Физико-химические изменения в процессе созревания мяса

Процессы автолиза приводят к изменению ряда физико-химических свойств мяса в водных экстрактов из него.
Смородинцев приводит результаты своих многочисленных исследований об изменении pH, буферной емкости, поверхностного натяжения, вязкости, температуры замерзания, электропроводности водных вытяжек из мяса и набухаемости мяса в растворах NaCl и CaCl2.
Головкин изучил изменения электросопротивления мышц в процессе хранения охлажденного мяса. При этом гам было установлено, что в первые двое суток хранения при 0/+2° С наблюдается резкое падение электросопротивления, которое продолжается, хотя и в несколько замедленном темпе, вплоть до 14 суток хранения. Следовательно, при этом мышечная ткань претерпевает существенные структурные изменения, связанные с биохимическими процессами. Автор делает вывод, что измерение электросопротивления может служить критерием качественного состояния мяса.
Динамика изменений pH в процессе созревания мяса изучена многими авторами. Величина pH, лежащая вначале между 6,0 и 7,0, значительно падает в течение первых часов после убоя, при окоченении проходит через минимум, который лежит между 5,4 и 5,6, а затем при дальнейшем хранении начинает медленно возрастать (рис. 38).

Вербицкий и сотрудники считают это увеличение результатом автолитических, а не микробиологических процессов.
По данным Вербицкого, Кункля и других максимальное изменение pH между 3 и 13 днями после убоя составляет 0,24 единицы, а минимальное — 0,04. Средняя величина сдвига pH в щелочную сторону на 13-й день составляет 0,11 единицы по сравнению с его а начел нем на 3-й день после убоя.
Гамм отмечает, что наиболее точные результаты получаются при измерении pH в измельченном материале. Если не производить большого числа замеров, то при измерениях pH в неизмельченной мышце могут возникнуть существенные различия в величинах этого показателя. Они будут зависеть от того, где (на поверхности или в глубине ткани) производится измерение. Лоури на примере мышцы лошади показал, что pH. мышцы понижается от поверхности к внутренним слоям.
Установлено отсутствие всякой корреляции между увеличением нежности при созревании и содержанием молочной кислоты я неорганического фосфора.
Гамм изучал при помощи пресс-метода изменения гидратации мяса при его хранении и влияние различных факторов на величину этого показателя. Результаты этого исследования графически изображены на рис. 39.

В опытах автора, когда к мясному фаршу совсем не добавляли воду или вводили ее в сравнительно небольших количествах, через сутки (самое позднее через 2 суток) хранения мяса отмечался отчетливо выраженный минимум гидратации.
По достижении этого минимума при дальнейшем созревании водосвязывающая способность снова медленно возрастает.
Нииниваара и Рииненен сообщили, что влагопоглощаемость достигает первоначальной величины через 6—8 дней после убоя. Однако, как видно из представленных на рис. 39 графиков, в опытах Гамма гидратация мяса и после десятидневного хранения далеко не достигала величины, характерной для парного мяса, но была выше степени гидратации через 2 дня хранения. Практические наблюдения в основном подтверждают выводы Гамма.
На рис. 40 приведены средние (из шести серий опытов) данные об изменениях количества связанной воды в процессе созревания мяса при 8—10° C.
Как видно, 76—90% содержащейся в парном мясе влаги находится в связанном состоянии.
В процессе созревания эта величина изменяется, имея отчетливо выраженный минимум, отмеченный по наблюдавшимся срокам на вторые сутки хранения.
К этому моменту количество связанной воды составляет в среднем около 58% от общего содержания влаги в мясе. По мере дальнейшего увеличения сроков хранения оно увеличивается, достигая к шестым суткам в среднем 64%. Если принять содержание связанной воды в парном мясе за 100%, то ко 2-м суткам хранения эта величина уменьшается в среднем до 69%, а к 6-м — увеличивается до 77%.
Рис. 40 даст также картину изменений количества отпрессованного сока (свободной воды) в процессе созревания мяса при 8—10°. Результаты выражены в граммах отпрессованного сока на 1 г общего азота мяса. Поскольку -количество отпрессованного из мяса сока характеризует содержание свободной воды, то изменения этого показателя прямо противоположны изменениям в содержании связанной воды.
Другие авторы определяли степень гидратации мяса по количеству сока, выделяющегося при его варке (рис. 41) (гидратация белков является величиной обратно пропорциональной потерям сока при варке мяса).

На рис. 41 показано, что в течение первых 24 ч потери сока при варке быстро возрастают до максимума, а затем, во II фазе созревания, постепенно уменьшаются и на 30-й день достигают величины, наблюдаемой через 2—3 ч после убоя.
Вычисленные авторами коэффициенты корреляции указывают на то, что количество выделяющегося сока обратно пропорционально нежности как на 3-й, так и на 13-й день созревания.
На рис. 42 представлены средние данные об изменениях весовых потерь мяса при варке в зависимости от продолжительности созревания при температуре 8—10° С.

Итак, минимальные потери, которые наблюдались у парного мяса, составляли в среднем 40,9%; самые большие потери веса мяса при варке наблюдаются в период посмертного окоченения. Этот минимум можно еще уловить после двухсуточного хранения мяса при 8—10° С. В этом случае весовые потери колеблются в разных опытах в пределах от 41,4 до 49,3%, составляя в среднем 45,6%. По мере увеличения продолжительности созревания потери веса мяса при варке систематически уменьшаются, достигая к шестым суткам в среднем 42,2%. Такое явление установлено во всех выполненных нами опытах.
Большой интерес представляют данные об изменениях нежности сырого мяса (площади пленки, полученной после прессования мяса) в зависимости от продолжительности процесса созревания. Как видно из рис. 43, нежность сырого мяса максимальна непосредственно после убоя животного. Через 2 суток хранения она значительно уменьшилась, достигнув в среднем 74% по отношению к величине показателя для парного мяса. На 6-е сутки хранения площадь пленки, характеризующая степень нежности, вновь увеличивается в среднем до 83% величины, свойственной парному мясу.

Измерение усилий резания вдоль волокон на приборе Вернера—Братцлера показало, что изменения нежности сырого мяса, характеризуемые этой величиной, хотя и невелики, имеют ту же тенденцию: нежность мяса уменьшается при двухсуточном храпении и увеличивается по мере созревания мяса. Изменения сопротивления резанию вдоль волокон в процессе созревания мяса при температуре 8—10° С показаны в табл. 22.
Между тем жесткость парного мяса, подвергнутого тепловой обработке, почти равна жесткости вареного двухсуточного.

Это можно объяснить наступлением теплового окоченения парного мяса при варке, подтверждением чего является органолептическая характеристика нежности мяса, так как при созревании мяса изменения нежности, количества выделяющегося при варке сока и содержания связанной воды протекают параллельно, то очевидно имеется взаимозависимость между этими факторами.
Авторы пришли к выводу, что послеубойное увеличение pH полностью не может объяснить усиления влагопоглощаемости мяса, обусловленного созреванием.
Как видно из рис. 44, пo мере увеличения продолжительности созревания зависимость гидратации мяса от pH уменьшается (опыты производились с добавлением 20% воды к фаршу). Следовательно, кроме величины pH, на усиление гидратации мяса оказывают влияние Другие факторы.

Смородинцев установил такую закономерность в процессе созревания: буферная емкость экстрактов из мяса по щелочи остается почти неизменной, а у буферной емкости по кислоте имеются два крутых подъема — через 1 и 10 суток. Это свидетельствует о значительном освобождении оснований в указанные сроки.
Гамм исследовал буферную емкость белковых и безбелковых (после осаждения белков трихлоруксусной кислотой) экстрактов мяса на различных стадиях процесса его созревания при 2° С. Выполненные автором, эксперименты и вычисления позволили установить, что в парном мясе приблизительно 80% общей буферной емкости при pH 7,0 падает на белки. В том числе 75% белкового буферного действия обусловлено структурными белками и 25% — водорастворимыми. Из полученных кривых титрования автор сделал вывод: белковая буферная емкость ткани определяется не только количеством заряженных групп белка, но и пространственной структурой последнего.
В течение первых 24 ч после убоя буферная емкость мышцы при pH < 5 возрастает вследствие образования молочной кислоты, тогда как при величинах pH ≥ 6,0 она сокращается. Это сокращение вызвано уплотнением мышечной структуры во время наступления посмертного окоченения, сопровождающимся сокращением доступных основных и кислотных заряженных групп в белковой молекуле.
Через 24 ч после убоя (в состоянии посмертного окоченения) только 50% буферного действия при pH 7,0 приходится на белок. В том числе 80% белкового буферного действия обусловлено структурными белками.
По заключению автора уже через 2 ч после убоя (когда pH снижается ниже 7.0) карбонатная буферная система не играет существенной роли, так как при pH 6,0 наблюдается минимум буферной емкости. Увеличение буферной емкости безбелковых экстрактов при pH ≥ 6,0 в течение 24 ч после убоя относится исключительно за счет увеличения количества неорганического ортофосфата. Это находится в соответствии с данными Бейт-Смита, согласно которым буферная емкость безбелкового экстракта мяса при pH 7,0 распределяется между отдельными органическими и неорганическими экстрактивными веществами следующим образом (в %): фосфаты — 67,0; карнозин — 24,0; молочная кислота — 2,0; неидентифицированные вещества — 7,0.
В результате выполненных опытов Гамм выдвинул гипотезу: в процессе созревания мяса в течение 9 дней вследствие протеолиза происходит освобождение основных и кислотных групп белка, на что указывает происходящее при этом усиление буферного действия при высоких (7,5) и низких (3,0) величинах pH. Автор полагает, что усиление буферной способности безбелковых экстрактов в процессе созревания мяса обусловлено образованием свободных аминокислот и низших пептидов.
Много внимания уделялось также изучению изменений количества свободных и связанных с белками катионов в процессе созревания мяса. Большинством исследований установлено, что сразу после убоя в мышцах содержится очень мало диссоциированных Ca и Zn, но степень диссоциации Mg достигает 60%. В последующие 2—4 суток значительная часть Ca, Mg и Zn переходит из связанного состояния в диссоциированное, или слабосвязанное. При этом наблюдается увеличение свободного Ca в 4—5 раз и Mg более чем в 2 раза.
В течение последующих 5—40 суток хранения мяса количество диссоциированных Ca и Na продолжает увеличиваться, о чем можно судить по их возрастанию как в водном экстракте, так и в соке, полученном после тепловой обработки мяса (рис. 45). В этом периоде количества водорастворимых Mg и Zn не изменяются.
Железо в течение семи суток созревания находится только в связанной форме (111).

В опытах, выполненных Головкиным, хранение, мяса при 0 и 2° С до 14—15 суток приводило к снижению свободных катионов Ca и Mg. Следовательно, отмеченная выше закономерность не является всеобщей и динамика этих показателей может меняться в зависимости от факторов, не учтенных в опытах (например, состояние животных перед убоем, степень их упитанности и др.).
В первой главе нами уже отмечалось, что Ca в основном связывается актином.
Однако продолжающийся при расслаблении окоченения переход кальция в экстракт не связан с его освобождением из актина.
Как показали опыты Фуджимаки и Аракава, содержание Ca и других щелочноземельных металлов в актине является минимальным через 1—2 суток после убоя, т. е. в период, когда мясо находится в состоянии окоченения. По мере увеличения продолжительности созревания до 8 суток и усиления происходящего при этом процесса улучшения консистенции мяса количество этих металлов в актине вновь возрастает, хотя и не достигает исходной величины, характерной для парного мяса. Содержание щелочноземельных металлов в актине, выделенном из мышц кролика на разных этапах процесса созревания, по данным Фуджимаки и Аракава (в молях на 57 000 г белка), приведено в табл. 23.

Таким образом, в период расслабления окоченения в ряде случаев может иметь место одновременный переход кальция в экстракт и связывание некоторого его количества актином. Возможно это объясняется действием других источников образования водорастворимого кальция, о чем нами будет сказано ниже. Вербицкий и Детерейдж наблюдали постепенное уменьшение количества ионов К в водном экстракте и в соке на протяжении всего периода созревания между третьими и тринадцатыми сутками хранения мяса. Это указывает на связывание калия мышечными белками (см. рис. 46). Связываемое белками количество ионов калия во много раз больше количества ионов кальция, появляющегося в водном экстракте и соке. Таким образом, во второй фазе процесса созревания, т. е. при расслаблении окоченения, общий сдвиг в количестве катионов свидетельствует о их связывании белками мяса. В результате перемещения ионов белки становятся заряженными более положительно.
По мнению авторов, это изменение электрического заряда белков обусловливает изменение гидратации и нежности мяса.
Данные Шермана, а также Александера и Джонсона подтверждают эту точку зрения. Согласно их гипотезе адсорбция анионов и катионов белками мяса, особенно актомиозином, ведет к уменьшению внутренних сил притяжения между противоположно заряженными группами белковой молекулы. В связи с этим в процессе созревания наблюдается увеличение гидратации мяса. Поэтому величина набухания белковой сетки зависит от концентрации адсорбированных ионов.
Была также изучена динамика общего содержания кальция в мышечной ткани в процессе созревания мяса при 8—10° С (табл. 24).

Как видно из данных таблицы, общее содержание кальция в мышечной ткани во всех пяти выполненных опытах в процессе созревания увеличивается. Если общее содержание кальция в парном мясе принять за 100%, то через двое суток хранения мяса при 8—10° C оно в разных опытах составляет 103—109%, или в среднем пo четырем опытам 105%. Исключение составил третий опыт, когда величина этого показателя уже через двое суток поднялась до 132%. С учетом результатов этого опыта среднее содержание кальция в мясе через 2 суток хранения при 8—10° C составляет 111%. При увеличении продолжительности созревания до 6 суток общее содержание кальция в мясе еще больше увеличивается и составляет в среднем 118% к его содержанию в парном мясе.
Для исключения влияния усушки и различного содержания жира в различных пробах, в табл. 24 содержание Ca в мышечной ткани вычислено также в процентах к общему азоту мяса. Приведенные в главе 9 данные о точности метода определения Ca свидетельствуют о том, что наблюдаемый прирост содержания Ca во много раз превосходит ошибку метода.
Можно предположить, что растворение молочной кислотой кальциевых солей, содержащихся в том или другом виде соединительной ткани и их последующая постепенная диффузия в мышечную ткань, являются причиной увеличения в ней общего количества Ca.
Так, например, по данным Широкова и сотрудников, хрящевая ткань содержит в 5—6 раз больше кальция, чем мышечная. Следовательно, она может рассматриваться как возможный источник повышения содержания кальция в мышечной ткани.
Учитывая растворимость кальциевых солей фосфорной и молочной кислот, а также их константы диссоциации, есть основания считать, что молочная кислота, взаимодействуя с трикальцийфосфатом, будет разлагать его, превращая в кислую соль. Ho в результате этого процесса не может образоваться свободная фосфорная кислота, так как K1 диссоциации Н3РО4 больше, чем К диссоциации молочной кислоты, и Ca(H2PCX4)2 имеет минимальную (по сравнению с другими фосфатами кальция) растворимость.
Следовательно, эта реакция должна протекать по уравнению

4C3H5O3H + Ca3(PO4)2 ⇔ 2(C3H5O3)2Ca + Ca (H2PO4)2.

Образующийся более легко растворимый молочнокислый кальций диффундирует в мышечную ткань, благодаря чему в ней увеличивается общее содержание кальция в процессе созревания мяса.
При рассмотрении вопроса о взаимодействии белков мышечных волокон с ионами необходимо учитывать данные Бодлера. Он установил, что экстрагированные глицерином мускульные волокна содержат в среднем 0,58 мкмоль кальция на 1 кг мускула. Белки мышечных волокон принимают на себя дополнительные количества кальция и магния из разбавленных растворов болей этих металлов. Однако в растворах, содержащих калиевые соли, этот избыток заменяется на ионы калия. Автор делает вывод, что даже самое незначительное увеличение концентрации солей Ca приводит к весьма существенному изменению физико-химических свойств мышечных волокон.
В связи с этим приводим полученные нами еще в 1952 г. данные о влиянии солей кальция на нежность мяса. Для опытов служили стройная, приводящая и длиннейшая спинная мышцы коров в возрасте 6—7 лет.
В куски мяса весом 230 г вводили путем шприцевания по 23 мл 0,1%-ного или 1%-ного раствора CaCl2, затем мясо выдерживали в течение 1 суток при 0—6° С или при 17° С, после чего помещали в герметически закрываемые банки и варили в течение 2 ч при 90°. После охлаждения мясо подвергали органолептической оценке дегустационной комиссией. Таким путем устанавливали, какое влияние на консистенцию созревающего мяса оказывает добавление минеральных солей. Установлено, что при добавлении 3,5 мг Ca на 100 г мяса (минимальная испытывавшаяся доза) через 1 сутки хранения при 17° С мясо становилось более нежным и сочным ото сравнению с контрольными образцами (без солей кальция). Аналогичное действие оказывают и соли магния.
Эти данные подтверждены результатами опытов Вербицкого, Кохилла и Детерейджа.
При увеличении концентрации ионов в тканевом соке за счет разложения молочной кислотой содержащихся в соединительной ткани фосфатов кальция и превращения их в растворимый молочнокислый кальций равновесие будет сдвигаться направо, т. е. в сторону образования протеинатов.
В соответствии с приведенными данными Боцлера при этом в первую очередь будет связываться с белком не кальций, а калий. Это полностью согласуется с данными Вербицкого и сотрудников о связывании ионов калия структурными белками при созревании мяса, а также Фуджимаки и Аракава о связывании кальция актином. Весьма вероятна связь между причинами увеличения общего количества Ca и наблюдениями Бейт-Смита и Бендолла и Марша о том, что изолированная мышца при хранении в течение 7 дней при 7° С лишь в очень незначительной степени увеличивает свою растяжимость. В то же время в неповрежденной цельной мышце, находящейся в туше исследуемого животного, происходит более полное разрешение окоченения, сопровождающееся значительным увеличением растяжимости мышцы.