книги из ГПНТБ / Сикорский, З. Технология продуктов морского происхождения

ется 29—32% связанной воды по отношению к сухому вещест­ ву, что составляет 5,8—6,4% от общего количества воды в мя­ се [84].

Вода, связанная непосредственно с гидрофильными центра­ ми белков, имеет более низкую упругость пара и температуру замерзания, чем вода, связанная с полярными группами бел­ ков. Ее очень трудно удалить из мяса замораживанием и суш­ кой. Количество связанной воды не изменяется во время хране­ ния мяса, а уменьшение или увеличение диссоциации полярных групп белков практически не влияет на содержание гидратационной воды. Полярные группы белков сохраняют способ­ ность связывать диполи воды даже тогда, когда соседние полипептидные цепи соединяются при помощи поперечных связей между диссоциированными аминными и карбоксильными группами аминокислотных остатков.

При более высокой относительной влажности воздуха субли­ мированное мясо снова проявляет гигроскопичность, поглощая так называемую структурно свободную воду. Она однако не присоединяется непосредственно через гидрофильные центры белков, но образует следующие слои поляризованных молекул воды вокруг полипептидных цепей. Чем больше расстояние этих диполей от полярных групп белка, тем меньше силы, связы­ вающие молекулы. Следующая часть свободной воды, так назы­ ваемая микрокапиллярная вода, конденсируется в порах мяса диаметром менее 0,1 нм, образуя раствор веществ, содержащих­ ся в тканях. Во время вторичного оводнения сублимированного филе или во время мойки перед замораживанием вода проника­ ет также в поры большего диаметра. Это так называемая макрокапиллярная вода. Все силы, которые вызывают уплотне­ ние структуры белков, вызывают переход определенного коли­ чества микрокапиллярной воды в макрокапиллярную (свобод­ ную), вытекающую из мяса под действием небольших сил. Свободная вода, составляющая основной компонент клеточного сока, образуется в результате биохимических или физических процессов, вызывающих изменения в структуре белков.

Все виды воды, за исключением макрокапиллярной, часто называют гигроскопичными, так как они проникают в высушен­ ное мясо уже при соприкосновении с влажным воздухом.

Способность мяса или фарша к удержанию собственной и добавленной воды, не только связанной дипольно, но и по­ стоянно присутствующей в белковой капиллярной структуре мышц и гомогенизированного фарша, принято называть водо­ удерживающей способностью. Это свойство обеспечивает удер­ живание воды в мясе вопреки такому внешнему воздействию, как прессование, центрифугирование, измельчение или нагре­ вание.

Водоудерживающая способность, выражается количеством воды, добавленной относительно количества мяса или белка

90

мышц и удерживаемой несмотря на действие определенной си­ лы; иногда ее определяют как отношение воды, выделенной под действием внешней силы, к общему содержанию воды в пробе.

Хамм считает, что водоудерживающая способность гомоге­ ната из говядины с добавлением 60% воды примерно на 65% обусловлена воздействием миофибриллярных белков, только на 5% свойствами миогена и на 30% участием в удержании воды в структуре гомогената небелковых растворимых веществ.

Способность мяса к удержанию собственной воды можно лучше охарактеризовать при помощи показателя водянистости. Согласно определению Хофвана (Hofwann К. Die Fleiscinirtschaft, 1971, 51, № 5, 806—807), мера водянистости мяса W (wa­ teriness) является суммой свободной жидкости и клеточной жидкости, вытекающей под воздействием внешней силы (при давлении от 0 до максимального, при котором не наблюдается уже уменьшения массы пробы). Клеточный сок, вытекающий под воздействием внешней силы, при этом измеряется как пло­ щадь под кривой зависимости объема вытекшей жидкости от давления р :

W = ] ] (р ) d p + с ,

Р= о

где р — максимальное давление, при котором уже не происходит вытекания клеточного сока;

с — количество свободно вытекшего сока.

Биофизический механизм водоудерживающей способности мяса еще не выяснен окончательно. В биологий клетки господ­ ствует мембранная теория, основанная на работах Пфепфера. Согласно этой теории решающую роль в массообмене играет оболочка клетки, обладающая свойствами полупроницаемости. Эту предпосылку принял также Тышкевич [78] в своих рассуж­ дениях относительно биофизического механизма водоудержива­ ющей способности. По его мнению, модель фрагмента мышцы имеет пространство, заполненное раствором и ограниченное обо­ лочкой, проницаемой для растворителя и непроницаемой для растворенного вещества. На основании теоретического анализа такой системы Тышкевич сделал вывод, что можно найти ис­ тинную концентрацию раствора, при которой не будет увели­ чения или уменьшения объема мышцы, помещенной в этот рас­ твор, т. е.

С в .р	= С к . р ,
где	Св.р — концентрация внешнего раствора;
	Ск.р — концентрация раствора, заполняющего мышечную клетку.'

Исследования, проведенные с использованием растворов са­ хара, показали, что водоудерживающую способность мяса мож­ но охарактеризовать при помощи так называемой равновесной концентрации С т , т. е. такой молярной концентрации водного

91

раствора сахарозы, при которой масса помещенной в раствор пробы мяса остается без изменения. Равновесные концентрации очень хорошо коррелируют с результатами определения водо­ удерживающей способности другими методами; коэффициенты корреляции превышают 0,8 [77].

По мнению Линга [47], мембранная теория не объясняет всех явлений, связанных с удержанием воды в структуре биоло­ гических систем. Однако известно, что основную роль играет взаимодействие воды и белков, содержащихся в клетках.

Разработано несколько методов определения водоудержива­ ющей способности мяса, основанных на использовании различ­ ных факторов для отделения структурно-свободной воды, при­ сутствующей в мышцах или добавленной в них и не удержива­ емой в структуре мышцы или гомогената. Ниже описываются только те методы определения, которые чаще всего применяют­ ся в лабораторной практике.

Ме т о д с п р и м е н е н и е м ф и л ь т р о в а л ь н о й бума - г и. Этот очень простой метод быстрого определения водоудер­ живающей способности, разработанный Грау и Хаммом [34], заключается в измерении площади пятна воды, выдавленной из мяса на фильтровальную бумагу. Пробу мяса или фарша мас­ сой 300 мг, в которую добавлена вода, помещают на бумагу между двумя сжимаемыми плитками из стекла или плексигла­ са. Площадь влажного кружка на бумаге за контуром сжатой пробы мяса пропорциональна количеству выдавленной воды. В то же время под слоем сжатого мяса развивается такое высо­ кое давление, что бумага впитывает только минимальное коли­ чество воды. Создатели метода показали, что давления, разви­ ваемого при сжатии плиток руками, достаточно для удаления структурно-свободной влаги, и небольшие колебания действую­ щей силы не оказывают большого влияния на результаты опре­ деления. Для облегчения пересчета площади пятна на количе­ ство воды, выдавленной из мяса, следует установить условия определения (тип и влажность фильтровальной бумаги, количе­ ство добавленной воды, температура, продолжительность дейст­ вия силы, величина давления) и определить уравнение регрес­ сии. Существуют также модификации метода, в которых изме­ рения площади пятна заменены взвешиванием бумаги или мяса до и после определения.

Достоинствами этого метода являются возможность приме­ нения его для определения водоудерживающей способности как мяса, так и фарша; очень небольшая масса пробы; короткий (порядка нескольких минут) период определения; возможность хранения результатов определения в виде кружков бумаги с пят­ нами от выделенной воды; простота проведения определения (от­ сутствие необходимости в использовании сложной аппаратуры, за исключением аналитических весов и планиметра); сохранение линейной зависимости полученных результатов.

92

Метод с применением фильтровальной бумаги не подходит для определения водоудерживающей способности в пробах, содержащих большое количество жира, например в пробах жир­ ных колбасных фаршей.

С е д и м е н т а ц и о н н ы й метод. Определение основано на отделении центрифугированием воды, не удерживаемой мяс­ ным фаршем, и измерении ее количества. По нашей методике 50 г мяса рыбы, измельченного на волчке с диаметром отвер­ стий решетки 3 мм, гомогенизируют с 250 см3 дистиллированной воды в сосуде гомогенизатора «Унипан» емкостью 400 см3 в те­

чение 1 мин при скорости вращения 418,8	рад/с, после чего
центрифугируют 100 г гомогената в течение	15 мин в лабора­
торной центрифуге при скорости вращения	397,3—418,8 рад/с.

Отделившийся сок сливают с осадка и взвешивают. Водоудер­ живающую способность данного фарша определяют по урав­ нению

W

Q = ~гг (юо — Л4Ж) — м ж,

м ы

где Q— водоудерживающая способность (количество добавленной воды), % к массе мяса;

W — масса добавленной воды к общему количеству мяса, г; М м — масса мяса в общем количестве гомогената, г;

•Мж — масса отцентрифугированной жидкости (от 100 г гомогената), г.

При данных условиях определения абсолютная ошибка ме­ тода составляет около 5%, а относительная ошибка зависит от количества центрифугированной жидкости. При высокой водо­ удерживающей способности (порядка 100%) мяса относитель­ ная ошибка составляет 5%, тогда как при низкой водоудержи­

вающей

способности

(по-

|

80

— ""

рядка 20%)—25%. Эта­

I

пом

определения,

сильно

в «

м

J

r

влияющим на его резуль­

5 §

70

Г

тат,

является отбор гомо­

а

гената.

При возрастании

3 5

5

* ,

$

ч

отношения количества до­

ча

$

бавленной

воды

к массе

мяса рыбы в пределах от

JH

2 до

10 увеличивается ре­

1

зультат

определения

во­

•1

доудерживающей

способ­

Время

хранения, дни

ности (рис. 22). Разница

Рис. 22. Влияние добавления воды в го­

в результатах

определе­

ния

водоудерживающей

могенат из мяса трески на его водоудер­

живающую способность [63]:

способности

в

пробах,

W — количество

воды;

М — количество

приготовленных

с разны­

мяса рыбы.

ми количествами

добав­

ленной

воды,

исключи-

93

тельно высока при низкой водоудерживающей способности мяса. Ц е н т р и ф у ж н ы й метод. Определение основано на отделении вытекающего сока из пробы мяса или фарша на центрифуге с применением градуированных центрифужных

пробирок с сеточкой.

Влияние посмертного изменения на водоудерживающую спо­ собность мяса. В л и я н и е pH мяса . При процессах, проте­ кающих в рыбе после ее смерти, изменяется pH, что оказывает очень большое влияние на физико-химическое состояние белков мяса и проявляется в изменении водоудерживающей способно­ сти мышечной ткани.

Типичная зависимость водоудерживающей способности мя­ са от его pH показана на рис. 23. При pH около 5, т. е. в обла­ сти изоэлектрической точки белков мышц, значение водоудержи­ вающей способности достигает минимума. При таком pH моле­ кула белка не имеет внешнего электрического заряда — диссо­ циированные группы взаимно насыщены, вследствие чего пеп­ тидные цепи максимально приближены друг к другу. Мясо име­ ет предельно сжатую структуру, так как отсутствуют ненасы­ щенные одноименные электрические заряды, которые могли бы взаимно отталкиваться. В результате этого между полипептидными цепями и молекулами белков меньше места для воды. При pH ниже и выше изоэлектрической точки водоудержива­ ющая способность мяса повышается, так как изменение pH среды в кислую или щелочную сторону вызывает ослабление структуры белков вследствие разрыва связей между определен­ ными группами соседних пептидных цепей.

В случае подкисления мяса соляной кислотой или подщела'- чивания его едким натром реакция протекает следующим об­ разом:

+ + 4“

R — COOH3N — Ri + Н - RCOOH + H3N — Ri,

R — COOH3N — Ri + OH“ - R — COO~ + H2N — Ri + H20 .

Под влиянием подкисления или подщелачивания происходит

+

разрыв связей между группами R—СОО- и Ri—NH3. В щелоч­ ной среде белок получает отрицательный заряд за счет иониза­ ции карбоксильных групп R—СОО- , в кислой среде — положи-

94

Рис. 24. Водоудерживающая способность сырого мяса балтийской трески при по­ вышении pH после разрешения посмерт­ ного окоченения [63].

Рис. 23. Зависимость во­ доудерживающей спо­ собности от pH.

тельный заряд за счет ионизации аминогрупп Ri—NH3. Одно­ именные заряды взаимно отталкиваются, что расслабляет структуру мяса и увеличивает его водоудерживающую способ­ ность.

Максимумы	на кривой водоудерживающей способности
W H C = f (pH)	при очень высоких и очень низких показателях

pH можно объяснить тем, что при больших концентрациях ще­ лочи или кислоты имеет место связывание введенных анионов (например, С1_) или катионов (Na+) с ионизованными группами белка, уменьшающее электростатические силы отталкивания между одноименно заряженными группами и тем, что рост кон­ центрации кислоты и щелочи ведет к образованию более плот­ ной структуры и снижению водоудерживающей способности мяса.

Влияние pH на водоудерживающую способность мяса тре­ ски, кислотность которого изменяли добавлением кислоты или щелочи, показано на рис. ^ 23, изменения втэдоудерживающей способности вследствие естественного

повышения pH мяса ры­ бы после разрешения по­ смертного окоченения — на рис. 24.

Добавление кислоты и щелочи не вызывает не­ обратимых изменений би­ охимических свойств при pH от 4 до 10. При pH 4

начинается необратимая кислотная денатурация. Мышцы, подкисленные искусственно до pH 3,

95

Рис. 25. Влияние удаления двухос­ новных катионов из мяса на его во­ доудерживающую способность [34]:

1 — контрольное мясо; 2 — исследуе мое мясо.

Рис. 27. Рост водоудерживающей способности при изменении pH [34]:

1 — контрольное мясо; 2 — исследуе­ мое мясо.

Рис. 26. Уменьшение водоудерживаю­ щей способности мяса при pH выше изоэлектрической точки [34]:

1 — контрольное мясо; 2 — исследуе­ мое мясо.

Рис. 28. Уменьшение водоудерживаю­ щей способности при изменении pH [34]:

1 — контрольное мясо; 2 — исследуе­ мое мясо.

имеют более высокую водоудерживающую способность, чем на­ туральные мышцы, однако при возвращении pH к исходной ве­ личине водоудерживающая способность бывает значительно ни­ же первоначальной.

Ход кривой W H C = f ( pH) может характеризовать электро­ химические условия, преобладающие в данном мясе в зависи­ мости от технологических режимов обработки. Зная, что водо­ удерживающая способность возрастает вследствие расслабле­ ния структуры белка, вызванного увеличением количества одно­ именных зарядов белковой молекулы, можно по ходу кривых водоудерживающей способности вблизи изоэлектрической точки судить о влиянии факторов обработки на электрохимические свойства мышечных белков. Рассмотрим представленные Хаммом шесть типовых кривых W 7/C=/(pH), характеризующих влияние разных способов обработки мяса на его водоудержива­ ющую способность.

Так, пунктирная линия, показанная на рис. 25, характеризу­ ет влияние на водоудерживающую способность мяса удаления из него некоторых катионов, например, при помощи добавления полифосфатов или применения ионитов. Причиной более быст­ рого роста водоудерживающей способности в области pH выше

96

изоэлектрической точки является, по мнению Хамма, разрыв внутримолекулярных связей между ионизированными кар­ боксильными группами и двухосновными катионами Са++, Mg++ и Zn++ под влиянием технологической обработки.

Более свободный рост водоудерживающей способности мя­ са в щелочной среде по сравнению с водоудерживающей спо­ собностью в изоэлектрической точке под влиянием технологиче­ ской обработки (рис. 26) объясняется, например, образованием дополнительных связей между диссоциированными карбоксиль­ ными группами и двухосновными катионами.

Показанный на рис. 27 рост водоудерживающей способно­ сти мяса в наблюдаемых пределах pH может быть вызван рас­ слаблением структуры белка не только вследствие разрыва ионных или водородных связей (поскольку pH не ограничива­ ется изоэлектрической точкой или другими определенными пре­ делами). Причиной, может быть разрыв определенного количе­ ства пептидных связей. Такое изменение водоудерживающей способности мяса наблюдается в процессе его созревания.

На рис. 28 показано общее падение водоудерживающей спо­ собности мяса независимо от pH, вызванное образованием но­ вых постоянных связей в белковой молекуле, например, пептид­ ных, тиоловых или эфирных, не подвергающихся разрыву при pH от 3 до 7,5. Так проявляется процесс тепловой денатурации белка.

Иногда имеет место снижение водоудерживающей способно­ сти исследуемого мяса по отношению к контрольной пробе при pH вблизи изоэлектрической точки и более быстрый рост водо­ удерживающей способности при pH выше или ниже изоэлектри­ ческой точки (рис. 29). Сжатие структуры мышц происходит в таком случае вследствие образования ионных или водородных связей, которые разрываются при pH выше или ниже изоэлект­ рической точки. Если эти связи образовались между частично освобожденными белковыми цепями, то разрыв их может быть вызван большим, чем в контрольном мясе, разрушением струк­ туры. Эффект такого рода, по мнению Хамма, может наблю­ даться при сублимационной сушке.'

Минимум водоудерживающей способности может передви­ нуться в область pH выше или ниже изоэлектрическойточки контрольной пробы мяса под влиянием связывания анионов или катионов добавленной соли (рис. 30). При pH ниже 5 (см. рис. 30, а ) суммарный заряд белковой молекулы является дополнительным вследствие ионизации аминных групп. Связы­ вание аниона белком уменьшает взаимное отталкивание этих одноименно заряженных групп, что приводит к уплотнению структуры мяса и уменьшению его водоудерживающей способ­ ности. При pH выше изоэлектрической точки имеет место ослаб­ ление существующих ионных связей в результате присоединения: анионов, что обусловливает возрастание влажности мяса.

7 3. Сикорский

9 7

Рис. 29. Уменьшение водоудерживающей способности при значениях pH, близ­ ких к изоэлектрической точке [34]:

а — pH ниже изоэлектрической точки; b — pH выше изоэлектрической точки: 1 — контрольное мясо; 2 — исследуемое мясо.

Рис. 30. Перенос минимума водоудерживающей способности [34];

а — pH ниже изоэлектрической точки; b — pH выше изоэлектрической точки: 1 — контрольное мясо; 2 — исследуемое мясо.

Перемещение минимума водоудерживающей способности выше изоэлектрической точки происходит под влиянием связы­ вания катионов. В кислой среде может иметь место ослабление части связей в присутствии катионов:

R — COCTHgN — Ri + К+-* R — CO O -K+HgN — R*.

Выше изоэлектрической точки может наблюдаться снижение водоудерживающей способности мяса вследствие ослабления отталкивающего действия отрицательных зарядов:

R — COO" — ООС — R + K + + R — СО О ~К+ _ ООС — R .

'ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Биохимическим реакциям, идущим в мясе рыбы, сопутствуют химические и физические процессы. Компонентами рыбы, наибо­ лее подверженными химическим изменениям, являются выде­ лившиеся из нее жиры, окисляющиеся значительно быстрее, чем растительные. В мышцах процесс окисления жиров идет мед-

98

леннее, и обычно охлажденную рыбу бракуют на основании гнилостного запаха белка, а не из-за окисления жира. Однако у таких рыб, как сельдь или скумбрия, после нескольких дней хранения в охлажденном виде можно отметить признаки про­ горклости во время органолептического определения ее свеже­ сти. В то же время при комнатной температуре микробиологи­ ческие процессы разложения белка проходят так быстро, что гнилостный запах перебивает запах прогоркшего жира. Замед­ ление процесса окисления жиров в рыбе, хранящейся в услови­ ях пониженных температур, по-видимому, является результатом деятельности микроорганизмов, которые уменьшают доступ кислорода к поверхности продукта.

Не все виды мяса рыбы подвергаются прогорканию в одина­

ковой степени — красное мясо прогоркает сильнее, чем	белое,
так как гематиновые соединения катализируют реакцию	само­
окисления.

Среди липидов, содержащихся в мясе рыбы, наиболее ста­ бильными являются нейтральные жиры.

Механизм окисления. Окисление жира является типичной цепной реакцией, включающей три этапа: начало, развитие и замедление процесса. Такая реакция может начаться под дей­ ствием какого-либо свободного радикала на молекулу мирной кислоты. Наиболее вероятным возбудителем цепной реакции является радикал, образующийся при разложении перекиси. Установлено, что тщательно очищенная линоленовая кислота имеет долгий период индукции и во время испытаний, проводи­ мых при повышенной температуре, не обнаруживает роста перекисного числа. Только при возникновении первой цепной реак­ ции, например в результате облучения, может быстро развиться процесс окисления. Гораздо труднее начинается непосредственное воздействие атмосферного кислорода на атом углерода, находя­ щийся у двойной молекулы жирной кислоты. Каким бы ни было начало реакции окисления, она всегда превращается в цепную,

схема которой в случае окисления1 моноеновых					жирных		кислот
представлена ниже [49]:
-сн2-сн=сн-сн2- —		сн—сн=сн—СН—+ RH		- ch2- ch=ch- ch2- r,
			Jo»		IQ,
		-СНа- СН=СН-СН-		-СН2-С |Д CH-CH- R,
			1	' I	I
			ОО1		ОО1
-сн2-сн=сн-сн-+			СН2—СН=СН~СН2—Rj	т -СНг ch=ch- ch2- r2
		:н-сн=сн--CHj-Rj —СН2-СН-СН—CHj-R, + -сн-сн=сн-сн
3	I		|	ООН		1	1
	ООН	\°*				Jo2	R2
			Н11~СН=СН-СН-СН2—R,
			I	ООН
fitgstm sb	Водорода	Цепная	Цепная			Цепная
		реакция	реакция			реакций

7*

99