WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 |

«В.Я. Пономарев, Э.Ш. Юнусов, Г.О. Ежкова, О.А. Решетник БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЯСНОГО СЫРЬЯ С ПОНИЖЕННЫМИ ...»

-- [ Страница 1 ] --

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

В.Я. Пономарев, Э.Ш. Юнусов, Г.О. Ежкова, О.А. Решетник

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ

ПРЕПАРАТОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ДЛЯ

ОБРАБОТКИ МЯСНОГО СЫРЬЯ С ПОНИЖЕННЫМИ

ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Монография Казань, 2009 УДК 664 ББК Пономарев В.Я.

Биотехнологические основы применения препаратов микробиологического синтеза для обработки мясного сырья с пониженными функционально-технологическими свойствами / В.Я.

Пономарев, Э.Ш. Юнусов, Г.О. Ежкова, О. А. Решетник. - Казань: Издво Казан, гос. технол. ун-та, 2009. - 191 с.

ISBN 978-5-7882-0727- В работе Обобщены результаты многолетних исследований и систематизированы сведения, характеризующие перспективу и потенциальные возможности применения комплексных протеолитических ферментных препаратов для коррекции свойств низкосортного мясного сырья, а также для мяса имеющего отклонения в характере течения автолитических превращений.

Монография подготовлена на кафедре технологии пищевых производств Казанского государственного технологического университета.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета.

Рецензенты:

д-р. биол. наук, директор ОАО «Свияжский мясокомбинат» И.Ф. Кабиров зав. лабораторией микробиологии и агроэкологии ТАТНИИАХП РАСХН Дегтярева И.А.

© Пономарев В.Я., Юнусов Э.Ш., Ежкова Г.О., Решетник О А., © Казанский государственной технологический университет,

ПРЕДИСЛОВИЕ

Мясо является одним из наиболее ценных продуктов и содержит основные компоненты, необходимые не только для построения тканей организма, но и стимуляции нервно-психической деятельности, роста, развития и работоспособности человека (З.Ш. Азарх, А.Д. Соломатин, A.M. Епихина и др.,1991).

Рост производства и потребления мясопродуктов в нашей стране вызывает необходимость изыскания новых путей повышения техникоэкономической эффективности производства и улучшения качества готовой продукции. В успешном решении этих задач большая роль принадлежит интенсификации технологических процессов, использованию современных достижений технической биохимии и, в частности, применению протеолитических ферментных препаратов для обработки мяса (Л.В. Антипова, Е.Е. Курчаева, 2001).

За последние годы значительно расширились знания о свойствах и механизме действия протеолитических ферментов, а также о функциях протеаз у животных, растений и микроорганизмов. Установлено, что протеолиз играет не только ключевую роль в белковом обмене живых организмов, но и принимает активное участие в формировании и распаде биологически активных белков и пептидов – ферментов, гормонов, токсинов, нейропептидов и т.д. Особое значение приобретает изучение протеолитических ферментов микроорганизмов. Поиски и сравнительное изучение новых ферментов из различных источников важны в теоретическом аспекте, позволяют определить функционально важные элементы и структуры, а также способствуют развитию эволюционных представлений. С другой стороны, благодаря большому разнообразию свойств и возможности их получения в значительных количествах, протеолитические ферменты микроорганизмов нашли широкое применение в научных исследованиях, в различных отраслях народного хозяйства, в производстве моющих и лекарственных средств, кожевенной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности (И.М.

Грачева, 1997).

Опыт практического применения ферментов для обработки мяса, накопленный в нашей стране и ряде зарубежных стран (США, Канада, Франция и др.), свидетельствует о том, что этот сравнительно новый способ обработки весьма эффективен для размягчения жесткого мяса и увеличения на этой основе объема выработки натуральных мясных полуфабрикатов, улучшения качества соленых мясных изделий, выработки мясных паст, эмульсий, гидролизатов, применяемых в качестве белковых обогатителей разнообразных пищевых продуктов и в лечебном питании (Л.В. Антипова, 1991; Л.В. Антипова, Н.А. Жеребцов, 1991).

Тенденция увеличения доли мяса с отклонениями в характере автолиза, с повышенным содержанием соединительно-тканных волокон предопределила необходимость проведения широких исследований в области применения биотехнологических методов для повышения качественных характеристик мясного сырья и вырабатываемой на его основе продукции. В теорию и практику различных аспектов созревания и посола мяса внесли работы многих отечественных и зарубежных ученых (Л.В. Антипова, 1991; В.Г. Боресков и др., 1988; Н.К. Журавская и др., 1999; Л.С. Кудряшов, 1992 Н.Н. Липатов и др., 1989, И.А. Рогов и др., 1996, В.И. Соловьев, В. О. Кракова, 1971; Dayton W.R., Goll D.E., 1996;

Dutson T.R., 1982).

В то же время разобщенность данных и отсутствие системного подхода к изучению действия протеиназ на животные ткани, закономерностей их действия на белковые структуры под влиянием технологических факторов, необходимость разработки научных основ создания прогрессивных технологий потребовали расширения знаний по проблемам интенсификации процессов созревания с учетом современных представлений о характере протеолиза в мышечной ткани. Это позволит определить пути интенсификации технологических процессов, улучшения качества продуктов, рационального использования сырья, сокращения энергозатрат. Можно ожидать, что откроются новые возможности применения методов биотехнологии в мясной промышленности, в управлении процессами созревания и посола мясного сырья, что, несомненно, вызовет интерес представителей пищевой промышленности.





Наибольшие перспективы использования в технологии мясных продуктов имеют протеолитические ферменты; применение протеаз в обработке мясного сырья позволяет существенно сократить продолжительность технологического процесса, снизить его трудо- и энергоемкость (Л.Ф. Митасева и др., 1993; В. А. Алексахина, Л. А.

Пыльцова и др., 1995; Philippe Berge, et all, 1992; B. M. Naveena, S. K.

Mendirattab., 1993, Dutson T.R., 1982). Поэтому выделение и исследование протеиназ микроорганизмов, в частности, их каталитических свойств и субстратной специфичности, представляет значительный практический интерес.

Среди прокариот наиболее удобными объектами для изучения и промышленного использования являются представители рода Bacillus.

Бациллы привлекают внимание исследователей как непатогенные, легко культивируемые промышленные продуценты внеклеточных ферментов, в том числе и чужеродных мутантных белков.

Нами в составе коллектива под руководством профессора О.А.

Решетник в Казанском государственном технологическом университете г.

Казани получены и систематизированы сведения, характеризующие перспективу и потенциальные возможности применения комплексных протеолитических ферментных препаратов для коррекции свойств низкосортного мясного сырья, а также для мяса имеющего отклонения в характере течения автолитических превращений. Работа проводилась в рамках государственных программ №№ ГР 01840017294 «Исследование механизма интенсификации процессов получения продуктов биосинтеза на базе использования ряда химических и биологических добавок» и 01200305357 «Разработка научных и практических основ технологии производства и комплексной переработки сырья растительного и животного происхождения для выработки конкурентоспособных пищевых продуктов».

Изучено влияние протеолитических ферментных препаратов на пониженными функционально-технологическими свойствами, для создания эффективных биотехнологий в мясоперерабатывающей отрасли.

Установлено, что обработка ферментными препаратами мясного сырья интенсифицирует гидролитические процессы, позволяя значительно ускорить созревание мяса. Выявлены закономерности основных превращений мясного сырья при ферментативной обработке на основе гистоморфологического анализа, а также характера изменения функционально-технологических свойств мяса. Научно обоснованы биотехнологические методы обработки белковых комплексов мясного сырья с признаками PSE и DFD, а также низкосортного при производстве мясной продукции.

На основе широкого спектра исследований с использованием современных методов определения качественных показателей мясного сырья и готовых изделий разработаны и сформулированы научные основы повышения качества мяса с пониженными функциональнотехнологическими свойствами на базе применения ферментных препаратов в составе комплексных добавок на организменном и тканевом уровнях.

В первой главе приведена характеристика мясного сырья с пониженными функционально-технологическими свойствами, а также особенности пороков мяса при промышленном ведении животноводства, их функционально-технологических свойств.

Во второй главе представлена характеристика фементных пепаратов применяемых для обработки мясного сырья приведен анализ их свойств и специфика действия на мясное сырья с отклонениями в характере автолитических превращений.

В третьей главе обоснованы основные направления ферментативной обработки мясного сырья, даны практические рекомендации использования биотехнологических приемов для коррекции свойств мясного сырья с отклонениями в ходе автолиза.

В заключении сделано обобщение по всем разделам с учетом актуальности изучаемой проблемы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СВОЙСТВ МЯСНОГО СЫРЬЯ С

ОТКЛОНЕНИЯМИ В ХАРАКТЕРЕ АВТОЛИЗА

1.1 Общая характеристика мясного сырья с отклонениями в характере автолиза агропромышленного комплекса, а мясо и мясопродукты — один из основных продуктов животного происхождения в рационе человека — незаменимый источник полноценного белка, жиров, витаминов, минеральных веществ и других жизненно важных нутриентов.

Основной продукцией мясной промышленности являются мясо и мясопродукты, а также пищевые и технические жиры, желатин, клей, альбумин, мыло, технические масла, кожевенное сырье, животные корма, медицинские препараты, кишечные фабрикаты и ряд других продуктов.

Мясо является одним из наиболее ценных продуктов питания и содержит основные компоненты, необходимые не только для построения тканей организма, но и стимуляции нервно-психической деятельности, роста, развития и работоспособности человека. Поэтому в настоящее время большое значение придается поиску и использованию резервов экономии мясного сырья, его рациональному использованию и повышению качества продуктов. Качество мясопродуктов зависит, в первую очередь, от состава и свойств сырья, условий и режимных параметров технологических процессов (З.Ш. Азарх, А.Д. Соломатин, A.M. Епихина и др.,1991).

Перевод выращивания и откорма животных в хозяйствах на промышленную основу, строительство животноводческих комплексов позволяют увеличить выработку мяса и тем самым выпуск мясной продукции. В то же время возникают проблемы с качеством сырья, обусловленные усилением кормовых и технологических стрессов, селекцией, направленной на увеличение мясных качеств животных в сочетании с промышленным содержанием и интенсивным откормом, что сопровождается увеличением количества сырья с признаками PSE (Pale – бледное, Soft – мягкое, Exudativе – водянистое) и DFD (Dark – темное, Firm – твердое, Dry – сухое) и уменьшением доли мяса с нормальным (традиционным) – NOR ходом автолиза. Наблюдаемые отклонения в качестве мяса связаны также с условиями транспортировки и переработки животных на мясокомбинатах.

Свинина с PSE свойствами была обнаружена впервые в 1883 г. в Дании. Широкое обсуждение этой проблемы было начато в середине 50-х годов прошлого века в странах Западной Европы. В нашей стране внимание к этому вопросу возникло в 70-х годах в связи с созданием промышленных животноводческих комплексов. Мясо с PSE свойствами обладает низкой влагоудерживающей способностью, что существенным образом сказывается на качестве и выходе готовых продуктов. DFD мясо, в котором практически отсутствует посмертный гликолиз, хорошо удерживает воду, однако имеет темный вид, что вызывает негативное восприятие потребителей.

При изучении влияния различного уровня кормления крупного рогатого скота на мясную продуктивность и качество мяса (Л.В.

Антипова, 1991; Л.В. Антипова и др., 1998; Л.В. Антипова, Е.Е.

Курчаева, 2001) было выявлено, что пониженный уровень кормления при выращивании приводит не только к получению более мелких животных с низким коэффициентом мясности, но и резко снижает выход белка и жира на каждые 100 кг живой массы, что сдерживает рост производства.

промышленную основу изменил организацию производства на крупных откормочных предприятиях. Исследованиями, проведенными в ВИЖе (Д.Л. Левантин, Е.С. Афанасьев, 1988), было установлено, что бычки при свободно-групповом содержании в условиях площадки обладали лучшими адаптационными способностями. Запасы гликогена в мышечной ткани у них были заметно выше, чем в мясе бычков зависимости от способа содержания показал, что животные, выращенные на привязи, потеряли в процессе транспортировки, как правило, больше живой массы, чем аналоги, выращенные беспривязно.

Основным ориентиром для выявления пороков мясного сырья PSE и DFD являются показатели рН после убоя животных и через 24 ч созревания.

Величина рН мяса и ее изменение в течение 24-48 ч в достаточной степени позволяют судить о свойствах сырья с целью его сортировки, а также об особенностях гликолитических процессов при созревании мяса разных качественных групп.

Являясь наиболее лабильными компонентами мышечной ткани и функционального состояния, углеводы после убоя животного интенсивно распадаются. Вследствие прекращения поступления кислорода в клетки с момента убоя животного, окислительный ферментативный распад гликогена происходит путем анаэробного гликогенолиза, что приводит к накоплению в мышцах большого пировиноградной. Вместе с окислением начинается и гидролитический распад гликогена до глюкозы. Однако, в первый период автолиза интенсивность гликолиза невелика, вследствие того, что данный процесс катализируется гликозидами, содержащимися в лизосомах, а эти ферменты высвобождаются на более поздних стадиях послеубойного хранения мяса. В первые часы автолиза распад гликогена идет преимущественно путем фосфоролиза с накоплением молочной кислоты, который постепенно замедляется к 24-48 ч при температуре, близкой к 4 оС вследствие почти полного исчезновения АТФ. К этому моменту усиливается амилолитический распад гликогена на фоне снижения рН среды, что, по всей вероятности, обусловлено активизацией лизосомальных ферментов (И.М. Грачева, 1987, 15. Л.С.

Кудряшов, 1987; Leyghty E., Stroner C.D., Ressalant M.M. et. Al., 1987).

При нормальном течении гликолиза около 0,9 частей гликогена гидролизуется путем фосфоролиза. Буферные системы мышечной ткани при этом не могут существенным образом затормозить процесс снижения рН, который происходит практически пропорционально накоплению молочной кислоты, в связи с чем величина рН является достаточно надежным показателем процесса гликолиза и вместе с тем легко определяемым.

Вследствие накопления молочной кислоты рН мышечной ткани достигает определенного уровня, который в дальнейшем практически не меняется. В последнее время в технологической практике для характеристики автолитических превращений гликогена получили распространение термины: начальная величина рН мяса, соответствующая 45-60 минутам с момента убоя животного, и конечное значение, которое устанавливается после прекращения накопления молочной кислоты. Момент, к которому устанавливается конечное значение рН мяса, зависит от многих факторов.

Скорость изменения рН и количество молочной кислоты являются важнейшими показателями качества мяса, определяющими стойкость его при хранении, ряд физико-химических характеристик, обусловливающих технологические и потребительские свойства мяса.

Скорость процессов обмена в тканях зависит от вида животного.

По данным ряда авторов (Л.В. Антипова, И.А. Глотова, 1997; Л.В.

Антипова и др., 2000), уже через 45-60 мин. после убоя величина рН свиного мяса снижалась до 6,4-6,3, а после 7 ч достигала конечного значения. В то же время в говяжьем мясе конечная величина рН ферментативного распада гликогена значительное влияние оказывала температура. При повышенных температурах (17-20 оС) гликолиз в тканях протекал более интенсивно по сравнению с низкими плюсовыми температурами, однако он был неполным, вследствие того, что повышение температуры способствовало ускоренному развитию микрофлоры, продукты жизнедеятельности которой инактивировали гликолитические ферменты. При 1-3оС расщепление гликогена до молочной кислоты происходит на 95-98%, при 14-16оС на 80-85%, а при 25-27оС - всего лишь на 43-50%. Таким образом, при повышенных температурах хранения в мышечной ткани гликоген лишь частично расщепляется до молочной кислоты, значительная часть распадается до стадии глюкозы и глюкозофосфата. Следовало бы ожидать, что с замедленными, однако это не всегда имеет место, по крайней мере, в течение первых 4 ч хранения мяса (Л.В. Антипова, Н.А. Жеребцов, 1991). При хранении говядины в течение 24 ч после убоя при температурах (0,5; 7,5; 14 и 30 оС) имела место тенденция к снижению скорости гликолиза с повышением температуры. По мнению авторов (Л.В. Антипова и др., 2000; В.К. Антонов, 1989), это объясняется, прежде всего, нарушением так называемого «кальциевого насоса», вследствие чего ионы кальция, освобождающиеся из митохондрий и/или саркоплазматической сетки, обратно уже не возвращаются, что способствует более высокой активности ферментативных систем мышечной ткани. На скорость гликолиза оказывает влияние рН мышечной ткани. Так, оптимум действия гликолитических ферментов находится в пределах значений рН 6,8-7,2. Сдвиг рН в кислую сторону до 5,0 снижает их активность.

Ряд авторов сообщает о влиянии гормонов на послеубойный гидролиз АТФ и гликогена в мышечной ткани животных (Ю.И.

Афанасьев, В.И. Ноздрин, 1985; С.В. Ахназарова, В.В. Кафаров, 1985).

Появление PSE и DFD мяса, по их мнению, обусловлено аналогичными причинами, низкий уровень рН через 45 минут после убоя у PSE мяса является следствием воздействия стрессов, приводящих к ускоренному гликолизу, заканчивающемуся в течение примерно 1 ч после убоя.

Стресс может вызвать распад гликогена перед или во время убоя, обескровливании туши. Мясо DFD от таких животных имеет повышенное значение рН, которое при дальнейшем хранении практически не меняется.

Возникновение мяса PSE и DFD, по мнению ряда авторов (Ю.И.

Афанасьев, В.И. Ноздрин, 1985; Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 1990) обусловлено одними и теми же причинами. Под влиянием стрессовых ситуаций происходит усиленное выделение из коры надпочечников адреналина, который вызывает ускоренный распад АТФ, следствием чего является быстрый гликолиз, и мясо приобретает свойства, характерные для PSE. При значительных нагрузках вследствие длительной тренировки, беспокойства животных перед убоем может произойти исчерпывание резервов гликогена в мышечной ткани, при этом в послеубойный период может образоваться небольшое количество молочной кислоты и величина рН остается относительно высокой, характерной для DFD мяса.

Вероятность появления говяжьего DFD мяса возрастает по мере снижения концентрации свободных жирных кислот и триглицеридов в мышце. Это явление дает основание полагать, что повышение содержания внутримышечного жира примерно до 4% способствует уменьшению частоты появления DFD мяса (И.А. Рогов и др., 1988; А. С.

Большаков и др., 1986).

Гликолиз в свиных мышцах предопределен генетически. Такие животные чрезмерно чувствительны к непривычным ситуациям:

доставка на переработку, предубойное содержание, обескровливание.

Выделение адреналина вследствие стресса незадолго до убоя вводит в действие сложный биохимический механизм, который приводит к ускоренному распаду гликогена (Л.В. Антипова, И.А. Глотова, 1997).

У мяса с DFD свойствами гликолитические изменения после убоя выражены очень слабо, о чем свидетельствует высокий уровень величины рН. У такого сырья запасы гликогена к моменту убоя израсходованы, и образование молочной кислоты не происходит. В связи с чем концентрация ионов водорода в мясе практически остается на одном уровне.

посмертного окоченения для PSE свинины характерна специфическая бледная окраска и низкая влагоудерживающая способность.

Миофибриллы нормальной мышечной ткани сокращаются сразу после добавления Mg2+ и АТФ. Волокна PSE в тех же условиях сокращаются миофибриллами способности сокращаться может быть связана с резким падением рН и денатурацией белков актомиозинового комплекса (Г.И.

Ваганова и др., 1991).

Водянистость в мясе PSE обуславливается, главным образом, разрывами мембран клеток, в результате чего идет быстрая потеря клеточной жидкости. Подтверждением этого может служить то, что в отделившемся мясном соке найден высокомолекулярный миофибриллярный белок миозин, который не может выйти из неразрушенного волокна (Л.Г. Винникова, С.Б. Жариков, 1991).

чувствительных к стрессу свиней, характеризуется как сокращенными мышечными волокнами, так и миофибриллами с разрушенной структурой. Авторы расценивают эти изменения как генетически обусловленные, приводящие после убоя животных к получению PSE мяса (Ю.И. Афанасьев, В.И. Ноздрин, 1985).

окоченения, происходит снижение растворимости миофибриллярных белков, а затем постепенное ее увеличение, что согласуется с общей теорией созревания мяса (Л.Г. Винникова и др., 1990).

Способность различных белков мышечной ткани подвергаться деструкции в процессе автолиза связана с тем, что миофибриллярный белок коннектин (титин) при созревании мяса разрушается, причем разрушение усиливается с повышением температуры от 2 до 25оС и увеличением продолжительности выдержки. Коннектин располагается по всему саркомеру миофибрилл, за исключением z-линий, и участвует в размягчении мышечной ткани при созревании (И.А. Рогов и др., 1988;

Г.И. Ваганова и др., 1991).

Авторы (Л.С. Кудряшов и др., 1992) наблюдали значительные различия в скорости гликолиза при различных способах оглушения, в то же время не обнаружено влияния разных способов оглушения на конечный уровень рН в мясе. Оглушение только в голову давало наименьшее начальное падение рН, а способы «голова-спина» и «голова-передняя нога» - наибольшее падение этого показателя. Убой без предварительного оглушения давал значительное понижение рН в большинстве мышц. Длительность процесса оглушения не оказывала влияния на скорость падения рН.

Исследуя влияние оглушения крупного рогатого скота током повышенной и промышленной частот, (В.Г. Боресков и др., 1988) установили, что в результате воздействия тока повышенной частоты интенсифицируются процессы посмертного окоченения и созревания мяса, что, по мнению авторов, обусловлено увеличением проницаемости мембранных структур, в том числе лизосомальных оболочек.

Об интенсификации гликолитических процессов в животных тканях под действием электрического тока свидетельствует ряд работ отечественных авторов (Л.С. Кудряшов, Л.В. Горшкова, 1989; О.В.

Волкова, Ю.К. Елецкий, 1982). Использование электростимуляции говяжьих полутуш ускоряет автолитические процессы в мышечной ткани, вызывая быстрое падение рН и наступление посмертного окоченения с быстрым последующим его разрешением.

1.2 Исследование свойств мясного сырья с отклонениями в характере автолиза целенаправленной селекционной работы и широкого внедрения промышленной технологии в животноводстве, обеспечивающих сокращение сроков выращивания. Однако мясо, получаемое при переработке таких животных, неоднородно по качественному составу, имеет отклонения в характере автолитических изменений, что приводит к развитию PSE и DFD мяса.

Нами был проведен анализ некоторых показателей производства свинины и говядины с учетом поголовья и количества мяса на одно животное за 1995-2005 г.г., а также упитанности животных и эффективности производства мяса за 2005 г. по районам Республики Татарстан.

Анализируя показатели поголовья крупного рогатого скота и свиней, следует отметить, что в целом по РТ этот показатель снизился за анализируемый период в среднем на 28-31% по сравнению с годом. При этом максимум снижения числа животных приходился на 2002 г., а в последующем наблюдалось некоторое увеличение данных показателей. Аналогично данным по изменению поголовья, следует отметить снижение показателя характеризующего количество мяса, выращенного на одну голову крупного рогатого скота и свиней в 2005 г.

сравнительно с таковыми в 1995 г., в среднем по республике на 6% для крупного рогатого скота и на 28% для свиней.

упитанности крупного рогатого скота и свинины сданных на мясокомбинаты предприятий ХК ОАО «Мясная промышленность Татарстана». Так для КРС количество голов высокой и средней упитанности составило 62%, а для свиней количество животных II и III категории находилось на уровне 82% в среднем по РТ.

Тем не менее, сведений о количестве мяса с признаками PSE и DFD по статистическим данным РТ не имеется, хотя администрация мясокомбинатов отмечает, что независимо от упитанности крупного рогатого скота и категорийности туш свинины переработка мяса в деликатесные мясопродукты должна проводиться с учетом показателей цветности, влагосвязывающей и влагоудерживающей способностей, косвенно свидетельствующих о проявлении признаков PSE и DFD мясного сырья.

Поэтому мы на базе ОАО “Свияжский мясокомбинат” провели выборочное исследование свинины и говядины для определения распространенности проявления свойств PSE и DFD. Для оценки были отобраны 683 образца туш говядины и 584 образца туш свинины в период с 2001 по 2005 гг.

Было установлено, что распространенность разных качественных групп сырья по свинине составляла: NOR – 52%, PSE – 32% и DFD По говядине эти показатели имели величины 54%, 12% и 34% соответственно (рис. 1.1).

Таким образом, в свинине чаще проявлялись свойства PSE, а в говядине - DFD, что обусловлено особенностями обмена веществ у моногастричных и жвачных животных (Л.В. Антипова, 1991; Nagainis P., Wolf F.H., 1990). В процентном отношении распространенность пороков мяса PSE и DFD от животных на Свияжском мясокомбинате сопоставима с показателями, выявленными на Кемеровском мясокомбинате (Л.В. Антипова, И.А. Глотова, 2000; Л.Г. Винникова и др., 1990).

NOR PSE DFD

NOR PSE DFD

Рис. 1.1 Соотношение мяса NOR, PSE, DFD в свинине (а) и говядине (б) Основными причинами проявления отклонений в характере развития автолитических превращений мяса, по мнению многочисленных исследователей (Ю.И. Афанасьев, В.И. Ноздрин, 1985;

Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 1990), являются стрессовые состояния животных в процессе транспортировки, предубойной выдержки и собственно процесса убоя, что приводит к интенсивному распаду АТФ с последующим резким снижением уровня рН и возникновению в мясном обуславливается неполным протеканием гликолиза, вследствие чего рН сырья находится на высоком уровне.

Мясо с аномальными отклонениями, приобретенными в процессе автолиза имеет нехарактерные консистенцию, вкус, цвет, запах и технологические свойства. Мясное сырье с признаками PSE и DFD более подвержено микробиологической порче и не пригодно для производства целого ряда эмульгированных мясопродуктов, а также, натуральных и рубленых полуфабрикатов (Л.В. Антипова, И.А.

Глотова, 1997; Л.В. Антипова, И.А. Глотова, А.И. Жаринов, 2000).

Особенности структурных элементов мяса NOR, PSE и DFD влияют на физико-химические и функционально-технологические свойства свинины и говядины, ответственные за протекание в мясном сырье при технологической обработке процессов влагосвязывания, влагоудержания, эмульгирования и гелеобразования. Мясо представляет собой совокупность различных белковых веществ с водой, жиром, углеводами и солями. Тем не менее, несмотря на свою сложную природу, оно проявляет свои коллоидные свойства, как единый материал, в особенности в отношении набухания и связывания воды (Costleden W.M. et.al., 1979).

Связывание воды мясом является также функцией величины pH.

В живом организме pH мышечной ткани составляет 7,4-7,6. Но уже после убоя животного в мясе образуется молочная и фосфорная кислоты, вследствие чего pH снижается, что заметно уменьшает набухание волокон и связывание ими воды. pH около 5,5 соответствует изоэлектрической точке мясного белка, при этом происходит минимальное набухание белка и связывание воды.

Мясное сырье многокомпонентно, вариабельно по составу и свойствам, что приводит к значительным колебаниям в качестве готовой продукции. В связи с этим особенно важное значение приобретает информация о функционально-технологических свойствах различных видов основного сырья и его компонентов (Л. Страйер, 1985).

Под функциональными свойствами мясного сырья принято понимать широкий комплекс физико-химических характеристик белков, потребительские свойства готовых продуктов.

свойствами мясного сырья являются показатели, характеризующие влагоудержания (влагоудерживающая способность), протекающие в мясном сырье.

На характер взаимодействия в системе "белок – вода" оказывают влияние такие факторы, как растворимость белковых систем, концентрация, вид, состав белка, степень нарушения нативной конформации, глубина денатурационных превращений, pH системы, наличие и концентрация солей в системе.

Влагоудерживающая способность (ВУС), как и растворимость, одновременно зависит от степени взаимодействий как белков с водой, так и белка с белком, и поэтому от конформации и степени денатурации белка. В связи с этим, тепловая обработка оказывает сильное влияние на влагоудерживающую способность белков, что, в свою очередь, сказывается на массовом выходе готовых изделий.

Для изучения указанных свойств мясного сырья с отклонениями в характере автолиза в процессе его созревания были проведены исследования, оценивающие изменение активной кислотности мяса, а также его влагосвязывающей (ВСС) и влагоудерживающей (ВУС) способностей (рис. 1.2-1.7).

Для анализа от каждой туши отбирались образцы из средней части трех мышц: трехглавой мышцы (m. triceps brachii), длиннейшей мышцы спины (m. longissimus dorsi), полусухожильной мышцы (m.

sеmitendineus) через определенные интервалы времени после убоя животных в течение 9 суток.

Определение активной кислотности мяса говядины и свинины через 1 и 6 часов после убоя показало, что рН в 60% проб имел показатели 5,9 – 6,0 (мясо NOR), в 30% - 5,0 – 5,6 (мясо PSE), в 10% мясо DFD).

Через сутки после убоя в образцах мяса PSE наблюдались более низкие значения рН (4,9 – 5,4) относительно мяса NOR (5,8 – 5,9), в процессе дальнейшего созревания значения рН значительно снижались до 4,5 – 4,9, а на 6-е сутки рН мяса резко возрастал и сдвигался в щелочную сторону (6,6 – 6,7) (рис 1.2-1.3).

Мясо с признаками DFD через сутки после убоя имело значения рН 6,2 – 6,4, в процессе автолиза в них наблюдалось незначительное снижение рН до 6,0 – 6,3, а на 9-е сутки значение рН составляло 6,7 – 7,0, что свидетельствовало о гнилостной порче мяса.

Рис. 1.2 Изменение активной кислотности говядины при созревании Рис. 1.3 Изменение активной кислотности свинины при созревании Образцы мяса NOR через сутки после убоя имели значения рН 5,9 – 6,0, в процессе созревания происходило снижение рН до 5,4 – 5,6, а на 9-ые сутки наблюдалась гнилостная порча мяса, о чем свидетельствовало резкое защелачивание рН до значений 6,5 – 6,7.

Как видно из полученных результатов, наблюдаемые тенденции снижения рН мясного сырья имели одинаковую картину не зависимо от первоначальных значений рН, а также его вида, отличаясь лишь степенью выраженности явлений. Наиболее интенсивно автолитические процессы протекали в мясе с признаками PSE, тогда как в мясе NOR и DFD процессы накопления кислых продуктов автолиза, приводящие к снижению рН, шли менее выражено, что хорошо согласуется с данными других исследователей (Л.В. Антипова, С.И. Асланов, 1994; Л. В.

Антипова и др., 1997, 1998, 2000).

В основе наблюдаемых процессов лежат изменения углеводной системы, системы ресинтеза АТФ и состояния миофибриллярных белков, входящих в систему сокращения.

В связи с отсутствием поступления кислорода в организм ресинтез гликогена в мясе после убоя идти не может, и начинается его анаэробный распад, который протекает по пути фосфоролиза и амилолиза с образованием молочной кислоты и глюкозы, а также глюкозо-1-фосфата, глюкозо-6-фосфата и др. Также происходит незначительный гидролитический распад гликогена за счет различных гликозидаз саркоплазмы.

Через 24 ч гликолиз приостанавливается вследствие исчерпания запасов АТФ и накопления молочной кислоты, подавляющей фосфоролиз.

Ферментативный распад гликогена является пусковым механизмом для последующих физико-химических и биохимических процессов. Накопление молочной кислоты и приводит к смещению рН мяса в кислую сторону.

На завершающих стадиях автолиза во всех рассматриваемых образцах наблюдался резкий рост значений рН, что, вероятно, связано процессами окислительного дезаминирования белка.

Следующим этапом работы было изучение изменения важных технологических показателей мясного сырья, характеризующих его влагосвязывающую и влагоудерживающую способности в процессе созревания.

Изучение данных показателей в образцах NOR показало, что наибольшей способностью связывать воду обладает мясо через час после убоя (87,2 – 89,4 % к общей влаге) (рис. 1.4-1.5).

По мере развития окоченения (24 часа после убоя) ВСС резко беспорядочного сокращения мышечных волокон по всему объему мышц.

Молекулярная основа процесса такова: поперечные связи между филаментами актина и миозина сохраняются и не могут разорваться изза отсутствия АТФ. Активный транспорт Cа2+ в саркоплазматический ретикулум оказывается невозможным, так же как и переход миозина в активированное состояние (конформация миозин – АДФ • Фн). По этой причине продукты гидролиза АТФ (АДФ и Фн) удаляются не вследствие образования комплекса актин - миозин – АДФ • Фн, а следовательно, взаимодействие актин – миозин остается. Актомиозиновый комплекс можно разрушить, приложив внешнюю силу, но восстановить потом нельзя (Moltschev E. et.al., 1998).

Рис. 1.4 Изменение ВСС говядины при созревании Рис. 1.5 Изменение ВСС свинины при созревании Мясо в данной стадии окоченения, обладает минимальной влагоудерживающей и влагосвязывающей способностями, а также имеет существенные ограничения по применению.

способность мясного сырья постепенно повышается и в дальнейшем возрастает в процессе созревания мяса, но не достигает уровня, характерного для парного мяса.

Исследование образцов PSE показало, что значение ВСС в Влагосвязывающая способность мяса PSE через час после убоя составляла 72,5 – 72,8 % к общей влаге. По мере развития окоченения (24 часа после убоя) ВСС уменьшилась и достигла минимальных значений. С началом разрешения окоченения ВСС постепенно повышалась и в дальнейшем возрастала в процессе созревания, но также не достигала уровня характерного для парного мяса.

Для мясного сырья с признаками DFD влагосвязывающая способность характеризовалась большими значениями по сравнению с мясом NOR. Значение ВСС для него через час после убоя составляло 87,2 – 89,4 % минимальных значений, а после разрешения окоченения возрастала и достигла значений 84,1 – 86,4 % к общей влаге.

наибольшее значение через час после убоя (73,0 – 82,5 % для мяса NOR, 71,1 – 74,6 % для мяса PSE и 80,3 – 87,4 % для мяса DFD). В процессе созревания происходило постепенное снижение значений ВУС, причем мясо PSE имело значения ВУС ниже, а мясо DFD - выше, чем мясо с нормальным ходом течения автолиза (рис. 1.6-1.7).

Наблюдаемые процессы хорошо согласуются с существующей на данный момент теорией разрешения посмертного окоченения (Л.С.

Кудряшов, 1992) и данными других исследователей (Л.В. Антипова, С.И. Асланов, 1994; Л. В. Антипова и др., 1997, 1998, 2000; Ю.И.

Афанасьев, В.И. Ноздрин, 1985; С.В. Ахназарова, В.В. Кафаров, 1985;

Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 1990).

мышечных волокнах тормозятся, и наблюдается перераспределение катионов и анионов электролитов клетки и межклеточной жидкости, что приводит к повышению водоудерживающей способности, эластичности и гибкости мышечной ткани.

В процессе разрешения окоченения наблюдается ослабление агрегационных взаимодействий белковых макромолекул, повышается экстрагируемость белков и реактивность различных функциональных групп миофибриллярных белков, что в значительной степени обусловлено протеолитической деструкцией.

По мнению некоторых авторов (С.В. Ахназарова, В.В. Кафаров, 1985), это связано с ослаблением поперечных связей между актином и миозином с последующей диссоциацией комплекса. Полной диссоциации комплекса не происходит, однако частичного распада его достаточно, чтобы волокна растянулись.

протеолитических ферментов – катепсинов, которые во втором периоде автолиза освобождаются из лизосом и активируются кислой реакцией среды клетки. Действуя на разные субстратные фрагменты, катепсины оказывают существенное влияние на структуру белковых компонентов.

ВУС, % Рис. 1.6 Изменение ВУС говядины при созревании ВУС, % Рис. 1.7 Изменение ВУС свинины при созревании Это вносит вполне определенный вклад в диссоциацию образовавшихся белковых агрегатов, ведет к появлению свободных гидрофильных групп и частичному восстановлению свойств мышечной ткани, утраченных в результате окоченения (Т.Л. Воюшина и др., 1991).

Происходит повышение растворимости белковых комплексов мяса как за счет диссоциации актомиозинового комплекса, так и за счет ослабления агрегационных взаимодействий вследствие перераспределения зарядов. Одной из причин повышения экстрагируемости является также ограниченная протеолитическая деструкция миофибриллярных белков (Л.Г. Винникова и др., 1990;

Moltschev E. et.al., 1998).

Следует отметить, что во всех исследуемых образцах на вторые сутки появились явно выраженные вкус и запах созревшего мяса, что являлось следствием автолитических превращений белков, липидов, углеводов, нуклеотидов и других составных частей мяса. С нарастанием протеолитической активности катепсинов внутри клетки и в связи с деструкцией белков во втором периоде созревания нарастают низкомолекулярные продукты гидролиза – аминокислоты и пептиды, что также может служить мерой глубины автолитических превращений в мясе. По данным авторов (Т.Л. Воюшина и др., 1991) накопление продуктов распада белков достаточно отчетливо отмечается после часов, что совпадает с нашими исследованиями. Именно в это время интенсифицируется образование вкуса и аромата, которое достигает максимума на 3-4 сутки при положительных температурах хранения.

Для мяса PSE на 6-е сутки наблюдалась ускоренная порча мяса по сравнению с остальными образцами. Мясо NОR и DFD портилось на 9-е сутки хранения, оно приобретало неприятный запах и кислопрогорклый вкус.

Для установления различий в характере протекания процессов автолиза в мясном сырье с признаками NOR, PSE и DFD нами было проведено исследование микроструктуры мышечной и соединительной тканей в мясном сырье разных качественных групп в сравнительно видовом аспекте у свиней и крупного рогатого скота. Гистологические исследования микроструктуры мышечной ткани мясного сырья различных качественных групп показали, что выраженность деструктивных процессов в мясе с признаками PSE была несколько больше, а в мясе DFD – меньше по сравнению с мясом NOR.

Максимальный диаметр мышечных волокон при минимальной порозности мышечной ткани был характерен для мяса с признаками DFD, минимальный диаметр волокон при максимальной порозности мышечной ткани наблюдался в образцах мяса PSE, в то время как мясо с нормальным ходом автолиза занимало промежуточные значения.

Учитывая специфику созревания мяса с пороками, целесообразно на предприятиях мясной промышленности осуществлять жесткий контроль за состоянием и свойствами поступающего сырья. Для получения готовой продукции высокого качества необходимо соответствии с этим использовать различные технологические приемы его переработки.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА И АНАЛИЗ СВОЙСТВ

ФЕМЕНТНЫХ ПЕПАРАТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЯСНОГО

2.1 Общая характеристика и классификация ферментов Первые систематические исследования специфических ферментов проведены Эмилем Фишером в начале XX века. К тому времени уже было известно, что ферменты - специализированные белки, обладающие каталитической активностью. Их эффективность и мощность намного превосходит синтетические катализаторы. Они высокоспецифичны по отношению к своим субстратам и ускоряют строго определенные химические реакции без образования побочных продуктов; ферменты физиологических значениях температуры и рН.

Ферменты — функциональные единицы клеточного метаболизма.

Действуя в строго определенной последовательности, они катализируют сотни многостадийных реакций, в ходе которых расщепляются молекулы питательных веществ, запасается и преобразуется химическая энергия и из простых молекул-предшественников строятся макромолекулы, входящие в состав клетки. С помощью ферментов обеспечивается гармоническое равновесие между различными метаболическими процессами, необходимыми для поддержания жизнеспособности отдельных клеток и целых организмов.

В настоящее время известно и изучено почти 2000 различных ферментов, многие из которых успешно применяются в медицине, пищевой технологии, перерабатывающей промышленности, бытовой химии и других отраслях народного хозяйства.

Основное внимание в ранний период развития энзимологии было сосредоточено на исследовании ферментов пищеварения (пепсин, трипсин, химотрипсин) и брожения. Именно они и являются наиболее изученными. Сейчас осознана важная роль внутриклеточных ферментов; современный уровень развития энзимологии характерен открытием их новых представителей, позволившим понять механизм закономерностях развития автолитических процессов при переработке промышленных животных значительно пополнились благодаря (катепсинов) и ферментов, ответственных за двигательную функцию клетки.

Наиболее фундаментальной проблемой энзимологии является расшифровка механизма действия ферментов на основе изучения их химического строения, которое обеспечивает исключительно высокую и специфическую каталитическую активность.

химических групп молекулы фермента была получена как при исследовании уникальной специфичности ферментов, которая не свойственна другим катализаторам, так и при изучении действия ингибиторов и реагентов, атакующих определенные химические группы.

Возможность получения ферментов в чистом виде привела к успешному развитию структурной энзимологии. Исследование чистых ферментов с помощью специальных химических методов позволило определить полные последовательности аминокислот в полипептидных цепях многих ферментов, а применение методов рентгеноструктурного анализа - установить детальную трехмерную структуру молекул некоторых ферментов, полученных в кристаллическом состоянии. Были определены конформация пептидных цепей, расположение различных групп, образующих субстрат, связывающий участок, и характер взаимодействия последнего с молекулой субстрата.

На основе фундаментальных исследований установлено, что все ферменты обнаруживают свойства белков, причем их каталитическая активность зависит от степени сохранности нативной структуры белка.

Имея большую молекулярную массу и являясь полимерами, молекулы ферментов обладают компактной структурой, отличающейся от структуры обычных линейных полимеров. Молекулы ферментов невелики в размерах, плотно «уложены», содержат всего лишь 20-30 % воды, их растворы имеют во много раз меньшую вязкость, чем растворы линейных полимеров.

представлена последовательностью аминокислот, соединенных в цепь пептидными связями. Среди протеолитических ферментов она расшифрована для трипсиногена, химотрипсиногена, папаина, некоторых микробных протеиназ.

Для всех известных ферментов первичная структура представляет собой совокупность пептидных связей, по природе ковалентных и составляющих энергетический остов молекулы. Они характерны наибольшей электронной плотностью, а связывающие атомы находятся на близком (0,1 -0,2 нм) расстоянии.

конформацию ее главной цепи. Она возникает в результате образования упорядоченной структуры в виде спирали посредством водородных связей между группами СО- и NH-, и обнаруживается в пептидных цепях на отдельных участках.

Наиболее удачной моделью такой структуры признана модель Полинга и Кори, названная ими -спиралью. -спираль не является единственным элементом вторичной структуры, в полипептидных цепях молекулы ферментов могут быть также изгибы и повороты, нарушающие регулярность спирали. Встречаются также -складчатые структуры с вытянутыми цепями и межмолекулярными водородными связями (Smithells R.W., Sheppard S., 1991).

В организации этого уровня участвуют водородные (между взаимодействия.

Под третичной структурой фермента понимают специфическую укладку регулярных и аморфных участков полипептидных цепей в глобулу. При этом углеводородные радикалы, направленные наружу по отношению к оси спирали, образуют гидрофобное ядро молекулы фермента.

В создании и стабилизации третичной структуры принимают участие все типы химических связей, включая ковалентные. Имеются сведения, что в формировании третичной структуры нередко важную роль играют катионы металлов, например, в -амилазах. Связывание металлом отдельных участков полипептидной цепи может быть довольно прочным, если мостик, образованный между металлом и специфической реагирующей группой, находится в глубинных слоях молекулы и, следовательно, защищен от воздействия молекул воды.

ваальсовых, а также образованных атомами молекулы воды. Поскольку аминокислотный состав ферментов весьма разнообразен, то и типы взаимодействий выражаются по-разному: у одних в совокупность взаимодействий основной вклад будут вносить электростатические, у других - гидрофобные, у третьих - ковалентные связи. В связи с этим формирования белковой глобулы, который определяет специфические особенности и конформацию, в том числе при воздействии того или иного физико-химического фактора среды.

Для некоторых ферментов установлена четвертичная структура, которая возникает в результате ассоциации двух или более глобулярных субъединиц с образованием составной или комплексной глобулы диссоциация или ассоциация составных глобул глубоко затрагивает активность ферментов. Следует, однако, заметить, что для большинства ферментов в сохранении каталитической активности решающую роль играет третичная структура.

Ферментативный катализ происходит на расстоянии длины химической связи, поэтому акт катализа совершается на определенном участке поверхности макромолекулы, называемом активным центром.

Современный уровень экспериментальных исследований позволил доказать, что он представляет собой набор небольшого числа функциональных групп, расположенных близко друг от друга, и имеет вид впадин, выемок и т.п. на поверхности молекулы фермента.

Функциональные группы активного центра могут принадлежать звеньям полипептидной цепи, весьма удаленным друг от друга.

Сближение их связано с формированием третичной структуры молекулы фермента.

Вполне логично, что активный центр не имеет автономного существования, нельзя провести какую-либо определенную грань между активным центром фермента и остальной частью белковой молекулы. Именно это и является одной из причин высокой чувствительности и лабильности активного центра к различным воздействиям.

В настоящее время выделено VI основных классов ферментов, где каждому ферменту присвоены кодовые числа (шифры). Шифр каждого фермента содержит четыре числа, разделенных точками, и составляется по принципу: первое указывает, к какому именно классу относится данный фермент (1 - оксидоредуктазы; 2 - трансферазы; 3 - гидролазы; - лиазы; 5 - изомеразы; 6 - лигазы); второе обозначает подкласс, связанный с природой функциональной группы или связи в молекуле субстрата; третье обозначает подкласс, конкретизирующий либо тип участвующего в реакции акцептора, либо тип транспортируемой группы, либо уточняет тип гидролизуемой (отщепляемой) группы или характер превращения субстрата и т.д. Четвертое число обозначает порядковый номер фермента в данном подклассе.

Протеолитические ферменты катализируют гидролитическое расщепление белков и пептидов по схеме:

По современной классификации протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз (III) и образуют подкласс пептид-гидролаз, или протеаз. Протеазы обычно подразделяют на пептидазы и протеиназы. Однако четкого разделения по этому признаку нет, т.к.

установлено, что протеиназы - пепсин, трипсин, папаин и другие гидролизуют пептидные связи не только в белках, но и в различных полипептидах. Позднее это было доказано для целого ряда протеиназ микробного происхождения.

За последние годы значительно изменились представления о протеолитических ферментах. Сейчас выяснено, что одни ферменты для своего действия не нуждаются в присутствии примыкающих концевых карбоксильных или аминных групп, другим, напротив, необходимо присутствие свободных концевых групп.

Ферменты первой группы (эндопептидазы) могут действовать на центральные участки пептидной цепи и расщеплять молекулы белка на более мелкие фрагменты; небольшие пептиды они расщепляют только тогда, когда их концевые группы искусственно, химическим путем блокированы.

Ферменты второй группы (экзопептидазы) не могут гидролизовать пептидные связи, находящиеся в середине цепи, и действуют (либо с карбоксильного, либо с аминного конца цепи), отщепляя последовательно одну за другой концевые аминокислоты.

Эндо- и экзопептидазы действуют при расщеплении белка согласованно; первые образуют большее число свободных концов, а вторые воздействуют на образовавшиеся фрагменты. Это можно наблюдать у протеолитических ферментов пищеварительного тракта.

Согласно современной классификации ферментов, протеазы (пептид-гидролазы) имеют номер 3.4 и образуют подгруппы, при этом учтены особенности действия: отщепление одиночных аминокислот (с N- или С-конца пептидной цепи); специфичность к дипептидным субстратам; отщепление дипептидных фрагментов с N- и С-конца. Это обычный тип классификации, основанный на специфичности. Вместе с тем, эндопептидазы (протеиназы) разделены на основании особенностей каталитического механизма и наличия одного из известных структурных признаков в активном центре.

Подкласс пептид-гидролаз в настоящее время представлен перечнем групп и подгрупп:

аминопептидазы (-аминоацилпептид-гидролазы), гидролизующие молекулу субстрата при наличии свободной -аминогруппы;

карбоксипептидазы, расщепляющие находящуюся рядом со полипептидах;

дипептид-гидролазы, катализирующие расщепление дипептидов до свободных аминокислот;

пролиназы, расщепляющие только такие пептиды, в образовании которых принимает участие карбоксильная группа пролина;

пролидазы, катализирующие расщепление дипептидов, в которых азот пролина связан кислотноамидной связью;

сериновые карбоксипептидазы;

металлокарбоксипептидазы;

сериновые протеиназы;

тиоловые протеиназы;

кислые (карбоксильные) протеиназы;

металлопротеиназы;

протеиназы с неизвестным механизмом катализа.

Часто на практике протеолитические ферменты, известные и тем более мало изученные, подразделяют на группы в зависимости от оптимального значения рН, оказывающего воздействие на субстраты.

Как правило, выделяют три группы:

1. Щелочные протеиназы, стабильные и активно действующие в обнаруживается при рН=9,5-10,5. Установлено, что это главным образом сериновые протеиназы (для акта катализа важную роль ингибируются диизопропилфторфосфатом (ДФФ).

2. Нейтральные протеиназы с оптимумом рН для протеолиза около 7,0. В эту группу объединяют большинство металлоферментов, чувствительных к таким аддентам, как ЭДТА и о-фенантролин.

Они не ингибируются ДФФ и тиоловыми реагентами, устойчивы 3. Кислые протеиназы - это ферменты, активные при рН=2-5, не чувствительные к сульфгидрильным реагентам, металлохелатным агентам, тяжелым металлам и к ДФФ. Для акта катализа этой глутаминовой или аспарагиновой аминокислот.

Вместе с тем отметим, что зависимость «активность - рН» носит подчиненный характер и связана со структурой активного центра, определяющего механизм действия.

Протеолитические ферменты синтезируются практически всеми живыми существами. Они очень распространены в природе и в последние десятилетия находятся на переднем крае развития энзимологии. В промышленных целях как источник получения протеаз используются животные ткани, растения и клетки микроорганизмов.

Наиболее изученными среди многообразия протеаз долгое время являлись ферменты пищеварительного тракта, а также тканевые катепсины, служившие моделью при исследовании кинетики ферментативных реакций, строения активных центров и механизма действия вновь открываемых объектов. Животные ферменты для различных целей получают из собираемого на мясокомбинатах сырья, среди которого наибольший интерес представляют поджелудочная железа убойных животных (свиней и КРС), слизистая оболочка желудков и сычугов. Эти ткани секретируют внеклеточные ферменты, из которых получают кристаллические медицинские и технические препараты пепсина, трипсина, химотрипсина, панкреатина, коллагеназы и эластазы.

В технологии переработки мяса огромную роль играют и внутриклеточные протеолитические ферменты, называемые катепсинами и локализованные в клеточных органеллах - лизосомах. Их свойства подробно освещены в ряде обзоров, монографий, учебников (В.В.

Мосолов, 1971; М. Диксон, Э. Уэбб, 1992; А. С. Большаков и др., 1986;

Л.С. Кудряшов, 1992; А. Ленинджер, 1995; В.Г. Боресков и др., 1988;

П.Е. Павловский, В.В Пальмин, 1985; Н.Н. Липатов и др., 1989).

Из растений промышленный интерес представляют плоды дынного дерева, побеги и листья инжира и отходы переработки ананасов.

Технология получения ферментных препаратов из растительного сырья отработана в зарубежных странах, успешно экспортирующих препараты соответствующих протеолитических ферментов фицин, бромелаин) различной степени чистоты.

Наиболее перспективным источником различных протеаз следует признать микроорганизмы по ряду существенных преимуществ, связанных прежде всего с неограниченностью источников, возможностью широко варьировать свойства методами селекции, генетической инженерии и подбором условий биосинтеза; широким спектром ферментных комплексов и глубиной воздействия на различные субстраты, включая труднодоступные, а также простотой и относительной дешевизной технологии.

Продуценты протеолитических ферментов обнаружены среди самых различных групп микроорганизмов: бактерий (Bacillus, Penicillium), актиномицетов (Streptomyces, Actinomyces). На их основе у нас в стране и за рубежом создано крупнотоннажное производство ферментных препаратов протеолитического действия.

Протеолитические ферменты животного происхождения. Секрет поджелудочной железы и слизистые оболочки сычугов, желудков, кишечного тракта содержат сложный набор гидролитических ферментов, в том числе протеаз. Практически все животные протеазы синтезируются тканями в виде неактивных предшественников зимогенов и превращаются в активные ферменты по какому-либо механизму уже в самих секретах.

В настоящее время эти ферменты получены в кристаллическом виде и достаточно изучены. Кристаллический трипсин впервые получен Нортропом и Кунитцем в 1931 г. путем насыщения раствора белка коммерческого препарата трипсина. Ими же предложена полная схема получения кристаллических белков трипсиногена, трипсина, соединения трипсин-ингибитор. Разработка простых методов, позволяющих получать значительные количества очищенных протеолитических ферментов и их предшественников, явилась важным этапом в развитии энзимологии и послужила толчком, обусловившим бурное развитие учения о протеолитических ферментах в последующие годы.

Молекулы трипсина и трипсиногена имеют глобулярное строение;

свиной и бычий трипсины характерны выраженными основными свойствами (ИЭТ при рН=10,5). В растворе они имеют высокую симметрию и малую степень гидратации, оптимум активности обнаруживается в интервале рН от 7,0 до 9,0 и при температуре около 50 °С. Относительная молекулярная масса 23800 (бычий трипсин). Важным свойством молекул трипсина в растворе является их способность к ассоциации, в которой активный центр не участвует. Трипсин гидролизует связи (не обязательно пептидные), в которых карбоксильные группы принадлежат основным аминокислотам - лизину или аргинину. Амиды расщепляются быстрее, чем пептиды, а сложные эфиры - быстрее, чем амиды.

Пепсин - фермент слизистой оболочки желудков свиней и сычугов, впервые полученный Нортропом в 1929 - 30 г.г., был вторым в истории энзимологии кристаллическим ферментом.

Препараты кристаллического пепсина не отличаются высокой степенью однородности, что связано с наличием в слизистой желудка нескольких форм пепсиногена, а также с самоперевариванием фермента.

Пепсин обнаружен в желудочном соке всех позвоночных.

Относительная молекулярная масса пепсина определена Раджагопаланом, Стейном и Муром и равна 34 163. Молекула пепсина имеет 321 аминокислотный остаток. На поверхности глобулы пепсина обнаружена впадина, соответствующая месторасположению активного центра.

В желудке молочных телят и ягнят синтезируется специфический фермент реннин (химозин), из которого получают препарат сычужного фермента. Интерес к этому ферменту возник в связи со свойством специфически расщеплять пептидную связь казеина, в результате чего молокосвертывающими, и они получили широкое применение в технологии сыров, творогов, молочных коагулянтов.

Согласно работам Фольтмана и Хартли, первичные структуры пепсина и реннина совпадают на 70 %, оба фермента имеют близкие относительные молекулярные массы (33000+34000). Реннин умеренно стабилен при рН=2,0, устойчив в интервале рН=5,3-6,3, инактивируется при рН 6,5. Фермент проявляет неустойчивость при рН = 3,5. Именно при этом значении рН его протеолитическая активность максимальна.

Температурный оптимум лежит в интервале 40–45 °С.

Таким образом, оптимум протеолитической активности реннина лежит в несколько более щелочной области рН, чем у пепсина, что, вероятно, связано с различиями в структуре активных центров ферментов. Предполагается, что в акте катализа важную роль играют остатки гистидина и лизина. Фермент, подобно пепсину и известным кислым протеиназам грибов, имеет способность преимущественно расщеплять пептидные связи, образованные гидрофобными аминокислотами.

Коллагеназа - фермент, секретируемый у земноводных и млекопитающих в растущих или подвергающихся метаморфозу тканях.

Впервые коллагенолитическая активность была выявлена в хвостовом плавнике головастиков в период метаморфоза, когда в течение нескольких дней происходит резорбция больших количеств коллагена в ткани. Коллагеназа головастика обладает весьма высокой специфичностью. Этот фермент расщепляет тропоколлаген, как бы делая срез через все три цепи в единственном месте - вблизи аминокислотного остатка 750 в последовательности из 1000 остатков.

Два фрагмента, составляющие соответственно 1/4 и 3/4 исходной цепи, при температуре тела спонтанно развертываются и становятся доступными действию других протеолитических ферментов. Истинной коллагеназой считается фермент, гидролизующий последовательность Gly–Pro–Pro.

Согласно данным (Л.В. Антипова, 1991), из поджелудочной железы выделен фермент, названный коллагеназой, который имеет специфичность к гидролизу коллагена. Для коллагеназы, подобно коллагену, характерны высокие массовые доли оксипролина (1 %) и пролина (7,5 %). Степень гидролиза коллагена достигает 75,0-87,5 %.

Коллагеназно-эластазный комплекс получают на мясокомбинатах из экстрактов поджелудочной железы, но из-за ограниченности источников препарат выпускается лишь для медицинских целей. На практике для обработки различных белковых субстратов, в том числе с высокой массовой долей соединительнотканных компонентов, применяют ферменты пепсин, трипсин, химотрипсин или комплекс ферментов поджелудочной железы - панкреатин. Свойства этих ферментов достаточно изучены (В.В. Мосолов, 1971). Ферменты поджелудочной железы убойного скота могут действовать на коллаген и эластин внутримышечной соединительной ткани.

Установлено, что активность экстрактов свиной и говяжьей поджелудочной железы по отношению ко всем фракциям коллагена в 4– 5 раз выше, чем у панкреатина. При этом более высокой коллагеназной активностью, чем говяжья, обладает свиная поджелудочная железа. В то же время отмечено, что панкреатическая коллагеназа является не индивидуальным ферментом, а смесью активных белков разной молекулярной массы. При этом фракция, обладающая наибольшей коллагеназной активностью, в количественном отношении незначительна. Экстракт поджелудочной железы действует на белки соединительной ткани - коллаген и эластин. Оптимальными условиями ферментативного гидролиза соединительнотканных белков являются рН=6,0, температура 55 °С при массовой концентрации поджелудочной железы 11,9 мг/см3.

Известны пути применения ферментов животного происхождения - пепсина, трипсина, химотрипсина, панкреатина - в различных отраслях хозяйства: медицине, пищевой, микробиологической, кожевенной, текстильной отраслях промышленности, сельском хозяйстве и т.д.

Однако при гидролизе белков типа коллагена и эластина их применение целесообразно лишь после предварительной термической обработки субстратов. Кроме того, ферменты животного происхождения термолабильны, их источники ограничены, препараты дороги. Несмотря на это, они находят применение в ряде стран для обработки мясного сырья и вторичных его ресурсов с целью повышения эффективности процессов, получения более качественных продуктов, в технологии колбасных оболочек для гидролиза коллагенсодержащего сырья, при разработке новых видов продукции. В целом же использование ферментных препаратов животного происхождения для удовлетворения нужд крупнотоннажного мясоперерабатывающего производства следует признать проблематичным (Л.В. Антипова, 1991).

Катепсины - тканевые ферменты, локализованные в лизосомах мышечного волокна. Им отводится исключительная роль в процессах посола и созревания мяса. Они не имеют самостоятельного значения в обработке мясного сырья ферментами, так как источник катепсинов – ценнейший пищевой продукт. Однако закономерности их воздействия на белки мышечной ткани имеют большое практическое значение и должны учитываться при дополнительном внесении ферментов той или иной специфичности. При разработке новых препаратов для ускорения процессов созревания свойства катепсинов служат сравнительной базой.

Свойства катепсинов достаточно изучены при традиционном характере автолиза. В последнее время сведения значительно расширены в результате развития теории и практики различных аспектов созревания и посола мяса благодаря научным исследованиям, проведенным отечественными и зарубежными учеными (А. С. Большаков и др., 1986; В.Г. Боресков и др., 1988; Л.С. Кудряшов, 1992; Н.К.

Журавская и др., 1999; Н.Н. Липатов и др., 1989; П.Е. Павловский, В.В Пальмин, 1985; И.А. Рогов и др., 1996, И.А.Смородинцев, 1939; В.И.

Соловьев, В. О. Кракова, 1971; Dayton W.R., Goll D.E., 1996; Dutson T.R., 1982) саркоплазматическом ретикулуме, митохондриях и рибосомах дополнительно содержится спектр протеиназ, проявляющих максимальную активность в нейтральной среде (рН=7~8) при наличии ионов кальция.

протеолитических ферментов.

Наиболее изученными среди тканевых ферментов остаются катепсины, среди которых идентифицированы экзо- и эндопептидазы, активные в кислой области (рН=2-5). Обобщение литературных данных и результатов собственных исследований проведено Л.С. Кудряшовым (Л.С. Кудряшов, 1987,1992).

Ферменты, гидролизующие концевые участки полипептидных цепей - катепсины В, D, H, L и G. Внутренние участки полипептидов активно расщепляют катепсины А, В2 и С. Очевидно, гетерогенность ферментных комплексов и их специфичность играют решающую роль в характере и глубине изменений мышечных белков при посоле и созревании мяса.

Ряд авторов предполагают, что катепсины L, В, Н и D играют определяющую роль в деградации белков, где важное место отводится катепсину D - ферменту с высокой активностью и широкой субстратной специфичностью, который в комплексе с другими протеиназами инициирует скорость процесса распада белков в лизосомах.

Среди ферментов, обнаруженных в саркоплазме, плазматических мембранах и в миофибриллярных структурах, идентифицированы фракции с протеолитической активностью при рН-оптимуме 7-8. Они инициируются поступлением ионов Са2+ в клетку.

Ферменты растительного происхождения действуют на волокна соединительной ткани, но не на нативный, а на денатурированный при нагревании коллаген. Растительные протеазы сначала разрушают мукополисахариды основного вещества ткани, затем превращают его волокна в аморфную массу. Как наиболее известные, здесь следует отметить папаин из дынного дерева, фицин из инжира, бромелаин из ананасов. Менее известные - асклепаин из ваточника, мацин из маклюры оранжевой, мадар и раджи из латекса индийских растений Calotrofis gigantea и Elensine coracana, используемые для выработки мясных продуктов из баранины, мяса буйволов, птицы с нежной консистенцией и одновременно с улучшением вкуса и аромата.

Папаин представляет собой гетерогенную систему протеиназ, отличающихся молекулярной массой и изоэлектрической точкой, имеет оптимум активности при рН=5-7 и температуре 60-70 °С, подвергается инактивации при 80-85 °С. Наибольшую активность папаин проявляет в отношении актомиозина. При температуре 60 °С хорошо гидролизует не только белки мышечной ткани, но и коллаген и эластин. На нативный коллаген практически не действует.

Кристаллы папаина получают из жидкого или сухого латекса дынного дерева. Несколько раз перекристаллизованный папаин ведет себя при электрофорезе как однородное вещество основного характера с изоэлектрической точкой около рН=9 (M. Friedman, 1996).

Относительная молекулярная масса равна 20700.

Фицин - протеолитический фермент, выделенный из плодов, стеблей и листьев тропических растений рода Ficus. Это протеиназа типа папаина, проявляет активность в широких пределах рН, температурный оптимум активности находится в пределах 60-65 °С, инактивируется при 80 °С. Оказывает заметное воздействие на мышечную и соединительную ткани. Есть сведения, что фицин способен гидролизовать нативный коллаген, хотя активность его в отношении этого субстрата заметно слабее и хорошо проявляется при рН=3,0, резко возрастая при температуре выше 60 °С. Обладает активностью по отношению к мукополисахаридному комплексу внутримышечной соединительной ткани и растворимым белкам мяса. С повышением температуры фицин проявляет более выраженную эластазную активность.

Кристаллы фицина отличаются по форме от кристаллов папаина.

Подобно папаину, в акте катализа установлена важная роль цистеина, а также некоторая аналогия структуры молекулы. Относительная молекулярная масса фицина равна 25 000 - 26 000.

значительно отличается от папаина. Наилучшим из числа известных карбобензоксиметионина. Установлено, что фицин расщепляет связи четырех из пяти содержащихся в цепи В инсулина остатков предпочтительно расщепляет связь Arg-Lys.

Фицин - единственный представитель группы растительных протеиназ, способный гидролизовать нативный коллаген. Вместе с тем мукополисахаридному комплексу внутримышечной соединительной ткани. рН и температура в наибольшей степени влияют на активность фицина по отношению к коллагену и эластину: по мере увеличения значений протеолиз белков становится наиболее заметным.

Бромелаин выделен из плодов ананаса и по своему отношению к ингибиторам и активаторам, а также по ряду других свойств близок к молекулярная масса - около 33 000. Молекула бромелаина содержит аминокислотных остатков и представляет собой одну полипептидную цепь, стабилизированную пятью дисульфидными связями и несущую последовательность характерна высокой долей основных аминокислот, что придает соответствующие свойства белку-ферменту (ИЭТ при рН=9,55).

Бромелаин - сложный белок, содержит в качестве небелкового прочно связанный углеводный компонент. Его активность повышается в присутствии цистеина, цианида, меркаптоэтанола; угнетается веществами, специфически реагирующими с SH-группами.

Кроме белков, бромелаин активно гидролизует и некоторые синтетические пептиды. Из всех исследованных низкомолекулярных субстратов лучше других им гидролизуются производные аргинина. В отличие от папаина, бромелаин гидролизует эфир бензоил-L-аргинин, что предполагает, несмотря на многое сходство с папаином, различия в строении активных центров.

По способности гидролизовать белки мяса бромелаин оценивается примерно так же, как папаин.

Бромелаин проявляет активность в широком диапазоне рН (4,5Растворимые белки мяса в наибольшей степени расщепляются в интервале от 2,0 до 10,0 с максимумом при рН=7,0 (M. Friedman, 1996).

Он, как и другие растительные ферменты, не способен гидролизовать нативные коллаген и эластин, однако проявляет высокую коллагеназную и эластазную активность при температурах 60 °С и выше. В связи с этим его применение в ряде зарубежных стран связано с мягчением жесткого мяса, а также с производством мясных паст, эмульсий и т.п.

Следует, однако, подчеркнуть, что протеиназы растительного происхождения, подобно животным, не могут полностью удовлетворять потребности в протеолитических ферментах. В связи с этим будущее принадлежит протеиназам микробного происхождения, преимущества которых уже были отмечены выше.

Ферменты микробного происхождения. Многие широко распространенные микроорганизмы секретируют значительные количества протеолитических биокатализаторов в окружающую среду, что значительно облегчает задачу их выделения и очистки. Возможность управления образованием ферментов за счет подбора соответствующей питательной среды и условий культивирования позволяет не только увеличить выход протеолитических ферментов, но и получать ферментные препараты с определенными свойствами. Методы селекции и генной инженерии значительно увеличивают возможности целенаправленного биосинтеза ферментов. Существенна способность микроорганизмов вырабатывать ферменты, уникальные по своей субстратной специфичности (например, кератиназы, коллагеназы, эластазы). Большое внимание, уделяемое изучению протеолитических ферментов микроорганизмов, привело к получению значительного высокоочищенном состоянии.

В настоящее время в номенклатуру и классификацию ферментов внесено большое количество протеолитических ферментов микробного происхождения, которые относятся к различным подклассам.

Необходимо отметить, что многие из них получены в кристаллическом виде (например, субтилизин КФ 3.4.21.14, сериновая эндопептидаза Alternaria КФ 3.4.21.16, сериновая протеиназа Arthrobacter КФ 3.4.21.14, стрептококковая протеиназа КФ 3.4.22.10, кислая протеиназа Aspergillus oryzae КФ 3.4.23.6, кислая протеиназа Penicillium janthinellum КФ 3.4.23.6, кератиназа Streptomyces КФ 3.4.99.11 и др.), и часто под одним номером находится очень много ферментов, получаемых из различных источников, но имеющих сходные свойства.

Однако в промышленности чаще всего получают комплекс протеолитических ферментов, достоинства которого определяются с учетом аспектов последующего применения ферментного препарата.

Общая протеолитическая активность препаратов определяется на стандартных субстратах (казеине, гемоглобине, казеинате натрия) в соответствии с известными методами и используется для сравнения эффективности их действия на специфические субстраты (коллаген, эластин, кератин, желатин и т.д.).

Следует отметить, что в нашей стране проведены определенные исследования и обобщения по эффективности микробных протеиназ при расщеплении белков животных тканей. Однако лишь для немногих из них глубоко изучены физико-химические свойства, проведена идентификация функциональных групп каталитического центра, исследованы кинетика гидролиза субстратов и субстратная специфичность, расшифрована первичная структура.

Применительно к гидролизу белков животного происхождения исследование микробных протеиназ целесообразно проводить в сравнении с классическими представителями, уровень изученности которых достаточен, а практическая значимость подтверждена и прогнозируема.

Производство протеолитических препаратов организовано на основе микроскопических грибов родов Aspergillus и Rhizopus при поверхностном культивировании продуцентов, а также на основе бактерий Bacillus (subtilis, mesentericus, licheniformis, cereus и др.) при глубинном культивировании.

Среди микроорганизмов - продуцентов протеиназ не менее важное место, чем бактерии, занимают актиномицеты Streptomyces (bradia, griseus, fradiospiralis), хотя они сравнительно редко используются в промышленных условиях. Однако целенаправленное крупнотоннажное производство ферментных препаратов для мясной промышленности у нас в стране отсутствует.

Литературные данные позволяют судить о том, что интерес к их разработке возрос, повысился уровень изученности, есть результаты положительного действия ряда препаратов на белки мяса, включая коллаген и эластин (В.В. Мосолов, 1971; В.Е. Мицык, А. Ф. Невольченко, 1990; Н.Н. Липатов и др., 1989; В.Г. Боресков и др., 1988; И.А. Рогов и др., 1996; В. А. Алексахина, Л. А. Пыльцова и др., 1995; Л.В.

Антипова,1991, 1997, 2000, 2001). В то же время следует отметить, что знания в этой области остаются недостаточными, сведения требуют обобщения; разработка новых продуцентов и препаратов протеиназ на их основе для обработки мясного сырья - весьма актуальная научнотехническая проблема.

В настоящее время установлено, что семейство субтилиновых (на основе бактерий Bacillus) протеиназ относится к группе сериновых протеиназ и характерно свойствами, близкими к химотрипсину, трипсину, проявляя аналогию и при действии на мясные белки. Известные стрептококковые протеиназы относятся к группе тиоловых, или, как их еще называют, «цистеиновых», к которой принадлежат папаин, фицин, бромелаин. Обширный перечень карбоксильных протеиназ микроскопических грибов относится к семейству пепсина.

Однако проведение глубоких исследований ферментов из микроорганизмов осложняется высокой гетерогенностью синтезируемых протеолитических комплексов, требующих особо тонких и чувствительных методов выделения и очистки. Комплексные препараты, получаемые на практике, дают специфические эффекты при гидролизе субстратов.

Так, например, протеолитические ферменты бактериального и грибного происхождения действуют в основном на белки мышечной ткани. Вместе с тем, известны комплексные препараты, проявляющие активность в отношении коллагена и эластина.

При исследовании различных субтилизинов установлена их высокая каталитическая активность и невысокая специфичность гидролитического действия (гидролизуют пептидные, амидные и эфирные связи), что допускает их использование в различных пищевых технологиях.

Протеиназа из Act. fradiae, отнесенная к типу трипсиноподобных, способна также гидролизовать казеин, денатурированный коллаген, но не активна в отношении эластина.

Из культуральной жидкости Вас. mesentericus 316M выделяют протеолитической активностью по отношению к фибриллярным белкам, в том числе коллагену и эластину.

Из отходов производства антибиотиков получен протеолитический казеинолитической активностью, подвергая при этом гидролизу гемоглобин, альбумин, эластин, коллаген и желатин. Полученные препараты протелина, содержащие комплекс специфических протеаз, гидролизуют многие белки на 70-90 %. Препараты положительно апробированы при производстве мясных продуктов, а том числе для улучшения качества мяса.

В протеолитический комплекс Asp. oryzae 251-90 входят 5 ферментов: сериновая, карбоксильная протеиназы, металлопротеиназа, карбоксипептидаза и др., а комплекс из Asp. terricola содержит несколько карбоксильных протеиназ.

Получение высокоочищенных фракций ферментов - длительный, сложный и дорогой процесс, а применение комплексных препаратов не всегда дает желаемый эффект и требует исследования условий гидролиза не только на чистых субстратах, но и при обработке сложных белковых систем. При этом интерес представляет как глубина протеолиза, так и качественная характеристика продуктов реакции, поскольку именно они определяют не только функциональные, биологические и технологические свойства продуктов, но и могут проявлять физиологические эффекты в составе пищи.

Наибольший интерес для обработки мясного сырья представляют различные коллагеназы. История микробных коллагеназ начинается с конца XVIII в., когда среди анаэробных бактерий рода Clostridium (CI.

bifermentaus, CI. perfringens, CI. welchii) были обнаружены ферменты, переваривающие сухожилия крыс, лягушек, собак. В последнее время активно ведется поиск микроорганизмов, способных к интенсивному синтезу коллагеназы. Продуценты этих ферментов были обнаружены среди обширного представительства (Actinomyces rimosus, Streptomyces griseus, Actinomyces fradiae 119 и др.), на основе некоторых из них разработаны бактериальные препараты протелин и проназа, специфичные к гидролизу поперечных связей молекулы тропоколлагена с образованием мономеров.

Изучены протеолитические ферменты из бактерий рода Bacillus (В.

mesentericus, В. subtilis и др.), а также Acinetobacter sp., Achromobacter rophagus. Определенный интерес вызвали грибные коллагеназы, например, из Aspergillus terricola, Aspergillus oryzae. Успешно используются актиномицетов (S. fraidiospiralis, S. griseus, S. fulvoviridis и др.).

Идентификация функциональных групп каталитических центров в большинстве исследований подтверждает сходство структуры коллагеназ различных источников.

Для специалистов мясной промышленности наибольший интерес представляют данные, касающиеся действия ферментов на мышечные и соединительнотканные белки мяса при условиях, используемых в традиционных технологиях переработки мясного сырья, сведения о влиянии различных технологических факторов на активность ферментных препаратов, о субстратной специфичности ферментов для оценки их способности воздействовать на коллаген внутримышечной соединительной ткани. Еще более важным моментом является влияние ферментных препаратов на функционально-технологические, структурно-механические, реологические свойства мясного сырья и, в конечном итоге, на качественные показатели готовых продуктов. Такая информация необходима для выбора и реализации наиболее эффективных путей внедрения ферментных препаратов в технологии мясных продуктов.

специфичности фермента является степень гидролиза субстрата.

Зависимость степени гидролиза от концентрации ферментного препарата косвенно позволяет оценить расположение точки равновесия реакции протеолиза (так как реакция является обратимой). Высокие значения степеней гидролиза при малых концентрациях фермента свидетельствуют о высоком сродстве фермента к соответствующему субстрату.

Для успешного решения прикладных задач необходимо изучение способности ферментов преобразовывать белки заданной структуры в составе сложных гетерогенных субстратов, формирующих тканевый состав мяса и вторичных продуктов убоя.

За последние годы значительно расширились знания о свойствах и механизме действия протеолитических ферментов. Процесс протеолиза играет ключевую роль в белковом обмене, формировании и распаде биологически активных белков и пептидов.

Специфические протеазы обеспечивают глубокую деструкцию белковых субстратов и позволяют повысить биологическую ценность получаемых гидролизатов.

приобретают протеазы микроорганизмов.

Среди прокариот наиболее удобными объектами для изучения и промышленного использования являются микроорганизмы, в частности промышленные продуценты внеклеточных ферментов, в том числе и чужеродных мутантных белков.

протеолитических ферментных препаратов на основе Bac. subtilis – Протосубтилин Г10х и Bac. megaterium – Мегатерин Г10Х.

ферментных препаратов в технологии мясных продуктов и опираясь на данные отечественных и зарубежных источников (В.П. Чумаков и др., 1995; A.J. Barret, N.F. Haeth, 1999), нами были рассмотрены следующие препараты с целью сравнения и последующего обоснования выбора наиболее эффективного: трипсин, протосубтилин Г10х, Мегатерин Г10х, коллагеназа.

рассматриваемых ферментных препаратов, обладающих сходными свойствами и уровнями протеолитической активности и нашедших свое применение в пищевой промышленности, в частности и в мясной.

представленных препаратов предпочтение следует отдать Мегатерину Г10х, что обуславливается его высокой относительно других ферментов протеолитической активностью, наличием относительно высокой коллагеназной, а также липолитической активностей.

Представлялось интересным изучить этот фермент и оценить возможность его применения в технологии мясных продуктов для производства соленых деликатесных изделий. Наряду с этим изучение данного препарата пополнит сведения о протеиназах, в частности, о металлпротеиназах, отдельные представители которых изучены еще недостаточно.

Таблица 2.1 - Характеристика ферментных комплексов препаратов Протосубтилин Bacillus С целью обоснования технологических режимов и способов применения ферментного препарата Мегатерин Г10х в производстве продуктов из мясного сырья с отклонениями в автолизе было необходимо изучить его физико-химические характеристики и биохимические особенности, в частности, влияние внешних технологических факторов среды, температуры), наличие активаторов и ингибиторов, влияние концентраций субстрата на специфическую активность фермента.

протеолитическую активность исследуемых ферментных препаратов. В качестве субстрата использовали 2% раствор стандартного белка – казеина по Гаммерстену. Результаты исследования представлены на рис. 2.1.

Протеолитическая активность, ед/г равновесных параметров ферментативных реакций основываются на классических принципах термодинамики и кинетики (В.Л. Кретович, 1986).

«колоколообразной» зависимости скорости реакции от температуры в достаточно широком температурном интервале (рис. 4.1), что приводит к температурному оптимуму реакции. Эта особенность влияния температуры на кинетику ферментативных реакций объясняется наложением двух эффектов - возрастанием скорости реакции при увеличении температуры и ускорением тепловой денатурации белковой молекулы, приводящей к инактивации фермента при высоких температурах.

Многообразие форм, в которых проявляется влияние температуры на скорость ферментативных реакций, дает основание ожидать, что анализ этого влияния должен представлять большие трудности. В действительности, однако, влияние температуры легко установить экспериментально. Влияние этого фактора на стабильность фермента можно изучить, инкубируя фермент при различных значениях температуры в течение определенного периода времени, а затем определяя его активность в той температурной зоне, в которой он остается стабильным.

Зависимость активности всех рассматриваемых нами ферментов от температуры выражается типичной “колоколообразной” кривой в температурном интервале от 4 до 80 0С, с максимумом при значениях 37-40 0С для всех препаратов, что позволяет определить температурный оптимум, а также интервал температурной стабильности ферментов. По характеру кривых видно, что при увеличении температуры до 30-37 0С активность ферментов возрастает. Два из исследуемых препаратов (Мегатерин, оптимум (t= 37–40 С) протеолитической активности. Исключение составил Трипсин, максимальная активность для которого отмечена при t=50С. При дальнейшем увеличении температуры (более 60°С) наступает быстрая инактивация всех препаратов вследствие термической денатурации белковой молекулы ферментов.

Результаты исследования влияния рН на активность ферментных препаратов представлены на рис. 2.2.

Ферменты активны только в определенном интервале рН; в большинстве случаев для каждого фермента имеется определенный оптимум рН. Это объясняется несколькими причинами: 1) истинное обратимое влияние рН на скорость реакции (когда фермент насыщен субстратом); 2) влияние рН на сродство фермента к субстрату (в этом случае падение активности по обе стороны от оптимума рН будет следствием понижения насыщения фермента субстратом в силу понижения сродства); 3) влияние рН на стабильность фермента, который может необратимо инактивироваться при рН по одну или обе стороны от оптимума. Перечисленные факторы могут действовать и в комбинации друг с другом. Например, падение активности по одну сторону от оптимума рН может быть результатом уменьшения сродства фермента к субстрату, а по другую — результатом инактивации фермента.

Для всех известных ферментов зависимость скорости реакции от рН графически также выражается в виде «колоколообразной» функции.

Такие кривые строятся на основе данных, полученных при измерении начальных скоростей реакции, протекающей в буферных растворах с разными значениями рН.

ферментативной реакции от рН, отражает способность важных для данного фермента протон-донорных или протон-акцепторных групп в его каталитическом центре переходить при определенных значениях рН в состояние требуемой степени ионизации.

Исследование влияния рН на накопление продуктов гидролиза проводили в диапазоне от 6,0 до 8,0, так как именно эта область рН представляет практический интерес. Как видно, препараты проявляют наибольшую активность по отношению к субстрату в нейтральной зоне рН, причем основной максимум активности наблюдается при значении рН, равном 7,0, что является одним из основных критериев выбора фермента для последующего использования для гидролиза белков мяса.

Протеолитическая активность, ед/г различного происхождения рН от 7,0 до 8,0. Активность препарата составила не менее 50% от максимальной. Наибольшая активность проявляется при рН=7,4.

значительной активностью (около 70 % от максимальной) в диапазоне рН от 6,6 до 7,8.

Интересные данные получены при изучении влияния рН на активность Мегатерина Г10Х. Как видно, ферментный препарат проявляет наибольшую активность по отношению к субстрату в нейтральной зоне рН, причем основной максимум активности наблюдается при значении рН, равном 6,8-7,0, что является одним из основных критериев выбора фермента для последующего гидролиза белков мяса.

Рост активности Мегатерина Г10х начинается при рН=5,0 (50 % максимальной активности). В интересующем нас диапазоне рН (5,5–6,5) активность препарата составила 75–96 % от максимальной, что позволяет положительно оценить возможность обработки сырья с данным уровнем рН исследуемым ферментным препаратом.

ферментного препарата является область его стабильности, поскольку применение фермента в пищевой промышленности возможно только при условии полной его инактивации в готовом продукте, т. к.

употребление активных ферментов в пищу может воздействовать на стенки желудочно-кишечного тракта, что недопустимо.

Исследование термоинтактивации Мегатерина Г10х проводили в интервале температур от 37 0С до 70 0С. Инактивация ферментного препарата начинается при 40 С и интенсивно происходит в температурном интервале 40–70 С (рис. 2.3), что определяет применением Мегатерина Г10х в целях улучшения технологических свойств мясных продуктов.

Изучение рН инактивации ферментного препарата проводили в интервале рН от 2,0 до 7,0 и от 7,0 до 10,0. Как видно из полученных результатов (рис. 2.4), инактивация фермента начинается при рН 8,0 и интенсивно происходит в интервале 8,0–10,0.

Протеолитическая активность, % Рис. 2.3. Термоинактивация Мегатерина Г10х Так, изменение рН с 7,0 до 10, 0 приводит к полной потере активности фермента в течение 10 мин. Аналогичные данные получены при снижении рН до 2,0. Спад активности Мегатерина начинается при значениях рН 6,0 (время инактивации 1 ч) и интенсивно происходит в интервале 2,0-5,0. Так при значениях рН 2,0 время, в течение которого фермент полностью теряет свою активность, составляло 10 мин.

Проведенные исследования показали, что Мегатерин Г10х не является термо- и рН-стабильным ферментом, поэтому в готовом технологической обработки и не окажет негативного воздействия на функционирование основных систем желудочно-кишечного тракта человека.

Протеолитическая активность, % Протеолитическая активность, % Истинными субстратами большинства протеолитических ферментов являются белки. Целесообразно поэтому рассмотреть особенности их макромолекулярной структуры.



Pages:   || 2 | 3 |
 
Похожие работы:

«АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН Г.Н. Петров, Х.М. Ахмедов Комплексное использование водно-энергетических ресурсов трансграничных рек Центральной Азии. Современное состояние, проблемы и пути решения Душанбе – 2011 г. ББК – 40.62+ 31.5 УДК: 621.209:631.6:626.8 П – 30. Г.Н.Петров, Х.М.Ахмедов. Комплексное использование водно-энергетических ресурсов трансграничных рек Центральной Азии. Современное состояние, проблемы и пути решения. – Душанбе: Дониш, 2011. – 234 с. В книге рассматриваются...»

«Министерство образования Российской Федерации Владимирский государственный университет В.В. КОТИЛКО, Д.В. ОРЛОВА, А.М. САРАЛИДЗЕ ВЕХИ РОССИЙСКОГО ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА Владимир 2003 ББК 65.03 К 73 Рецензенты: Доктор экономических наук ГНИУ СОПС¬ Минэкономразвития РФ и РАН И.А. Ильин Доктор исторических наук, профессор, декан гуманитарного факультета, заведующий кафедрой истории и культуры Владимирского государственного университета В.В. Гуляева Котилко В.В., Орлова Д.В., Саралидзе А.М. Вехи...»

«1 А. А. ЯМАШКИН ПРИРОДНОЕ И ИСТОРИЧЕСКОЕ НАСЛЕДИЕ КУЛЬТУРНОГО ЛАНДШАФТА МОРДОВИИ Монография САРАНСК 2008 2 УДК [911:574](470.345) ББК Д9(2Р351–6Морд)82 Я549 Рецензенты: доктор географических наук профессор Б. И. Кочуров; доктор географических наук профессор Е. Ю. Колбовский Работа выполнена по гранту Российского гуманитарного научного фонда (проект № 07-06-23606 а/в) Ямашкин А. А. Я549 Природное и историческое наследие культурного ландшафта Мордовии : моногр. / А. А. Ямашкин. – Саранск, 2008....»

«гмион Межрегиональные исследования в общественных науках Министерство образования и пауки Российской Федерации ИНО-центр (Информация. Наука. Образование) Институт имени Кеннана Центра Вудро Вильсона (США) Корпорация Карнеги в Нью-Йорке (США) Фонд Джона Д. и Кэтрин Т. Мак-Артуров (США) / MИНОЦЕНТР HOL • информация.наука! образование Данное издание осуществлено в рамках программы Межрегиональные исследования в общественных науках, реализуемой совместно Министерством образования РФ, И НО-центром...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем безопасного развития атомной энергетики А. В. Носов, А. Л. Крылов, В. П. Киселев, С. В. Казаков МОДЕЛИРОВАНИЕ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ Под редакцией профессора, доктора физико-математических наук Р. В. Арутюняна Москва Наука 2010 УДК 504 ББК 26.222 Н84 Рецензенты: академик РАЕН И. И. Крышев, доктор технических наук И. И. Линге Моделирование миграции...»

«ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Ю. А. Бобров ГРУШАНКОВЫЕ РОССИИ Киров 2009 УДК 581.4 ББК 28.592.72 Б 72 Печатается по решению редакционно-издательского совета Вятского государственного гуманитарного университета Рецензенты: Л. В. Тетерюк – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела флоры и растительности Севера Института биологии Коми НЦ УрО РАН С. Ю. Огородникова – кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии Вятского государственного гуманитарного...»

«Национальная академия наук Украины Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина Венгеров И.Р. ТЕПЛОФИЗИКА ШАХТ И РУДНИКОВ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Том I. Анализ парадигмы Издательство НОРД - ПРЕСС Донецк - 2008 УДК 536-12:517.956.4:622 ББК 22.311:33.1 В29 Рекомендовано к печати Ученым советом ДонФТИ им. А.А.Галкина НАН Украины (протокол № 6 от 26.09.2008 г.). Рецензенты: Ведущий научный сотрудник Института физики горных процессов НАН Украины, д.ф.-м.н., проф. Я.И. Грановский; д.т.н.,...»

«Муромский институт (филиал) Владимирского государственного университета Указатель литературы, поступившей в библиотеку Муромского института в 2009 году Библиотека МИ Муром 2010 г. УДК 019.911 У 42 Указатель литературы, поступившей в библиотеку Муромского института в 2009 г. – Муром: Библиотека МИ ВлГУ, 2010. – 74 с. Составители: Библиотека МИ ВлГУ © Муромский институт (филиал) Владимирского государственного университета, 2010 4 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАЗОВАНИЕ. СОЦИАЛЬНАЯ РАБОТА ИСТОРИЯ. КУЛЬТУРОЛОГИЯ....»

«Ю. В. Андреев АРХАИЧЕСКАЯ СПАРТА искусство и политика НЕСТОР-ИСТОРИЯ Санкт-Петербург 2008 УДК 928(389.2) Б Б К 63.3(0)321-91Спарта Издание подготовили Н. С. Широкова — научный редактор, Л. М. Уткина и Л. В. Шадричева Андреев Ю. В. Архаическая Спарта. Искусство и п о л и т и к а. — С П б. : Н е с т о р - И с т о р и я, 2008. 342 с, илл. Предлагаемая монография выдающегося исследователя древнейшей истории античной Греции Юрия Викторовича Андреева является не только первым, но и единственным в...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Таганрогский государственный педагогический институт Е.В. Мурюкина Диалоги о киноискусстве:  практика студенческого медиаклуба Ответственный редактор доктор педагогических наук, профессор А.В. Федоров Таганрог Издательский центр ГОУВПО Таганрогский государственный педагогический институт 2009 1 УДК 316.77:001.8 ББК 74.202 М 91 Печатается по решению редакционно-издательского...»

«Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Кафедра естественнонаучных и общегуманитарных дисциплин В. К. Криворученко ИСТОРИЯ — ФУНДАМЕНТ ПАТРИОТИЗМА Москва — 2012 УДК 93.23 ББК 63.3 К82 Рецензенты: Королёв Анатолий Акимович, доктор исторических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ (АНО ВПО Московский гуманитарный университет); Козьменко Владимир Матвеевич, доктор исторических наук, профессор, заслуженный деятель...»

«Российская академия наук Э И Институт экономики УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ РАН ВОСТОЧНАЯ И ЮГОВОСТОЧНАЯ АЗИЯ–2008: ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА Москва 2009 ISBN 978-5-9940-0175-2 ББК 65. 6. 66. 0 B 76 ВОСТОЧНАЯ И ЮГО-ВОСТОЧНАЯ АЗИЯ–2008: ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА / Ответственный редактор: М.Е. Тригубенко, зав. сектором Восточной и Юго-Восточной Азии, к.э.н., доцент. Официальный рецензент сборника член-корреспондент РАН Б.Н. Кузык — М.:...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технологический университет Н.А. МУКМЕНЕВА, С.В. БУХАРОВ, Е.Н. ЧЕРЕЗОВА, Г.Н. НУГУМАНОВА ФОСФОРОРГАНИЧЕСИКЕ АНТИОКСИДАНТЫ И ЦВЕТОСТАБИЛИЗАТОРЫ ПОЛИМЕРОВ МОНОГРАФИЯ КАЗАНЬ КГТУ 2010 УДК 678.03;678.04;678.4;678.7 ББК (Г)24.237 Фосфорорганические антиоксиданты и цветостабилизаторы полимеров. Монография / Н.А. Мукменева, С.В. Бухаров, Е.Н. Черезова, Г.Н....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию РФ Владивостокский государственный университет экономики и сервиса _ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ РЫБОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ (методологический аспект) Монография Владивосток Издательство ВГУЭС 2009 ББК 65.35 О 13 ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ РЫБОХОО 13 ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ (методологический аспект) / авт.-сост. А.П. Латкин, О.Ю. Ворожбит, Т.В. Терентьева, Л.Ф. Алексеева, М.Е. Василенко,...»

«Министерство природных ресурсов Российской Федерации Федеральное агентство лесного хозяйства ФГУ НИИ горного лесоводства и экологии леса (ФГУ НИИгорлесэкол) Н.А. БИТЮКОВ ЭКОЛОГИЯ ГОРНЫХ ЛЕСОВ ПРИЧЕРНОМОРЬЯ Сочи - 2007 УДК630(07):630*58 ББК-20.1 Экология горных лесов Причерноморья: Монография / Н.А.Битюков. Сочи: СИМБиП, ФГУ НИИгорлесэкол. 2007. -292 с., с ил. Автор: Битюков Николай Александрович, доктор биологических наук, заслуженный деятель науки Кубани, профессор кафедры рекреационных...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Ивановский государственный химико-технологический университет Филологический факультет Санкт-Петербургского государственного университета ЧЕЛОВЕК ГОВОРЯЩИЙ: ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА К 80-летию со дня рождения Лии Васильевны Бондарко Монография Иваново 2012 УДК 801.4 ББК 81.2 Человек говорящий: исследования XXI века: коллективная монография / под ред. Л.А. Вербицкой, Н.К. Ивановой, Иван. гос. хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2012. – 248 с....»

«Министерство культуры Российской Федерации ФГБОУ ВПО Кемеровский государственный университет культуры и искусств Лаборатория теоретических и методических проблем искусствоведения ТЕАТРАЛЬНОЕ ИСКУССТВО КУЗБАССА – 2000 Коллективная монография Кемерово Кузбассвузиздат 2012 УДК 792 ББК 85.33 Т29 Ответственный редактор кандидат искусствоведения, доктор культурологии, профессор Кемеровского государственного университета культуры и искусств Н. Л. Прокопова Рецензенты: доктор искусствоведения,...»

«И.В. Остапенко ПРИРОДА В РУССКОЙ ЛИРИКЕ 1960-1980-х годов: ОТ ПЕЙЗАЖА К КАРТИНЕ МИРА Симферополь ИТ АРИАЛ 2012 ББК УДК 82-14 (477) О 76 Рекомендовано к печати ученым советом Каменец-Подольского национального университета имени Ивана Огиенко (протокол № 10 от 24.10.2012) Рецензенты: И.И. Московкина, доктор филологических наук, профессор, заведующая кафедрой истории русской литературы Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина М.А. Новикова, доктор филологических наук, профессор...»

«Р.И. Мельцер, С.М. Ошукова, И.У. Иванова НЕЙРОКОМПРЕССИОННЫЕ СИНДРОМЫ Петрозаводск 2002 ББК {_} {_} Рецензенты: доцент, к.м.н., заведующий курсом нервных Коробков М.Н. болезней Петрозаводского государственного университета главный нейрохирург МЗ РК, зав. Колмовский Б.Л. нейрохирургическим отделением Республиканской больницы МЗ РК, заслуженный врач РК Д 81 Нейрокомпрессионные синдромы: Монография / Р.И. Мельцер, С.М. Ошукова, И.У. Иванова; ПетрГУ. Петрозаводск, 2002. 134 с. ISBN 5-8021-0145-8...»

«ОГЛАВЛЕНИЕ 4 Введение УДК 617.5:618 Глава 1. Кесарево сечение. От древности до наших дней 5 ББК 54.54+57.1 История возникновения операции кесарева сечения 6 С85 Становление и развитие хирургической техник и кесарева сечения... 8 Современный этап кесарева сечения Рецензенты: История операции кесарева сечения в России Глава 2. Топографическая анатомия передней В. Н. Серов, академик РАМН, д-р мед. наук, б р ю ш н о й стенки и т а з а ж е н щ и н ы проф., зам. директора по научной работе...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.