Биохимия товароведения

Низкие температуры не разрушают ферменты, а только приостанавливают их действие. Оптимальная температура для проявления активности фермента равна 37-40˚С.

На активность ферментов оказывает влияние реакция среды. Значение рН среды, при котором фермент проявляет максимальную активность, называют оптимумом рН среды для действия данного фермента. РН-оптимум действия ферментов лежит в пределах физиологических значений 6,0-8,0. Исключения: пепсин, рН-оптимум которого равен 2,0; аргиназа – рН-оптимум равен 10,0.

Ферменты обладают специфичностью. Различают несколько видов специфичности:

1.                      Абсолютная специфичность – фермент взаимодействует только с одним субстратом. Например, уреаза ускоряет гидролиз мочевины, но не расщепляет тиомочевину.

2.                      Стереоспецифичность – фермент взаимодействует с определенным оптическим и геометрическим изомером.

3.                      Абсолютная групповая специфичность – ферменты специфичны в отношении характера связи, а также тех соединений, которые образуют эту связь. Например, α-амилаза расщепляет α-гликозидную связь в молекуле мальтозы, состоящей из двух молекул глюкозы, но не расщепляет молекулу сахарозы, состоящую из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы.

4.                      Относительная групповая специфичность. В этом случае ферменты специфичны только в отношении связи, но безразличны к тем соединениям, которые образуют эту связь. Например, протеазы ускоряют гидролиз пептидных связей в различных белках, липазы ускоряют расщепление сложноэфирных связей в жирах.

3.  До 1961 г. не было и единой классификации ферментов. Трудности заключались в том, что разные исследователи за основу классификации ферментов брали различные принципы. Комиссией были рассмотрены 3 принципа, которые могли служить основой для классификации ферментов и их обозначения. Первый принцип – химическая природа фермента, т.е. принадлежность к флавопротеинам, пиридоксальфосфатпротеинам, гемо-протеинам, металлопротеинам и т. д. Однако этот принцип не мог служить общей основой для классификации, так как только для небольшого числа ферментов известны простетические группы, доступные идентификации и прямому определению. Второй принцип – химическая природа субстрата, на который действует фермент. По этому принципу трудно классифицировать фермент, так как в качестве субстрата могут служить разнообразные соединения внутри определенного класса веществ (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты) и бесчисленное множество промежуточных продуктов обмена. В основу принятой классификации положен третий принцип – тип катализируемой реакции , который является специфичным для действия любого фермента. Этот принцип логично использовать в качестве основы для классификации и номенклатуры ферментов.

Таким образом, тип катализируемой химической реакции в сочетании с названием субстрата (субстратов) служит основой для систематического наименования ферментов. Согласно Международной классификации, ферменты делят на шесть главных классов, в каждом из которых несколько подклассов: 1) оксидоредуктазы; 2) трансферазы; 3) гидролазы; 4) лиазы; 5) изомеразы; 6) лигазы (синтетазы).

ГИДРОЛАЗЫ - класс ферментов, катализирующих гидролиз. Могут действовать на сложноэфирные и гликозидные связи, на связи С—О в простых эфирах, С—S в сульфидах, С—N в петидах. Общий вид реакции, катализируемой гидролазой выглядит следующим образом:

A–B + H2O → A–OH + B–H

Гидролазы, катализирующие гидролиз сложноэфирных связей (эстеразы), действуют на сложные эфиры карбоновых и тио-карбоновых кислот, моноэфиры фосфорной кислоты и другие. К этому подклассу относятся, в частности, ферменты, играющие важную роль в метаболизме липидов, нуклеиновых кислот и нуклеозидов, например, арилсульфатазы, ацетилхолинэстераза, дезоксирибонуклеазы, липазы, фосфатазы, фосфолипазы и эндодезоксирибонуклеазы.

Наибольшую  группу ферментов, расщепляющих гликозидные связи, представляют те, которые катализируют гидролиз олиго- и полисахаридов, например, амилазы, лизоцим и нейраминидаза. Многие гидролазы этого подкласса специфичны к положению гликозидной связи и к конфигурации аномерного атома С углевода.

Ферменты, катализирующие гидролиз связи С—N в пептидах и белках (пептидгидролазы),- самая многочисленная группа гидролаз. К ним относятся ферменты, отщепляющие одну или две аминокислоты с N- или С-конца полипептидной цепи (например, аминопептидазы, карбоксипептидазы), а также эндопептидазы, или протеиназы, расщепляющие цепь вдали от концевых остатков. Последние классифицируют не по специфичности к субстрату, как остальные гидролазы, а по типу каталитически активных групп в активном центре. В соответствии с этим различают сериновые, тиоловые, карбоксильные и металлзависимые протеиназы. Пептидгидролазы играют важную роль не только в катаболизме белков и пептидов, но и в биологической регуляции (гормональной регуляции, активации проферментов, регуляции кровяного давления и солевого обмена и т.д.).

Ферменты, катализирующие гидролиз связей С—N в амидах, амидинах и нитрилах, играют важную роль в метаболизме амидоваминокислот (например, аспарагина и глутамина), мочевины и ее производных (например, барбитуратов), пуринов и пиримидинов и др. К гидролазам этого подкласса относятся, например, аспарагиназы и уреаза.

Гидролазы, расщепляющие связь элемент-кислород в ангидридах , действуют главным  образом на фосфоангидридные связи в нуклеозиддифосфатах и нуклеозидтрифосфатах. В эту группу входят, например, аденозилтрифосфатазы.

Разрыв связи С—С в 3-оксокарбоновых кислотах катализируется, например, оксалоацетазой, превращающей ацетилщавелевую кислоту в щавелевую и уксусную. Другие подклассы гидролаз известны своими очень немногочисленными представителями.

Гидролазы-белки проявляют свою каталитическую активность, как правило, в отсутствие каких-либо факторов; лишь в некоторых случаях необходимы ионы металлов- главным образом Zn2+ , Co2+ , Ca2+ , Mg2+ . Для небольшого числа гидролаз известна первичная, а для некоторых и пространств структура молекулы (например, для пепсина, трипсина, химотрипсина). Отмечено значит. сходство структуры ферментов одного подкласса, особенно в области активного центра.

Каталитически активными группами в гидролазах являются: группа ОН остатка серина в химотрипсине, панкреатической липазе, щелочной фосфатазе, аспарагиназе и др.; группа SH остатка цистеина, например в папаине; группа СООН остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот в пепсине, лизоциме, карбоксипептидазе ; имидазольная группа остатка гистидина, например в рибонуклеазе, глюкозо-6-фосфатазе. Эти группы могут функционировать как нуклеоф. катализаторы, образуя с субстратом ковалентное промежуточные соединения, или как кислотно-основные катализаторы, способствуя отщеплению протона от молекулы Н2О, атакующей расщепляемую связь, и протонируя уходящую группу субстрата. Атомы металла в металлсодержащих гидролазах поляризуют расщепляемую связь, включая в свою координац. сферу молекулу Н2О, способствуя ее ионизации. Активность гидролаз подавляется многими специфич. ингибиторами. Так, сериновые протеиназы и эстеразы инактивируются фосфорорг. соед. (например, диизопропилфторфосфатом, зарином, зоманом), тиоловые гидролазы - реагентами на SH-группу (например, N-этилимидом малеиновой кислоты), металлсодержащие ферменты - хелатообразующими реагентами (например, этилендиаминтетрауксусной кистой).

Гидролазы находят применение в промышленности, медицине и сельском  хозяйстве, например для получения сахарных сиропов из крахмала и целлюлозы, осветления и стабилизации соков и виноматериалов, лечения ожогов, заболеваний желудочно-кишечного тракта, тромбозов.

4.   Введение в мясное сырье посолочных веществ оказывает существенное влияние на изменение коллоидно-химического состояния белков и развитие биохимических и микробиологических процессов.

Изменения белковых веществ носят как количественный, так и качественный характер.

Количественные изменения связаны с миграцией белковых, экстрактивных и минеральных веществ в рассол и их потерями при сухом и особенно мокром посоле. Уровень потерь этих веществ в первую очередь зависит от концентрации рассола, жидкостного коэффициента, вида сырья, температуры, длительности выдержки сырья в контакте с рассолом, наличия предварительной механической обработки мяса, способа посола и т.п.

При классических способах посола величина потерь белков (в основном альбуминов и глобулинов) вследствие наличия в сырье развитой системы макрокапилляров и кровеносных сосудов может составлять до 2-3%, причем степень их перехода в рассол возрастает параллельно увеличению концентрации рассола (особенно в диапазоне 10-12%) и температуры.

Применение современных технологических способов посола, основанных на осуществлении инъецирования рассолов в сырье с последующей его механической обработкой, практически не приводит к сколь либо ощутимым потерям белковых, экстрактивных, минеральных веществ и витаминов.

Качественные изменения белковых веществ при посоле имеют принципиально важное значение, т.к. степень их развития предопределяет изменение уровня водо-связывающей способности и нежности, оказывает непосредственное влияние на формирование вкусо-ароматических характеристик.

При этом следует учитывать различия в ходе этих процессов в зависимости от уровня развития автолиза в сырье.

При посоле парного мяса хлорид натрия, проникая в мышечные волокна до наступления посмертного окоченения, резко замедляет (до 4-9 час) процесс распада гликогена до молочной кислоты, фиксирует диссоциированное состояние актина и миозина, рН изменяется незначительно, в результате чего уровень водо-связывающей способности парного соленого мяса находится в диапазоне 67-69% и соответствует соленой свинине, выдержанной на созревании перед началом посола не менее 15 суток.

При посоле охлажденного мяса введение 2-3% хлорида натрия создает в тканевой жидкости концентрацию, близкую к оптимуму растворимости белков актомиозиновой фракции, что, в свою очередь, увеличивает степень гидратации миофибриллярных белков. Количество адсорбционно-связанной влаги возрастает, что приводит в росту величины водо-связывающей способности сырья. Однако следует иметь в виду, что на уровень ВСС оказывает также влияние величина рН сырья: при прочих равных условиях у мяса DFD и NOR значения водо-связывающей способности всегда выше, чем у сырья, имеющего признаки PSE.

Доля осмотической и капиллярной влаги в мясе при посоле также изменяется: накопление хлорида натрия в тканевой жидкости и, соответственно, рост осмотического давления сопровождаются оводнением сырья; механическая обработка (тендеризация, массирование, тумблирование) вызывает увеличение количества микроразрывов мышечной ткани и микропор. В результате этого уровень водо-связывающей способности и содержания влаги в сырье после посола, как правило, возрастает.

Исключением является процесс сухого посола, используемый при производстве изделий, предназначенных для длительного хранения.

Необходимо отметить, что хлорид натрия не только воздействует на белки мяса, повышая их водосвязывающую способность, но и является фактором, определенным образом влияющим на активность протеолитических ферментов мышечной ткани. В частности, при малых концентрациях соли процессы ферментативного биохимического созревания в мясе протекают со скоростью, близкой к скорости протеолиза в несоленом сырье. Наличие в сырье 5% NaCl на 50% уменьшает активность катепсинов, ингибируя таким образом процесс созревания. Аналогичным эффектом обладает и нитрит натрия.

В условиях классического посола получение у сырья специфического вкуса и запаха "ветчинности" достигается в основном за счет увеличения продолжительности выдержки мяса. Показано, что в результате деятельности тканевых ферментов и ферментов, выделяемых микроорганизмами, при выдержке сырья в рассоле в течение 10 суток подвергается гидролизу около 8% белков, через 25 суток - около 11%.

Образующиеся низкомолекулярные азотистые соединения в основном представлены свободными аминокислотами. В современных способах посола интенсификация процесса созревания мяса, несмотря на ингибирующее действие хлорида натрия и нитрита натрия и существенное сокращение длительности выдержки сырья, достигается за счет повышения активности тканевых ферментов при применении механического и электромассирования, электростимуляции и вакууммеханической обработки. Биохимическими и электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что в результате использования интенсивных способов обработки по типу "шприцевание-массирование" имеют место значительные разрушения лизосомальных мембран, выход ферментов в саркоплазму, повышение их активности и, как следствие этих процессов - деструкция миофибриллярных структур мышечных волокон и гидролиз белковых веществ.

В итоге улучшается консистенция сырья; вследствие выхода на поверхность кусков солерастворимых белков повышается величина адгезии (липкость); ускоряются процессы образования веществ, формирующих вкусо-ароматические характеристики соленого мяса.

Рассматривая причины изменения аромата и вкуса мясного сырья в процессе посола, следует обратить внимание на то, что механизм его связан в основном с развитием гидролиза белковых веществ и липидов.

В частности, в результате распада белков возрастает количество свободных аминокислот, некоторые из которых сами обладают выраженным вкусом (глютаминовая кислота), а некоторые являются веществами-предшественниками, которые при термообработке принимают участие в образовании соединений, формирующих вкус и аромат готовой продукции. К ним относятся летучие серосодержащие соединения, дисульфиды, меркаптаны, эфиры теокислот, метионин, глутатион, цистеин.

В ходе гидролиза липидов происходит значительное накопление свободных жирных кислот, присутствие которых в мясе в совокупности с летучими карбонильными соединениями в основном ответственно за появление у соленой свинины специфического аромата и вкуса "ветчинности". Данные хроматографического анализа (табл. 15) показывают, что в процессе посола происходит накопление и увеличение доли диацетила, валерианового, гексилового, децилового альдегидов, а также масляной, изовалериановой, капроновой и каприловой кислот, причем их содержание количественно намного превышает порог чувствительности.