Посмертные изменения происходящие в рыбе

Рыба, изъятая из воды, быстро умирает (засыпает) от удушья. В физиологии этот процесс называется асфиксией. Удушье происходит при недостаточном поступлении в организм рыбы кислорода. Причиной гибели ее от удушья является чрезмерное накопление в крови и мышцах молочной кислоты и других неокисленных продуктов обмена веществ, вызывающих паралич нервной системы. После смерти в теле рыбы происходят физико-химические изменения, приводящие со временем к ее порче.

Посмертные изменения, происходящие в рыбе, подразделяют на следующие основные стадии.

Гемолиз — разрушение форменных элементов крови (эритроцитов и лейкоцитов) с освобождением гемоглобина. У рыб прежде всего автолитическому распаду подвергаются ткани крови. На стадии гемолиза ткани головы и мышц становятся красными.

Отделение слизи на поверхности рыбы из расположенных в коже слизистых желез является своеобразной реакцией отмирающего организма на неблагоприятные условия среды. Оно бывает очень обильным, составляя при этом 2-3 % массы, а иногда и более. В первое время слизь задерживает развитие микроорганизмов, так как в ней содержатся бактерицидные вещества. Но вскоре слизь теряет защитные функции и становится благоприятной средой для развития микроорганизмов. Основная составная часть слизи — глюкопротеид муцин, который является хорошим субстратом для бактерий, вследствие чего слизь быстро загнивает и приобретает неприятный гнилостный запах.

Выделение слизи не является признаком недоброкачественности рыбы, но, аккумулируя бактерии на поверхности рыбы, слизь способствует дальнейшему проникновению их в глубину мышц.

Окоченение у рыб начинается сразу в отличие от теплокровных животных (спустя 3-4 ч). Быстрое посмертное окоченение связывают с тем, что в мышцах живой и уснувшей рыбы отмечается высокое содержание аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая удерживает актин и миозин в диссоциированном состоянии. При работе живого организма так же, как и после его смерти, происходит распад находящейся в мышцах АТФ на АДФ (аденозиндифосфорную кислоту) и фосфорную кислоту под влиянием АТФ-азной активности миозина. Однако в живом организме полного распада АТФ не происходит, образующаяся АДФ снова восстанавливается до АТФ.

В мертвом организме в отличие от живого процесс идет преимущественно в направлении автолитического распада высокоэнергетических веществ и по мере расходования креатинфосфата, гликогена и АТФ происходит ассоциация актина и миозина с образованием нерастворимого комплекса (актомиозина), придающего мышце жесткость (окоченение).

Сохранение качества свежей рыбы зависит от длительности посмертного окоченения и времени его наступления. Наиболее резким изменениям в стадии посмертного окоченения подвергается АТФ. Распад этого вещества является фундаментальным процессом, обусловливающим развитие посмертного окоченения. Распад АТФ, а также других энергетических веществ (гликогена, креатинфосфата и др.) сопровождается изменением рН, растворимости и активности актомиозина, его АТФ-азной активности и водоудерживающей способности мышечной ткани.

Основные процессы, связанные с выделением энергии и вызывающие посмертное окоченение, следующие:

- гликолиз — процесс, начинающийся еще в живой рыбе и протекающий после ее смерти с определенной скоростью, в результате которого в тканях накапливается молочная кислота и понижается величина рН; уменьшение содержания креатинфосфата;

- распад АТФ (одновременно с распадом гликогена) до тех пор, пока содержание АТФ не достигнет 20-25 % первоначальной величины в зависимости от вида животных и мышц.

Эти процессы взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Процесс разрешения посмертного окоченения выражается в размягчении мышечной ткани, что, видимо, не является аналогичным расслаблению в живой мышце. Отсутствуют убедительные доказательства того, что актомиозин в этот период диссоциирует на актин и миозин.

В настоящее время имеется обоснованная теория сокращения мышц, но причина расслабления мяса после посмертного окоченения остается неясной. В процессе посмертных изменений происходит изменение рН. При этом изменяется степень гидратации белков. Вместе с тем наблюдается и повреждение лизосомальных мембран, что приводит к освобождению гидролитических ферментов — катепсинов. Эти ферменты действуют на белки, имея благоприятную для их активности величину рН.

В процессе посмертного окоченения в значительной степени изменяется микроструктура мышц. При микроскопировании установлено, что до наступления окоченения у свежей рыбы мышечные волокна плотно прижаты одно к другому и элементы соединительной ткани тесно зажаты между ними. У окоченевших мышц наблюдается сильное набухание групп миофибрилл и исчезновение поперечной полосатости. По окончании окоченения поперечная полосатость восстанавливается, но диаметр мышечных волокон уменьшается и между ними образуются просветы, заполненные лиофильной жидкостью, вышедшей из клеток через сарколемму.

Скорость наступления и продолжительность посмертного окоченения рыбы зависят от вида, физиологического состояния, способа умерщвления, температурных и других условий хранения рыбы. Например, у подвижных рыб, совершающих быстрые и энергичные движения (сельдь, скумбрия, судак), окоченение наступает раньше и заканчивается быстрее, чем у малоподвижных рыб (сом, сазан). У здоровой, упитанной рыбы окоченение более выражено, чем у истощенной и больной. У рыб, быстро вынутых из воды и немедленно убитых, окоченение наступает не так скоро, как у погибших от удушья, и длится дольше. У мелкой рыбы окоченение наступает и завершается быстрее, чем у крупной.

Большое значение имеет температура, при которой происходит процесс окоченения. Например, при 30 ⁰С этот процесс длится 70 мин, при 3 °С — 72-96 ч.

В состоянии посмертного окоченения рыба является доброкачественной, и чем позднее наступает окоченение и чем дольше оно продолжается, тем больше срок хранения рыбы.

Автолизом обычно называют процесс распада белков и липидов рыб под воздействием находящихся в ее тканях и органах протеолитических и липолитических ферментов. Более правильным было бы назвать автолизом всю совокупность процессов посмертного ферментативного распада веществ, входящих в состав рыбы, начиная с распада гликогена.

В отличие от теплокровных животных гликоген мяса рыб длительное время (96 ч) не подвергается разложению. рН среды рыбы понижается незначительно и при хранении достигает всего лишь 6,4-6,5, т.е. образуется среда, явно благоприятная для действия гнилостных бактерий.

Таким образом, слабая кислотность мышечной ткани рыб в отличие от теплокровных животных является следствием медленного и неполного разложения гликогена и способствует гнилостному разложению мяса рыбы. Поэтому вскоре после гликолиза начинаются процессы протеолиза, липолиза и бактериального разложения мяса.

В живой рыбе процессы дыхания и питания мускулатуры осуще­ствляются в области септ и перемизиума, где по капиллярам идет подача обогащенной кислородом крови и диффундирующей лимфы, питающей мышечные клетки. В обратном направлении выносятся продукты дыхания клетки. В результате в анаэробной фазе происходит распад мышечного гликогена (гликолиз) до молочной кислоты, а в аэробной — восстановление его в присутствии кислоро­да, причем 4/5 молочной кислоты восстанавливается до гликогена, а 1/5 молочной кислоты расходуется на образование углекислоты, уносимой кровеносной системой.

Вследствие прекращения доступа кислорода в клетки аэробная фаза энергетического обмена (ресинтез мышечного гликогена) затухает и начинает преобладать анаэробная (распад гликогена). Распад гликогена идет в двух направлениях — путем фосфоролиза и амилолиза по сокращенной схеме.

Рис. 45 Распад гликогена в мышечной ткани рыбы в посмертный период

В первые часы автолиза интенсивный распад гликогена происходит преимущественно путем фосфоролиза, который у теплокровных животных резко замедляется примерно через 24 ч при температуре около 0°С, а затем приостанавливается. Затухает фосфоролиз в результате почти полного исчезновения АТФ и накопления молочной кислоты, подавляющей фосфоролиз.

Амилолитический распад гликогена усиливается с уменьшением рН и с заметной скоростью продолжается в течение примерно 6 сут. и более. В целом около 90 % гликогена распадается путем фосфоролиза.

Непосредственным результатом распада гликогена и накопления молочной кислоты в мышечной ткани является сдвиг реакции среды в кислую сторону. Другие факторы, в частности накопление ортофосфорной кислоты в результате распада АТФ, имеют меньшее значение.

Кроме гликогена, в мышцах рыбы находятся в небольших количествах другие углеводы, являющиеся промежуточными продуктами углеводного метаболизма, а именно: глюкоза, глюкозо- и фруктозо-фосфорная, глицериновая и пировиноградная кислоты. В малых количествах в мышцах рыбы обнаружены и моносахариды (пентозы, в частности Д-рибоза), являющиеся продуктами распада нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

При автолизе белки сначала претерпевают некоторые структурные изменения, выражающиеся в дезорганизации их крупных частиц на макромолекулы, в результате изменяется величина заряда белков и увеличивается их гидратация. В дальнейшем происходит постепенное расщепление молекул белков до полипептидов, расщепляющихся в конечном итоге на отдельные аминокислоты (белки — альбумозы и пептоны — полипептиды — аминокислоты).

Протеолиз характеризуется развитием биохимических процессов, вызванных тканевыми ферментами, среди которых основная роль принадлежит катепсинам. Активны также пептидазы мышечных тканей рыб.

Протеолиз мышечных белков начинает развиваться вслед за посмертным окоченением мышц, когда снижение рН тканей создает благоприятные условия для деятельности протеолитических ферментов. В рыбе протеолиз начинается в первую очередь в таких частях тела, где имеется повышенное содержание ферментов ткани (в местах скопления крови, желудочного и панкреатического соков). В результате протеолиза повышается проницаемость тканей.

Образующиеся при протеолизе продукты расщепления белков и липидов не являются конечными продуктами распада, поэтому протеолиз не может рассматриваться как явление порчи. Однако протеолиз вызывает некоторые структурные изменения тканей рыбы, выражающиеся в изменении консистенции рыбы — значительном размягчении тканей, расслоении по миосептам и отделении мяса от костей. Поскольку во время протеолиза значение рН тканей не достигает оптимума, при котором активно действует пепсин (1,5-2,0), катепсин (4,0-4,3) или трипсин (8,2-8,7), протеолиз развивает­ся медленно, а процесс химических превращений существенно отличается от прижизненного белкового обмена.

Признаком развивающегося протеолиза является накопление в тканях небелковых азотистых веществ, представленных в основном свободными аминокислотами и азотистыми основаниями. Содержание свободных аминокислот в мышцах в результате протеолиза увеличивается в 3-7 раз по сравнению со стадией посмертного окоченения. Во время протеолиза качественный состав свободных аминокислот значительно изменяется. Протеолиз приводит к наиболее существенному увеличению количества серосодержащих и циклических аминокислот. Накопление свободных аминокислот зависит от активности пептидаз, причем одновременно с этим развиваются процессы ферментативного дезаминирования, в результате в тканях накапливаются летучие азотистые основания (аммиак, метиламины, холин и др.), что является характерным признаком изменений тканей в процессе протеолиза.

Если гидролиз высокомолекулярных белков несколько ослабляет влагоудерживающую способность мышечной ткани, то диссоциация актомиозинового комплекса усиливает степень гидратации белков. Это приводит к изменению упругопластических свойств мышц, которые становятся дряблыми и водянистыми.

Образующиеся при протеолизе новые химические соединения вызывают изменения вкуса и аромата мяса рыбы, причем характер этих изменений зависит от качественного состава и количественного содержания этих соединений. Например, кислый привкус в мясе рыбы создают продукты гидролиза гликогена (молочная кислота), а также нуклеотиды (АТФ, АДФ, АМФ) и продукты их распада. Летучие азотистые основания, а также летучие жирные кислоты (валериановая, масляная) придают мясу специфические, а при больших количе­ствах неприятные вкус и запах.

В образовании специфического вкуса участвует также имидазол. Кроме того, он играет определенную роль в образовании гистамина в мышцах рыбы. Соединения имидазола присутствуют в больших количествах в рыбах, имеющих красное мясо. Концентрация имидазола увеличивается после смерти организма в результате протеолитического процесса.

Главным источником острого (едкого) вкуса рыбы является гистамин, образующийся под действием мышечной гистидиндикарбоксилазы. Образование гистамина в тканях таких видов рыб, как макрель и тунец, вначале происходит в результате автолиза, а затем за счет бактериального действия.

Специфический вкус различных рыб в некоторой степени зависит от содержания свободных аминокислот. С другой стороны, более высокое содержание аминокислот в мясе рыбы неизбежно приводит к более быстрой порче рыбы под действием бактерий.

Ферментативные системы, обеспечивающие в живом организме процессы обмена липидов, в уснувшей рыбе являются причиной развития процессов ферментативного гидролиза глицеридов (липаза) и фосфолипидов (лецитиназа). Оба фермента присутствуют как в тканях пищеварительных органов, так и в мышечной ткани. Проявление активности лецитиназы приводит к гидролизу лецитина с образованием свободных жирных кислот, холина и фосфорной кислоты. Так, содержание холина в процессе автолиза в светлых мышцах скумбрии увеличивается с 23 до 25-30 мг на 100г.

В тканях печени наблюдается наиболее активный ферментативный гидролиз липидов. В результате этого гидролиза в тканях накапливаются свободные жирные кислоты, состав которых определяется биохимическими особенностями состава жирных кислот липидов. Наличие в глицеридах низкомолекулярных жирных кислот (масляной, валериановой, изовалериановой) приводит к образованию в рыбе специфических запаха и привкуса. Накопление ненасыщенных жирных кислот усиливает способность липидов к окислению.

В результате посмертных изменений при хранении свежей рыбы жирнокислотный состав ее липидов претерпевает существенные изменения. Распадаются высоконенасыщенные жирные кислоты (С20-С22) и образуются насыщенные (C₁₄-C₁₆) и мононенасыщенные (C₁₆, C₁₈, C₂₀) при преобладающем образовании олеиновой кислоты (C_18:l). При этом в результате посмертных изменений содержание полиненасыщенных жирных кислот липидов снижается с 21,02 до 17,5 %, а сумма мононенасыщенных кислот увеличивается с 50,6 до 52,8 %.

Бактериальное разложение ткани происходит под воздействием ферментов микроорганизмов, вызывающих глубокий распад белковых веществ с образованием ряда дурнопахнущих и обладающих токсическими свойствами соединений. Жизненные процессы микроорганизмов (питание, дыхание, размножение) осуществляются с участием ферментов.

Микробная клетка содержит большое количество разнообразных ферментов, локализованных в ее структурных элементах (рибосомах, лизосомах, цитоплазменной мембране и др.); действие их происходит строго согласованно. Ферменты, всегда присутствующие в клетке, называются конститутивными, а вырабатываемые ею только при изменившихся условиях внешней среды — адаптивными. Экзоферменты свободно выделяются в окружающую среду при жизни. Это ферменты, катализирующие реакции расщепления питательных веществ вне клетки. Эндоферменты прочно связаны с клеточными структурами и действуют внутри клетки.

Большинство ферментов микроорганизмов аналогичны ферментам растений и животных, но в то же время есть ферменты, свойственные только микроорганизмам, например гидрогеназа.

При посмертных изменениях, происходящих в тканях рыбы под влиянием ферментов тканей и микроорганизмов, трудно разграничить роль тех и других.

Непосредственно после смерти рыбы и в период посмертного око-ченения значительного роста микроорганизмов не наблюдается. В более поздний период, когда при органолептической оценке отмечается снижение качества, характерного для свежей рыбы, наблюдается постепенное увеличение численности микроорганизмов. Наступающая после этого лог-фаза соответствует периоду, в котором накапливается значительное количество продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, свидетельствующее о начале бактериальной порчи рыбы.

Микроорганизмы могут разлагать белки, но более благоприятным субстратом для них являются образующиеся при автолизе продукты расщепления белков — аминокислоты, а также входящие в состав мышц небелковые азотистые вещества (триметиламиноксид, гистидин, мочевина и др.). Мясо морских рыб, содержащее большее количество небелковых азотистых веществ, чем мясо пресноводных рыб, разлагается микроорганизмами быстрее. Особенно быстро портится мясо морских рыб с повышенным содержанием мочевины.

Скорость развития гнилостных процессов и характер протекающих при этом изменений зависят от вида микрофлоры, количества микроорганизмов, условий среды их обитания и особенно температуры. Оптимальным для развития микроорганизмов (гнилостных) является интервал температуры 25-40 ⁰С, оптимум рН зависит от вида микроорганизмов.

При бактериальном разложении белков, как и при автолизе, сначала происходит разложение их до аминокислот, а затем дезаминирование и декарбоксилирование аминокислот с образованием менее сложных веществ под влиянием специфических ферментов микроорганизмов.

Характер действия разных микроорганизмов на белки может несколько отличаться. Так, ферменты В. coli гидролизуют белки до пептидов; В. cereus — до аминокислот; В. proteus и В. mycoides разлагают белки до конечных продуктов. Под действием гнилостных микроорганизмов образуются новые вещества, придающие мясу неприятные вкус и запах, некоторые из них являются сильными ядами.

В результате гнилостного распада в тканях образуются и накапливаются амины, что связано в основном с жизнедеятельностью анаэробных бактерий, вызывающих декарбоксилирование аминокислот. Состав этих аминов зависит от состава аминокислот и свойств бактериальных ферментов.

При бактериальном декарбоксилировании лизина образуется диамин кадаверин, а при бактериальном гидролизе аргинина — мочевина и орнитин, декарбоксилирование которого ведет к образованию диамина путресцина. Кадаверин и путресцин ядовиты и обладают неприятным запахом. Под воздействием на циклические аминокислоты ферментов В. coli, В. pytrificus в конечном итоге образуются фенол и его производные (индол, скатол), пировиноградная кислота и аммиак.

В мясе доброкачественной рыбы содержание индола не превышает 0,003-0,006 мг на 100 г, а в мышцах явно испорченной рыбы этот показатель достигает 0,02-0,056 мг.

Многие штаммы различных видов микроорганизмов участвуют в образовании гистамина, осуществляя декарбоксилирование свободно­го гистидина. Активное образование последнего происходит в интер­вале температур 20-35 °С при рН 3,5-8,0 и стимулируется присутствием в тканях свободного метионина, цистеина и цистина.

Наибольшая скорость бактериального разложения наблюдается в органах и тканях с большим содержанием продуктов метаболизма и ферментов (печень, селезенка, почки).

Биохимические процессы, протекающие в начальной стадии автолиза, и в частности в период посмертного окоченения, оказывают существенное влияние на качество свежей рыбы и ее технологические свойства при последующей обработке.

Начальные стадии посмертных изменений не являются совершенно нежелательными и характеризуются образованием и накоплением веществ, оказывающих влияние на формирование оптимального вкуса мяса рыбы.