Pigmenti muscolari
I più importanti pigmenti muscolari sono Mioglobina ed Emoglobina. La mioglobina è coinvolta nel sistema che accetta ossigeno dall'emoglobina e lo porta ai siti intracellulari dove è richiesto per le funzioni cellulari (trasportatore cellulare).
L'emoglobina si trova nei globuli rossi, trasportati dalla corrente sanguigna, e porta ossigeno a tutte le cellule dell'organismo nell'animale in vita (trasportatore extracellulare).
Il dissanguamento dell'animale alla macellazione rimuove molta (95%), ma non tutta, l'emoglobina dal tessuto muscolare. La mioglobina resta nelle cellule muscolari dopo il dissanguamento, tenta di continuare la sua funzione normale dopo la morte, ma non riceve molto a lungo ossigeno dall'emoglobina.
La struttura di base della Mb è simile in tutte le specie animale, ma esistono piccole differenze alla base delle differenze visive e della stabilità del colore tra le diverse carni, quali la stabilità all’ambiente acido, la composizione aminoacidica ed il P.I.
Citocromi, catalasi, flavine influenzano il colore ma in misura minore. Gli enzimi dei citocromi, specialmente la citocromoossidasi, possono influire sul colore della carne poiché sono situati nelle cellule muscolari dell'animale vivo e ivi restano dopo la macellazione per competere per l'ossigeno.
Il contenuto in mioglobina è massimo nelle fibre “rosse”, minimo nelle fibre “bianche” e di valore medio nelle fibre miste.
I muscoli con più del 40 % di fibre rosse sono classificati muscoli rossi ( ad esempio trapezio, semitendinoso profondo, bicipite femorale interno, rettofemorale di suino); quelli con meno del 30 % di fibre rosse sono classificati bianchi (Longissimus dorsii, gluteo medio, bicipite femorale esterno, semitendinoso superficiale).
La concentrazione totale di pigmento è uno dei fattori principali che determinano il colore e l'accettabilità dei prodotti carnei.
La mioglobina ed il pigmento emico totale variano secondo la specie animale.
I valori medi di mioglobina, in mg/g di tessuto fresco, vanno da 0,05 nel muscolo bianco di pollo a 4,94 nel bovino.
Le concentrazioni variano all'interno della specie secondo il muscolo (muscolo locomotore o di supporto), l'età dell'animale, sesso, e differenze sono state trovate tra razze diverse e tipo di allevamento.
Nel manzo c'è maggior contenuto di mioglobina rispetto al vitello, ma ciò è molto influenzato dalla dieta lattea dei vitelli a carne bianca, molto povera in rame ed in ferro.
I risultati possono essere influenzati dal momento dell'analisi perché c'è una diminuzione della mioglobina rispetto al pigmento totale con il tempo post-mortem.
Chimica dei pigmenti muscolari.
La mioglobina è una proteina globulare relativamente piccola (p.m. 16000) costituita da una sola catena polipeptidica di 153 aminoacidi (globina, parte proteica), fissata ad una ferroporfirina (gruppo prostetico o non proteico) detto gruppo eme, tramite il gruppo imidazolico di un residuo di istidina. Nello spazio la globina si avvolge strettamente attorno al gruppo eme.
Il gruppo eme è costituito da un anello porfirinico formato da quattro nuclei pirrolici eterociclici, che avvolgono un atomo di ferro bivalente; i legami che si formano tra l'atomo di ferro e quelli di azoto dell'anello sono due di tipo covalente e due di natura primaria.
L'atomo di ferro, pur rimanendo bivalente, è impegnato nella molecola con sei legami differenti, di cui quattro già descritti con l'anello porfirinico, il quinto con l'azoto dell'istidina ed il sesto che resta disponibile per legare molecole quali ossigeno, acqua, monossido d'azoto e ossido di carbonio.
L'emoglobina è una molecola molto più grande e complessa rispetto alla mioglobina (P.M. 67000), ma nonostante ciò le loro strutture sono correlabili (l'emoglobina è infatti costituita da quattro catene polipeptidiche e quattro gruppi eme), inoltre reagiscono in egual modo con i diversi composti e nello stesso modo subiscono fenomeni ossido-riduttivi.
Le trasformazioni che verranno descritte per la mioglobina sono parimenti caratteristiche della emoglobina. Reazioni con l'ossigeno e colore della carne.
La mioglobina, detta deossimioglobina o mioglobina ridotta (Mb), ha il ferro allo stato ferroso ed è caratterizzata dall'assenza di leganti nella posizione del sesto legame; ha colore rosso porpora, quello della carne appena tagliata.
Avendo forte affinità per l’ossigeno, si combina molto velocemente con l'ossigeno atmosferico trasformandosi in ossimioglobina (MbO2) e il colore della carne si modifica da rosso scuro a rosso vivo; in questa molecola l'atomo di ferro rimane allo stato bivalente essendo un processo di ossigenazione e non di ossidazione; l'ossigeno si lega nel sesto legame.
L’ossimioglobina è stabile con pressioni parziali di ossigeno alte, ma al diminuire della pressione parziale di O2 in parte si deossigena a mioglobina.
Se l'esposizione all'aria è prolungata, i pigmenti ossiglobina e mioglobina subiscono un processo ossidativo vero e proprio trasformandosi in metmioglobina (Mb+) di colore bruno, in cui l'atomo di ferro diventa trivalente e legata nel sesto legame c'è una molecola di acqua ( o un OH- in ambiente basico). Il consumatore spesso associa questo colore marrone della metmioglobina a carne in incipiente deterioramento, mentre il cambiamento di colore avviene molto prima di altre variazioni dovute al deterioramento. Con l’invecchiamento della carne lo strato di met-Mb si allarga e diventa visibile al di sotto dello strato sempre più sottile di MbO2.
L’ossidazione avviene più rapidamente a pH bassi e dipende direttamente dalla concentrazione idrogenionica; la formazione di Mb+ è fortemente influenzata dal livello di ossigeno (favorita da basse tensioni).
Le tre forme coesistono e sono in equilibrio dinamico tra di loro, il prevalere dell'una sull'altra determina il colore che viene visto e dipende dalle condizioni del muscolo.
Affettando perpendicolarmente alla superficie un taglio carneo, spesso si possono osservare tre strati di colore diverso. La superficie esterna è rosso brillante di MbO2 per esposizione all’ossigeno; lo strato più profondo (cioè il centro della superficie di taglio) rosso porpora di Mb, per l’assenza di O2 in questa zona. Una sottile zona marrone di Mb+ può essere spesso notata tra gli altri due strati nel punto dove la pressione parziale di O2 favorisce la formazione parziale di Mb+.
Quando si produce una nuova superficie di taglio, dapprima si forma in superficie MbO2, che poi gradualmente penetra con la diffusione di O2 all’interno, causando quella che viene definita la “fioritura” a rosso brillante, graduale ed in circa 30 minuti.
Il colore della carne e dei prodotti carnei dipende dalla concentrazione e stato chimico dei pigmenti e dalle caratteristiche della carne rispetto alla diffusione e all'assorbimento della luce, che sono in relazione al volume miofibrillare, nonché dalla penetrazione dell’ossigeno.
Il muscolo a pH basso, come nella condizione PSE, ha un basso volume miofibrillare (poco rigonfio) e quindi una struttura che non permette alla luce di penetrare profondamente senza essere dispersa, cosicchè la Mb assorbe relativamente poche onde luminose ed il risultato sarà una carne colore chiaro, perché determinato dagli strati più superficiali, ricchi di ossimioglobina. Il pH basso favorisce una maggiore formazione di ossiMb poiché diminuisce l’attività degli enzimi che utilizzano l’ossigeno.
Nella carne a pH alto si ha una minore dispersione della luce, le onde luminose incidenti possono penetrare più profondamente e ritorneranno in superficie riportando il colore degli strati più profondi, della mioglobina, ed il risultato sarà un colore molto scuro. Inoltre nella carne DFD la penetrazione dell’ossigeno è limitata e l’attività degli enzimi alta per cui si forma meno ossiMb.
Nella carne normale l’entità della dispersione della luce avviene in modo intermedio, con variazioni verso l’una o l’altra situazione.
La penetrazione di O2 dipende anche dalla temperatura: è massima vicino a 0°C quando l’attività enzimatica è minima; a temperature superiori gli enzimi respiratori usano più O2 e meno ossigeno può diffondere nel muscolo: si avrà un colore scuro, con solo uno strato sottile superficiale di MbO2 ed il colore complessivo è dato dalla Mb sotto la superficie.
Se l’ambiente ha alta tensione di ossigeno, lo strato MbO2 diffonderà verso l’interno più rapidamente e più profondamente.
Nei muscoli intatti O2 diffonde più profondamente con il tempo dopo un’iniziale esposizione della superficie all’aria; la diffusione di MbO2 continua verso l’interno per parecchi giorni, poi si muove all’indietro verso la superficie, trascinando quasi lo strato di Mb+ verso la superficie e ciò conferisce un colore scuro.
Il colore appare bruno e tale da far rifiutare la carne con il 40 % di Mb+ , ma è già visibile con il 20 %. Con il 60% è grigio-verdastro.
La carne tritata, affettata o cubettata ha una più estesa supeficie esposta all’aria ed una maggiore penetrazione di O2. Il processo stesso di tritatura incorpora ossigeno, fino al 100 % di ossigenazione.
La carne sottovuoto ha di solito uno strato di ossimioglobina alla superficie al momento della messa sottovuoto, strato che dipende dall’esposizione all’aria prima del confezionamento. Può esserci uno strato di Mb+, ma per la maggior parte è Mb. Con il tempo si consuma ossigeno e si produce CO2, c’è perdita di + MbO2 ed un movimento di Mb verso la superficie che apparirà marrone per parecchie ore, ma poi si formerà Mb che darà il colore rosso porpora.
Alcuni muscoli riescono a restare rossi più a lungo, possedendo una proprietà detta MRA (Metmyoglobin Reducing Ability), data dalla quantità di glucosio ed enzimi riducenti del muscolo, che dipendono dallo stato di nutrizione e dalla quantità di esercizio fisico prima della macellazione. Nel muscolo fresco refrigerato è quasi totalmente MbO2, una parte viene però desossigenata a Mb, poi ossidata a Mb+ . La metmioglobina che via via si forma viene prontamente ridotta a mioglobina e il colore rosso dura per 4-5 giorni. Con il tempo post mortem si riduce MRA, così la sminuzzatura o l’attività enzimatica superiore di certi muscoli riducono MRA e quindi colore più instabile. MRA è persa se i muscoli sono esposti all’aria a lungo prima del confezionamento.
I muscoli delle carcasse stimolate elettricamente hanno una minore MRA.
Inoltre Mb può autossidarsi in presenza di ioni metallici, pH basso, un confezionamento sotto vuoto con vuoto scarso, alta temperatura.
Effetto della contaminazione batterica sul colore della carne. I batteri aerobi sono stati associati a colorazione marrone da Mb+, che appare quando i batteri sono nella fase di crescita logaritmica per l’alta richiesta di ossigeno, riducendo la tensione di ossigeno alla superficie della carne. I batteri anaerobi facoltativi non causano questo effetto scolorante perchè consumano poco ossigeno.
Alcuni sottoprodotti del metabolismo batterico come acqua ossigenata e acido solfidrico, sono agenti ossidanti e possono causare variazioni di colorazione con tendenza al verde e al marrone.
H2S si lega alla Mb producendo sulfamioglobina verde.
Questo si può verificare in carni sottovuoto; con pH >6, per crescita di batteri che possono crescere con basse tensioni di ossigeno; dopo esposizione all'aria queste carni assumono una colorazione rossa per ossidazione della sulfamioglobina ad ossisulfamioglobina, rossa e dall'odore di uova marce. I batteri responsabili costituiscono solo il 1-10 % della flora totale.
L’alta conta microbica indica che la carne di partenza è stata sottoposta ad alte temperature ed all’ossigeno. E’ un difetto comune nei polli non eviscerati.
La formazione di coleglobina è dovuta alla produzione di acqua ossigenata, forte ossidante dell’anello porfirinico, da parte dei batteri lattici; nelle carni fresche l’acqua ossigenata è prontamente distrutta dalla catalasi, per cui l’inverdimento è meno frequente, anche se possibile specie nelle carni confezionate, mentre nei prodotti salati e cotti l’enzima viene distrutto dal processo rendendo queste carni più sensibili all’inverdimento.
Pigmenti della carne salata non trattata con nitrito
La Mb e la ossiMb sono denaturate per effetto di agenti denaturanti (sale, ridotta concentrazione di acqua, calore) ottenendo il pigmento di colore rosso profondo Globinmioemocromogeno, nel quale il Fe è allo stato ferroso, lo stato del nucleo di ematina è intatto (di solito legato a proteine denaturate diverse dalla globina). La globina è denaturata (di solito staccata).
Gli stessi agenti denaturanti possono agire su metMb, Mb, ossiMb a dare Globinmioemicromogeno, di colore bruno grigiastro, simile al precedente ma con Fe allo stato ferrico (Fe +3 ).
I fattori che condizionano la trasformazione da Mb a metMb e la prevalenza del pigmento denaturato nella forma ferrosa o ferrica sono : il pH, il grado di essiccamento, l’azione del sale, la velocità di ventilazione, la quantità di Mb e la quantità di lipidi.
Un esempio di prodotto carneo che deve il colore al pigmento Globinmioemocromogeno per denaturazione dovuta alla salagione è il prosciutto crudo.
Colore dei prodotti di carne cotta
Nei prodotti senza nitriti che sono stati adeguatamente cotti, il colore rosso della carne varia dal biancastro al grigio e al bruno, secondo la natura del muscolo.
Il comportamento delle emoproteine sarcoplasmatiche è il fattore principale che determina il colore della carne cotta, ma l’imbrunimento coinvolge reazioni tra gli amino gruppi delle proteine e gruppi carbonilici.
Mb, in soluzione pura, è denaturata a 85°C, mentre nella carne la sua coagulazione inizia a ca 65°C, coprecipitando con altre proteine muscolari. La globina denatura ma il nucleo di ematina resta intatto, anche se è comune il distacco dalla globina. I complessi colorati perciò consistono di emoproteine denaturate nelle quali il nucleo di ematina è legato a proteine denaturate, non necessariamente globina.
Il globin mioemocromogeno rosso, nel quale il Fe è nella forma Fe+2, può essere formato dalla denaturazione sia di mioglobina che di ossimioglobina, mentre il globin mioemicromogeno marrone, con Fe
+3, deriva direttamente dalla metmioglobina. Il globin mioemocromogeno è molto facilmente ossidabile per cui il globin mioemicromogeno è presente in maggiore quantità.
In generale, quindi il colore della carne cotta sarà determinato dal grado di formazione del globinmioemicromogeno e dalla quantità di mioglobina non denaturata presente, compreso MbO2, .
La carne bovina cotta a temperatura interna di 60°C sarà rossa e quella cotta a 60-70°C rosa. A temperature più alte predomina il colore grigio-bruno, sebbene un residuo colore rosa, dovuto alla Mb non denaturata residua può mantenersi nelle carni cotte fino a 76°C, indipendentemente dalla specie.
Il colore rosa è comune nei prodotti carnei, specie di pollo e tacchino, riscaldati al grado di denaturazione della Mb, fatto percepito dal consumatore come un difetto, cioè scarsa cottura o aggiunta di nitrito (il che potrebbe essere vero).
Una colorazione rosa residua in carne di tacchino e suino cotta sopra gli 85°C, può essere dovuta al citocromo c ridotto, fuoriuscito dalle membrane interne dei mitocondri degradate al calore. L’intensità del rosa dipende direttamente dal contenuto in citocromo c del muscolo, che può aumentare a seguito di stress prima della macellazione. Il colore rosa si riduce lentamente con la conservazione in frigorifero, per lenta ossidazione del citocromo c.
Un difetto comune degli arrotolati cotti di carne di tacchino è la presenza di macchie rosa che si evidenziano alla superficie di taglio fresca, dovute al complesso NADH-globin mioemocromo, la cui formazione è promossa da condizioni riducenti e da contrarie condizioni ossidanti.
La presenza sporadica di colorazione rosa è stata attribuita a contaminazione con nitrato, nitrito, in prodotti preparati nello stesso laboratorio insieme a prodotti salmistrati, o da nitrati e nitriti derivanti dall’acqua, da cessione da parte della componente adesiva dell’imballaggio, a contaminazione con ammoniaca da perdite dell’impianto di refrigerazione e da CO e ossidi di azoto da fumi di combustione.
Pigmenti della carne sottoposta a salagione e con uso di nitrato (prodotti crudi stagionati) e dei prodotti cotti salmistrati.
Se viene aggiunto nitrato, questo viene ridotto a nitrito per azione di batteri appartenenti alle Micrococcaceae e altri presenti nella flora della salamoia, tramite le nitrato reduttasi, enzimi che agiscono a valori di pH non inferiori a 5,4.
Segue la riduzione spontanea di natura chimica del nitrito ad ossido di azoto, reazione che necessita di proprietà riduttrici del substrato carneo e di pH moderatamente acido (pH 5,6 - 6).
L'aggiunta o la presenza di riducenti (ascorbato, gruppi sulfidrilici SH, flavina, NADH) accelera la riduzione da nitrito a NO in quanto forniscono elettroni.
Segue la reazione tra mioglobina e ossido d'azoto NO per dare nitrosomioglobina MbNO, di colore rosso brillante.
Questo complesso, come quello della emoglobina, è molto stabile in assenza di ossigeno, ma è fotodissociabile specialmente in ambiente aerobio.
La formazione del colore della carne sottoposta a salagione è favorita da condizioni acide, tuttavia, una volta formati, i nitrosopigmenti sono più stabili ad un pH più alto (6,8 ) che non a pH di 6,2.
Il tasso di conversione da Mb a MbNO varia dal 10 al 40 %.
L'evitare condizioni ossidative, l'esclusione di ossigeno, la protezione dalla luce, il mantenimento di temperature basse, sono condizioni che favoriscono lo sviluppo e la stabilità del colore delle carni salmistrate, così come una materia prima a bassa carica batterica e con una buona residua attività riducente la metmioglobina. Taluni microrganismi (lattobacilli) possono produrre sostanze ossidanti responsabili di inverdimento.
Il riscaldamento (oltre i 65°C) converte la nitrosomioglobina a nitrosomiocromogeno, di colore rosa, più stabile.
Nei prodotti crudi, se sufficientemente salati e acidi, si ha ugualmente durante la stagionatura la formazione di nitrosomiocromogeno, di colore rosso vivo, per l’azione denaturante del sale sulle proteine (globina) in mezzo acido.
Anche la metMb può reagire direttamente con nitrito a dare Mb+NO2 (metaMb nitrito), che ha colore rosso mattone, o con NO a dare nitrosometmioglobina di colore rosso (Mb+NO).
Questa seconda forma, in condizioni riducenti può essere convertita a nitrosomioglobina.
L’eccesso di nitrito può cambiare la metamioglobina nitrito in nitrimetmioglobina (Mb+N), che può essere convertita a nitrimioglobina (MbN) in ambiente riducente ed in seguito, con il riscaldamento a nitriemina, verde. La somma delle tre ultime reazioni è chiamata” scottatura da nitrito”.
Fonte: articolo di Patrizia Cattaneo (Bibliografia Hunt e Kropf , “Color and appearance”, in Advances in Meat Research, vol.3, 1987, Meatand meatproducts,Varname Sutherland,Chapman &Hall,Londra,1995,n.3/217)