Биофизический подход к безнитритной технологии экологически-чистой мясопереработки

 

Векшин Н.Л.

 

Институт биофизики клетки РАН, г. Пущино, Московская область

 

Разработан новый подход к переработке и хранению мясной продукции. С помощью природных метаболитов и кислород-вытесняющего буфера удалось осуществить удаление внутриклеточного кислорода. Подобран природный (без применения нитритов, фосфатов и химических консервантов) состав среды, который позволяет продлить сроки хранения мясных фаршей. Разработаны четыре комплексные пищевые добавки, которые могут найти широкое применение в мясоперерабатывающей промышленности. Налажены методы инструментального контроля качества мясной продукции по детекции перекисей липидов, денатурированных белков, дезактивированных ферментов и т.д.

 

Введение

Как известно, наиболее опасным агентом, повреждающим мышечные клетки при их гомогенизации и хранении, является кислород. В мышечных клетках есть много гем-белков и других ферро-белков, которые при повреждении клеток быстро восстанавливают кислород до опасного супероксида. Этот процесс катализируется фосфатами. Причиной деструктивного действия супероксида является образование перекисей липидов и белков.

При переработке и хранении мясопродуктов для предотвращения их порчи широко используются три подхода: вакуумирование, нитриты и разнообразные химические консерванты. Откачка воздуха позволяет удалить кислород из воздушного пространства емкости, в которой хранится продукт, но она не удаляет тот кислород, который исходно содержится в цитоплазме мышечных клеток и в кровеносных сосудах (особенно тот кислород, который связан с миоглобином, а также с гемоглобином). Нитриты и консерванты, связываясь с ферро-белками, блокируют восстановление клеточного кислорода до супероксида. Кроме того, нитриты убивают бактерии. Но нитриты и химические консерванты являются далеко не безвредными для человека. Попадая с пищей в организм, они блокируют функцию ферро-белков, приводя к ряду заболеваний, в том числе – онкологических. Фосфаты традиционно используются для поддержания рН и связывания воды. Но они катализируют опасное перекисное окисление липидов, а также ингибируют митохондриальную сукцинатдегидрогеназу.

Нами разработан принципиально новый подход к качественной переработке и длительному хранению мясной продукции. Для этой цели мы предлагаем использовать субстраты клеточного дыхания, «кислород-вытесняющий» буфер, природные антиоксиданты и протекторы.

 

Результаты

Биофизическая технология, основанная на использовании исключительно природных субстратов и метаболитов, позволяет найти путь к получению качественного, экологически чистого и безопасного для потребителя целевого продукта, а также существенно увеличивает сроки хранения (Векшин Н.Л. // Мясные технологии, 2005, № 7, с-3-6). Это достигается путем полного или частичного отказа от нитритов, химических консервантов и фосфатов и заменой их на определенных этапах промола мяса и куттерования фарша специальным анти-кислородным буфером и некоторыми солями ди- / трикарбоновых кислот, являющимися субстратами дыхательной цепи митохондрий и цикла Кребса, а также применением природных антиоксидантов и защитой оболочки продукта антибактериальными олиго-пептидными протекторами. В результате снижается автолиз и агрегация, уменьшается денатурация белков,  уменьшается повреждение мембран, резко снижается содержание перекисей липидов.

В предлагаемой нами технологии нитриты, химические консерванты и фосфаты вообще не используются или используются в минимальных количествах. Промалывание свежего или замороженного мяса производят в раствор, содержащий  соль ди- / трикарбоновой кислоты, стимулирующей митохондриальное потребление кислорода мышечными клетками, а также поддерживающей нейтральный рН. Субстраты дыхания являются безвредными и нетоксичными. Их окисление в митохондриях мышечных клеток сопровождается быстрым потреблением кислорода  из цитоплазмы и кровеносных капилляров. Для более полного исчерпания кислорода при дальнейшем куттировании применяется анти-кислородный буфер. Кроме того, добавляется природные антиоксиданты. На заключительной стадии в фарш для предохранения от порчи добавляют дополнительно поваренную соль и природные редокс-вещества, что возвращает фаршу красно-розовую окраску (за счет восстановления метмиоглобина в миоглобин). Добавляя в конце кислоту, дополнительно создают кислый рН, предохраняющий от бактерий. Оболочки или поверхность мясопродукта обрабатывают раствором, содержащим природные протекторы олиго-пептидной природы, легко гидролизуемые в желудке человека, но защищающие полученные изделия от бактериального заражения извне.

Некоторые ди- / трикарбоновые кислоты (такие как лимонная, аскорбиновая и др.) уже применяются, как известно, в ряде отраслей пищевой промышленности для придания пище специальных вкусовых качеств и в некоторой степени - для консервирования. Однако они пока не нашли адекватного применения на важнейших этапах мясопереработки.  

Оказалось, что использование глутамата является небезопасным, т.к. количество перекисей липидов в его присутствии возрастает на 40%. Наиболее вредным агентом, блокирующим митохондриальное дыхание и резко активирующим образование перекисей (на 80%), оказался оксалоацетат. Сходным действием обладали фосфаты (Векшин Н.Л.и др. // Мясной ряд, 2005, № 2, с.32).

При замене фосфатного буфера на гидрокарбонатный количество перекисей липидов в фарше уменьшалось на 40%. При изготовлении фарша и колбасы предлагаемым способом автолиз снижается в 1,5 -2 раза, денатурация и гидролиз белков уменьшаются в 2-3 раза,  на половину уменьшается повреждение мембран,  содержание перекисей липидов снижается в 3-4 раза. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить продут с улучшенными свойствами. В таблице приведены некоторые физико-химические свойства свежего говяжьего фарша в зависимости от вида добавок.

 

Таблица. Некоторые физико-химические свойства говяжьего фарша в зависимости от добавок.

Фарш:	Светорасс. при 540 нм	Белковая флуоресц. (%)	НАДН-оксидаза (мкМ НАДН в мин на мг белка)	Перекиси липидов (%)
в 100 мМ фосфате	0,25	85	0,23	100
+ 5 мМ сукцината	0,18	94	0,06	30
+ 5 мМ цитрата	0,21	91	0,19	40
в 100 мМ гидрокарбонате	0,17	100	0,02	60

Примечания: Инкубация фарша с добавками - 10 минут при 20°С.

 

Готовые изделия (фарш, колбаса и др.) имеют лучшее качество, так как не содержат (или содержат в минимальном количестве) нитритов, химических консервантов, фосфатов, бактерий и перекисей липидов, вследствие чего они безопасны для здоровья потребителя. Они характеризуются существенным увеличением сроков хранения, поскольку изготовляются в условиях полного удаления кислорода анти-кислородным буфером и солями ди- / трикарбоновых кислот. Они дополнительно предохранены от перекисного окисления природными антиоксидантами, а также защищены со стороны оболочки продукта специальным антибактериальным протектором.

Часть предложенной технологии была апробирована для изготовления полукопченой колбасы трех сортов («Городская», «Русская студенческая» и «Туймада»). Микробиологические испытания подтвердили (протоколы от 17.04.03 и 16.03.04), что пробы колбас, изготовленные и обработанные по новой технологии при хранении свыше месяца, отвечают всем требованиям по микробиологическим показателям, в то время как колбаса, изготовленная по старой технологии (ТУ 10.02.01 114-89), оказалась обсемененной и заплесневела при хранении.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить потребительские качества целевых продуктов (мясного фарша, колбасы и др.) и существенно удлиняет сроки хранения при полном отказе от добавления нитритов, химических консервантов и фосфатов или резком снижении их количества.

По сравнению с имеющимися до сих пор технологиями, наша технология имеет важные преимущества в отношении медико-биологической безопасности за счет: а) отказа от опасных нитритов, фосфатов и химических консервантов; б) отсутствия накопления вредных перекисей; в) предотвращения микробного обсеменения; г) существенного удлинения сроков хранения. При этом не будет происходить ухудшения вкусовых качеств мясопродуктов.

Кроме того, нами разработаны методы инструментального контроля качества мясной продукции по детекции поврежденных белков, ферментов и перекисей липидов. С помощью УФ-флуориметрического теста на денатурацию ферментов и гидролиз белков, фотометрического и рН-метрического тестов на активность дегидрогеназ, колориметрического теста с тиобарбитуровой кислотой на липидные перекиси, теста на ядерную ДНК по люминесцентной микроскопии с этидиум бромидом и др. нами прослежена динамика порчи мышечного гомогената во времени и показано, какие из методов являются наиболее информативными на ранних стадиях. Процессы окисления липидов, денатурации белков и повреждения митохондриальной дыхательной цепи в мышечном гомогенате были изучены в зависимости от заморозки, температуры, времени хранения, ионной силы, присутствия ионов кальция, ди- и трикарбоновых кислот, рН и вида буфера.

К примеру, при возбуждении УФ светом триптофановые остатки мышечных белков флуоресцировали с максимумом при ~ 340 нм, а в ходе хранения мышечного гомогената происходили заметные изменения спектральных параметров флуоресценции (интенсивности, длины волны максимума спектра, степени поляризации и др.), обусловленные денатурацией белков и их частичным гидролизом. Особенно сильные изменения наблюдались в поляризации, которая является чувствительной к размерам и вращению молекул, а также к вязкости среды. Величина этих изменений во времени зависела от концентрации дикарбоновых кислот, кислород-вытесняющего буфера и др.

Колориметрия НАДН-дегидрогеназной активности показала, что сначала при разрушении клеток ферментативная активность резко возрастает, а затем (по мере порчи полученного гомогената) она постепенно снижается. Прокрашивание ДНК мышечных клеток этидиум бромидом позволило с помощью люминесцентной микроскопии отследить процесс пикнолиза ядер.

 

Работа поддержана грантом РФФИ-офи 04-04-08146.