Сваривание и деструкция коллагена

Из содержащихся в пищевых продуктах фибриллярных белков (кол­лаген, эластин, миозин, актин и др.) наибольшее влияние на качество кулинарных изделий и блюд оказывают изменения в процессе тепло­вой кулинарной обработки белка коллагена, тогда как эластин при ку­линарной обработке изменяется столь незначительно, что не оказыва­ет заметного влияния на структуру и свойства кулинарной продукции.

При нагревании в воде отдельных коллагеновых волокон или их пучков вначале они несколько набухают, а затем деформируются. Упо­рядоченная структура коллагена (вытянутые параллельные цепи) пла­вится, и коллаген переходит в аморфное состояние. В расплавленном состоянии из-за ослабления внутри- и межмолекулярного взаимо­действия цепи за счет разрыва части поперечных связей, стабилизи­рующих структуру коллагенового волокна, принимают произвольную конфигурацию, что приводит к усадке (сокращению) коллагенового волокна. Длина волокон может уменьшиться до 60 % от первоначаль­ной, а их диаметр увеличивается, что приводит к увеличению объема волокна по сравнению с первоначальным.

Поскольку процесс сваривания коллагена идет с поглощением теп­ла (8,4...22,7 Дж/г), которое необходимо для разрушения поперечных связей (водородных и др.), в систему должно постоянно подаваться тепло.

Заметные изменения линейных размеров коллагеновых волокон на­земных животных наблюдаются при достижении 50 °С (коллагена кожи рыб — около 40 °С). При дальнейшем повышении температуры разру­шение структуры волокон значительно усиливается, и при достиже­нии температуры 55...65 °С для коллагенов различного происхождения происходит резкое и мгновенное сокращение длины волокон и уве­личение их объема. Этот процесс называется свариванием коллагена, а температура, при которой происходит резкое и мгновенное уменьше­ние длины и увеличение диаметра волокон — температурой сварива­ния. Температура сваривания коллагенов различного происхождения неодинакова, и даже коллаген одного и того же происхождения в за­висимости от толщины и структуры волокон может иметь температуру сваривания, отличающуюся между собой до 6 °С. Сваривание коллагена сопровождается отщеплением от коллагена значительной части связан­ных с ними углеводов. Наряду с изменением линейных размеров колла­геновых волокон происходит нарушение их фибриллярной структуры, и волокна становятся стекловидными. При сваривании коллагена трой­ные, плотно свитые спирали нативного коллагена переориентируются в беспорядочно свернутые молекулы. Волокна становятся эластичны­ми, более доступными действию ферментов желудочно-кишечного тракта (трипсина), их прочность значительно снижается.

Температура сваривания зависит от содержания воды в коллагено­вом волокне. Чем оно выше, тем ниже температура сваривания. Сухой коллаген не сваривается даже при температуре выше 100 °С. Коллаген может адсорбировать воду до половины своего веса.

Нагревание коллагеновых волокон выше температуры сваривания вызывает дальнейшее разрушение их структуры, обусловленное по­следовательным разрывом поперечных связей между молекулами тро-

поколлагена и внутримолекулярных поперечных связей между цепями тропоколлагена, что приводит в конечном счете к необратимой деза­грегации (деструкции) не только структуры волокон, но и к дезагрега­ции структуры молекулы тропоколлагена. Это процесс резко ускоря­ется при температурах выше 80 °С. В результате описанных изменений из коллагена образуется растворимый в горячей воде (40 °С и выше) продукт, называемый глютином.

Переход коллагена в глютин — это процесс, при котором высоко­организованное квазикристаллическое, нерастворимое в воде колла­геновое волокно превращается из бесконечно ассиметричной сетки взаимосвязанных тропоколлагеновых единиц в водорастворимую си­стему независимых молекул с гораздо более низкой степенью внутрен­ней упорядоченности.

Процесс перехода коллагена в глютин включает следующие стадии:

плавление трехспиральной структуры до аморфного состояния;

гидролиз поперечных (межмолекулярных) связей между тропо­коллагеновыми единицами;

гидролиз внутримолекулярных поперечных связей;

гидролиз пептидных связей главной цепи.

Таким образом, свойства глютина зависят от аминокислотного со­става исходного коллагена, который определяет термодинамические параметры фазового перехода, от числа и распределения внутри- и меж­молекулярных поперечных связей, которые устанавливают начальную степень полимеризации волокнистой сетки, и от порядка, в котором проходят вторая, третья и четвертая стадии. Для образования глютина необязательно наличие всех четырех стадий, а также, по-видимому, не­обязательно, чтобы каждая стадия прошла полностью.

Ускорить процесс перехода коллагена в глютин можно посредством предварительной кислотной обработки (например, маринование мяса), обработкой мяса с повышенным содержанием коллагена проте- олитическими ферментами (например, папаином, бромелином и др.), а также воздействием высоких температур (110 °С и выше). При варке мяса в автоклаве при температуре 120 °С глютина образуется в течение одного и того же времени в 2 раза больше, чем при варке в кипящей воде при обычном давлении. Поскольку при высоких температурах быстрее протекают и нежелательные реакции (распад витаминов, де­струкция мышечных белков, реакция меланоидинообразования и др.), снижающие пищевую и биологическую ценность продукта, автоклавы для приготовления кулинарной продукции не применяются.

Вода

Вода в силу особенностей своих физических и химических свойств играет исключительно важную роль в формировании качества про­дукции общественного питания, ее физико-химических, структурно­механических и органолептических показателей, а также устойчивости в процессе хранения. Вода в различных количествах является компо­нентом химического состава практически всех пищевых продуктов как животного, так и растительного происхождения, а продукции об­щественного питания в особенности. Она содержится в клетке и вне ее, выполняя роль диспергирующей среды и растворителя, участвует, таким образом в формировании структуры и консистенции, внешнего вида и других органолептических свойств натуральных продуктов.

Техническая роль воды заключается в том, что вода в жидком и па­рообразном состоянии или в их сочетании является теплоносителем.

Это ее свойство проявляется в двух направлениях. Первое — вода (пар) пе контактирует с пищевыми продуктами, выполняя функцию проме­жуточного теплоносителя в рубашке тепловых аппаратов (например, пищеварочные котлы с косвенным обогревом). Второе — вода (пар) находится в контакте с пищевыми продуктами, являясь средой (ва­рочной, паровоздушной), в которой продукт доводится до состояния кулинарной готовности (наплитная посуда, котлы с косвенным обо­гревом, паровые камеры, парконвектоматы и др.).

Технологическая функция воды широка и многогранна и состоит в том, что она является:

рецептурным компонентом многих полуфабрикатов, кулинар­ных изделий, блюд, мучных кондитерских и булочных изделий, участвуя в формировании структуры названной продукции;

средой в пищевых дисперсных системах, в которой происходят физические, химические, коллоидные и биохимические реак­ции (взаимодействия) основных нутриентов, а также структуро- образователем, что в конечном счете предопределяет качество готовой продукции;

растворителем многих пищевых продуктов и их компонентов в процессе производства продукции общественного питания;

веществом с нейтральным вкусом и запахом, что позволяет фор­мировать продукцию (пищевые композиции) с самыми разно­образными вкусовыми, ароматическим и цветовыми оттенками.

Санитарно-гигиеническая функция воды проявляется в том, что она:

в процессе гидромеханической обработки удаляет с поверхно­сти продуктов загрязнения и снижает микробиологическую об- семененность сырья и полуфабрикатов;

обладает высоким пастеризующим и стерилизующим эффектом;

при низких минусовых температурах (в состоянии льда) явля­ется самым распространенным и эффективным консервантом, что позволяет в течение длительного времени сохранять на вы­соком уровне качество продукции.

Состояние воды (жидкое, твердое, парообразное) оказывает боль­шое влияние на течение химических реакций, рост и развитие микро­организмов, структуру продукции. Для технологических целей должна использоваться питьевая вода, требования к качеству которой заложе­ны в нормативной документации (ГОСТе). Такой широкий перечень функций, которые выполняет вода, не говоря о ее огромной физиологической роли в организме всех живых существ, свидетельствует о ее уникальных физических и химических свойствах.

С точки зрения химии и физики вода представляет собой вещество, в высокой степени способное к реакциям, отличающимся по своим свойствам от других жидкостей, распространенных в природе. Вода и продукты ее диссоциации — ионы водорода (протоны) и ионы ги­дроксила — являются исключительно важными факторами, опреде­ляющими структуру и функциональные свойства таких органических веществ, как белки, липиды, нуклеиновые кислоты, а также структуру и свойства биологических мембран и субклеточных органелл клетки.