă/metabolism glicolitic şi intermediar vor

avea un pH mai redus (5,4-5,7), faţă de cei cu contracţie lentă/metabolism

oxidativ cu pH 6,0;

• formarea complexului actomiozinic: dispariţia progresivă a ATP-ului este asociată

cu starea de contracţie prin formarea de actomiozină (actina şi miozina alunecă una

pe alta în cursul contracţiei musculare şi se adună într-o masă necontractilă);

• modificarea capacităţii de reţinere a apei (în muşchi, apa este legată în proporţie de

50% de proteinele miofibrilare, existând şi apă liberă, care este imobilizată în

structura miofibrilară şi reţinută prin forţe capilare). Capacitatea de reţinere a apei

este afectată numai de apa liberă, respectiv de pH-ul atins de carme (scăderea

acestuia determină reducerea volumului miofibrilar cu 40%).

Rigiditatea nu se instalează simultan în toată musculatura (începe cu trenul

anterior şi progresează treptat către cel posterior), fiind dată de activitatea muşchilor

din timpul vieţii, generată de valoarea rezervelor energetice (dependentă de

glicogen şi glucoza), de intensitatea şi viteza glicolizei, de cantitatea de acid lactic

acumulat şi de viteza de scădere a pH-ului. În condiţii normale, rigiditatea se

instalează la 3-5 ore de la sacrificare şi durează 24 de ore.

Factorii de variaţie a rigidităţiiAceştia sunt numeroşi, astfel: starea de sănătate şi de oboseală

a animalelor (cele brutalizate, pot manifesta stare de intoxicaţie şi rigiditatea se instalează mai repede);

• rezervele de glicogen-glucoză şi de ATP în momentul suprimării vieţii animalului (ATP în cantitate abundentă blochează glicoliza şi invers);

• integritatea proteinelor miofibrilare (stimulează instalarea rigidităţii);• cantitatea de acid lactic, în masa musculară în momentul sacrificării;• evoluţia pH-ului după sacrificarea animalelor (se manifestă tendinţa

de scădere a pH-ului, care favorizează instalarea rigidităţii,prin creşterea atracţiei dintre actină şi miozină);

• timpul şi temperatura de conservare a cărnii (carnea congelată după obţinere şi decongelată după un oarecare timp nu permite instalarea rigidităţii).

În stadiul de rigiditate, carnea prezintă următoarele

modificări biochimice:

• fibrele musculare sunt distincte, iar unele dintre ele prezintă

noduli, încreţituri, răsucituri;

• scăderea cantităţii de PC şi ATP este asociată cu producerea de

amoniac; imposibilitatea dezvoltării microflorei, fiind exclusă

alterarea cărnii, pH-ul scăzut asigurând o bună conservare;

• carnea are însuşiri organoleptice specifice nedorite (este tare,

lipsită de suculentă şi aromă) ceea ce o fac neconsumabilă;

• se înregistrează diminuarea rapidă a capacităţii de reţinere a apei.

Maturarea cărniiAceasta reprezintă autodigestia diastazică normală a cărnii şi are loc

imediat după dispariţia rigidităţii cadaverice. Este caracterizată prin viteză şi

intensitate, parametrii care sunt influenţaţi de factori biologici şi tehnologici.

Maturarea începe la cca 24 de ore după sacrificarea animalului, iar

durata acesteia este variabilă, în funcţie de temperatura de conservare (3

săptămâni la 2°C, 7 zile la 6°C şi 2 zile la 15°C). Metoda cea mai bună este

conservarea prin frig, în camere speciale la temperatura de 2°C, timp de 3

săptămâni, deoarece în aceste condiţii nu se pot dezvolta microorganismele

şi se asigură salubritatea cărnii.

La baza maturării cărnii stau 2 mecanisme: enzimatic şi fizico-

chimic. Aceste două mecanisme acţionează sinergic şi sunt influenţate de

temperatura de păstrare a cărnii.

Mecanismul enzimatic implică participarea enzimelor proteolitice intracelulare, care pot fi:

• proteinaze neutre activate de Ca2+, denumite şi calpaine şi care sunt localizate în sarcoplasmă. În timpul transformării muşchiului, în carne creşte cantitatea de calpaină liberă activă (este activată de Ca2+ din sarcoplasmă şi mitocondrii) prin eliberarea sa din complexul calpaină-calpastatină (calpastatina este un inhibitor al calpainelor). Datorită acţiunii calpainelor asupra proteinelor miofibrilare se măreşte gradul de frăgezime a cărnii.

• proteaze lizozomiale (catepsinele B, D, H, L) care au activitate optimă la pH 4-6 şi acţiune asupra proteinelor miofibrilare, dar şi asupra substanţei fundamentale a ţesutului conjunctiv;

• proteinaze cunoscute şi sub denumirea de prosom, proteasom, macropain, respectiv complex multifuncţional (multicatalelic) şi care se găsesc în sarcoplasmă. Acest sistem acţionează, în principal, asupra proteinelor sarcoplasmatice.

În general, acţiunea calpainelor este dependentă de pH, prezenţa Ca2+ şi a inhibitorilor; acţiunea catepsinelor este condiţionată de eliberarea lor din lizozomi; acţiunea sistemului multifuncţional este dependentă de pH şi prezenţa inhibitorilor.

Modul de activare şi acţiune a calpainelor

Mecanismul fizico-chimicAcidifierea ţesutului muscular este însoţită de creşterea presiunii osmotice de la 270 la

300 miliosmoli, cât reprezintă valoarea fiziologică, la 500-600 miliosmoli care reprezintă

valoarea atinsă în cursul rigidităţii. Această creştere a presiunii osmotice este determinată de

acumularea în sarcoplasmă a moleculelor cu masă moleculară mică (ioni, peptide, acid lactic

etc.). Creşterea presiunii osmotice facilitează acţiunea enzimelor proteolitice endogene, deci

se uşurează maturarea cărnii.

Prin acţiunea combinată a celor două mecanisme la maturarea cărnii au loc următoarele

modificări:

•slăbirea structurii sarcomerului, mai ales la nivelul liniei Z;

•degradarea redusă a actinomiozinei în actină şi miozină;

•degradarea proteinelor sarcoplasmatice;

•creşterea capacităţii de hidratare şi a capacităţii de reţinere a apei prin creşterea uşoară

a pH-ului spre valori de 5,8-6,2;

•îmbunătăţirea caracteristicilor senzoriale ale cărnii: frăgezime, suculenţă, aromă (gust

şi miros).

Transformări biochimice anormale ale cărniiÎn condiţiile depozitării necorespunzătoare a cărnii, se poate intensifica activitatea enzimatică proprie ţesutului muscular sau se favorizează dezvoltarea microorganismelor care pot conduce la diferite tipuri de alterări.Transformările biochimice anormale ale cărnii sunt reprezentate de: autoliză, încingere şi alterare.Autoliza reprezintă un proces de maturare avansată, când datorită enzimelor proprii (proteaze), are loc o degradare mai profundă a proteinelor cu formare de peptone, polipeptide şi peptide, precum şi o cantitate mai mare de aminoacizi, uree şi amoniac, în comparaţie cu maturarea normală. Autoliza nu este un proces generator de substanţe toxice, însă înrăutăţeşte proprietăţile senzoriale ale cărnii şi favorizează alterarea acesteia.Încingerea cărnii reprezintă un proces complex în care predomină fermentarea acidă provocată atât de enzimele glicolitice, cât şi de cele secretate de bacteriile lactice, în special, cele heterofermentative din genurile Leuconostoc (Leuconostoc mezeteroides) şi Lactobacillus (Lactobacillus brevis), care au şi proprietatea de a produce H2O2. Încingerea cărnii are loc în condiţiile în care carcasele grase sunt supuse răcirii lente, în încăperi cu o slabă circulaţie a aerului şi cu umiditate relativă mare.

Având în vedere scăderea lentă a temperaturii în profunzimea cărnii se favorizează trei procese:

• intensificarea glicogenolizei, care conduce la acumularea de acid lactic în cantităţi mai mari;

• intensificarea dezvoltării bacteriilor lactice homo şi heterofermentative, care vor produce din glucidele existente în carne - acid lactic, acid acetic, CO2 şi etanol;

• intensificarea proteolizei cu consecinţe negative asupra consistenţei cărnii.

Datorită H2O2 format, este afectat şi pigmentul cărnii (mioglobina) şi, respectiv, hemoglobina reziduală. Se formează coleglobina prin fixarea unui OH la gruparea metenică din poziţia a a hemului, coleglobina având culoare cenuşie-verzuie. Prin oxidarea avansată a hemului se ajunge la deschiderea inelului tetrapirolic al hemului la gruparea α-metenică şi se obţine verdohemoglobina.

Carnea încinsă se caracterizează prin următoarele:• aspectul exterior al cărnii este asemănător cărnii fierte;• pe secţiune, carnea încinsă este umedă şi culoarea este cenuşie cu

nuanţe de bronz şi chiar verde (în funcţie de conţinutul în coleglobina şi verdohemoglobina);

• rezistenţa este redusă la rupere, consistenţă moale din cauza slăbirii legăturii dintre fibrele musculare;

• mirosul este acru - încins în care se simte prezenţa H2S (H2S poate proveni din descompunerea aminoacizilor cu sulf: cistină, cisteină, metionină).

În condiţiile în care carnea încinsă corespunde din punct de vedere bacteriologic, ea poate fii recondiţionată prin tăiere în felii şi menţinută în condiţii de refrigerare timp de 24 ore.

Dacă mirosul acid a dispărut şi carnea a căpătat aspect normal, aceasta poate fi utilizată la fabricarea preparatelor din carne, care se pasteurizează, dar numai în cantităţi reduse.

De remarcat că procesul de încingere afectează mai mult carcasele de porc grase, care sunt supuse răcirii lente.

Alterarea cărnii reprezintă transformările biochimice şi fizico-chimice efectuate de microorganismele de alterare, care se dezvoltă foarte mult în condiţiile păstrării cărnii în mediu necorespunzător de temperatură şi umiditate relativă. Bacteriile de alterare (putrefacţie) pot fi:

• aerobe: B. proteus, B. aerogenes, B. liquefaciens, B. subtilis, B. mezentericus, B. mycoides, B. cereus, M. albus, Staph. aureus, Escherichia coli;

• anaerobe: Cl. sporogenes, Cl. putrificus, Cl. perfringens (Cl. welchii) B. posthumum, B. foetides etc.

Factorii favorizanţi ai alterării sunt:• factori extrinseci (temperatura, oxigenul, speciile de microorganisme

prezentate);• factori intrinseci (pH, umiditatea produsului, prezenţa substratului uşor

asimilabil sau degradabil).Carnea poate suferi două tipuri de alterare: superficială şi profundă.

Alterarea superficială

Are loc la temperaturi de 0-10°C, în condiţiile în care, umiditatea

relativă din depozit este de 90%. În aceste condiţii se favorizează

dezvoltarea microorganismelor psihrofile şi psihrotrope ale genurilor

Pseudomonas şi Psihrobacter.

La un nivel de 107 bacterii/cm2 în carne apare mirosul de putrefacţie,

iar la un nivel de 109 bacterii/cm2, mirosul este asociat cu formarea de

mucus. La alterarea superficială se consumă mai întâi glucoza şi compuşii

săi de oxidare, apoi lactatul, se formează NH3 prin catabolizarea creatinei şi

creatininei. În continuare, bacteriile, în special cele din genul Pseudomonas,

atacă proteinele cu formarea de compuşi rău mirositori (sulfuri, esteri, NH3,

H2S). Culoarea cărnii se modifică prin formarea de sulfmioglobină (culoarea

verzuie).

Alterarea profundăAre loc în cazul în care carnea este contaminată intern cu clostridii

şi temperatura de păstrare este >20°C. În prima etapă sunt active clostridiile glucidolitice, cum ar fi Cl. perfringens. Se formează CO2 şi H2, carnea devenind buretoasă. În etapa a doua acţionează clostridiile proteolitice, cum ar fi: Cl. sporogenes şi Cl. putrificus, când se formează diferite amine toxice (histamină, tiramină, triptamină, cadaverină, putresceină, agmatină, spermină, spermidină etc), fenoli, crezoli, indoli, scatol, mercaptan, H2S, CO2.

În condiţiile păstrării cărnii la temperaturi de 10-25°C poate avea loc alterarea totală (superficială şi în profunzime). Alterarea de suprafaţă este provocată de bacterii aerobe psihotrope şi mezofile, aparţinând genurilor Pseudomonas şi Lactobacillus (viridiscens, fermenti) formatoare de mucus. Aceste microorganisme pregătesc terenul pentru dezvoltarea microorganismelor de alterare (bacterii din genurile Bacillus şi Clostridium). În acest caz, unele specii de Bacillus (megatherium, subtilis, mezentericus) pot degrada grăsimile prin hidroliză, carnea căpătând miros acru, de încins. Prin descompunerea lecitinei se formează colină, care prin oxidare conduce la substanţe toxice, cum ar fi: muscarină, trimetil-amină.

Aminoacizii pot fi:

• decarboxilaţi, cu formare de CO2 şi amine;

• dezaminaţi (oxidativ, desaturant, reductiv) cu formare de NH3 şi diverşi acizi

(acizi simpli, cetoacizi, acizi nesaturaţi);

• transformaţi în compuşi indolici (indol, metil-indol).

Practic, alterarea totală începe cu alterarea aerobă superficială

produsă de bacterii, care au activitate endo şi exopeptidazică, alterare care

este favorizată şi de gradul de maturare a cărnii (prezenţa substraturilor uşor

degradabile şi asimilabile). Prin crearea condiţiilor de anaerobioză şi pH

ridicat, se favorizează în continuare alterarea de profunzime, care modifică

total caracteristicile senzoriale ale cărnii (aspect, culoare, consistenţă,

miros), aceasta devenind toxică, ceea ce implică confiscarea ei.