Практична робота № 15

                                                                                                                                  Тема :  Вплив температури і швидкості тепловідтоку на розмір і число кристалів.

Мета: вивчити фізичні зміни під час заморожування і зберігання м'яса

1. Фізичні зміни під час заморожування і зберігання м'яса

Зміна властивостей біологічних об'єктів під час заморожування зумовлена головним чином процесами кристалізації води. Процес кристалоутворення призводить до зміни фізичних характеристик матеріалу і може супроводжуватися змінами його фізико-хімічних, біохімічних і морфологічних властивостей. Замороженими вважа­ються продукти, в яких приблизно 85% води перетворено на лід.

Розмір, форма і розподіл кристалів льоду в м'ясі залежать від умов заморожування, його початкових властивостей. Стан мембран і клітинних оболонок, іонна і молярна концентрація розчинених речовин окремих морфологічних утворень м'язового волокна, ступінь гідратації білків зумовлюють особливості локалізації льоду в систе­мі, розмір і форму кристалів льоду.

Кількість і величина кристалів льоду, що утворюються під час замерзання рідини, а також рівномірність розподілу льоду між клітинами і міжклітинною рідиною й товщиною продукту, що заморо­жується залежать від швидкості заморожування. Чим вище швидкість тепловідведення в зовнішнє середовище, тим більша кількість кристалів утворюється, і менші розміри кожного з них.

При повільному заморожуванні тканин центри кристалізації утворюються раніше в міжклітинному просторі, оскільки міжклітинна рідина має дещо меншу концентрацію, а значить, вище зна­чення кріоскопічної точки, чим внутрішньоклітинна. Але як тільки вони утворюються, концентрація міжклітинної рідини і її осмотич­ний тиск зростають, вода дифундує з клітини в міжклітинний про­стір. При цьому в міжклітинній речовині утворюються великі крис­тали, які тиснуть на клітини, викликаючи розтягування і часткове руйнування їхніх структур. Проте сарколема при цьому залишить­ся інтактною.

Від розмірів кристалів льоду, що утворюються, залежить ступінь збереження цілісності природної структури тканин. Чим більше порушена структура тканин під час заморожування, тим більші втра­ти м'ясного соку під час розморожування м'яса та його подальшому обробленні.

Швидке заморожування м'яса (за температури 35-40°С) призво­дить до утворення кристалів льоду не тільки в міжклітинних про­сторах, а й у клітинах. Швидкість утворення їх вища за швидкість переміщення вологи, тому велика частина рідини виявляється замороженою там, де вона знаходилася до заморожування. За та­кого способу заморожування утворюються дрібні кристали льоду. У цьому випадку розподіл вимороженої води мало відрізняється від особливостей розподілу її в свіжому м'ясі і майже не спостеріга­ється гістологічних змін у м'язовій тканині.

У різних шарах м'язів кристали льоду утворюються по-різному, оскільки темп тепловідведення і швидкість заморожування неодна­кові.

Характер кристалоутворення залежить від глибини автолізу м'яса, що поступає на заморожування. Заморожування м'яса на ранніх стадіях автолізу призводить до утворення дрібних кристалів льоду всередині м'язового волокна. Висока гідратація білків парно­го м'яса і низька проникність сарколеми перешкоджають переміщенню вологи з м'язового волокна, внаслідок чого кристали льоду зосереджені всередині. Зміна стану білків міофібрил до моменту посмертного заклякнення м'яса, різке зменшення їх гідратації при збереженні на цій стадії автолізу досить високих бар'єрних власти­востей мембран призводять до кристалізації вологи зовні і всередині м'язового волокна. На подальших стадіях автолізу внаслідок підвищення проникності сарколеми кристали льоду утворюються головним чином між м'язовими волокнами. При цьому фіксуються розриви сарколеми.

Таким чином, формування кристалів льоду в такій складній системі, як м'ясо, залежить від швидкості заморожування, фізико-хімічних і структурних властивостей м'язової тканини, що визна­чаються глибиною і характером автолізу.

У швидкозамороженому м'ясі, що зберігається за температури вищої, ніж температура заморожування, може відбуватися зростання кристалів льоду завдяки вторинній кристалізації.

За тривалого зберігання тканин у замороженому стані на нього впливають різні зміни, супутні кристалізації льоду.

Для м'ясного соку, який є сольовим розчином білка, початко­ва температура замерзання (кріоскопічна точка) складає 0,6-1,2°С. За цієї температури з тканинних рідин починає виморожуватися вода і, утворюються гіпертонічні розчини, концентрація яких весь час збільшується в міру зниження температури. Виморожування води сприяє кращому контакту білкових частинок, створює сприятливі умови для взаємодії активних груп білкових макромолекул з утворенням міцних зв'язків між ними. Дія гіпертонічних розчинів зумовлює денатурацію і розпад білкових структур, насамперед ліпопротеїдів, а потім інших білкових комплексів.

Ступінь таких змін залежить від тривалості дії гіпертонічного середовища в процесі заморожування і тривалості зберігання в за­мороженому стані. Тому перевага швидкого заморожування м'яса або ізольованих органів і тканин полягає насамперед у тому, що після видалення льоду залишається менше часу для дії гіпертоніч­них розчинів на біоструктури, оскільки евтектична точка (точка фазового переходу речовини) цих розчинів буде досягнута швидше. Шкідливого впливу гіпертонічних розчинів можна уникнути, якщо тканини заморожувати швидко і зберігати за -35 -40° С, коли солі вже не знаходяться в розчиненому стані.

                                                                                                                                                     Автолітичні зміни та особливості дозрівання

У період заморожування та за подальшого зберігання м'яса в за­мороженому стані діяльність тканинних ферментів різко уповіль­нюється, але не припиняється навіть за дуже низьких температур і відбуваються автолітичні зміни компонентів м'яса. Залежно від автолітичних змін, що відбулися до заморожування, ці перетворення мають низку особливостей.

У період заморожування першорядне значення має швидкість зниження температури, а під час зберігання — температура, від якої залежить швидкість ферментативних процесів. Чим швидше заморожування, тим раніше загальмовуються автолітичні процеси: затримується розпад глікогену, рН не встигає різко знизитися, і менше змінюються властивості м'яса.

Крім зниження температури, на швидкість автолітичних змін м'яса впливає і підвищення концентрації солей у процесі заморо­жування, що призводить до інгібування більшості хімічних реакцій. Разом з цим у результаті виходу ферментів з лізосом і відносного збільшення концентрації активаторів спостерігається підвищення деяких біохімічних перетворень.

Властивості м'яса після його зберігання в замороженому стані істотно залежать від глибини автолітичних змін тканин до моменту повного заморожування.

У м'ясі, замороженому в парному стані, активність ферментів зберігається досить добре. Дозрівання розмороженого м'яса при збереженні активності протеолітичних ферментів значно посла­блює агрегаційні взаємодії. Збільшується реактивність кислих і основних груп у білках м'язів. Процес дозрівання розмороженого м'яса багато в чому аналогічний дозріванню немороженого м'яса: інтенсивність гліколітичних, амілолітичних і, що особливо важли­во, протеолітичних перетворень вища, що приводить до підвищення його ніжності та накопичення продуктів, які надають смаку і арома­ту. Проте ці перетворення проходять на базі глибоких агрегаційних перетворень, особливо білків актоміозинового комплексу, за тривалого зберігання мороженого м'яса. Не дивлячись на це, дозрівання розмороженого м'яса, замороженого без попереднього автолізу, є важливим засобом підвищення його ніжності та накопичення продуктів, що надають смаку і аромату (внаслідок значного підвищен­ня вмісту вільних амінокислот).

М'ясо, заморожене до моменту посмертного заклякання не від­різняється за смаковими властивостями від м'яса, замороженого в парному стані. Проте під час розморожування і, особливо, за по­дальшого оброблення таке м'ясо втрачає багато м'ясного соку вна­слідок порушення в процесі попереднього автолізу багатьох мі­кроструктур і цілісності мембран. Дозрівання такого м'яса після розморожування не завжди приводить до достатнього поліпшення ніжності, що пояснюється втратою активності ферментів у моро­женому стані, оскільки вони до заморожування були вивільнені з «захисних» структур (лізосом). Чим більша тривалість зберігання м'яса в мороженому стані, тим більше інактивуються ферменти (особливо міозинова АТФ-аза).

За тривалого зберігання м'яса в мороженому стані (понад 2-4 місяці) відбувається зв'язування (спад) вільних амінокислот, що беруть участь в утворенні смаку і аромату вареного м'яса (глютамі­нова кислота, треонін, валін, гістидин та ін.)

М'ясо в стані посмертного заклякання для заморожування не­придатне. Під час розморожування такого м'яса відбуваються зна­чні втрати м'ясного соку м'ясо залишається в'ялим і разом з тим жорстким, смак і аромат такого м'яса виражені погано.

Перетворення глікогену. Автолітичні перетворення м'язового глікогену в процесі заморожування м'яса відрізняються від пере­творень, що відбуваються за позитивних температур.

Під час заморожування м'яса гліколітичний розпад м'язового глікогену проходить з меншою швидкістю, якщо температура нижча. Заморожування м'яса на ранніх термінах автолізу і за нижчої температури дає можливість звести до мінімуму накопичення про­дуктів гліколізу. Чим більше зберігаються м'язи в замороженому стані і чим вища температура їх холодильного оброблення, тим мен­ше вони містять редукуючих вуглеводів.

Інтенсивність гліколітичних перетворень у розморожених м'я­зах м'яса в 2-3 рази вища, ніж у тих, що не були заморожені, і тим більша, чим вищий рівень глікогену в м'язах і чим нижча була тем­пература заморожування і холодильного зберігання.

Під час заморожування м'язів виявлено наростання амілолітичних (гідролітичних) перетворень глікогену, що може бути наслідком виходу «кислих» глікозидаз з обмежуючих структур (лізосом) і активації всіх глікозидаз іонами хлору.

У розморожених м'язах разом з гліколітичними перетворення­ми гідроліз є одним з найважливіших шляхів ферментативного розпаду глікогену. Різке підвищення гліколітичних перетворень у роз­мороженій тканині пов'язане і з включенням у ці процеси продуктів гідролізу глікогену (глюкози).

Перетворення АТФ. Автолітичні перетворення АТФ у м'язах при холодильному обробленні характеризуються низкою особливостей.

Розпад АТФ м'язової тканини відбувається інтенсивно лише на першій стадії заморожування. Заморожування та зберігання м'язів у мороженому стані зумовлює різке гальмування розпаду АТФ. Морожені м'язи (заморожені в гарячо-парному стані) навіть піс­ля дуже тривалого зберігання мають істотну кількість АТФ. Все ж таки під час заморожування та зберігання в мороженому стані ви­являється певний спад АТФ, оскільки основне джерело її поповне­ння — гліколітичні перетворення — за таких умов інгібуються.

Розморожування м'язів супроводжується розпадом АТФ. У той же час відбувається її ресинтез, оскільки під час розморожування м'язів відбуваються інтенсивні гліколітичні перетворення.