Коллаген: строение, биологическая роль и влияние температур на автолиз в мышечной ткани индейки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

мясо индейка коллаген автолиз

Знание о коллагене в настоящее время увеличиваются чрезвычайно быстро, что способствует более глубокому ознакомлению с химическим и структурным строением, свойствами, биологической ролью и техническими возможностями этого интересного и в то же время важного в количественном отношении природного сырья.

Коллаген (греч. - дающий клей) принадлежит к склеропротеинам и в нормальном состоянии обладает фибриллярным или волокнистым строением.

Биохимики, физики, биологи, медики и технологи проявляют повышенный интерес к исследованию коллагена. Коллаген относится к так называемым «благодарным» биологическим объектом исследования. Это связано с тем, что он относительно легко может быть выделен в чистом виде в форме нерастворимых волокон или в форме растворимых дискретных макромолекул и обладает значительной химической и термической стабильностью, а также высокоупорядоченной структурой. К нему могут быть применены методы исследования растворимых биологических макромолекул. Коллаген из-за своей четкой поперечной полосатости принадлежит к удивительнейшему биологическому объекту, отдельные молекулы которого можно видеть даже в электронном микроскопе. Представление о сущности мутаротации и закономерности перехода спираль - клубок в значительной мере установлены благодаря результатам исследования растворов коллагена.

Биологическое значение возрастает еще и потому, что он содержится как у позвоночных животных, так и у беспозвоночных, включая губки. По своему распространению и частично по большему, чем другие протеины, участию в образовании организмов коллаген занимает первое место среди других белков живого мира.

Целью моей курсовой работы является изучение строения, физико-химических свойств коллагена, и влияние на него высоких температур в мышечной ткани индейки.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить строение и состав мышечной ткани индейки.

2. Изучить классификацию белков, входящих в мышечную ткань индейки.

3. Изучить строение, физико-химические свойства коллагена в мышечной ткани индейки.

4. Выявить влияние высокой температуры на автолиз в мышечной ткани индейки.

5. Определить влияние температуры 100 ⁰С на содержание аминоазота в мясе индейки.

1.Литературный обзор

1.1 Строение мышечной ткани

Мясо индейки -- диетический продукт, отличающийся высокими вкусовыми качествами и хорошей усвояемостью.

Поперечно-полосатая мышца состоит из многочисленных удлиненных волокон, или мышечных клеток. Двигательные нервы входят в различных точках в мышечное волокно и передают ему электрический импульс, вызывающий сокращение. Мышечное волокно обычно рассматривают как многоядерную клетку гигантских размеров, покрытую эластичной оболочкой-сарколеммой (рис. 1). Диаметр функционально зрелого поперечно-полосатого мышечного волокна обычно составляет от 10 до 100 мкм, а длина волокна часто соответствует длине мышцы.

Рис.1. Структура волокна скелетной мышцы (по Гассельбаху).

I-А- диск, II-I- диск, III- Н- диск, 1-Z- линия, 2- Т- система, 3- саркоплазматическая сеть, 4- устье Т- системы, 5- гликоген, 6- митохондрия, 7- сакролемма.

В каждом мышечном волокне в полужидкой саркоплазме по длине волокна расположено, нередко в форме пучков, множество нитевидных образований-миофибрилл (толщина их обычно менее 1 мкм), обладающих, как и все волокно в целом, поперечной исчерченностью. Поперечная исчерченность волокна, зависящая от оптической неоднородности белковых веществ, локализованных во всех миофибриллах на одном уровне, легко выявляется при исследовании волокон скелетных мышц в поляризационном или фазово-контрастном микроскопе.

В саркоплазме мышечных волокон обнаруживается и ряд других структур: митохондрии, микросомы, рибосомы, трубочки и цистерны саркоплазматической сети, различные вакуоли, глыбки гликогена и включения липидов, играющие роль запасных энергетических материалов, и т.д. (см. рис. 1).

Повторяющим элементом поперечно-полосатой миофибриллы является сакромер-участок миофибриллы, границами которого служат узкие Z-линии. Каждая миофибрилла состоит из нескольких сот саркомеров. Средняя длина саркомера 2,5-3,0 мкм. В середине саркомера находится зона протяженностью 1,5-1,6 мкм, темная в фазово-контрастном микроскопе. В поляризованном свете она дает сильное двойное лучепреломление. Эту зону принято называть диском А (анизотропный диск). В центре диска А расположена линия М, которую можно наблюдать только в электронном микроскопе. Среднюю часть диска А занимает зона Н более слабого двойного лучепреломления. Наконец, существует изотропные диски, или диски I, с очень слабым двойным лучепреломлением. В фазово-контрастном микроскопе они кажутся более светлыми, чем диски А. Длина дисков I около 1 мкм. Каждый из них разделен на две равные половины Z-мембраной, или Z-линией.

Согласно современным представлениям, в дисках А расположены толстые нити, состоящие главным образом из белка миозина, и тонкие нити, состоящие, как правило, из второго компонента актомиозиновой системы-белка актина. Тонкие (актиновые) нити начинаются в пределах каждого саркометра у Z-линии, тянутся через диск I, проникают в диск А и прерываются в области зоны H (рис. 2).

Рис.2. Строение сакромера скелетной мышцы.

а- схематическое изображение структуры сакромера, б- расположение толстых и тонких нитей (поперечное сечение).

При исследовании тонких срезов мышц под электронным микроскопом было обнаружено, что белковые нити расположены строго упорядоченно. Толстые нити диаметром 12-16 нм и длиной примерно 1,5 мкм уложены в форме шестиугольника диаметром 40-50 нм и проходят через весь диск А. Между этими толстыми нитями расположены тонкие нити диаметром 8 нм, простираясь от Z-линии на расстояние около 1 мкм. Изучение мышцы в состоянии сокращения показало, что диски I в ней почти исчезают, а область перекрывания толстых и тонких нитей увеличивается (в скелетной мышце в состоянии сокращения саркомер укорачивается до 1,7-1,8 мкм).

Согласно модели, предложенной Э.Хаксли и Р.Нидергерке, а также Х.Хаксли и Дж.Хенсон, при сокращении миофибрилл одна система нитей проникает в другую, т.е. нити начинают как бы скользить друг по другу, что и является причиной мышечного сокращения.

1.2 Химический состав мяса

Индейка - это превосходный источник белка. Только от мяса индейки мы получаем настолько больше энергии, чем от любого другого мяса. Это значит съесть по объему меньше на 25%. Индейка - это отличный источник фосфора. Только в индейке фосфор присутствует в столь же значительном количестве, как в рыбе.

Витамина В₂ в индейке - до 0,22 мг% и почти вся группа витаминов В, витамин А; до 257 мг% калия, до 225 мг% фосфора, до 22 мг% магния, до 18 мг% кальция, до 5 мг% железа, присутствуют медь, марганец, кобальт. Мясо легкоусвояемое, т.к. полноценных белков больше, чем соединительно-тканных волокон.

Индейка - это уникальный источник витамина РР. Это уникальный витамин, недостаток которого наш организм ощущает постоянно из-за крайне малого его количества в продуктах питания. Единственно в мясе индейки витамин РР содержится в достаточных для организма количествах. А значимость этого витамина огромна. Его недостаток вызывает авитаминоз, эффекты «шагреневой» кожи, «апельсиновой» кожи, целлюлит, а также нарушение деятельности коры головного мозга, отсутствие «материала» для строительства извилин серого вещества, нервные и психические расстройства, общее снижение уровня интеллекта.

С возрастом следует несколько ограничить прием мяса индейки, т.к. пуриновых оснований в нем больше почти в два раза при сопоставлении с куриным. Жир индейки также представляет собой диетический продукт и может быть использован наравне со сливочным маслом независимо от возраста.

Таблица 1. Химический состав мяса индейки, мг на 100г.

Компонент мяса	Содержание
Белки	24,6
Жиры	22,0
Железо	2,24
Магний	22,0
Селен	2,5

Из таблицы видно, что на долю белков в мясе индейки приходится 24,6 мг%, а жиров и магния в мясе индейки на 11 % меньше. Содержания железо в мясе индейки меньше на 92%, чем белков, а селена - на 90%.

Мясо, главным образом, представлено мышечной тканью. Мышечная ткань характеризуется сложным химическим составом. В нее входит значительное количество лабильных веществ, содержание и свойства которых могут меняться в зависимости от многих факторов как при жизни птицы (предубойное содержание), так и сразу после убоя.

Мышечная ткань составляет около 50% массы тушки. Мышечная ткань у индейки достаточно плотная, мелковолокнистая, меньше прослоена соединительной тканью. Основная динамическая функция мышц - обеспечить подвижность путем сокращения и последующего расслабления. При сокращении мышц осуществляется работа, связанная с превращением химической энергии в механическую.

Различают три типа мышечной ткани: скелетную, сердечную и гладкую мышечную ткань.

Существует также деление на гладкие и поперечно-полосатые (исчерченные) мышцы языка и верхней трети пищевода, внешние мышцы глазного яблока и некоторые другие. Морфологически миокард относится к поперечно-полосатой мускулатуре, но ряду других признаков он занимает промежуточное положение между гладкими и поперечно-полосатыми мышцами.

1.2.1 Химический состав мышц

Химический состав поперечно-полосатых мышц индейки разнообразен. Рассмотрим таблицу 1, чтобы изучить состав химический состав мышцы.

Таблица 2. Химический состав поперечно-полосатых мышц индейки, мг на 100г.

Компонент мышцы	Содержание	Компонент мышцы	Содержание
Вода	72-80	Креатинин	0,003-0,005
Плотные вещества	20-28	АТФ	0,25-0,40
Белки	16,5-20,9	Карнозин	0,2-0,3
Гликоген	0,3-3,0	Карнитин	0,02-0,05
Фосфоглицериды	0,4-1,0	Ансерин	0.09-0,15
Холестерин	0,06-0,2	Свободные аминокислоты	0,1-0,7
Креатин + креатин-фосфат	0,2-0,55	Молочная кислота	0,01-0,02
зола	1,0-1,5

Из таблицы видно, что в составе поперечно - полосатых мышц индейки содержится 72 - 80 мг% воды, содержание плотных веществ на 68% меньше. Содержание белка в мышцах меньше на 76%, чем воды, а гликогена - на 98%, фосфоглицерида - на 99%, холестерина - на 99,8%, креатин + креатин-фосфата - на 99,5%, золы - на 98,4%, креатинина - на 99,99 % меньше. Содержания карнитина в поперечно - полосатых мышцах ниже на 99,95 %, чем воды.

1.3 Мышечные белки

А.Я. Данилевский впервые разделил экстрагируемые из мышц белки на 3 класса: растворимы в воде, экстрагируемые 8-12% раствором хлорида аммония и белки, извлекаемые разбавленными растворами кислот т щелочей. В настоящее время белки мышечной ткани делят на три основные группы: саркоплазматические, миофибриллярные и белки стромы. На долю первых приходится около 35%, вторых- 45% и третьих- 20% от всего количества мышечного белка. Эти группы белков резко отличаются друг от друга по растворимости в воде и солевых средах с различной ионной силой.

Белки, входящие в состав саркоплазмы, относятся к протеинам, растворимым в солевых средах с низкой ионной силой. Принятое ранее подразделение саркоплазматических белков на миоген, глобулин Х, миоальбумин и белки-пигменты в значительной мере утратило смысл, поскольку существование глобулина Х и миогена как индивидуальных белков в настоящее время отрицается. Установлено, что глобулин Х представляет собой смесь различных белковых веществ со свойствами глобулинов. Термин «миоген» также является собирательным понятием. В частности, в состав белков группы миогена входит ряд протеинов, наделенных ферментативной активностью: например, ферменты гликолиза. К числу саркоплазматических белков относятся также дыхательный пигмент миоглобин и разнообразные белки-ферменты, локализованные главным образом в митохондриях и катализирующие процессы тканевого дыхания, окислительного фосфорилирования, а также многие стороны азотистого и липидного обмена. Недавно была открыта группа саркоплазматических белков-парвальбумины, которые способны связывать ионы Са²⁺. Их физиологическая роль остается еще неясной.

К группе миофибриллярных белков относятся миозин, актин и актомиозин-белки, растворимые в солевых средах с высокой ионной силой, и так называемые регуляторные белки: тропомиозин, тропонин, и актинин, образующие в мышце с актомиозином единый комплекс. Перечисленные миофибриллярные белки тесно связанны с сократительной функцией мышцы.

Миозин составляет 50-55% от сухой массы миофибрилл. Представление о миозине как о главном белке миофибрилл сложилось в результате работ А.Я. Данилевского, О. Фюрта, Э. Вебера и ряда других исследователей.

Однако всеобщее внимание к миозину было привлечено лишь после опубликования работ В.А. Энгельгардта и М.Н. Любимовой (1939-1942). В этих работах впервые было показано, что миозин обладает АТФазной активностью, т.е. способностью катализировать расщепление АТФ на АДФ и Н₃РО₄. Химическая энергия АТФ, освобождающаяся в ходе данной ферментативной реакции, превращается в механическую энергию сокращающейся мышцы. Молекула миозина (рис.8) имеет сильно вытянутую форму, длину 150 им.

Она может быть расщеплена без разрыва ковалентных связей на субъединицы: две тяжелые полипептидные цепи с молекулярной массой 205000-210000 и несколько коротких легких цепей, молекулярная масса которых около 20000. Тяжелые цепи образуют длинную закрученную спираль («хвост» молекулы), конец каждой тяжелой цепи совместно с легкими цепями создает глобулу («головка» молекулы), способную соединяться с актином. Эти «головки» выдаются из основного стержня молекулы. Легкие цепи, находящиеся в «головке» миозиновой молекулы и принимающие участие в проявлении АТФазной активности миозина, гетерогенны по своему составу.

Рис.8. Строение молекулы миозина.

Актин, составляющий 20% от сухой массы миофибрилл, был открыт Ф. Штраубом в 1942 г. Известны две формы актина: глобулярный актин (G- актин) и фибриллярный актин (F- актин). Молекулы G- актина с молекулярной массой 42000 состоит из одной полипептидной цепочки (глобула), в образование которой принимают участие 374 аминокислотных остатков. При повышении ионной силы до физиологического уровня G-актин полимеризуется в F-актин (фибриллярная форма). На электронных микрофотографиях волокна F-актина выглядят как две нити бус, закрученных одна вокруг другой (рис.9).

Рис.9. Схематическое изображение F-актина

Как отмечалось, кроме рассмотренных основных белков, в миофибриллах содержатся также тропомиозин, тропонин и некоторые другие регулярные белки.

Тропомиозин был открыт К. Бейли в 1946 г. Молекула тропомиозина состоит из двух спиралей и имеет вид стержня длиной 40 нм; его молекулярная масса 65000. На долю тропомиозина приходится около 4-7% всех белков миофибрилл.

Тропонин - глобулярный белок, открытый С. Эбаси в 1963 г.; его молекулярная масса 80000. В скелетных мышцах индейки тропонин (Тн) составляет лишь около 2% от всех миофибриллярных белков. В его состав входят три субъединицы (Тн-I, Тн-С, Тн-Т). Тн-I (ингибирующий) может ингибировать АТФазную активность, Тн-C (кальцийсвязывающий) обладает значительным сродством к ионам кальция, Тн-Т (тропомиозинсвязывавающий) обеспечивает связь с тропомиозином. Тропонин, соединяясь с тропомиозином, образует комплекс, названный нативным тропомиозином. Этот комплекс прикрепляется к актиновым филаментам и придает актомиозину скелетных мышц позвоночных чувствительность к ионам Са²⁺ (рис.10).

Рис.10. Структура тонкого филамента.

1-актин, 2- тропомиозин, 3- тропонин С, 4- тропонин I, 5- тропонин Т.

Белки стромы в поперечно-полосатой мускулатуре представлены в основном коллагеном и эластином. Известно, что строма скелетных мышц, остающаяся после исчерпывающей экстракции мышечной кашицы солевыми растворами с высокой ионной силой, состоит в значительной мере из соединительнотканенных элементов стенок сосудов и нервов, а также сарколеммы и некоторых других структур.

1.3 Коллаген

Коллаген (от греч. kolla-клей и -genes - рождающий, рожденный) - фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани и обеспечивающий ее прочность. Коллаген также содержится в мышечной ткани. Коллаген или тропоколлаген - наиболее распространенный белок животного мира; у млекопитающих во взрослом организме на его долю приходится почти 30% от всей массы белков.

1.3.1 Строение коллагена

Молекула коллагена (молекулярная масса около 300 тыс., длина 300 нм, толщина 1,5 нм) имеет стержневидную структуру и состоит из трех так называемых цепей (молекулярная масса около 100 тыс.), формирующих правозакрученную тройную спираль таким образом, что один виток спирали цепи содержит три аминокислотных остатка. Три цепи в свою очередь объединяются в структуру, слегка закрученную в правую спираль. На рисунке 11 представлена структурная модель коллагена в виде трех отдельных полипептидных цепей. Эти три полипептидные цепи, свернутые в левовинтовую спираль, переплетаются в одну правовинтовую супер - или сверхспираль. Коллаген - один из немногих животных белков, содержащих остатки 3- и 4-гидроксипролина (НО--Pro), а также 5-гидроксилизина (НО--Lys); на них приходится около 21% от всех аминокислотных остатков.

Рис.

Таблица 3. Содержание аминокислот в коллагене, %.

Аминокислота	Содержание
Заменимые аминокислоты	72,6
Глицин	26
Аланин	9,5
Пролин	15,1
Тирозин	1,0
Серин	3,4
Цистеин + цистин	0
Аспарагиновая кислота	6,3
Глутаминовая кислота	11,3
Незаменимые аминокислоты	27,4
Фенилаланин	2,5
Валин	3,4
Триптофан	0
Лейцин	-
Треонин	2,3
Изолейцин	5,6
Метионин	0,8
Лизин	4,5
Аргинин	7,6
Гистидин	0,7
Сумма всех аминокислот	100

Из таблицы видно, что сумма всех аминокислот, входящих в состав коллагена, составляет 100%. Из этой суммы на долю заменимые аминокислоты приходится 72,6%, а незаменимых - 27,4%.

Также из таблицы видно, что содержание заменимых аминокислот больше на 45,2%, чем незаменимых аминокислот, входящих в состав коллагена.

Также видно, что из содержания заменимых аминокислот на долю глицина приходится 26%. Содержание пролина меньше на 10,9%, чем глицина; содержание глутаминовой кислоты меньше на 14,7%, содержание аланина - на 16,5%,а содержание тирозина, серина и аспарагиновой кислоты имеет не значительное содержание по сравнению с содержанием глицина.

Из содержания незаменимых аминокислот на долю аргинина приходится 7,6%. Содержание изолейцина меньше на 2%, чем содержание аргинина; содержание лизина меньше на 3,1%; содержание валина - 4,2%; содержание фенилаланина, треонина, метионина и гистидина мало по сравнению с аргинином.

Из таблицы можно сделать вывод, что коллаген характеризуется большим количеством глицина, пролина, а также глутаминовой кислоты.

Уникальная особенность коллагена - многократно повторяющаяся последовательность в цепях триплетов аминокислот глицин--X--Y (X, Y-остаток любой аминокислоты, кроме глицина), создающая конформационную основу для спирализации цепей. Триплетная последовательность составляет около 90% всей цепи и расположена в ее центральной части; концевые участки представлены неспирализованными (не содержащими остаток глицина через каждые 2 аминокислоты) последовательностями (так называемые телопептиды). Описано 5 основных и около 10 «минорных» типов коллагена, различающихся по первичной структуре цепей. Коллаген - гликопротеин и в зависимости от источника содержит на 1000 аминокислотных остатков от 2 до 80 углеводных остатков (в основном в виде моно- или дисахаридов), связанных О-гликозидной связью с НО-группой НО--Lys. Моносахариды представлены D-галактозой, которая связана с остатком аминокислоты гликозидной связью. В дисахаридах D-глюкоза связана 1-2 - связью с D-галактозой. Стабилизация молекулы коллагена осуществляется благодаря электростатическим и гидрофобным взаимодействиям, а также водородными и ковалентными поперечными связями между цепями. Водородные связи образованы карбонильной группой и группами NH пептидной связи или НО - группой НО--Pro; возможны также связи с участием Н₂О. Ковалентные связи между цепями (сшивки) образуются в результате альдольной конденсации остатков 2-амино-6-оксогексановой или 2-амино-5-гидрокси-6-оксогексановой кислот, которые образуются соответственно из остатков лизина или 5-гидр-оксилизина. Сшивки цепей соседних молекул коллагена осуществляются в результате образования альдиминов путем взаимодействия остатков 6-оксогексановых кислот с группой NH₂ лизина или 5-гидроксилизина. В коллагене обнаружены поперечные сшивки, связывающие 3 или 4 цепи соседних молекул. Нативный коллаген плохо растворим в воде при рН около 7. При умеренном нагревании в водных растворах коллаген денатурирует с разрывом нековалентных связей - цепи расплетаются, «плавятся» с образованием желатина. При ренатурации цепи могут образовывать димеры (частицы) или тримеры (g-частицы), которые могут образовывать спираль. Внутриклеточным предшественником коллагена в организме является проколлаген (синтезируется в основном в фибробластах), молекулы которого состоят из трех про -цепей с молекулярной массой 140 -180тыс. Эти цепи содержат на N- и С-концевых участках глобулярные (неспирализованные) последовательности (так называемые пропептиды), отщепляющиеся при внеклеточном «созревании» коллагена. В С-концевых пропептидах локализованы межцепьевые связи S--S, стабилизирующие молекулы проколлагена.

Рис.11. Различные уровни структурной организации коллагена.

третичная структура, 2- молекула тропоколлагена, 3- коллагеновое волокно.

Химические признаки коллагена: специфически высокое содержание оксипролина и оксилизина; высокое содержание глицина, пролина, очень малое количество ароматических аминокислот; в нативном состоянии переваривается коллагеназой и не переваривается другими протеазами; обладает специфическими гистологическими свойствами.

Физико - химические признаки: растворяется в горячей воде после обработки кислотами или щелочами в виде желатина или клея, которые осаждаются дубителями; не растворяется в холодной воде.

Физические свойства: специфическая электронномикроскопическая картина поперечной исчерченности; двойное лучепреломление волокон; специфическая рентгенограмма под большими и малыми углами.

1.3.2 Функции коллагена

Коллагена способен образовывать упорядоченные надмолекулярные агрегаты фибриллы (волокна), которые выполняют главные опорно-механические функции. Фибриллы состоят из повторяющихся тропоколлагеновых структур, уложенных вдоль волокна в виде параллельных пучков по типу «голова к хвосту». В параллельных рядах молекулы тропоколлагена сдвинуты относительно друг друга ступенчатым образом на одно и то же расстояние (64 нм). Этим объясняются характерные для фибрилл поперечные сшивки, которые повторяются с таким же периодом. Являясь одним из основных компонентов межклеточного матрикса (вещество, заполняющее пространство между клетками) и образуя комплексы с его компонентами (протеогликанами и др.). Коллаген участвует в межклеточном взаимодействии, оказывает влияние на подвижность клеток, морфогенез (формообразование) органов и тканей в процессе развития и роста организма. По мере старения организма поперечных сшивок в волокнах становится все больше, что приводит к увеличению хрупкости хрящей и сухожилий, делает более ломкими кости, понижает прозрачность хрусталика глаз. Получаемый из коллагена желатин (он легко образует студни) используют в пищевой промышленности, при изготовлении фотографических материалов, как среду для культивирования микроорганизмов в микробиологии.

1.4 Биохимический механизм автолиза

Автолизом - процесс изменения мышечной ткани под действием ферментов, который заключается в превращении сложных органических веществ в более простые: белка - в аминокислоты, жира - в жирные кислоты. Все эти вещества являются пищевыми, и ферментативные процессы не отражаются на пищевых достоинствах индейки. При некоторых технологических процессах ограниченный ферментативный процесс необходим. Скорость процесса автолиза зависит от температуры, и для увеличения сроков хранения сырья рекомендуется пересыпать его льдом.

Ферментативные процессы развиваются в первую очередь в брюшной полости, что приводит к разрушению мышечной ткани брюшка. Разрушение брюшной ткани ухудшает внешний вид индейки, вызывает ускорение микробиологических процессов, затрудняет выполнение некоторых технологических операций. Интенсивное развитие автолитического процесса следует считать нежелательным. При оценке качества сырья оно оценивается II сортом.

Автолиз -- самопереваривание мяса происходит в тех случаях, когда оно находится в температурных условиях. Мясо парное (туши, куски и особенно жирная свинина), сложенное навалом в непроветриваемом помещении, долго сохраняет свое первоначальное (животное) тепло (температуру в толще мышц 28--30° и рН 7,2--7,8), благодаря чему протеолитические эндоферменты (эндопротеаза и эндопептаза) не прекращают своего действия. Окислительно-восстановительные процессы в клетках отсутствуют, распад белков протекает глубоко и односторонне, продукты распада накопляются в большом количестве. «Создается обстановка (среда), при которой становится невозможным действие ферментов -- оксидоредуктаз» (Палладин).

1.4.1 Автолитический распад гликогена

Превращение гликогена в автолизирующей ткани являются первоначальным и своего рода запускающим приспособлением других биохимических превращений, а также основным фоном, на котором протекают все автолитические превращения различных субстратов.

В результате интенсивного накопления кислых продуктов в начальных стадиях автолиза происходит насыщение буферных систем мышечной ткани. Значительное накопление фосфорной, молочной, пировиноградной кислот является причиной почти полного разрушения бикарбонатного буфера и выделения углекислоты уже в первые часы после убоя животного. Наиболее важным является буферное действие белков. Однако интенсивное накопление кислот приводит к сдвигу рН в кислую зону сначала до 6,2-6,0, а затем до 5,8 и 5,6.

1.4.2 Механизм автолиза белков

Характерное изменение свободной кислотности мышечной ткани в значительной ткани в значительной мере обусловлено особенностями изменений белков. Так, в период мышечного окончания уменьшение буферной способности белков является следствием уплотнения их структур и результатом интенсивных агрегационных взаимодействий. При разрешении окоченения и протеолитической деструкции проявляется более высокое связывание белками водородных ионов и убыль их в среде (повышение рН). Этому же способствует (повышает буферную способность) накопление веществ небелковой природы (продуктов автолиза).

При нагревании в мясе происходят специфические физико-химические превращения его компонентов и изменения их биологических свойств.

Наиболее характерным и основным изменением белков при нагревании является денатурация-изменение природных свойств белков. Она представляет собой комплекс явлений и может возникать в результате воздействия физических, химических и биологических факторов. В основе денатурации белков лежит нарушение упорядоченного расположения полипептидных цепей во вторичной, третичной структуре молекулы в результате разрыва некоторых внутримолекулярных связей. Белки, подвергшиеся денатурации, а затем и агрегации обычно хуже растворяются, увеличивается их отрицательное оптическое вращение, теряется способность к кристаллизации, утрачиваются биологические свойства.

В результате разрыва внутримолекулярных связей (водородных, солевых) пептидные цепи частично развертываются, в результате чего функциональные группы (SH-группы, фенольная группа тирозина, гуанидиновая группа аргинина, аминогруппа лизина и др.) становятся более активными или более доступными для воздействия реактивов. Для тепловой денатурации белков особенно характерно увеличение реактивности SH-групп. По величине содержания SH- групп нередко судят о глубине денатурации белка. Вторичные процессы, происходящие после денатурации, по-видимому, связаны с хаотическим возникновением связей между полипептидными цепями как внутри молекулы, так и между молекулами различных белков, а также с изменением электростатического состояния белков. В результате вторичных процессов уменьшается гидрофильность белков, теряется их устойчивость и происходит агрегация, коагуляция и т.п.

Под действием протеолитических ферментов, вышедших из лизосом, происходит расщепления коллагена сначала на олигопептиды, которые затем расщепляются дипептидазами. Продуктом автолиза коллагена также является аминокислоты.

Катепсин I обладает специфичности пепсина, он более активно гидролизует пептидные связи, NH- группа которых принадлежит ароматическим аминокислотам - тирозину, фенилаланину. Катепсин I является эндоферментом, он расщепляет внутренние пептидые связи. Продуктом его действия является смесь пептидов.

Катепсин II обладает специфичностью трипсина и разрывает пептидные связи, в образовании которых учавствуют карбоксильные группы лизина и аргинина, т.е. основных аминокислот.

Катепсин III обладает специфичностью аминопептидазы, а катепсин IV - специфичностью карбоксипептидазы. Они являются экзоферментами и расщепляют концевые пептидные связи.

Конечными продуктами автолиза коллагена являются пептоны, высокомолекулярные и низкомолекулярные пептиды, а также аминокислоты: оксипролин, оксилизин.

В мясоперерабатывающей практике автолиз мяса называется «загаром мяса». Процесс этот сопровождается выделением зловонных веществ (скатола, индола), которые придают мясу неприятный, зловоннокислый запах и зеленовато-желтоватый цвет (при выраженном лизисе клеток). Аммиак и сероводород не всегда выделяются. Вначале при автолизе мяса, полученного от здоровых животных, микробы отсутствуют, это чисто ферментативный процесс. Только по мере распада -- лизиса ткани в ней появляются гнилостные микроорганизмы, проникшие из внешней среды. При влияние температур на «загоревшее мяса» и орошении его 0,8-процентным раствором молочной кислоты достигается некоторое прекращение процесса протеолитического автолиза. Иногда (в зависимости от глубины процесса) возможно удаление неприятно пахнущих веществ и исправление мяса, но чаще оно остается с неприятным запахом. Палладии отмечает, что при патологическом состоянии (отравление фосфором, тяжелые инфекции) распад белков в живом организме (в печени и других органах) может иногда достигнуть почти такой же степени, как и при автолизе.

Мясо, подвергающееся автолизу (не обсемененное протеолитическими и другими микробами), может обладать токсичностью только в случае глубокого распада, сопровождающегося выделением путресцина, кадаверина, индола и других сильно пахнущих веществ.

Особенно быстро развиваются процессы протеолитического автолиза в мясе истощенных сельскохозяйственных животных и больных острыми инфекционными болезнями (чума и рожа свиней); при этом создаются оптимальные условия для действия протеолитических ферментов, а также для размножения микробов. Однако употребление в пищу мяса истощенных и больных животных (рожистых, чумных свиней и больных гнойным травматическим перикардитом) при своевременной реализации после его обезвреживания проваркой не вызывает никаких отравлений у людей.

1.4.3 Влияние температуры на автолиз белка

Белки индейки, денатурированные в результате теплового воздействия, легче подвергаются ферментативному гидролизу, так как в результате разрыва слабых внутримолекулярных связей создаются более благоприятные условия для взаимодействия протеолитических ферментов с определенными пептидными группировками белковой молекулы, что особенно важно для коллагена.

С повышением температуры нагревания мяса от 20 до 100 ⁰С увеличивается количество остаточного азота, связано с образованием низкомолекулярных продуктов, отщепляющихся от молекул некоторых денатурированных белков.

Ниже представлена таблица изменения содержание аминоазота с увеличением температуры.

Таблица 4. Влияние высоких температур на содержание формольно титруемого аминоазота в мясе индейки, мг на 100г.

Температура, 0С	Содержание
До нагревания	34,7
100	35,3
108	35,6
113	36,6
120	37,7
130	50,4
150	117,0

Из таблицы видно, что с увеличением температуры количество аминного азота увеличивается. Если до нагревания количество азота было 34,7, то при 100 ⁰С содержание азота увеличилось в 1,02 раза; при 130 ⁰С - в 1,45 раза, а при 150 ⁰С - в 3,37 раза.

Таким образом, с повышением температуры нагревания содержание аминоазота увеличивается в мясе индейки.

Коллаген почти не усваивается организмом, но под влиянием тепловой обработки он переходит в глютин, а последний усваивается лучше.

В процессе тепловой обработки мясо размягчается именно потому, что коллаген переходит в глютин. Глютин начинает образовываться при подогревании жидкости, в которой варится мясо, до 60°. При повышении температуры до 100° и выше превращение коллагена в глютин значительно ускоряется, чем и объясняется сокращение времени при варке мяса в автоклавах.

Устойчивость коллагена к тепловому воздействию изменяется в зависимости от анатомического строения соединительной ткани, вида и возраста животного.

Мясо старых животных или мышцы, много работающие, содержат наиболее устойчивый коллаген. Наименее устойчивый коллаген - в мягкой мышечной ткани и в мясе молодого животного.

2. Экспериментальная часть

2.1 Исследуемый материал

1. Мясо индейки

В 100г содержится:

Белков - 18,8 гр.

Жиров - 13,9 гр.

Энергетическая ценность: 200,3 ккал.

Дата изготовление: 19.11.2008г.

Производитель: Мясокомбинат «Гвардейский», г. Гвардейск.

2. Мясо индейки, обработанное паром при температуре 100 ⁰С в течение в 1 часа.

2.2 Определение аминоазота формольным титрованием

1. Мышечную ткань измельчить в гомогенизаторе, взвесить 10г, с записью до второго знака, в колбе на 100мл. Залить водой на 2/3колбы дистиллированной водой и дать отстоятся в течение 20 мин.

2. Колбу поставить в кипящую водяную баню и нагревать в течение 15 мин. После колбу остудить, довести дистиллированной водой до метки, перемешать и отфильтровать через складчатый фильтр.

3. В колбу №1 на 150 мл налить 10 мл полученного фильтра (опыт), в колбу №2 налить такое же количество свежекипяченной охлажденной дистиллированной воды (контроль). В обе колбы добавить по 3 капли фенолфталеина; нейтрализуем контроль щелочью или кислотой до слабо-розового цвета, то же самое проделываем с опытом.

4. В обе колбы добавляем по 10 мл формольной смеси и титруем гидроксилом натрия контрольную колбу до ярко-розового цвета. Записываем значение гидроксила натрия, пошедшего на титрование. После титруем колбу №1 (опыт) то же до ярко-розового цвета и записываем значение гидроксила натрия, пошедшего на титрование. После проверяем, чтобы количества растворов в колбах были одинаковыми, если в колбе №1 больше, то в колбу №2 доливается дистиллированная вода.

5. В колбу с контролем добавляем еще 2 капли гидроксила натрия, чтобы раствор окрасился до интенсивно красного цвета. Записываем значение гидроксила натрия, пошедшего на титрование. То же самое проделываем с колбой №1 (опыт). Записываем значение гидроксила натрия, пошедшего на титрование. Значение амидного азота, содержимого в индейки, можно считать после того, как во всех колбах будет уравнены объемы растворов и их окраска.

Значение амидного азота, содержимого в индейки, рассчитывается по формуле:

ФТА= (1,4?X?V₁ ?100)/(K? m? V),

где X=(a + b)-(c + d), мл;

V₁- общий объем экстракта из мышечной ткани, мл;

m- масса навески мышечной ткани, мл;

V- объем фильтрата, взятого на определение, мл;

1,4- количество мг азота, соответствующее 1 мл 0,1 н NaOH.

Обсуждение:

Таблица 5. Количество NaOH, пошедшее на титрование формольно титруемого аминоазота, мл.

	Колба №1(опыт) (сырое мясо)	Колба №2 (контроль)	Колба №3 (опыт) (при t=100 0С)	Колба №4 (контроль) (при t=100 0C)
Титруем NaOH, мл	0,4	0,3	0,4	0,2	0,4	0,5	0,5	0,2
Добавляем NaOH, мл	0,2	0,2	0,2	0,1	0,2	0,2	0,2	0,1

Расчеты:

1. Сырое мясо.

Х=0,26 мл,

V₁=100мл,

К=0,82,

m=10г,

V=10мл,

ФТА= (1,4?0,26?100?100)/(0,82?10?10)= 44,39 мг%

2. Мясо, обработанное паром при температуре 100 ⁰С в течение 1 часа.

Х=0,36 мл,

V₁=100мл,

K=0,82,

m=10г,

V=10мл.

ФТА=(1,4?0,36?100?100)/(0,82?10?10)=61,46 мг%

2.3 Результаты исследования

Таблица 6. Влияние температуры 100 ⁰С на содержание формольно титруемого аминоазота в мясе индейки, мг на 100г.

Наименование компонента	Экспериментальные данные	Литературные данные. [ 1 ]
Сырое мясо	44,4	34,7
При 100 0С	61,5	35,3

Из таблицы видно, что по экспериментальным данным в сыром мясе индейки количество аминоазота меньше на 28%, чем в мясе, обработанном паром. По литературным данным в сыром мясе индейки количество аминоазота меньше на 2%, чем в мясе, обработанном паром. По экспериментальным данным происходит более интенсивное выделение аминоазота.

Количество аминоазота в сыром мясе больше на 22% по экспериментальным данным, чем по литературным.

Количество аминоазота в мясе, обработанном паром, по экспериментальным данным больше на 43%, чем по литературным. Это объясняется различными сроками хранения, методами получения данных.

Выводы

1. В состав мышечной ткани входят белки, гликоген, плотные вещества, вода, фосфоглицериды, холестерин, креатинин, АТФ, карнозин, карнитин, ансерин, свободные аминокислоты, молочная кислота и зола.

2. Белки мышечной ткани подразделяются на саркоплазматические, миофибриллярные и белки стромы.

3. Коллаген- это фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани и обеспечивающий ее прочность. Он относится к классу гликопротеином и содержит в своем составе оксилизин, 3 и 4 - оксипролин.

4. В процессе автолиза идет значительное накопление фосфорной, молочной, пировиноградной кислот за счет автолитическиго распада гликогена. Продуктами автолиза являются пентозы, низкомолекулярные пептиды, высокомолекулярные пептиды, аминокислоты.

5. Температура 100 ⁰С увеличивает содержание формольно титруемого аминоазота в мышечной ткани индейки, что свидетельствует о более глубоком расщепления белка, чем в сыром мясе, с разрывом пептидных связей и освобождением карбоксильных и аминогрупп.

Список литературы

1.Павловский П.Е. / Биохимия мяса / П.Е. Павловский -М: Пищевая промышленность, 1975- 344 с.

2.Березов Т.Т., Коровин Б.Ф. / Биологическая химия: Учебник- 3е изд., перераб. и доп./ Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровин - М., 1998- 704с.

3.Хлебников В.И. /Технология товаров (продовольственных): Учебник. / В. И. Хлебников - М: Издательский Дом «Дашков и Ко», 2000 - 427с.

4.Гюнтер, Райх / Коллаген: Проблемы, методы исследования, результаты./ - М., 1968 - 328с.

5.Сергеева Н.Т. /Практикум по биохимии/ Н.Т.Сергеева - Калининград, - 2009.

6.Для подготовки данной работы были использованы материалы сайтов:

Размещено на Allbest.ru