Биохимия мяса

         ВСТУП

         Актуальність. В останні  часи одним із найважливіших напрямків  розвитку технологій виробництва м’ясної  продукції є вироботка виробів  з довготривалими строками придатності.

         Значне зниження якості і харчової цінності м’ясних  продуктів в процесі збереження може відбуватися із-за розвитку окисного псування.

         Багато чисельні дослідження вітчизняних та закордонних  авторів доводять, що застосуванням  антиоксидантів, можна успішно контролювати окиснення жирів в м’ясних продуктах. При цьому антиоксиданти не тільки захищають жировий компонент харчового продукту, але й інгібують дію вільних радикалів на організм людини.

         Мета. Дослідження антиоксидантів біогенного походження, як стабілізаторів окисного псування м’ясної продукції під час зберігання, що дозволяє контролювати окиснення жирів в м’ясних продуктах, при цьому антиоксиданти не тільки захищають жировий компонент харчового продукту, але й інгібують дію вільних радикалів на організм людини.

         Завдання.

1. Визначити особливості пер оксидного окиснення як специфічного виду окисно-відновних реакцій;
2. Провести аналіз антиоксидантів нового покоління;
3. З’ясувати недоліки і переваги найбільш поширених антиоксидантів;

         Об’єкт. Гальмування  процесів ліпопероксидації природними анти окисниками в м’ясних продуктах.

         Предмет. Антиоксиданти  природного походження.

         Науково-практичне  значення. Харчові продукти в процесі  зберігання підвергаються окисненню  киснем повітря. При цьому, в них  накопичуються токсичні речовини, знижується їх біологічна цінність, та органолептичні властивості. Здібність харчових продуктів  до окиснення, призводить до зниження строків зберігання.

         Антиоксиданти захищають  жири та жировмісні продукти від прогорання, уповільнюють ферментативне окиснення. У результаті строки збереження продуктів  збільшуються в декілька разів.

         Новизна. В останні 10 років науковців-дослідників цікавить питання збільшення строків збереження продуктів харчування , зокрема м’яса птиці.

         Для цього почали вивчати, використовувати антиоксиданти  синтетичної та природної природи.

         Синтетичні антиоксиданти  виконують функцію продовження  строків збереження та водночас викликають цитотоксичність, що призводить до порушення  процесів метаболізму. В останній час  цитотоксичність стала на шляху  отримання екологічно-чистого продукту.

         Тому біохіміки  надають перевагу природним антиоксидантам, які гальмують процеси окиснення  і не мають цитотоксичних властивостей, а також є легкодоступними  і практичними в застосуванні.

         При виробництві  продуктів тваринництва необхідно  використовувати сучасні досягнення мікробіології.

         Знання наукових основ технологій виробництва молока, м’яса, риби, яєць, меду та їх продуктів  необхідні технологу для організації  роботи по їх переробці, збереженню, транспортуванню.

         Невід’ємною частиною наукового-технічного прогресу є підвищення якості та біологічної цінності харчових продуктів. У цьому велика роль належить технологіям виробництва харчових продуктів і процесам переробки сільськогосподарської сировини. Вони базуються на сучасних методах матеріальних розрахунків, зниження витрат і відходів тощо.

         Більшість технологічних  процесів харчових виробництв пов’язана  зі зберіганням сировини та підготовкою  її до виробництва. Режими та засоби зберігання сировини, умови проведення процесів, апаратурне оснащення основних операцій відіграють важливу роль у технології харчових виробництв.

         До іншого часу встановлено, що процес перекісного окиснення ліпідів (ПОЛ) є звичайним фізіологічним процесом. Початок дослідження процесів окиснення ліпідів в нашій країні було покладено працею, виконаною в 1995-1996 рр. в московському державному університеті школою професора Б. Н. Тарусова і в Інституті хімічної фізики школи академіка Н.М. Емануеля,  котрі визнанні пріоритетами праці радянської науки. Сьогодні цей напрям успішно розвивається не тільки у нас, але й за кордоном.

         Порушення нормальної течії окислювальних процесів в  результаті невідповідності пероксидантних та антиоксидних ресурсів клітини, призводить до формування оксидативного стресу. Це виявляється основним метаболічним синдромом, який сприяє розвитку багато чисельних морфо функціональних порушень в організмі. Дослідження стану та можливих механізмів порушення регуляції киснезалежних.

         Окисні процеси  впливають на якість готового продукту, що викликає втрату кольору, смаку, запаху і зменшує строки збереження.

         Антиокисники захищають продукти від прогорання, охороняють фрукти, овочі і продукти їх переробки від потемніння, уповільнюють ферментативне окиснення. В результаті термін зберігання продуктів збільшується в декілька разів. Із природних окисників найбільше значення мають аскорбінова кислота (вітамін С) та токофероли. [11]

         Антиокисники уповільнюють процес окиснення шляхом взаємодії  з киснем повітря чи переривають  процес окиснення, дезактивує вільні радикали в цепних реакціях окиснення, чи руйнує утворені пероксиди.

         Антиоксиданти нового покоління поділяються на синтетичні та природні.

         Процес окиснення  – само прискорювальний. Чим раніше до продукта додали анти окисник, тим  більший ефект буде від його використання.[15] 
 
 
 
 

ХІМІЧНИЙ  СКЛАД, ХАРЧОВА І  БІОЛОГІЧНА ЦІННІСТЬ М’ЯСА І М’ЯСОПРОДУКТІВ

         Будова, склад і  властивості тканин м’ясної туші різні. Харчова цінність м’яса залежить від співвідношення тканин, що входять  до його складу, яка під час виготовлення м’ясопродуктів може бути штучно змінена.

         Вміст у м’ясі  різних компонентів значною мірою  залежить від співвідношення м’язової, жирової, сполучної та інших тканин. Найвищу харчову цінність мають  м’язова та жирова тканини, найменшу сполучна. 

         Кількісне співвідношення вологи, білка та жиру впливає на показники харчової цінності м’яса. До складу м’яса входять вуглеводи, екстрактивні та мінеральні речовини, вітаміни, ферменти. Білки м’яса  містять у своєму складі незамінні  амінокислоти, жири – ненасичені жирні  кислоти і значно впливають на його енергетичну цінність.

         Якість м’яса  характеризується за співвідношенням  вода – білок – жир. Між вмістом  вологи і жиру існує зворотна кореляційна  залежність. Вміст вологи в м’язовій тканині з віком в усіх тварин зменшується. У м’ясі з невеликим  вмістом жиру білків і вологи більше, ніж у жирному м’ясі, тому загальна калорійність його менша. Вміст харчових компонентів і калорійність готових  м’ясних продуктів залежить від  співвідношення тканин і методів  технологічного оброблення.

         Жири є головним компонентом, що кількісно переважають  в складі м’яса. Ці речовини беруть участь майже в усіх процесах обміну в організмі та впливають на інтенсивність  багатьох фізіологічних процесів.

         Жири м’яса представлені тригліциридами, фосфоліпідами, холестерином.

         Біологічна роль тригліцеридів полягає в тому, що вони є джерелом енергії та містять  полі ненасичені жирні кислоти, які  не синтезуються в організмі людини, а також є єдиним джерелом жиророзчинних  вітамінів.

         На вміст жиру впливають стать і вік тварини. Додавання жирів у кормовий раціон тварин істотно впливає на склад  жирних кислот не лише підшкірного, а  й внутрішньом’язового жиру.

         М’ясо молодих тварин містить жир з великою кількістю  полі ненасичених жирних кислот –  майже в  рази більшою порівняно  з м’ясом дорослої худоби. На жирно-кислотний  стан незначно впливає вгодованість тварин. Особливістю жирно-кислотного складу жиру свинини є високий  вміст ненасичених і низький  вміст насичених жирних кислот. 
 

         Роль  ліпідів у формуванні якісних показників продуктів

         До складу ліпідів  входить велика кількість ненасичених  хімічних сполук, що робить їх надзвичайно  реакційно-здатними компонентамі харчових продуктів. Особливо легко піддаються ліпіди різним окислювальним перетворенням. Зі всіх компонентів харчових продуктів (за умови захисту їх від мікробіального псування) саме жири є тим лімітуючим компонентом, який визначає терміни зберігання продукту в цілому. З деякими вхідними до складу жирів ненасиченими жирними кислотами пов'язана їх роль як незамінних чинників живлення. Легка окислюваність жирів сприяє тому, що вони швидко втрачають свою біологічну цінність, причому задовго до того, як продукт виявиться придатним до вживання.

         Власне жири є  майже однорідною масою, і зміни, що відбуваються в них, при зберіганні торкаються практично лише жирів. Зміни  ліпідів, що знаходяться у складі тканин, на відміну від виділених  жирів мають ряд особливостей. Перш за все вони менш стійкі при  зберіганні і їх зміни пов'язані  із змінами інших компонентів  продукту. Природа происходящих изменений также не одинакова. В основе изменений выделенных из тканей жиров лежат физико-химические механизмы, тогда как тканевые липиды, особенно на начальных этапах хранения, подвергаются биохимическим изменениям.

         Таким чином, жири, як і білки, грають важливу роль не лише в становленні якісних показників м'яса і власне жирів в процесі  їх обробки і холодильного зберігання, але і беруть участь у формуванні харчової цінності цих продуктів. 

         Зміни ліпідів під час оброблення і зберігання м'яса. 

         Основними процесами, що визначають зміни ліпідів під  час оброблення і зберігання м’яса  та жирів, є гідроліз і окислення. Глибина і швидкість зміни  складу та властивостей ліпідів у  цих процесах відіграють головну  роль у формуванні таких важливих показників якості м’ясних і жирових  товарів, як колір, запах і смак. Процеси  зміни ліпідів відбуваються внаслідок  хімічних, біологічних і ферментативних перетворень, що часто проходять  паралельно, але приводять, як правило  до утворення одних і тих самих  проміжних і кінцевих продуктів (перекисів, вільних жирних кислот, альдегідів, кетонів, продуктів полімеризації  та ін..). здатність жирів сполучатися  з киснем залежить від ступеня  ненасиченості жирних кислот, наявності  супутніх речовин, що є активаторами чи інгібіторами окиснення, слідів важких металів, тепла, світла чи ін.. під час  зберігання деяких продуктів здатність  ліпідів вступати в реакцію посилюється  через уповільнення біохімічних  процесів,  руйнування структури  клітин і появу внаслідок цього  нових реагентів. Різноманітність  реакцій взаємодії ліпідів з  іншими складовими клітин упродовж зберігання продуктів зростає, бо продукти ферментативного  розпаду ліпідів реагують з ними досить специфічно.

         Шкідливість процесів гідролізу й окиснення ліпідів  визначається активністю ліполітичних ферментів, що значною мірою залежить від температури. Так, інтенсивність  гідролізу зменшується зі зниженням  температури зберігання м’яса. Встановлено, що активність ліполітичних ферментів свинини нижча, ніж у м’яса великої рогатої худоби і домашньої птиці, що пояснюється видовими розбіжностями і функціональними особливостями досліджуваних м’язів.

         Про інтенсивність  гідролізу судять насамперед за вмістом  вільних (неетерифікованих) жирних кислот (НЕЖК). Відомо, що НЕЖК – один із факторів, що ініціюють процес денатурації, встановлено  також тісний зв’язок між її інтенсивністю  і мірою накопичення НЕЖК у  білках м’яса і птиці. Загальний  рівень накопичення НЕЖК і їх якісний  склад під час холодильного зберігання продуктів тваринного походження залежать від складу тканинних ліпідів, умов і тривалості зберігання активності ліполітичних ферментів, джерела утворення  НЕЖК, типу м’язів, видових відмінностей та інших факторів.

         Якість і кількість  НЕЖК, що накопичується внаслідок  гідролізу ліпідів, істотно впливають  на швидкість і глибину їх подальшого окиснення. Чим вища швидкість накопичення  і міра їх не насиченості,тим інтенсивніше проходить процес окиснення, тобто  такий жир псується раніше. Саме цим визначаються відмінності у  термінах зберігання птиці, м’яса і  м’ясопродуктів, причому вони різні  навіть для одного виду продукту. Позаяк процеси окиснення жирів відносяться  до типу ланцюгових реакцій, то зі збільшенням  термінів зберігання м’яса ступінь  окиснення збільшується, що визначається накопиченням перекисів, а також  вторинних продуктів окиснення, які можуть взаємодіяти з білками.

         Взаємодія перекисних радикалів жирних кислот з білками, як уже зазначалося, веде до утворення  різного роду полімерів – білків і перекисів жирних кислот або (якщо перекисні радикали жирних кислот ініціюють  утворення вільних радикалів  у білках) полімерів самих білків. [4] 
 

         Механізм  і хімізм змін після  забою тварин

         Після забою тварин склад і властивості тканин, і  в першу чергу м’язової, суттєво змінюється. Внаслідок зупинки надходження кисню та зупинки процесів синтезу деорганізується обмін речовин та енергії в тканинах. Зворотні прижиттєдіяльні процеси стають назворотніми і протікають завжди в одному напрямку – розпаду.

         Під дією власних  ферментів клітин відбувається розпад тканевих компонентів – автоліз.

         Роль кожної системи  на різних стадіях автолізу різна. В  період розвитку и дозволи того, що заклякнуло головну роль відіграє ферментативна система, яка каталізує процеси скорочення та послаблення м’язових волокон. На швидкість і глубину автоліза впливає стан тварин перед забоєм (втома, виснаженість, хвороби).

         З автолітичними  перетвореннями пов’язані зміни  якісних характеристик м’яса: механічна  міцність, рівень водозв’язуючої  здібності, смак, колір, аромат, стійкість до мікробіологічних процесів.

         З припиненням життя  тварини відразу ж починаються  автолітичні перетворення жирової  тканини. Зниження температури приводить  до затвердіння жиру. Жири піддаються дії м'язових ліпаз. Оптимум їх дії  лежить в слаболужній зоні (рН 7,3 – 7,5). Чим вище запаси глікогену  в м'язах, тим інтенсивніше його розпад, пониження рН і зниження активності ліпаз.

         При зберіганні жирової  тканини цілісність клітинних мембран, у тому числі лізосом, порушується. Це приводить до виходу з них гідролітичних  ферментів, зокрема ліпази, оптимум  дії якої нижче за оптимум дії  м'язової ліпази і лежить в межах  рН 4,0 – 4,5. Таким чином, гідролітичне розщеплювання жирів продовжується  в післязабійний період досить активний.  В результаті ступінчастого гідролізу йде розпад трігліцерідів до ді- і моногліцеридів і вільних жирних кислот:

CH₂ – COOR₁                 CH₂ – OH                                          CH₂ - OH

CH – COOR₂  + H₂O       CH – COOR₂    + R₁ – COOH  …   CH – OH  +    Жирні

CH₂ – COOR₃                  CH₂ – COOR₃                                   CH₂ – OH       кислоти

Тригліцериди  +  вода           Дигліцериди  + Жирна кислота … Гліцериди + жирна кислота

         Розвиток гідролізу  має як позитивне, так і негативне  значення. З одного боку, появу невеликої  кількості вільних жирних кислот не викликає зміна запаху і смаку, підвищує здатність жиру, що емульгує, сприяє кращому засвоєнню його в  організмі; з іншої – продукти гідролізу каталізують хід окислювальних  процесів, небажаних в умовах м'ясного виробництва. Знижують температуру  димоутворення.

         Процес окислення  ліпідів починається з утворення  вільних радикалів, до яких відносно легко приєднується вільний кисень. Вільні радикали можуть виникати під  дією різного роду ініціаторів окислення, якими можуть бути енергія світла або інших типів випромінювання, теплова енергія, метали із змінною  валентністю, а також багато хімічних речовин, здатних відщеплювати водень із зв'язку  R – H.

         Навіть при високих  значеннях пероксидного числа в  жирах не створюється відчуття згірклості. Дана ознака з'являється при перетворенні нестійких пероксидов на з'єднання, що володіють згірклим смаком і запахом  і звані вторинними. При цьому  протікають всілякі реакції, в результаті яких накопичуються оксисполуки, альдегіди, кетон, низькомолекулярні кислоти  і ін.

         Окислювальні зміни  жирів в процесі зберігання і  переробки можуть протікати з  різною швидкістю, завглибшки і спрямованістю  залежно від природних властивостей жиру і умов окислення.

         Процес окислення  жирів сильно прискорюється у  присутності каталізаторів. Ними можуть бути легкоокисляющиеся метали –  залізо, мідь, олово, свинець, що потрапляють  в жири в процесі їх технологічної  переробки, а також органічні  сполуки, що містять залізо, - гемоглобін, міоглобін і ін. Гидропероксиди при  контакті із залізом розпадаються з  утворенням вільних радикалів, що ініціюють  подальші реакції окислення:

         Fe²⁺ + ROOH    Fe³⁺ + RO + OH;

         Fe³⁺ + ROOH     Fe²⁺ + ROO + H.

         Метали можуть прискорювати окислення ліпідів, взаємодіючи  з антиоксидантами, які в зв'язаному  стані не можуть знижувати швидкість  утворення вільних радикалів. Дуже активними каталізаторами є ферменти мікроорганізмів.

         Процес окислення  жирів прискорюється під впливом  світла, особливо в ультрафіолетової області.

         Про початок і  глибину окислення жиру судять по величині перекисного числа. У свіжому  жирі пероксидов немає. На початкових стадіях окислення в течії  деякого часу хімічні і органолептичні показники жиру майже не змінюються. Цей період називають індукційним. Після закінчення індукційного періоду  жир починає псуватися, що супроводиться  збільшенням перекисного числа  і зміною органолептичних властивостей жиру.

         Тривалість індукційного періоду залежить від масової  долі природних (каратіноїди, токофероли, лецитин, вітаміни А і До) або штучних (похідні фенолу, що містяться в  коптильному диму, деякі природні спеції або їх екстракти, бутілоксианізол, бутілокситолуол) антиокислювачів, природи  жиру і умов зберігання. [23]

         Важливим після  забійним процесом є дозрівання м’яса  в результаті якого відбувається суттєве покращення органолептичних  та технологічних характеристик. На цьому етапі головну роль грають автолітичні перетворення білків, ліпідів, вуглеводів, нуклеотидів під дією тканєвих лізосомальних ферментів. 
 
 

         Шляхи продовження збереження м'яса.

         Псування харчової сировини – результат складних фізико-хімічних та мікробіологічних процесів: гідролітичних, окисних, процесів розвитку мікробної  флори. Вони щільно пов'язані між собою.  Псування продуктів призводиь до зниження їх якості, накопиченню в них шкідливих речовин. Це призводить до того, що продукт стає непридатним до споживання.

         М'ясні вироби на основі субпродуктів легко піддаються мікробному псуванню, є сприятливим середовищем  для розвитку мікроорганізмів. Наприклад, фарш більш схильний до псування, унаслідок  інтенсивного автоокислення ліпідів, оскільки технологія виробництва фаршу  не передбачає введення в нього нітриту  натрію.

         Ліпіди – найуразливіші  компоненти м'яса і продуктів  тваринного походження,  а також  негативні наслідки їх окислення, необхідно  приділяти особливу увагу гальмуванню  цих процесів. Способи і прийоми  захисту жиру від окислювального псування засновані на дотриманні оптимальних  умов при його зберіганні, а також  на додаванні речовин, гальмівних його окислення, - антиокислювачів.

         Автоокислення ліпідів  відбувається в результаті їх взаємодії  з киснем, що міститься в повітрі  і продукті. Розвиток окислювальних  процесів приводить до появи в  жировмісних продуктах з'єднань перекисного характеру, альдегідів, кетону, низькомолекулярних кислот, оксикислот і так далі.  Розвиток небажаних присмаків і запахів є наслідком процесу накопичення карбонільних з'єднань (альдегідів, кетону).

         Для помітного зниження органолептичних властивостей м'ясних  продуктів досить утворення і накопичення в них незначних кількостей карбонільних з'єднань. [10 єто с моей курсовой]

         Одним з найбільш поширених наслідків окислення  ліпідів є зниження харчової цінності продукту унаслідок деструкції високонепредельних жирних кислот і жиророзчинних вітамінів. Таким чином, відбувається зміна  зовнішнього вигляду, запаху, смаку  продукту, знижується його харчова  цінність.

          Збереження харчової сировини та готової продукції досягається різними способами (зниження вологості, використання низьких температур), а також застосування харчових добавок (консерванти, антиоксиданти).[10]

         Консерванти – речовини, що продовжують строк збереження продуктів, захищає їх від псування, що визвано мікроорганізмами. Консервант повинен мати широкий спектр дії; бути ефективним проти мікроорганізмів, що містяться в даній харчовій системі; залишатись в продукті на протязі всього строку збереження; в першу чергу уповільнювати утворення токсинів; не проявляти вплив на органолептичні властивості харчового продукта; бути технологічним; бути дешевим.

         Антиоксиданти –  речовини, що затримують окиснення  ненасичених жирних кислот, що входять  у склад ліпідів (масел та жирів). [15]

         Окиснення - складний процес, що протікає по радіально-ланцюговому  механізму. На швидкість процесу  впливає багато факторів. Накопичення  продуктів окиснення в маслах та жирах, в жировій фракції харчових продуктів приводить до зміни  властивостей, зниженню харчової цінності, псування.

         Антиоксиданти –  це з’єднання, що захищають клітини (а точніше мембрани клітин) від  потенційно шкідливих ефектів чи реакцій, які можуть викликати надмірне окиснення в організмі. [11]

         На нашій планеті  практично завжди процеси розпаду відбуваються з участю кисню шляхом окиснення. Іржавіє залізо – це окиснення. В лісі гниють опавши листя – це окиснення. Ми хворіємо, поступово старіємо і це, дуже приблизно звичайно, можна назвати процесом окиснення.

         В організмі існує  система антиоксидантного захисту, яка поділяється на первину (антиоксиданти-ферменти) та вторинну (антиоксиданти-вітаміни). Ця система працює у нас з народження, на протязі всього життя, ослаблюючись поступово з роками. Тому виникає  необхідність їх підтримувати. [15]

         Як працюють антиоксиданти?

         Ферменти (первинний антиоксидантний захист) займається «прибиранням» активних форм кисню. Вони перетворюють активні форми кисню у пероксид водню і в менш агресивні радикали, а потім вже їх перетворює в воду та звичайний, корисний кисень.

         Антиоксиданти-вітаміни (вторинний антиоксидантний захист) називають «загасниками». Вони «гасять» агресивні радикали, забирають надлишок енергії, гальмують розвиток цепної реакції утворення нових радикалів.

         До них відносяться:

• Водорозчинні вітаміни – вітамін С, Р (біофлаваноїди – рутин, кверцетин, цитрин, гесперідін, аскорутин);
• Жиророзчинні вітаміни – вітамін А, бета-каротин, Е, К;
• Інші з’єднання – сірковмісні амінокислоти (глютатион, цистеїн, метионін), цитохром С, желатин, спирт в мікродозах, мікроелементи – селен, цинк.

         Велике значення мають мідь, марганець та залізо. Дуже важливо пам’ятати, що антиоксиданти  працюють добре тільки тоді, коли вони працюють в групі, підтримуючи один одного. [17]

         У присутності повітря  під дією тепла і світла всі органічні сполуки залежно від будови молекул, повільно або швидко, але окислюються і, кінець кінцем, перетворюються на СО₂, Н₂О і інші прості речовини. Природно, що складні органічні сполуки їжі не можуть бути виключенням з цього правила. Особливо швидко піддаються цьому розпаду жири, у складі яких є слабкі водневі для вуглецю зв'язки. Такими реакційно здібними є СН-зв’язки, розташовані всередині молекул поліненасичених жирних кислот, наприклад пальмітолеїнової, олеїнової, віолевої, ліноленової, арахідонової та арахідонової. Вони містяться не тільки в нейтральних жирах, а й у фосфоліпідах, гліколіпідах, стероїдах, каротиноїдах та інших з’єднань, що входять у склад їжі.[15]