CC BY
83
КАЧЕСТВО И БЕЗОПАСНОСТЬ
Денатурализация пищевых продуктов
Э.Г.Розанцев, М.А.Дмитриев, Т.М.Бершова
Московский государственный университет прикладной биотехнологии
Как показывают новейшие исследования, кроме загрязнителей экзогенной природы (пестициды, гербициды, фунгициды, микотоксины и др.), потенциально опасные химические соединения могут образовываться и в ходе термической обработки сырья. К соединениям эндогенного генезиса, среди прочих, относятся гетероциклические ароматические амины (ГАА), формирующиеся в ходе термической обработки пищевого сырья и полуфабрикатов главным образом животного происхождения, как правило, при температуре выше 150 °С. Исследователями доказано мощное мутагенное воздействие указанных соединений на микроорганизмы и выраженный канцерогенный эффект в опытах на животных. Есть основания полагать, что именно ГАА ответственны за определенную часть онкологических заболеваний человека. Рассматриваемые соединения обнаруживаются в широком спектре готовых кулинарных изделий и других пищевых продуктах в относительно небольших количествах (порядка мкг/кг готового продукта), однако их мощный мутагенный потенциал компенсирует сравнительно низкие уровни содержания. По мнению ряда ученых, ГАА - самые сильные мутагенные соединения, известные в настоящее время.
Ключевые понятия
Известно, что обратимые конформа-ционные переходы в белках облегчаются, если значительная часть доноров электронных пар с водородными связями в основном сосредоточена внутри гидрофобных участков макромолекул. Поэтому денатурация белка, как крайний случай конформационных переходов, может быть обусловлена умеренным нагреванием и относительно мягким воздействием многих химических факторов.
Процессы денатурации белков сопровождаются развертыванием натив-ной третичной структуры макромолекул и их переходом в состояние неупорядоченного клубка. В денатурированном белке практически не остается элементов вторичной структуры (спиральных и в-складчатых структур, доменов и в-изгибов). При денатурации специфическая биологическая активность белка теряется, а такие физические свойства, как скорость седиментации, вязкость и абсорбция света, вы-раженно изменяются.
В некоторых случаях при выделении и очистке растительных белков имеет
место частичная или полная рацемизация 1_-а-аминокислотных остатков. Иными словами, в определенных условиях концентраты и изоляты белка обогащаются Р-а-аминокислотными изомерами, которые не обладают биологической ценностью, затрудняют усвоение 1_-а-аминокиспот и могут вызывать метеоризм.
Следует подчеркнуть, что консервативный характер биохимических законов метаболизма накладывает определенные ограничения на использование интенсивных технологий переработки сельскохозяйственного сырья. Химические изменения нутриентов (всасываемых низкомолекулярных веществ) или ковалентная трансформация компонентов пищи (белков, липидов и сложных углеводов) снижают питательную ценность готовых продуктов, и в ряде случаев делают их небезопасными для потребителей [1].
Денатурированные животные белки в подавляющем большинстве случаев остаются не только съедобными, но и наиболее легко усвояемыми, биологически ценными (белки мяса, рыбы, молока, яиц).
В отличие от денатурации, ковалент-ные химические повреждения 1_-а -аминокислотных остатков в белках приводят к их частичной или полной денатурализации (несъедобности) по причине накопления разнообразных ксенобиотиков (чужеродных химических соединений) с мутагенными свойствами.
В последние десятилетия исследования процессов технологической денатурализации пищевых белков и аминокислот получили дальнейшее развитие в биохимических лабораториях ряда стран Европы и Америки. Совершенно очевидно, что такого рода исследования непосредственно связаны с безопасностью пищевых продуктов и, следовательно, с национальной безопасностью стран, финансирующих эти работы. Ведь не секрет, что между мутагенезом, тератогенезом и канцерогенезом существует тесная корреляция.
Мощным мутагенным действием обладают, например, полициклические азотистые гетероциклы планарной конфигурации, способные к интерка-ляции между парами оснований ДНК в момент локальных нарушений ее структуры. При этом водородные связи между парами оснований сохраняются, а стэкинг взаимодействия - нарушается.
Для изучения механизмов мутагенеза на молекулярном уровне использу-
ются спин-меченые полициклические основания [2, 3], скрининг на мухах йгоБорЬИа Melanogaster и микробиологическая методика Эймса [4].
Если креатин (или креатинин), глицин (или аланин) и глюкозу растворить в диэтиленгликоле (с содержанием воды 14 %) и прогреть при 130 °С в течение 2 ч, то образовавшаяся смесь будет иметь высокую мутагенную активность, тогда как изъятие хотя бы одного компонента из данной смеси приводит к полной утрате мутагенных свойств, а добавление к смеси пиридина (или пиразинов) приводит к увеличению мутагенной активности примерно на 50 % [5].
К настоящему времени опубликован целый ряд работ, представляющих результаты подобных модельных экспериментов и убедительно подтверждающих вывод о роли трех главных предшественников образования пищевых мутагенов [6] (см. рисунок).
Основные факторы денатурализации
Как показывают результаты исследований, наиболее важные факторы формирования мутагенных химических веществ - температура и продолжительность процесса кулинарной обработки [7].
Мутагенная активность мясного фарша, жаренного основным способом при 200 °С, примерно в 2 раза выше, чем у такого же образца, но жаренного при 150 °С.
Мутагенная активность изделий из говядины, жаренных таким же способом в диапазоне температур 200...250 °С, практически одинакова, тогда как при увеличении температуры до 300 °С наблюдается значительное усиление мутагенной активности.
Другая серия опытов приводит к выводу, что увеличение температуры жарки изделий из фарша свинины на каждые 50 °С приводит к удвоению мутагенной активности. Сходная закономерность была обнаружена и в говяжьих бифштексах, жаренных обычным способом при 130 °С в течение 6 мин с каждой стороны. Кроме того, уровень мутагенов существенно увеличивается в случае продолжительности процесса более чем 10 мин.
Необходимо подчеркнуть, что основная масса исследований, представленных в доступной для нас литературе, касается в первую очередь субкритических значений температуры тепловой кулинарной обработки (ТКО) (например, температур выше 200 °С). Однако использование таких интенсивных режимов оправданно лишь с экспериментальной точки зрения и вовсе не отражает значительной части технологических процессов, применяемых в настоящее время на предприятиях общественного питания и в быту.
Накопление мутагенов обнаружено также в мясном соке, образующемся
QUALITY AND SAFETY
после жарки мясных изделии, и в мелких фрагментах продукта, остающихся в нем после тепловоИ обработки.
Мутагенная активность такого мясного сока оказалась сопоставимой с мутагенностью соответствующих жареных изделий. Например, мясной сок, образующийся после жарки основным способом фаршевых изделий из говядины и мяса кур при 220 °С в течение 10 мин на каждую сторону, обнаруживал от 20 до 40 % мутагенной активности изделия в целом.
Из двух рассмотренных факторов ТКО, как позволяют предположить результаты опубликованных исследований, температура оказывает решающее влияние на формирование и накопление мутагенных соединений.
Создается впечатление, что жарка мяса во фритюре и над углями приводит к формированию более высокого уровня мутагенной активности, чем при других способах ТКО, например, кратковременном обжаривании, тушении и СВЧ-обработке. Однако такой вывод основывается только на результатах модельных исследований с использованием преднамеренно интенсивных условий ТКО, тогда как для выдачи оптимальных рекомендаций предприятиям общественного питания дополнительно необходимо проведение широких научных исследований с использованием рецептур и технологических условий, принятых на современных предприятиях общественного питания. Необходимо также учитывать, что больше мутагенных веществ накапливается в корочке жареных мясных и рыбных изделий, меньше - во внутренних частях готовых продуктов.
Ранее сообщалось об обнаружении мутагенной активности у продуктов из говядины, свинины, телятины, мяса птицы и рыбы, приготовленных обычными способами ТКО, в то время как в других белоксодержащих продуктах, например, в сыре, хлебе, креветках и некоторых субпродуктах, подвергнутых аналогичной ТКО, мутагенной активности не наблюдалось. Это, возможно, объясняется тем, что говядина, свинина, телятина, мясо птицы и рыба содержат определенные уровни креатина, тогда как другие белоксодержа-щие продукты его практически не содержат.
Впоследствии было показано, что мутагенная активность говядины не увеличивается при добавлении к продукту до ТКО избыточного количества креатина, а после термообработки мутагенная активность стала фиксироваться.
Изделия из печени и почек (с естественным содержанием креатина примерно на порядок ниже аналогичного показателя для мяса), жаренные при 150...200 °С, обнаруживали значительный уровень мутагенной активности.
Таким образом, креатин, как показывают опытные данные, принимает
С 6 Н ,2 О 6 + HiNCHRCOiH
Реакции деградации Майара Штреккера
Креатин
Н N^
Me
Креатинфосфат
H N Н Р О (О Н )
Н02С\ N .
Me
X N Me
"N,
0=4 /-NH
N I
H
0-4 NH, HO-ч -NH,
N N
Креатинин
UJ
Вероятные пути термического синтеза пищевых мутагенов
N —Me
N "R
Мутагены
непосредственное участие в процессе формирования пищевых мутагенов. Дальнейшие исследования подтвердили, что именно он - непременный участник реакции образования гетероциклических мутагенов.
Результаты исследований позволяют сделать вывод, что содержание креатина в исходном сырье служит лимитирующим фактором образования пищевых мутагенов. Причем в ходе ТКО сначала происходит преобразование креатина в его гетероциклическую форму - креатинин, который, по мнению М. Ягерстад, и участвует в дальнейших реакциях формирования конденсированных мутагенных гетероциклических аминов.
Проблема контроля
Пища является источником поддержания жизни, но при критическом обогащении ксенобиотиками она может стать причиной преждевременного старения и новых болезней.
Если не приступить к обсуждению этой проблемы сейчас, мы можем оказаться в положении заложников сторонников неограниченного использования экспериментальных добавок, технологий и продовольственных товаров.
Из пяти главных групп технологических пищевых добавок (вкусовых, структурирующих, консервирующих, ароматизирующих и красящих) последние представляют наибольшую опасность, как потенциальные аллергены и мутагены.
К сожалению, существующие методы контроля мутагенной активности нельзя признать совершенными из-за их сложности, длительности и высокой стоимости. Например, биотесты на культурах клеток высших животных и человека, рыбах, дафниях и насекомых автоматизировать достаточно сложно, однако бактерии, одноклеточные водоросли, части высших растений и инфузории для приборной реа-
лизации вполне доступны. Для этих объектов известны и достаточно надежно реализуемы условия, влияющие на результаты биотестирования. Наиболее быстродействующим и надежным представляется автоматизированный метод биотестирования с использованием инфузорий (метод Черем-ных) [8, 9].
ЛИТЕРАТУРА
1. Розанцев Э.Г. Молекулярные аспекты воздействия интенсивных технологических факторов на сельхозсы-рье//Хранение и переработка сель-хозсырья. 1997. № 3, 5.
2. Rozantsev E.G. Free Nitroxyl Radicals, Plenum Press. - New York -London,1970.
3. Rozantsev E.G. et al. Synthesis of New Spin Labels // I. Chem. Research (S), 1979.
4. Мари Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. - М.: Мир, 1993, Т. 2.
5. Jagerstad ML, Laser Reutersward A, Olsson R, Grivas S, Nyhammar Т., Olsson K., Dahlqvist A. Creatin (in) e and Maillard reaction products as precursors of mutagenic compounds: effects of various amino acids//Food Chemistry. 1983. Vol. 12.
6. Skog K. Cooking procedures and food mutagens: a literature review//Food and Chemical Toxicology. 1993. Vol. 31.
7. Arvidsson P., Van Boekel M. A. J. S., Skog K., Jagerstad M. Kinetics of formation of polar heterocyclic amines in a meat model system//Journal of Food Science. 1997. Vol. 62.
8. Розанцев Э.Г., Черемных Е.Г., Пу-ховский А.В. Партнеры и конкуренты// Биотестирование в оценке безопасности. 2003. №7.
9. Розанцев Э.Г., Черемных Е.Г., Кузнецова Л.С. Автоматизированный био-тест//Экология и промышленность России. 2003. № 10.
