При холодильном хранении
Изменение ферментативной системы.В процессе холодильного хранения мяса решающую роль при его созревании играет протеолиз, который катализируется катепсинами — группой протеолитических ферментов, гидролизующих пептидные связи белков и полипептидов. Они сосредоточены в лизосомах, где находятся также гидролазы — дезоксирибонуклеаза, рибонуклеаза, кислая фосфатаза, эстераза, гликозидаза и др.
Лизосомы, как и другие клеточные органоиды, относятся к легко повреждаемым клеточным структурам. При этом ферменты органоидов обычно не теряют активности. При разрушении мембран лизосом они контактируют с соответствующими субстратами и катализируют их расщепление. Аналогично ведут себя и ферменты, входящие в состав мембран клеточных органоидов, например митохондрий и эндоплазматического ретикулума, хотя разрушение этих мембран приводит к расстройству функций ферментативных систем в целом. Вместе с тем, несмотря на сохранение активности каждым ферментом, нарушается строгая последовательность расположения ферментов, входящих в целостную структуру единых ферментных комплексов.
Митохондриальное окислительное фосфорилирование начинает нарушаться, как только работающие цитохондрии вступают в контакт с разрушенными лизосомами, получая тем самым возможность реагировать с соответствующими структурами. Наблюдаемое на начальных стадиях автолиза мышечной ткани повышение активности гидролаз сменяется ее снижением. Прежде всего уменьшается активность кислой фосфатазы, затем дезоксирибонуклеа-зы и в последнюю очередь катепсинов.
Однако поведение этих ферментов при различных режимах холодильной обработки и хранения мяса трудно спрогнозировать вследствие значительного количества взаимовлияюших факторов в недостаточной их изученности. Так, в предубойный период животные подвергаются воздействию целого ряда различных по силе и времени стрессовых факторов (нарушение кормления, транспортирование и др.), поэтому реакция клеточных структур также может быть различной. Вследствие этого в тканях животных уже в предубойный период может формироваться различный исходный ферментативный фон, от которого и будут зависеть дальнейшие интенсивность и направленность развивающихся в мясе биохимических и физико-химических процессов во время его обработки и хранения.
Общее правило гласит, что с понижением температуры активность ферментов уменьшается. Скорость реакций, которые катализируют большинство ферментов V, можно определить по уравнению Аррениуса:
V = V0 e–Е / (RТ),
где V0 — константа скорости (постоянная величина), не зависящая от температуры; е — экспоненциальная функция; Е — энергия активации; R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура.
Однако не все ферменты подчиняются этой зависимости. Некоторые полностью утрачивают активность при -20 0С, тогда как другие ферментативные реакции протекают даже при -60 °С. Таким образом, по мере понижения температуры вместо ожидаемого спада активности ферментов в отдельных случаях наблюдается ее рост.
Ряд ферментов проявляет высокую активность при низких отрицательных температурах. Так, липаза и пероксидаза активны при -29 °С, дегидрогеназа ниже -21 0С. Каталаза, тирозиназа и пероксидаза более активны в замороженном продукте, чем в переохлажденном. Для этих ферментов существенное значение имеет происходящий при замораживании переход среды из жидкой фазы в твердую. Одни исследователи считают, что ускорение реакций в замороженных растворах — результат каталитического действия твердых поверхностей, в том числе и структурированной воды; другие полагают, что при замораживании растворов скорость реакции замедляется в соответствии с уравнением Аррениуса; в то же время по мере вымерзания воды увеличивается концентрация реагирующих веществ в жидких включениях, что соответственно повышает скорость реакций (концентрационный эффект). Эти два фактора по-видимому, и определяют результирующую действительную скорость ферментативных реакций в замороженных растворах.
Особенности протекания ферментативных реакций с понижением температуры определяются также изменениями физико-химических показателей среды и свойств растворенных веществ (вязкость и рН среды, степень ионизации групп ферментов и субстратов и др.). Активность ферментов зависит и от продолжительности воздействия на них низких температур.
Изменение растворимости белков.С одним из важнейших свойств мяса – нежностью — тесно связана растворимость белков. Изучение растворимости белков при хранении мяса в охлажденном (2 °С) и переохлажденном (-2 °С) состоянии показало, что максимальная растворимость фибриллярных белков свойственна парному мясу. Сразу же после его охлаждения растворимость белков снижается. При этом в охлажденном мясе минимум растворимости белков приходится на 1—2-е сутки, а в переохлажденном — на 4 —5-е, что соответствует периоду максимального развития послеубойного окоченения. Растворимость белков охлажденного мяса при его хранении до 12 сут составляет 81 — 85 % по отношению к растворимости белков парного мяса, а переохлажденного и хранившегося до 20 сут - 77-81 %.
Физико-химические изменения мышечной ткани рыб при замораживании заключаются в дополнительном разрушающем воздействии на них кристаллов льда, а также в денатурации мышечных белков под действием солевых растворов, образующихся при вымораживании воды в тканях.
Данные экспериментальных исследований по определению растворимости мышечных белков рыб указывают на ее понижение при холодильной обработке, причем наибольшие изменения происходят в белках актомиозинового комплекса, а при длительном хранении — и в саркоплазматических. Постепенное понижение растворимости актомиозина отмечается при последующем после замораживания периоде холодильного хранения рыбы.
При холодильном хранении и замораживании чистых растворов миозина происходит агрегация молекул белка. Обычно этому процессу предшествует денатурация белка. Данные о молекулярной массе, константах седиментации и скорости диффузии образующихся при замораживании и холодильном хранении белковых частиц миозина свидетельствуют о структурных изменениях этого белка. По некоторым данным, в процессе холодильной обработки рыбы возможно не только понижение, но и повышение растворимости актомиозина. Так, в мороженой балтийской сельди растворимость актомиозина в мышечной ткани увеличивалась даже во время окоченения.
Изменение липопротеидных комплексов и аминокислотного состава.Важную роль в процессе холодильного хранения играют липопротеидные комплексы (ЛПК) мышечной ткани мяса и рыбы, липопротеиды составляют основу клеточных мембран, участвуя в регуляции активности находящихся в мембранах ферментов, а также в механизмах транспортировки многих веществ. Нативная структура мембранных ЛПК очень чувствительна к недостаточному энергообеспечению, которое немедленно возникает в послеубойный период.
Во время хранения мяса создаются благоприятные условия для вторичного взаимодействия липидов с белками. Это происходит потому, что нативные ЛПК при хранении быстро разрушаются, структурная упорядоченность клеточных мембран утрачивается, пространственная разграниченность химических компонентов клеток нарушается. Во взаимодействие с белками вступают как полярные и нейтральные жиры, так и продукты их распада и окисления. С липидами взаимодействуют также измененные, частично или полностью денатурированные белки и продукты их полимеризации. На образование вторичных ЛПК влияют температура, рН среды и другие факторы.
Таким образом, при хранении продуктов образуется большое количество вторичных ЛПК, различающихся природой, прочностью связи составных элементов, растворимостью, аминокислотным составом, степенью переваримости и рядом других свойств, формирующих качество. Взаимодействие между липидами и белками происходит в продуктах и при хранении в замороженном состоянии.
Результаты исследования мяса и рыбы на содержание и стабильность ЛПК при хранении в замороженном состоянии показали, что процесс разрушения и образования липопротеидных комплексов имеет волнообразный характер. Кроме количества также волнообразно изменялись растворимость различных белковых фракций мышечной ткани, содержание сульфгидрильных и дисульфидных групп в белках, а также активность ряда ферментов.
О начавшихся в химических компонентах мышечной ткани изменениях можно судить по содержанию низкомолекулярных летучих веществ, которые в большинстве случаев являются продуктами распада высокомолекулярных соединений и активно участвуют в формировании вкуса и аромата продуктов. Так, по содержанию аминокислот в мясе можно судить о скорости и глубине протеолиза, а также направленности автолитических изменений, протекающих в мышечной ткани во время обработки и хранения мяса. При холодильном хранении мяса в процессе автолиза содержание свободных аминокислот возрастает, а скорость их образования в основном зависит от активности катепсинов. Так, в следствие того что в мышцах большинства рыб активность катепсинов выше, чем в мышцах животных, в мышцах первых накапливается гораздо больше свободных аминокислот.
Динамика изменения содержания аминокислот при хранении мяса кроме их накопления в результате протеолиза определяется также их распадом в результате декарбоксилирования и дезаминирования с освобождением аммиака. Активность оксидаз и декарбоксилаз, катализирующих эти реакции, наиболее высока у парного мяса и в начальный период охлаждения, тогда как повышение активности катепсинов, вызывающее накопление аминокислот, происходит позднее, по мере высвобождения их из разрушающихся лизосом. Различием в скорости этих ферментативных процессов можно объяснить первоначальное понижение и последующее увеличение содержания свободных аминокислот в процессе хранения мяса.
Реакции декарбоксилирования аминокислот приводят к образованию аминов в мясе и рыбе, которые являются нестойкими соединениями и быстро разрушаются.
Качественный состав аминокислот в процессе хранения продукта определяется многими факторами и зависит от активности различных ферментов мышечной ткани, катализирующих протеолиз в целом и индивидуальные превращения аминокислот, от аминокислотного состава расщепляемых белков, их количества и степени атакуемости ферментами, изменения рН, температуры и других взаимосвязанных факторов.
Наиболее полно изучено изменение нуклеотидов (АТФ, АДФ, АМФ). По мере хранения мяса количество фосфорилированных нуклеотидов довольно быстро понижается, а гипоксантина возрастает. Скорость распада нуклеотидов зависит от температуры и продолжительности хранения. Спонтанный распад АТФ протекает до образования АМФ — относительно устойчивого продукта, дальнейшие превращения которого вплоть до образования гипоксантина катализируются целой группой ферментов.
Из низкомолекулярных азотсодержащих соединений в мясе находят аммиак, летучие амины — метиламин, диметиламин, а в рыбе, кроме того, триметиламин, триэтиламин, изобутиламин. Из летучих соединений около 99 % приходится на долю аммиака. Быстрое накопление аммиака в мясе в процессе хранения может указывать на развитие в нем микроорганизмов. Понижение температуры хранения мяса задерживает развитие микроорганизмов, и накопление аммиака происходит медленнее.
Изменение окислительно-восстановительной системы.Во время хранения мяса, птицы и рыбы происходят волнообразные изменения элементов окислительно-восстановительной системы, следствием чего является существенное снижение содержания аскорбиновой кислоты и увеличение количества ее окисленных форм - дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой. Аскорбиновая кислота предохраняет от окисления белки, содержащие HS-группы, которые определяют устойчивость последних к замораживанию. Сохраняемость аскорбиновой кислоты увеличивается с понижением температуры.
В послеубойный период в парном мясе резко снижается количество кислорода, и его концентрационный градиент смещается в направлении от сосудов к тканям. Это определяет соотношение различных форм миоглобина и цветовые оттенки мяса по глубине (на разрезе). Продолжающееся в послеубойный период (не более суток) поглощение кислорода клетками ткани без одновременной его подачи по сосудам приводит к понижению содержания окисленной формы миоглобина до 15 % и повышению содержания восстановленной формы до 75 %. В дальнейшем существенное снижение аэробного обмена вызывает уменьшение потребления кислорода клетками, однако в поверхностных слоях его содержание может возрастать вследствие диффузии из воздуха. С увеличением срока хранения начинает быстро увеличиваться количество метмиоглобина. Это происходит в результате денатурационных изменений белков, а также истощения окислительно-восстановительных систем мышечной ткани в целом.
Изменения липидов, входящих в состав тканей, связаны с изменениями других компонентов, в их основе лежат важнейшие химические и биохимические процессы.
Основными процессами, которые определяют изменения липидов при обработке и хранении мяса и жиров, являются гидролиз и окисление. Глубина и скорость изменения состава и свойств липидов в этих процессах играют первостепенную роль в формировании таких важных показателей качества мясных и жировых товаров, как цвет, запах и вкус. Процессы изменения липидов достаточно сложны, происходят они в результате химических, биологических и ферментативных превращений, часто протекающих параллельно, но приводящих, как правило, к образованию одних и тех же промежуточных и конечных продуктов (перекисей, свободных жирных кислот, альдегидов, кетонов, продуктов полимеризации и др.). Способность жиров соединяться с кислородом зависит от степени ненасыщенности жирных кислот, наличия сопутствующих веществ, являющихся активаторами или ингибиторами окисления, следов тяжелых металлов, тепла, света и т.д. При хранении некоторых продуктов способность липидов вступать в реакцию усиливается вследствие замедления биохимических процессов, разрушения структуры клеток и появления в результате этого новых реагентов. Разнообразие реакций взаимодействия липидов с другими составными компонентами клеток по мере хранения продуктов возрастает, поскольку продукты ферментативного расщепления липидов реагируют сними весьма специфично.
Скорость процессов гидролиза и окисления липидов определяется активностью липолитических ферментов, которая в значительной степени зависит от температуры. Так, интенсивность гидролиза уменьшается с понижением температуры хранения мяса. Установлено, что активность липолитических ферментов свинины ниже, чем рыбы, мяса крупного рогатого скота и домашней птицы, что объясняется видовыми различиями и функциональными особенностями исследованных мышц. Об интенсивности гидролиза судят главным образом по содержанию свободных неэтерифицированых жирных кислот (НЭЖК). Количество этих кислот в говядине, замороженной через 2 ч после убоя и хранившейся при -10, -18 и -30 °С, увеличивается по-разному. Так, за 12 мес хранения при температуре -10 0С содержание НЭЖК возросло в 21,6 раза по сравнению с исходным, при -18 °С — в 13,5 и при -30 °С — в 3,3 раза (определения были проведены на основании изменения кислотного числа жира). Известно, что НЭЖК — один из факторов, инициирующих процесс денатурации, установлена также тесная связь между ее интенсивностью и степенью накопления НЭЖК в белках рыбы, мяса и птицы.
Если о скорости денатурации белков судить по степени уменьшения их растворимости, то можно предположить, что при холодильном хранении мяса и рыбы денатурируют в основном миофибриллярные белки, а ферменты, вызывающие эти изменения, сохраняют активность в течение продолжительного времени хранения продукта и при отрицательных температурах.
Общий уровень накопления НЭЖК и их качественный состав при холодильном хранении продуктов животного происхождения зависят от состава тканевых липидов, уровня и продолжительности сохранения активности липолитических ферментов, источника образования НЭЖК, типа мышц, видовых различий, условий хранения и других факторов.
Качество и количество НЭЖК, накапливающихся в результате гидролиза липидов, оказывают существенное влияние на скорость и глубину их последующего окисления. Чем выше скорость накопления и степень их ненасыщенности, тем интенсивнее протекает процесс окисления, и окислительная порча такого жира наступает раньше. Именно этим во многом определяются различия в сроках хранения рыбы, птицы, мяса и мясопродуктов, причем они неодинаковы даже для одного вида продукта, а так как процессы окисления жиров относят к типу цепных реакций, то по мере увеличения сроков хранения мяса и рыбы степень окисления увеличивается, что определяется по накоплению перекисей, а также вторичных продуктов окисления. Последние могут принимать участие в реакциях взаимодействия с белками.
Взаимодействие переоксидных радикалов жирных кислот с бeлками ведет к образованию различного рода полимеров — белков и перекисей жирных кислот либо (если перекисные радикалы жирных кислот инициируют образование свободных радикалов в белках) полимеров самих белков. Возможно также более глубокое воздействие пероксидных радикалов липидов на белки, вызывающее разрушения ряда аминокислот в их молекуле.
Продукты окисления жирных кислот могут участвовать в образовании липопротеидных комплексов, которые в отличие от комплексов белков с жирными кислотами еще менее растворимы и устойчивы к гидролизу.
Таким образом, взаимодействие белка с продуктами окисления жирных кислот может сопровождаться значительным изменением его свойств. Полная его нерастворимость, способность к образованию полимеров и устойчивость к расщеплению (гидролизу) протеолитическими ферментами существенно снижают пищевую ценность и качество продукта в целом.
Образующиеся при окислении жирных кислот первичные и вторичные продукты вовлекают в этот процесс и другие компоненты мышечной ткани. Претерпевают изменения многие витамины, каротины, пигменты, ароматические вещества. Эти процессы приводят к изменению запаха, вкуса, цвета мяса и рыбы, понижению их биологической ценности.
При хранении сливочного масла в нем протекают физические, химические, биохимические и микробиологические процессы. Сливочное масло отличается от других жиров животного происхождения большим разнообразием входящих в его состав жирных кислот и высоким содержанием воды. В нем имеются в большом количестве насыщенные низкомолекулярные жирные кислоты, ненасыщенные жирные кислоты и вода (25 % и более), в значительной степени определяющая консистенцию и стойкость продукта. В сливочном масле летней выработки больше естественных антиоксидантов и других биологически активных соединений. При его хранении могут происходить нежелательные изменения, вызванные окислением молочного жира, которое обычно предшествует его гидролизу, но может происходить и одновременно с ним.
Исследование качества масла, хранившегося при -10, -18 и -25 °С в течение 7 мес, показало, что кислотное число, характеризующее глубину гидролитических процессов, возросло к концу хранения в 1,2— 1,6 раза. При этом липаза, катализирующая процесс, отличалась высокой активностью при всех режимах хранения. В то же время интенсивность окислительных процессов, зависящая от активности липоксигеназы, замедлялась по мере снижения температуры. Нарастание содержания пероксидных соединений происходит неравномерно: в начале хранения их количество Увеличивается, к 4-му месяцу — понижается, а к 7-му — вновь возрастает. Увеличение содержания пероксидных соединений в первые месяцы хранения происходит за счет кислорода, проникающего через упаковку, а также за счет кислорода, получаемого из оксидов. При этом может выделяться активный кислород, способный дальше окислять жирные кислоты с образованием пероксидных соединений.
Гидролиз триглицеридов и фосфатидов протекает ступенчато: в начале расщепления образуются диглицериды, затем моноглицериды, при этом чем меньше верифицирован жир, тем быстрее он гидролизуется. Глицериды низкомолекулярных жирных кислот атакуются липазой легче, чем высокомолекулярных. Следовательно, в сливочном масле условия для интенсивного гидролиза и быстрого накопления НЭЖК достаточно благоприятны, причем поскольку НЭЖК окисляются легче, чем их эфиры, ускоряется процесс окисления в целом.
Раннее образование и интенсивное накопление низкомолекулярных НЭЖК могут вызвать ухудшение вкуса и запаха еще до окисления жирных кислот.
Исследования гидролитических процессов в липидах сливочного масла при -10 и -18 °С показали, что они протекают весьма активно, причем интенсивность гидролиза и скорость нарастания НЭЖК при -18 0С больше, чем при -10 °С (аномальный гидролиз сливочного масла). По органолептическим свойствам масло, хранившееся при -10 0С, оказалось лучше масла, температура хранения которого была -18 и даже -27 °С. Это явление объясняется возникающими при хранении масла различиями в скорости образования и окисления НЭЖК. В результате продолжающегося при отрицательных температурах ферментативного гидролиза молочного жира накопление НЭЖК происходит весьма интенсивно, скорость же процесса окисления по мере понижения температуры замедляется. При замедлении процесса окисления время сохранения жирных кислот в неокисленном состоянии увеличивается, в результате общее содержание НЭЖК при более низкой температуре хранения оказывается выше.
Активность липолитических ферментов тесно связана с фазовым переходом воды в лед. Так как процесс кристаллизации воды в масле начинается, как правило, при температуре ниже -10 °С, то и процесс активации ферментов возникает в районе этой температуры, чем и объясняется накопление НЭЖК при более низкой температуре.
Одним из наиболее часто встречающихся видов порчи сливочного масла является штафф — результат физико-химических изменений, проявляющийся в появлении на поверхности масла темноокрашенного слоя с неприятным горьковатым или приторно-едким вкусом, своеобразным затхлым или гнилостным запахов В основе этого явления — развивающиеся на фоне обезвоживания поверхностного слоя масла процессы полимеризации глицеридов и окисления молочного жира. Интенсивность образования штаффа и степень его выраженности зависят от качества сырья, способа производства масла, условий и сроков хранения, упаковки. Скорость его образования велика, и при температуре -10 °С штафф образуется уже через 2 нед.
При хранении свиного жира интенсивность процессов окисления уменьшается по мере снижения температуры, а процессы гидролиза протекают относительно медленно. Интенсивность образования карбонильных соединений, содержание которых в целом и определяет изменение качества, в значительной степени зависит от предшествующих процессов образования НЭЖК и первичных пероксидов.
Углеводы содержатся в животных тканях в незначительных количествах, но они легко расщепляются, наиболее активны в метаболическом отношении и особенно чувствительны к изменяющимся условиям функционального состояния мышечной ткани.
Распад углеводов в мышечной ткани в послеубойный период протекает весьма интенсивно: вначале он аналогичен прижизненному механизму окисления углеводов; по прекращении кровообращения и поступления кислорода к тканям окисление продолжается за счет кислорода миоглобина мышц. Этот кислородный резерв невелик, и в мышцах быстро наступает состояние кислородной недостаточности. В результате распад из аэробного переходит в анаэробный, который заканчивается образованием молочной кислоты и понижением рН мышечной ткани. В то же время превращения белков и жиров в этот период протекают с отставанием.
Поскольку процессы биосинтеза белков, жиров и углеводов вследствие распада макроэргических соединений практически прекращаются (по этой же причине прекращается и аэробное окисление этих веществ), лишь способные к анаэробному расщеплению углеводы продолжают активно распадаться. Быстро наступающие изменения рН мышечной ткани, обусловленные превращениями углеводов, являются начальным звеном в последовательной цепи дальнейших превращений составных компонентов мяса.
Следовательно, углеводы создают общий фон, на котором развиваются процессы распада белков и жиров. Состоянием этого фона определяется не только интенсивность дальнейших изменений составных компонентов мяса, но и их направленность. Тем самым Углеводы участвуют в формировании важнейших потребительских свойств мяса. Благодаря высокой реакционной способности они легко вступают во взаимодействие с другими компонентами мяса, образуя ряд соединений, в том числе и низкомолекулярных, которые определяют вкус и запах продукта. В формировании последних принимают участие моносахариды и их производные.
Дата добавления: 2015-04-19; просмотров: 1553;