Реферат: Технология продуктов общественного питания 3

Изменение содержания прочно- и слабосвязанной воды в процессе тепловой обработки мяса

Вода — естественный компонент мяса, образующий устойчи­вые структурированные системы с другими его частями. Формы и прочность связи воды в этих системах влияют на свойства мя­са, в том числе на водоудерживающую способность, по характе­ру изменения которой можно судить об изменении потерь массы в процессе тепловой обработки и о качестве продукта. В настоя­щее время под водоудерживающей способностью мяса понима­ется сила, с которой часть его собственной воды или собственной с небольшим количеством добавленной воды удерживается белками, а также другими веществами и структурными система­ми мяса при воздействии на него каких-либо сил извне.

На изменение водоудерживающей способности мяса в, про­цессе его тепловой обработки влияют многие факторы: темпера­тура, до которой оно нагревается, длительность выдержки при ней, температура среды, способ тепловой обработки, скорость нагрева, величина рН обрабатываемого сырья, реологические характеристики, химический состав продукта, количество добав­ленной поваренной соли, воды, вид мяса, анатомическое проис­хождение мышц, возраст животных и др.

Структура воды и изменение ее в процессе на­грева. Белковая макромолекула окружена водой, которую нель­зя рассматривать как нейтральное вещество, так как благодаря своим уникальным свойствам она, с одной стороны, подвергает­ся воздействию растворенных в ней белковых макромолекул, с другой — сама активно влияет на конформацию белка. Известно, что вода служит связующим звеном между белковыми молекула­ми. Составляя 70...75 % массы живой клетки (в протоплазме ее со­держится около 70...80 %, в фибриллах — около 70, в саркоплаз­ме - 20, во внеклеточном пространстве — 10 %), вода представ­ляет собой ту жидкую среду, в которой осуществляются обмен и транспортировка веществ. Стабилизация пространственной структуры белка и других биополимеров в значительной мере осу­ществляется в результате их взаимодействия с водой.

Уникальные свойства воды обусловлены ее способностью об­разовывать четыре водородные связи между молекулами и одно гидрофобное взаимодействие, в результате которых возникают сильные межмолекулярные связи, приводящие к образованию ассоциации. При этом две водородные связи включают два атома водорода молекулы воды, а две другие — неспаренные электроны кислорода и два атома водорода соседних молекул, поэтому мо­гут выступать одновременно в роли донора и акцептора электро­нов в процессе образования водородных связей. В этом случае одна из взаимодействующих молекул получает избыточный по­ложительный заряд, приобретая «кислые свойства», а другая — отрицательный заряд и «основные» свойства. В результате моле­кулы, соединенные водородной связью, способны образовывать более прочные связи с другими молекулами. Таким образом, во­дородные связи в воде носят кооперативный характер, т. е. одно­временно образуются или рвутся большие группы связей.

Следует отметить, что большинство исследователей связыва­ют снижение водосвязывающей способности и потери влаги в процессе нагрева мяса только с изменением конформационной структуры белка. Белковая макромолекула в мясе всегда находит­ся в окружении воды. Растворы неполярных веществ являются структурообразователями по отношению к воде. Наличие непо­лярного углерода в ней способствует возникновению гидрофоб­ного взаимодействия. На основании этого можно считать, что вода в значительной степени определяет конформацию макро­молекул. Однако это свойство воды обусловлено непосредствен­но структурой, которая, в свою очередь, может изменяться под воздействием различных факторов, в частности температуры.

Рис. 2. График зависимости снижения содержания влаги от температуры образца и рН фарша

Известны четыре характерные температуры (15, 30, 45, 60 °С), при которых происходят резкие изменения состояния воды. Считают, что при указанных температурах в воде совершаются качественные структурные переходы.

Исследования зависимости снижения содержания влаги от тем­пературы и рН образца фарша показали, что отделение влаги начи­нается уже при температуре 35 °С (рис. 2). Однако, начиная с температур 45...50 ⁰ С, влага выделяется более интенсивно. Это объясняется изменением, с одной стороны, структуры воды при указанных температурах, с другой — конформацией белковой мак­ромолекулы, которая обусловлена комплексом внутри- и межмоле­кулярных водородных связей и гидрофобных взаимодействий.

Поскольку нагрев сопровождается разрушением структур во­ды (водородных связей и гидрофобных взаимодействий), действующие между протофибриллами вторичные силы Ван-дер-Ваальса стягивают молекулу белка в более компактную форму, т. е. происходят полимеризация дискретных белков и увеличение их молекулярной массы. При этом с повышением температуры контакт воды с углеводородом приводит к энергетически менее выгодной замене взаимодействия вода—вода взаимодействием углерод—вода, структура белка уплотняется, что вызывает зна­чительное выделение влаги в виде бульона.

Формы связи воды с дисперсными системами.

Формы связи воды в дисперсных системах, по П. А. Ребиндеру, классифицируют следующим образом: химическая, физико-химическая, физико-механическая.

К химической связи относятся ионная и молекулярная, кото­рые характеризуются связью в строго молекулярных соотноше­ниях. Химически связанная — гидратационная вода — является прочносвязанной, ее количество составляет 6... 10 % к массе су­хого вещества.

К физико-химической связи относятся адсорбционная и ос­мотическая, которые осуществляются в различных не строго определенных соотношениях.

К физико-механической относятся связи: в микро-( r < 10^-7 м) и макрокапиллярах (r > 10^-7 м), структурная и смачивания Удер­живание воды физико-механическими связями осуществляется в неопределенных соотношениях.

Ионная, очень сильная связь может быть нарушена при хими­ческом взаимодействии или прокаливании. Молекулярная связь также относится к сильным и может быть нарушена при нагреве мяса до температуры выше 150 °С.

Наибольшее влияние на качество продукта и потери массы в процессе его тепловой обработки, по-видимому, оказывает физико-химически и физико-механически связанная вода. Ис­пользуя классификацию форм связи П. А. Ребиндера, связанную в мясе воду подразделяют на четыре основных вида.

Первый (слой а) — гидратационная вода, связанная электро­статически с полярными группами белков посредством положи­тельных или отрицательных зарядов водных диполей. Второй (слой b) — связан с белками посредством притяжения водных ди­полей (диполь—диполь). Третий (слой с) — капиллярно связан­ная и адсорбированная вода. Четвертый (слой d) — вода смачи­вания.

Выделяют три формы связывания воды с белком: гидратаци­онная, иммобилизованная и свободная вода.

Гидратационная вода составляет примерно 10 % всей имеющейся в мясе воды, адсорбированной белком. Вследствие двухполюсного характера молекул она присоединяется к ионам и другим полярным группам, имеет измененные физические пока­затели, не поддается физиологическому воздействию, не влияет на колебания водоудерживающей способности.

Иммобилизованная (связанная) вода прочно удерживается сетью мембран и волокнами мышечных белков, а также сцеплениями водородных носителей зарядов. Эта часть воды с большим трудом выжимается и не вытекает из мяса.

Свободная вода находится между клетками, очень «рых­ло» связана и легко вытекает при нагреве. Это обусловливает, с одной стороны, потери массы от испарения при замораживании и холодильном хранении мяса и от вытекания сока при его раз­мораживании, с другой — способствует сушке мясопродуктов.

В зависимости от состояния мышечных белков изменяется со­отношение между иммобилизованной и свободной водой, причем оба ее вида следует рассматривать как единое целое: если количест­во иммобилизованной воды увеличивается, то свободной — сокра­щается, и водоудерживающая способность возрастает; при умень­шении количества иммобилизованной воды повышается содержа­ние свободной, и влагоудерживающая способность понижается.

Для оценки прочности связи воды в мясных изделиях А. А. Со­колов предложил следующую динамическую схему: вода, содер­жащаяся в мясе, подразделяется на прочносвязанную и слабо­связанную, а слабосвязанная — на полезную (которая остается в продукте после тепловой обработки) и избыточную.

В этом случае к прочносвязанной воде относится адсорбци­онная, удерживаемая молекулярно-силовым полем у поверхно­сти раздела дисперсных частиц — мицелл с окружающей средой и гидрофильными центрами белковых молекул, а также влага микрокапилляров с r < 10^{-7 м и механически удерживаемая.}

Вода слабосвязанная необходима для обеспечения желатель­ных свойств и нормированного выхода продукта. Вода слабосвя­занная избыточная в основном отделяется при тепловой обработке мясопродуктов. Повышение влагосодержания фарша пу­тем увеличения доли слабосвязанной избыточной воды приво­дит к значительному ее отделению в процессе нагрева продукта и, следовательно, к снижению качества готовых изделий.

Считают, что ионная связь особенно важна для увеличения водоудерживающей способности мяса. Поскольку некоторые аминокислоты содержат две карбоксильные и две аминогруппы, то помимо блокированных пептидной связью имеются группы с кислой и щелочной реакцией, которые образуют анионы и ка­тионы. Кроме названных в молекуле аминокислот содержатся и другие функциональные группы, например гидроксильные (—ОН) и сульфгидрильные (—SH). Они имеют полярный харак­тер, вследствие чего также могут удерживать воду.

В зависимости от того, являются ли заряды соседствующих ионов одноименными или противоположными, они взаимно притягиваются либо отталкиваются. Известно, что количество зарядов в изоэлектрической точке (рН ~ 5,0) минимально. Мясо, нагретое при изоэлектрическом состоянии белков, характеризу­ется максимальным отделением бульона и минимальной водо­удерживающей способностью.

Изменение водоудерживающей способности в процессе на­грева соленой говядины (2 %) в зависимости от рН сырья, темпе­ратуры образца и греющей среды представлено на рис. 3 и 4 Нагрев проводили при температурах греющей среды 75, 100 и 145 °С до достижения в центре образца температур 35, 45, 50, 55, 65, 75, 90, 115, 125 и 135 °С.