3. Основные процессы и изменения в продуктах животного происхождения при холодильной обработке

Продукты животного происхождения вследствие вы­сокого содержания жизненно необходимых веществ (не­заменимых аминокислот, эссенциальных жирных кис­лот, витаминов и микроэлементов) определяют качест­венный уровень питания.

Из всех потребляемых продуктов животного проис­хождения наиболее важным и ценным является мясо.

1. Автолитические изменения мяса

В послеубойный период в мясе происходят авто- л и т и ч е с к и е изменения, которые обусловлены воздействием ферментов, содержащихся в тканях.

Сразу после убоя животного преобладающим ста­новится процесс созревания, который осуществляется с помощью содержащихся в самом же мясе различных биологически активных соединений. Процесс состоит из двух фаз (стадий): в первой (стадия послеубойного окоченения) преобладают процессы окоченения мышц, один из которых связан с образованием прочного бел­кового комплекса; во второй — происходит размягче­ние мышечной ткани и накопление продуктов, форми­рующих потребительские свойства мяса. На этой стадии мышечные белки подвергаются различной степени де­натурации и протеолиза.

Продолжительность каждой стадии посмертных из­менений зависит от условий холодильной обработки и хранения продуктов животного происхождения.

Качество кулинарно обработанного мяса и готовых мясных изделий зависит от свойств мяса. Чем меньше его жесткость, выше влагосвязывающая способность, тем нежнее и сочнее изготовленная из него продукция, лучше вкус и аромат, перевариваемость и усвояемость, а следовательно, выше пищевая и биологическая цен­ность.

Мясо, полученное тотчас же после убоя животного (парное), в течение первых трех часов обладает высо­кой влагопоглотительной и влагоудерживающей спо­собностью, которая обусловливает нежную его консис­тенцию после тепловой обработки. В парном мясе со­держится значительное количество гликогена, АТФ, креатннфосфорной кислоты, миозин и актин не связаны друг с другом, развариваемость коллагена соедини­тельной ткани очень высокая («=*23 % его исходного со­держания), содержание связанной влаги 80—90 % об­щего содержания воды в мясе. Мышечные волокна пар­ного мяса в первые 2—3 ч после убоя набухшие.

Вареное парное мясо не имеет выраженного арома­та. характерного для созревшего мяса, вместе с тем го­ряче-парное мясо вполне пригодно для выработки соси­сок, сарделек, вареных колбас и холодильной обработки. Мягкая консистенция и высокая водоудерживающая спо­собность парного мяса обусловлены тем, что белки нахо­дятся в нативном состоянии и растворимость их мак­симальная, так как в этот период в молекулах белков находится наибольшее количество гидрофильных групп (—СООН, —ОН, —NH₂ и др.), т. е. групп, способных связывать значительное количество воды.

Через 4—6 ч после убоя животного наступает по­смертное окоченение. Окоченение начинается в мышцах конечностей и сердца, выполняющих при жизни живот­ного наиболее напряженную работу. Окоченение проте­кает неодинаково и зависит от температуры, возраста и упитанности туш животных.

В период посмертного окоченения значительно из­меняются физико-химические свойства мяса. Жест­кость, а соответственно и сопротивление разрезающему усилию возрастают в два раза. Наблюдается уменьше­ние количества связанной воды, а также способность мяса к гидратации. В связи с жесткостью, мало устра­нимой при тепловой обработке, и недостаточным аро­матом и вкусом мясо наименее пригодно для кулинар­ной обработки.

Посмертное окоченение имеет общебиологическую природу и единую для всех животных направленность процессов. В их числе следующие: распад гликогена, креатинфосфорной (КФ) и аденозинтрифосфорной (А'ГФ) кислот, ассоциации актина и миозина в актоми- озиновый комплекс, изменение гидратации мышц. Не­которые из этих процессов являются прямой причиной наступления окоченения, другие оказывают на него кос­венное влияние. Вследствие прекращения доступа кис­лорода в клетки затухает аэробная фаза энергетичес­кого обмена, в которой происходит ресинтез мышечно­го гликогена и остается лишь анаэробная фаза — рас­пад гликогена (гликолиз), который происходит путем фосфорнлирования с участием АТФ. Из-за отсутствия кислорода в тканях (естественного акцептора протонов и электронов в условиях аэробного расщепления угле­водов) акцептором протонов и электронов в анаэроб­ных условиях становится пировиноградная кислота, которая восстанавливается при этом до молочной.

Анаэробные процессы распада гликогена, накопле- ним молочной кислоты и снижения величины pH в ос­новном заканчиваются в мясе через 24 ч хранения при 4°С; pH мышечной ткани уменьшается с 7,0 до 5,6— 5,8. Это оказывает тормозящее действие на развитие гнилостных микроорганизмов.

Содержание молочной кислоты и величина pH яв­ляются важными показателями характеристики качест­ва мяса. От них зависят стойкость мяса при хранении и ряд физико-химических показателей, обусловливаю­щих технологические и потребительские свойства мяса (влагоемкость, количество воды, выделяющейся при тепловой обработке, количество сока, выделяющегося при размораживании, и т. д.). Кроме того, по мере сни­жения величины pH создаются более благоприятные условия для действия мышечных катепсннов, что имеет большое значение для последующего созревания мяса.

В мышцах здоровых, упитанных, отдохнувших жи­вотных содержится до 0,8 % гликогена, в мышцах утомленных и истощенных животных количество его меньше, молочная кислота слабо накапливается, вслед­ствие чего pH достигает 6,2—6,5.

Распад гликогена, протекающий после убоя живот­ного, никогда не доходит до конца, и независимо от ко­нечной величины pH (а она не может быть ниже 5,5) и продолжительности послеубойного хранения в мясе сох­раняется некоторое его количество. Кроме фосфорили- рования, происходит амилолитический распад гликоге­на в мышечной ткани. Амилолитическому распаду под­вергается приблизительно 1/10 общего количества гли­когена. На первых стадиях автолиза мышц отмечено лишь незначительное образование мальтозы, глюкозы, несбраживающнх полисахаридов. На более глубоких стадиях окоченения (после 24 ч) дальнейший распад гликогена обусловлен в основном амилолнтнческим пу­тем.

В организме животного креатинфосфат (КФ) наря­ду с аденозинтрнфосфатом (АТФ) является своеобраз­ным аккумулятором энергии, которая используется в процессах мышечного сокращения. Наиболее богаты КФ интенсивно работающие скелетные мышцы. Сразу после убоя происходит быстрый распад креатинфосфа- та. Большая его часть распадается до появления пер­вых физических признаков окоченения, т. е. через 6—

6. ч после убоя. Это обусловливает ресинтез АТФ и определенный его уровень до быстрой фазы окочене­ния. Распад АТФ происходит в более замедленном тем­пе, чем креатинфосфата. Одновременно происходит ре­синтез АТФ в связи с распадом гликогена. Однако ьтот ресинтез уравновешен расщеплением АТФ миозином. До тех пор пока имеется запас гликогена, не может произойти полного распада АТФ, поэтому мускул не переходит в состояние окоченения. Затем содержание АТФ достигает критической концентрации и наступает быстрая фаза окоченения. Через 12 ч после убоя жи­вотного распадается до 90 % АТФ (от его первоначаль­ного содержания).

Непосредственно после убоя животного миозин свя­зан в комплекс с нонами калия, магния и кальция, а также с гликогеном и АТФ. Диссоциация комплекса происходит, по-видимому, в результате накопления мо­лочной кислоты и снижения pH. Калий, магний и каль­ций освобождаются из комплексных соединений.

Свободный ион кальция вызывает сближение миози­на с Ф-актнном, происходит образование актомиозина и активирование миозиновой АТФазы. АТФ при этом те­ряет неорганический фосфат, а освобождаемая энергия макроэргической связи используется на перемещение актиновых протофибрилл относительно миозиновых. Начинается укорочение миофибрилл, которое является результатом втягивания нитей актина между нитями миозина. Образуется комплекс актомиозина и происхо­дит дальнейшее сокращение миофибрилл. Внешне это выражается в посмертном окоченении мускулатуры.

Процесс образования актомиозина в результате взаимодействия актина с миозином сопровождается сни­жением числа свободных гидрофильных центров в их молекулах в результате взаимной блокировки активных групп белков. Уровень гидратации последних резко снижается.

После убоя мускул находится в состоянии очень вы­сокой гидратации. В течение одних суток хранения на­блюдается сильное падение способности мышечной тка­ни прочно удерживать воду. Минимум гидратации и максимум жесткости мяса совпадают по времени.

По мере перехода мышц в стадию окоченения раст­воримость белков резко уменьшается и достигает ми­нимума на стадии максимального окоченения. Раство­римость белков снижается при приближении значения pH к изоэлектрнческой точке мышечных белков. Кроме того, вследствие распада АТФ в процессе окоченення они находятся в состоянии плотной сетчатой структуры и экстрагирование белков снижается. Уменьшение раст­воримости белков может быть обусловлено и буферным связыванием воды в результате конформацнонных из­менений актина при переходе его из глобулярной фор­мы в фибриллярную. Происходящая при этих превра­щениях полимеризация актина снижает его удельную поверхность, а следовательно, и количество гидрофиль­ных групп, способных взаимодействовать с водой. Сни­жение влагоудерживающей способности мышечной тка­ни уменьшает выход мяса или изделий из него при теп­ловой обработке.

Таким образом, в период послеубойного (посмерт­ного) окоченения мышц решающая роль принадлежит сократительным белкам мышечной ткани, образующим прочные белковые комплексы, которые придают мясу повышенную жесткость, плотность, снижают водоудер­живающую способность.

С понижением температуры хранения происходит за­держка в наступлении и окончании первой фазы созре­вания мяса в связи с замедлением скорости протекаю­щих в мышечной ткани биохимических процессов. Так, если при 16...18°С говядина находится в состоянии око­ченения сутки, то при 0°С — двое суток. При медлен­ном охлаждении мяса происходит более глубокий про­цесс окоченения, чем при ускоренном, так как быстрее распадается гликоген и увеличивается содержание мо­лочной кислоты.

В период развития окоченения не происходит суще­ственных разрушений структурных элементов мышеч­ного волокна. Лишь через сутки заметны изменения в строении ядер. Соединительная ткань между мышечны­ми пучками немного отслаивается. В последующее вре­мя обнаруживаются признаки разрушения структуры саркоплазмы. Все это свидетельствует о начале созре­вания.

На второй стадии созревания мяса происходит ряд изменений его свойств, обусловленных углублением ав­толиза, в результате которых мясо приобретает хорошо выраженные аромат и вкус, становится мягким и соч­ным, более влагоемким и доступным действию пищева­рительных ферментов в сравнении с мясом в состоянии посмертного окоченения. Процесс созревания очень сло­жен и связан с изменением состава и состояния основ­ных компонентов мяса.

Роль ферментов в этом процессе исключительно ве­лика. От их активности во многом зависят общее на­правление и скорость протекания катаболических про­цессов при хранении мяса.

Вторая стадия созревания наступает через двое су­ток хранения мяса при низких положительных темпе­ратурах, когда белки начинают подвергаться протеоли- зу — ферментативному гидролитическому расщеплению. Этот процесс протекает под действием целой группы протеолитических ферментов. Кроме протеаз в клетках содержатся гидролазы, гидролизующие полинуклеоти­ды. липазы и др.

В клетках различных тканей гидролазы находятся в специальных органоидосубмикроскопических обра­зованиях клеток («мешочках», окруженных тонкой мем­браной), получивших название лизосом. При созрева­нии мяса мембраны лизосом разрушаются и гидрола­зы получают свободный доступ ко всем химическим компонентам клеток — так начинается процесс автоли­за (растворение или разрушение) тканей.

В результате протеолиза миофибриллярных белков при созревании мяса увеличивается количество N-koh- цевых групп вследствие разрыва пептидных связей в белках фракции миозина, что приводит к снижению жесткости мяса.

Установлено, что улучшение консистенции мяса обу­словлено не только разрушением поперечных связей актомиозинового комплекса и ограниченным протеолн- зом миофибриллярных белков, но и дезинтеграцией Z-иластинок саркомеров.

С наступлением разрешения окоченения раствори­мость белков вновь увеличивается, но не достигает зна­чений растворимости белков парного мяса, что объяс­няется необратимостью начавшегося при созревании мяса процесса их денатурации. На растворимость бел­ков мышечной ткани существенное влияние оказывает происходящее при созревании мяса перераспределение ионов Са, Mg и Zn.

Процесс гидратации белков имеет положительную корреляцию с нежностью мяса — одним из важнейших качественных показателей.

Липиды сразу же после убоя животного подвергают* ся воздействию мышечных липаз. Оптимум их действия лежит в слабощелочной среде (pH 7,3—7,5). Чем выше запасы гликогена в мышцах, тем интенсивнее его рас­пад и глубже понижение pH тканей. В связи с этим активность мышечных липаз уменьшается.

В тканях мяса уже после непродолжительного хра­нения увеличивается содержание свободных жирных кислот, а также дн- и моноглицеридов — продуктов не­полного гидролиза триглицеридов. В течение некоторо­го времени в тканях может продолжаться р-окисление жирных кислот, в основном низкомолекулярных.

Процессы окисления (дегидрирования) в анаэроб­ных условиях, создающихся в тканях сразу после убоя животных, из-за недостатка акцепторов водорода (на­капливаются восстановленные формы дегидрогеназ) сколько-нибудь глубоко идти не могут. Процесс оста­навливается на стадии образования гидрокси- и кето- кислот, которые под действием тканевых декарбосилаз превращаются в кетоны. Низкомолекулярные кетоны (метилалкилкетоны) обладают неприятным специфичес­ким запахом и могут вызвать порчу продукта. Фермен­тативные процессы расщепления липидов по мере по­нижения температуры замедляются.

В изменении нежности мяса важную роль играют также количество и состояние компонентов соедини­тельной ткани. В процессе созревания различные ком­поненты мяса претерпевают неодинаковую степень пре­вращений, поэтому при равных условиях созревания различных отрубов мяса одного и того же животного, а также одинаковых отрубов разных животных нежность оказывается различной. В мясе, содержащем значитель­ное количество соединительной ткани, нежность отно­сительно невелика, и оно требует более длительного созревания.

У молодых животных и птиц этот процесс протекает быстрее, чем у старых. Автолитические изменения в мясе больных и усталых животных менее глубоки и ме­нее выражены, чем в мясе здоровых и отдохнувших жи­вотных. С увеличением нежности наблюдается улучше­ние вкусовых и ароматических свойств мяса и получен­ного из него бульона.

Сырое созревшее мясо имеет слегка кисловатый за­пах без ясно выраженного аромата. Приятные вкус и аромат оно приобретает после тепловой обработки, во время которой вещества, участвующие в формировании этих свойств мяса, подвергаются сложным превраще­ниям — распаду с образованием новых соединений, взаимодействующих между собой.Вкус и аромат вареного мяса и бульона улучшаются по мере накопления в сыром мясе свободных аминокис­лот, моносахаридов, продуктов распада нуклеотидов, летучих карбонильных соединений и др. В результате протеолиза белков и распада полипептидов и, возмож­но, природных пептидов мышечной ткани (карнозин, ансерин) на второй стадии созревания мяса общее со­держание свободных аминокислот возрастает и на седь­мые сутки храпения при 2°С в 1,5 раза превышает их количество в парном мясе, а при дальнейшем хранении еще более увеличивается.

В процессе созревания в мясе продолжают накапли­ваться глюкоза, фруктоза, рибоза и другие моносаха­риды. Во время тепловой обработки происходят мела- ноидиновые реакции, в ходе которых свободные амино­кислоты взаимодействуют с моносахаридами: образуют­ся меланоидины, обладающие определенным вкусом и запахом. В реакциях могут также участвовать поли­пептиды, белки и амины.

При распаде нуклеотидов, главным образом АТФ, увеличивается содержание инознновой кислоты, инози­на, гипоксантина. Имеются данные об образовании в мясе также гуаниловой кислоты. Глутаминовая, инози- новая и гуаниловая кислоты, а также их натриевые со­ли придают супам и бульонам специфический вкус и аромат. Содержание карбонильных соединений в мясе непрерывно возрастает и к концу срока созревания пре­вышает их количество в парном мясе более чем в два раза. Летучие карбонильные соединения сами обладают определенным запахом, а также могут участвовать в меланоидинообразованни.

В формировании вкуса и аромата мяса, вероятно, участвуют образующиеся при созревании низкомолеку­лярные жирные кислоты, спирты, эфиры, сернистые соединения и др. На аромат мяса оказывают влияние липиды и продукты их распада.

Цвет — один из важнейших показателей, определя­ющих товарный вид мяса. Он зависит от содержания и физико-химических изменений миоглобина и гемогло­бина — сложных белков, относящихся к группе хромо­протеидов.

Хромопротеиды — это белки, содержащие окрашен­ные небелковые группы. К ним относятся некоторые ферменты (цитохромы, каталаза и др.) и кислородо­связывающие белки (гемоглобин и миоглобин). Прос- тетической группой этих белков является окрашенное в красный цвет железосодержащее соединение (гем), способное соединяться с различными газами, в том чис­ле и с кислородом.

Миоглобин играет решающую роль в формировании цвета мяса. В связи с различной физиологической наг­рузкой мышц содержание его, а значит, и цвет мяса различаются не только у разных видов животных, но и для разных мышц одного и того же животного. Коли­чество миоглобина в мышцах зависит от возраста, ак­тивности животных, всего его в конине — 0,8 %, в сви­нине — 0,06 %.

Цвет мяса в основном зависит от трех факторов: концентрации миоглобина в мышцах, степени связыва­ния кислорода миоглобином и величины заряда желе­за в геме миоглобина (Fe²⁺ или Fe³+). Связанный с кислородом миоглобин, содержащий Fe²⁺,— оксимиог- лобин (МЬОг) — придает мясу яркий светло-красный цвет. Потребительская оценка такого мяса наивысшая. Окисленный и не способный связываться с кислородом миоглобин, в состав которого входит метмиоглобин (Fc³⁺), имеет коричнево-бурый цвет и, наконец, восста­новленный, способный связываться с кислородом мио- глобии (Mb) с ионом Fe²⁺ отличается темно-красным цветом. Соотношением производных миоглобина, од­новременно присутствующих в мясе, и определяется цвет последнего. Оценку цвета мяса производят комп­лексно, органолептически и спектрофотометрически (по соотношению производных миоглобина).

Цвет поверхности свежего мяса, сохраняемого на воздухе, зависит преимущественно от соотношения МЬОг и MetMb, тогда как цвет внутренних его слоев — от содержания Mb.

Образование оксимноглобина в мясе связано со ско­ростью и глубиной диффузии кислорода в мышечную ткань. На поверхности свежего мяса, хранившегося на воздухе, на глубине 1—2 мм имеется светло-красный слой оксимноглобина, под ним — небольшая зона мет- миоглобина, еще глубже преобладает его темно-красный слон. Глубина расположения светло-красного слоя ок- симиоглобина зависит от температуры хранения продук­та: при низких температурах кислород диффундирует в мясо более глубоко, чем при высоких. В поверхност­ном слое мяса присутствуют все формы миоглобина, но в различных соотношениях.

В процессе созревания улучшается качество и усвоя­емость всех видов мяса, особенно крупного рогатого скота, имеющего плотную консистенцию.

Изменения белковых веществ, а также усиление вку­совых и ароматических свойств мяса при созревании делают его более доступным действию пищеваритель­ных ферментов: односуточное мясо переваривается в желудке за 6 ч 30 мин, десятисуточное — за 4 ч. Таким образом, созревшее мясо имеет более высокую пищевую ценность, чем находящееся в состоянии окоченения. Установлены оптимальные сроки созревания, гаранти­рующие максимальную нежность мяса и его нанлучшие вкусовые и ароматические свойства, однако каждое из этих свойств достигает оптимума в разные сроки его хранения.

Для мяса взрослого крупного рогатого скота могут быть рекомендованы следующие условия и сроки соз­ревания, при которых оно приобретает необходимые потребительские свойства (нежность, вкус, аромат): при 0°С — 12—14 сут., при 8—10°С — 6 и при 16— 18 °С — 4 сут. Баранина и свинина созревают в более короткие сроки, при 0°С соответственно через 8 и 10 сут.

Для мяса, направляемого на промышленную пере­работку, рекомендуются более сокращенные выдержи­вания при 0 °С, так как во время технологической об­работки процесс созревания будет продолжаться: для колбасного производства — 1—2 сут., для консервного производства, а также производства полуфабрикатов и фасованного мяса — 5—7 сут.

Исследованиями советских и зарубежных ученых установлено, что если парное мясо с высоким значением pH быстро охлаждать или замораживать до наступле­ния стадии окоченения, то при температуре мышц око­ло 10 °С возникает так называемое «холодовое сжатие, или уплотнение, мышц», имеющее неполный обратимый характер и приводящее к повышению жесткости мяса. Холодовое сокращение — это то же послеубойное око­ченение, только развивается оно на фоне быстрого тем­пературного перепада охлаждаемых мышц. Для быст­рого охлаждения характерен высокий темп понижения температуры (до 4 град/ч и более), что является ре­шающим фактором в развитии холодового сокращения. Так как охлаждение мяса мелких животных и птицы происходит быстрее, чем крупного рогатого скота, то опасность повышения жесткости мяса у них возрас­тает.

На эффект холодового сжатия оказывает влияние упитанность животного, состояние мышц и другие фак­торы. Так, свинина с толстым слоем шпика охлаждает­ся так медленно, что сжатия мышечной гкани под дей­ствием холода не происходит. Если полутуши находят­ся в подвешенном состоянии и мышцы остаются при­крепленными к скелету, то величина сжатия мышц уменьшается.

Холодовое сокращение можно рассматривать как результат повреждающего действия, приводящего к на­рушению структуры и функции биологических мембран, которые весьма чувствительны к энергетической недос­таточности, и к физико-химическим воздействиям.

Установлено, что в мышцах быстро охлажденных после убоя животных до температуры ниже 15 °С каль­циевый насос перестает нормально функционировать. В соответствии с концентрационным градиентом ионы кальция выходят из цистерн и трубочек саркоплазма- тического ретикулума, вызывая сокращение мышц. Су­щественно, что концентрация АТФ в мышцах быстро охлажденного мяса (вследствие замедления распада АТФ при понижении температуры) выше, чем концент­рация ее в мышцах постепенно охлаждаемого мяса, и степень сокращения мышц, а значит, и жесткость мяса при холодовом сокращении оказываются более высо­кими, чем при послеубойном.

Поэтому наиболее эффективными методами борьбы с Холодовым сокращением являются те, которые свя­заны с принудительным уменьшением содержания АТФ в мышцах мяса до момента его быстрого охлаждения. Один из них — метод электростимуляции, позволяющий предотвратить холодовое сокращение мяса пропускани­ем электрического тока через парные туши, полутуши и отрубы. Электростнмуляцию проводят на пюбом этапе технологической обработки скота (после обескровли­вания, съема шкуры или распиловки туш на полуту­ши) импульсным и переменным током (напряжение — 240—250 В, частота — 40—60 Гц, время — 1—3 мин).

При пропускании тока сразу же после убоя pH уменьшается с 7,0—7,3 до 5,7 через 2 ч; у туш, не под­вергнутых электростимуляцни, эта величина достига­лась только через 7—9 сут. и более. П/л понижении pH высвобождаются ферменты, вызывающие расщепление белков.

Электростимуляция повышает активность тканевых катепсинов, вызывает физическое растяжение и разрыв мышц, ускоряет биохимические изменения. При элек- тростнмуляцин в течение 2 мин в мышцах происходят такие биохимические изменения, которые в обычных условиях продолжаются 7 ч.

Можно использовать двухступенчатый способ ох­лаждения, при котором туши выдерживают при поло­жительных температурах, что замедляет темпы охлаж­дения мяса. На практике развитие холодового сокраще­ния можно предотвратить, если охлаждение произво­дить, например, таким образом, чтобы температура мя­са на глубине 3 см в первые 14 ч после убоя не опус­калась ниже 10 °С.

Применение электростимуляции эффективно для ускорения размягчения (тендеризации) мяса охлажден­ного, замороженного и размороженного. Если обычно процесс созревания говядины длится 2 недели, то с при­менением электростимуляцнн 2—3 дня. Мясо, подверг­нутое электростимуляции, имеет нежную консистенцию, хорошую естественную окраску и вкус. Такая обработ­ка рекомендуется для мяса, предназначенного для ис­пользования в парном виде в колбасном производстве или в охлажденном виде после семи-, восьмисуточного хранения для выработки натуральных полуфабрикатов.