Биохимические процессы в пищевых продуктах

    В неживых объектах (мясе, рыбе и др.) процессы синтеза прекращаются, и все реакции смещаются в сторону расщепления веществ.

    В результате автолиза происходят сложное превращение гликогена в молочную кислоту (гликолиз), а также различные преобразования белков мышечной ткани.

    Автолитические изменения в мясе подразделяют на две стадии: послеубойное окоченение и созревание.

   На первой стадии в мышечной ткани мяса, рыбы происходит накопление молочной кислоты, реакция среды смещается в кислую сторону, что приводит к изменению концентрации солей, уменьшению количества АТФ, а также вследствие этого к образованию нерастворимого белкового комплекса – актомиозина.

    На второй стадии вследствие биохимических процессов повышается рН и количество АТФ, происходит распад актомиозина на акти– и миозин, в связи с чем увеличивается растворимость миозина. Начинается протеолиз белков, в результате чего в мышечной ткани накапливаются пептиды и свободные аминокислоты. Повышается набухаемость белков. Созревание мяса сопровождается накоплением экстрактивных веществ, которые влияют на вкус и запах мяса. При распаде АТФ образуются адениловая и инозиновая кислоты, гипоксантин – соединения определяющие органолептические свойства мяса. При дезаминировании глутамина образуется глутаминовая кислота, участвующая в образовании вкуса мяса.

    В результате этих процессов увеличиваются нежность и сочность мяса, улучшаются его вкус и запах.

    При глубоком автолизе происходит распад белков, жиров, увеличивается отделение мясного сока, появляется неприятный кислый вкус.

    В рыбе автолитические изменения проходят очень быстро и приводят к ухудшению ее качества, а затем и к порче. Рыба пригодна в пищу лишь с начальными признаками автолиза.

Все биохимические процессы могут быть заторможены низкими температурами хранения.

2. Форма связи влаги в пищевых продуктах и их характеристика.   

     Понятие активности воды

     Вода в пищевых продуктах играет важную роль, так как обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.

     Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении устойчивости при хранении пищевого продукта важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

    Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

    Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами (белками, липидами и углеводами) химическими и физическими связями. Она существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств общей массы воды в той же системе, и не замерзает при –4 °С. Действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.

     Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при –5 °С, а полное замерзание наступает при –50 °С и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре –60 °С.

    Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов.

     Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента.

     Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою примыкает мультислойная вода, образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой – это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, поэтому ее свойства существенно отличаются от чистой воды.

     В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды.

    Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии, но в технологических процессах обработки она ведет себя, почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Таким образом, свойства этой воды как свободной несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах.

     Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса). Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.

    Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

    Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, которая сильнее связана, в меньшей степени способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

  2.1 Понятие активности воды

    Вода - важная составляющая пищевых продуктов. Она присутствует в разнообразных растительных и животных продуктах как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель, обусловливая их консистенцию и структуру и влияя на внешний вид, вкус и устойчивость продукта при хранении.

    Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в текстуру пищи.  

    Количество воды в пищевых продуктах влияет на их качество и сохраняемость. Скоропортящиеся продукты с повышенным содержанием влаги без консервирования длительное время не сохраняются.

    Вода, содержащаяся в продуктах, способствует ускорению в них химических, биохимических и других процессов. Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются. Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте.

    Многие виды пищевых продуктов содержат большое количество влаги, что отрицательно сказывается на их стабильности в процессе хранения.  

    Поскольку вода непосредственно участвует в гидролитических процессах, ее удаление или связывание за счет увеличения содержания соли или сахара тормозит многие реакции и ингибирует рост микроорганизмов, таким образом, удлиняя сроки хранения продуктов.

    Важно также отметить, что удаление влаги путем высушивания или замораживания существенно влияет на химический состав и природные свойства.

   Давно известно, что существует взаимосвязь (хотя и далеко не совершенная) между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей).

   Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

   Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, сильнее связанная, меньше способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

   Активность воды характеризует состояние воды в пищевых продуктах и её причастность к химическим и биологическим изменениям (таким, как гидролитические химические реакции и рост микроорганизмов). Это один из критериев, по которым можно судить об устойчивости пищевого продукта при хранении.

   Было установлено, что для сохранности пищевых продуктов имеет значение, в какой мере вода ассоциирована с неводным компонентом. Таким образом, термин «активность воды» введен, чтобы учесть соотношение свободной и связанной влаги в пищевом продукте.

   Активность воды (aw) определяется как количество воды в образце, доступной для роста микроорганизмов (бактерии, дрожжи и плесень).  

  Активность воды выражается в безразмерных единицах шкалы от 0 до 1, при этом чистая вода соответствует активности воды. Чем меньше массовая доля воды в продукте, тем ниже активность воды.

   К примеру, такие продукты, как сухофрукты, крекеры и макаронные изделия имеют низкие значения активности воды. Эти продукты имеют достаточно длительный срок хранения, поскольку содержат очень мало воды, доступной для роста микроорганизмов. А рост микроорганизмов, как известно, вызывает порчу продуктов и представляет угрозу здоровью потребителей.

    Несмотря на то, что существует зависимость между массовой долей воды и активностью воды в пищевых продуктах, эта зависимость не всегда может быть определена. Пищевые продукты могут содержать большое количество воды, но иметь низкое значение активности воды.

    Многие пищевые добавки в продукте могут «связывать» воду, делая её недоступной для развития микроорганизмов. Наиболее распространенные ингредиенты для «связывания» воды, это - сахар, соль (соль связывает в 6 раз больше воды, чем сахар), пектин и глицерин. Хорошим примером пищевого продукта, содержащего достаточное количество воды при низком значении активности воды, является желе.

    Сахар и пектин в джемах «связывают» воду, делая её недоступной для развития микроорганизмов. Мясные продукты, для которых контролируется активность воды с целью увеличения срока хранения, это - вяленое мясо, ветчина, колбаса, копчёная колбаса.

   Большинство мясных продуктов с низким значением активности воды имеют в составе соль для «связывания» воды. Также используется технология осушки для понижения массовой доли воды в продукте, что, в свою очередь, понижает активность воды.

    Известно, что между водой, химическими соединениями и биологической структурой пищевых продуктов происходят взаимодействия различного характера. А именно - вода является дисперсной средой для целого ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в продуктах питания.  

     В настоящие время изучены и определены пороговые значения Aw для большинства микроорганизмов, за пределами которых, замедляются или прекращаются процессы их роста. Так для большинства бактерий предельное значение Aw, обеспечивающие их нормальное развитие должно быть не ниже 0.90 - 0.99. Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже в пределах Aw = 0.85 - 0.65.

    По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов: продукты с высокой влажностью (Аw = 1.0 - 0.9);

продукты с промежуточной влажностью (Aw = 0.9- 0.6); продукты с низкой влажностью(Aw = 0.6 - 0.0).

    Стабильность пищевых продуктов и активность воды тесно связаны. В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена.

    В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль. При хранении пищевых продуктов активность воды оказывает влияние на жизнеспособность микроорганизмов. Поэтому активность воды в продукте имеет значение для предотвращения его микробиологической порчи. Дрожжи и плесени могут расти при более низких значениях активности воды.

    В основном порчу продуктов с промежуточной влажностью вызывают дрожжи и плесени, меньше - бактерии. Дрожжи вызывают порчу сиропов, кондитерских изделий, джемов, сушеных фруктов; плесени - мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов.

    Эффективным средством для предупреждения микробиологической порчи и целого ряда химических реакций, снижающих качество пищевых продуктов при хранении, является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для снижения активности воды используют такие технологические приемы, как сушка, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль и др.), замораживание. С целью достижения той или иной активности воды в продукте можно применять такие технологические приемы, как:

- адсорбция - продукт высушивают, а затем увлажняют до определенного уровня влажности;

сушка посредством осмоса - пищевые продукты погружают в растворы, активность воды в которых меньше активности воды пищевых продуктов.