CC BY
165
ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 663.18,664
Э. Ш. Юнусов, В. Я. Пономарев, Г. О. Ежкова,
О. А. Решетник
ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЯСНОГО СЫРЬЯ С ПОРОКАМИ
Изучено влияние ферментного препарата мегатерин на функциональнотехнологические и гистоморфологические свойства мясного сырья с отклонениями в характере течения автолиза. Установлено, что в процессе гидролиза мясных белков значительно ускоряются процессы созревания мяса, увеличивается его влагоудерживающая способность. Полученные результаты позволяют положительно оценить перспективу применения препарата в технологии мясных продуктов и возможности создания эффективных биотехнологий в отрасли.
Мясо является одним из наиболее ценных продуктов питания и содержит компоненты, необходимые не только для построения тканей организма, но и для стимуляции нервно-психической деятельности, роста, развития и работоспособности человека [1].
Учитывая продолжающийся спад в животноводстве и ограниченность отечественных ресурсов мясоперерабатывающей промышленности, возникает необходимость рационального использования мясного сырья. В последнее время участились случаи поступления мяса с различными отклонениями в характере автолиза (мясо с признаками PSE и DFD). На рис. 1 представлены данные, характеризующие существующее в настоящий момент соотношение нормального мяса и сырья с признаками PSE и DFD. Как видно из представленных данных до 48 % от всего мяса, поступающего на переработку на отечественные мясоперерабатывающие предприятия, имеют те или иные отклонения в характере течения автолиза. Основными причинами появления так называемых пороков мясного сырья считают доращивание скота в специфических условиях интенсивного откорма, ограничение движений и селекцию на мясность. Практика показывает, что мясо этих животных имеет ряд отклонений качества по показателям цвета, pH, способности к влагосвязыванию. Такое мясо более подвержено микробиологической порче и непригодно для производства целого ряда эмульгированных мясопродуктов, а также натуральных и рубленых полуфабрикатов [2]. Применение протеолитических ферментных препаратов при обработке мяса с низкими функционально-технологическими свойствами позволит скорректировать его качественные характеристики и увеличить выход готовой продукции за счет целенаправленного воздействия на белковые комплексы.
Ферментные технологии обработки мясного сырья в России используются еще весьма ограниченно и требуют создания специальных препаратов и форсированного внедрения их в производство. Перспективными источниками ферментов, производимых в промышленном масштабе, являются микроорганизмы-продуценты [3]. Известно, что бактерии Bacillus megaterium, наряду с другими гидролазами, секретируют металлпротеиназу. Отечественной промышленностью освоен выпуск протеолитического ферментного препарата на основе Bac. megaterium - мегатерина, разрешенного к использованию в пищевой
16% 34o_-^_
32»/^^ш!^^52%
И NOR □ PSE □ DFD а 12% И NOR □ PSE □ DFD б
Рис. 1 - Соотношение мяса NOR, PSE, DFD в свинине (а) и говядине (б)
промышленности. Ранее нами была показана перспективность и целесообразность использования ферментного препарата мегатерин в технологии мяса при выпуске эмульгированных мясопродуктов и цельномышечных изделий из мясного сырья с повышенным содержанием соединительной ткани [4]. Поэтому представлялось интересным в данной работе изучить возможность его применения для обработки мясного сырья с признаками PSE и DFD.
Отбор проб и дифференцирование мясного сырья проводили, опираясь на значения pH мясного сырья. В качестве мяса с признаками DFD использовалась мышечная ткань говядины, полученная при убое крупного рогатого скота I категории упитанности и имеющая уровень pH в диапазоне 6,2 и выше. В качестве мяса с признаками PSE использовалась свинина, полученная при убое свиней мясной категории упитанности с уровнем pH 5,0-5,4. Выбор данного вида сырья основывался на существующих литературных данных о специфике проявления рассматриваемых «пороков» у различных видов сельскохозяйственных животных, используемых в технологии мяса [3]. Введение ферментного препарата осуществляли после предварительного измельчения мясного сырья через волчок с диаметром отверстий решетки 2-6 мм. Дозировка ферментного препарата составляла 0,03% масс (при протеолитической активности на стандартном белковом субстрате казеине по Гам-мерстену - 800 ед/г), что обусловлено ранее проведенными исследованиями о влиянии про-теазы Bac. megaterium на качественные характеристики мясного сырья [5]. В качестве контрольных образцов использовали мясо с «пороками», выдержанное в аналогичных опытным условиях, но не прошедшее ферментативную обработку. В полученных образцах контролировали уровни изменения pH и влагоудерживающей способности как наиболее важного показателя, характеризующего качественные изменения, происходящие в мясном сырье.
Одной из важнейших характеристик мясного сырья, определяющей его функционально-технологические свойства и области применения в мясоперерабатывающей отрасли, является величина рН. Имеются данные о прямой зависимости интенсивности окраски и сочности мяса от величины рН [3]. Так, мясо с относительно высокими значениями рН (>6,0) обладает лучшими органолептическими и функционально-технологическими показателями по сравнению с мясом с низким уровнем pH (<5,5). Применение ферментных препаратов протеолитического действия должно оказывать значительное влияние на величину pH мясного сырья, так как в процессе протеолиза происходит гидролитическое расщепление белков до высоко- и низкомолекулярных продуктов (пептидов и аминокислот), что в, свою очередь, безусловно, должно влиять на функционально-технологические свойства мяса. Таким образом, было интересно оценить действие протеаз на изменение рН мясного сырья с пороками PSE и DFD.
На рис. 2 представлены данные, характеризующие изменения активной кислотности мясного сырья, прошедшего обработку мегатерином, с естественным ходом автолитиче-ских превращений. Данные рис. 2 свидетельствуют о том, что во всех рассматриваемых
7
1 24 48 96
Время, ч
□ N0^ ■ Р8Е
а
6 12 18 24
Время, ч
□ ШЯ СтРБ ИР8Б б
Рис. 2 - Изменение активной кислотности мяса: а - контрольных образцов; б - образцов, прошедших ферментативную обработку
образцах происходило незначительное снижение уровня рН мяса в течение всего времени эксперимента. Интересно отметить, что в опытных образцах уже в первые 24 ч наблюдаемая величина рН соответствовала уровню естественных автолитических изменений в нормальном мясе после 96 ч выдержки, причем наблюдаемые тенденции изменения активной кислотности для мяса с различным первоначальным уровнем рН были аналогичны как у опытных, так и у контрольных образцов. Следовательно, протекающие процессы во всех исследованных образцах имеют сходную природу, отличаясь лишь степенью выраженности наблюдаемых параметров. Подобное снижение рН косвенно свидетельствует о развитии гидролитических процессов и деструктивном воздействии на белки мяса в целом. Безусловно, разрушение структуры белка ведет к необратимым изменениям всех свойств мяса. Однако имеющееся незначительное снижение рН мясного сырья с признаками РББ от
изоэлектрической точки (5,0-5,5), в которой наблюдается максимум жесткости, будет способствовать повышению нежности мяса. В случае мяса с признаками DFD снижение pH практически не должно оказывать отрицательного влияния на функциональнотехнологические свойства мясного сырья, так как диапазон изменения рН достаточно удален от изоэлектрической точки мясных белков.
Имеющиеся в литературе данные [3] свидетельствуют, что мясное сырье с признаками PSE и DFD имеет пониженные функционально-технологические свойства, что связано прежде всего с измененной конформационной структурой белковых комплексов мяса относительно сырья с нормальным ходом течения автолиза. В особенности это касается мяса PSE, которое не рекомендуется использовать при производстве эмульгированных мясопродуктов, в качестве самостоятельного компонента рецептуры.
Наиболее важным показателем, характеризующим функционально-
технологические свойства мясного сырья, является влагоудерживающая способность (ВУС), которая характеризует содержание влаги в мышечной ткани и количество влаги, отделившейся в процессе тепловой обработки. ВУС приближенно характеризует изменения коллоидно-химических и структурно-механических свойств тканей и тесно связана с выходом готовой продукции.
На рис. 3 представлены данные, характеризующие изменение влагоудерживающей способности мясного сырья с признаками NOR, PSE и DFD в процессе автолиза. Как видно из представленных данных, для мясного сырья с «пороками» наблюдалась ярко выраженная тенденция к снижению способности мяса удерживать влагу, причем наиболее заметное снижение данного показателя (для мяса DFD на 5,5 %, для мяса PSE на 5,7 %) отмечали в первые 24 ч созревания. Для мяса NOR характерно некоторое увеличение ВУС в данном промежутке времени (на 1,3 %), что хорошо согласуется с имеющимися литературными данными [3] и с практикой использования такого сырья на предприятиях мясоперерабатывающей промышленности.
Время, сут
-□-NOR -£-DFD —О— РSЕ
Рис. 3 - Динамика изменения влагоудерживающей способности мясного сырья с различным характером течения автолиза в процессе созревания
На рис. 4 представлены графические зависимости, характеризующие влияние ферментного препарата мегатерин на ВУС мяса NOR, PSE и DFD. Ферментативная обработка приводила к увеличению функционально-технологических свойств мясного сырья, однако характер наблюдаемых изменений различен и зависит от вида используемого мяса и, вероятно, связан с первоначальной величиной pH мяса и уровнем развития гликолитических превращений.
Время, ч
PSE НИ-DFD -й-NOR
Рис. 4 - Влияние ферментативной обработки на влагоудерживающую способность мясного сырья с различным характером течения автолиза
ВУС образцов мяса NOR и DFD, подвергнутых действию ферментного препарата, проявляла тенденцию к увеличению, причем наблюдаемый эффект был наиболее выражен в первые 3 ч протеолиза. В дальнейшем происходило незначительное снижение ВУС в течение всей длительности эксперимента.
Иная картина наблюдалась при исследовании опытных образцов мяса с признаками PSE. ВУС такого сырья достаточно низкая и при воздействии на мясо ферментным препаратом продолжала снижаться в течение первых двух часов обработки. Затем наблюдался резкий рост способности мясного сырья удерживать влагу, продолжавшийся в течение последующих 2 ч. Эффект увеличения ВУС был наиболее выражен при 7 ч обработки (5,2 %), незначительно изменяясь в течение последующих 8 ч.
Такое изменение ВУС мясного сырья можно объяснить следующим образом: на начальном этапе обработки ферментом ВУС под действием протеазы продолжает снижаться, как следствие снижения рН мяса и нахождения белков вблизи изоэлектрической точки, при которой наблюдается минимум гидратации мяса. Дальнейшее увеличение ВУС мясного сырья можно объяснить с позиций теории стереоэффекта гидратации [6].
Стереоэффект гидратации обусловлен изменением пространственной доступности заряженных групп белков. С изменением чистого заряда связано разрыхление или уплотнение структуры белка, так как отталкивание одноименно заряженных остатков аминокислот приводит к расширению пространства между полипептидными цепями, а притяжение противоположно заряженных групп - к их сближению.
В случае мышцы эффект чистого заряда всегда сопровождается стереоэффектом, но последний значительно превосходит первый по своему участию в общей гидратации. По мере приближения значения рН белка к изоэлектрической точке увеличивается количество противоположно заряженных макромолекул пептидов белка, которые притягиваются, образуя плотную пространственную сетку, и в этот момент ВУС минимальна. При воздействии ферментом протеолитического действия происходит постепенная деструкция белков с образованием высоко- и низкомолекулярных продуктов гидролиза, пространственная сетка белка расширяется, пептиды притягивают диполи молекул воды, образуя сольватную (гидратную) оболочку. В результате увеличивается массовая доля солерастворимых белков в непрерывной фазе, увеличивается гидратация мяса в результате выделения актомиозина или миозина из структуры ткани. Этим и объясняется резкое увеличение показателей функционально-технологических свойств исследуемых образцов.
На следующем этапе исследования были проведены гистологические исследования, которые достоверно и наглядно позволяют на микроструктурном уровне определить эффективность воздействия ферментных препаратов на мышечную ткань. Было показано, что в образцах, где использовалось свежее мясо, независимо от характера течения автолиза, мышечные волокна (миоциты) были разволокнены, местами наблюдалась межуточная инфильтрация лимфоцитами, гистиоцитами с примесями нейтрофилов и тонких прослоек рыхлой соединительной ткани в виде отдельных волокон. Межклеточное вещество было хорошо выражено и представлено рыхло локализованными коллагеновыми волокнами и аморфным веществом (рис 5).
Рис. 5 - Микроструктура участка мышечной ткани контрольного образца с наличием продольной и поперечной исчерченности волокон х400
На срезе образцов мяса после созревания в течение 72 ч отчетливо наблюдалось некоторое разволокнение части миоцитов при неизменности сарколеммы и ядер миоци-тов. Межуточная инфильтрация сохранялась с некоторым уменьшением количества соединительнотканных волокон по сравнению с образцами свежего мяса. Была выявлена не-
равномерность набухания мышечных волокон, деструктивные изменения в них в виде миоли-за отдельных участков с кариализисом в них карионикнозом в прилегающих участках. Меж-мышечная соединительная ткань характеризовалась неравномерностью уплотнения (рис. 6).
Рис. 6 - Набухание мышечных волокон, сглаженность рисунка их исчер-ченности при созревании в течение 72 ч х400 (контроль 2)
В обработанных мегатерином образцах при продолжительности воздействия фермента 3 ч часть миоцитов приобрела волнистую поверхность (гофрированность), в некоторых нарушение оболочки в виде разрушенной сарколеммы, исчезновение, очагово, ядер миоцитов. Также отмечали выраженное разрушение соединительнотканных волокон с сохранением клеточных скоплений. В части миоцитов поперечная исчерченность стерта, наблюдались участки просветления. Микроморфология мышечной ткани, подвергшаяся воздействию на нее ферментов, характеризовалась наличием выраженных узлов сокращения с разрывом контрактильной субстанции в некоторых из них. Возможно, что слабо выраженные щелевидные пространства разрывов возникали в области предшествующего миолиза. Межмышечная соединительная ткань эндомизия становилась разрыхленной, клеточные структуры в ней были с явлениями кариоренсиса и кариолизиса, а коллагеновые волокна набухали.
Рис. 7 - Наличие выраженных узлов сокращения мышечных волокон с разрывом контрактильной субстанции в некоторых из них при трехчасовой ферментации х400
По результатам исследований микроструктуры мышечной ткани, обработанной ме-гатерином, можно сделать вывод, что микроструктурные изменения мяса под воздействием фермента характеризовались развитием фрагментации мышечных волокон, зернистым распадом участков миофибрилл с сохранением целостности сарколеммы над ними; набуханием разволокнением и деструкцией коллагеновых волокон эндомизия. Эти изменения, свидетельствуют о положительном влиянии на формирование качественных показателей мяса и позволяют сделать вывод о том, что ферментативная обработка мясного сырья приводит к значительному сокращению длительности процесса созревания мясного сырья, позволяя достичь требуемых изменений за более короткие сроки по сравнению с естественным ходом автолиза. Наблюдаемые тенденции не зависят от первоначального уровня рН мяса, и ферментативная обработка эффективна для деструкции различных комплексов мяса независимо от характера протекающих в нем автолитических процессов.
Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о положительном эффекте от применения ферментного препарата мегатерин для обработки мяса PSE и DFD: улучшаются функционально-технологические свойства мясного сырья, значительно сокращается продолжительность процесса созревания и повышается сортность мяса. Можно предположить, что обработка ферментами мясного сырья будет способствовать повышению скорости диффузионно-фильтрационного распределения посолочных ингредиентов при посоле. Прикладные аспекты использования мегатерина в мясной промышленности могут быть связаны с тендеризацией низкосортного мясного сырья применительно к технологии широкого спектра продуктов (натуральных полуфабрикатов, быстрозамороженных и мясных консервов, колбасных и деликатесных изделий). Технологический эффект от применения препарата можно ожидать в повышении нежности, сочности, выхода и улучшении органолептических оценок мясных продуктов за счет целенаправленного воздействия ферментного комплекса препарата мегатерин на фасции мышечной ткани, а также за счет совместного действия фермента и физико-химических факторов на волокна соединительной ткани.
Полученные результаты позволяют положительно оценить перспективу применения препарата в технологии мясных продуктов и возможности создания эффективных биотехнологий в отрасли. При этом следует особо подчеркнуть использование малоценных источников животного белка с пониженными функционально-технологическими свойствами, непригодных для выработки качественных мясопродуктов без дополнительной технологической обработки.
Экспериментальная часть
Объектами исследования служили:
- ферментный препарат мегатерин Г10х (ТУоп 00479942-002-94, введ. 01.01.94) синтезируемый Bacillus megaterium (препарат относятся к IV классу опасности, штаммы-продуценты не обладают патогенностью. ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 104 клеток в 1 м3);
- мясное сырье - говядина жилованная первого сорта, полученная в соответствии с ГОСТ 779-87, свинина жилованная нежирная, полученная в соответствии с ГОСТ 7724-77.
Величину рН определяли потенциометрически согласно методики Грау и Хамма в модификации В.П. Воловинской и Б.И. Кельман [7].
Общую протеолитическую активность (ПА) ферментных препаратов определяли модифицированным методом Ансона с использованием в качестве субстрата казеина по Гаммерстену при pH 7,2. [8]. Необходимые значения рН субстрата поддерживали с помощью фосфатного буферного раствора.
Влагоудерживающую способность (ВУС) определяли согласно [7].
Гистоморфологические исследования проводили согласно методике [9]. Кусочки мышечной ткани фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина, уплотняли заливкой в парафин.
Гистосрезы окрашивали гематоксилином и эозином, азуром II и эозином по Романовскому-Гимзе.
Анализ гистопрепаратов проводил с применением светового микроскопа МБИ-6. Микрофотографию выполняли на установке МФН-12 с применением особо контрастной фотопленки
Микрот-300.
Литература
1. Антипова Л.В., Жеребцов Н.А. Биохимия мяса и мясных продуктов. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. 184 с.
2. Ежкова Г.О., Крымов К.Н., Парышев П.А., Волков А.Х. Особенности пороков мясного сырья с признаками Р8Е и БРБ при производстве свинины в Республике Татарстан// Ученые записки КГАВМ. 2004. Т.177. С.62-71.
3. КудряшевЛ.С. Созревание и посол мяса. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1992. 208 с.
4. Пономарев В.Я., Антипова Л.В., Решетник О.А. Исследование возможности применения ферментов микроб-ного происхождения для обработки мяса // Вестник Казан. технол. ун-та. 2000. № 1-2. С. 107-111.
5. Антипова Л.В., Решетник О.А., Пономарев В.Я. Применение ферментного препарата мегатерин Г10х для обработки низкосортного мяса // Мясная индустрия, 2003. № 8. С. 9-11
6. Рогов И.А. и др. Химия пищи: Белки. Структура, функции, роль в питании/ И.А. Рогов, Л.В. Антипова, Н.И. Дунченко, Н.А. Жеребцов. М.: Колос, 2000. 384 с
7. Антипова Л.В., Глотова И.А., Рогов И.А. Методы исследования мяса и мясопродуктов. М.: Колос, 2001.-376 с.
8. Грачева И.М. Практикум по технологии ферментных препаратов. М.: Агропромиздат, 1987.-335 с.
9. Хвыля С.И., Кузнецова Т.Г., Авилов В.В. Оценка мясного сырья и определение состава мясопродуктов микроструктурными методами: Методические рекомендации. М.: РАСХН, 1998.
© Э. Ш. Юнусов - асп. каф. технологии пищевых производств КГТУ; В. Я. Пономарев - асп. той же кафедры; Г. О. Ежкова - д-р биол. наук, проф. той же кафедры; О. А. Решетник - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пищевых производств КГТУ.
