Водосвязывающая и жироудерживающая способность мяса

Вода не только является преобладающим компонентом всех пищевых продуктов, но и оказывает существенное влияние на такие качественные характеристики готовых мясных изделий, как консистенция, структура, устойчивость при хранении, а также выход. Для оценки состояния воды в пищевых продуктах в настоящее время широко используются показатели водосвязывающей способности и активности воды.

Воду, содержащуюся в пищевых продуктах, как правило, разделяют в зависимости от форм ее связи с белками на три группы: гидратационная, иммобилизованная и свободная.

Гидратационная вода (около 5% от общего ее содержания), как показывают спектры ядерно-магнитного резонанса, имеет структуру «водородных мостиковых соединений». По физическим свойствам она отличается от иммобилизованной и свободной воды более низкой температурой замерзания, большей плотностью, меньшим давлением па ров и способностью к растворению различных соединений. Гидратационная вода связана электростатически с диссоциированными группами боковых цепей белка (карбоксильными, гидроксильными, сульфгидрильными и аминогруппами), водородными связями с недиссоциированными полярными группами (карбоксильными и аминогруппами пептидных связей) и формирует мономолекулярный слой на их поверхности.

Иммобилизованная вода, составляющая наибольшую часть общего ее содержания, связана сорбционными и ван-дер-ваальсовыми силами в виде мультимолекулярных слоев с мышечными мембранами и филаментами. По физическим свойствам она отличается от гидратационной и образует «льдоподобную» структуру между белковыми молекулами. Количество иммобилизованной воды зависит от пространственной структуры белков, которая расширяется или сжимается в зависимости от притяжения или отталкивания заряженных боковых групп молекул белка. Увеличение расстояния между ними при повышении заряда белковой сетки и разрыве поперечных связей приводит к росту количества иммобилизованной воды, а ассоциация молекул, наоборот, сопровождается его уменьшением.

Третья группа - это свободная вода, молекулы которой за счет водородных связей организованы в виде «роя» (кластера), постоянно то разрушающегося, то образующегося вновь. Таким образом, у свободной воды есть «промежуточное» состояние между отдельными молекулами и решеткообразной структурой льда. Время жизни таких кластеров очень незначительно, и при повышении температуры оно уменьшается. Так, при отрицательных температурах молекулы свободной воды соединены водородными связями на 100%, при 6 °С - на 52, а при 34 °С - на 45%. Свободная вода удерживается в мясе силами капиллярного взаимодействия и является постоянным депо для пополнения количества иммобилизованной воды.

Водосвязывающая способность мяса существенно зависит от количества и степени связи с белком иммобилизованной и свободной воды. Водосвязывающая способность определяется рядом факторов: возрастом животного, количественным соотношением влаги и жира, глубиной автолиза мяса, условиями замораживания, величиной рН, количеством белков, их составом и свойствами, в том числе содержанием и степенью растворимости миофибриллярных и фибриллярных белков, обладающих резко выраженной способностью к набуханию.

Наибольшее практическое значение имеет водосвязывающая способность мышечной и соединительной тканей, так как эта влага является преобладающим компонентом мяса. Основная часть воды мышечной ткани (около 90%) содержится в волокнах, причем ее больше в составе миофибрилл и меньше - в саркоплазме. Водосвязывающая способность мышечной ткани определяется в первую очередь свойствами и состоянием белков миофибрилл (актина, миозина и актомиозина). В составе соединительной ткани воды меньше, в основном она связана с коллагеном.

Формы и прочность связи воды с мясом различны. Различают адсорбционную, осмотическую и капиллярную влагу.

Адсорбционная влага - это часть влаги, которая находится в мясе в наиболее прочно связанном состоянии, удерживаемом за счет сил адсорбции, главным образом белками. Диполи воды фиксируются гидрофильными центрами белков. Число заряженных групп белка в зависимости от условий может меняться вплоть до нуля в изоэлектрической точке.

Водосвязывающая способность белков тем выше, чем больше интервал между величиной рН среды и изоэлектрической точкой, т.е. чем больше групп СООН и NH₂ будет ионизировано и заряжено. Так, если животное перед убоем было подвергнуто стрессу, то автолитические процессы в мясе протекают интенсивнее и величина рН резко сдвигается в кислую сторону в течение 1 ч и приближается к изоэлектрической точке. Такое мясо теряет много сока и обладает пониженной гидратацией. Туша становится особенно водянистой при рН 5,2-5,5. Число не- I ионизированных полярных групп, способных удерживать воду, обычно остается неизменным, благодаря чему сохраняется способность белка связывать некоторое количество воды и в изоэлектрической точке.

Число групп, фиксирующих влагу благодаря адсорбции, зависит и от взаимодействия белков друг с другом, при котором происходят взаимная блокировка активных групп и уменьшение адсорбции. Такое взаимодействие наблюдается, например, при автолизе в процессе развития посмертного окоченения, что связано с образованием актомиозина из актина и миозина. Большое значение для водосвязывающей способности белков имеет концентрация электролитов в саркоплазме кле­ток, так как от нее зависит степень ионизации белков.

Следовательно, помимо природных свойств белков на количество удерживаемой ими адсорбционной влаги влияют те факторы, которые изменяют число гидрофильных групп белка: интервал между рН среды и изоэлектрической точкой, свойства и концентрация электролитов, взаимодействие белков друг с другом в силу особых условий. Известное значение имеет температура (ниже температуры денатурации), с повышением которой усиливается разбрасывающее тепловое движение диполей воды и уменьшается общая толщина адсорбционного слоя.

Осмотическая влага удерживается в ненарушенных клетках за счет разности осмотического давления по обе стороны клеточных оболочек (полупроницаемых мембран) и внутриклеточных мембран. В межклеточных пространствах, так же как и в тканях с неклеточной структурой, роль полупроницаемой перегородки выполняет структура каркаса белковых гелей, в ячейках которого удерживается вода. Кроме того, более высокое осмотическое давление и увеличение количества осмотически связанной воды возникают в зависимости от концентрации ионов электролитов вблизи полярных групп белка. Таким образом, содержание осмотической влаги в мясе тем выше, чем больше остается неразрушенных полупроницаемых мембран или структурных образований, выполняющих их роль. Она частично выходит из мяса при погружении его в раствор с более высоким осмотическим давлением (посол), при тепловой денатурации белков. Количество осмотической влаги влияет на упругие свойства тканей.

Капиллярная влага заполняет поры и капилляры мяса и фарша. Количество капиллярной влаги зависит от степени развития капиллярной сети в структуре материала. В мясе роль капилляров выполняют кровеносные и лимфатические сосуды. Капиллярная влага влияет на объем и сочность продукта. Чем больше величина капиллярного давления, тем прочнее капиллярная влага связана с материалом. Капиллярное давление, в свою очередь, определяется размером капилляров. Чем меньше диаметр капилляров и микрокапилляров, тем больше капиллярное давление и тем прочнее удерживается вода.

Даже в границах одной формы связи влаги ее прочность и влияние на свойства тканей неодинаковы. В технологической практике вла­гу по форме ее связи с мясом часто упрощенно разделяют на прочно-связанную, слабосвязанную полезную и слабосвязанную избыточную. К влаге, прочно связанной с продуктом, относят в основном адсорбционную влагу микрокапилляров, а также часть осмотической. Слабосвязанная полезная влага размягчает (пластифицирует) продукт, создавая благоприятную консистенцию и способствуя усвоению пищи. Слабосвязанная избыточная влага - это та ее часть, которая может отделяться в процессе технологической обработки в виде бульона при варке колбас или в составе мясного сока при размораживании. При изготовлении колбас прочносвязанная влага должна составлять примерно 1/3 всей жидкости. В этом случае продукт имеет хорошую консистенцию и выход. При изготовлении колбасы, например, из длительно хранившегося мороженого мяса часть влаги представлена в виде слабосвязанной избыточной, и в этом случае консистенция продукта будет хуже (наблюдается отделение бульона), а выход продукта меньше. Если прочносвязанная влага составляет более 1/3, то продукт получается чрезвычайно твердым.

Чем больше прочносвязанной влаги, тем меньше испарение. Так, при обжарке колбас потери за счет испарения могут составлять от 7 до 8%. При сушке желательно, чтобы прочносвязанной влаги было меньше.

Влиять на количество разных форм влаги в мясе можно, изменяя условия, в частности его рН и изоэлектрическую точку.

Водосвязывающая способность мяса определяет его качество при технологической и кулинарной обработке. Известно, что выход вареных колбас в значительной мере определяется водосвязывающей способностью мяса. Из мяса с небольшой водосвязывающей способностью трудно приготовить высококачественную продукцию, так как при обработке велики потери влаги и соответственно растворимых в ней веществ. Вследствие этого быстрое определение водосвязывающей способности сырья очень важно в практике работы мясоперерабатывающих предприятий.

Представление о состоянии влаги в мясе может быть получено путем отделения свободной влаги методом прессования или центрифугирования. Количество связанной влаги Х₁ (% к массе мяса) вычисляют по формуле:

X_{1 =} (А - 8,4Б) 100/m₀,

а содержание связанной влаги Х₂, (% к общей влаге) определяют по формуле:

Х₂ = (А-8,4Б)100/А, где А - общее содержание влаги в навеске, мг; Б - площадь влажного пятна, см;

т₀- масса навески мяса, мг.

Мясо с нормальными свойствами (NOR) в первые часы после убоя независимо от исходной величины рН обладает высокой водосвязывающей способностью и хорошими технологическими свойствами. Длительность послеубойного хранения мясного сырья различно влияет на качество мяса с низким и высоким значениями рН и на формы связи воды, прежде всего на состояние иммобилизован ной влаги. Наибольшей способностью к ее удерживанию обладает свинина в первые часы и через 48 ч после убоя. Состояние миофибриллярных белков мяса в процессе посола определяют нежность, сочность и выход готовых продуктов. При продолжительной механической обработке мясного сырья вначале происходит разрыхление структуры белков соленого мяса, что улучшает технологические показатели, затем наблюдается разрушение сетки мембран и филаментов, что влечет за собой уплотнение структуры мясного сырья и снижение технологиче­ских показателей.

Учитывая особенности исходного сырья, изменение его качественных характеристик в процессе хранения, посола и механических воздействий, необходимо использовать такие способы, режимы подготовки и обработки сырья, которые будут способствовать сохранению его высокой водосвязывающей способности и получению высококачественных продуктов. Так, например, основным требованием при изготовлении вареных колбасных изделий является диспергированное состояние компонентов фарша и связанное состояние влаги и жира в течение всего технологического процесса. Поэтому качество и выход вареных колбасных изделий определяются оптимальным развитием процессов водо- и жиросвязывания при приготовлении фарша и его устойчивостью при термической обработке. Водосвязывающая способность является одним из важнейших показателей сырого фарша вареных колбасных изделий. В результате происходящих в процессе термической обработки физико-химических, коллоидно-химических изменений части воды и жира, связанные в сыром фарше, отделяются в виде потерь массы или бульонных и жировых отеков. Количество оставшихся в составе фарша удержанных влаги и жира характеризует его водосвязы-вающую и жироудерживающую способности, которые рассчитываются как разность между содержанием влаги и жира соответственно в фарше и количеством влаги и жира, отделившихся в процессе термической обработки.

Стабильность, или устойчивость, фарша является обобщающим показателем, характеризующим развитие как водосвязывающей способности сырого фарша, так и водо- и жироудерживающей способности термообработанного фарша и выражается в виде отношения связанного в процессе термической обработки фарша количества влаги и жира к массе сырого фарша, взятого на исследование.

По одной навеске исследуемого продукта можно определить водо- (ВУС) и жироудерживающую (ЖУС) способности и устойчивость фарша (УФ), которые рассчитывают по формулам:

ВУС = (Bm₁M₁-Mm₂) 100; ЖУС = (Жm₁M₁-Mm₃)100;

УФ= [(m-M)/m₁]·100

где В - содержание влаги в фарше, %;

Ж - содержание жира в фарше, %;

М - масса всего отделившегося бульона с жиром, г;

M₁ - масса исследуемого бульона с жиром, г;

m₁ - масса навески фарша, г;

m₂ - масса воды в исследуемом бульоне, г;

m₃ - масса жира в исследуемом бульоне, г.

В практических целях для характеристики состояния влаги в мясе и мясных продуктах наряду с традиционными показателями водосвязывающей способности принят показатель активности воды.

Активность воды (a_w)