TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BÁO CÁO MÔN HỌC CNCB THỊT & THỦY SẢN
Đề tài
ỨNG DỤNG ÁP SUẤT CAO TRONG BẢO
QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỊT
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Hiền
SVTH : HC07TP
NĂM HỌC 2010- 2011
1
MỞ ĐẦU
Theo xu hướng toàn cầu hóa, các nhà sản xuất các sản phẩm thịt đang phải
cạnh tranh gay gắt với nhau. Để giữ vững và nâng cao vị trí của họ, các công ty thực
phẩm và thịt cần quan tâm đến sự thay đổi trong thói quen mua sắm và tiêu thụ sản
phẩm của người tiêu dùng, cũng như quan điểm và nhu cầu của họ.
Nhu cầu của người tiêu dùng thay đổi liên tục nhưng một vài quan điểm
chính không thay đổi. Nhìn chung, người tiêu dùng luôn đòi hỏi chất lượng cao và
sự tiện dụng của các sản phẩm thịt, với mùi vị tự nhiên. Bên cạnh đó, họ còn yêu cầu
sự an toàn và các sản phẩm phải tự nhiên không bổ sung phụ gia như các chất bảo
quản, chất giữ ẩm…
Để đáp ứng tất cả những yêu cầu này mà không làm giảm độ an toàn thực
phẩm cần phải áp dụng các công nghệ mới trong công nghiệp thực phẩm nói chung
và trong công nghiệp thịt nói riêng. Hơn nữa, các sản phẩm thịt đóng gói chân
không dạng lát mỏng và dạng ướp là những dòng sản phẩm có nhu cầu gia tăng rất
cao trong vài năm gần đây. Những sản phẩm này có khả năng nhiễm khuẩn trước
khi đóng gói. Vì thế, giải pháp cần thiết là ứng dụng các kỹ thuật mới cho các dòng
sản phẩm trên. Hiện nay, một vài công nghệ mới đang được nghiên cứu trong đó áp
suất cao là một phương pháp có tiềm năng ứng dụng rất cao.
Áp suất cao là một kỹ thuật rất hứa hẹn đối với các sản phẩm thịt và nó cho
thấy tiềm năng trong việc phát triển các dòng sản phẩm mới tiêu thụ ít năng lượng.

của thịt chủ yếu là nước, protein (15-21%), chất béo (0,5-25%), các vitamin (giàu
3
vitamin nhóm B) và các oligonutrient. Theo quan điểm vật lý, khi gia tăng áp suất sẽ
có một ảnh hưởng vật lý lên các phân tử làm chúng tiến lại gần nhau hơn dẫn đến sự
chuyển pha, sự chuyển pha này có thể đảo ngược lại sau khi giảm áp. Điều này là
những gì đã xảy ra với nước và chất béo. Theo quan điểm hóa học, áp suất cao tác
động nhẹ hơn so với nhiệt độ. Các liên kết cộng hóa trị không bị phá vỡ nhưng các
liên kết yếu như liên kết hydro và liên kết kỵ nước có thể bị biến đổi bất thuận
nghịch (Cheftel, 1995).
Ảnh hưởng của áp suất lên nước chủ yếu bao gồm sự giảm nhiệt độ nóng
chảy và gia tăng sự ion hóa dẫn đến sự giảm pH. Những biến đổi này là thuận
nghịch theo áp suất. Nhưng chúng góp phần làm biến đổi những đặc điểm của sản
phẩm được xử lý áp suất cao. Calpastatin bị ức chế tại áp suất từ 200MPa trở lên
trong khi calpain bị thoái hóa ở áp suất trên 400MPa.
Tại áp suất thấp hơn 200MPa các lysosome bị phá vỡ, khả năng tự phân gia
tăng và thịt mềm hơn. Cathepsin H và aminopeptidase bị vô hoạt ở áp suất từ
200MPa trở lên và cathepsin D bị vô hoạt khi áp suất đạt tới 500MPa (Montero &
Gomez-Guillen, 2002). Các vitamin và đường trong thịt không bị biến đổi bởi áp
suất cao nhưng các polysaccharide có thể bị biến đổi. Nhìn chung, sự hình thành gel
bị ức chế bởi áp suất cao vì áp suất cao có thể biến đổi nhiệt độ chuyển pha từ sol
đến gel. Sự đông lại có thể được tạo ra bởi áp suất và sau đó gel tạo thành sẽ mềm
và sáng hơn.. Cấu trúc chính của protein bị ảnh hưởng nhẹ bởi áp suất cao, sự biến
đổi các liên kết yếu có thể làm biến tính protein hoặc ngược lại làm hoạt hóa
enzyme. Các ảnh hưởng này rất khác nhau phụ thuộc vào loại protein và điều kiện
của quá trình xử lý.
Áp suất cao mang lại sự chuyển pha thuận nghịch cho lipid từ lỏng thành rắn
dẫn đến sự đông lại. Nếu là một hỗn hợp lipid, áp suất cao có thể tạo ra sự phân tách
các pha khác nhau bằng việc phá hủy các tế bào membrane. Cheah và Ledward (1996)
cũng nghiên cứu các ảnh hưởng của áp suất về quá trình oxy hóa chất béo trong cơ bắp băm nhỏ. Trên cơ
sở dựa vào số đo của acid thiobarbituric (TBA), họ chỉ ra rằng trị giá TBA không tăng trong cơ bắp băm

con vật già, tránh lãng phí.
Một thử nghiệm để tăng độ mềm của thịt bởi áp suất cao lần đầu tiên được thực hiện
bởi Macfarlane (1973) ở Úc. Một điều rất quan trọng là phải lựa chọn thời gian nào của thịt sau khi giết
mổ thích hợp cho việc áp dụng áp suất cao.
2.2.1. Ảnh hưởng của áp suất cao lên cơ trước giai đoạn tê cứng:
Macfarlane (1973) đã thực hiện các phép đo khác nhau trên các cơ Biceps femoris tại 100 MPa
trong 2-4 phút. Kết quả cho thấy các cơ rút ngắn khoảng 35% so với các cơ không được xử lý áp suất.
Tuy nhiên các phép đo lực cắt chỉ ra rằng áp suất làm tăng độ mềm của thịt.
Kết quả nghiên cứu của Macfarlane cho thấy rằng việc sử dụng áp suất cao trong vài phút ở
nhiệt độ môi trường đã làm giảm lực cắt lên cơ trước tê. Phương pháp làm tăng độ mềm cho thịt bởi áp
suất cao cũng đã được báo cáo trong các tài liệu của Macfarlane (Macfarlane, Mckenzie, Turner, và Jones
năm 1981; Macfarlane và Morton 1978) và những người khác (Elgasim và Kennick 1982; Kennick,
Elgasim, Holmes, và Meyer 1980; Riffero và Holmes 1983).
5
2.2.2. Ảnh hưởng của các quá trình xử lý nhiệt và áp suất cao lên cơ sau
giai đoạn tê cứng
Mặc dù việc sử dụng áp suất tác động lên cơ trước tê cứng là một cách hiệu quả trong
việc xử lý độ dai của thịt. Quá trình còn có tiềm năng áp dụng cho thịt sau tê cứng. Bouton et al. (1977)
chứng minh rằng cơ sau tê cứng của trâu, bò sẽ không đạt được biến đổi như vậy khi sử dụng lực cắt
tương tự, trừ khi sử dụng áp suất cao ở nhiệt độ cao. Họ nói rằng khi áp suất là 150 MPa ở 60
o
C trong 30
phút là cần thiết để cải thiện giá trị cắt. Locker và Wild (1984) cũng cho rằng áp suất- nhiệt (PH) có hiệu
quả trong việc giữ mềm thịt sau một thời gian đáng kể tại một nhiệt độ cao.
Macfarlane (1985) đã trình bày một đề án bao gồm việc áp suất làm phân giải các protein và
mức độ mềm thịt bằng cách kết hợp áp suất với nhiệt độ. Trong đề án của mình, các protein bị phân giải
bởi áp suất cao là biến tính và không thể kết hợp bằng cách xử lý nhiệt, kết quả là làm mềm thịt. Việc sử
dụng PH thì hiệu quả trong việc khắc phục độ dai. Tuy nhiên, quá trình này có ảnh hưởng không tốt cho
thịt do màu nâu tạo ra bởi áp suất và nhiệt.
2.2.3. Cải thiện độ mềm của cơ sau tê cứng bằng cách sử dụng áp suất

xác về mức độ lão hóa của cấu trúc các sợi cơ và được thể hiện bằng các chỉ số sinh hóa của Miofibrillar
Aging (BIMA).
Nishiwaki, Ikeuchi, và Suzuki (1996) đo hoạt tính của ATPase (cường độ ion là khoảng
0,06-0,32 M KCl) của các cơ được xử lý bằng áp suất cao (30-300 MPa, 5 phút) và ở 4
o
C trong 7 ngày.
Sự thay đổi giá trị BIMA được hiển thị trong hình 8.1. Đối với cơ được xử lý như trên, giá trị BIMA tăng
dần với sự gia tăng của thời gian lưu trữ và đạt khoảng 2,5 lần so với các cơ của con vật chết (hình 8,1).
Giá trị BIMA của các tơ cơ gia tăng khi tăng áp suất lên 200 MPa và đạt đến mức giống như của các tơ cơ
để ở 4
o
C trong 7 ngày. Tuy nhiên, khi áp suất cao hơn (300 MPa) sẽ làm sụt giảm đáng kể giá trị của
BIMA.
Sự thay đổi cấu trúc của các sợi mỏng gây ra bởi áp suất là yếu tố chính ảnh hưởng đến giá
trị BIMA thu được trong các sợi cơ khi sử dụng áp suất cao trong một thời gian ngắn (5 phút). Những
thay đổi cấu trúc mạnh mẽ được quan sát từ những sợi cơ được xử lý áp suất , những thay đổi đó không
quan sát thấy trong các sợi cơ không xử lý bằng áp suất. Kết quả này gợi ý rằng việc áp dụng áp suất cao
cho các sợi cơ là nguyên nhân gây ra những thay đổi trong hoạt tính của ATPase và giá trị BIMA của các
sợi cơ.
7
Hình 1: Ảnh hưởng của áp suất cao và thời gian lên giá trị BIMA
2.2.4.2. Ảnh hưởng đến sự phân mảnh của tơ cơ
Các tơ cơ khi sử dụng các điều kiện đồng hóa thì ngắn hơn và tạo ra những khúc cơ ngắn hơn là
của những miếng thịt sau khi giết mổ (Takahashi, Fukazawa, và Yasui 1967) và sự phá vỡ các tơ cơ tại Z-
line thì liên quan đến sự gia tăng độ mềm thịt (Davey và Gilbert 1967; Fukazawa và Yasui 1967;
Takahashi et al 1967). Do đó sự phân mảnh các sợi tơ cơ được coi là hữu dụng để dự đoán sự mềm của
thịt (Calkins và Davis năm 1980; Olson, Parrish, và Stromer 1977).
Suzuki, Watanabe, Iwamura, Ikeuchi, và Saito (1990) cho thấy mức độ phân
mảnh trong tơ cơ từ các bắp thịt trâu, bò với áp suất (100-300 MPa, 5 phút) trong hình
8

polymer của actin-F xảy ra trong cơ và sự suy thoái của các sợi-I. (tức là, sự khử polymer của F-actin do
áp suất cao) có thể là một trong những nguyên nhân của sự phân mảnh. Một khả năng làm tăng tốc sự
phân mảnh của tơ cơ và đông tụ của các myofibrillar protein tại nơi phân tách đã được Macfarlane đề
nghị (1985) có thể làm tăng độ mềm của thịt khi sử dụng áp suất cao.
Từ những quan sát và phân tích ultrastructural SDS-PAGE của tơ cơ (dữ liệu
không được hiển thị, Suzuki et al 1990)., Cơ chế cho sự rối loạn trong cấu trúc liên
tục của tơ cơ gây ra bởi áp suất trong các điều kiện khác nhau.
2.2.4.3. Ảnh hưởng từ sự chuyển đổi α-Connectin thành β-Connectin
Nghiên cứu gần đây cho thấy một cách rõ ràng rằng một protein, thường được gọi là
connectin (còn gọi là titin) duy trì tính đàn hồi và tính ổn định cơ học của cơ xương. Lúc chết, các α-
connectin (khoảng 3.000 kDa) tồn tại cùng với một lượng nhỏ các phân đoạn phụ của nó, β-connectin
(khoảng 2.000 kDa; Maruyama, Kimura, Yoshidomi, Sawada, và Kikuchi 1984; Wang, McClure và Tu
1979).
10
Hình 3: Biểu diễn kết quả chạy điện di trong gel 2% polyacrylamide chứa 0,1% SDS và
0,5% agarose.
Chú thích:
- α = α-connectin
- β = β-connectin
- 1200k = 1200 kDa peptide
- N = nebulin
- M = chuỗi myosin lớm
Bởi vì khi sử dụng áp suất cao không tạo nên các chuỗi peptid , do đó nó được
quan tâm để giải thích những nghi ngờ rằng tại sao việc chuyển đổi α-connectin thành β-
connectin được gây ra bởi áp suất. Có hai lý thuyết về cơ chế tách connectin; một là sự phân hủy protein
bởi calpain (protease làm tăng hoạt tính Ca
2+
) và cathepsin D (Kim et al 1993, 1995;. Suzuki, Kim, và
11
Ikeuchi 1996), và hai là các phản ứng trực tiếp của ion Ca

quả trong việc loại bỏ được tính dai của tơ cơ (độ dai actomyosin), độ mềm của các mẫu được xử lý thì
được hạn chế bởi độ dai của các mô liên kết. Macfarlane et al. (1981) cũng cho thấy một sự chuyển tiếp
do thiếu vắng của các actin-F, nhưng mà do các mô liên kết đã không được thay đổi trong thermograms
(biểu đồ nhiệt độ) của cơ đã được sử lý bằng áp suất. Beilken, Macfarlane, và Jones (1990) cho rằng áp
suất điều trị ở các nhiệt độ khác nhau, từ 40 C° đến 80°C có rất ít hoặc không có biến đổi rõ rệt về sự dẻo
dai hơn là để tăng nhiệt độ bằng xử lý nhiệt làm giảm độ dai. Suzuki, Watanabe, Ikeuchi, Saito, và
Takahashi (1993) báo cáo rằng không có sự khác biệt đáng kể trong siêu cấu trúc (ultrastructure), điện di,
nhiệt độ hòa tan, và thermogram (biểu đồ nhiệt độ) của phân quét calorimetry (đo nhiệt lượng) (DSC)
phân tích của các collagen bắp phân lập từ một con bò sữa già đã được quan sát trong số các mẫu cơ
12
không được xử lý áp suất và các cơ được xử lý áp (100-400 MPa, 5 phút). Ảnh hưởng của áp suất vào
nhiệt độ biến tính và enthalpy theo thermogram được thể hiện trong bảng 1.
Gần đây Nishimura, Hattori, và Takahashi (1995) cho rằng sự suy yếu của các
mô liên kết trong cơ, endomysium (vỏ nội cơ) và perimysium (màng cơ), gây ra trong quá trình thì
tương quan với sự mềm thịt bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử để quét . Ueno, Ikeuchi và Suzuki
(1999) mô liên kết trong các cơ đã qua chế biến và xử lý áp suất bằng kính hiển vi quét điện tử. Trong
suốt thời gian xử lý, sự suy yếu cấu trúc của các endomysium và perimysium và sự phá vỡ các cấu trúc tổ
ong đã xuất hiện. Trong cơ được xử lý áp suất, biến dạng của cấu trúc tổ ong của endomysium được tăng
lên với sự gia tăng của áp suất tác động lên các cơ bắp, và mở rộng mạng lưới của endomysium đã được
quan sát trong các mẫu cơ tại 400 MPa. Hiện nay, kết luận đó không phải là chắc chắn rằng các áp suất
gây ra những thay đổi cơ cấu trong các mô liên kết dẫn đến một số hiệu ứng đáng kể đến độ mềm của thịt.
Nhưng nếu muốn hiểu rõ thêm thì phải nghiên cứu sâu hơn nữa để làm rõ vấn đề này.
Bảng 1: Ảnh hưởng của áp suất lên tình trạng biến tính của collagen trong cơ
Nhiệt độ biến tính (
o
C)
T
o
T
P

66.05
±
0.88
66.03
±
0.99
65.90
±
1.23
68.70
±
0.65
68.95
±
0.64
68.80
±
0.64
68.73
±
0.72
68.95
±
0.83
15.00
±
1.40
15.53
±
1.65

13
Màng tế bào là mục tiêu chính của sự phá hủy, chủ yếu qua việc làm rối loạn
sự vận chuyển các chất của màng tế bào do hậu quả của sự kết tinh phospholipid.
Các chức năng khác của tế bào bị ảnh hưởng bởi áp suất bao gồm: sự thay đổi trao
đổi ion, thành phần acid béo, hình thái học của ribosome, hình thái học tế bào, biến
tính protein và ức chế hoạt tính enzyme, sự mất ổn định của việc sao chép DNA, sự
hình thành không bào…Sự khác nhau về tính chất của màng tế bào có thể là một
nhân tố quan trọng trong việc xác định ảnh hưởng của áp suất hoặc stress lên vi sinh
vật. Trong một vài hệ vi sinh vật, người ta cho rằng sự phá hủy là do rối loạn sự vận
chuyển protein qua màng tế bào (Vogel, Molina-Guiterrez, Ulmer, Winter, &
Ganzle, 2001). Đây có thể là cơ chế chung làm cho tế bào chết. Nhìn chung, các tế
bào chết gia tăng khi tăng áp suất nhưng nó không tuân theo động học bậc 1.
2.3.2. Khả năng chịu áp suất cao của vi sinh vật
Nhìn chung, các vi khuẩn gram dương chịu được áp suất cao hơn vi khuẩn
gram âm. Hình thái tế bào cũng ảnh hưởng đến tác động của áp suất, vi khuẩn hình
que bị ảnh hưởng nhiều hơn hình cầu. Các tế bào ở pha phát triển dễ bị ảnhh hưởng
hơn các tế bào ở pha ổn định.
Bảng 2: Sự tiêu diệt vi sinh vật bởi áp suất
Ít mẫn cảm Dễ mẫn cảm
Bào tử Tế bào sinh dưỡng
Gram dương Gram âm
Tế bào trong pha ổn định Tế bào trong pha phát triển
Bacillus, Clostridium, Staphylococcus,
Listeria, Escherichia coli O157:H7
Yersinia, Vibrio, Salmonella, parasites
a
w
thấp a
w
cao

trường đệm phosphate.
Bảng 3: Sự giảm lượng vi khuẩn sau khi xử lý áp suất 500 MPa, 40
o
C trong 10
phút
Giống Dung dịch đệm
Phosphate
Mẫu thịt
Carnobacterium pisciola
LMG2739
Enterococcus faecium CTC492
Escherichia coli CTC1007
Escherichia coli CTC1018
Escherichia coli CTC1023
Lactobacillus sakei CTC494
Lactobacillus sakei CTC746
Leuconostom carnosum CTC747
5.79
6.79
7.23
5.53
5.78
7.01
6.33
6.33
7.92
4.67
4.67
3.97
5.54

Ban đầu dùng HHP Ban đầu dùng HHP Ban đầu dùng HHP
Staph. aureus
Độ giảm
LAB
Độ giảm
A
w
3.62
4.94
0.95
2.67
0.95
3.99
0.985
3.70
5.63
2.58
1.12
1.06
4.57
0.987
2.74
4.23
2.19
0.55
2.65
1.58
0.890
Nguồn: Garriga et al
Vi khuẩn dễ nhạy cảm với pH gần tối ưu sau khi xử lý nhiệt hoặc áp suất. vì

C). Các mẫu trong thiết bị B
được giữ dưới điểm phát hiện trong 30 ngày bảo quản, khi kết thúc thời gian lưu trữ
thì số lượng của chúng khoảng 10
8
cfu/g. Trong một thí nghiệm tương tự (bảng 3) so
sánh ảnh hưởng của áp suất lên các mẫu đùi lợn khô được cấy Listeria
17
monocytogenes, và trong 2 thiết bị khác nhau (A và C) tại 600MPa, 31
o
C trong 6
phút.
Bảng 5: So sánh sự tiêu diệt Listeria monocytogenes trong 2 thiết bị khác
nhau
Thời gian Thiết bị A Thiết bị C
Trước khi dùng HHP
1 ngày sau khi qua HHP
30 ngày sau khi qua HHP
60 ngày sau khi qua HHP
120 ngày sau khi qua HHP
2.71
a
0/2
b
0/3
b
0/3
b
0/3
b
2.75

thay đổi về nhiệt để sản xuất sẽ ảnh hưởng đến hương vị (thường có ảnh hưởng tốt).
Mùi vị của bắp thịt nấu chín thì phong phú hơn là các bắp thịt có mùi tự nhiên. Hầu
hết các cấu tử tạo nên hương vị và "meaty flavor" bao gồm một lượng đường khử
(thường là glucose), một nguồn axit amin và peptide, và hợp chất làm tăng hương vị
(taste enhancer)(ví dụ như inosinic acid; Baines và Mlotkiewicz 1984). Nói chung
có thể chấp nhận rằng hầu hết các thành phần này làm cho các mô cơ bắp tăng thời
gian bảo quản, do phản ứng hóa học của các thành phần nhất định của cơ. Rất ít thông
tin về các ảnh hưởng của áp suất cao đến các cấu tử tạo mùi và hương vị cho thịt.
Trong báo cáo của Suzuki, Homma, Fukuda, Hirao, Uryu, và Ikeuchi (1994) cho thấy rằng
số lượng của các peptide và axit amin dường như tăng lên khi ta xử lý áp suất cao đến 300 MPa (5 phút)
đối với bắp thịt thỏ dorsi Longissimus, nhưng sự khác nhau giữa các lần xử lý bằng áp suất cao đã không
18
ý nghĩa thống kê. Khi các cơ bắp được lưu trữ tại 2°C trong 7 ngày, số lượng PPM (phenol reagent
positive materials) tăng lên đáng kể (khoảng 140-150%) đã được khảo sát cả đối với các cơ bắp được
xử lý lẫn không được xử lý bằng áp suất cao. Số lượng PPM từ các cơ bắp được xử lý áp suất cao thì cao
hơn những từ các cơ bắp không được xử lý. Nhưng PPM lai giảm tại 400 MPa, so với 300 MPa, có thể là
do một giảm nhẹ của hoạt động phân giải protein của enzyme nội sinh trong cơ bắp gây ra bởi áp suất cao
, giả thiết này phù hợp những nghiên cứu của Ohmori, Shigehisa, Taji, và Hayashi (1992), Homma,
Ikeuchi, và Suzuki (1994), và Jung, de Anton-Lamballerie, Taylor, và Ghouk (2000). Homma et al.
(1994) mô tả những ảnh hưởng của việc sử dụng áp suất cao lên enzyme phân hủy protein, đặc biệt là các
enzym catheptic ảnh hưởng đến thịt độ mềm của thịt, cũng như ảnh hưởng đến acid phosphatase, là hợp
chất được sử dụng để phá vỡ các màng lysosomal. Báo cáo của họ kết luận rằng sự gia tăng áp suất gây ra
những tác động đến số lượng protease hoạt động cơ bắp là do việc phát hành của các enzyme từ
lysosome.
Thành phần của acid inosinic (IMP), là chất được coi là đóng góp cho hương
vị “umami” của thịt (Suzuki et al. 1994), hầu như không bị ảnh hưởng bởi áp suất.
Những thay đổi về thành phần của các acid amin và kết quả từ phân tích bằng sắc ký lỏng cao áp (HPLC)
mô hình của peptide hòa tan trong các chiết xuất từ các bắp thịt thỏ được xử lý áp suất cũng được phân
tích. Từ những kết quả này, cho thấy rằng khi sự dụng áp suất cao lên các cơ thịt không gây ra những biến
đổi đáng kể nào về mùi.