Биохимические процессы, протекающие в пищевых продуктах при хранении: гидролитические, окислительно-восстановительные, синтетические

Биохимические процессы, протекающие в пищевых продуктах при хранении: гидролитические, окислительно-восстановительные, синтетические.

 

Введение

Важнейшим параметром пищевых продуктов является их качество, под которым понимают совокупность свойств продукта, обеспечивающих потребности организма человека в пищевых веществах, органолептические характеристики продукта, безопасность его для здоровья потребителя, надёжность в отношении стабильности состава и сохранения потребительских свойств. Важным показателем, относящимся к понятию качества пищевых продуктов, включая степень обеспечения физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах и энергии. Пищевая ценность определяется химическим составом пищевого продукта с учётом его потребления в общепринятых количествах.

Основная причина порчи пищевых продуктов и большинства случаев пищевых заболеваний — это деятельность микроорганизмов. Микробиологическая порча является главной проблемой так называемых «портящихся продуктов» — свежих фруктов, овощей, мяса, птицы, хлебобулочных изделий, молока и соков. К микроорганизмам, способным вызывать порчу пищевых продуктов, относятся бактерии, грибы (плесени и дрожжи), вирусы и микопаразиты. Рост большинства микроорганизмов можно предотвратить или замедлить посредством контроля их начального содержания, контроля температуры хранения, снижения активности воды и рН, применения консервантов и использования соответствующей упаковки. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов являются причиной порчи пищевых продуктов, а некоторые из них при употреблении испорченных продуктов в пищу могут стать причиной тяжелых заболеваний и даже летального исхода. Менее серьёзные случаи порчи могут проявляться в ухудшении цвета, вкуса и аромата продукта до такой степени, что он становится неприемлемым. Тем не менее, не все микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности являются нежелательными. Некоторые из них полезны и используются в пищевых технологиях — в частности, при производстве сыра, вина, пива, мясопродуктов и др(2).

Биохимические процессы - процессы, вызывающие изменения химических веществ при участии ферментов. Эти процессы в свою очередь подразделяются на гидролитические, окислительно-восстановительные и синтетические процессы(1).

 

 

 

 

 

 

 

1. Гидролитические процессы

 

   Гидролитические процессы - процессы распада (гидролиза) сложных веществ при участии воды и ферментов гидролаз до простых, что влияет на вкус (например, гидролиз крахмала до простых сахаров приводит к появлению сладкого вкуса) или на консистенцию (при гидролизе протопектина плоды и овощи размягчаются)(1). Интенсивность этих процессов определяется химическим составом продукта, наличием и активностью ферментов, условиями хранения(3). Гидролитические процессы могут оказывать положительное и отрицательное влияние на качество продукта. В начале хранения при созревании плодов и овощей происходит гидролиз крахмала, из протопектина образуется пектин. К концу же хранения при полном гидролизе протопектина мякоть плодов становится мягкой и дряблой. При хранении продуктов богатых жирами происходит их гидролиз, что сопровождается повышением кислотного числа(2).

   Гидролиз жира может быть неферментативный и ферментативный. Неферментативный гидролиз протекает в жировой фазе и зависит от количества растворенной в жире воды. При низких отрицательных температурах гидролитического расщепления жиров не происходит. При пониженных температурах скорость гидролиза ничтожна, так как в жире растворено мало воды. Реакция гидролитического расщепления жиров ускоряется с повышением температуры, а также в присутствии щелочей и кислот. Реакция гидролиза идет глубоко при нагревании жиров выше 200 °С в присутствии воды. Под действием щелочей жиры гидролизуются более интенсивно, чем под действием кислот(3).  

Наличие сопутствующих веществ (белков, липидов и др.) в растительных маслах увеличивает скорость гидролиза жира, так как создается большая поверхность соприкосновения воды с жиром. 
   Ферментативный гидролиз жиров происходит под действием липаз, которые могли быть в сырье и сохранились в готовом продукте, а также в том случае, если в процессе хранения в жиры попала микрофлора(3).

  Во время хранения животных жиров при низких минусовых температурах их гидролиз не происходит. В копченых колбасах, беконе, соленом шпике наблюдается глубокий гидролиз жиров при изготовлении и особенно при хранении. Количество свободных жирных кислот за первые два месяца хранения в них возрастает в 10–14 раз. 
   При гидролизе жира происходит повышение кислотного числа. Кислотным числом называют количество миллиграммов едкого калия, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 грамме жира. Кислотное число является основным химическим показателем качества жира. По количеству свободных жирных кислот, содержащихся в жире, можно судить о его свежести, так как в природных жирах их находится мало. При неправильном хранении количество свободных жирных кислот возрастает, дальнейшее их окисление приводит к появлению пороков вкуса и запаха, а при более глубоком процессе – к непригодности жира для пищевых целей. 
   При гидролизе белков белковая молекула расщепляется на пептоны (смесь полипептидов), далее на три– и дипептиды, а затем на альфа-аминокислоты. 
   Гидролитические процессы приводят к ухудшению вкуса и запаха продуктов, они часто являются причиной значительных потерь пищевых продуктов. 
   Из других ферментативных процессов необходимо отметить автолиз (саморастворение). Этот процесс протекает в тканях мяса и рыбы под действием тканевых ферментов. В живых объектах ферментативные процессы обратимы – гидролиз веществ всегда сопровождается синтезом новых органических соединений. В неживых объектах (мясе, рыбе и др.) процессы синтеза прекращаются и все реакции смещаются в сторону расщепления веществ. 
   В результате автолиза происходят сложное превращение гликогена в молочную кислоту (гликолиз), а также различные преобразования белков мышечной ткани. 
   Автолитические изменения в мясе подразделяют на две стадии: послеубойное окоченение и созревание. 
   На первой стадии в мышечной ткани мяса, рыбы происходит накопление молочной кислоты, реакция среды смещается в кислую сторону, что приводит к изменению концентрации солей, уменьшению количества АТФ, а также вследствие этого к образованию нерастворимого белкового комплекса – актомиозина. 
   На второй стадии вследствие биохимических процессов повышается рН и количество АТФ, происходит распад актомиозина на акти– и миозин, в связи с чем увеличивается растворимость миозина. Начинается протеолиз белков, в результате чего в мышечной ткани накапливаются пептиды и свободные аминокислоты. Повышается набухаемость белков. Созревание мяса сопровождается накоплением экстрактивных веществ, которые влияют на вкус и запах мяса. При распаде АТФ образуются адениловая и инозиновая кислоты, гипоксантин – соединения определяющие органолептические свойства мяса. При дезаминировании глутамина образуется глутаминовая кислота, участвующая в образовании вкуса мяса. В результате этих процессов увеличиваются нежность и сочность мяса, улучшаются его вкус и запах. 
   При глубоком автолизе происходит распад белков, жиров, увеличивается отделение мясного сока, появляется неприятный кислый вкус. 
   В рыбе автолитические изменения проходят очень быстро и приводят к ухудшению ее качества, а затем и к порче. Рыба пригодна в пищу лишь с начальными признаками автолиза.

   Эти процессы еще в конце прошлого века (в 1898 г.) объяснил Мюллер-Тургау, по мнению которого накопление и исчезновение сахаров вызвано разной скоростью гидролиза крахмала и его ресинтеза. Так, при снижении температуры с 20 до 0оС изменяется скорость всех реакций, но скорость реакции крахмал > сахар уменьшается в 3 раза, а сахар > крахмал - в 20 раз, при этом снижается и расход сахара на дыхание в 3 раза.

2. Окислительно-восстановительные процессы

 

Окислительно-восстановительные процессы окисления или

восстановления веществ кислородом воздуха или другими окислителями при участии окислительно-восстановительных ферментов.

Указанные процессы приводят к образованию окисленных веществ, которые могут разрушаться дальше до более простых соединений. Например, окисленая форма витамина С - дегидроаскорбиновая кислота легко разрушается, вследствие чего утрачивается витаминная ценность продукта. Некоторые окисленные вещества могут полимеризоваться с образованием более крупных молекул. Примером может служить окисление дубильных веществ до биофлавоноидов - темноокрашенных соединений, придающих темную окраску черному чаю, сушеным плодам и овощам и т. п.

  Ферментативное окисление жиров при участии липооксигеназы вызывает образование перекисей и гидроперекисей также, как и при неферментативном прогоркании жиров. У пищевых продуктов, являющихся живыми объектами (мука, крупы, свежие плоды и

овощи, яйцо и т. п.), происходит комплекс окислительно-восстановительных процессов, называемых дыханием. При дыхании расходуются сахара, жиры и органические кислоты.

  Конечные продукты определяются типом дыхания: аэробное и анаэробное.

Суммарные уравнения этих типов дыхания можно привести в виде следующих реакций:

аэробное дыхание: СбН12Ое + 602 -> 6 С02 + 6 Н20 + 688 ккал;

анаэробное дыхание: СбН12Ое -» 2 С2Н5ОН + 2 С02 + 27 ккал.

Таким образом, при аэробном дыхании поглощается кислород, а выделяется

углекислый газ, вода и энергия. Анаэробное дыхание протекает без участия кислорода, в результате чего выделяется углекислый газ, этиловый спирт и энергия, количество которой в 25 раз меньше, чем при аэробном дыхании. Поскольку главное назначение дыхания - обеспечение организма энергией, необходимой для жизнедеятельности, анаэробное дыхание является малоэкономичным типом по сравнению с аэробным. Кроме того, образующийся при анаэробном дыхании этиловый спирт и в качестве

промежуточного продукта ацетальдегид могут вызывать отравление тканей организма, приводить к удушью и гибели. В результате этого возрастают актируемые потери от отходов.

Процесс дыхания сопровождается потерей массы растительного объекта, изменением состава окружающей атмосферы, выделением влаги и тепла. 
   Потери массы при дыхании растительных продуктов могут достигать значительных размеров. Они особенно велики у хранящихся плодов и овощей. Выделяющиеся при дыхании тепло и влага могут быть причиной дальнейшего усиления процесса дыхания. Это происходит в том случае, когда хранящиеся объекты плохо проветриваются, для удаления накапливающейся в них влаги и понижения их температуры.

   Процесс дыхания у растительных продуктов различного происхождения неодинаков. Он определяется количеством выделенного углекислого газа или поглощаемого кислорода в единицу времени единицей массы. Слабая интенсивность дыхания характерна для сухого зерна, значительно выше она у сочных плодов и овощей. Особенно возрастает интенсивность дыхания при механических повреждениях и микробиологических заболеваниях объектов.

   Снижение интенсивности дыхания для предупреждения нерационального расхода питательных веществ может быть достигнуто применением пониженных температур, ограничением воздухообмена и доступа к тканям кислорода воздуха в пределах, не превышающих критической концентрации (не ниже 2%), или повышения концентрации С02, но не более 8-10%, чтобы предупредить усиление анаэробного дыхания и всех отрицательных последствий, связанных с ним.

   Указанные условия создаются на охлаждаемых складах с регулируемой или

модифицированной газовой средой. Последняя обеспечивается применением

полиэтиленовых мешков или вкладышей. Повышенная концентрация С02 может накапливаться самопроизвольно за счет дыхания в больших массах продукции с ограниченным доступом кислорода воздуха. Например, в буртах, траншеях, глухих закромах для хранения овощей, в элеваторах для хранения зерна, при бестарном размещении муки и крупы. Поскольку в этом случае процесс дыхания и накопление С02 не регулируется, возможны самосогревание и порча продуктов.

   Биохимические процессы при хранении пищевых продуктов носят разрушающий характер, и это не случайно, так как большинство товаров - неживые объекты, неспособные к синтезу новых веществ(1).

 Расходование на дыхание  сахаров и других органических  веществ (кислот, белков, жиров) приводит  к потере сухого вещества продукта. Образующиеся спирт и углекислый  газ губительно действуют на  живые клетки продукта, вода может  способствовать увлажнению продукта, а тепло – его согреванию (самосогреванию). 
   Таким образом, активное аэробное дыхание ведет к значительной потере сухого вещества, увлажнению и согреванию продуктов. При анаэробном дыхании также наблюдаются потери сухого вещества, а в результате накоплению спирта и ацетальдегида – отравление и отмирание живых тканей продукта. Поэтому для максимального сохранения качества желательно замедленное аэробное дыхание. Замедлить дыхание можно понижением температуры, влажности воздуха и созданием модифицированной газовой среды, т.е. среды с определенным содержанием кислорода, углекислого газа и азота, отличающимся от состава обычной атмосферы.

 

 

 

 

 

 

3. Синтетические процессы

 

Синтетические процессы - процессы синтеза сложных веществ, предназначенных для формирования новых тканей или обеспечения жизнедеятельности биосистем. Эти процессы присущи только живым организмам. К их числу относятся ресинтез крахмала в клубнях картофеля при высоких температурах хранения, образование фитонцидов и

фитоалексинов - веществ защитного характера в плодах и овощах, накопление суберина и кутина в покровных тканях, синтез белка в тканях живой рыбы, вегетативных овощей при прорастании и т. п.

В большинстве случаев синтетические процессы протекают лишь в определенные периоды хранения (при переходе в состояние покоя или прорастании вегетативных овощей или семян плодов). В остальное время преобладают гидролитические и другие разрушающие процессы. Однако в некоторых случаях действие таких процессов может носить и положительный характер. Например, гидролитические процессы являются преобладающими и участвующими в формировании качества при созревании муки, сыров, дозревании плодов и овощей, при послеубойных изменениях в мясе и рыбе. При выдержке и старении вин решающую роль играют окислительно-восстановительные процессы.

   Наряду с этим гидролитические и окислительно-восстановительные процессы даже в вышеуказанных ситуациях при их длительном и/или интенсивном протекании могут вызывать нежелательные последствия, связанные с порчей продукции. Так, созревание и дозревание переходит в перезревание, старение и отмирание, вследствие чего качество продуктов

ухудшается, а затем и вообще утрачивается, в том числе и безопасность. Биохимические процессы могут происходить под воздействием как собственных ферментов, так и ферментов микроорганизмов, вызывающих микробиологические процессы(1).