Articolul de mai jos reprezinta o parte din cursul de Tehnologia carnii si a produselor derivate, predat la specializarile TPPA, CEPA si IMAPA din cadrul Universitatilor Agronomice din Romania.

În muschi au loc procese de transformare (degradarea si biosinteza), în principal în timpul vietii animalului, prin care se genereaza si utilizeaza bioenergia. Aceste procese au un caracter unilateral dupa sacrificarea animalului, în sensul ca devin, în esenta, degradative (cu exceptia fazei de prerigiditate).
Muschiul este constituit din fibre (celule modificate sau plasmodii). Muschiul serveste la miscarea diverselor parti sau organe ale corpului animalului, datorita proprietatilor fundamentale ale acestuia (contractibilitatea si elasticitatea). Fibrele musculare se diferentiaza între ele prin principala cale de regenerare a ATP-ului si pot fi:
•    fibre cu contractie lenta si metabolism oxidativ (sinteza ATP se face pe cale oxidativa);
•    fibre cu contractie rapida si metabolism hidrolitic (sinteza ATP se face, în principal, prin glicoliza);
•   fibre cu contractie rapida si metabolism mixt ( refacerea ATP-ului pe cale oxidativa si prin glicoliza).
La muschiul în viata, unde are loc procesul de contractie-relaxare, acesta are nevoie de energie, cerintele energetice fiind grupate în doua categorii:
•    cerinte energetice pentru eforturi de scurta durata, care sunt asigurate de compusii macroergici, cum ar fi ATP-ul;
•     cerinte energetice pentru eforturi de lunga durata care sunt asigurate prin degradarea glicolitica a glicogenului si prin oxidari, care conduc la regenerarea unui numar mare de molecule de ATP. Cerintele energetice sunt esalonate dupa cum urmeaza:
–    energie de activare - care este necesara depolarizarii membranelor (punerea în functie a pompelor de Na/K si de Ca2+ din sarcoplasma);
–    energie de contractie - care este cheltuita în interiorul fibrelor musculare la producerea lucrului mecanic de contractie si la întinderea elementelor elastice ale muschiului, energie care se elibereaza ulterior sub forma de caldura;
–    energie de relaxare pentru efortul osmotic, respectiv echilibrarea presiunilor osmotice.
Având în vedere ca energia în toate cele trei cazuri este data de ATP si ca acest compus macroergic se gaseste într-o concentratie relativ scazuta, ATP-ul trebuie permanent refacut si aceasta refacere are loc în mod diferit, în functie de tipul de efort: de scurta durata si de lunga durata.       
În primul caz (eforturi de scurta durata), refacerea ATP are loc pe doua cai:
•    prima cale implica prezenta ADP si fosfocreatinei sub influenta creatinfosfochinazei
ADP + PC (fosfocreatina)                    ATP + Creatina (C)
•     a doua cale implica prezenta ADP si a unei enzime - miokinaza
2 ADP                     ATP+AMP
Aceasta reactie contribuie doar cu 10% la refacerea nivelului de ATP. În cel de al doilea caz (eforturi de lunga durata), refacerea ATP se face prin catabolismul glucozei care implica doua etape:
-    etapa I care are loc în sarcoplasma, unde glucoza provenita din sânge sau prin degradarea glicogenului (glucozo-l-fosfat) este transformata printr-o secventa de reactii, în 2 moli de acid piruvic, bilantul glicolizei fiind:
 
-    etapa a II-a are loc în mitocondrii, unde acidul piruvic sufera o serie de degradari oxidative în ciclul Krebs cuplat cu lantul respirator, bilantul oxidarii complete fiind:
2 Piruvat + 5 O2 + 30 Pi + 30 ADP ? 6 CO2 + 30 ATP + 34 H2O
Ansamblul reactiilor glicolizei si ciclului Krebs conduce la reducerea cofactorilor NAD si FAD în NADH + H + FADH2 si, în prezenta O2, acesti compusi sunt reoxidati în lantul respirator, la nivelul membranei interne mitocondriale. În acest fel, catabolismul aerob al glucozei va conduce la 38 moli ATP, respectiv 39 moli ATP daca se pleaca de la glicogen.
Pentru a întelege reactiile care au loc în cele doua etape este necesara cunoasterea metabolismului glicogenului si mecanismele de reglare, în aceasta directie trebuie avut în vedere urmatoarele:
•    localizarea glicogenului (acesta este stocat în fibrele musculare sub forma de granule si agregate în sarcoplasma, lizozomi, mitocondrii,precum si în celulele hepatice);
•    sinteza glicogenului care este sub dependenta glicogen-sintetazei si enzimei de ramificare;
•    reglarea metabolismului glicogenului care implica reglarea hormonala (adrenalina, Ca2+, insulina).
Concentratia de glicogen în tesutul muscular variaza în functie de diferiti factori: rasa, sex, tipul de muschi, temperatura mediului ambiant, alimentatie, transport, durata de stocare în abator, amestecarea animalelor în perioada presacrificarii.
La anumite rase de porcine, cum ar fi rasa Hampshire, si în muschii albi-rapizi, de la celelalte rase de porcine, continutul de glicogen este mai mare. Temperatura mediului ambiant < 15°C (12-15°C), alimentatia corecta a animalelor, transportul confortabil, stocarea în abator <12 h si evitarea oricaror bruscari ale animalelor înainte de sacrificare, pastreaza nivelul de glicogen din muschi la valori mai ridicate.

BIOCHIMIA CARNII NORMALE

Activitatea muschiului dupa sacrificare
Dupa sacrificarea animalului, prin întreruperea circulatiei sanguine (sângerare), structurile vii ale muschiului continua sa functioneze pentru un timp, în vederea obtinerii homeostaziei.
Activitatea muschiului depinde acum de rezervele sale energetice capabile sa regenereze ATP, rezerve care sunt reprezentate de glicogen si fosfocreatina. Prin întreruperea circulatiei sanguine înceteaza aportul în oxigen al musculaturii, calea de sinteza a ATP-ului prin ciclul Krebs si fosforilarea oxidativa sunt anulate si, în consecinta, degradarea glicogenului pe calea metabolismului anaerob va conduce la producerea de acid lactic si H+.
       

Bilantul total al glicolizei va fi:
(Glucoza)n + (1+ m) H2O + m PC2 ?(Glucoza)n-l + m P2i + 2 (Lactat) + m Creatina + 2 H+
    Rezulta ca prin suprimarea vietii animalului, tonusul muscular, care reprezinta un mecanism viu, coordonat neuroendocrin, se va transforma într-un tesut fara coordonare (se va transforma în carne) ce însa va continua, pentru o perioada scurta, sa "traiasca" pe seama substantelor energetice proprii, si anume, fosfocreatina si ATP (acesta din urma se va regenera cât timp exista fosfocreatina, dupa care, viteza de degradare a ATP-ului va depasi pe cea de resinteza pe seama degradarii glicogenului si, în aceste conditii, glicoliza anaeroba va conduce la acid lactic).
În perioada postsacrificare a animalelor au loc, în mod treptat, o serie de modificari: prerigiditate, rigiditate si maturare, tesutul muscular devenind apt pentru consum.
Unii autori arata ca dupa sacrificare, carnea (tesutul muscular) ar parcurge patru stadii:
•    stadiul în care muschiul este înca viu (muschiul are pH-ul 7,0 si apa din tesutul muscular este puternic legata de proteine);
•    stadiul de respiratie lenta, în care caz, muschiul este mai relaxat, mai moale si mai elastic, cu fibrele musculare umflate, deoarece apa devine mai putin legata de proteine;
•    stadiul de rigor mortis este caracterizat prin legarea ireversibila a proteinelor active si miozinei în complexul actinomiozinic;
•    stadiul de maturatie caracterizat de faptul ca tesutul muscular devine mai moale, mai fraged, mai aromat.
Stadiile mentionate au caractere specifice:
•    stadiul de prerigiditate (prerigor mortis) care intervine dupa sângerare, când în tesutul muscular se instaleaza anoxia (pe suprafata carnii se observa contractii fibrilare puternice, mai ales la muschii pielii, contractii care scad în intensitate si frecventa pe parcursul racirii carcasei). Prerigiditatea dureaza câteva ore, în functie de numerosi factori, si anume:
•    specia de animale sau provenienta carnii (bovine, bubaline, ovine, porcine, caprine, gaini, curci, gâste, rate);
•    pH-ul carnii în momentul sacrificarii (depinde de activitatea muschiului înainte de taiere, de rezervele de glicogen conditionate de nivelul de hranire);
•    factorii climatici (temperatura, umiditate);
•    starea de sanatate si de oboseala a animalului;
•    continutul carnii în compusi macroergici (ATP, PC).
Carnea din aceasta perioada, prin presare, nu lasa exsudat, fiind flexibila, moale, relaxata si cu pH mai redus (acesta diminua de la 7,0-7,2 cât este si în timpul vietii, spre 6,4), iar organoleptic aceasta este fada, fara fragezime si suculenta, flexibila, moale, relaxata.
Rigiditatea musculara, rigor mortis, întepenirea musculara, aparuta dupa moartea animalului (la 1-3 ore) si care dureaza cca 24 de ore. Muschii sunt întepeniti, legatura apa-proteina diminueaza si pH-ul scade la 5,4 prin transformarea glicogenului din muschi în acid lactic.
Durata rigiditatii este conditionata de numeroase cauze, dar cele mai importante sunt: activitatea sistemului enzimatic implicat în hidroliza si resinteza ATP-ului; continutul în ATP, fosfocreatina si glicogen la sacrificarea animalului; temperatura de pastrare a carnii.
Rigiditatea parcurge doua trepte: începerea (când structura chimica a proteinelor, în special a celor miofibrilare nu este alterata) si mentinerea rigiditatii; rezolutia rigiditatii.
Transformarile biochimice ce au loc în tesutul muscular în acest stadiu pot fi sintetizate dupa cum urmeaza:
•    degradarea compusilor macroergici si ai glicogenului (în prima etapa, ATP-ul se sintetizeaza eficace si se mentine pe seama fosfocreatinei si în a doua etapa se diminueaza nivelul ATP-ului la 10%, din cauza epuizarii fosfocreatinei);
•    viteza si amplitudinea scaderii pH-ului: reducerea pH-ului este direct proportionala cu activitatea de hidroliza a ATP-ului, fiind determinata de capacitatea tampon a tesutului muscular si de rezervele de glicogen în momentul suprimarii vietii animalului; amplitudinea depinde de tipul de muschi: cei cu contractie rapida/metabolism glicolitic si intermediar vor avea un pH mai redus (5,4-5,7), fata de cei cu contractie lenta/metabolism oxidativ cu pH 6,0;
•    formarea complexului actomiozinic: disparitia progresiva a ATP-ului este asociata cu starea de contractie prin formarea de actomiozina (actina si miozina aluneca una pe alta în cursul contractiei musculare si se aduna într-o masa necontractila);
•    - modificarea capacitatii de retinere a apei (în muschi, apa este legata în proportie de 50% de proteinele miofibrilare, existând si apa libera, care este imobilizata în structura miofibrilara si retinuta prin forte capilare). Capacitatea de retinere a apei este afectata numai de apa libera, respectiv de pH-ul atins de carme (scaderea acestuia determina reducerea volumului miofibrilar cu 40%).
Rigiditatea nu se instaleaza simultan în toata musculatura (începe cu trenul anterior si progreseaza treptat catre cel posterior), fiind data de activitatea muschilor din timpul vietii, generata de valoarea rezervelor energetice (dependenta de glicogen si glucoza), de intensitatea si viteza glicolizei, de cantitatea de acid lactic acumulat si de viteza de scadere a pH-ului. În conditii normale, rigiditatea se instaleaza la 3-5 ore de la sacrificare si dureaza 24 de ore.

Factorii de variatie a rigiditatii

Acestia sunt numerosi, astfel: starea de sanatate si de oboseala a animalelor (cele brutalizate, pot manifesta stare de intoxicatie si rigiditatea se instaleaza mai repede);
•    rezervele de glicogen-glucoza si de ATP în momentul suprimarii vietii animalului (ATP în cantitate abundenta blocheaza glicoliza si invers);
•    integritatea proteinelor miofibrilare (stimuleaza instalarea rigiditatii);
•    cantitatea de acid lactic, în masa musculara în momentul sacrificarii;
•    evolutia pH-ului dupa sacrificarea animalelor (se manifesta tendinta de scadere a pH-ului, care favorizeaza instalarea rigiditatii,prin cresterea atractiei dintre actina si miozina);
•    timpul si temperatura de conservare a carnii (carnea congelata dupa obtinere si decongelata dupa un oarecare timp nu permite instalarea rigiditatii).
În stadiul de rigiditate, carnea prezinta urmatoarele modificari biochimice:
•    fibrele musculare sunt distincte, iar unele dintre ele prezinta noduli, încretituri, rasucituri;
•    scaderea cantitatii de PC si ATP, asociata cu producerea de amoniac; imposibilitatea dezvoltarii microflorei, fiind exclusa alterarea carnii, pH-ul scazut asigurând o buna conservare;
•    carnea are însusiri organoleptice specifice nedorite (este tare, lipsita de suculenta si aroma) ceea ce o fac neconsumabila;
•    se înregistreaza diminuarea rapida a capacitatii de retinere a apei.



Maturarea carnii

Aceasta reprezinta autodigestia diastazica normala a carnii si are loc imediat dupa disparitia rigiditatii cadaverice. Este caracterizata prin viteza si intensitate, parametrii care sunt influentati de factori biologici si tehnologici.
Maturarea începe la cca 24 de ore dupa sacrificarea animalului, iar durata acesteia este variabila, în functie de temperatura de conservare (3 saptamâni la 2°C, 7 zile la 6°C si 2 zile la 15°C). Metoda cea mai buna este conservarea prin frig, în camere speciale la temperatura de 2°C, timp de 3 saptamâni, deoarece în aceste conditii nu se pot dezvolta microorganismele si se asigura salubritatea carnii.
La baza maturarii carnii stau 2 mecanisme: enzimatic si fizico-chimic. Aceste doua mecanisme actioneaza sinergie si sunt influentate de temperatura de pastrare a carnii.
Mecanismul enzimatic implica participarea enzimelor proteolitice intracelulare, care pot fi:
•    proteinaze neutre activate de Ca2+, denumite si calpaine si care sunt localizate în sarcoplasma. În timpul transformarii muschiului, în carne creste cantitatea de calpaina libera activa (este activata deCa2+ din sarcoplasma si mitocondrii) prin eliberarea sa din complexul calpaina-calpastatina (calpastatina este un inhibitor alcalpainelor). Datorita actiunii calpainelor asupra proteinelor miofibrilare se mareste gradul de fragezime a carnii.
•    proteaze lizozomiale (catepsinele B, D, H, L) care au activitate optima la pH 4-6 si actiune asupra proteinelor miofibrilare, dar si asupra substantei fundamentale a tesutului conjunctiv;
•    proteinaze cunoscute si sub denumirea de prosom, proteasom, macropain, respectiv complex multifunctional (multicatalelic) si care se gasesc în sarcoplasma. Acest sistem actioneaza, în principal,asupra proteinelor sarcoplasmatice.
În general, actiunea calpainelor este dependenta de pH, prezenta Ca2+ si a inhibitorilor; actiunea catepsinelor este conditionata de eliberarea lor din lizozomi; actiunea sistemului multifunctional este dependenta de pH si prezenta inhibitorilor.

                Modul de activare si actiune a calpainelor

Mecanismul fizico-chimic
Acidifierea tesutului muscular este însotita de cresterea presiunii osmotice de la 270 la 300 miliosmoli, cât reprezinta valoarea fiziologica, la 500-600 miliosmoli care reprezinta valoarea atinsa în cursul rigiditatii. Aceasta crestere a presiunii osmotice este determinata de acumularea în sarcoplasma a moleculelor cu masa moleculara mica (ioni, peptide, acid lactic etc.). Cresterea presiunii osmotice faciliteaza actiunea enzimelor proteolitice endogene, deci se usureaza maturarea carnii.
Prin actiunea combinata a celor doua mecanisme la maturarea carnii au loc urmatoarele modificari:
•    slabirea structurii sarcomerului, mai ales la nivelul liniei Z;
•    degradarea redusa a actinomiozinei în actina si miozina;
•    degradarea proteinelor sarcoplasmatice;
•    cresterea capacitatii de hidratare si a capacitatii de retinere a apei prin cresterea usoara a pH-ului spre valori de 5,8-6,2;
•    îmbunatatirea caracteristicilor senzoriale ale carnii: fragezime, suculenta, aroma (gust si miros).
Transformari biochimice anormale ale carnii

În conditiile depozitarii necorespunzatoare a carnii, se poate intensifica activitatea enzimatica proprie tesutului muscular sau se favorizeaza dezvoltarea microorganismelor care pot conduce la diferite tipuri de alterari.
Transformarile biochimice anormale ale carnii sunt reprezentate de: autoliza, încingere si alterare.
Autoliza reprezinta un proces de maturare avansata, când datorita enzimelor proprii (proteaze), are loc o degradare mai profunda a proteinelor cu formare de peptone, polipeptide si peptide, precum si o cantitate mai mare de aminoacizi, uree si amoniac, în comparatie cu maturarea normala. Autoliza nu este un proces generator de substante toxice, însa înrautateste proprietatile senzoriale ale carnii si favorizeaza alterarea acesteia.
Încingerea carnii reprezinta un proces complex în care predomina fermentarea acida provocata atât de enzimele glicolitice, cât si de cele secretate de bacteriile lactice, în special, cele heterofermentative din genurile Leuconostoc (Leuconostoc mezeteroides) si Lactobacillus (Lacobacillus brevis), care au si proprietatea de a produce H2O2. Încingerea carnii are loc în conditiile în care carcasele grase sunt supuse racirii lente, în încaperi cu o slaba circulatie a aerului si cu umiditate relativa mare.
Având în vedere scaderea lenta a temperaturii în profunzimea carnii se favorizeaza trei procese:
•    intensificarea glicogenolizei, care conduce la acumularea de acid lactic în cantitati mai mari;
•    intensificarea dezvoltarii bacteriilor lactice homo si heterofermentative, care vor produce din glucidele existente în carne - acid lactic,acid acetic, CO2 si etanol;
•    intensificarea proteolizei cu consecinte negative asupra consistenteicarnii.
Datorita H2O2 format, este afectat si pigmentul carnii (mioglobina) si, respectiv, hemoglobina reziduala. Se formeaza coleglobina prin fixarea unui OH la gruparea metenica din pozitia a a hemului, coleglobina având culoare cenusie-verzuie. Prin oxidarea avansata a hemului se ajunge la deschiderea inelului tetrapirolic al hemului la gruparea a-metenica si se obtine verdohemoglobina.
Carnea încinsa se caracterizeaza prin urmatoarele:
•    aspectul exterior al carnii este asemanator carnii fierte;
•    pe sectiune, carnea încinsa este umeda si culoarea este cenusie cu nuante de bronz si chiar verde (în functie de continutul în coleglobina si verdohemoglobina);
•    rezistenta este redusa la rupere, consistenta moale din cauza slabirii legaturii dintre fibrele musculare;
•    mirosul este acru - încins în care se simte prezenta H2S (H2S poate proveni din descompunerea aminoacizilor cu sulf: cistina, cisteina,metionina).
În conditiile în care carnea încinsa corespunde din punct de vedere bacteriologic, ea poate fii reconditionata prin taiere în felii si mentinuta în conditii de refrigerare timp de 24 ore.
Daca mirosul acid a disparut si carnea a capatat aspect normal, aceasta poate fi utilizata la fabricarea preparatelor din carne, care se pasteurizeaza, dar numai în cantitati reduse.
De remarcat ca procesul de încingere afecteaza mai mult carcasele de porc grase, care sunt supuse racirii lente.
Alterarea carnii reprezinta transformarile biochimice si fizico-chimice efectuate de microorganismele de alterare, care se dezvolta foarte mult în conditiile pastrarii carnii în mediu necorespunzator de temperatura si umiditate relativa. Bacteriile de alterare (putrefactie) pot fi:
•    aerobe: B. proteus, B. aerogenes, B. liquefaciens. B. subtilis, B. mezentericus, B. mycoides, B. cereus, M. albus, Staph. aureus, Escherichia coli;
•    anaerobe: CI. sporogenes, CI. putrificus, CI. perfringens (CI. welchii)B. posthumum, B.foetides etc.
Factorii favorizanti ai alterarii sunt:
•    factori extrinseci (temperatura, oxigenul, speciile de microorganisme prezentate);
•    factori intrinseci (pH, umiditatea produsului, prezenta substratului usor asimilabil sau degradabil .).
Carnea poate suferi doua tipuri de alterare: superficiala si profunda.

Alterarea superficiala

Are loc la temperaturi de 0-10°C, în conditiile în care, umiditatea relativa din depozit este de 90%. în aceste conditii se favorizeaza dezvoltarea microorganismelor psihrofile si psihrotrope ale genurilor Pseudomonas si Psihrobacter.
La un nivel de 107 bacterii/cm2 carne apare mirosul de putrefactie, iar la un nivel de 109 bacterii/cm2, mirosul este asociat cu formarea de mucus. La alterarea superficiala se consuma mai întâi glucoza si compusii sai de oxidare, apoi lactatul, se formeaza NH3 prin catabolizarea creatinei si creatininei. în continuare, bacteriile, în special cele din genul Pseudomonas, ataca proteinele cu formarea de compusi rau mirositori (sulfuri, esteri, NH3,H2S).
Culoarea carnii se modifica prin formarea de sulfmioglobina (culoarea verzuie).

Alterarea profunda

Are loc în cazul în care carnea este contaminata intern cu clostridii si temperatura de pastrare este >20°C. In prima etapa sunt active clostridiile glucidolitice, cum ar fi Cl. perfringens. Se formeaza CO2 si H2, carnea devenind buretoasa. În etapa a doua actioneaza clostridiile proteolitice, cum ar fi: CI. sporogenes si Cl. putrificus, când se formeaza diferite amine toxice (histamina, tiramina, triptamina, cadaverina, putresceina, agmatina, spermina, spermidina etc). fenoli, crezoli, indoli, scatol, mercaptan, H2S, CO2.
În conditiile pastrarii carnii la temperaturi de 10-25 °C poate avea loc alterarea totala (superficiala si în profunzime). Alterarea de suprafata este provocata de bacterii aerobe psihotrope si mezofile, apartinând genu¬rilor Pseudomonas si Lactobacillus (viridiscens, fermenti) formatoare de mucus. Aceste microorganisme pregatesc terenul pentru dezvoltarea microorganismelor de alterare (bacterii din genurile Bacillus si Clostridium). În acest caz, unele specii de Bacillus (megatherium, subtilis-mezentericus) pot degrada grasimile prin hidroliza, carnea capatând miros acru, de încins. Prin descompunerea lecitinei se formeaza colina, care prin oxidare conduce la substante toxice, cum ar fi: muscarina, trimetil-amina. Schema generala de transformare microbiana a protidelor este urmatoarea:
Aminoacizii pot fi:
•    decarboxilati, cu formare de COi si amine;
•    dezaminati (oxidativ, desaturant, reductiv) cu formare de NH3 si diversi acizi (acizi simpli, cetoacizi, acizi nesaturati);
•    transformati în compusi indolici (indol, metil-indol).
Practic, alterarea totala începe cu alterarea aeroba superficiala produsa de bacterii, care au activitate endo si exopeptidazica, alterare care este favorizata si de gradul de maturare a carnii (prezenta substraturilor usor degradabile si asimilabile). Prin crearea conditiilor de anaerobioza si pH ridicat, se favorizeaza în continuare alterarea de profunzime, care modifica total caracteristicile senzoriale ale carnii (aspect, culoare, consistenta, miros), aceasta devenind toxica, ceea ce implica confiscarea ei.
Cu respect,
            Aurelian Lupu