NOTAS DE CLASE ESTUDIO DE LA CARNE. Preparado por. GLADYS RAMÍREZ LÓPEZ Q.F. Sp. Análisis Bromatológico y Toxicológico Profesora

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1 NOTAS DE CLASE ESTUDIO DE LA CARNE Preparado por GLADYS RAMÍREZ LÓPEZ Q.F. Sp. Análisis Bromatológico y Toxicológico Profesora UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE QUÍMICA FARMACÉUTICA DEPARTAMENTO DE FARMACIA CURSO DE BROMATOLOGÍA Actualizado 2009

2 Estudio de la carne Introducción El nombre carne deriva del latín carnis y se compone de masa muscular, tejido graso, nervios, vasos sanguíneos y linfáticos. El Decreto 2162 de 1983 del Ministerio de Salud define que: Se entiende por carne la parte muscular comestible de los animales de abasto sacrificados en mataderos autorizados constituida por todos los tejidos blandos que rodean el esqueleto tendones vasos nervios aponeurosis y todos los tejidos no separados durante la faena El término carne normalmente incluye pescado y aves, así como otros tejidos de mamíferos, hígados, vísceras, etc. Todos los productos procesados o manufacturados que se preparan a partir de tales tejidos se incluyen en esta definición. La carne como tal puede subdividirse en varias categorías: vacuno, cerdo, lanar, clasificada como carnes rojas y que son las que más se consumen; la carne de aves: gallinas, pavos, gansos. Los animales marinos (acuáticos) son otra categoría siendo los peces los que constituyen la mayor parte. También se incluyen mejillones, almejas, langostinos, peces y mariscos y moluscos crustáceos, ostras, cangrejos. Tanto en el animal vivo como en su canal llama la atención que el tejido muscular no está repartido en forma uniforme en el cuerpo, esto es lo observable a simple vista. Hay grandes masas de carne que están formadas solo por músculo y contiene pocos tendones y aponeurosis, la carne de otras partes del cuerpo es por el contrario rica en tendones y sus porciones musculares pequeñas. Una misma canal presenta porciones con carne de diferente valor. Todo estudio de la carne exige como condición previa el estudio de los sucesos químicos que ocurren en el animal en vivo y las alteraciones que sufre este sistema tras el sacrifico. Tejido muscular Composición del Músculo Tejido conectivo Tejido graso Vasos, nervios (Muy difícil de percibir pues son fibrillas menudas) Las propiedades físicas del tejido muscular y del tejido conectivo son de gran importancia para establecer la importancia de la carne como alimento. Tipos de músculo Según la enervación puede clasificarse como: Liso o voluntario: forma parte de vasos sanguíneos, paredes, tubo digestivo, conductos glandulares. Cardíaco o estriado involuntario y que solo está presente en el corazón. Esquelético, estriado o voluntario que constituye la mayor parte del peso de las canales animales, aproximadamente 40%, y representa la parte carnosa del organismo animal, dando la forma exterior al cuerpo del animal.

3 Tabla 1. Composición comparada de la carne de diferentes especies animales (Valores por 100g de carne) Especie Energía Kcal Agua g Proteínas cruda g Lípidos bruto g Cenizas bruto g Calcio Fósforo Potasio Sodio Hierro A UI B1 B2 B6 Nicotínico Pantoténico Novillo magra grasa Cerdo magra tr grasa tr Cordero magra grasa Pollo Conejo Tomado de Adrian, Legrand y Fragne, 1981

4 De la tabla 1. se deduce que la carne contiene: agua, sustancias proteicas (de alto valor biológico y con alta la proporción de aminoácidos esenciales), grasas que proporcionan ácidos grasos esenciales, glucógeno, minerales, especialmente hierro en las carnes rojas, vitaminas del grupo B y pigmentos. Las proteínas están en proporción del 15 al 23%, siendo las más importantes la mioglobina (pigmento muscular), las globulinas, la actina y la miosina. Las grasas contienen ácido oléico, palmítico, y esteárico. La dureza de la grasa depende de las cantidades relativas de estos dos últimos. Se encuentran también cantidades apreciables de fosfolípidos y colesterol. El músculo: Es un órgano altamente especializado compuesto por tejido conectivo, muscular y graso que se caracteriza por la propiedad de contraerse de una manera determinada cuando es estimulado. Tiene una forma ahusada, y en su interior se observan haces de fibras musculares, que a su vez están formados por miofibrillas o sarcómero, recubiertos, como todas las células, por su membrana celular denomina sarcolema donde se encuentran los túbulos T, que contienen las neuronas motoras encargadas de transmitir las señales nerviosas al músculo. Figura 1. Músculo y sus tejidos Una fibra muscular está compuesta por un conjunto de sarcómeros y rodeada por una membrana, formada por tejido conectivo, responsable de unir las diferentes miofibrillas entre sí. Se diferencian tres tipos de envolturas de tejido conectivo: una capa que envuelve cada fibra de tejido muscular donde están los capilares denominada endomisio, una capa envolviendo un grupo de fibras musculares por donde pasan las venas, el perimisio y finalmente una capa envolviendo el conjunto de músculos y que se prolonga por los tendones, denominada epimisio. Tejido conectivo El tejido conectivo es el compuesto más abundante en el organismo. Une y mantiene conexas las diversas partes del organismo, formando los tendones y membranas envolventes denominadas, como ya se dijo anteriormente, epimisio, perimisio y endomisio. Está distribuido por todo el organismo como componente del esqueleto en:

5 Los diferentes órganos Los diferentes nervios Fibras musculares Vasos sanguíneos Vasos linfáticos Fibras nerviosas Dentro de todos los músculos, no importa cuál sea su forma, su localización o su función, las fibras musculares están envueltas en un tejido conectivo flexible pero muy resistente. Esos tejidos están compuestos principalmente de colágeno que es la fibra más abundante en la mayoría de los mamíferos, forma enlaces débiles en animales jóvenes por lo cual es mucho más fácil la cocción de su carne. También hay elastina y reticulina. Colágeno: El colágeno está compuesto de fibrillas que a su vez están formadas por moléculas de tropocolágeno que forman una triple hélice, e influye en la ternura de la carne. Supone del 20 25% de la proteína total en los mamíferos. Es la principal proteína estructural del tejido conectivo y es el mayor componente de tendones y ligamentos, pero existe además en todos los órganos y tejidos incluidos los músculos; en estos últimos su distribución no es uniforme, donde hay más colágeno implica que se desarrolla más actividad física y por consiguiente el músculo es más duro. La carne de lagarto proviene de las extremidades que como hacen tanto ejercicio hace que sea dura al contrario los solomos son muy blandos. El colágeno contiene un 30% de glicina y un 25% de prolina e hidroxiprolina. Cuanto más abundantes son estos aminoácidos más rígido y resistente es el colágeno. No posee triptofano ni cistina y contiene pequeñas cantidades de galactosa y glucosa. En cuanto a las propiedades funcionales es la proteína de peores cualidades. No solo tiene baja capacidad de retención de agua sino que además al calentarla se encoge dejando escapar el agua, no tiene la capacidad de emulsionar ni es hidrosoluble. Es hidrolizado enzimáticamente por una serie de colagenasas de diversa procedencia. El tejido conectivo se degrada entre 70 y 80 C aunque se ha visto que algunos lo hacen solo después de 45 minutos a 90 C. Las fibras del colágeno a una temperatura interna de 77 C experimentan: hinchazón, retracción y finalmente se desintegran. Al cocinar la carne el colágeno se encoge, en el pescado a 45 C y en los mamíferos entre C. Para dar lugar a la formación de gelatina soluble se debe destruir la estructura de triple hélice. El paso de colágeno a gelatina se produce en la carne cocida. El alcance de la gelatinización depende de la edad del animal, la temperatura, tiempo. La gelatina es obtenida tecnológicamente a partir de huesos y pieles, por tratamiento con ácidos y/o álcalis y posterior extracción con agua. Por cocción el colágeno se transforma en gelatina que da buen sabor a la carne y consistencia al caldo y su longitud se acorta ¼ de lo inicial. La gelatina es tal vez la proteína animal más ampliamente usada como ingrediente en alimentos y se obtiene a partir del tejido conectivo de huesos por medio de extracciones alcalinas a alta temperatura, seguidas de filtración, concentración y secado. Elastina: Menos abundante que el colágeno en el tejido conectivo. Se trata de una proteína de aspecto gomoso que se presenta en todo el organismo, en los ligamentos y paredes de las arterias y músculos. Se estira hasta 150 veces sin romperse. El ligamento cervical de los rumiantes es un cordón largo de fibras de elastina dispuestas de manera paralela. Las fibras de elastina se estiran con facilidad y cuando cesa la tensión

6 vuelven a su longitud original, son más delgadas que las de colágeno, muy brillantes y muy elásticas, funcionan cuando se requiere elasticidad y fuerza; su punto de rotura se da cuando alcanza el 150% de su longitud. La composición en aminoácidos es diferente a la del colágeno sin embargo la glicina es el aminoácido más abundante, contiene 18% de valina; es extraordinariamente insoluble, esto se debe en gran parte a su gran contenido en aminoácidos no polares (90%) y a enlaces intermoleculares. La elastina es más resistente a las enzimas digestivas que el colágeno y por lo tanto su contribución al valor nutritivo de la carne es escaso o nulo. Ningún método culinario ejerce en ella efecto solubilizante. Contiene un residuo cromóforo responsable del color amarillo y fluorescencia característica de la elastina. Fibras reticulares Consta de fibras pequeñas muy delgadas que forman redes delicadas en torno de las células. Con frecuencia se hallan íntimamente asociadas al endomisio de la fibra muscular. Se piensa que estas fibras constituyen una forma inmadura de las fibras del colágeno. Tejido muscular El músculo esquelético corresponde aproximadamente al 40% peso del cuerpo. Representa la parte carnosa del organismo animal, dando la forma exterior al cuerpo del animal. Existen más de 600 músculos en el organismo animal que varían en tamaño, forma y actividad. El aspecto estriado del músculo se debe a la presencia alternada de zonas claras y oscuras en las miofibrillas. Las zonas oscuras se denominan banda A, y las zonas más claras se denominan banda I Por el centro de cada banda I, hay una línea más oscura que se denomina la línea Z. Un sarcómero está entonces constituido por el segmento existente entre dos líneas Z consecutivas, y se considera como la unidad estructural y funcional del músculo Figura 2. Componentes de un sarcómero Las miofibrillas están constituidas por: Filamentos de miosina: son gruesos y forman la banda A. Su longitud en los mamíferos es de aproximadamente 1.5 milimicras. Están formados por una proteína de nombre miosina, que representa aproximadamente el 55% de la proteína muscular. Cada filamento de miosina tiene en sus dos extremos una cabeza formada por proyecciones

7 laterales de su estructura, y que posee funciones de ATP-asa. El punto isoeléctrico de la miosina es de 5.4. Filamentos de actina: Son los más delgados y forman la banda I, constituye entre el 20 y el 25% de la proteína muscular. Durante la contracción muscular, cada cabeza de cada filamento de miosina se une a un filamento o molécula de actina, produciendo un complejo químico llamado actomiosina. Esto lleva el músculo a una situación de inextensibilidad y de rigidez que se rompe con la relajación del músculo. La troponina y la tropomiosina, conocidas como proteínas reguladoras y que desempeñan funciones muy importantes en el proceso de contracción relajación. El mecanismo contracción-relajación: Figura 3. Proceso contracción - relajación Para que el músculo se contraiga, es necesario un gasto de energía adicional al gasto normal del músculo en reposo. Esta energía en el músculo vivo se obtiene a partir del desdoblamiento del ATP en ADP más fosfato inorgánico, mediante la actividad ATP-asa de las cabezas o puntas de las fibras de miosina. Esta actividad ATP-asa es aumentada notoriamente por la presencia de iones Ca 2+, que han sido previamente liberados por el sistema sarcotubular hacia el sarcoplasma. Cuando los iones Ca 2+, se liberan a partir de los túbulos T, se activa el llamado Gatillo del Ca 2+, mediante el cual cesa el efecto depresor de las proteínas reguladoras y se permite la interacción actina miosina, produciendo la contracción muscular. En ausencia de los iones Ca 2+, y en presencia de ATP-Mg, el complejo tropomiosina troponina ejerce un efecto depresor sobre la interacción actina miosina, manteniendo el músculo en estado de relajación. La relajación es producida cuando el Ca 2+, es removido del sarcoplasma hacia el sistema sarcotubular, mediante un mecanismo en el cual interviene el ATP sintetizado mediante el metabolismo aeróbico a través de la Acetil CoA, en el Ciclo de Krebs (o ciclo del ácido tricarboxílico) en el cual la glucosa es convertida en ácido pirúvico que es oxidado hasta CO 2 y H 2 O. La conversión de la glucosa en ácido pirúvico se denomina glucolisis, y en ella el glucógeno es convertido a unidades de glucosa - 1 fosfato, cada una de las cuales se convierte finalmente en ácido pirúvico. La segunda parte, o Ciclo de Krebs, se produce en las Mitocondrias.

8 Evolución del músculo después del sacrificio para su conversión en carne Los procesos que ocurren antes del sacrificio del animal van a influir de manera muy importante en la calidad de la carne, es por eso que antes del sacrificio del animal, este debe pasar 12 horas en ayuno pero sin estar hambriento, debe estar en reposo y con acceso a mucha agua. Antes del sacrificio se insensibiliza al animal y posterior a él se procede a desangrarlo completamente. La canal se debe lavar y orear antes de proceder a refrigerar entre 1-4 C como mínimo por 24 horas. El pre- rigor Inicialmente, después del sacrificio del animal, el músculo está vivo y flácido, las reacciones bioquímicas continúan y es tan tierno como después de quince días de maduración. La formación de la actomiosina es irreversible, porque al consumirse las reservas de ATP del músculo luego de la exanguinación, el gatillo de Ca 2+ queda activado (ya que es necesaria la presencia del ATP para llevar el Ca 2+, a las cisternas terminales), y la unión resultante es irreversible; el musculo pierde su extensibilidad y se presenta un acortamiento del músculo. En esta etapa, las reservas de energía del músculo dependen exclusivamente del ATP, el fosfato de creatina, y el glucógeno presentes en el mismo músculo al cesar el transporte de estos compuestos hacia las células musculares una vez ha cesado el transporte por vía sanguínea de los mismos. De lo anterior se puede deducir que durante la exanguinación, el músculo puede conservar sus propiedades funcionales durante algún tiempo, hasta que haya consumido totalmente sus reservas de ATP. Rigor mortis o rigidez cadavérica: El rigor mortis o rigidez cadavérica inicia en la cabeza, el cuello, los miembros anteriores, la región dorsal y los miembros posteriores, los músculos se tornan inextensibles, los ejes óseos son difíciles de desplazar y la grasa se solidifica contribuyendo igualmente a la firmeza de la carne. Es en el transcurso de este proceso que el ph de la carne desciende. Todo lo anterior se explica por el hecho de que la circulación está parada y el oxígeno ya no llega a los músculos, presentándose la glucólisis anaerobia, mecanismo que permite descomponer las unidades de glucosa en ácido láctico en ausencia de O 2. Estos cambios post-mortem son esenciales en la transformación del músculo en carne. La acumulación del ácido láctico produce un importante descenso del ph hasta llegar a valores cercanos a 5.4 en donde se produce una inhibición de la actividad de las enzimas glucolíticas, responsables de la glucólisis anaerobia o hasta el agotamiento de las reservas de glucógeno, según lo primero que suceda, de acuerdo con la cantidad de reservas del músculo. Este cambio en el ph es notorio, si consideramos que en los mamíferos superiores el ph muscular, en vida, tiene valores muy cercanos a 7.0. Sabiendo que el punto isoeléctrico de la miosina es de 5.4, es fácil concluir que su capacidad de retención de agua (CRA) será mucho menor cuando el músculo ha alcanzado su ph más bajo, aunque a este ph mejora el color y hay menor predisposición a la contaminación microbiana, las enzimas catepsinas, la tripsina y las calpainas del lisosoma se activan a ph ácido, degradando el lisosoma, pasando al liquido sarcoplasmático y degradan los sarcómeros por la línea Z, lo que hace que el ph ascienda nuevamente a los valores iniciales y la carne empiece a ablandarse logrando una textura es más blanda y jugosa debido a la

9 mayor capacidad de retención de agua (CRA). La temperatura influye directamente en la velocidad de la reacción produciéndose un rápido descenso del ph. El punto de ph mínimo coincide, bajo condiciones normales, también con el acortamiento máximo del músculo, es decir cuando se han agotado las reservas de ATP y de creatinfosfato del músculo. El descenso del ph es un factor importante en la obtención de una carne de buena calidad, dicho descenso está sujeto a la cantidad de glucógeno presente en el músculo al momento del sacrificio. Cuando las reservas de glucógeno del músculo son pobres, el ph no descenderá hasta los valores normales y la carne estará más propensa al ataque bacteriano, hecho que se ve agravado por una mayor retención de humedad de las proteínas musculares. Si esta reserva es muy débil es porque el animal fue conducido al matadero en malas condiciones, estresado, enfermo, sin energía y por lo tanto con insuficiente cantidad de glicógeno lo que no permite la producción de suficiente ácido produciéndose una carne de mala calidad. Carne clasificada como DFD (Dark, Fïrm, Dry), de color más oscuro de lo normal, de superficie seca y pegajosa. Su ph es más elevado que el normal: superior a 6 en lugar de 5,5/5,7. Ella presenta poco sabor, lo que es un defecto. Un toro de lidia o un caballo de carreras después de actuar, no tiene glicógeno y no habrá ácido láctico y el ph no cae, dando carne DFD. Carne llamada PSE (Pale, Sof, Exudative ) defectos debidos a una baja inusitada del ph que desciende hasta 5,1/5, 2. Esta carne es más clara que la normal, presentando un aspecto blando y húmedo, debido a que retiene una gran cantidad de agua. Este caso se presenta en un animal sometido a gran estrés. Cuando la temperatura a la que se mantiene la canal durante las primeras horas post mortem es alta, la formación del ácido láctico se verá acelerada, y se producirá un brusco descenso del ph, lo que traerá como consecuencia una implantación prematura del rigor mortis, al interrumpirse el metabolismo energético por efecto del bajo ph Los tiempos normales de aparición del rigor - mortis en las diferentes especies pueden oscilar entre valores extremos de: 4 a 10 horas en los bovinos 15 minutos a 4 horas en los porcinos 5 minutos y 1 hora en aves El Post-rigor Durante el periodo post -rigor, el músculo presenta una nueva serie de cambios, los cuales se manifiestan especialmente en la desaparición de la rigidez muscular aunque no debe confundirse la desaparición de la rigidez muscular que se presenta durante el periodo post rigor con una desaparición del rigor mortis, ya que si bien el músculo pierde su rigidez no se recupera su extensibilidad, ni se vuelve reversible el acortamiento que sufrió. El cambio más notorio en la carne, cuando desaparece el rigor, es un aumento de la terneza o ternura, lo anterior es la razón por la cual, se somete la carne, y especialmente la de vacuno a un proceso de maduración, es decir, almacenamiento en frío por algunos días, antes de su consumo o procesamiento

10 No está del todo claro el mecanismo mediante el cual la carne se ablanda durante el período post rigor, aunque es un hecho ampliamente aceptado de que no se disocia la actomiosina en actina y miosina, pero que si se debilita la interacción de ambas proteínas. Se cree que el ablandamiento responde a una hidrólisis del colágeno y del tejido conectivo debido a la acción de enzimas. Además de lo anterior, durante los primero días post rigor, se observa un lento pero continuo ascenso del ph, mediante el cual a los 3 días aproximadamente, se vuelve a valores de PH cercanos a 6.5, lo que trae consigo una recuperación de la CRA lo cual es especialmente importante cuando la carne se utilizará para el procesamiento de embutidos, en donde, de acuerdo al tipo de producto, interesa disponer de una carne con mayor o menor CRA Curado de la carne El color de los alimentos es un elemento esencial de su calidad. Es el primer contacto que el consumidor tiene con el producto y determina el carácter más o menos atractivo de él y por lo tanto su aceptabilidad. En este proceso juegan un papel muy importante las proteínas solubles, la hemoglobina y la mioglobina. La primera se encarga de transportar el O 2 de las células rojas de la sangre y la segunda sirve para el almacenamiento del O 2 en el músculo y además es la responsable del color rojo de la carne. La química del color de la carne tiene que ver con los grupos hem y principalmente con la mioglobina que establece uniones covalente con el Fe reducido y el oxígeno, el óxido nítrico y el CO 2 formando oximioglobina, nitrosomioglobina y carboximioglobina, todos de color rojo. El complejo férrico puede unir agua y se llama metamioglobina dando colores pardos. El curado consiste en un procedimiento de conservación de la carne añadiéndole sal que casi con seguridad estaba contaminada con nitratos los cuales en salmuera producen una reducción de los nitratos que se transforman en NO 2ˉ los cuales forman un pigmento termoestable en la carne curada mediante las siguientes reacciones: NaNO 2 HNO 2 NO 2ˉ Nitrito ácido nitroso En solución ligeramente ácido 3HNO 2 HNO 3 + 2NO + H 2 O 2NO + mioglobina nitrosomioglobina Oxido nítrico En esta reacción, una molécula de óxido nítrico sustituye una molécula de H 2 O sin cambiar la valencia del hierro formando un derivado óxido nítrico de color rojo que en presencia de calor produce un color rosado. Sin embargo al adicionar nitrito la mayor parte de la mioglobina se oxida a metamioglobina la cual luego se reduce para producir el pigmento. En la carne picada se forma oximioglobina más NO 2 oxidación a metamioglobina que luego debe reducirse para combinarse con NO.

11 Los pigmentos verdes se producen por rompimiento de la molécula con liberación de Fe y rompimiento del anillo de porfirina (debido a la presencia debacterias, luz, H 2 O 2, hipocloritos, etc.) La mioglobina existe bajo tres formas: la oximioglobina de color rojo brillante; la mioglobina reducida de color rojo púrpura y la metamioglobina o mioglobina oxidada de color rojo sombra. El color está ligado a la especie y a la edad. Los factores genéticos influyen: el sexo, la raza, el individuo, el corte, el músculo, las características del músculo: contenido en grasa y agua. Gráfico 3. Mioglobina-oximioglobina-metamioglobina Bibliografía - Richard M., Gartz. Las Carnes y su Procesamiento. Medellín Lowring, R. A. Ciencia de la Carne. 2 ed. Acribia. Zaragoza Quiroga, Guillermo y otros. Tecnología de Carnes y Pescados. Manual de prácticas. - Yúfera, Primo. Química Agrícola III. Editorial Alhambra. España El Decreto 2162 de 1983 del Ministerio de Salud e.htm