Автореферат и диссертация по ветеринарии (16.00.02) на тему:Научно-практические основы оценки качественных характеристик мяса и мясопродуктов по микроструктурным показателям

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЯСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ВНИИМП)

На правах рукописи

Белоусов Анатолий Анатольевич

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТ| ХАРАКТЕРИСТИК МЯСА И МЯСОПРОДУКТОВ; МИКРОСТРУКТУРНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯ

/7

С>

Специальность 16.(Ш.02-/ Патология, онкология и морфологтгживотных

\

Диссертация

на соискание ученой степени доктора ветеринарных наук в виде научного доклада

Москва 1998

П.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте мясной промышленности

Официальные оппоненты:

- % % ~ О Я

о т

Ведущее предприятие:

доктор ветеринарных наук, проф. Чумаков В.П.

доктор ветеринарных наук, проф. Никитченко В.Е.

доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники РФ, проф. Хлебников В.И.

Всероссийский институт

Защита состоится « & »___С/ . ,т на

заседании Диссертационного Сове:.,, М(к..аовском

государственном университете прикла. '!11>) по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина.

С диссертацией в виде научного лс-ладк можно ознакомиться в библиотеке МГУПБ.

Автореферат разослан « № »_^ 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, канд. вет. наук

Серегин И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Наращивание темпов производства и объемов выпуска продукции мясной промышленности требует совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов, обеспечивающих рациональное использование сырьевых ресурсов, повышение выходов и улучшение качества выпускаемой продукции. Решение этих задач неразрывно связано с расширением методических возможностей исследований за счет использования усовершенствованных и новых аналитических методов, созданием систем объективной и надежной оценки показателей качества сырья и готовой продукции.

Качество продукции определяется как совокупность свойств, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Основную роль при оценке качества мяса и мясопродуктов играют биохимические, физико-химические, структурно-механические, технологические, микробиологические и органолептические показатели.

В последние десятилетия большое внимание стало уделяться изучению микроструктурных изменений в мясе с привлечением гистологических и гистохимических методов исследования.

Работами Бём Р., Плёва В., Налетова H.A., Тинякова Г.Г., Соколова A.A., Жу-равской Н.К., Соловьева В.И., Адуцкевича В.А., Гариан Б.В., Чумакова В.П., Велино-ва П., Писменской В.Н., Никитченко В.Е., Horn .D., Katsaras К., Danchev S., Stenli D. и др. показано, что знание характера изменений микроструктуры мяса в комплексе с данными, получаемыми традиционными методами исследования, дает возможность объективно оценивать качество сырья и мясопродуктов в процессе их изготовления и хранения. Однако имеющиеся в литературе сведения по микроструктурным изменениям мяса разрозненны и не носят системного характера.

В этой связи возникла необходимость проведения более глубоких исследований морфологических характеристик мясного сырья на различных этапах его технологической обработки с привлечением современных биофизических методов исследования - трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии, а также мор-фометрии с использованием анализаторов изображения для того, чтобы опираясь на полученные данные создать цельное представление о роли микроструктурных изменений в формировании качественных показателей мяса и мясопродуктов.

В представленной работе приведены результаты 30-летних исследований в области микроструктуры мяса, выполненных под руководством и при непосредственном участии автора.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было создание научно-практических основ оценки качественных характеристик мяса и мясопродуктов на азе изучения микроструктурных изменений мясного сырья при технологической обработке и хранении.

/ Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать морфологические изменения мышечной ткани при автолизе с

м качества мясного сырья, способов оглушения животных и условий хранения

| ■■ выявить особенности микроструктурных изменений мясного сырья на раз-1 :ц;х стадиях микробиальной порчи;

» I

- определить характер микроструктурных изменений при воздействии различных ферментных препаратов протеолитического действия;

- установить микроструктурные изменения мяса при замораживании и хранении;

- изучить особенности микроструктурных изменений мяса при различных способах посола и тепловой обработки;

- исследовать процессы структурообразования колбас, в том числе выработанных с использованием бактериальных препаратов;

- установить микроструктурные показатели, характеризующие микробиологическую доброкачественность вареных колбас;

- определить взаимосвязь микроструктурных показателей с биохимическими, физико-химическими, структурно-механическими, технологическими, микробиологическими и органолептическими показателями, определяющими в совокупности качество мяса и изготовленных из него мясопродуктов;

- разработать и обосновать методологические подходы к исследованию микроструктуры мышечной ткани в процессе различных технологических воздействий.

Научная новизна. Систематизированы данные в области изучения трансформации структуры мяса при различных технологических воздействиях, определены морфологические критерии оценки качественных характеристик мясного сырья и мясопродуктов по микроструктурным показателям, что послужило основанием для создания нового научного направления - "Микроструктура мяса".

Дана система дифференциации структурных изменений мышечной ткани, положительно или отрицательно влияющих на формирование качественных показателей мяса и мясопродуктов.

Установлена взаимосвязь между биохимическими, физико-химическими, структурно-механическими, технологическими, микробиологическими, органолептическими и микроструктурными показателями мясного сырья и изготовленных из него мясопродуктов.

Сформулированы методологические подходы к проведению микроструктурных исследований мяса и мясопродуктов.

Практическая ценность и реализация результатов. Установленные морфологические критерии оценки качества мясного сырья и изготовленных из него мясопродуктов позволяют:

в комплексе с биохимическими, физико-химическими, структурно-механическими, технологическими и другими изучаемыми показателями объективно оценивать качество мясного сырья и его изменения в процессе технологической обработки, определять перспективные направления совершенствования технологических процессов и разработки новых видов мясопродуктов;

- определять степень развития и локализацию изменений в структуре мышечной ткани;

- выявлять степень микробиальной порчи мясного сырья и микробиологическую доброкачественность вареных колбасных изделий;

- определять рациональные режимы механической обработки мяса при посоле.

В 1971г. во ВНИИМПе создана лаборатория "Микроструктура мяса".

По результатам проведенных исследований выпущен диафильм "Мясо. Метод гистологического анализа" (1976), опубликованы "Методические рекомендации по

оценке мясной продуктивности и качества мяса крупного рогатого скота" (1990), разработан и введен в действие ГОСТ 19496-93 "Мясо. Метод гистологического исследования".

Результаты исследований учтены при разработке 16 технологических процессов и широко используются в настоящее время при проведении научно-исследовательских работ в области совершенствования и разработки новых технологий производства мясопродуктов, оценке их качественных показателей и создании новых видов продуктов.

Полученные данные включены в курсы лекций по биологии, гистологии и вет-санэкспертизе для подготовки специалистов мясной промышленности.

Автор зашищает:

1. Критерии морфологической оценки качественных характеристик мясного сырья и мясопродуктов на основе микроструктурных показателей.

2. Систему дифференциации структурных изменений мышечной ткани, лежащих в основе положительных и отрицательных воздействий на формирование качественных показателей мяса и мясопродуктов.

3. Использование установленных критериев при оценке качества мяса и мясопродуктов, совершенствовании и разработке новых технологических процессов, создании новых видов продуктов.

4. Новое направление в науке о мясе - "Микроструктура мяса".

5. Особенности методологических подходов в изучении микроструктурных изменений мяса на различных этапах его технологической обработки.

Апробация работы. Результаты научных исследований доложены на 18-ти Европейских конгрессах работников НИИ мясной промышленности, IV Европейском конгрессе по электронной микроскопии, XIV Международном конгрессе по холоду, VII Всемироном конгрессе по мясу, на симпозиуме, посвященном 20-летию Института мясной промышленности в Болгарии, Советско-Итальянском симпозиуме, а также на 12-ти конференциях и семинарах.

Публикации. Результаты проведенных исследований опубликованы в монографии "Микроструктура мяса" и 116 работах. Научная новизна полученных данных подтверждена 11 авторскими свидетельствами и 11 патентами.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение микроструктуры поперечно-полосатых мышц и ее изменений в процессе различной технологической обработки проводили в основном на мышцах свиней и крупного рогатого скота (КРС).

Контрольные и опытные животные подбирались по принципу аналогов со сходной зоотехнической характеристикой - одной породы, пола, возраста, упитанности. Выбор животных по возрасту определялся моментом достижения ими периода зрелости: у свиней - 8-10 мес., у КРС - 16-17 мес. Непосредственным объектом исследования в опытах, не связанных с измельчением сырья, служили мышцы различных частей туши - трехглавая мышца плеча (m. triceps brachi), длиннейшая мышца спины (т. longissimus dorsi) и полусухожильная мышца (т. semitendeneus), отнесенные к первым трем из четырех морфологических групп в связи с особенностями строения их мышечных волокон и соединительнотканных элементов (Лисицын А.Б., 1997).

Для изучения прижизненной структуры мышечной ткани пробы отбирали методом биопсии или же вырезали в первые минуты после убоя животного, который проводили без оглушения путем перерезки крупных кровеносных сосудов шеи.

Для изучения микроструктурных изменений мышечной ткани при автолизе пробы мышц отбирали из средней части различных мускулов через определенные интервалы в течение 30 суток. При этом учитывали особенности сырья, способов убоя, послеубойной обработки и условий хранения мяса.

Для изучения микроструктурных изменений мышечной ткани при микробиаль-ной контаминации пробы мышц отбирали из мест, наиболее подверженных порче - в местах разрубов.

Изучение .микроструктурных изменений мышечной ткани в процессе различных технологических воздействий проводилось с учетом качественных показателей .мясного сырья и способов его обработки.

Для получения достоверных результатов эксперименты повторяли не менее 3-х раз при 3-5-кратной повторности анализа каждого из образцов. С целью соблюдения репрезентативности выборки, отбор проб для качественного и количественного микроструктурного исследования проводили из разных участков анализируемого образца. Количество материала для морфометрического анализа определяли в зависимости от разброса полученных данных в соответствии с t-критерием Стьюденса.

В целом микроструктурным исследованиям подвергнуты мышцы, взятые от 2250 животных.

Основными методами исследования являлись - гистологический и гистохимический, трансмиссионная и сканирующая электронная микроскопия, а также морфо-метрия с помощью окуляр-микрометра и анализатора изображения "Маджискан 2А". Исследования проводили по общепринятым методикам.

Особенностью используемых методов является изучение мясного сырья и мясопродуктов на неразрушенном объекте (срезе), что позволяет выявить локальные изменения в ткани, увязывая последние с изменением их химического состава.

Совместно со специалистами ведущих лабораторий ВНИЙМПа и кафедры "Технология мяса и мясопродуктов" МТИММПа (МГУПБ) проводились биохимические, физико-химические, структурно-механические, микробиологические, технологические и органолептические исследования мяса и мясопродуктов по общепринятым методикам или методикам, изложенным в соответствующих ГОСТах.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Микроструктура мышечной ткани при автолизе

С наступлением смерти в организме животного развивается комплекс посмертных автолитических изменений, известных под названием "созревание мяса".

При изучении созревания мяса наибольшее внимание ученые вначале уделяли исследованию биохимических, физико-химических и органолептических изменений (Смородинцев A.A. с соавт., 1933; Журавская Н.К., 1952; Пезацки В., 1964; Соколов A.A., 1965; Соловьев В.И., 1966; Павловский П.Е., Пальмин В.В., 1975; Кудряшов JI.C., 1989; Koochmaraie M., 1994, 1996), а позднее и морфологических изменений с помощью светооптических методов исследования (Адуцкевич В.А., 1962; Налетов H.A. с соавт., 1963; Бем Р., Плева В., 1964; Тиняков Г.Г., Макаев В.М., 1966).

6

Проведенные нами исследования с использованием электронной микроскопии показали, что микроструктурные изменения в мышечных волокнах при автолизе мышц животных (NOR мясо), обескровленных после оглушения их токами промышленной частоты (50 гц) при напряжении 220 в и хранившихся при температуре 2-4 UC, развиваются постадийно.

Послеубогшое расслабление мышечных волокон (1,5-3 ч). Эта стадия характеризует мясо, находящееся в парном состоянии, и определяется растянутостью и набуханием миофибрилл мышечных волокон. В последних хорошо выражены А и J-диски саркомеров (рис. 1). Вследствие высокой гидратации миозиновых филаментов превышение диаметра А-дисков в области М-полосок по отношению к диаметру J-дисков в области Z-пластинок может достигать 25-30%. Порозность мышечной ткани (совокупность свободных пространств между мышечными волокнами) составляет в среднем 4-6%. Полученные результаты согласуются с данными биохимических исследований, которые показывают наличие актина и миозина, не связанных в комплекс, что и обуславливает расслабление волокон, наличие большого количества гидрофильных центров и высокую влагосвязывающую способность мышечных белков (Hamm R., 1963, 1980; Соколов A.A., 1965; Honikal К.О., Fischer С., 1980).

Наряду с обшим расслаблением мышечных волокон в первые часы после убоя животного, в отдельных из них обнаруживаются единичные или множественнные узлы и полосы сокращения, представляющие собой локальные сверхсокращенные участки миофибрилл. Нашими исследованиями установлено, что образование таких участков связано с конформационными изменениями актиновых протофибрилл в области А-дисков, выражающимися зигзагообразной их складчатостью. Миозиновые протофибриллы при этом расходятся и деформируются (рис.2). В зонах сверхсокращения происходит агрегация белков мышечного волокна - миозина, актина, с-белка, тропомиозина, тропонина, а- и ß- актинина, десмина и др. с образованием уплотненного белкового комплекса. Линейные размеры саркомеров при этом уменьшаются в 2-3 раза, примерно во столько же раз увеличивается их диаметр.

Рис 1. Электроннограмма участка мышечной ткани в расслабленном состоянии. Миофибриллы с хорошо выраженными А-и ]- дисками саркомеров. Ув. х 50.000

Рис 2. Электроннограмма участка мышечного волокна в сверхсокращенном состоянии. Слияние и деформация миофибрилл с агрегацией их белковых структур. Ув. х 50.000.

Под световым микроскопом сверхсокрашенные участки представлены в мышечных волокнах в виде гомогенных темноокрашенных поперечных узлов и полос, в которых отсутствует поперечная и продольная исчерченность (рис. 3, 4). ТчГ

Рис. 3. Микроструктура узла сокращения мышечного волокна. Реакция на воздействие альтерирующего агента - электротока промышленной частоты при напряжении 220В. Ув. х 520.

Рис. 4. Микроструктура участка мышечной ткани с наличием узлов и полос сокращения в сверхсокращенном мышечном волокне (мясо РБЕ). Разрывы контрактильной субстанции в прилегающей зоне. Ув. х 400.

Следует отметить, что неравномерное сокращение мышечных волокон в связи с образованием сверхсокращенных участков приводит к глубоким деструктивным изменениям, связанным с полным или частичным разрывом миофибриллярной субстанции и сарколеммы мышечных волокон в прилегающих участках.

Возникновение полос и узлов сокращения по данным Студитского А.Н. (1979) является ответной реакцией мышечных волокон на воздействие различных альтерирующих агентов физической или химической природы. Выявленные при этом изменения носят однотипный и часто необратимый характер. При жизни животного образование полос и узлов сокращения,