CC BY
194
ИЗУЧЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО
СОСТАВА БЕЛКОВ МЯСА
В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ
А. Б. Лисицын, доктор техн. наук, А. Н. Иванкин, доктор хим. наук, Н. Л. Вострикова, канд. техн. наук, И. А. Становова
ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова
ЩЛ зменения свойств пищевых продуктов при И холодильном хранении обусловливаются происходящими в них процессами (физическими, химическими, биохимическими, микробиологическими и др.), которые в одних случаях улучшают потребительские свойства продуктов, а в других вызывают их порчу. Поэтому целью холодильной обработки и хранения продуктов является обеспечение благоприятного протекания первых (например, автолитические и др.) и минимизация вторых (усушка, микробиологические, окислительные процессы и др.).
Мясо представляет большую ценность в питании человека как источник полноценного белка, содержащего все незаменимые аминокислоты [8]. В мышечной ткани содержится около 72% воды, которая является растворителем белков, минеральных веществ и витаминов. Мясной сок представляет собой солевой раствор белков актомиозина, миогена, глобулина Х и миоальбумина [1]. Температура замерзания мясного сока составляет от минус 0,5 до минус 1,2 °С, однако полностью кристаллизация влаги, содержащейся в мясе не происходит даже при температурах ниже минус 18 оС [1, 9]. Наличие в жидком состоянии значительного количества влаги в мясе при отрицательных
температурах хранения приводит к сохранению условий для продолжения жизнедеятельности микроорганизмов и поддержания активности ферментных систем. В период хранения замороженного мяса автолитические процессы в тканях существенно замедляются, но не приостанавливаются. Даже при минус 18 °С в процессе хранения мяса обнаруживают признаки глубокого гидролиза белков. При длительном хранении мяса в замороженном виде происходят глубокие изменения миофибриллярных белков, в результате которых мясо может в значительной степени утрачивать свои первоначальные свойства [3, 4].
В ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова были проведены комплексные сравни-
УДК 637.5.037:547.96 Ключевые слова:
электрофореграмма, белки, фракционный состав, замороженное мясо.
тельные научные исследования безопасности и качества охлажденного и замороженного мяса, включавшие изучение изменения фракционного состава белков мяса.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования являлись: - охлажденное мясо - свинина жило-ванная с содержанием жировой ткани от 35 до 50% и говядина жилованная с содержанием соединительной и жировой ткани не более 20%;
- размороженное мясо - аналогичные образцы свинины и говядины, размороженные после хранения при температуре минус 18 0С в течение 1
и 12 месяцев и исследованные на 1-е и 5-е сутки после размораживания;
- размороженное мясо - аналогичные образцы свинины и говядины, размороженные после хранения при температуре минус 18 0С в течение 6 месяцев и подвергнутые повторному замораживанию-размораживанию.
Шифровка исследуемых образцов представлена в таблице 1.
Фракционный состав белков исследуемых образцов охлажденного и размороженного мяса исследовали методом одномерного электрофореза (1DE) в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия, разрушающего четвертичную структуру белка, за счёт разрушения дисуль-фидных мостиков между глобулами белка и внутри полипептидной цепи, с использованием электрофоретической камеры фирмы «Sigma», при постоянной силе тока 30 мА и напряжении 100 и 300 В, в течение 2 часов [2].
Для выделения белковых соединений из исследуемых образцов брали навеску фарша 0,1 г, заливали 200 мкл солюбилизирующего раствора (глицерин 20%, р - меркаптоэтанол, 0,02% бромфенол синий, трис-HCl, SDS 40%) и экстрагировали в течение 5 мин при температуре 95 °С. Полученную суспензию центрифугировали при 21 °С, в течение 10 мин, 7000 об/мин в центрифуге Sigma 3K30 и декантировали надосадок [9].
В качестве контроля для электрофореза использовали маркеры фирмы «Pierce», представляющие собой смесь 10 рекомбинантных белков с молекулярной массой от 10 до 170 кДа и смесь 14 рекомбинантных белков от 10 до 200 кДа.
Количественную обработку элек-трофореграмм проводили в денсито-
метре SYNGENE Bio Imaging (США) с использованием специализированного программного обеспечения Gene Tool и Gene Snap. Полученные результаты в виде линий на электрофореграмме сопоставляли с линиями стандартных образцов с заведомо известными молекулярными массами.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ электрофореграмм (рис. 1) показал различия фракционного состава белков образцов свинины с разными сроками холодильного хранения, которые были наиболее выраженными в образцах №10 и №13 после 6-ти и 12-ти мес. хранения, соответственно.
Полученные данные показали, что образец охлажденной свинины и образцы свинины, размороженные через 1 и 6 мес. хранения и отобранные на первые сутки после размораживания (образцы №2, №5, №10), содержали высокомолекулярную белковую фракцию (205-210 кДа), которая соответствовала парамиозину. В образце свинины №13 парамиозина не содержалось, что свидетельствовало о разложении молекул высокомолекулярного белка с образованием пептидов с меньшей молекулярной массой при длительном хранении.
В процессе холодильного хранения мяса, как известно, наибольшим изменениям подвергаются миофибрилляр-ные белки и, в первую очередь, миозин [5,6]. Полоса тяжелых цепей миозина (200-210 кДа) содержалась во всех исследуемых образцах свинины №2, №3, №5, №10, №11, №12, №13 и №15. В образцах свинины №13 и №15 со сроком хранения в замороженном состоянии
в течение 12 мес., количество данного белка было в три раза больше по сравнению с образцами свинины №10, №11 и №12, хранившимися при тех же условиях в течение 6 мес. Полученные данные, очевидно, свидетельствовали о разрушении молекул миозина (500 кДа) до его тяжелых цепей (200-210 кДа). Миозин является основным мышечным белком, отвечающим за сократительную способность мышц, его разрушение неизбежно должно приводить к изменению технологических характеристик и качества мяса.
Замораживание и последующее хранение в течение 12 мес. способствовало накоплению фракций низкомолекулярных белков легких фракций (_-цепей) миозина. В образцах свинины №2 (охлажденная) и №5 (через 1 мес. хранения), не было обнаружено L-цепей миозина (18 кДа), при этом в электрофореграммах образцов №10 и №13 содержались полосы, соответствующие этим фракциям миозина. В образце №13 количественное содержание L-цепей миозина с молекулярной массой 18 кДа было в три раза выше по сравнению с образцом №10.
Было установлено, что белки легких цепей миозина с молекулярной массой 14 кДа в образце свинины, размороженной после 12 мес. хранения, присутствовали в максимальном количестве - в 4 раза больше, по сравнению с содержанием в других исследованных образцах.
Одним из основных белков мяса считается миоген (80-90 кДа), содержание которого составляет около 20% всех белков мышечного волокна [1]. Установлено, что в свинине, размороженной после 6 мес. хранения (образец №10), содержалось 2 полосы, соот-
Таблица 1. Исследуемые образцы мяса
Номер образца
Вид мяса Охлажденное мясо Размороженное мясо после хранения при -18 оС в теч. 1 мес. Размороженное мясо с повторным замораживанием-размораживанием Размороженное мясо после хранения при -18 оС в теч. 12 мес.
Сутки хранения
1 1 5 1 2 3 1 5
Свинина № 2 № 5 № 3 № 10 № 11 № 12 № 13 № 15
Говядина № 1 № 6 № 4 № 7 № 8 № 9 № 14 № 16
Рисунок 1. Фракционный состав белков образцов охлажденной и размороженной свинины различных сроков хранения
ветствующие миогену, а после 12 мес. хранения (образец №13) наблюдалась лишь 1 полоса миогена, что соответствовало снижению его содержания до минимального количества.
При длительном (в течении 12 мес.) низкотемпературном хранении свинины было отмечено увеличение содержания 2 субъединиц глобулярного белка тропонина - тропонина Т (35-38 кДа) и тропонина Т (23-25 кДа) в свинине, что свидетельствовало о частичном распаде белка тропонина с образованием субъединиц меньшей молекулярной массы.
Количественное содержание легких фракций миоглобина с молекулярной массой 16,8-18 кДа также увеличивалось при низкотемпературном хранении. Так, в образцах №2 и №5 не было обнаружено миоглобина, в образце №10 присутствовала 1 полоса, а в образце №13 - 2 полосы, соответствующие этой белковой фракции.
Анализ электрофоретической подвижности белковых фракций образцов говядины (№1, №6, №7, №14) (рис. 2) также показал различия полученных картин их разделения в зависимости от
длительности хранения.
Следует отметить, что наличие парамиозина было характерно и для образцов говядины №1, №6 и №7. В говядине со сроком хранения 12 мес. количество миозина было в 2 раза больше, чем в образцах говядины, размороженной после 6 мес. хранения, что свидетельствовало о разложении миозина до его цепей с молекулярной массой 205-210 кДа.
Все анализируемые образцы говядины на электрофореграммах имели 2 полосы белка миогена (80-90 кДа). Различия наблюдались только в его количественном содержании. В образце №14 по сравнению с другими опытными образцами, миогена содержалось в 2 раза меньше, что позволило сделать вывод о частичном распаде этого белка при длительном хранении говядины.
Данные электрофореграмм образцов говядины показали увеличение содержания 2 субъединиц глобулярного белка тропонина, тропонина Т (35-38 кДа) и тропонина I (23-25 кДа). На электрофореграммах всех иссле-
дуемых образцах присутствовали две полосы тропонина Т. В образце говядины со сроком хранения 12 мес. было отмечено значительное увеличение содержания тропонина I по сравнению с другими образцами. Так, если образцы охлажденной говядины и говядины, размороженной после хранения в течение 1 и 6 мес., характеризовались 1 полосой этого белка, то для образца говядины, размороженной после 12 месяцев хранения (образец №14), было обнаружено 3 полосы, что подтверждало разложение тропонина на более легкие субъединицы.
Также как и в образцах свинины, при хранении говядины наблюдалось увеличение низкомолекулярных фракций белков. В образцах охлажденной говядины и говядины, размороженной после 1 мес. хранения, не было обнаружено пептидов L-цепей (18 кДа) и миоглобина (16,8-18 кДа), в то время как, в образце говядины со сроком хранения 6 мес., данные белки присутствовали в минимальном количестве. В образце говядины со сроком хранения 12 мес. L-цепей и миогло-
бина содержалось количественно в 2 раза больше, по сравнению с говядиной после 6 мес. хранения.
В образце №14 по сравнению с другими образцами говядины, низкомолекулярных белков легких цепей миозина (14 кДа) содержалось в 3 раза больше. Вторая субъединица легких цепей миозина (25 кДа) была обнаружена только в образце говядины со сроком хранения 12 мес.
Исследования влияния замораживания на протеолиз мяса, после хранения и размораживания показали, что наблюдается прирост содержания пептидов. Так, происходило значительное увеличение легких (14 кДа) и L-цепей (18 кДа) миозина, а также легких цепей миоглобина (16,5-18 кДа). Причем в говядине увеличение низкомолекулярных белков было несколько выше.
Полученные данные согласуются с результатами зарубежных исследований. Так Wagner J.R., Anon M.C. (1980) установили, что у замороженного мяса область термограмм, характерная для миозина существенно уменьшается, а область актина остается прежней [10].
При длительном хранении мяса высокомолекулярные фракции миозина содержались практически в следовом количестве, по сравнению с первоначальными значениями. Если рассматривать актин, то этот белок остался без изменений и в говядине, и в свинине.
При замораживании возможно механическое разрушение белковых цепочек за счет напряжений, возникающих в тканях при образовании и росте кристаллов и превышающих энергию ковалентной связи [1]. У белка тропо-нина при длительном хранении как раз и происходило разрушения молекул на белки с меньшей молекулярной массой - в основном, тропонин С и тропонин Т.
Исследования Nakai У., Nishimura Т. и др. (1985) по изучению влияния замораживания на протеолиз говядины, после размораживания и хранения при температуре 4 °С показали, что наблюдался прирост пептидов при хранении говядины в замороженном состоянии. При этом, ими был обнаружен пептид, который может быть использован в качестве индикатора термического состояния говядины [7].
О влиянии длительного хранения мяса в замороженном состоянии на его технологические характеристики, безусловно связанные с изменением фракционного состава белков, свидетельствовали потери мясного сока при размораживании, которые также определяли при проведении исследований.
Чем длительнее был период хранения мяса, тем в большем количестве наблюдались потери при размораживании. Так, например, при размораживании говядины после 6 мес. хранения потери мясного сока составили 2,1% к массе замороженного мяса, после 12 мес. хранения - 2,2%, а после 15 мес. хранения - 2,6%. При размораживании свинины потери мясного сока также увеличивались с продолжительностью хранения: после 6 мес. хранения -1,8%, после 12 мес. хранения - 2,0%, после 15 мес. - 2,3%.
Изменение фракционного состава белков мышечной ткани связано со сложными агрегационными изменениями белковых молекул, возникающими в результате постепенного вымораживания тканевой жидкости, частичной денатурации и коагуляции, и, как
Рисунок 2. Фракционный состав белков образцов охлажденной и замороженной говядины различных сроков хранения
следствие, к снижению растворимости, изменению заряда и массы белковых фракций. Указанные превращения белков влияют на их гидратацию, вла-гоудерживающую способность мяса, его консистенцию и сочность, на устойчивости белков к действию пищеварительных ферментов [1]. В наибольшей степени этим изменениям подвержены миофибриллярные белки, и в первую очередь, миозин [5].
Выводы
Результаты проведенных исследований еще раз позволили подтвердить тот факт, что при длительном хранении мяса в замороженном состоянии происходят необратимые процессы изменения таких высокомолекуляр-
ных белков, как парамиозин, миозин, миоген и тропомиозин, приводящие к увеличению содержания фракции низкомолекулярных белков (пептидов).
Установлено, что при хранении мяса при температуре минус 18 оС в течение 1 мес. его фракционный состав практически не менялся. Однако после 6 мес. хранения мяса в замороженном виде, наблюдались необратимые процессы разрушения мышечных белков, приводящие к изменению их фракционного состава. Эти процессы способны в значительной степени изменить функционально-технологических характеристики мяса.
Вместе с тем, необходимо отметить, что увеличение содержания низкомолекулярных белков (пептидов)
может способствовать повышению доступности белковых молекул воздействию пищеварительных ферментов, то есть улучшению условий переваривания в отличие от мяса, богатого высокомолекулярными фракциями, что может быть использовано при создании лечебно-профилактических продуктов.
КОНТАКТЫ:
Андрей Борисович Лисицын
+7 (495) 676-95-1 1
Андрей Николаевич Иванкин
+7 (495) 676-98-91
Наталья Леонидовна Вострикова
+7 (495) 676-99-71
Ирина Анатольевна Становова
+7 (495) 676-61-31
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Крылова Н.Н., Лясковская Ю.Н. Биохимия мяса/ 2-е издание, дополненное и переработанное. - М.: Пищепромиздат, 1957. - 372 с.
2. Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование. -М.: Наука, 1981, 285 с.;
3. Постольский З. Я., Груда З. Замораживание пищевых продуктов/Пер. с польск., М.: Пищевая промышленность, 1978, 305 с.
4. Рыбалко В., Бирта Г. Влияние условий хранения на качество мяса свинины//Свиноводство, 2013, № 1 (январь-февраль), С. 36-37
5. Соколов А.А., Павлов Д.В., Большаков А.С. Технология мяса и мясопродуктов/ М.: Пищевая промышленность, 1970, 740 с.
6. Farag K.W.et al. Effect of low temperatures (-180С to +50С) on the texture of beef lean// Meat Science 81 (2009), рр. 249-254
7. Nakai Y., Nishimura T., Shimizu M., Arai S. Effects of freezing on the proteolysis of beef during storage at 4 degrees C. Biosci Biotechnol Biochem. 1995 Dec; 59 (12):2255-8.
8. Xia X.F., Kong B.H., Liu, Q., Liu, J. Physicochemical change and protein oxidation in porcine longissimus dorsi as influenced by different freeze-thaw cycles.// Meat science, 83, 239-245.
9. Schagger H., von Jagow G. Tricine-sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis for the separation of proteins in the range from 1 to 100 kDa. Anal. Biochem., 1987; 166: 368-379.
10. Wagner J.R., Anon M.C. Effect of freezing rate on the denaturation of myofibrilar proteins/ International J. of Food Science & Technology, 1980, v. 20, iss. 6, p. 735-744
