Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологический потенциал переработки крови сельскохозяйственных животных и ее использование на пищевые цели. Монография
.pdf
естественного цвета крови давно привлекает внимание практиков и ученых [16,
31].
С целью создания условий для более полного вовлечения крови в качестве
сырья для выработки продуктов питания в ряде стран проводились исследования
по разработке методов ее обесцвечивания. Были предложены преимущественно
химические методы обработки, предусматривающие отделение гема от белка
глобина, а также окисления содержащихся в теме ионов железа. Применение
этих методов связано не только со сложностью осуществления, но и с
ухудшением качества продукции, особенно выработанной с использованием
обесцвеченной крови методом окисления ионов железа гема. При
промышленном использовании крови и ФЭ в составе пищевых продуктов для
равномерного распределения компонентов вызывают гемолиз - нарушение
целостности клеточных оболочек. В результате гемолиза происходит переход
гемоглобина из связанного в свободное состояние, т.е. гемоглобин переходит в
раствор, который впоследствии легко поддается воздействию пищеварительных
ферментов, а также придает пищевым системам равномерную окраску. При этом
органическое железо, входящее в состав молекул гемоглобина, становится более
доступным для усвоения его организмом.
Одним из способов обесцвечивания гемоглобина заключается в обработке
пероксидом водорода. Способ предусматривает гемолиз эритроцитов при
добавлении воды, нагревание суспензии до 70 °С в присутствии пероксида
водорода. На заключительном этапе реакции для разрушения перекиси водорода
в раствор вводят каталазу. Однако, обесцвеченный белок нерастворим в воде и
имеет низкие функционально-технологические свойства.
Водный гемолиз является традиционным методом разрушения
строматических оболочек в лабораторной практике и широко применяется.
Однако в технологии пищевых продуктов используется ограничено из-за
снижения концентрации сухих веществ [5, 10].
Водный гемолиз протекает достаточно быстро, скорость падает
практически до нуля по истечении 5-40 мин, хотя уже через 1 мин клетки
эритроцитов разрушены на 70 %, а через 2 мин - на 80, но для 100 % разрушения
клеток требуется продолжительное время.
К существенным недостаткам водного гемолиза относятся значительное
разбавление системы, в результате чего уменьшается содержание сухих веществ
в конечном продукте (таблица 17), незначительное окисление железа
(сохраняется красный цвет), и длительность процесса.
Таблица 17 - Характеристика водного гемолизата
Показатели
Массовая доля, %
Белок
9,8
Влага
86,5
Зола
1,7
Внешний вид
жидкость коричнево-красного цвета
Запах
слабый запах крови
В современной практике оболочки эритроцитов разрушают путем водного
гемолиза (разведение водой 1:2), с применением эфира, спирта, разведенных
кислот. Известны также ферментативные способы проведения гемолиза ФЭ.
Для гемолиза форменных элементов применяется соляная кислота, так как
она широко используется в пищевой промышленности и, выделяясь железами
желудка, имеет важное значение в жизнедеятельности организма.
Гемолиз с применением соляной кислоты протекает интенсивнее, чем
водный. Так 100 % разрушение клеток эритроцитов достигается при
использовании кислоты концентрацией 0,25 моль/дм3 в течение 1,5-2 минут.
В результате кислотного гемолиза получается продукт с нейтральным
запахом и достаточно высоким содержанием белка (таблица 18), однако
использование соляной кислоты для гемолиза форменных элементов
предполагает ее дальнейшую нейтрализацию щелочью (так как рН системы
около 2-3), что приводит к разбавлению и появлению соленого привкуса,
который недопустим в технологии ряда пищевых продуктов, особенно
кондитерских изделий. Исходя из этого, предпочтителен поиск другого реагента
[7].
Таблица 18 – Результаты кислотного гемолизата
Показатели
Массовая доля, %
Белок
16,1
Влага
80,5
Зола
2,6
Внешний вид
жидкость коричневого цвета
Запах
нейтральный, без запаха крови
Интерес к ферментативному гемолизу прежде всего связан с постоянством
концентрации сухих веществ и одновременной деструкцией клеточных оболочек
до водорастворимых продуктов.
Выявлено, что ферментативный гидролиз проходит в несколько стадий.
Эритроциты разрушаются в зависимости от времени их обработки и
применяемого фермента с различной скоростью, но во всех случаях процесс
разрушения непрерывен.
В результате этого процесса помимо гидролиза мембран эритроцитов идет
ферментативное разрушение выделяющегося в процессе гемолиза гемоглобина.
Ферментные препараты в зависимости от специфичности действия на субстрат,
вначале гидролизуют клеточные оболочки эритроцитов, затем переключаются
на появляющийся в растворе гемоглобин и пептиды.
Несмотря на постоянное разрушение клеток вязкость растворов в процессе
гидролиза увеличивается, что объясняется гелеобразованием белков плазмы,
присутствующих в системе. При этом выделяющийся гемоглобин вызывает
активное структурообразование на конечных стадиях гидролиза, что связано с
ростом его концентрации в системе.
Необходимо отметить, что в процессе гидролиза в свободном состоянии
оказывается более 30 % гемового железа, накапливаются пептидные фракции
белков, что положительно характеризует пищевые качества гидролизата. В тоже
время продолжительность гидролиза велика, что может способствовать
недопустимому развитию микрофлоры и будет затруднять организацию
технологического процесса на производстве [17, 24, 28]. Окраска гидролизатов
практически постоянна, что также ограничивает возможности использования
ферментативных гидролизатов. Химический состав ферментативных
гемолизатов представлен в таблице 19.
Таблица 19 – Показатели ферментативного гемолизата
Показатели
Массовая доля, %
Белок
34,8
Влага
62,3
Зола
2,1
Внешний вид
яркий красный цвет
Запах
нейтральный, без запаха крови
В литературе многие авторы настаивают на преимуществах спиртового
способа гемолиза, отмечая отсутствие разбавления системы. В принципе
гемолизирующих агентов может быть найдено бесчисленное множество, важно
подобрать наиболее удобный и технологичный способ. Вещество не должно
быть токсичным, процесс должен проходить с высокой скоростью и
обеспечивать необходимую степень окисления гемоглобина.
В ходе экспериментов установлено, что скорость спиртового гемолиза
чрезвычайно низка, тем не менее, можно наблюдать окисление гемоглобина, как
свободного, так и заключенного внутри клеток.
Скорость этого процесса так же недостаточна, поэтому кислотный способ
гемолиза ФЭ имеет преимущества по всем критериям.
Учитывая преимущества кислотного гемолиза, предпочтительным видится
заменить неорганические кислоты (соляную кислоту) - органическими
соединениями кислотного характера.
Питательная ценность гемоглобина связана не только с его высокой
растворимостью, аминокислотным составом, но и с высокой массовой долей
железа, которое, как отмечалось выше, усваивается организмом человека легче,
чем из других пищевых продуктов. Просматривая перспективы широкого
использования крови для получения пищевых продуктов и препаратов актуальна
задача подбора условий предварительной подготовки сырья, связанная прежде
всего с эффективным гемолизом эритроцитов, обеспечивающим освобождение
железосодержащего комплекса, доступного для органов пищеварения человека.
Цветность крови и ее способность изменяться в процессе окислительновосстановительных реакций также используется в технологической практике. На
базе проведенных исследований получены бесцветные добавки и красители. В
связи с расширением области применения крови убойных животных
исследования, связанные со стабилизацией цвета приобретают особый смысл и
научно-практический интерес.
Гемоглобин крови сельскохозяйственных животных, представляет собой
хороший источник естественного красного красящего вещества. Важно
отметить, что использование гемоглобина в качестве красителя имеет
дополнительное преимущество в профилактике дефицита железа. Однако его
красный цвет нестабилен и в значительной степени зависит от состояния
окисления гемового железа. Химизм специфических реакций гемоглобина с
газами, приводящих к изменению цветности достаточно известен (рисунок 1).
В процессе самоокисления наблюдается превращение пищевых веществ,
разрушаются биологически ценные компоненты, окисляются и расщепляются
липиды, жирные кислоты, в результате чего образуются, продукты разложения
и расщепления со специфическим запахом и вкусом. Зачастую эти продукты
токсичны. Таким образом, происходит изменение внешнего вида, запаха, вкуса
продукта, снижается его пищевая ценность.
Рисунок 1 – Взаимопревращения дериватов
В современной технологической практике стараются препятствовать
развитию окисления, поэтому активно ведется поиск способов защиты белка от
окислительного повреждения.
Систематическое исследование механизмов окисления гемоглобина
различными метгемоглобинообразователями позволяет заключить, что реакция
развивается под действием реагентов, обладающих донорными свойствами. В
процессе аутоокисления гемоглобина возникает внутримолекулярное
одноэлектронное восстановление лигандированного кислорода в
оксигенированной форме белка. Интенсивность развития реакции определяется
двумя факторами: легкостью переноса электрона на лигандированный кислород
и эффективностью отрыва супероксидного анион-радикала. Поэтому любое
окисление гемоглобина следует рассматривать как инициированное
аутоокисление, ускоряющееся или замедляющееся в зависимости от
присутствующих интермедиатов.
Введение в систему гемоглобина эффективных доноров электрона
облегчает процесс одноэлектронного восстановления лигандированного
кислорода. Этому процессу соответствует увеличение доступности гема,
укрытого в гемовом кармане.
Способность нитрита натрия окислять гемоглобин отмечалась более 100
лет назад. Однако несмотря на более, чем столетнюю историю этого вопроса,
механизм окисления гемоглобина нитритионом и сопутствуюпдие этому
процессы реакции до конца еще не ясны [25]. Углубленное изучение механизма
реакции нитритиона с гемоглобином позволяет уточнить место нитритиона
среди широкого набора известных окислителей гемоглобина, хотя многие
авторы рассматривают нитритион как уникальный
метгемоглобинообразователь. Окислению под действием нитритиона
подвергаются различные типы гемоглобинов. Процесс описывается следующим
стехиометрическим уравнением:
4HbO2 + 4NO2 + 2H+ 4МеtHb + 4 NO3 + О2 + 2Н2О
Было установлено, что скорость метгемоглобинообразования зависит от
концентрации протонов, увеличиваясь с ростом кислотности среды.
Ключевая роль в реакции окисления гемоглобина нитритионом
принадлежит гемоглобинсвязанному кислороду, который проявляет себя на
первом этапе взаимодействия реагентов. По мнению ряда авторов, помимо
основной роли кислорода как аутокатализатора реакции HbО2 с нитритионом
супероксидный анион радикал вступает в ряд других взаимодействий. Томода и
соавторы выдвинули предположение, что в результате окислительновосстановительных взаимодействий с участием нитритиона и О2 генерируется
окись азота.
Вторым важнейшим интермедиатом в процессе окисления гемоглобина
нитритионом является перекись водорода. Считается, что нитритион в системе
оксигемоглобин нитрит натрия может как генерировать Н2О2, так и разрушать,
то есть в системе одним из направлений реакции является непосредственное
взаимодействие нитритиона с перекисью водорода. Ранее предполагалось, что
перекись водорода является прямым окислителем гемоглобина в системе
гемоглобин - нитрит натрия. Дойлом и соавторами это положение было
подвергнуто сомнению и сделано заключение, что перекись водорода не
является прямым окислителем гемоглобина, но необходимо в аутокатализе [21].
Процесс взаимодействия метгемоглобина с перекисью водорода
затрагивает не только простетическую группу. При этом достаточно глубокие
изменения претерпевает и белковая часть субстрата. В этом случае наблюдаются
процессы перекисного повреждения глобиновой части молекулы. Не существует
ясности в вопросе регенерации радикала ОН при взаимодействии гемоглобина с
Н2О2 и возможности обнаружения этой частицы вне белка. Ряд авторов считают,
что генерация НО' связана с более глубокими превращениями белка:
освобождением ионов железа при деградации гема в результате реакции с Н2О2
и последующей реакцией свободных ионов железа с перекисью водорода.
Перекись водорода может также включаться в ряд других взаимодействий.
Одним из наиболее изученных восстановителей метгемоглобина является
аскорбиновая кислота. Однако многими авторами было показано, что
аскорбиновая кислота малоэффективна в качестве восстановителя нитритного
метгемоглобина. На все остальные формы метгемоглобина эта особенность
действия аскорбиновой кислоты не распространяется.
Восстановление метгемоглобина ускоряют липоевая и глутаминовая
кислоты, инозин, ацетон. Другим известным восстановителем метгемоглобина
является метеленовый синий, однако при больших концентрациях он способен,
наоборот, окислять гемоглобин. Сильным восстановителями являются
соединения двухвалентного железа. Восстановление Fe(III) в метгемоглобине
может осуществляться под действием мягкого восстанавливающего агента
Fе(ЭДТА). Процесс рассматривается как одноэлектронный и протекает с
достаточно высокой скоростью. В подобные реакции вступают и другие
окисленные гемопротеиды, в частности метасульфиноглобин. Выраженными
восстановительными свойствами обладают также производные ферроцена [26].
Учитывая сложность и многоплановость ингибирования процесса
метгемоглобинообразования в системе HbO2-NaNO2, одним из
предпочтительных путей торможения метгемоглобинообразования следует
считать создание смесей ингибиторов, каждый из которых осуществляет
ингибирование в основном по одному из рассмотренных механизмов. Была
сделана попытка совместного использования бензоната натрия и аскорбиновой
кислоты. Наблюдаемый эффект снижения сродства гемоглобина к кислороду
сочетался с восстановительными свойствами витамина С, что давало некоторое
увеличение тормозящего действия на метгемоглобинообразование. Авторы
работы считают путь подбора ингибиторов достаточно перспективным для
разработки препаратов, снижающих метгемоглобинообразование.
Хелатирующие агенты, такие как никотиновая кислота и никотинамид,
обладают способностью образовывать комплексы с гем-фрагментом, и
эффективны в предотвращении автоокисления гемоглобина во время сушки и
последующего хранения. Было установлено, что при внесении никотиновой
кислоты в количестве 2 % тормозит процессы окисления во время
распылительной сушки и последующего хранения. Положительный эффект был
также обнаружен с внесением никотинамида в количестве 2,5%, хотя результаты
были ниже. Однако в присутствии крахмальных гелей показатели стабилизации
красного цвета гемоглобина никотинамидом оказались лучше по сравнению с
никотиновой кислотой. Но применение этих хелатирующих агентов имеет
негативную сторону. Было выявлено, что никотинамид является вредным
сосудорасширяющим средством. В качестве альтернативного метода
стабилизации гемоглобина можно рассматривать превращение гемоглобина в
более стабильный и органолептически приемлемый карбоксигемоглобин путем
насыщения монооксидом углерода (СО). Основополагающий принцип метода
основан на сильном сродстве между СО и гемоглобином и низкой диссоциации
комплекса, который обеспечивает сильную и устойчивую связь СО с
гемоглобином, что, позволяет сохранять устойчивый цвет при термической
обработке и обезвоживании. Кроме того, кровь, обработанная CO, имеет более
красную окраску и, следовательно, более широкий спектр использования в
составе мясных продуктов. Исследования показали, что CO-обработанная
высушенная распылением свиная кровь, хранящаяся в герметичных мешках,
сохраняла приемлемый красный цвет после 12 недель хранения по сравнению с
необработанной, которая сразу же после сушки обретала коричневый цвет. COобработанная высушенная свиная кровь в герметичной упаковке обладала
цветовыми показателями, аналогичными показателям необработанной крови
даже после 12 недель хранения [8, 21, 23].
Наиболее ценным компонентом с позиции качества и количества белка в
крови убойных животных, является плазма крови. Ее белки имеют высокую
биологическую ценность, эмульгирующую и водосвязывающую способность и
характеризуются высоким коэффициентом перевариваемости (94-97 %), что
особенно важно при изготовлении продуктов профилактического назначения.
Белки плазмы обладают также способностью к геле-, пено- и
волокнообразованию, что обусловлено наличием глобулинов и фибриногена.
Химический состав, реологические и функционально-технологические
свойства плазмы крови традиционно обосновывают ее применение в мясной, а
также кондитерской и хлебопекарной отраслях пищевой промышленности.
Однако объемы ее использования невелики и не раскрывают полностью
потенциальные возможности этого вида вторичного белкового сырья,
обусловленные наличием легкоусвояемых белков, микро- и макроэлементов,
витаминов в производстве широкого ассортимента продуктов. Присущее
цельной крови и ее фракциям свойство свертываться вскоре после извлечения из
кровеносных сосудов, а также специфика органолептических характеристик
требуют обоснования и реализации специальных подходов к их переработке,
среди которых известны и нашли промышленное применение стабилизирование,
сепарирование, дефибринирование. В этом аспекте существенный
теоретический и практический интерес представляет изучение условий
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]