Химическая природа вещества, обусловливающих вкус и аромат мяса

Выяснение химической природы веществ, обусловливающих вкус и аромат пищевых продуктов вообще- и мяса и мясопродуктов в частности, является одной из наиболее сложных задач биохимии. Поскольку эти вещества чаще всего находятся в продуктах в ничтожно малых количествах, обычные методы аналитической химии не всегда могут дать положительные результаты. Поэтому стали применять новые методы исследования.
Несмотря на многообразие веществ, придающих вкус и аромат пищевым продуктам, имеются характерные для них общие свойства.
Ароматические продукты обычно состоят из многих компонентов, и аромат обусловливает не одно какое-либо вещество, а многие, образующие «букет» аромата того или другого продукта.
Вкусовые и ароматические вещества содержатся в пищевых продуктах в крайне низких концентрациях. Например, диацетил обнаруживается обонянием при разбавлении 1 части на 40 млн. частей воды, а метилмеркаптан имеет свой запаховый порог при разбавлении 1 части на 20 млрд. частей воды.
Ароматические вещества высоко специфичны по своей молекулярной конфигурации и даже самые небольшие изменения в их составе или строении приводят к значительным качественным и количественным изменениям аромата.
Ароматические вещества являются лабильными, термически неустойчивыми соединениями, легко поддающимися окислению. По этим причинам выделение, фракционирование и идентификация ароматических продуктов связаны с большими трудностями.
Одним из наиболее интересных фактов в области изучения природы веществ, обусловливающих вкус и аромат мяса, является резкое изменение этих свойств при тепловой обработке мяса. Недавно был опубликован краткий обзор о природе веществ, обусловливающих запах мяса.
Известно, что интенсивность вкуса и аромата говяжьего мяса усиливается с возрастом животного, начиная с 8—11 месяцев до 30—32 месяцев и, кроме того, в говяжьем мясе они улучшаются в процессе созревания. Крупные отруба мяса при варке дают больше аромата, чем мелкие.
Боутон, Говард и Лоури установили, что по мере повышения pH в пределах 5,5—6,5 органолептическая оценка вкуса и аромата снижается с 5,1 до 4.0 балла.
Ряд исследований был посвящен выяснению вопроса о том, из каких компонентов мяса при его тепловой обработке развиваются характерные вкус и аромат. Одной из первых попыток установить источники образования характерных вкуса и аромата при тепловой обработке мяса была работа Крокера. Однако его вывод о том, что главным их источником являются сами мышечные волокна, а не их мясной сок, впоследствии не был подтвержден.
Пиппен и сотрудники изучали участие отдельных морфологических компонентов куриной тушки в развитии характерных вкуса и аромата при тепловой обработке и установили, что главным источником их образования является мышечная ткань.
Эти данные находятся в соответствии с выводом многих других авторов. Вещества, из которых образуются вкусовые и ароматические продукты, экстрагируются из мышечной ткани холодной водой, 60%-ным метиловым спиртом и присутствуют в диализуемой части экстракта.
Установлено также, что вкус и аромат мясного бульона развиваются при нагревании ультрафильтрата вытяжки, полученной при экстрагировании мяса холодной водой. Это наблюдение было подтверждено опытами Лобанова.
Следовательно, вещества, ответственные за вкус и аромат вареного мяса, а также те вещества сырого мяса, из которых возникают вкусовые и ароматические продукты при тепловой обработке, имеют низкомолекулярную природу. Они должны быть отнесены к группе экстрактивных веществ, и чистый мясной белок не может рассматриваться в качестве источника их образования. Некоторым подтверждением приведенной точки зрения Крокера является тот факт, что тепловая обработка мяса до его экстракции холодной водой (т. е. совместное нагревание сока и волокон) несколько усиливает интенсивность вкуса и аромата.
Работы Пиппена и сотрудников, а также Хорнстейна и Кроу установили участие жира в образовании букета аромата (но не вкуса) мясного бульона.
При исследовании говяжьего, свиного и куриного мяса обнаружена идентичность основных компонентов вкусовых и ароматических продуктов.
Хотя вкус и аромат сырого мяса выражены весьма слабо, были предприняты попытки идентифицировать химические компоненты, принимающие участие в их образовании. Компонентом запаха сырого мяса, очевидно, является молочная кислота. В составе летучих компонентов сырого говяжьего мяса были найдены ацетальдегид, ацетон, метилэтилкетон. Имеются следы этилового и метилового спиртов, метил-, диметил- и этил-меркаптанов.
При изучении химического состава летучих компонентов пищевых животных жиров было установлено коренное отличие ароматических продуктов свежего (недезодорированного) говяжьего жира от соответствующих компонентов дезодорированного и окислившегося жиров. Эти продукты дают положительную реакцию с реагентами, указывающими на присутствие карбональной группы. Инфракрасный спектр поглощения их растворов в четыреххлористом углероде указывает на возможное присутствие гидроксильных и карбонильных групп, простого и сложного эфиров, сопряженных двойных связей, углерода, связанного с азотом, и шестичленного лактонного кольца.
Паттон и сотрудники идентифицировали среди летучих компонентов парового дистиллята дезодорированных свиного и говяжьего жиров в качестве основной составной части n-дека-2,4-диеналь. При этом авторы отмечают, что синтетический образец указанного альдегида имеет резко выраженный запах поджаривания. Присутствие диеналя было также отмечено в курином жире. Высокие температуры (200—250° С) благоприятствуют образованию этого соединения. Имеются доказательства его образования при разложении линолеата. Пороговая концентрация запаха его растворов в воде составляет приблизительно 0,5 части на 1 млрд. Эти интенсивно выраженные ароматические свойства соединения свидетельствуют о его значении в аромате ряда мясопродуктов, особенно, когда жир соприкасается с влагой при относительно высоких температурах.
При исследований летучих компонентов подвергнутого тепловой обработке мяса и мясного бульона было установлено, что аминокислоты не могут рассматриваться в качестве непосредственных компонентов вкуса и аромата мяса. Однако необходимо учитывать весьма существенное исключение: возможность образования при распаде глютатиона глютаминовой кислоты, имеющей прямое отношение к вкусу мясного бульона. Физико-химические и органолептические свойства глютаминовой кислоты и ее мононатриевой соли хорошо известны и суммированы в обзоре литературы по этому вопросу.
При исследовании растворов глютаминовой кислоты было установлено, что при pH 6,25 она находится исключительно в виде своей однозамещенной соли. Однако в мясе могут иметь место несколько иные условия, благодаря которым эта величина pH будет сдвинута.
Высказывалось также мнение о значении летучих аминов в образовании вкуса и аромата вареного мяса. Метиламин в крайне незначительных количествах действительно был идентифицирован среди летучих компонентов продуктов пиролиза, высушенного сублимацией водного экстракта из говяжьего мяса. Однако ароматические продукты вареного мяса являются летучими только из подкисленного раствора. Таким образом, они имеют природу веществ, обладающих не щелочными, а кислотными или нейтральными свойствами. Среди летучих компонентов вареного мяса не были найдены спирты и сложные эфиры.
Бутилет впервые доказал присутствие летучих кислот среди компонентов аромата куриного бульона. При этом более растворимая в воде их фракция имела запах, напоминающий аромат говяжьего, а не куриного мяса.
Юe и Стронг путем газовой хроматографии метиловых эфиров соответствующих кислот получили доказательства присутствия среди летучих составных частей вареного говяжьего мяса муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной и изомасляной кислот. Эти вещества освобождаются при нагревании мяса в количестве приблизительно 1 мэкв кислоты на 1 кг свежего мяса. Факт образования при варке мяса этих летучих кислот, безусловно, свидетельствует об их участии в букете вкуса и аромата мясного бульона.
Сравнивая летучие жирные кислоты, выделенные из мяса, с составом жирных кислот, образующихся при нагревании жира, можно установить, что последний не может быть источником образования присутствующих в вареном мясе летучих кислот.
Из сернистых соединений, оказывающих влияние на вкус и аромат вареного мяса, прежде всего следует отметить глютатион, растворы препаратов которого, нагретые до 60° С, обладают вкусом и ароматом мяса, Обращает на себя внимание лабильность глютатиона и его свойство разлагаться при кипячении с водой. Однако, как показал Бутилет, нет уверенности в том. что указанные вкусовые и ароматические свойства препаратов присущи самому глютатиону, а не содержащимся примесям.
В литературе имеются также указания на то, что метиональ (3-метилмеркаптопропиональдегид) обладает достаточно выраженным вкусом и ароматом вареного мяса и мясного бульона. Вкусовой порог этого вещества составляет 50 частей на 1 млрд. Метиональ может образоваться при тепловой обработке мяса благодаря распаду метионина или путем соединения метил-меркаптана с акролеином. Была доказана чистота препаратов метионаля, с которыми выполнялись эти опыты, и установлено, что запах действительно присущ ему.
Таким образом, участие метионаля в букете аромата мяса является весьма вероятным.
Бутилет убедительно доказал, что летучие сернистые органические соединения участвуют в аромате вареного мяса кур. Когда в раствор этих соединений пропускали кислород, развивался типичный аромат куриного бульона, усиливающийся при лодкислении. Кроме того, при стоянии дистиллятов непрерывно происходила десульфитапия содержащихся в них сернистых соединений с выделением H2S. При помощи методов газовой и бумажной хроматографии среди летучих компонентов вареного говяжьего мяса были изолированы метилсульфид и диметилсульфид.
Рядом исследований среди летучих компонентов вареного мяса установлено наличие ацетальдегида, ацетона, формальдегида и диацетила.
Пиппен и Нонака более подробно изучили состав летучих карбонилов вареного мяса кур и куриных бульонов.
При помощи методов хроматографии на бумаге, инфракрасной спектрометрии и определения точки плавления гидразонов были идентифицированы в качестве главных составных частей смеси карбонилов куриного бульона: ацетальдегид, Н-гексаналь, альдегиды, имеющие в своем составе 16 и 18 углеродных атомов, Н-дека;2,4-диецаль и диацетил.
При помощи хроматографии на бумаге, как известно, еще не дающей полной уверенности в идентичности найденных соединений, было показано возможное присутствие в курином бульоне 14 карбонильных соединений, среди которых имеются три кетона и 7 непредельных альдегидов. Общая концентрация содержащихся в бульонах карбонилов составляет в среднем 14*10в-5 моль на 1 л. Присутствие среди выделенных карбонилов таких ароматических веществ, как диацетил и Н-дека-2,4-диеналь, свидетельствует о прямом отношении этой фракции к аромату мяса.
При тепловой обработке в воде свежего доброкачественного мяса кур увеличивается количество фракции летучих карбонилов. Это является дополнительным доказательством их участия в аромате и вкусе вареного мяса. Вместе с этим отмечается отсутствие тождества вкусовых и ароматических свойств выделенных карбонилов и вареного мяса. Это, очевидно, объясняется очень широким спектром смеси веществ, образующих типичный для мяса кур аромат.
Кроме того, необходимо учитывать, что в состав этой смеси веществ, по-видимому, входят также продукты вторичных реакций карбонилов. Лобанов и Вольфсон установили, что при варке мяса протекает реакция меланоидинообразования. В ней принимают участие, с одной стороны, глюкоза и глюкозо-6-фосфат и, с другой, — 10 изучавшихся аминокислот.
В модельных опытах авторов с имеющимися в бульоне концентрациями веществ данная реакция приводила к образованию запаха, различного для каждой индивидуальной аминокислоты. Например, при нагревании раствора валина и глюкозы был отмечен запах миндаля, а растворы лизина или аргинина и глюкозы давали отчетливо выраженный запах хлеба.
Эти данные впоследствии подтвердил Мей. Он обнаружил, что при кипячении растворов, в которых содержатся альдегиды и аминокислоты, в интервале pH от 2,0 до 7,0 образуются вещества, обладающие характерными для мяса вкусом и ароматом. Для образования веществ, обладающих вкусом мяса, необходимо наличие уксусного, пропионового и глицеринового альдегидов и цистеина. Кроме того, в смесь веществ, участвующих в реакции, должны входить одна из четырех аминокислот: аргинин, глютаминовая кислота, пролин и гистидин, а также, по крайней мере, три из следующих аминокислот: глицин, аланин, треонин, лизин, лейцин, изолейцин, серин, валин и цистин.
По данным автора, для развития аромата мяса при тех же условиях требуется наличие, с одной стороны, фурфурола, фурана, фурфурилового спирта и фурфуриламина. С другой стороны — цистеина как обязательного компонента смеси; одной из таких аминокислот, как аргинина, глютаминовой кислоты и пролина, а также трех из следующих аминокислот: глицин, аланин, треонин, лизин, лейцин, изолейцин, серия, валин, цистин и гистидин.
Учитывая многообразие присутствующих в мясном бульоне карбонилов, есть основание рассматривать продукты этой реакции в качестве возможных компонентов вкуса и аромата, образующихся при тепловой обработке мяса.
Еще в 1907 г. русским ученым Кримбергом был отмечен приятный вкус, напоминающий мясной отвар у растворов инозиновой кислоты. Следовательно, данное соединение является одним из вкусовых продуктов вареного мяса.
Однако имеются сомнения, самой ли инозиновой кислоте или же продуктам ее распада присущи эти свойства.
При изучении изменений фракций пуринового азота в процессе созревания мяса установлено, что улучшение при этом его вкусовых свойств протекает параллельно с изменениями нуклеотидов и образованием свободного гипоксантина.
Недавно выполненными исследованиями было подтверждено исключительное значение инозиновой кислоты или продуктов ее распада в образовании вкуса и аромата вареного мяса. Выявлена также корреляция между содержанием гипоксантина и органолептической оценкой мяса. Кроме того, установлено наличие у гуаниловой кислоты указанных свойств.
Батцлером и Санторо было найдено, что некоторые так называемые предшественники вкуса и аромата подвергнутого тепловой обработке говяжьего мяса представляют собой смесь инозиновой кислоты, глюкозы и водорастворимого глюкопротеина. Нагревание в воде и в жире смеси этих компонентов приводило к образованию специфического для данного вида тепловой обработки вкуса и аромата мяса. Причем, меняя соотношения между ними, можно несколько изменить и характер вкуса и аромата.
Когда вместо глюкопротеина использовали смесь аминокислот, входящих в его состав, при последующем нагревании в воде или в жире получался такой же результат. Следовательно, не сам глюкопротеин, а входящие в его состав аминокислоты участвуют в реакции.
В составе глюкопротенна были идентифицированы пролин, серин, лейцин (изолейцин), валин, аланин, β-аланин и два неизвестных соединения (из них одно, содержащее серу). Поэтому можно полагать, что указанные аминокислоты являются необходимыми составными частями смеси веществ, из которой при варке образуются характерные вкус и аромат мяса. Эта работа указывает на возможность связи между ролью инозиновой кислоты или продуктов ее распада и отмеченным выше значением реакции меланоидинообразования в химизме рассматриваемых нами процессов.
Суммируя результаты исследований, можно сделать выводы.
1. Вещества, обусловливающие образование при тепловой обработке характерных вкуса и аромата мяса, содержатся в мышечной ткани в виде так называемых предшественников и проявляются при тепловой обработке. Они образуются и накапливаются в процессе автолиза при созревании мяса.
2. Эти вещества растворяются в воде, проходят через полупроницаемую мембрану при диализе и ультрафильтрации. Следовательно, они имеют низкомолекулярную природу и относятся к группе экстрактивных веществ. Однако совместное нагревание водорастворимой фракции мяса с белками мышечных волокон усиливает интенсивность специфического мясного вкуса и аромата.
3. Жир способствует развитию аромата, но не вкуса, подвергнутого тепловой обработке мяса.
4. Система веществ, обусловливающих проявление при тепловой обработке мяса характерных для него вкуса и аромата, является многокомпонентной, причем основные ее компоненты одинаковы для говяжьего, свиного и куриного мяса.
5. К компонентам этой системы относятся: инозиновая и гуаниловая кислоты или продукты их распада; глютаминовая кислота и ее соли; летучие соединения, содержащие тиоловые группы; летучие карбонилы; летучие жирные кислоты; продукты, получающиеся в результате взаимодействия карбонильных соединений с аминокислотами.