Изменения в мясе при холодильной обработке

Процесс созревания состоит из двух фаз (стадий): в первой стадии (послеубойного окоченения) преобладают процессы окоченения мышц; во второй происходят размягчение мышечной ткани и накопление продуктов, формирующих потребительские свойства мяса. На этой стадии мышечные белки подвергаются различной степени денатурации и протеолиза.

Продолжительность каждой стадии зависит от условий холодильной обработки и хранения продуктов животного происхождения. Качество кулинарно обработанного мяса и готовых мясных изделий зависит от свойств мяса. Чем меньше его жесткость, выше влагосвязывающая способность, тем нежнее и сочнее изготовленная из него продукция, лучше ее вкус и аромат, перевариваемость и усвояемость, а следовательно, выше пищевая и биологическая ценность.

Мясо, полученное сразу же после убоя животного (парное), в течение первых 3 ч обладает высокой влагопоглотительной, и влагоудерживающей способностью, которая и обуславливает его нежную консистенцию после тепловой обработки. В парном мясе содержится значительное количество гликогена, АТФ, креатинфосфорной кислоты. Белки, миозин и актин не связаны друг с другом, развариваемость коллагена соединительной ткани очень высокая (около 23% его содержания), количество связанной влаги 80-90% общего содержания воды в мясе. Мышечные волокна парного мяса в первые 2-3 ч после убоя набухшие.

Однако вареное парное мясо не имеет выраженного аромата, характерного для созревшего мяса, и тем не менее, вполне пригодно для производства вареных колбасных изделий и холодильной обработки. Мягкая консистенция и высокая влагоудерживающая способность парного мяса обусловлены тем, что белки находятся в негативном состоянии и растворимость их максимальна вследствие большого количества гидрофильных групп, способных связывать значительное количество воды.

Через 4-6 ч после убоя животного наступает посмертное окоченение, которое начинается с мышц конечностей и сердца, выполняющих при жизни животного наиболее напряженную работу. Окоченение протекает неодинаково и зависит от температуры, возраста и упитанности животного.

Посмертное окоченение имеет общебиологическую природу и единую для всех животных направленность процессов. К их числу относятся: распад гликогена, креатинфосфорной (КФ) и аденозинтрифосфорной (АТФ) кислот, ассоциация актина и миозина в актомиозиновый комплекс, изменение гидратации мышц. Некоторые из этих процессов являются прямой причиной окоченения, другие оказывают на него косвенное влияние.

Вследствие прекращения доступа кислорода в клетки затухает аэробная фаза энергетического обмена, в которой происходит ресинтез мышечного гликогена, и остается лишь анаэробная фаза — распад гликогена (гликолиз), который происходит путем фосфорилирования с участием АТФ. Из-за отсутствия кислорода в тканях (естественного акцептора протонов и электронов в условиях аэробного расщепления углеводов) акцептором протонов и электронов в анаэробных условиях становится пировиноградная кислота, которая восстанавливается при этом до молочной.

Анаэробные процессы распада гликогена, накопления молочной кислоты и снижения величины рН заканчиваются в мясе в основном через 24 ч хранения при 4°С; рН мышечной ткани при этом уменьшается с 7,0 до 5,6-5,8. Это оказывает тормозящее действие на развитие гнилостных микроорганизмов.

Содержание молочной кислоты и величина рН являются важными показателями качества мяса. От них зависят стойкость мяса при хранении и ряд физико-химических показателей, определяющих его технологические и потребительские свойства (влагоемкость, количество влаги, выделяющейся при тепловой обработке, и мясного сока при размораживании). По мере снижения величины рН создаются более благоприятные условия для действия мышечных катепсинов, что имеет большое значение для последующего созревания мяса.

В мышцах здоровых, упитанных, отдохнувших животных содержится до 0,8% гликогена, а в мышцах утомленных и истощенных количество его меньше, молочная кислота накапливается слабо и рН не превышает 6,2-6,5.

Распад гликогена, протекающий после убоя животного, никогда не доходит до конца, и независимо от конечной величины рН (а она не может быть ниже 5,5) и продолжительности послеубойного хранения в мясе сохраняется некоторое его количество. При этом кроме фосфорилирования, происходит амилолитический распад гликогена в мышечной ткани, которому подвергается около 10% его общего количества. На первых стадиях автолиза отмечено лишь незначительное образование мальтозы, глюкозы и других продуктов амилолитического распада гликогена. На более глубоких стадиях окоченения (после 24 ч) распад гликогена идет именно по этому пути.

В организме животного КФ и АТФ наряду с гликогеном являются своеобразными аккумуляторами энергии, которая используется в процессах мышечного сокращения. Наиболее богаты КФ интенсивно работающие скелетные мышцы. Сразу после убоя происходят быстрый распад КФ и адекватный ему ресинтез АТФ, уровень которого сохраняется до быстрой фазы окоченения. Распад АТФ протекает медленнее, чем креатинфосфата. Одновременно происходит ресинтез АТФ в связи с распадом гликогена. До тех пор, пока имеется запас гликогена, не может произойти полный распад АТФ, поэтому мускул не переходит в состояние окоченения. Когда содержание АТФ достигает критической концентрации, наступает быстрая фаза окоченения. Через 12 ч после убоя животного распадается до 90% первоначального содержания АТФ.

При несвоевременном охлаждении послеубойное выделение тепла приводит к загару — пороку, в результате которого мышечная ткань в глубинных слоях приобретает сероватый оттенок и неприятный запах. Вследствие медленного отвода тепла, температура в глубинных слоях мяса может достигать 40°С и выше. При такой температуре начинается денатурация термолабильных белков, происходят процессы распада отдельных полипептидов с выделением свободных, часто серосодержащих аминокислот. Миоглобин переходит в метмиоглобин. Все это приводит к порче мяса. Опасность появления загара особенно велика у упитанных животных, в мышцах которых содержится больше гликогена.

Для предупреждения загара мясо необходимо своевременно охлаждать. При появлении первых признаков его на толстых частях полутуши делают надрезы, что обеспечивает доступ кислорода и ускорение понижения температуры.

Непосредственно после убоя миозин связан в комплекс с ионами калия, магния, кальция, а также с гликогеном и АТФ. Диссоциация комплекса, вероятнее всего, происходит в результате накопления молочной кислоты и снижения рН. Калий, магний и кальций освобождаются из комплексных соединений.

Свободный ион кальция вызывает сближение миозина с Ф-актином, происходит образование актомиозина и активирование миозиновой АТФ. При этом АТФ теряет неорганический фосфат, а освобождающаяся энергия макроэргической связи используется на перемещение актиновых протофибрилл относительно миозиновых. Миофибриллы начинают укорачиваться, что является результатом втягивания нитей актина между нитями миозина. Образуется комплекс актомиозина, и происходит дальнейшее сокращение миофибрилл. Внешне это выражается в посмертном окоченении мускулатуры. Процесс образования актомиозина в результате взаимодействия актина с миозином сопровождается снижением числа свободных гидрофильных центров. Процесс созревания очень сложен и связан с изменением состава и состояния основных компонентов мяса.

Роль ферментов в этом процессе исключительно велика. От их активности зависит общее направление и скорость протекания процессов распада при хранении мяса.

Вторая стадия созревания наступает через 2 сут хранения мяса при низких положительных температурах, когда белки начинают подвергаться протеолизу — ферментативному гидролитическому расщеплению. Этот процесс протекает под действием целой группы гидролитических ферментов — протеаз, гидролаз, липаз и др.

В клетках различных тканей гидролазы находятся в специальных субмикроскопических образованиях клеток (мешочках, окруженных тонкой мембраной), получивших название лизосом. При созревании мяса мембраны лизосом разрушаются, и гидролазы получают свободный доступ ко всем химическим компонентам клеток — так начинается процесс автолиза (растворение или разрушение) тканей.

В результате протеолиза миофибриллярных белков при созревании мяса увеличивается количество N-концевых групп вследствие разрыва пептидных связей в белках фракции миозина, что приводит к уменьшению жесткости мяса.

Установлено, что улучшение консистенции мяса обусловлено не только разрушением поперечных связей актомиозинового комплекса и ограниченным протеолизом миофибриллярных белков, но и дезинтеграцией z-пластинок саркомеров.

С наступлением разрешения окоченения растворимость белков вновь увеличивается, но не достигает значений растворимости белков парного мяса, что объясняется необратимостью начавшегося при созревании мяса процесса их денатурации. На растворимость белков мышечной ткани существенное влияние оказывает происходящее при созревании мяса перераспределение ионов Са, Mg, Zn.

Процесс гидратации белков имеет положительную корреляцию с нежностью мяса — одним из важнейших показателей его качества. Липиды мяса сразу же после убоя животного подвергаются воздействию мышечных липаз. Оптимум их действия лежит в слабощелочной среде (рН 7,3-7,5). Чем больше запасы гликогена в мышцах, тем интенсивнее его распад и значительнее понижение рН тканей. В связи с этим по мере распада гликогена активность мышечных липаз уменьшается.

В тканях мяса уже после непродолжительного хранения увеличивается содержание свободных жирных кислот, а также ди- и моноглицеридов — продуктов неполного гидролиза триглицеридов. В течение некоторого времени в тканях может продолжаться окисление жирных кислот, в основном низкомолекулярных.

Процессы окисления (дегидрирования) в анаэробных условиях, которые создаются в тканях сразу же после убоя животных, из-за недостатка акцепторов водорода активно не развиваются. Процесс останавливается на стадии образования гидрокси- и кетокислот, превращающихся под действием тканевых декарбоксилаз в кетоны, которые обладают неприятным специфическим запахом и могут вызвать порчу продукта. По мере понижения температуры ферментативные процессы расщепления липидов замедляются.

В изменении потребительских достоинств мяса важную роль играют количество и состояние компонентов соединительной ткани. В процессе созревания степень превращений различных компонентов мяса неодинакова, поэтому при равных условиях нежность разных отрубов мяса одного животного, а также одинаковых отрубов разных животных оказывается различной. Нежность мяса содержащего значительное количество соединительной ткани, относительно невелика, и требуется более длительное созревание его.

У молодых животных и птиц этот процесс протекает быстрее, чем у старых. Автолитические изменения в мясе больных и усталых животных менее глубоки и менее выражены, чем в мясе здоровых и отдохнувших животных. С увеличением нежности наблюдается улучшение вкусовых и ароматических свойств мяса и полученного из него бульона.

Сырое созревшее мясо имеет слегка кисловатый запах, аромат не ясно выражен. Приятные вкус и аромат оно приобретает после тепловой обработки, во время которой вещества, участвующие в формировании этих свойств мяса, подвергаются сложным превращениям — распаду с образованием новых соединений.

Вкус и аромат вареного мяса и бульона улучшаются по мере накопления в сыром мясе свободных аминокислот, моносахаридов, продуктов распада нуклеотидов, летучих карбонильных соединений и др. В результате протеолиза белков и распада полипептидов на второй стадии созревания мяса общее содержание свободных аминокислот возрастает и на вторые сутки хранения при 2°С превышает их количество в парном мясе, а при дальнейшем хранении увеличивается еще больше.

В процессе созревания в мясе продолжают накапливаться глюкоза, Фруктоза, рибоза и другие моносахариды. Во время тепловой обработки происходят меланоидиновые реакции, в ходе которых свободные инокислоты взаимодействуют с моносахаридами: образуются мелапоидины, участвующие в образовании вкуса и аромата мяса.

Цвет мяса — один из важнейших показателей, определяющих его товарный вид. Он зависит от содержания и физико-химических изменений миоглобина и гемоглобина — сложных белков, относящихся к группе хромопротеинов.

Хромопротеины — это сложные белки, в состав небелковой части которых входят окрашенные соединения. К ним относятся некоторые ферменты (цитохромы, каталаза) и кислородосвязывающие белки (гемоглобин и миоглобин). Простатической группой этих белков является окрашенное в красный цвет железосодержащее соединение (гем), способное соединяться с различными газами, в том числе и с кислородом.

Миоглобин играет решающую роль в формирований цвета мяса. Поскольку физическая нагрузка мышц (и, следовательно, снабжение их кислородом) различна, содержание миоглобина, а значит, и цвет мяса неодинаковы не только у разных видов животных, но и у разных мышц одного и того же животного. Количество миоглобина в мышцах зависит от возраста и активности животных.

Связанный с кислородом миоглобин, содержащий двухвалентное железо (оксимиоглобин), придает мясу яркий светло-красный цвет. Потребительская оценка такого мяса самая высокая. Окисленный и неспособный связываться с кислородом миоглобин, в состав которого входит метмиоглобин, обусловливает коричнево-бурый цвет мяса, а восстановленный, способный связываться с кислородом миоглобин, содержащий трехвалентное железо, — темно-красный цвет. Соотношением производных миоглобина, одновременно присутствующих в мясе, определяется цвет последнего.

Оценку цвета мяса проводят комплексно, органолептически и спектрофотометрически (по соотношению производных миоглобина). Цвет поверхности свежего мяса, которое хранится на воздухе, зависит преимущественно от соотношения окисленного миоглобина и метмиоглобина, а цвет внутренних слоев — от содержания миоглобина.

Образование оксимиоглобина в мясе связано со скоростью и глубиной диффузии кислорода в мышечную ткань. На поверхности свежего мяса, хранившегося на воздухе, на глубине 1-2 мм имеется светло-красный слой оксимиоглобина, под ним — небольшая зона метмиоглоина, еще глубже преобладает его темно-красный слой.

Глубина расположения светло-красного слоя оксимиоглобина зависит от температуры хранения продукта: при низких температурах кислород диффундирует в мясо более глубоко, чем при высоких. В поверхностном же слое мяса присутствуют все формы миоглобина, но в различных соотношениях.

В процессе созревания мяса улучшаются качество и усвояемость всех его видов, особенно мяса крупного рогатого скота, имеющего зиготную консистенцию.

Благодаря изменению белковых веществ, а также усилению вкусовых и ароматических свойств при созревании мяса становится более доступным действию пищеварительных ферментов. Так, односуточное мясо переваривается в желудке за 6,5 ч, а десятисуточное — за 4 ч. Таким образом, по комплексу показателей созревшее мясо имеет более высокую пищевую ценность, чем мясо в состоянии окоченения.

На качество мяса влияет также быстрота холодильной обработки его в начальный период созревания. Если парное мясо с высоким значением рН быстро охлаждать или замораживать до наступления стадии окоченения, то при температуре мышц около 10°С возникает так называемое «холодовое сжатие», или уплотнение мышц, которое не полностью обратимо и приводит к повышению жесткости мяса.

Так, свинина с толстым слоем шпика из-за пониженного теплообмена охлаждается так медленно, что сжатие мышечной ткани под действием холода практически не происходит; если полутуши находятся в подвешенном состоянии и мышцы прикреплены к скелету, сжатие мышц уменьшается.

Солодовое сокращение можно рассматривать как результат повреждающего действия, приводящего к нарушению структуры и функций биологических мембран, которые весьма чувствительны к энергетической недостаточности и к физико-химическим воздействиям.

Установлено, что в мышцах быстро охлажденных после убоя животных до температуры ниже 15°С кальциевый насос перестает нормально функционировать. В соответствии с концентрационным градиентом ионы кальция выходят из цистерн и трубочек саркоплазматического ретикулума, вызывая сокращение мышц. Существенно, что концентрация АТФ в мышцах быстро охлажденного мяса (вследствие замедления распада АТФ при понижении температуры) выше, чем в мышцах постепенно охлаждаемого мяса. Поэтому жесткость мяса при холодовом сокращении более высокая, чем при послеубойном.

Наиболее эффективны методы борьбы с холодовым сокращением, связанные с принудительным уменьшением содержания АТФ в мышцах мяса до момента его быстрого охлаждения.

Один из них — метод электростимуляции, позволяющий предотвратить холодовое сокращение мяса путем пропускания электрического тока через парные туши, полутуши и отрубы. Электростимуляцию проводят на любом этапе технологической обработки скота (после обескровливания, съема шкуры или распиловки туш на полутуши) импульсным и переменным током, (напряжение — 240-250 В, частота — 40-60 Гц, время — 1-3 мин).

При пропускании тока сразу же после убоя рН уменьшается с 7,0-7,3 до 5,7 через 2 ч. У туш, не подвергнутых электростимуляции, это происходит только через 7-9 сут и более. При понижении рН высвобождаются ферменты, вызывающие расщепление белков.

Электростимуляция повышает активность тканевых катепсинов, вызывает физическое растяжение и разрыв мышц, ускоряет биохимические изменения. При электростимуляции в течение 2 мин в мышцах происходят такие биохимические изменения, которые в обычных условиях продолжаются 7 ч.

Применение электростимуляции эффективно для ускорения размягчения (тендеризации) мяса охлажденного, замороженного, размороженного. Мясо, подвергнутое электростимуляции, имеет нежную консистенцию, хорошие естественные окраску и вкус. Такая обработка рекомендуется для мяса, предназначенного для использования в парном виде в колбасном производстве или в охлажденном виде после 7-8-суточного хранения для выработки натуральных полуфабрикатов.