Muốn dự trữ và chế biến thủy sản, trước hết cần phải am hiểu vấn đề sinh lý và quá trình biến đổi của thủy sản. Nếu không, sẽ không thể bảo quản thủy sản hợp lý và sinh ra nhiều lãng phí.
Nói chung, động vật thủy sản từ khi chết, sẽ biến đổi từ lúc còn tươi đến khi ươn thối qua bốn giai đoạn như sau:
Giai đoạn tiết nhớt
Lúc còn sống, thủy sản được bao bọc một lớp nhớt trong suốt. Khi hấp hối, lượng nhớt tiết ra càng lúc càng nhiều, có khi dày đến 5mm. Thành phần cấu tạo của nhớt chủ yếu là glucoprotein (muxin) là môi trường rất tốt cho vi sinh vật phát triển, để từ đó vi sinh vật dễ xâm nhập vào. Nhớt ban đầu trong suốt, không mùi, sau đó sẽ biến đục, có mùi chua và tanh.
Ở giai đoạn này chỉ có lớp nhớt bị phân hủy, còn phần thịt bên trong thủy sản vẫn tươi tốt. Do đó có thể rửa sạch nhớt trước khi chế biến làm lạnh vẫn đảm bảo tốt chất lượng sản phẩm.
Giai đoạn chết cứng
Thủy sản vừa đình chỉ tiết nhớt thì bắt đầu co cứng lại dần dần từ cơ cổ lan dần theo sống lưng đến bắp cơ ở thân và cuối cùng là đuôi.Sự chết cứng xảy ra do cả một quá trình biến đổi hóa sinh phức tạp trong bắp cơ, được phân tích như sau:
Quá trình glyco-giải
Trước tiên glycogen bị phân giải ra axit lactic với sự tham gia của hợp chất cao năng ATP.
Sự tích lũy axit lactic làm hạ pH từ 7,0 – 5,7 gần bằng điểm đẳng điện của protein bắp cơ (pH = 5 – 5,5) khiến thủy sản có tính axit, do đó ức chế được sự phát triển của vi sinh vật. Ngoài ra ở pH này, lượng nước liên kết trong thịt thủy sản giảm xuống tối đa còn 75% do protein bị ngưng kết và giảm độ hydrat-hóa.
Đến cuối, giai đoạn chết cứng, glycogen tiếp tục phân giải cho ra maltoza, glucoza… chiếm 1/10 lượng glycogen bị phân giải.
Quá trình phân giải ATP và creatinphosphat
ATP chiếm 0,3% khối lượng bắp cơ là một hợp chất chứa năng lượng cho sự làm việc của bắp cơ. Axit adenosintriphosphoric bị thủy phân dưới ảnh hưởng của ezym adenosindiphosphataza của myosin tạo thành axit adenosindiphosphoric (ADP) và phosphat vô cơ tự do, phần năng lượng được giải phóng tham gia vào việc cử động bắp cơ.
Trong bắp cơ, 80% creatin tự do kết hợp với axit phosphoric trong một hợp chất cao năng là creatinphosphat (năng lượng thủy phân là 15 Kcal/mol). Sự phân giải creatinphosphat xảy ra ngay sau khi cá chết để tham gia tái tạo ATP trong quá trình glyco-giải.
Ngược lại, axit phosphoric sinh ra trong quá trình phân giải ATP được tái tạo trong creatinphosphat. ATP tổng hợp cần bằng với ATP phân giải bởi myosin. Vì vậy khi lượng glycogen còn tương đối lớn thì không thể xảy ra phân giải ATP hoàn toàn vì pH của bắp cơ xuống đến điểm đẳng điện, vì thế thời gian chết cứng kéo dài và bắp cơ ở trạng thái co cứng không hoàn toàn.
Điều này giải thích vì sao thủy sản khi đánh bắt, quăng bật mạnh mẽ thì thời gian chết cứng rất ngắn.
Sự tạo thành phức chất actomyozin
Sau khi chết, đa phần lượng canxi trong bắp cơ của động vật thủy sản (60%) liên kết với hai protein cấu tạo bắp cơ là actin và myosin; 60% lượng canxi đó liên kết với actin có dạng hình cầu và 35% lượng canxi đó liên kết với myosin thành hai dạng trùng hợp trong bắp cơ.
Trong bắp cơ lại có nhân tố Marsh Bendol là một loại protein đặc biệt (thuộc nhóm miozen) kìm hãm hiện tượng co cứng bắp cơ do ức chế hoạt tính của enzym ATP-aza của myosin, khiến không phân giải được ATP.
Lúc đầu do ion canxi trùng hợp với actin, nhân tô Marsh Bendol được duy trì nên ATP chỉ bị phân giải chậm chạp, bắp cơ vẫn ở trạng thái suy yếu mềm mại và có độ hydrat-hóa cao. Sự phân giải glycogen phát sinh axit lactic khiến độ axit môi trường tăng lên, đến một lúc nào đó liên kết giữa actin và ion canxi, giữa myosin và canxi bi phá vỡ.
Ở thời điểm này, lượng ATP giảm sút, actin dạng hình cầu chuyển hóa sang dạng sợi và xoắn lấy các sợi myosin tạo thành phức chất actomyozin khiến sợi cơ co rút, đồng thời các trung tâm háo nước của protein bị giảm, protein cơ bị cuộn tròn và bắp cơ cá giảm đàn hồi, co cứng và bị dehydrat hóa.
Tóm lại, quá trình co cứng của thủy sản là do phân giải ATP làm tăng hàm lượng actomyosin khiến cho sợi cơ co rút. Ngoài ra còn có sự tạo thành axit lactic và axit phosphoric tự do làm giảm độ pH khiến protit bắp cơ bị cuộn tròn. Ở giai đoạn này thịt của thủy sản săn cứng, nhưng vẫn tươi tốt, chưa nhiễm vi sinh vật.
Giai đoạn tự phân giải
Sau thời gian chết cứng, thịt thủy sản bắt đầu mềm lại do những chất men phân giải có trong bắp cơ của bản thân thủy sản phân giải mô liên kết, biến đổi protein từ dạng phức tạp thành đơn giản. Lúc này cơ cấu bắp cơ khá lỏng lẻo nên vi sinh vật có điều kiện xâm nhập vào, phát triển và phân giải.
Tốc độ tự phân giải tùy vào loại thủy sản, độ pH, nhiệt độ…
- Loại cá thịt đỏ, hoạt động nhiều (cá ngừ, cá bạc má…) tốc độ tự phân giải nhanh hơn loại cá thịt trắng (cá lưỡi trâu, cá vược).
- pH thích hợp cho tự phân giải là 3,5 – 5. Nếu pH có tính kiềm, tác dụng tự phân giải ngừng lại.
- Nhiệt độ càng cao thì tự phân giải càng nhanh. Nhiệt độ thích hợp cho tự phân giải ở cấp biển là 40 – 50°C, ở cá sông là 23 – 27°C. Ở 0°C tự phân giải vẫn tiến hành. Tăng nhiệt độ lên đến +70°C, hiện tượng tự phân giải dừng lại nhưng men phân giải bị phá hủy hoàn toàn.
Ở giai đoạn này, vi sinh vật đã bắt đầu phát triển mạnh, đặc biệt vào cuối giai đoạn tự phân giải. Do đó, thủy sản ở giai đoạn sử dụng làm thực phẩm rất dễ tiêu hóa nhưng không có giá trị khẩu vị và vệ sinh thực phẩm kém.
Giai đoạn ươn thối
Trong quá trình tự phân giải protein thành axit amin, vi sinh vật phát triển và phân giải axit amin thành những chất hạ cấp đơn giản hơn như tri-metyl-amin, đi-metyl-amin,… vì thế cá bị ươn thối.
Sự ươn thối diễn biến theo hai điều kiện:
- Cho tới khi tri-metyl-amin oxit (TMAO) trong thịt thủy sản hoàn nguyên thành tri-metyl-amin (TMA) có mùi tanh.
- Cho tới khi số vi trùng gia tăng, protein bị phân giải tới mức hoàn toàn ươn thối.
Các vi sinh vật gây ươn thối gồm có:
Loại có men hỗn hợp, phân hủy được protit, lipit, gluxit như streptococcus, staphylococcus…
Loại có men đơn:
- Chỉ phân hủy protit như bacillus mesentericus.
- Chỉ phân hủy polypeptit như bacillus acidophilus.
- Chỉ phân hủy axit amin như bacillus lactis aerogenes.
Trong giai đoạn đầu của quá trình ươn thối, các vi sinh vật có men hỗn hợp hoạt động trước, phân hủy gluxit thành các axit hữu cơ bay hơi có mùi khó chịu. Tiếp đó các vi sinh có men đơn, phá hủy triệt để chất đạm thành các chất đơn giản, độc hại.
Quá trình hóa sinh của sự ươn thối diễn biến như sau:
- Sự lên men gluxit hình thành các axit hữu cơ, làm môi trường trở nên axit; axit lactic, axit axetic, axit butiric, axit glycolic,… CO2, hydrocacbon, còn gọi là giai đoạn lên men chua.
- Sau đó, men mốc tiêu thụ các axit hình thành, môi trường trở nên trung tính và vi sinh vật lên men thối bắt đầu phát triển, chuyển hóa protit thành pepton, polipeptit, axit amin và cuối cùng thành những chất đơn giản, độc hại và hôi thối như amoniac, hydro sunfua, indol, scatol, phenol…
- Sau đó streptococcus và staphylococcus phá hủy gluxit làm môi trường hóa chua. Coli hình thành amoniac làm trung hòa bớt axit cho môi trường.
- Tiếp đến thịt thủy sản nhợt nhạt và nâu dần do hiện tượng hóa pepton, môi trường chuyển kiềm dần và có mùi. Sau đó bacillus perfringens làm tăng lượng amoniac và hydro sunfua. Thịt thủy sản bốc mùi hôi thối, sau đó chuyển sang màu nâu bầm và xanh lục, mềm nát, phản ứng kiềm mạnh.
- Cuối cùng hàm lượng amoniac quá cao làm vi khuẩn kỵ khí chuyển thành nha bào, thủy sản nhão nhoét và mùi thối tăng dần.
