Посмертные изменения мяса рыбы.

Правильное понимание процессов охлаждения, выбор наиболее оптимальных способов обработки для того или иного районов промысла возможны только при учете посмертных физико-химических, биохимических и микробиологических процессов для конкретного вида рыбы. Известно, что качество готовой продукции прежде всего зависит от состояния белков, в связи с чем изучение их изменений в результате воздействия различных факторов является одной из важнейших задач для обоснования условий и режимов хранения свежей рыбы и ее холодильной обработки. [Быков, 1987].

По мнению В.П. Быкова [1987], в развитии представлений о посмертных изменениях можно выделить три этапа, которые в отечественных и зарубежных исследованиях обобщены в работах Ю.Ц. Балтолона [1931], Н.А. Головкина и Л.И. Першиной [1961], Н.А. Головкина [1984].

Ю.Ц. Балтолон обобщил литературные данные о посмертных изменениях и порче рыбы. По мнению автора существует две основные группы процессов, протекающих в сырье: танатологических и биологических. Танатологическим назван процесс отмирания тканей, который развивается самостоятельно под влиянием физиологических факторов. Биологический процесс развивается самостоятельно под воздействием микроорганизмов и приводит к гнилостному разложению тканей. Танатологический процесс автор подразделяет на кровоизлияние (гиперимию), отделение слизи, посмертное окоченение и автолиз. По мнению Ю.Ц. Балтолона, посмертное окоченение наступает после того, как нервные и мышечные системы прекращают реагировать на различные раздражения и объясняется свертыванием плазмы или той части белковых веществ, которые находятся в растворенном состоянии. Разрешение посмертного окоченения, в свою очередь, связывается с накоплением в мышечной ткани молочной кислоты, приводящей к растворению свернувшегося белка в процессе посмертного окоченения.

Механизм посмертных изменений, изложенный Ю.Ц. Балтолоном, уточнялся и развивался с появлением новых данных в области технологии рыбных продуктов.

В работах Н.А. Головкина и Л.А. Першиной [1961], В.П.Быкова [1987] и других исследователей показано изменение белковых фракций, превращения гликогена и молочной кислоты, изменение рН, накопление азотистых летучих оснований и рост количества микрофлоры у рыбы в связи с посмертным окоченением. Было показано, что водорастворимая фракция белков не претерпевает значительных изменений. В то же время солерастворимые белки существенно меняются, что выражается в снижении их растворимости при наступлении у рыбы посмертного окоченения. Указывается на то, что количество микроорганизмов до наступления разрешения посмертного окоченения при хранении рыбы во льду практически не меняется, но в дальнейшем резко возрастает, при этом происходит резкое увеличение азота летучих оснований. Таким образом, было показано, что посмертные изменения на первом этапе не связаны с деятельностью микроорганизмов.

Н.А. Головкин и Л.А. Першина [1961] обобщили проведенные ими исследования и литературные данные о посмертных механохимических изменениях в мускулатуре свежей рыбы с учетом роли в этих процессах аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). В результате этих процессов происходит изменение растворимости белков актомиозинового комплекса в солевых растворах, повышается АТФ-азная активность миозина, изменяются структурно-механические свойства мышечной ткани, ее влагоудерживающая способность.

В настоящее время посмертные изменения, происходящие в рыбе, принято подразделять на четыре стадии: отделение слизи, посмертное окоченение, автолиз и бактериальное разложение. Надо заметить, что процесс отделения слизи характеризует изменение кожных покровов, процесс посмертного окоченения – результат изменения мускулатуры. Процессы автолиза и бактериального разложения характерны для всех частей рыбы. В прохождении этих процессов нет строгой последовательности, и в зависимости от условий хранения рыбы время начала и продолжительность каждого из них могут изменяться, причем один процесс может накладываться на другой.

Выделение слизи на поверхности рыбы – своеобразная реакция отмирающего организма на неблагоприятные внешние условия. Основная часть слизи – глюкопротеид муцин, - является хорошим субстратом для микроорганизмов, вследствие чего слизь быстро загнивает и приобретает неприятный запах. Выделение слизи не является признаком недоброкачественности сырья, однако, аккумулируя большое количество микроорганизмов, слизь способствует дальнейшему их проникновению в мясо рыбы.

Посмертное окоченение является результатом сложных биохимических превращений в мышцах, вызывающих их сокращение и напряжение. Преобладает мнение, что процессы, вызывающие посмертное окоченение мышц, аналогичны процессам, лежащим в основе прижизненного сокращения мышц при механической работе. Тем не менее, сокращение мышц в ходе посмертного окоченения в большинстве случаев минимально и, может быть, только часть мышечных волокон сокращается нормально, как при жизни организма [Сикорский, 1974].

После смерти рыбы происходит распад органических веществ, входящих в состав мышц, под воздействием тканевых ферментов. В начальной стадии наиболее интенсивно протекает гидролиз гликогена, что приводит к накоплению в мышцах молочной кислоты и понижению их рН. Последнее стимулирует ферменты, гидролизующие органические фосфаты, причем сначала происходит распад креатинфосфата (на креатин, и фосфорную кислоту), а несколько позднее наступает распад аденозинтрифосфата - АТФ на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфорную кислоту.

Распад АТФ, способствующий удержанию основных мышечных белков - миозина и актина в диссоциированном состоянии, приводит к соединению последних в плохорастворимый комплекс актомиозина. Образование актомиозина, сопровождающееся изменением коллоидного состояния белков, приводит к сокращению (укорачиванию) миофибрилл и соответственно напряжению мышц, вследствие чего рыба оказывается в состоянии окоченения [Зайцев, Кизеветтер и др, 1976].

Установлено, что у свежей рыбы до наступления посмертного окоченения мышечные волокна плотно прижаты одни к другим и элементы соединительной ткани тесно зажаты между ними. У окоченевших мышц наблюдается сильное набухание групп миофибрилл, составляющих поля Конгейма, и исчезновение поперечной полосатости. По окончании окоченения поперечная полосатость восстанавливается, но диаметр мышечных волокон уменьшается, и между ними образуются просветы, заполненные лиофильной жидкостью, вышедшей из клеток через сарколемму.

Причины, вызывающие расслабление окоченевших мышц, пока не ясны.

В результате понижения рН мышц при распаде гликогена и нуклеотидов (с 6,9-7,0 до 6,3-6,4) уменьшается растворимость, а также степень гидратации мышечных белков, что проявляется в снижении водоудерживающей способности мяса у окоченевшей рыбы. При разрешении окоченения рыбы рН мяса снова повышается, и при этом его водоудерживающая способность опять увеличивается, но все же не достигает первоначальной величины.

Скорость наступления и продолжительность посмертного окоченения рыбы зависят от многих причин - вида рыбы, ее состояния при вылове и способа умерщвления, температурных и других условий хранения. Amlacher (1961) обобщил данные, полученные различными авторами для морских рыб, убитых после вылова и содержавшихся во льду, и пришел к выводу, что время до наступления посмертного окоченения у них составляет 1-7 часов, а длительность посмертного окоченения 30-120 часов, при этом максимум посмертного окоченения наблюдается в промежутке времени 5-22 часа хранения рыбы от момента убоя. В.П. Быков [1980], изучив процессы посмертного окоченения у пресноводных рыб, указывает, что время до наступления у них посмертного окоченения составляет 24-48 часов, длительность посмертного окоченения около 72 часов.

Состояние посмертного окоченения свидетельствует о высоком качестве рыбы: чем позднее наступает посмертное окоченение и чем дольше оно продолжается, тем больше возможный срок хранения рыбы.

Следующей стадией развития посмертных изменений является автолиз, который характеризуется развитием биохимических процессов, вызванных тканевыми ферментами.

При протеолизе - распаде белков - основную роль играют катепсины и пептидазы. Протеолиз мышечных белков начинает развиваться вслед за посмертным окоченением мышц, когда снижение рН тканей создает благоприятные условия для деятельности протеолитических ферментов. Протеолиз начинается в таких частях тела, где имеется повышенное содержание ферментов ткани (в местах скопления крови, желудочного и панкреатического соков). В результате протеолиза повышается проницаемость тканей и ферменты, проникая в брюшную полость, контактируют с тканями брюшка, ускоряя гидролиз белков.

Протекающие во время протеолиза биохимические процессы вызывают необратимые химические изменения. Под действием протеиназ (эндопептидаз) белки расщепляются до пептонов и полипептидов. Пептидазы (экзопептидазы) гидролизуют пептоны и полипептиды до свободных аминокислот. Одновременно под действием дезаминазы происходит дезаминирование аминокислот с накоплением аммиака. Признаком развивающегося протеолиза в тканях рыб является накопление небелковых азотистых веществ, представленных в основном свободными аминокислотами и азотистыми основаниями. Содержание свободных аминокислот в мышцах рыб бывает различным как у разных видов рыб, так и различных частях тела одного и того же вида рыбы, что связано с разными условиями среды, размером и индивидуальными особенностями образцов рыбы [Bramstedt и Auerbach, 1961; Быков и др.,1977].

И.В. Кизеветтер [1973] указывает, что во время протеолиза значительно изменяется качественный и количественный состав свободных аминокислот. Например, в мышцах сельди протеолиз приводит к существенному увеличению количества серусодержащих и циклических аминокислот, а содержание свободных аминокислот увеличивается в 3-7 раз по сравнению со стадией посмертного окоченения.

В результате протеолиза значительно изменяются пластические, ароматические и вкусовые свойства мяса. Повышение проницаемости клеточных стенок способствует перемещению плазмы в межклеточное пространство, а также в область миосепт. Образующиеся при протеолизе новые химические соединения вызывают изменение вкуса и аромата мяса рыбы, причем характер этих изменений зависит от качественного состава и количественного содержания этих соединений. Например, кислый привкус в мясе создают продукты гидролиза гликогена (молочная кислота), а также нуклеотиды (АТФ, АДФ, АМФ) и продукты их распада [Быков, 1987].

Для предотвращения нежелательных изменений, вызванных протеолизом, важно удалить внутренности, содержащие ферменты, произвести тщательную зачистку внутренней полости, вскрыть и удалить почки. Весьма важной операцией является и обескровливание рыбы, которое достигается при ее разделке и тщательной мойке. Особенно важно обескровливание для тунцов, имеющих температуру на 7-8^ОС выше температуры окружающей среды, из-за чего мясо тунцов подвергается более быстрой порче, чем мясо других видов рыб [Семенов и др., 1981].

В процессе хранения липиды рыб подвергаются гидролитическому расщеплению и окислению, причем эти процессы могут протекать одновременно, а также преобладать один над другим.

Гидролиз липидов является процессом их расщепления на составные части. Конечными продуктами гидролиза триглицеридов являются жирные кислоты и глицерин. В процессе гидролиза триглицеридов жирные кислоты отщепляются последовательно, а полное расщепление молекулы наблюдается в редких случаях [Ржавская, 1976].

Гидролиз липидов интенсивно протекает в присутствии липолитических ферментов, относящихся к группе эстераз, которые способствуют образованию свободных жирных кислот. Характерной особенностью этих ферментов является специфичность и селективность их действия. Существуют различные липазы с разной активностью, отличающиеся диапазоном температур своей оптимальной активности [Ржавская, 1976; Geromel, Montgomeri, 1980].

В щелочной среде при рН 7-8 и повышении температуры (оптимум 35-49^ОС) гидролиз липидов усиливается. Охлаждение рыбы сопровождается снижением активности липаз.

Исследования, проведенные Lovern и Olley [1962], свидетельствуют о том, что при хранении свежей рыбы (трески и сельди) гидролизу липидов в начальной стадии предшествует период задержки (лагфаза), за которым наблюдается быстрый гидролиз липидов, скорость которого зависит от температуры хранения. Например, у трески и сельди при температуре около ноля градусов лагфаза составляет 10 суток.

В результате посмертных изменений при хранении свежей рыбы жирнокислотный состав ее липидов претерпевает существенные изменения. Распадаются высоконенасыщенные жирные кислоты (С₂₀-С₂₂) и образуются ненасыщенные (С₁₄ и С₁₆) и мононенасыщенные (С₁₆, С₁₈ и С₂₀) при преобладающем накоплении олеиновой кислоты (С_18:1) [Антипова, Смирнова, 1982].

Надо отметить, что автолиз не может рассматриваться как явление порчи, так как образующие продукты распада белков и липидов не являются конечными продуктами распада. Однако автолиз вызывает глубокие структурные изменения тканей рыбы, выражающиеся в изменении консистенции рыбы, расслоении по миосептам и отделении мяса от костей [Быков, 1987].

Автолиз был постоянно в центре внимания исследователей. Разные точки зрения о роли протеолиза в процессах посмертных изменений в какой то мере могут быть объяснены различным подходом к изучению поставленной проблемы. Наиболее актуальным был и остается вопрос о четком различении протеолиза и бактериального разложения рыбы.

Согласно данным, полученным Partmann [1965] при исследовании пресноводных рыб, роль автолитических процессов в изменении белков незначительна. Качественные изменения белков во время хранения охлажденной рыбы во льду происходят главным образом вследствие действия бактерий.

Интенсивность бактериального разложения различных видов рыб в значительной степени зависит от природы и содержания в ней небелковых азотистых веществ [Быков, 1987]. Мясо морских рыб по сравнению с мясом пресноводных рыб разлагается быстрее. Конечными продуктами бактериального разложения являются водород, углекислота, аммиак, сероводород, низшие жирные кислоты, ароматические кислоты, циклические моноамины, обладающие токсическими свойствами.

G. Siebert и А. Schmitt [1965], в свою очередь, указывают, что первоначальное гидролитическое расщепление белков связано с тканевыми ферментами. Вслед за этими первоначальными процессами в результате проникновения бактерий в ткани и образования продуктов расщепления под действием тканевых ферментов создаются условия для проявления активности бактериальных ферментов.

Установлено, что бактериальное разложение тканей происходит под воздействием ферментов микроорганизмов, вызывающих глубокий распад белковых веществ с образованием ряда дурно пахнущих и обладающих токсическими свойствами соединений. Жизненные процессы микроорганизмов (питание, дыхание, размножение) осуществляется с участием ферментов. Микробная клетка содержит большое количество разнообразных ферментов, локализованных в ее структурных элементах (рибосомах, лизосомах, цитоплазменной мембране и др.); действие их происходит строго согласованно. Ферменты, всегда присутствующие в клетке, называются конститутивными. Ферменты, вырабатываемые клеткой только при изменившихся условиях внешней среды, носят название адаптивных.

Экзоферменты свободно выделяются в окружающую среду при жизни. К ним относятся ферменты, катализирующие реакции расщепления питательных веществ вне клетки. Эндоферменты прочно связаны с клеточными структурами и действуют внутри клетки.

При размножении бактерии проходят четыре стадии, характеризующиеся изменением морфологических и физиологических свойств, а также быстротой деления клеток [Роуз, 1971].

В первой стадии задержки роста, называемой лаг-фазой, клетки растут не размножаясь. В этот период они приспосабливаются к условиям среды и перестраиваются, в клетках происходит ряд изменений: увеличивается количество нуклеиновых кислот, клетки оводняются, активируются и синтезируются ферменты. Продолжительность лаг-фазы составляет от нескольких минут до нескольких часов или суток и зависит от возраста культуры, ее видовых особенностей, полноценности среды, температуры и других факторов.

Второй период - фаза логарифмического роста (лог-фаза) характеризуется увеличением числа микробных клеток в геометрической прогрессии. В этот период клетки размножаются с максимальной скоростью, характерной для каждого вида, большинство клеток является физиологически молодыми, биологически активными и наиболее чувствительными к неблагоприятным условиям внешней среды. В конце лаг-фазы в результате расходования питательной среды и накопления продуктов метаболизма размножение клеток замедляется, некоторые из них прекращают деление и отмирают.

Третий период (зрелости) наступает, когда возникает равновесие между вновь образующимися и отмирающими клетками, оно сохраняется в течение некоторого времени. При этом содержание клеток в единице объема максимально. При определенных условиях внешней среды эта величина является стабильной для каждого вида бактерий. Далее баланс нарушается и наступает отмирание.

Последний четвертый период — фаза отмирания наступает в том случае, когда отмирание клеток преобладает над делением. В результате количество живых клеток в среде уменьшается, скорость отмирания становится постоянной, приобретая экспоненциальный характер.

Качественный состав микрофлоры свежей рыбы близок к микрофлоре морской воды и представлен в основном психрофильными микроорганизмами с оптимумом развития около 20°С, но способными размножаться и при 0°С. На поверхности свежей рыбы обнаружены грамотрицательные бактерии, относящиеся к родам Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium и Cytophaga; грамположительные бактерии чаще представлены микрококками и коринобактериями. Крайне редко и в незначительном количестве на поверхности свежей рыбы встречаются спорообразующие аэробные бактерии, а строгие анаэробы в слизи только что пойманной рыбы отсутствуют [Дутова, Гофтарш и др., 1976]. Степень обсемененности рыбы бактериями зависит от района и способа лова. В речной и морской воде количество психрофилов находится в пределах 10²-10⁴ /см² [Мюнх, 1985]. У рыбы, выловленной поодиночке в чистых поверхностных слоях воды, слизь содержит небольшое количество микрофлоры. Зато поверхность донных рыб траловых уловов заражена очень сильно. На 1 см² кожи только что выловленной тралом рыбы приходится от 10² до 10⁶ бактерий [Сикорский, 1974].

Более разнообразен состав микрофлоры кишечника свежей рыбы. Кроме представителей названных выше четырех родов в содержимом кишечника часто присутствуют спорообразующие анаэробные микроорганизмы: Cl. sporogenes, Cl. putrificus, Cl. tetani, Cl. perfringens, Cl. botulinum. В кишечнике многих рыб встречаются также вибрионы [Johannesen, 1963].

Свежая рыба загрязняется микроорганизмами, попадающими на ее поверхность и в мясо, в основном, из кишечника. При сдавливании свежей рыбы содержимое ее кишечника вытекает и загрязняет сырье. Микроорганизмы проникают в мясо рыбы не только с ее поверхности, но и через жабры: они попадают в кровь рыбы, а через кровяное русло - в мясо. На поверхности свежей рыбы обнаруживаются от 100 до 10 млн. клеток бактерий на 1 см² поверхности кожи при 20°С. На 1 г жабр приходится от 100 до 100 млн. бактериальных клеток, а обсемененность содержимого кишечника рыб достигает от 1000 до 100 млн. клеток на 1 г.

Одним из важных факторов, влияющих на рост и размножение бактерий, а, следовательно, и бактериальное разложение, является температура. Согласно Johannesen [1963], скорость роста бактерий снижается вдвое, если температуру хранения свежей рыбы понизить на 6-7^ОС. Однако снижение температуры может замедлить, но не предотвратить порчу рыбы под воздействием микроорганизмов. Для обеспечения длительной сохранности рыбы необходимо ее быстро охладить до 0^ОС (или лучше до минус 0,5 – минус 1⁰С) сразу после вылова и поддерживать низкую температуру у рыбы вплоть до поступления ее к потребителю.

Поэтому на всех стадиях обработки свежей рыбы большое значение для сохранения ее свежести имеет содержание рыбы в охлажденном состоянии. При любом повышении температуры хранения охлажденной рыбы процесс ее порчи значительно ускоряется.

Микроорганизмы могут разлагать белки, но более благоприятным для них субстратом являются образующиеся при автолизе продукты расщепления белков – аминокислоты, а также входящие в состав мышечной ткани небелковые азотистые вещества (триметиламиноксид, гистидин, мочевина и др.) [Howgate, 2010].

Скорость развития гнилостных процессов и характер протекающих при этом изменений зависит от вида микрофлоры, количества микроорганизмов, условий среды их обитания и особенно температуры. Температурным оптимумом для развития микроорганизмов является интервал температур 25-40 ^ОС, оптимум рН зависит от вида микроорганизмов.

При бактериальном разложении белков, как и при автолизе, сначала происходит разложение белков до аминокислот, а затем дезаминирование и декарбоксилирование аминокислот с образованием менее сложных веществ под влиянием специфических ферментных систем микроорганизмов [Howgate, 2010а, Hultmann et al., 2004].

Характер действия различных микроорганизмов на белки отличается. Так, ферменты B.coli разлагают белок до пептидов, B.cereus – до аминокислот, B. proteus и B. mycoides разлагают белки до конечных продуктов. Под действием гнилостных микроорганизмов образуются новые вещества, придающие мясу неприятный вкус и запах, некоторые из них являются сильными ядами.

Таким образом, в посмертный период в мясе рыбы происходит образование и накопление новых, подчас несвойственных исходному природному составу тканей веществ, что существенно изменяет органолептические свойства и пищевую ценность мяса.

Знание происходящих в рыбе изменений позволяет в зависимости от вида рыбы, ее состояния выбрать оптимальный способ охлаждения и условия ее хранения.