CC BY
57
Исследование цветовых
характеристик мясного сырья для оценки антиокислительных свойств
дрожжевого экстракта
С.В. Мурашев, доктор техн. наук, профессор, М.Е. Жемчужников
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
I вет — очень изменчивое свойство свежего, охлажденного мяса, подступающего в продажу. Сохранение его ярко-красного цвета представляет важную задачу. Пигментами, придающими необходимый цвет свежему мясу, являются оксиформы миоглобина и гемоглобина.
Ключевые слова: цвет мяса, миоглобин, гемоглобин, стабилизация цвета, антиокислительная обработка, полифосфаты, экстракт дрожжей.
Биохимия процесса окисления
^ Гемовая группа пигментов легко подвергается окислению, которое и является причиной нежелательного изменения цвета мяса. Окисление гема — сложный процесс, развивающийся по двум направлениям. Во-первых, возможно окисление Бе+2 в Бе+3, а во-вторых, окислению может подвергаться порфирино-вое кольцо гема. Причем окисление двухвалентного железа влияет на окисление порфиринового кольца.
Химические свойства кислорода придают формированию цвета свежего мяса противоречивый характер. С одной стороны, кислород необходим для образования ярко-красных оксиформ пигментов. С другой стороны, с его участием происходит спонтанное окисление гемового железа и образование активных форм кислорода (АФК). Например, по следующей реакции [1]:
[ProtFe+2]O2 ^ [ProtFe+3] + O
2 ■
(1)
Для стабилизации красного цвета свежего оксигенированного мяса необходимо замедление окислительных процессов. Для этого используется обработка мяса антиокислительными препаратами
Неполное восстановление кислорода происходит по различным причинам и завершается образованием АФК Помимо реакции (1) и других аналогичных реакций оно происходит при взаимодействии кислорода с восстановителями, включая те, которые используются для предупреждения пороков цвета мяса. Например, аскорбат может восстанавливать О2 в Н2О2. Перекись водорода выделяется также при функционировани некоторых оксидаз [1]. Образующиеся АФК способны окислять гемовый порфирин и другие входящие в состав мяса вещества, прежде всего жиры, что ухудшает его качество и сокращает срок хранения. В этом заключается противоречивость процесса образования цвета свежего мяса с уча-
стием кислорода, позволяющая говорить о происходящем как о самоокислении.
При жизни животного АФК не наносят существенного ущерба его здоровью, т.к. низкий уровень их концентрации является метаболически нормальным и поддерживается антиоксидантной системой. После убоя животного окислительные процессы в мясе активизируются.
Таким образом, для стабилизации красного цвета свежего оксигенированного мяса необходимо замедление окислительных процессов. Для этого используется обработка мяса антиокислительными препаратами.
Антиокислительные составы, используемые для усиления цвета мяса, обычно состоят из трех компонентов. Это антиокислитель, синергист антиокислителя и комплексообразователь, связывающий ионы металлов с переменной валентностью. Действие такого состава заключается в том, что если антиокислитель и его синергист устраняют последствия уже произошедших окислительных процессов, то ком-плексообразователь предотвращает возможность возникновения новых окислительных цепей.
В результате обработки мяса антиокислительным составом создаются условия для восстановления мет-миоглобина и, одновременно, замедляется окисление миоглобина. Это значит, что более длительное время железо в гемовых пигментах мяса сохраняет степень окисления +2, и не окисляется порфирино-вое кольцо. Одновременно благодаря аэрации мяса миоглобин связывает кислород и превращается в ярко-красный оксимиоглобин. В силу этих причин усиливается и стабилизируется на более длительное время естественный цвет мяса.
В связи с этим необходим поиск комплекса веществ, способных защищать мясо от окисления и не представляющих опасности для здоровья человека. Выполнение этих условий возможно в том случае, если комплекс таких веществ будет содержать аналоги антиоксидантов мышечной ткани (глутатион, цистеин и др.). В тоже время его получение и использование должно быть экономически оправданным.
52
ВСЁ О МЯСЕ №6 декабрь 2010
Цветовые характеристики / МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Из органогенных элементов только сера в степени окисления -2 окисляется легче, чем органический углерод. Поэтому тиолы независимо от своей химической природы — аминокислота (цистеин), пептид (глутатион) или кислота (дигидролипоевая кислота) — являются восстановителями. Разница в том, что в первых двух случаях образуются межмолекулярные дисульфидные связи, а в липоевой кислоте возникает внутримолекулярная связь.
В отличие от способности к непосредственному восстановительному действию, характерному для ограниченного круга соединений, косвенное антиокислительное действие проявляется в способности к образованию комплексов и выводу ионов металлов с переменной валентностью из участия в реакциях, и оно свойственно для более широкого круга веществ.
Нельзя исключить также, что некоторые вещества —
это могут быть аминокислоты, — способны выступать в качестве лигандов и стабилизировать миоглобин вследствие замены кислорода и образования новых комплексов
Все а-аминокислоты способны выступать в качестве полидентатных лиганд и образовывать хелатные комплексы с катионами d-металлов. Причем кислотные и основные аминокислоты являются более активными лигандами, чем нейтральные аминокислоты. В ряде случаев особую активность проявляют ци-стеин и гистидин. В составе пептидов и белков эти аминокислоты сохраняют свою способность к ком-плексообразованию. Поэтому пептиды также являются полидентатными лигандами.
Эффективно связывают ионы металлов с переменной валентностью полифосфаты. Однако использование вместо фосфатов других веществ, способных связывать ионы металлов с переменной валентностью, будет иметь существенный положительный эффект с точки зрения современной науки о питании, так как содержание фосфатов в продуктах питания должно быть ограничено из-за ухудшения соотношения кальция и фосфора, препятствующего усвоению кальция организмом человека.
Нельзя исключить также, что некоторые вещества — это могут быть аминокислоты, — способны выступать в качестве лигандов и стабилизировать миог-лобин вследствие замены кислорода и образования новых комплексов.
Для получения антиокислительного комплекса, содержащего указанные выше вещества, могут быть использованы пищевые пекарские дрожжи. Они содержат основные компоненты, необходимые для ан-тиоксидантной обработки мяса. Антиокислители представлены в них восстановленными тиолами. Си-нергисты антиокислителей представлены органическими кислотами. К комплексообразователям относятся свободные аминокислоты, олигопептиды и другие соединения. При этом пекарские дрожжи являются весьма распространенным и сравнительно недорогим продуктом, в мире их суммарное производство составляет не менее 700 000 т в год [3].
Объекты и методы исследования
С целью получения комплекса антиокислительных веществ пищевые дрожжи сначала необходимо гомогенизировать, для этого их замораживают [2]. Замораживание проводят при температуре -18 °С в течение 24 часов, после чего размораживают. Далее гомогенизат центрифугируют с целью удаления из него всех высокомолекулярных веществ. Центрифугировать можно до тех пор, пока в растворе не останутся вещества с молекулярной массой приблизительно до 1000 Да, но не менее чем 500 Да. В результате получается экстракт из дрожжей, содержащий комплекс низкомолекулярных веществ с необходимыми свойствами. Вытяжку растворяют в воде для получения необходимой концентрации вещества.
Сырьем для проведения работы послужила охлажденная жилованная говядина (общий белок 22,1 %, жир 1,55 %, влага 75,6 %). Образцы мяса с фиксированной массой погружались в водный раствор экстракта дрожжей с определенной концентрацией и при постоянном соотношении между массой навески мяса и раствором (1 : 1). Мясо выдерживалось в растворе в течение 5 минут. Сразу после обработки и далее ежедневно получали спектры отражения образцов мяса в видимой области спектра (400-750 нм) на спектрофотометре СФ-18. Для исследования на спектрофотометре использовались образцы мяса с равной площадью. Влияние обработки мяса на его красный цвет исследовали при длине волны 690 нм, т.е. в середине красной области видимого спектра. Коэффициент устойчивости цвета мяса после обработки в процессе хранения рассчитывался согласно МР 02-00419779-08.
Исследовалось отражение образцов мяса, обработанных антиокислительными растворами, и контрольного, необработанного мяса. Растворы, которыми обрабатывалось мясо, содержали только дрожжевую вытяжку или дрожжевую вытяжку и аскорбиновую кислоту в определенных соотношениях. Контрольные образцы и обработанное мясо хранились при температуре 0-4 °С. С целью аэрации мяса после обработки не использовалась какая-либо упаковка.
Результаты исследования
Хорошие результаты по стабилизации естественного цвета свежего мяса дает обработка комплексом веществ, содержащим полифосфаты, аскорбиновую, никотиновую и лимонную кислоты. Поэтому в данной работе эффективность препарата на основе дрожжей, используемого для стабилизации цвета мяса, определялась в результате сопоставления результатов обработки мяса новым препаратом и комплексом веществ, содержащим полифосфаты, аскорбиновую, никотиновую и лимонную кислоты. Результаты по стабилизации красного цвета мяса, полученные при использовании полифосфатов и кислот в различных соотношениях при длине волны 690 нм, представлены на рис. 1 и в табл. 5. Соотношения компонентов в растворе для обработки мяса приведены в табл. 1.
Начальные точки зависимостей оптической плотности D690 обработанного мяса не соответствуют
№6 декабрь 2010 ВСЁ О МЯСЕ
53
Таблица 1. Содержание компонентов в растворе для обработки мяса на рис. 1 и табл. 5
Компонент смеси Содержание компонентов в растворе для обработки мяса, %
1 (контроль) 2 3 4 5
Полифосфат 0 0,10 0,15 0,30 0,50
Лимонная кислота 0 0,05 0,10 0,15 0,25
Аскорбиновая кислота 0 0,05 0,10 0,15 0,25
Никотиновая кислота 0 0,05 0,10 0,15 0,25
Содержание компонентов в растворе
Компонент смеси для обработки мяса, %
1 2 3 4 (контроль) 5
Экстракт дрожжей 1,0 0,5 1,5 0 1,5
Аскорбиновая кислота 0 0 1,5 0 0
0,25
0,15
3 4 5 Время хранения, сутки
Рис. 2. Зависимость оптической плотности говядины, обработанной экстрактом дрожжей, в красной области спектра (690 нм) от времени хранения
контрольному мясу. Это связано с тем, что обработка цветостабнлизирующими составами быстро изменяет оптические свойства мяса, вследствие чего начальные точки О690 для каждого варианта мяса имеют свои определенные значения.
На представленных зависимостях оптическая плотность мяса В690 в результате обработки антиокислительными составами уменьшается в течение первых 2-4 суток после обработки. Незначительное уменьшение наблюдается также и в контрольном образце. Уменьшение оптической плотности в красной области спектра обусловлено усилением отражения света поверхностью мяса в этой части спектра вследствие увеличения содержания оксигенированной формы миоглобина. В контрольном образце не протекают восстановительные процессы, вследствие чего кислородом может насыщаться только та небольшая часть миоглобина, которая до этого не была с ним связана. Поэтому оптическая плотность контроля уменьшается, а отражение от его поверхности в красной области спектра возрастает незначительно.
В мясе, обработанном антиокислительными составами, наблюдаются более существенные оптиче-
Таблица 2. Содержание компонентов в растворе для обработки мяса на рис. 2 и табл. 5
Рис. 1. Зависимость оптической плотности говядины, обработанной полифосфатными смесями в красной области спектра (690 нм) от времени хранения
ские изменения. Это связано с восстановлением присутствующего в мясе метмиоглобина, что увеличивает общее количество миоглобина в мясе, прежде не связанного с кислородом. Насыщение кислородом последнего из окружающего воздуха способствует более значительному увеличению содержания оксигенированной формы миоглобина, что в свою очередь в большей степени уменьшает оптическую плотность мяса в красной области спектра, в результате чего происходит усиление данной цветовой гаммы.
Минимум оптической плотности в красной области спектра наблюдается через двое суток хранения для необработанного мяса и смещение этого минимума до 4 суток для мяса, обработанного антиокислительными составами на основе фосфатов и органических кислот. Это смещение свидетельствует о замедлении окислительных процессов в мясе. В дальнейшем, по истечении 2-4 суток для каждого вида обработки мяса, оптическая плотность Об90 вновь на-
Таблица 3. Содержание компонентов в растворе для обработки мяса на рис. 3 и табл. 5
Компонент смеси Содержание компонента смеси в растворе для обработки мяса, %
1 2 3 4 5 6 (контроль)
Экстракт дрожжей 0,5 0 1,0 0 0 0
Аскорбиновая кислота 0,5 1,0 1,0 0,5 1,5 0
Рис. 3. Зависимость оптической плотности говядины, обработанной экстрактом дрожжей и аскорбиновой кислотой, в красной области спектра (690 нм) от времени хранения
54
ВСЁ 0 МЯСЕ №6 декабрь 2010
Цветовые характеристики / МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЁР
чинает возрастать. Более стремительно она увеличивается в контрольном образце, что также подтверждает меньшую способность необработанного мяса сопротивляться развитию окислительных процессов. Наибольшую эффективность по усилению и стабилизации красного цвета свежего, охлажденного мяса показал состав № 5 (рис. 1, табл. 1), включающий полифосфаты, витамин С, лимонную и никотиновую кислоты.
Результаты стабилизации красного цвета охлажденного свежего мяса, обработанного комплексом низкомолекулярных веществ, приведены на рис. 2, 3 и в табл. 5. Соответствующие соотношения компонентов в водном растворе для обработки мяса приведены в табл. 2 и 3.
Характер этих зависимостей идентичен тем, что представлен на рис 1. Их отличительная особенность заключается в более значительном уменьшении оптической плотности в красной области спектра и в смещении этого минимума в сторону увеличения временного интервала хранения мяса. Эти особенности указывают на дополнительное замедление окислительных процессов в мясе и усиление восстановительных процессов под влиянием комплекса редуцирующих веществ, экстрагируемых из дрожжей по сравнению с обработкой мяса составами, состоящими из полифосфатов, витамина С и органических кислот.
Очень хорошие результаты дает обработка мяса раствором, содержащим 1 % вытяжки из дрожжей (зависимость 1 на рис. 2 и в табл. 2). Но наибольшую эффективность по усилению и сохранению красного цвета мяса показала обработка водным раствором, содержащим 0,5 % дрожжевого экстракта и до 0,5 % аскорбиновой кислоты (зависимость 1 на рис. 3 и в табл. 3). Обработка мяса водным раствором, содержащим только дрожжевую вытяжку менее эффективна, точно также, как не достаточно эффективна обработка только одной аскорбиновой кислотой. По-видимому, совместное использование вытяжки из дрожжей и аскорбиновой кислоты создает синерге-тический эффект.
Таблица 4. Содержание компонентов в растворе для обработки мяса на рис. 4 и табл. 6
Компонент смеси Содержание компонентов в растворе для обработки мяса, %
1 2 3 (контроль)
Полифосфат 0 0,5 0
Лимонная кислота 0 0,25 0
Аскорбиновая кислота 0,5 0,25 0
Никотиновая кислота 0 0,25 0
Экстракт дрожжей 0,5 0 0
Рис. 4. Влияние наиболее эффективных составов на коэффициент устойчивости цвета охлажденной говядины
Этот результат подтверждается расчетом коэффициента устойчивости цвета мяса. На рис. 4 и в табл. 6 приведены данные по изменению коэффициента устойчивости цвета мяса для наиболее эффективных составов (табл. 4) на основе полифосфатов и кислот и на основе экстракта дрожжей. Как видно, минимальные изменения коэффициента устойчивости цвета мяса на 3,0 % в течение 7 суток хранения наблюдаются после обработки мяса раствором, содержащим 0,5 % дрожжевой вытяжки и 0,5 % аскорбиновой кислоты. В то время как при обработке наилучшим составом на основе полифосфатов в идентичных условиях устойчивость цвета мяса изме-
Таблица 5. Влияние обработки мяса составами на основе полифосфатов и экстракта дрожжей на D690
Время хранения, сутки Величина оптической плотности D690
Обработка мяса растворами на основе полифосфата и органических кислот (рис. 1) Обработка мяса растворами на основе экстракта дрожжей (рис. 2) Обработка мяса растворами на основе экстракта дрожжей (рис. 3)
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6
0 0,222 0,214 0,222 0,211 0,211 0,241 0,197 0,222 0,222 0,200 0,221 0,203 0,226 0,219 0,218 0,221
1 0,211 0,161 0,158 0,140 0,140 0,194 0,149 0,114 0,177 0,165 0,177 0,170 0,175 0,180 0,177 0,182
2 0,197 0,171 0,164 0,184 0,122 0,185 0,157 0,127 0,169 0,168 0,149 0,145 0,149 0,167 0,155 0,154
3 0,215 0,164 0,177 0,171 0,174 0,180 0,164 0,148 0,158 0,171 0,137 0,140 0,142 0,158 0,148 0,150
4 0,256 0,208 0,184 0,161 0,125 0,140 0,158 0,187 0,183 0,171 0,134 0,145 0,151 0,181 0,160 0,165
5 0,267 0,220 0,194 0,180 0,136 0,140 0,164 0,155 0,211 0,187 0,150 0,156 0,175 0,213 0,175 0,191
6 0,282 0,237 0,209 0,194 0,157 0,184 0,184 0,197 0,210 0,200 0,163 0,172 0,196 0,210 0,195 0,238
7 0,324 0,282 0,262 0,226 0,197 0,190 0,250 0,237 0,252 0,237 0,182 0,194 0,225 0,231 0,228 0,268
8 0,222 0,275 0,288 0,297 0,303 0,201 0,210 0,254 0,256 0,261 0,302
№6 декабрь 2010 ВСЁ 0 МЯСЕ
55
Таблица 6. Влияние наиболее эффективных растворов на основе полифосфатов и экстракта дрожжей на устойчивость цвета мяса
Время хранения, Коэффициент устойчивости цвета мяса*
сутки 1 2 3
1 98,01 97,73 97,98
2 96,23 93,20 94,88
3 95,12 94,94 94,47
4 97,21 97,72 95,6
5 96,74 96,77 94,13
6 96,02 93,92 91,44
7 94,89 92,59 88,92
* Состав в табл. 4.
няется на 5,1 %. Для контрольного образца это изменение еще больше — на 9,1 %.
Совместное использование вытяжки из дрожжей и аскорбиновой кислоты в концентрациях превышающих 0,5 %, вызывают ухудшение оптических свойств мяса. Точно такое же действие оказывает обработка только одной вытяжкой из дрожжей или одной аскорбиновой кислотой с концентрацией, превышающей 1 %. По-видимому, повышенные концентрации отдельно взятых восстановителей или их смесь стимулируют неполное восстановление кислорода и образование АФК, которые ухудшают красный цвет мяса. Перекись водорода образуется при нефермен-
тативном восстановлении аскорбатом или свободными сульфгидрильными группами кислорода.
Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения из биологически активного материала комплекса редуцирующих веществ, необходимых для антиокислительной обработки мяса, стабилизирующей его цвет. Эти вещества являются близкими аналогами или полностью соответствуют тем веществам, которые содержатся в самом мясе, выполняют в нем идентичные функции и поэтому безопасны для здоровья человека.
Контакты:
Мурашев Сергей Викторович Жемчужников Максим Евгеньевич Тел. раб.: (812) 334-85-12
Литература
1. Элиот В., Элиот Д. Биохимия и молекулярная биология. — М.: МАИК «Наука / Интерпериодика», 2002. — 446 с.
2. Березов Т.Г., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. — М.: Медицина, 1998. — 704 с.
3. Андреев В.П., Марков А.Г., Дубенская Г.И. и др. Биология. Толковый словарь. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2006. — 660 с.
4. Семенова А.А. Новый методический документ по комплексной оценке пищевых красителей. // Все о мясе, № 4, 2008. — С. 36-39.
