Биохимические процессы в мясе после убоя (посмертное окоченение, созревание, загар мяса)

После убоя животного в мясе происходят сложные ферментативные, биохимические и физико-химические процессы, которые в значительной степени определяют его качество и технологические свойства.

Мясо, полученное от только что убитого животного (парное), в течение первых 2—3 ч имеет нежную консистенцию, высокую влагоудерживающую способность и набухаемость. В последующем консистенция, влагоудерживающая способность и набухаемость мяса ухудшаются, мясо делается жестким и сухим. Однако при дальнейшей выдержке в определенных условиях в течение нескольких дней мясо становится нежным и ароматным, приобретает хорошие вкусовые качества, из него выделяется мясной сок. Это объясняется тем, что в мясе происходят сложные процессы ферментативного характера, которые принято называть созреванием мяса.

Процесс созревания мяса условно подразделяют на следующие фазы: посмертное окоченение, размягчение (собственно созревание) и глубокий автолиз. Каждая из фаз четко разграничивается изменением качественных показателей.

Посмертное окоченение обычно наступает через 3—6 ч после убоя животного. На появление признаков окоченения и степень его развития оказывают влияние различные факторы, в том числе состояние животного перед убоем, упитанность и т.д. Окоченение мяса здоровых животных продолжается в среднем 24 ч, летом оно протекает быстрее, чем зимой, У больных, утомленных и истощенных животных окоченение начинается позднее и проходит менее заметно. Окоченение мышц, выполнявших при жизни животного большую нагрузку, происходит быстрее.

Биохимические процессы в мышечной ткани характеризуются в первую очередь распадом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) с образованием фосфорной кислоты. При этом выделяется энергия, которая превращается в механическую энергию сокращения мышц. Вслед за этим под действием ферментов существенно изменяется гликоген, который распадается до молочной кислоты, что также сопровождается выделением определенной энергии. В результате накопления молочной и фосфорной кислот рН мяса снижается до 5,6. Видимое начало окоченения наблюдается при рН 6,3. Под действием молочной кислоты происходит распад протеинатов кальция и магния в мышечных волокнах, а также фосфатов кальция внутримышечной соединительной ткани. Освободившиеся кальций и магний активизируют деятельность белков, обладающих ферментативными свойствами (миозин).

Снижение содержания АТФ в мышечном волокне приводит к соединению белков актина и миозина с образованием белкового комплекса—актомиозина, в результате чего уменьшается количество активных концевых групп, способность мышечной ткани, повышается жесткость и уменьшается влагоудерживающая способность мяса. В этот период белки не распадаются, но существенно изменяются свойства амфотерных веществ и коллагеновых волокон внутримышечной соединительной ткани, их разваримость и растворимость снижаются да минимума.

Одновременно изменяется структура мышечных волокон, частично разрушаются связи миофибрилл с саркоплазмой, мышцы отвердевают и укорачиваются. Начало окоченения мышц наступает тем позже, чем выше первоначальный уровень АТФ и больше начальная величина рН, а продолжительность окоченения тем дольше, чем меньше скорость распада АТФ и ниже конечная величина рН.

Большое содержание в мышцах гликогена содействует сохранению АТФ и низкому значению рН. Окоченение мышц хорошо упитанного и отдохнувшего скота, а также задних частей туши, которые содержат больше гликогена и меньше молочной кислоты, наступает позже и длится дольше по сравнению с мясом неупитанного, утомленного, находящегося в состоянии стресса перед убоем животного, а также по сравнению с мясом передних частей туши.

На процесс окоченения оказывает влияние температура воздуха. Низкая температура замедляет скорость течения биохимических процессов. При 18— 20° окоченение туши крупно скота длится около суток, при 0° - двое суток.

Вторая фаза созревания мяса характеризуется прогрессирующим размягчением и появлением специфическим вкусовых и ароматических веществ. Мясо приобретает нежную консистенцию и сочность. При варке получают прозрачный бульон со специфическим приятным вкусом и ароматом, мясо хорошо разжевывается и легко усваивается. Мясо становится нежным в результате распада актомиозинового комплекса на актин и миозин, при этом активизируются протеолитические ферменты (катепсины), которые осуществляют частичный протеолиз белков, в частности миозина, благодаря чему возрастает количество карбоксильных групп в белковой молекуле, связывающих калий. Белки приобретают много положительных зарядов, что увеличивает их гидратацию и нежность. Кроме того, под влиянием катепсинов происходит частичный протеолиз коллагена и эластина внутримышечной соединительной ткани с образованием растворимых продуктов распада.

Одновременно наблюдается увеличение растворимости основного вещества клеток соединительной ткани и накопление мукополисахаридов. Молочная кислота способствует набуханию и размягчению коллагеновых волокон и частичному превращению их в глютин. В результате этих изменений улучшается разваримость мяса.

Нежность мяса находится в зависимости от количества внутримышечной соединительной ткани, и чем больше в ней растворимого при варке мяса коллагена, тем мясо мягче. Следовательно, те части туши, которые содержат много соединительной ткани (лопаточная, шейная, брюшная и др.), а также туши старых и малоупитанных животных надо выдерживать для созревания более длительный срок, чем части туши с относительно малым ее содержанием (задняя, поясничная и др.) или мясо упитанного и молодого скота. Нарастанию нежности мяса и повышению гидрофильности белков способствует, и увеличение содержания свободного кальция в мышцах. Повышение влагосвязывающей способности мяса при созревании снижает потери массы при варке.

Гистологические изменения мышечной ткани на этой фазе созревания мяса представлены набуханием и разрыхлением мышечных волокон. Ароматические и вкусовые свойства мяса образуются в результате накопления продуктов автолитического распада небелковых веществ летучих карбоксильных соединений, расщепления нуклеопротеидов, протеолиза белков и распада полипептидов. В мясе увеличивается содержание свободных аминокислот, инозиновой кислоты, гипоксантина, жирных кислот и других веществ, которые имеются в малых концентрациях. Цвет мяса в процессе созревания существенно не изменяется.

Принято, что созревание мяса должно проходить при температуре, близкой к 0°. Говядину выдерживают не менее трех суток, баранина и свинина созревают в более короткие сроки. При охлаждении мяса минусовых температур (минус 2-5°) биохимические процессы в нем замедляются в 2-3 раза, а при замораживании парного мяса (минус 18-20°) заканчиваются только к 7—8-му месяцу хранения. Процесс созревания ускоряется в размороженном мясе, особенно если оно были заморожено в парном состоянии.

Характерные признаки созревшего мяса следующие: появление на поверхности туши «сухой корочки», напоминающей пергаментную бумагу, специфического слегка кисловатого запаха, упругой консистенции и кислой среды внутри мышц. Для определения степени созревания мяса могут быть использованы гистологические и физико-химические показатели. В мясе, полученном от больных, переутомленных или тощих животных, содержится мало гликогена, а следовательно, не образуется достаточного количества молочной кислоты, все процессы созревания протекают поверхностно. Такое мясо обладает низкими вкусовыми и кулинарными признаками, хуже усваивается организмом, плохо хранится. При длительном хранении созревшего мяса в незамороженном состоянии в нем происходят глубокие автолитические процессы, под влиянием которых белки и жиры распадаются на более простые, в результате чего изменяются консистенция, вкус, запах и цвет мяса. Эти изменения характерны для глубокого автолиза. Цвет мяса приобретает коричневый оттенок, дряблую консистенцию, появляется затхлый запах, из него выделяется мясной водянистый сок. Поверхность мяса становится влажной, в ней накапливается много продуктов распада белков, в том числе щелочного характера. В результате развития гнилостной микрофлоры такое мясо быстро портится.

Микробиологические процессы. Достижение главной цели охлаждения -торможение развития нежелательной микрофлоры- представляется достаточно сложной задачей. Повышение температуры приводит к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов. Так, мезофиллы не способны размножаться ниже 5-10^оС. Эффект воздействия пониженных температур на микробную клетку может быть обусловлен нарушением сложной взаимосвязи метаболических реакций в результате различного уровня изменений их скоростей и повреждением молекулярного механизма активного переноса растворимых веществ через клеточную мембрану. В отличие от мезофилов психрофилы способны расти достаточно быстро при 0-5°С.

Таким образом, охлаждение до температуры, близкой к точке замерзания тканевой жидкости, не исключает возможность порчи мяса. Однако развитие микрофлоры резко затормаживается и тем больше, чем ближе температура мяса к точке замерзания тканевой жидкости.

Основной причиной порчи охлажденного мяса являются размножения психрофильной аэробной микрофлоры. Наиболее активными из этой группы являются бактерии рода Pseudomonas. Развиваясь при подходящих условиях на мясе, гнилостные микроорганизмы разрушают питательные вещества и выделяют такие продукты жизнедеятельности, которые резко ухудшают органолептические свойства мяса и могут обладать токсичностью. Потагенные и токсигенные бактерии (Salmonella, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens), выживая на мясе при низких температурах, могут являться причиной пищевых отравлений в случае создания условий для их развития.

Скорость распространения микроорганизмов в толще мяса зависит от вида микрофлоры, свойств мяса и внешних условий, в первую очередь от температуры. При температуре близкой к 0°С, в среднем микроорганизмы за 30 суток проникают на глубину до 1 см. Аэробы подготавливают условия для анаэробов, которые начинают развиваться в первую очередь вблизи суставов, костей, в крупных кровеносных сосудах и кровяном русле, выделяя продукты с крайне неприятным запахом.

Плесени начинают размножаться прежде всего на тех участках поверхности мяса, возле которых затруднена циркуляция воздуха: затылочная впадина, зарез, паховые складки, внутренняя поверхность ребер, за редким исключением они не проникают вглубь тканей более чем на 2 мм.

В обычных условиях хранения мяса в полутушах и крупных отрубах наиболее ранним признаком порчи мяса является появление слизи на его поверхности. Поверхность становится липкой, ухудшается товарный вид мяса, меняется его вкус и запах.

Размножение микробов на поверхности мяса начинается после небольшою периода задержки и идет с нарастающей скоростью до достижения максимума числа микробов, при котором становится заметным ослизнение.

Эффективность подавления жизнедеятельности зависит не только от конечного уровня температур, но и темпа теплоотвода. Помимо температуры на стабильность свойств мяса в отношении развития микробиологических процессов при охлаждении и последующем хранении влияют первоначальное количество микроорганизмов на поверхности мяса, величина рН, влагосодержание поверхностных слоев мяса.

Степени обсемененности мяса микрофлорой зависит от условия содержания, транспортирования и подготовки к убою скота, санитарно-гигиенических режимов переработки туш, обескровливания, съемки шкур, нутровки, зачистки. На 1 см² поверхности свежего мяса при соблюдении санитарных требований переработки насчитываются тысячи или десятки тысяч микроорганизмов. Качественный состав микрофлоры разнообразен и включает бактерии приблизительно 20 родов, 10 родов плесневых грибов, а также дрожжи.

Предельные значения рН среды для микроорганизмов колеблются от 4,0 до 9,0. В этом интервале у большинства из них оптимальные значения рН лежат в узкой области и для бактерии соответствуют величинам концентрами водородных ионов, близким к нейтральным. Несмотря на то, что цитоплазматическая мембрана малопроницаема для ионов водорода, отклонения величины рН от оптимальной могут существенно тормозить рост микрофлоры. Концентрация ионов водорода среды влияет на ферментативные системы клеточных мембран, ответственных за активный транспорт биологически важных веществ.

Смещение рН в кислую сторону в результате накопления молочной кислоты при автолизе мяса повышает его стабильность к микробиологической порче. Уровень величины рН зависит от содержания гликогена в мышечной ткани после убоя и интенсивности его распада при хранении мяса. Сроки хранения охлажденного мяса с рН выше 6,2 сокращаются более чем в 2 раза.

8. Влия­ние низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной об­ра­бот­ки на из­ме­не­ние свойств и пи­ще­вую цен­ность мя­са. Замораживание.

При охлаждении в мясе происходят различные процессы: окислительные, микробиологические, автолитические изменения под действием ферментов, тепло- и влагообмен с окружающей средой. Характер и глубина изменений при охлаждении и последующем хранении, зависят от вида и качества сырья, а также условий и режима холодильной обработки.

Окислительные процессы. При охлаждении и последующем хранении происходят обесцвечивание мяса и мясопродуктов в результате окисления пигментов мышечной ткани - миоглобина и крови - гемоглобина. Миоглобин с кислородом воздуха образует оксимиоглобин, придающий мясу яркую окраску.

Процесс дальнейшего окисления связан, с изменениями валентности железа, входящего в пигменты. При этом миоглобин превращается в метмиоглобин и мясо темнеет.

Жир подвергается также гидролизу и окислению с накоплением низкомолекулярных жирных кислот, пероксидов, альдегидов и ряда других веществ.

Микробиологические процессы. Микроорганизмы, обитающие на сырых мясопродуктах, поступающих на холодильную обработку, весьма разнообразны. Прежде всего, они различаются температурой роста и размножения. Так, мезофильные микроорганизмы прекращают рост и размножение при температуре 5 °С и выше; оптимальная температура для их жизнедеятельности 36-370С. В отличие от мезофилов психрофилы способны размножаться и расти при 0-5°С. К группе психрофилов относятся плесневые грибы. Большинство микроорганизмов не развивается при температуре ниже точки замерзания тканевой жидкости (-0, 6ч-1, 20С). Скорость проникновения микроорганизмов вглубь мяса зависит от их вида, свойств и способов обработки сырья. Например, при температуре около 00С за 30 сут хранения микроорганизмы проникают в мясо на глубину до 1 см.

При поступлении на холодильную обработку и хранение на мясопродуктах находятся психрофильные и многие мезофильные микроорганизмы. В условиях холодильного хранения они постепенно отмирают, однако, даже после длительного хранения какое-то их количество остается жизнеспособным.

Плесневые грибы размножаются на участках мяса, где затруднена циркуляция воздуха. В обычных условиях хранения мяса наиболее ранним признаком порчи является появление слизи; при 00С слизь появляется через 24 сут, при 4 0С - через 16 сут.

При охлаждении в аэробных условиях (т. е. при доступе кислорода воздуха) бактерии размножаются быстрее: их общее количество на 1 см2 поверхности мяса достигает 1010 и более, а признаки бактериальной порчи мяса проявляются раньше.

На развитие микроорганизмов большое влияние оказывает, помимо температуры, относительная влажность воздуха. Чем ниже относительная влажность и температура, тем хуже развиваются микроорганизмы. Кроме параметров хранения (температуры и влажности воздуха) на степень обсемененности мяса микроорганизмами влияют санитарно-гигиенические условия содержания, транспортирования, подготовки к убою скота, переработки туш, обескровливания, съемки шкур, извлечения внутренних органов и зачистки туш.

Предельные значения рН среды, при которых микроорганизмы могут развиваться, колеблются от 4, 0 до 9, 0, причем оптимальные значения рН лежат в узкой области. Несмотря на то, что цитоплазматическая мембрана клеток микроорганизмов малопроницаема для ионов водорода, отклонение величины рН от оптимальной может существенно затормозить рост микрофлоры.

В процессе послеубойного хранения мяса последовательно развиваются автолитические процессы и, связанные с ними, физико-химические и микроструктурные превращения тканей, которые приводят к изменению консистенции, сочности, вкуса, аромата и водосвязывающей способности мяса. Температурный режим охлаждения не только определяет интенсивность гликолитических процессов, но и влияет на характер изменения белковых систем и устойчивость белков к воздействию ферментов. При быстром охлаждении говядины и баранины на первом этапе воздействия холодом может измениться ход автолитических процессов вследствие развития, так называемой, холодной контрактации, приводящей к увеличению жесткости мяса, малоустраняемой при его длительном хранении, и снижению водосвязывающей способности, особенно в периферийных слоях туши. Развитие холодной контрактации обусловлено тем, что быстрое понижение температуры мышечной ткани приводит к нарушению действия кальциевого насоса в результате инактивации системы, регулирующей уровень АТФ в саркоплазматическом ретикулуме. Массированное выделение ионов кальция из саркоплазматического ретикулума стимулирует АТФ-азную активность миозина и распад АТФ саркоплазмы, что приводит к образованию поперечных мостиков между актином и миозином. Различия в изменении состояния миофибриллярных белков при разных режимах охлаждения сказываются также и на атакуемости белков протеолитическими ферментами.

Повышение жесткости мяса при быстром охлаждении связано и с ингибированием процессов автолиза.

С целью устранения холодной контрактации некоторые специалисты предлагают выдерживать мясо после убоя при температуре 10-15°С в течение 10-12 ч. Однако, такой температурный режим может способствовать росту микробиологической обсемененности.

Улучшение качественных характеристик охлажденного мяса на стадии последующего хранения связано с частичной диссоциацией актомиозинового комплекса и распадом белков саркоплазмы и миофибрилл под действием протеаз, активность которых зависит от степени их выхода из лизосом и величины рН.

Наиболее ранним признаком порчи в обычных условиях хранения мяса в полутушах и крупных отрубах является появление слизи на их поверхности. При этом поверхность становится липкой, ухудшается товарный вид мяса, изменяются вкус и запах. Основная причина порчи охлажденного мяса - размножение психрофильной аэробной микрофлоры. Гнилостные микроорганизмы, развиваясь в кровеносных сосудах вблизи костей и суставов, выделяют продукты жизнедеятельности, ухудшающие органолептические свойства мяса. Патогенные и токсигенные бактерии, выжившие на мясе при низких температурах, в случае создания условий для их развития, могут стать причиной пищевых отравлений. Плесени появляются, прежде всего, на тех участках поверхности мяса, возле которых затруднена циркуляция воздуха (затылочная впадина, зарез, паховые складки, внутренняя поверхность ребер). За редким исключением, они не проникают вглубь тканей более чем на 2 мм.

Помимо температуры, на стойкость мяса к микробиологической порче при охлаждении и последующем хранении, влияют первоначальное количество микроорганизмов на поверхности мяса, величина рН, влагосодержание поверхностных слоев мяса. Сроки хранения охлажденного мяса с рН выше 6, 2 сокращаются более, чем в 2 раза. Смещение величины рН мяса в кислую сторону при автолизе мяса повышает его стабильность к микробиологической порче.

Развитие гнилостных микроорганизмов вызывает глубокий распад белков, при котором образуются вещества, резко ухудшающие органолептические свойства продукта и обладающие токсичностью. Патогенные и токсичные бактерии, выживая даже при низких температурах, могут стать причиной пищевых отравлений.

На качество мяса и мясопродуктов, в период охлаждения и последующего хранения, большое влияние оказывает взаимодействие с внешней средой.

Охлаждение мяса - это сложный теплофизический процесс, включающий отвод теплоты из внутренних слоев и испарение влаги с поверхности. Испарение влаги с поверхности продуктов приводит к уплотнению поверхностного слоя и повышению в нем концентрации растворенных веществ.

Скорость охлаждения в любой точке охлаждаемого тела пропорциональна разности температур этой точки и окружающей среды.

Важным фактором в процессе охлаждения является массообмен с внешней средой, поскольку, потери влаги (т. е. усушка) в процессе охлаждения мяса могут достигать 2% и более. Уменьшить усушку мяса в период охлаждения можно, повышая относительную влажность воздуха до значения, близкого к 100%, с помощью специальных технических средств, либо сокращая продолжительность охлаждения путем рационального распределения направления движения воздуха в камере охлаждения. Для уменьшения усушки полутуши обертывают простыней или упаковывают в полимерные пленочные материалы. Применение этого способа, помимо снижения усушки, позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия охлаждения и способствует сохранению внешнего вида мяса: задерживает обесцвечивание жира, сохраняет естественный цвет мяса, предотвращает образование морщинистости на поверхности туши. На усушку влияют также вид мяса, размеры туши или полутуши, содержание жира в мясе. Допускаемые пределы усушки регламентируются в зависимости от конкретных условий охлаждения и особенностей охлаждаемого продукта

Способы и режимы охлаждения. Мясо и мясопродукты охлаждают в воздушной среде или в жидкостях (воде или рассолах). Охлаждение говяжьего и свиного мяса в полутушах и бараньего мяса в тушах производят в помещениях камерного или туннельного типа. Туши и полутуши подвешивают к троллеям подвесных путей, по которым их передвигают вручную или с помощью конвейеров. Камеры (туннели) для холодильной обработки мяса могут быть цикличного или непрерывного действия, в них смонтированы охлаждающие устройства.

Важнейшими регулируемыми параметрами охлаждения продуктов в воздушной среде являются температура, скорость движения воздушной среды и ее влажность. Быстрое охлаждение продукта до температуры, неблагоприятной для развития микрофлоры, обеспечивает повышение его стабильности и экономически выгодно, так как при этом уменьшается усушка и увеличивается коэффициент использования холодильных мощностей. Интенсивность теплоотдачи во внешнюю среду зависит от размеров и конфигурации охлаждаемого объекта.

Подмораживание - один из способов увеличения сроков хранения мяса. Рекомендуется подмораживать мясо, предназначенное для транспортирования на небольшие расстояния. При подмораживании уменьшается усушка и улучшаются санитарно-гигиенические условия транспортирования. Подмороженное мясо можно хранить и транспортировать в подвешенном состоянии или штабелях при температуре -2 ч. - 3 °С в течение 15-20 сут. Подмораживают, в основном, парное мясо. Режимы подмораживания мяса различных видов различаются только по продолжительности. Так, при температуре воздуха -30 ч- 35 °С и скорости его движения 1-2 м/с длительность подмораживания говядины 6-8 ч, свинины 6-10 ч.

В подмороженном мясе автолитические процессы замедляются, но не останавливаются. В первые сутки хранения при -2°С в мясе интенсивно протекают биохимические процессы вследствие изменения концентрации солей, вызванного частичным вымораживанием воды. В дальнейшем основное влияние оказывает понижение температуры, в результате чего в мышечной ткани протекают те же, автолитические изменения, что и при хранении охлажденного мяса, но несколько медленнее. Состояние окоченения при 0 °С вместо 24 ч отодвигается на 10-12 сут, а созревает мясо через 15-20 сут. При хранении подмороженного мяса значительно снижается его микробиальная порча и первые признаки ослизнения поверхности появляются через 35-40 сут.

В процессе хранения при -2 °С в течение 10-12 сут сорбционная способность мяса снижается и, наблюдаемое в этот период понижение сорбционной способности, совпадает с наступлением окоченения. После окончания окоченения сорбционная способность возрастает и через 12-14 сут хранения увеличивается на протяжении всего срока дальнейшего хранения.

При хранении в подмороженном мясе происходит интенсивное накопление свободных аминокислот, и суммарное содержание свободных аминокислот через 12 сут хранения мяса при -20С достигает примерно такого же уровня, как и в мясе, хранившемся при 20С в течение 7 сут. Помимо свободных аминокислот образуются летучие ароматические вещества (высшие спирты, неолы, сульфиты, альдегиды, кетоны, эфиры, жирные кислоты, амины и сложные смеси этих веществ). Однако изменение ароматических веществ при- 2°С происходит с меньшей скоростью, чем при 20С. При хранении мяса в условиях низких положительных температур наибольшее содержание летучих ароматических веществ наблюдается через 6-7 сут, а при температуре, близкой к криоскопической - через 14-16 сут. Состав ароматических веществ в охлажденном и подмороженном мясе одинаков.

Электростимуляция мяса перед подмораживанием позволяет значительно сократить сроки созревания и использования мяса в производстве. Электростимуляция приводит к быстрому снижению рН мяса, что вызывает более быстрое наступление окоченения. После электростимуляции максимальное посмертное окоченение мяса наблюдается через 24 ч. Гистологические исследования мышечных волокон мяса, подверженного электростимуляции в разные периоды автолиза, показали, что такая обработка ускоряет созревание мяса.

В мясе птицы биохимические процессы происходят с большей интенсивностью и ферментация заканчивается быстрее. Процесс посмертного окоченения в подмороженном мясе птицы наступает на 2-3-й сутки хранения; а при температуре 0-20С водоудерживающая способность становится минимальной через 2-3 сут. По окончании окоченения водоудерживающая способность увеличивается и достигает максимума через 10-15 сут.

Тушки птицы подмораживают в упакованном виде после предварительного охлаждения. Продолжительность подмораживания мяса птицы в камерах при -23 °С и скорости движения воздуха 3-4 м/с составляет 2-3 ч. За это время температура в толще мышц снижается до 0-1 °С. Продолжительность хранения подмороженных тушек птицы увеличивается до 20-25 сут (в охлажденном состоянии 5-6 сут). Хранят тушки птицы в камерах при -2ч -3 °С и относительной влажности воздуха 85%.

Замораживание - один из современных и перспективных методов консервирования мяса и мясопродуктов, позволяющий в течение длительного времени сохранить их качество.

При холодильной обработке и хранении в пищевых продуктах происходят сложные процессы, приводящие к различным изменениям исходных свойств. Закономерности воздействия низких температур на органы и основные структурные элементы сложных организмов (клетки и ткани) изучаются учеными, работающими в особой отрасли биологии - криобиологии. Считается, что изменение свойств биологических объектов при замораживании обусловлено, главным образом, процессами кристаллизации воды. Кристаллизация приводит к конформации макромолекулы белков, изменению липопротеидов, нарушению мембранных систем клетки, механическому повреждению морфологических элементов тканей и перераспределению между ними воды. Замороженными считаются продукты, в которых примерно 85% влаги превращено в лед.

Полагают, что образование крупных кристаллов льда при медленном замораживании ведет к более серьезным изменениям, чем образование мелких кристаллов при быстром или сверхбыстром замораживании.

Изменение свойств мяса и мясных продуктов при замораживании. После прекращения жизни животного, в мясе происходит сложный комплекс изменений под воздействием ферментов - автолиз. Замороживание мяса приводит к изменению его физико-химических и морфологических свойств, а также гибели микроорганизмов. Особенности изменения мясных систем при замораживании определяются фазовым переходом воды в лед и повышением концентрации веществ, растворенных в жидкой фазе. В отличие от чистой воды температура начала замерзания (т. е. криоскопическая точка) такого раствора должна быть ниже 0°С, что соответствует его ионной и молекулярной концентрации. Мясной сок начинает замерзать при температуре -0, 6ч-1, 2 °С. При температуре замерзания в водном растворе начинается кристаллизация воды, и по мере вымораживания воды остаточная концентрация раствора возрастает и температура замерзания еще больше понижается.

Ввиду того, что замерзание сопровождается уменьшением количества воды в растворе, концентрация остаточного раствора постоянно растет, пока не достигнет концентрации самой низкой температурной точки - так называемой эвтектической точки замерзания. Эвтектическая точка мышечной ткани лежит в интервале -59ч-64°С. У продуктов, обладающих тканевой структурой, содержание растворенных веществ во влаге межклеточного пространства обычно ниже, чем в клеточной влаге. В связи с этим при замораживании кристаллики льда начинают образовываться в межклеточном пространстве и концентрация раствора в межклеточном пространстве возрастает. Если замораживание происходит медленно, то благодаря разнице концентраций внутри и вне клеток вода из клеток частично диффундирует в межклеточное пространство. Поскольку размеры образовавшихся в межклеточном пространстве кристалликов льда увеличиваются за счет уменьшения массовой доли влаги, клетки высыхают. Этому способствует также то, что во время замерзания объем воды увеличивается примерно на 10% и образовавшиеся в межклеточном пространстве кристаллики оказывают на клетки механическое давление.

Во время быстрого замораживания кристаллизация также начинается в межклеточном пространстве, но отвод теплоты совершается быстрее, чем диффузия влаги из клеток. И прежде чем начинается диффузия молекул воды через стенки клеток, происходит замерзание внутри клеток. Именно поэтому, из медленно замороженных животных тканей после их оттаивания, уходит много клеточной влаги. При быстром замораживании - потери капиллярной влаги минимальны.

Раньше считали, что преобладающая часть потерь сока связана с механическим разрушением клеток под давлением больших кристалликов льда, которые образуются при медленном замораживании мяса. На самом деле, большая часть потерь сока происходит не из-за механического разрушения клеток, а из-за диффузии клеточной влаги в межклеточное пространство при медленном замораживании клеток.

При быстром замораживании наиболее существенно, чтобы температура продукта как можно быстрее проходила через область, так называемого, максимального кристаллообразования (-l-ч-5°С), когда вымерзает основная часть имеющейся воды.

Средняя скорость при быстром замораживании составляет 5-20 см/ч, при умеренно быстром замораживании -1-5, при медленном замораживании - 0, 1-0, 2 см/ч.

Изменение структуры тканей при замораживании. Под мясом, в промышленном значении, понимают мышечную, соединительную, жировую и костную ткани с прилегающими к ним кровеносными сосудами, лимфатическими узлами, нервной тканью и другими образованиями.

Мышечная ткань обладает наибольшей пищевой ценностью. Влияние скорости замораживания на мышечную ткань проявляется не только в изменении гистологии ткани. От нее зависит также протекание процесса при оттаивании замороженного мяса.

При этом наиболее важной задачей является уменьшение вытекания сока, который содержит белки, пептиды, аминокислоты, молочную кислоту, витамины и минеральные вещества. Количество вытекающего сока зависит, в первую очередь, от того, как медленно или быстро проводится замораживание. При медленном замораживании количество вытекшего сока больше, так как вследствие дегидратации клеток возрастает ионная концентрация, и белки повреждаются. Способность к набуханию и удерживанию воды в денатурированных белках понижена, поэтому после оттаивания мышечные волокна не могут адсорбировать освободившуюся жидкость.

Количество вытекающего сока зависит не только от скорости замораживания. Так, различные мышцы теряют разное количество сока, а в пределах мышц одной группы потери сока тем меньше, чем больше рН. Кроме того, длительное холодильное хранение мяса перед замораживанием препятствует вытеканию из него сока. При этом в процессе созревания мяса высвобождаются новые ионы кальция и натрия, которые адсорбируются миофибриллярными белками. Количество вытекающего сока сильно зависит от того, наступило ли окоченение мышц перед замораживанием.

От скорости замораживания зависит также водоудерживающая способность мяса после оттаивания: при медленном замораживании эта способность намного меньше.

При холодильном хранении могут произойти изменения структуры ткани. При испарении концентрация раствора в поверхностном слое может увеличиться до такой степени, что произойдут необратимые процессы денатурации белков, усадки клеток, образования корочки на поверхности. Вследствие выделения воды наблюдаются агрегация и дезагрегация белковых частиц, что приводит к снижению водосвязывающей способности белковых веществ и изменению консистенции и вязкости.

Изменения, вызываемые перераспределением воды при замораживании, носят, преимущественно физический характер, и их интенсивность зависит, в решающей степени, от скорости охлаждения. Если скорость низкая, то в продуктах растительного и животного происхождения сначала кристаллизуется внутриклеточный тканевый сок, концентрация которого относительно невысока. Кристаллы льда группируются вокруг клеток, где находится клеточный сок высокой концентрации, имеющий низкую точку замерзания.

Повышенное давление пара в переохлажденной, но еще незастывшей жидкости внутри клетки вызывает диффузию водяного пара через стенки клеток. При небольшой скорости замораживания количество диффундирующей воды оказывается достаточным для образования льда внутри клетки. Этот процесс заканчивается тогда, когда после достижения криогидратной точки клеточный сок полностью затвердевает и через некоторое время, после прекращения замораживания, парциальное давление водяного пара внутри клетки и в межклеточном пространстве уравнивается. Усадка клетки является следствием процесса замораживания. Она вызвана увеличением концентрации клеточного сока, что, в свою очередь, способствует химическим изменениям. Кроме того, в межклеточных пространствах образуются крупные кристаллы льда, которые деформируют и разрушают ткань. Чем выше скорость замораживания, тем меньше повреждения клеток и ткани.

Несмотря на некоторое повреждение структуры, замораживание - относительно щадящий способ сохранения качества мяса.

Однако, высокая скорость замораживания - не единственный фактор, обеспечивающий высокое качество продукта. Необходимо учитывать исходное качество продукта и условия его хранения в замороженном состоянии.

Рекристаллизация. Преимущества быстрого замораживания могут быть сведены до минимума в результате процессов рекристаллизации, т. е. роста числа больших кристаллов льда в результате диффузии водяного пара, происходящей из-за разницы давления пара над поверхностью кристаллов. Если в процессе хранения продуктов в замороженном состоянии температура постоянно колеблется, то различия в величине кристаллов у медленно- и быстрозамороженных продуктов полностью исчезают. Возникновение крупных кристаллов льда в результате рекристаллизации отрицательно воздействует на качество замороженного мяса, так как происходят деформация и разрыв клетки и увеличиваются потери мясного сока при размораживании.