CC BY
43
fiP
ИССЛЕДОВАНИЯ / Биохимические процессы
Влияние обработки охлажденного мяса
на корреляцию между рH и красным цветом
С.В. Мурашев, доктор техн. наук, Институт Холода и биотехнологий НИУ ИТМО С.А. Воробьев, ООО "Династия"
М.Е. Жемчужникова, СПбНИУ ИТМО Института холода и биотехнологий
Важнейшим показателем, определяющим функционально-технологические свойства свежего мяса и продолжительность его хранения является рН. Величина рН изменяется вследствие процессов, сопровождающихся поглощением или выделением ионов водорода. Обработка мяса с целью стабилизации цвета [1, 2] одновременно оказывает влияние и на его рН, что, в конечном счете, увеличивает продолжительность хранения свежего мяса. В связи с этим представляет интерес выявление корреляционных зависимостей между цветовыми характеристиками мяса, подвергнутого различным видам обработки и процессами, происходящими в таком мясе, в ходе которых изменяется его рН.
Ключевые слова: красный цвет мяса, глицин, оксид углерода, кислород, окислительные и восстановительные процессы.
^ В работе использовалась жилованная бескостная верхняя часть говяжьего тазобедренного отруба (общий белок 22,1 %, жир 1,55 %, влага 75,6 %). Обработка мяса осуществлялась веществами, отличающимися по свойствам и размерам молекул. В качестве таких веществ использовались аминокислота глицин и газовые смеси состава: СО + СО2 и О2 + СО2.
Обработка мяса глицином осуществлялась погружением образцов с фиксированной массой в водные растворы аминокислоты с определенной концентрацией и при постоянном соотношении между массой навески мяса и раствором. Мясо выдерживалось в растворе в течение пяти минут.
Газовыми смесями мясо равномерно обдувалось со всех сторон в течение 30 минут. Газовые смеси с изменяющимся соотношением компонентов получали по технологии, основанной на последовательном определении необходимой массы и взвешивании компонентов смеси в процессе их заправки в баллон на высокоточных электронных весах. Контрольное мясо не подвергалось обработке.
Сразу после обработки и далее ежедневно получали спектры отражения контрольного и обработанного мяса в видимой области (400 - 750 нм) на спектрофотометре СФ-18. Влияние обработки мяса на его красный цвет определяли при длине волны -690 нм. В желтой области использовалась длина волны 580 нм. Все измерения проводились с трехкратной повторностью, с определением средней величины и среднего квадратичного отклонения. Контрольный образец и обработанное мясо хранились при температуре от 0 до + 4 °С без использования герметичной упаковки исключающей контакт с окружающим воздухом.
На рисунке 1 приведены зависимости изменения относительной оптической плотности D69o/D58o для мяса обработанного глицином с наиболее эффективной концентрацией раствора и газовыми сме-
сями с самыми эффективными соотношениями компонентов в сравнении с контролем в процессе холодильного хранения. Стабилизация красного цвета мяса после обработки этими веществами определяется отношением D69o/D58o, чем более длительное время оно сохраняет минимальное значение, тем стабильнее и интенсивнее красный цвет. В таблице 1 приведены минимальные значения отношения D69o/D580, достигнутые для мяса обработанного раствором глицина и газовыми смесями в ходе его холодильного хранения и соответствующие им по времени хранения значения рН мяса. На основании данных таблицы 1 получены корреляционные зависимости между рН и минимальными значениями D690/D580, одна из которых включает мясо обработанное газовой средой состава 80% О2 + 20% СО2, а другая - нет. Эти зависимости представлены на рисунке 2.
Для обеих зависимостей наблюдается усиление красного цвета мяса, т.е. уменьшение отношения D690/D580, с понижением рН. В тоже время относительно свежего мяса известно [3], что в нем при
Рисунок 1. Влияние различных видов обработки мяса на изменение ^690^580 в ходе холодильного хранения: 1 - не обработанное мясо, 2 - 80% 02+20% СО2, 3 - 10% водный раствор глицина, 4 - 70% С0+30% СО2
38
Всё о МЯСЕ № 3 июнь 2012
Биохимические процессы / ИССЛЕДОВАНИЯ
ЁР
Рисунок 2. Корреляционные зависимости между рН и 0690/0580 по данным таблицы 1. Зависимость 1 включает обработку мяса газовой средой состава 80% О2+20% СО2, а зависимость 2 не включает.
понижении рН скорость окисления пигментов увеличивается, наблюдается линейная зависимость между концентрацией пигмента и рН мяса, чем оно выше, тем больше пигмента.
Кроме того, корреляционная зависимость включающая мясо, обработанное кислородсодержащей газовой средой (80% 02+20% СО2), носит менее выраженный линейный характер = 0,750). При ее исключении корреляционная зависимость приобретает четкий линейный характер = 0,998).
Для объяснения особенностей корреляционных зависимостей необходимо проанализировать процессы в мышечной ткани, происходящие с выделением или поглощением ионов водорода, выявить специфику этих процессов и влияние на них обработок мяса.
Веществом, определяющим окислительно-восстановительное равновесие в биологических тканях, является глутатион. 0кисление глутатиона происходит в соответствии с реакцией:
2 GSH ^ GSSG + 2 Н+ + 2 е- (1) в которой выделяются ионы водорода и электроны. Выделяющиеся ионы водорода понижают рН мышечной ткани, а электроны могут быть использованы на восстановление метмиоглобина. Аналогичным образом с выделением ионов водорода и электронов действуют другие антиокислители: цистеин, аскорбиновая кислота, витамин Е.
Самоокисление оксимиоглобина протекает по ре-
Вариант обработки Минимум °690/0580 рН
70% С0+30% С02 0,189 5,76
Глицин, 10% раствор 0,211 5,81
80% 02+20% С02 0,213 5,89
Контроль 0,246 5,90
Таблица 1
Минимальные значения 0690/0580 и соответствующие им величины рН мяса, достигнутые в ходе холодильного хранения для различных видов обработки
акции:
МЬ02 ^ MetMb + 02-, (2)
в которой образуется супероксиданионрадикал. В дальнейшем он подвергается дисмутации:
202- + 2Н+ ^ Н202 + 02 (3)
в ходе, которой ионы Н+ поглощаются. Образующаяся по реакции (3) перекись водорода с участием ионов металлов с переменной валентностью распадается по реакции:
Н202 + Fe+2 (Си+) ^ ОН- + + ОН + Fe+3 (Си+2) (4) с образованием высокоактивного радикала ОН, а ионы ОН- смещают рН мяса в щелочную сторону.
Реакция (4) принадлежит к реакциям диссоциативного прилипания электрона. Поскольку в этой реакции образуются заряженные частицы, то ее реализация зависит от диэлектрической проницаемости среды, в которой она протекает. Большая диэлектрическая проницаемость воды в мышечной ткани создает необходимые условия для реакции (4).
В реакции (4) участвуют восстановленные формы ионов металлов с переменной валентностью. Для их восстановления необходимы электроны: Fe+3 (Си+2) + е- ^ Fe+2 (Си+) (5) Таким образом, в процессах, начинающихся с самоокисления оксимиоглобина, в отличие от действия антиокислителей, происходит поглощение ионов Н+ и выделение ионов ОН-, что смещает рН в щелочную сторону. Еще одно специфическое отличие заключается в том, что электроны расходуются, а не генерируются. Причем источником этих электронов может быть окисляющийся миоглобин.
Наиболее сильный окислитель в мышечной ткани цитохромоксидаза (нормальный потенциал +0,55 В) катализирует реакцию:
02 + 4 Н+ + 4 е- ^ 2 Н20 (6) в ходе которой расходуются кислород, ионы водорода и электроны. Расход кислорода может сопровождаться превращением оксимиоглобина в миогло-бин. Электроны необходимые для реакции (6) могут возникать при окислении миоглобина [3]. Связывание ионов водорода в ходе этой реакции повышает рН мяса.
Сопоставление антиокислителей и окислителей в мышечной ткани показывает, что в результате действия первых понижается рН и условия для развития микроорганизмов в мясе ухудшаются. Подавление микроорганизмов благоприятно для сохранения красного цвета мяса и увеличения длительности его хранения. Одновременно антиокислители являются источником электронов, необходимых для восстановления метмиоглобина. Самоокисление окси-миоглобина и действие окислителей в мышечной ткани, наоборот, увеличивает рН, что создает благоприятные условия для развития микроорганизмов и поэтому способствует ухудшению цвета мяса. Еще одно отличие в том, что окислительные процессы нуждаются в электронах, источником которых, в частности, может быть окисляющийся миоглобин.
Проведенное сопоставление, показывает противоположную направленность действия антиокислителей и окислителей на рН и цвет мяса. Первые спо-
-№ 3 июнь 2012 ВСЁ О МЯСЕ
39
0
ИССЛЕДОВАНИЯ / Биохимические процессы
собствуют восстановлению метмиоглобина и понижают рН мяса. Усиление красного цвет мяса вследствие восстановления пигмента и подавления микроорганизмов происходит при понижении рН. Окислители, напротив, окисляют красный пигмент мяса и повышают его рН, вследствие чего отрицательное действие микрофлоры на красный цвет усиливается, а сроки хранения сокращаются. В этом случае происходит окисление пигмента и развитие микрофлоры на фоне повышения рН мяса.
В необработанном мясе при понижении рН скорость окисления пигментов увеличивается [3]. Это происходит вследствие недостатка восстановителей -доноров электронов. Поэтому, кислая среда хотя и препятствует развитию микроорганизмов, но из-за недостатка доноров электронов усиливается окисление пигмента мяса. Следовательно, для усиления красного цвета мяса результативна лишь та обработка, которая наряду с понижением рН, препятствующей развитию микрофлоры, создает поток электронов необходимых для восстановления мет-миоглобина. В связи с этим рассмотрим воздействие органических кислот на мясо.
Обработка мяса органическими кислотами, используется для стабилизации его цвета и увеличения продолжительности хранения. Если считать, что органические кислоты только понижают рН, то они, тем самым, стимулируют окисление пигмента и ухудшение цвета, даже не смотря на подавление развития микрофлоры [3]. Поэтому, более вероятен другой механизм действия органических кислот. Рассмотрим его на примере лимонной кислоты с точки зрения образования ионов Н+ и электронов. Первоначально она подвергается изомеризации и превращается в субстрат фермента синтезирующего НАДН. НАДН является сильным восстановителем метмиоглобина [3].
При синтезе НАДН в результате дегидрирования изоцитрата происходит восстановление: НАД+ + 2Н ^ НАДН + Н+ (7) в ходе, которого выделяются ионы водорода. Далее НАДН окисляется по реакции: НАДН ^ НАД+ + Н+ + 2 е- (8) в которой также выделяются ионы водорода и электроны, необходимые для восстановления мет-миоглобина.
Суммарное уравнение дегидрирования изоцит-рата:
2 Н ^ 2 Н+ + 2 е- (9)
показывает, что в результате этого процесса происходит понижение рН и одновременно генерируются электроны. Таким образом, эти два процесса, происходящие при дегидрировании изоцит-рата и усиливающие красный цвет мяса, как и в случае 1, сопутствуют друг другу.
Из этого факта можно сделать практически значимый вывод: по смещению рН и изменению красного цвета мяса относительно контроля можно судить о влиянии обработки мяса на изменение соотношения в нем антиокислительных и окислительных процессов. Так если, одновременно происходит понижение рН и усиление красного цвета мяса, то это указывает на протекание в нем восстановитель-
ных процессов под влиянием обработки.
Учитывая сказанное, становится понятным характер корреляционных зависимостей, представленных на рисунке 2. Обработка мяса веществами, замедляющими в нем окислительные процессы, усиливает красный цвет ^690/0580 уменьшается) и одновременно препятствует увеличению его рН в ходе автолиза в сравнении с необработанным мясом. При этом важно чтобы вещества, используемые для обработки мяса, были способны к образованию с миог-лобином пигмента красного цвета. Это позволит затормозить нежелательные процессы (2) - (5), связанные с самоокислением миоглобина.
Красный пигмент карбоксимиоглобин, образуемый окисью углерода с миоглобином, более стабилен, чем оксимиоглобин. Замена кислорода в ге-мовой группе на СО и образование более устойчивого пигмента предупреждает возможность самоокисления и образования метмиоглобина. Одновременно СО блокирует цитохромоксидазу. Тем самым подавляется развитие аэробных форм микроорганизмов. В тоже время подавление этого фермента в мясе препятствует росту рН при его созревании (6) по сравнению с необработанным мясом, что благоприятно для более длительного хранения.
Скорость окисления пигментов в свежем мясе зависит от парциального давления кислорода [3]. Обработка мяса газовой смесью с высоким парциальным давлением кислорода приводит к образованию оксимиоглобина. Однако она не способна блокировать окислительные процессы в мясе в той степени, в которой это позволяют сделать другие виды обработки не использующие кислород. По сравнению с обработками, в которых используется СО или глицин, рН смещено в щелочную сторону (рис. 2), что свидетельствует о более активных окислительных процессах, которые являются закономерным результатом воздействия кислорода. Смещение рН в щелочную сторону происходит даже не смотря на то, что наряду с кислородом данная газовая среда содержит 20% СО2. С другой стороны, по сравнению с контрольным мясом, мясо, обработанное газовой средой с высоким парциальным давлением кислорода, имеет несколько более низкое значение рН, что свидетельствует о замедлении окислительных процессов в нем в сравнении с необработанным мясом.
Если рН мяса обработанного газовой средой с высоким парциальным давлением кислорода лишь не намного меньше, чем у необработанного мяса, то величина 0690/0580 у обработанного таким образом мяса существенно меньше, чем у контрольного образца. Это свидетельствует об усилении красного цвета благодаря увеличению содержания ярко красного пигмента оксимиоглобина.
Вследствие непропорционального изменения рН и отношения 0690/0580 в свежем мясе под влиянием высокого парциального давления кислорода происходит нарушение линейной корреляции между рН и 0690/0580, возникающей для различных видов обработки не использующих кислород.
40
Всё о МЯСЕ № 3 июнь 2012
Исключение данной обработки позволяет получить четкую линейную корреляцию (зависимость 2 на рисунке 2) между рН мяса и его красным цветом. Это свидетельствует о замене кислорода на другие лиганды в результате обработки мяса.
0кислительные процессы, ухудшающие красный цвет, протекают в мясе, обработанном газовой средой содержащей кислород, с меньшей интенсивностью в сравнении с необработанным мясом, но значительно активнее, чем в обработанном мясе без использования кислорода. Вероятно активные окислительные процессы - это одна из причин вследствие которых мясо, обработанное кислородсодержащей газовой средой хранится меньше, чем мясо обработанное глицином и, в особенности, газовой смесью 70% С0 + 30% С02.
Вероятно, это связано с тем, что микроорганизмы начинают развиваться, когда для этого возникают благоприятные условия, и, в первую очередь, рН. Величина рН под влиянием обработок, замедляющих окислительные процессы в мясе, понижается в сравнении с не обработанным мясом. 0днако это понижение при обработке мяса газовой средой состава 80% 02 + 20% С02 незначительно в сравнении с контролем. Вследствие этого не возникает препятствия для развития микрофлоры.
Таким образом, обработка мяса различными веществами способными быть лигандами при взаимодействии с ионом железа гемовой группы позволила выявить существование линейной корреляции между рН и красным цветом мяса (величина 0690/0580). По изменению этих параметров можно судить о влиянии обработки мяса на соотношение в нем антиокислительных и окислительных процессов. Линейная корреляция между рН и красным цветом мяса, существующая для тех обработок, которые не используют кислород для получения красного цвета, указывает на замену кислорода на другие лиганды.
Литература
1. Мурашев С.В., Воробьев С.А. Обработка свежего мяса аминокислотными лигандами для стабилизации цвета. - Мясная индустрия, 2010, № 10. - С. 38 - 40.
2. Воробьёв С.А., Мурашев С.В. Использование газовых сред для стабилизации цвета мяса и увеличения сроков его хранения. - Мясная индустрия, 2011, №5. - С. 36 - 40.
3. Физико-химические и биохимические основы технологии мяса и мясопродуктов. - М.: Пищевая пром-ть, 1973. - 495 с.
Контакты:
Сергей Витальевич Мурашев, Сергей Александрович Воробьев, Мария Евгеньевна Жемчужникова, тел. +7 (921) 656-51-50
CSB-System
INTERNATIONAL
Бизнес-ГГ-решение для всего Вашего предприятия
-№ 3 июнь 2012 Всё о МЯСЕ
Быстрее Надежнее Продуктивнее
Ведущие компании мясной отрасли во всем мире успешно сотрудничают с CSB-System. Повысьте свою конкурентоспособность с нашим ГГ-решением.
Ваши преимущества:
■ оптимально настроенные процессы
■ соответствие всем требованиям отрасли
■ быстрая окупаемость благодаря короткому сроку внедрения
CSB-System в России:
115455, г. Москва,ул. Пятницкая, 73 тел.: +7 (495) 64-15-156 ■ факс: +7 (495) 95-33-116
197342, г. Санкт-Петербург ул. Белоостровская 2, офис 423 тел: +7 (812) 44-94-263 ■ факс: +7 (812) 44-94-264
e-mail: info@csb-system.ru ■ www.csb-system.ru
