U savremenim uslovima proizvodnje i distribucije hrane poseban je problem kako zaštititi lako pokvarljive namirnice od kvarenja. Najadekvatnije rešenje tog problema nađeno je u konzervisanju hrane niskim temperaturama. Smrzavanje se ocenjuje kao najuspešniji postupak konzervisanja, jer je to proces koji izaziva najmanje promene u supstratu koji se smrzava, te se iz tog razloga primenjuje mnogo i za konzervisanje mesa.

Ovim postupkom se voda prevodi u čvrsto agregatno stanje pa se isključuje iz tkiva kao solvent neophodan za odvijanje biohemijskih reakcija, Sime presta;je aktivnost endogenih i mikrobioloških enzima.

Iako je smrzavanje mesa proces koji izaziva najmanje promene belančevina, ipak se pri aglomeraciji molekula vode u kristale leda utiče na belančevine, koje fiksiraju te molekule vode u tkivu mišića, zbog toga je učinak smrzavanja na supstrat i uslovljen načinom izvođenja.

Naime, pri sporom smrzavanju, tj. primenom viših temperatura, voda se smrzava pretežno između mišićnih vlakana, a tako stvoreni kristali se dalje povećavaju na račun vode koja difuzijom prelazi iz vlakana u prostore između mišićnih vlakana. Na taj način se formira manji broj krupnih kristala leda izvan vlakana. Pri tome stanju voda se pomera u većem stepenu iz položaja u kome se nalazila u nativnom stanju, što izaziva i veća oštećenja belančevina i nepovoljno se odražava na kvalitet mesa.

Pri smrzavanju mesa brzim postupcima, nižim temperaturama, formira se veći broj manjih kristala i to u mišićnim vlaknima i izvan mišićnih vlakana. U tim uslovima voda se smrzava in situ, pa se stanje belančevina menja u manjem stepenu. Posledica tog stanja su i manje promene strukture mišićnih vlakana i svojstava mesa.

Poznato je, takođe, da ni sve belančevine mišićnog vlakna nisu podjednako osetljive na delovanje niskih temperatura. Naime, utvrđeno je da su denaturaciji usled smrzavanja podložnije miofibrilarne belančevine, što je od posebnog značaja kada se ima na umu da su te belančevine nosioci tehnološkog kvaliteta mesa.

Problem uticaja postupka smrzavanja na svojstva mesa kao i na svojstva belančevina u njemu Je od veoma velikog naučnog i praktičnog značaja. To su razlozi što je ova problematika dosta izučavana. Priroda i stepen denaturativnih promena miofibrilarnih belančevina za smrzavanja i uskladištenoga ispitivani su u većem opsegu kod raznih vrsta riba. Nasuprot tome, takvih ispitivanja mišića živine, svinja, ovaca i goveda je veoma malo, a posebno podataka o uticaju različitih postupaka, tj. brzine smrzavanja na stepen denaturativnih promena u mesu tih životinja.

S druge strane, u literaturi ima podataka koji ukazuju da promene temperature ne prate linearno i promene toka bio-hemijskih reakcija u mesu. Navedena saznan^a ukazuju da je moguće da i različiti tokovi smrzavanja različito utiču na dinamiku kristalizacije vode u mesu, a time i na svojstva mesa. Dosledno tome, nameće se pitan^e kakav je odnos promena postupka smrzavanja, tj. temperatura smrzavan;ja i promena u mesu, odnosno u strukturi i ultrastrukturi mišića kao i belančevina i da li u tom odnosu postoje neke granične vrednosti.

To je bio povod da je odlučeno da se u jednom šire koncipiranom radu na predmetu Tehnologija mesa na Tehnološkom fakultetu u Novom Sadu, koji je realizovan tokom poslednjih deset godina, ispita uticaj različite brzine smrzavanja na strukturu i ultrastrukturu mišića kao i na miofibrilarne belančevine. Pošto su već prvi rezultati ispitivanja ukazali da se raspored kristala leda, kao i promene strukture i ultra-strukture u mišićima ne menjaju pravilno sa sniženjem temperature smrzavanja u drugom delu ovih ispitivanja utvrđen je uticaj različitih temperatura smrzavanja na prirodu i stepen denaturacije miofibrilarnih belančevina.

Smatrajući da ti rezultati predstavljaju određen doprinos teoretskom poznavanju fizičko-hemijskih i biohemijskih promena u mesu pri smrzavanju, a da mogu biti i od velike praktične koristi pri utvrdjivanju koji je to postupak smrzavanja, odnosno brzina smrzavanja pri kojoj se belančevine mesa menjaju najmanje, a samim tim postižu i optimalna svojstva mesa, prikazani su u ovoj monografiji u sklopu i drugih brojnih saznanja iz literature o procesu smrzavanja i promenama koje pri tome nastaju u mesu.

Da bi tehnolozi mogli suvereno vladati procesom smrzavanja mesa neophodno je da najpre dobro upoznaju građu, ultrastrukturu i svojstva miofibrilarnih- belančevina i njihov odnos sa vodom. Zatim, fizičke fenomene koji nastaju u procesu smrzavanja, a potom promene ulstrastrukture, svojstava miofibrilarnih belančevina, fizičko-hemijskih i senzornih svojstava pri različitim brzinama, odnosno postupcima smrzavanja, te Je na taj način materija i obrađena u ovoj monografiji.

Sadržaj

UVOD

I           STEUETURA I HEMIJSKA GRADJA MIŠIĆNOG VTLAKNA

Građa mišića i mišićnog vlakna
Ultrastruktura mišićnog vlakna
Struktura i hemijska građa miofibrila
Svojstva miofibrilarnih belančevina

II         VODA U MESU

Količina u mišiću i mišićnom vlaknu
Vezivanje vode i raspored

III        SMEZAVANJE

Kristalizacija i količina smrznute vode
Tok kristalizacije u zavisnosti od temperature smrzavanja
Rekristalizacija leda tokom skladištenja smrznutog mesa

IV        UTICAJ SMRZAVANJA NA STEUKTURU MIŠIĆA

Izgled smrznutog mišića
Uticaj toka smrzavanja na strukturu i ultrastrukturu mišića
Uticaj vremena smrzavanja postmortem i temperature i trajanja uskladištenja na strukturu i ultrastrukturu mišića

V         UTICAJ SMEZAVANJA NA SVOJSTVA MIOFIBRILAENIH BELANČEVINA

Uticaj smrzavanja na rastvorljivost miofibrilarnih belančevina
Uticaj smrzavanja na aktivnost miofibrilarne ATP-aze
Uticaj smrzavanja na SH grupe
Uticaj smrzavanja na viskozitet rastvorljivih frakcija belančevina

VI        UTICAJ SMRZAVANJA NA AKTIVNOST ENZIMA

VII      PRIRODA I MEHANIZAM DENATURACIJE

VIII     UTICAJ SMRZAVANJA NA FIZIČKO-HEMIJSEA I SENZORNA SVOJSTVA MIŠIĆA

Uticaj smrzavanja na vezivanje vode
Uticaj smrzavanja na pH
Uticaj smrzavanja na senzorna svojstva

IX     ODEEĐIVANJE POTREBNOG VREMENA ILI OPTIMALNE BRZINE SMRZAVANJA MESA

LITERATURA

UPOTREBLJENE SKRAĆENICE

II Voda u mesu

Količina u mišiću i mišićnom vlaknu

U literaturi ima više podataka o prosečnom sadržaju vode i belančevina u mišiću. Tako Forrest i sar. (1975) navode da mišić sadrži od 65 do 80% vode i od 16-22% belančevina. L a w r i e (1979) daje podatak da mišić sadrži 75% vode i 19% belančevina, a Rahelić (1978) da mišić sadrži nešto više od 70% vode i oko 20% belančevina različitog sastava. Po navodu V o y 1 e a (1974) samo mišićno vlakno sadrži oko 16% kontraktilnih. belančevina i 84% vode u kojoj je rastvoren ATP.

Prema proceni H a m m a (1972) belančevine miofibrila zadrže oko 70% ukupne vode, sarkoplazme oko 20%, a strome oko 10%. P e n n y (197^) iznosi podatak da se u živom mišiću nalazi ukupno 85-95% vode u vlaknima u dinamičkoj ravnoteži sa preostalih 5-15% izvan zidova vlakana.

Vezivanje vode i raspored

Da bi se bolje razumelo kako je voda vezana, odnosno zadržana u mišićima u toj količini, treba podsetiti da Je molekul vode dipol koji se orijentiše, u manjem ili većem stepenu, oko naelektrisanih grupa belančevina (R a h e l i ć, 1978).

K a r m a s (1971) navodi zaključak L i n g a da je sva voda u ćelijama živih organizama orijentisano polarizovana u više slojeva oko naelektrisanih grupa belančevina i jona.

Sledeće svojstvo vode je da se molekuli međusobno vezuju vodonikovim vezama pri čemu formiraju agregacije koje mogu da rastu ili da se raspadaju zavisno o stanju sredine u kojoj se nalaze. Nepolarne grupe bočnih ostataka belančevina, takođe imaju svojstvo da indiikuju povezivanje molekula vode vodonikovim vezama u nakupine različite veličine.

Na kraju, vodonikove veze se mogu uspostavljati i između molekula vode i kiseonika i azota u molekulama belančevina (Hamm, 1966; Hamm, 1972; K a r m a s, 1973).

Prema podacima H a m m a (1972, 1974.) voda u mesu je vezana različitom jačinom, što znači i na razne načine, a što se može zaključiti na osnovu adsorpcione izoterme liofilizovanog mišića goveda. Oko 4% ukupne količine vode je veoma čvrsto vezano, jer se izdvaja samo pri veoma niskim naponima pare. Ta voda je vezana u monomolekularnom sloju pravim hemijskim vezama za određene grupe molekula belančevina.

Pri nešto većem naponu pare ostaje još vezane vode koja je približno jednaka prethodnoj, tj. čini daljih oko 4% ukupne vode. Verovatno je da molekuli grade drugi sloj oko istih grupa, pretpostavlja se multimolekulamom adsorpcijom.

Daljim povećanjem napona pare na belančevine se veže još oko 10% ukupne vode mesa. Kako se pri tim pritiscima pored pare u kapilarnim prostorima nalazi i voda u tečnom stanju, ovaj proces vezivanja je nazvan „kapilarna kondenzacija“

Kao prava hidrataciona voda, ili vezana voda za belančevine, smatra se ona količina vode koja se nalazi u mono i multimolekulamom sloju. Preostali deo vode leži manje više slobodno smešten u spletu filamenata strukturnih belančevina i imobilizovan je u prostorima koji nastaju kao rezultat uspo stavljanja elektrostatskih veza između lanaca belančevina (H a m m, 1972; P e n n y, 197^; R e d e, 1974).

Fizička svojstva hidratacionog sloja vode znatno se razlikuju od svojstva slobodne vode. čvrsto vezana voda ima nižu tačku smrzavanja, manjeg je napona pare, ima veću gustinu i manju sposobnost rastvaranja. Slobodna voda ima sva svojstva kao i obična voda, mada jedan deo te vode ima delimično ograničenu pokretljivost molekula i manju sposobnost rastvaranja (Vismer-Pederse, n, 1971; H a m m, 1972).

Iz prethodnog izlaganja se vidi da voda može biti različito čvrsto vezana, odnosno zadržana u mišiću i da je osnovano pretpostaviti da će se SpVV menjati post mortem promenom ođnosa aktinskih i miozinskih miofilamenata.

Ulaskom mišića u rigor odigraju se značajne promene koje utiču na ravnotežu vode. Kao posledica razgradnje ATP debeli i tanki miofilamenti se čvršće međusobno povezuju, a kao rezultat tog povezivanja istiskuje se voda iz građe miofilamenata (imobilizirana voda) u sarkoplazmu, a takođe je moguće i u prostore između mišićnih vlakana. Ovaj efekat istiskivanja vode povećava se kako pH opada od 7,2, u mišiću pre rigora, prema 5,5-5,8 u mišiću posle rigora, jer su tada belančevine miofibrila mnogo bliže IET od 5»0 do 5,2, na kojoj je njihova sposobnost hidracije minimalna, a gustina umreženosti najveća (H a m m, 1972; P e n n y, 1974).

P e n n y (1974) daje veoma zanimljive podatke o odnosu vode i belančevina u mišićnom vlaknu, odnosno o prostorima u vlaknu u kojima se nalazi voda, kao i o broju molekula vode u njima. Takođe, iznosi podatke o tome kako se menja zapremina tih prostora post mortem, kao i broj molekula vode u njima. Prema tim podacima 75% zapremine vlakna zauzimaju miofibrili, a 25% zapremine sarkoplazma. Međutim, težinski odnosi belančevina i vode u miofibrilima i sarkoplazmi su drugačiji.

P e n n y (1974) dalje iznosi podatke o veličini prostora koje popunjava voda, posmatrano na preseku mišića, pre i posle rigora (tabl. l/II).

Ha osnovu ovih podataka može se izračunati dijametar kapilarnih prostora između filamenata miofibrila i sarkoplazmatskih belančevina, a na osnovu toga nalaza može se odrediti broj molekula vode između najbližih, „susednih struktura“ (tabl. 2/II).

x Pod pretpostavkom da se 12% smanjenje zapremine mrežice filamenata post mortem

x Pod predpostavkom da su sarkoplazmatske belančevine prosečne molekulske mase od 120.000 daltona i srednjeg dijametra 6,52 nm

Rezimirajući iznete podatke P e n n y (1974.) zaključuje da se kao rezultat postmortalnih promena značajna količina prethodno imobilizirane vode odvaja od belančevina i redistribuira iz prostora filamenata u sarkoplazmatske prostore u vlaknu, kao i prostore između vlakana, što se dalje neposredno odražava na tok formiranja kristala leda pri smrzavanju, kao i na količinu iscedka pri odmrzavanju.

Matsumoto (1980) piše o značaju odnosa belančevina i vode u mišiću pri smrzavanju i za uskladištenja, i kaže da je učinak razmeštaja vode, kao i promene u stanju vode, najvažniji faktor koji pokreće i podstiče denaturaciju belančevina mišića za vreme smrzavanja i uskladištenja. I H e l d m a n (1983) i R i e d (1983) pišu da sposobnost miofibrila da zadrže vodu ili da je otpuste u sarkoplazmu ili međućelijski prostor neposredno utiče na mesto i način formirano da leda u toku smrzavanja mesa.