ОСНОВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ

Искусственное охлаждение сырья животного происхож­дения является распространенным приемом торможения автолитических реакций, ведущих к глубокому распаду компонентов, а также средством предупреждения разви­тия микрофлоры. Для длительного хранения животное сырье замораживают. Изменения в тканях при замора­живании, хранении в замороженном виде и последующем размораживании вызываются сложным комплексом пре­вращений. При этом характер изменений обусловливает­ся автолитическими превращениями до холодильной об­работки и в процессе ее, физическими и физико-химиче­скими явлениями вымораживания воды, кристаллообра­зования и структурными изменениями в тканях.

Характер кристаллообразования при замораживании мяса зависит от скорости замораживания. При медлен­ном замораживании кристаллы льда образуются между

пучками волокон и в межклеточных пространствах. Зна­чительные образования льда при таком замораживании способствуют отжатию волокон и соединительнотканных образований в пучки.

Медленное замораживание сопровождается переме­щением влаги из клеток в межклеточные пространства, так как первоначально вода замерзает во внеклеточных жидкостях, а осмотически активный материал концентри­руется вне клетки. Для восстановления равновесия вода диффундирует из клетки до тех пор, пока дальнейший выход ее из протоплазматического геля окажется невоз­можным. Образующиеся крупные кристаллы льда давят на клетки, вызывая растяжение и частичное разрушение их структур. Однако считают, что сарколемма при этом останется интактной.

Сравнительно быстрое замораживание, например, при

—35 4--- 40°С, приводит к образованию кристаллов льда

не только в межклеточных пространствах, но и в клетках, что сопровождается неполным выделением влаги из кле­ток. Внутри волокна кристаллы находятся часто не в центре, а как бы оттеснены к периферии, но в пределах сарколеммы.

В результате быстрого замораживания кристаллы равномерно распределяются в клетках и межклеточных пространствах. Скорость образования их выше скорости перемещения влаги, поэтому большая часть жидкости ■оказывается замороженной там, где она находилась до замораживания. При таком замораживании образуются мелкие кристаллы льда.

Если замораживаются крупные куски мяса, то в раз­ных слоях кристаллы льда образуются по-разному, так как темп теплоотвода и скорость замораживания неоди­наковы.

В быстрозамороженном мясе, хранящемся при темпе­ратуре более высокой, чем температура замораживания, может происходить рост кристаллов льда благодаря вто­ричной кристаллизации. В этом случае повреждения вследствие изменения размеров кристаллов и их поло­жения могут иметь меньшее значение, чем денатурация белковых структур, вызванная дегидратацией.

При длительном хранении тканей в замороженном ви­де на их состояние влияют различные изменения, сопут­ствующие кристаллизации льда. Наиболее важным из

них является увеличение концентрации электролитов в клеточном и межклеточном соке, которая зависит как от степени автолитических превращений до заморажива­ния, так и от условий замораживания. При температуре —0,6-;—1,2°С из тканевых жидкостей начинает вымора­живаться вода и образуются гипертонические растворы, концентрация которых все время увеличивается по мере понижения температуры. Воздействие гипертонических растворов обусловливает денатурацию и распад белковых структур, прежде всего липопротеидов, а затем других белковых комплексов.

Степень указанных изменений зависит от продолже­ния воздействия гипертонической среды в процессе замо­раживания и длительного хранения в замороженном ви­де. Поэтому преимущество быстрого замораживания мя­са или изолированных органов и тканей состоит прежде всего в том, что после выделения льда остается меньше времени для воздействия гипертонических растворов на биоструктуры, так как эвтектическая точка этих раство­ров будет достигнута быстрее.

Вредного влияния гипертонических растворов можно
избежать, если ткани замораживать быстро и хранить
при температуре —35 -=- 40°С, когда соли уже не нахо­
дятся в растворенном состоянии.

АВТОЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ

Долгое время считали, что в животных тканях при замо­раживании и хранении в замороженном виде никаких химических изменений автолитического характера не про­исходит. В настоящее время установлено, что при практи­чески принятых температурах замораживания компонен­ты мяса подвержены некоторым ферментативным пре­вращениям. В зависимости от автолитических изменений, происшедших до замораживания, эти превращения име­ют ряд особенностей.

В процессе замораживания два важнейших фактора влияют на течение ферментативных превращений. Поми­мо снижения температуры, решающее влияние оказывает повышение концентрации солей, что приводит к ингиби-рованию большинства биохимических реакций. Наряду с этим в результате выхода из ограничивающих структур ферментов и относительного увеличения концентрации

 

активаторов наблюдается повышение некоторых биохи­мических превращений.

В процессе длительного хранения мороженого мяса на первый план выходят реакции неферментативной при­роды: денатурационные превращения, агрегационные взаимодействия и, по-видимому, реакции мелаидинооб-разования.

Размораживание мяса сопровождается интенсивными ферментативными превращениями. Это прежде всего обусловлено нарушением цитоплазматических мембран и высвобождением ферментов из структур. Объем биохи­мических превращений при размораживании определя­ется их глубиной до замораживания, в процессе замора­живания, хранения в мороженом виде и особенно сте­пенью сохранения активности ферментов. Поэтому один и тот же метод размораживания приводит к качественно различным результатам.

Превращения гликогена. Автолитические превраще­ния мышечного гликогена в процессе замораживания мя­са отличаются от превращений, происходящих при по­ложительных температурах: нарушается обычное соотно­шение параллельно протекающих процессов фосфоролиза (с дальнейшим гликолизом) и амилолиза (гидролиза) мышечного гликогена.

При замораживании мяса гликолитический распад мышечного гликогена идет с тем меньшей скоростью, чем ниже температура. Замораживание мяса на ранних сро­ках автолиза и при более низкой температуре дает воз­можность свести к минимуму накопление продуктов гли­колиза. Гликолитические превращения, хотя и в резко замедленном темпе, происходят и в замороженном мясе, заметнее при более высокой температуре замораживания и холодильного хранения.

Интенсивность гликолитических превращений в раз­мороженных мышцах мяса в 2—3 раза выше, чем в не­мороженых, и она тем больше, чем выше был уровень гликогена в мышцах и чем ниже была температура замо­раживания и холодильного хранения.

При замораживании мышц обнаружено нарастание амилолитических (гидролитических) превращений глико­гена, что может быть следствием выхода «кислых» гли-козидаз из ограничивающих структур (лизосом) и акти­вации всех гликозидаз ионами хлора.

В размороженных мышцах наряду с гликолитически-ми превращениями гидролиз является одним из важней­ших путей ферментативного распада гликогена. Резкое повышение гликолитических превращений в разморожен­ной ткани, очевидно, связано и с включением в эти про­цессы продуктов гидролиза гликогена (глюкозы).

При холодильном хранении мороженых мышц уста­новлено значительное уменьшение редуцирующих Саха­ров, в основном расходуемых в реакциях меланоидино-образования. Для мышц с различной глубиной автолиза выявлена общая закономерность уменьшения содержа­ния редуцирующих Сахаров: чем больше хранятся мыш­цы в мороженом виде и чем выше температура их холо­дильной обработки, тем меньше они содержат редуци­рующих углеводов.

В отличие от хранения мяса при положительных тем­пературах, когда преобладает распад гликогена, в про­цессе замораживания обнаружен ресинтез гликогена, ко­торый более отчетливо наблюдается у мышц, содержа­щих значительное количество редуцирующих Сахаров. Поэтому можно считать, что одним из путей ресинтеза гликогена в этих условиях может быть обращение фос­форолиза. Этому способствует увеличение концентрации редуцирующих Сахаров, в том числе и глюкозофосфатов, в свободной воде при замораживании. Полученный экс­периментальный материал показывает, что ресинтезиро-ванный в процессах замораживания гликоген при раз­мораживании мышц снова вовлекается в гликолитиче­ские и гидролитические превращения.

Превращения аденозитрифосфорной кислоты.Автоли­тические превращения АТФ в мышцах при холодильной обработке характеризуются рядом особенностей.

Замораживание и хранение мышц в мороженом виде обусловливает резкое торможение распада АТФ. Моро­женые мышцы (замороженные в горяче-парном виде) да­же после очень длительного хранения сохраняют сущест­венные количества АТФ. Все же при замораживании и хранении в мороженом виде выявляется определенная убыль АТФ.

Содержание АТФ в автолизирующих мышцах харак­теризует суммарный результат двух процессов — распа­да и ресинтеза. Основной источник пополнения АТФ — гликолитические превращения — ингибируются приза-

 

мораживании и хранении в мороженом виде мышц. По-этому уровень содержания этого нуклеозидтрифосфата н§ различных этапах хранения мороженого мяса характе­ризует в основном величину распада. Поскольку процес-сы, связанные с сокращением мышц, при замораживание и хранении в мороженом виде ингибируются, АТФ, оче­видно, расходуется на процессы, не связанные с сокра­щением.

Размораживание мышц сопровождается распадов АТФ. В то же время происходит ресинтез АТФ, посколь­ку при размораживании мышц интенсивны гликолити-ческие превращения.

ОСОБЕННОСТИ ОКОЧЕНЕНИЯ МЫШЦ

Агрегационные взаимодействия миофибриллярных бел­ков при замораживании более интенсивны, чем при хра­нении мышц в условиях низких положительных темпера­тур. При замораживании и хранении мышц уменьшается извлекаемость белков актомиозинового комплекса, реак­тивность тиоловых групп миозина, резко уменьшается реактивность кислых и основных групп во всех белках, а также резко снижается водоудерживающая способность мышц. Однако характер агрегационных взаимодействий контрактильных белков при замораживании мышц не­сколько отличается от rigor mortis в чистом виде. Основ­ные изменения при замораживании обусловлены вымер­занием воды. Поскольку миозиновая АТФ-аза при замо­раживании ингибируется, значительного сокращения структур контрактильных белков за счет энергии АТФ при замораживании, по-видимому, не происходит.

Наблюдаемое при размораживании специфичное окоченение является следствием сокращения, а также ре­зультатом агрегационных взаимодействий миофибрил­лярных белков, а выделение при размораживании сока представляет собой следствие структурных изменений этих белков и связывания их гидрофильных групп.

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ БЕЛКОВ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

Разные методы замораживания вызывают различные из­менения гидратации и зарядов мышечных белков, харак­тер которых в значительной степени зависит от объема

автолитических превращений до замораживания. Наибо­лее эффективно быстрое замораживание горяче-парного мяса для сохранения нативных свойств белков.

Белки саркоплазмы.Акт замораживания не приводит к резким изменениям свойств белков саркоплазмы, при этом не происходит существенных изменений их раство­римости.

Размораживание мышц тотчас после замораживания сопровождается неодинаковым повышением экстрагируе­мое™ белков саркоплазмы у разных видов мышц, что за­висит от степени автолиза до замораживания. Агрегаци­онные взаимодействия белков саркоплазмы вызываются повышением кислотности. Это характерно для мышц не-автолизированных перед замораживанием, у которых при размораживании происходят интенсивные гликолитиче-ские превращения. В то же время агрегационные превра­щения ослабляются воздействием гипертонической сре­ды, что более характерно для мышц, автолизированных перед замораживанием.

Важным фактором для извлекаемости белков сарко­плазмы в размороженных мышцах является уровень про-теолитической активности, который различен для разных видов мышц. У мышц с высоким уровнем протеолитиче-ской активности извлекаемость белков саркоплазмы при размораживании значительна.

Извлекаемость белков саркоплазмы понижается при длительном хранении мышц в мороженом виде, посколь­ку для этого процесса характерны резкие агрегационные взаимодействия. Разные мышцы отличаются интенсив­ностью таких изменений, а уменьшение извлекаемости более выражено после 2—4 месяцев хранения мяса в мо­роженом виде.

Неодинакова и извлекаемость отдельных фракций белков саркоплазмы. Более заметным изменениям под­вергаются белки фракций миоальбумина и глобулина X. Белки фракций миогеновой группы наиболее устойчивы к воздействиям холодильной обработки мышц.

Белки миофибрилл.Медленное замораживание, хра­нение мяса в мороженом виде и размораживание вызы­вают изменение молекулярных структур миофибрилляр­ных белков, что наиболее четко проявляется в резком изменении реактивности их химических групп и фермен­тативной активности.

 

Наибольшим изменениям в процессе холодильной об­работки мяса подвергается миозин. При замораживании мышц экстрагируемость миозина заметно снижается да­же при высоком содержании АТФ. Уменьшение извлекае­мое™ миозина в значительной степени происходит за счет межмолекулярного взаимодействия, которому спо­собствует вымораживание воды.

При длительном хранении замороженных мышц про­исходит дальнейшее (после замораживания) снижение извлекаемости миозина, причем более заметное с увели­чением времени хранения. Причиной таких изменений яв­ляются, кроме вымораживания воды, также и структур­ные изменения, способствующие агрегационным взаимо­действиям. Экстрагируемость миозина в предваритель­но автолизированных перед замораживанием мышцах при одинаковом сроке хранения заметно ниже, чем у мышц, замороженных в неавтолизированном виде. По­скольку в автолизированных мышцах фактор окочене­ния не мог заметно влиять на изменение извлекаемости миозина, то это подтверждает представление о том, что вымораживание воды способствует лучшему контакту белковых частиц, создавая условия для агрегационных взаимодействий.

Длительное хранение мышц в мороженом виде сопро­вождается такими внутримолекулярными и межмолеку­лярными взаимодействиями миозина, в результате кото­рых даже после обработки мочевиной реактивность (до­ступность) сульфгидрильных и дисульфидных групп у этого белка резко понижается.

Экстрагируемость миозина в процессе холодильной обработки мяса у различных видов мышц неодинакова, что объясняется различной степенью агрегационных вза­имодействий вследствие не только особенностей струк­турных изменений, но также и специфичности структуры миофибрилл.

Длительное хранение мяса в мороженом виде связа­но с глубокими изменениями структур и интенсивными агрегационными взаимодействиями и других миофибрил-лярных белков. При этом происходит резкое уменьшение реактивности кислых и основных групп в белках мышц, более интенсивное для мяса, предварительно автолизиро-ванного перед замораживанием.

Характер изменения кислотности среды мяса в пер-

вую очередь связан с изменением систем небелковой при­роды. Наряду с этим изменение кислотности в мясе в значительной степени обусловлено также особенностями изменений белков. В период наибольших структурных из­менений белков проявляется более высокое связывание водородных ионов и убыль их в среде, что особенно чет­ко наблюдается в процессе хранения мороженого мяса. Размораживание мяса после хранения в мороженом виде сопровождается дальнейшими агрегационными взаимодействиями миофибриллярных белков, особенно выраженными при длительных сроках хранения. Указан­а/7

700

ооо,

 

500 400

 

S 8 10 1Z ___________ ешь хранения ^ i

300 200 100

 

Рис. 33. АТФ-азная активность миозина в размороженных после длительного хранения в мороженом виде мышц:

1,2 — крупного рогатого скота, соответственно парных и автолизированных

(48 ч при 4° С) перед замораживанием; 3,4 — мышц кур, соответственно

белых и красных.

 

ные изменения вызывают снижение экстрагируемости миозина, а также уплотнение миофибрилл.

Созревание размороженного мяса при сохранении активности протеолитических ферментов значительно ос­лабляет агрегационные взаимодействия. Увеличивается реактивность кислых и основных групп в белках мышц. Созревание размороженного мяса сопровождается дест­руктивными изменениями миозина, значительным повы­шением его экстрагируемости и резким снижением фер­ментативной активности.

Таким образом, процесс замораживания и размора­живания мышц не вызывает больших деформаций моле-

кул белков, при этом часто происходит повышение фер­ментной активности. Длительное хранение мяса в моро­женом виде обусловливает инактивацию ферментов. Это характерно для большинства ферментов, однако особен­но ясно проявляется у миозиновой АТФ-азы (рис. 33).

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЙ

СВОЙСТВ МЯСА ПРИ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ

Водоудерживающая способность весьма специфично из­меняется при различных способах холодильной обработ­ки у одних и тех же мышц и зависит от состояния белков.

Замораживание и быстрое размораживание неавтоли-зированных мышц обусловливает более резкое снижение водоудерживающей способности, чем начальные стадии автолиза охлажденного мяса. Такие изменения вызыва­ются интенсивными меж- и внутримолекулярным взаимо­действием гидрофильных групп в белках в результате вымораживания воды. Хранение мяса в мороженом виде способствует дальнейшему снижению водоудерживаю­щей способности, она уменьшается тем больше, чем дли­тельнее срок хранения. Если для холодильной обработки берут мясо в состоянии окоченения, обладающее малой водоудерживающей способностью, гидрофильные группы которого уже израсходованы на образование меж- и внутримолекулярных связей, то замораживание и размо­раживание вызывает сравнительно небольшие изменения водоудерживающей способности.

Характер уменьшения водоудерживающей способнос­ти в процессах замораживания и хранения в мороженом виде соответствует изменениям реактивности кислых и основных групп в белках мышц и, в частности, реактив­ности сульфгидрильных групп в миозине.

Величина уменьшения и последующего нарастания водоудерживающей способности при холодильной обра­ботке зависит от вида мышц. У мышц с глубоким и дли­тельным окоченением наблюдается интенсивное долго­временное уменьшение водоудерживающей способности. Оно связано как с характером окоченения вообще, так и со спецификой агрегационных взаимодействий.

Созревание размороженного мяса повышает водо-удерживающую способность мышц. Это зависит от со-

стояния белков, развития агрегационных взаимодействий и сохранения определенного уровня протеолитической активности. Все это в свою очередь обусловлено степенью автолиза перед холодильной обработкой, условиями за­мораживания и длительностью хранения в мороженом виде.

ОБРАЗОВАНИЕ МЫШЕЧНОГО

СОКА ПРИ РАЗМОРАЖИВАНИИ

МЯСА

Часть воды, образующейся при таянии кристаллов льда при размораживании мяса, вследствие нарушения тонких структур миоплазмы,; а также клеточных мембран вновь не может связаться. Поэтому при оттаивании мяса выде­ляется мясной сок, содержащий различные экстрактив­ные вещества и растворимые белки. Вместе с тем уста­новлено, что в результате только разрыва оболочки клет­ки при замораживании и размораживании не освобождается большого количества сока. Удерживание клеточной жидкости в значительной степени зависит от способности мышечных белков связывать свободную жидкость и прежде всего от состояния миофибриллярных белков. Даже небольшие денатурационные изменения в миофибрйллах и дегидратация миозина и актина при за­мораживании и хранении в замороженном виде обуслов­ливают значительное уменьшение водоудерживающей способности мышечных волокон.

Величина потерь сока и содержание в нем белков при размораживании мяса увеличиваются в зависимости от глубины автолиза до замораживания и продолжительнос­ти хранения в мороженом виде. Разрушения клеточных структур в автолизированных мышцах при холодильной обработке более интенсивны, чем в мышцах, не подверг­шихся автолизу перед замораживанием. С вытекающим соком в результате «выщелачивания» теряются в основ­ном белки саркоплазмы. Электрофоретические исследо­вания показали значительное сходство протеинограмм экстракта низкой ионной силы и сока, выделяющегося при размораживании мышц. С увеличением продолжи­тельности хранения мышц в мороженом виде при размо­раживании увеличивается выщелачивание белков, при­надлежащих к фракциям миогеновой группы белков, и

 

уменьшается выход белков фракции глобулина X. Кроме того, выявлено повышение содержания в соке малопо­движных высокомолекулярных белков. Последнее может быть следствием агрегации белковых частиц в вытекаю­щем соке.

В мышечном соке содержатся азотистые и безазотис­тые экстрактивные вещества, а также различные мине­ральные вещества. При размораживании в него перехо­дят и витамины (табл. 43).

ТАБЛИЦА 43

Потери витаминов с мышеч­ным соком (замораживание ппи —18°С, воздушное медленное размораживание), %

Витамины

говядина

9,02 4,15 10,69 8,71 6,95 5,06

12,23 10,31 14,619,41 33,26 8,07

Тиамин .....................

Рибофлавин..................

Ниацин ..............

Витамин В_в...................

Пантотеновая кислота Витамин В₁₂ .... Фолиевая кислота . .

Способ размораживания влияет на величину потерь различных веществ с вытекающим соком, однако потери эти зависят прежде всего от условий замораживания и хранения мяса в мороженом виде, от продолжительности автолиза до замораживания. Вредно влияет на качество мяса колебание температуры его хранения в заморожен­ном виде (особенно вторичное замораживание разморо­женного мяса), приводящее к увеличению повреждения тканей и, следовательно, увеличению потерь белков и различных экстрактивных веществ. Поэтому дважды замороженное мясо после повторного размораживания может быть лишено большого количества растворимых питательных веществ и характеризуется пониженными вкусовыми качествами.