Известно, что наиболее опасным агентом, повреждающим животные ткани при их гомогенизации и хранении, является кислород. В животных клетках есть много белков, содержащих ионы железа: гем-белки, железо-серные белки и т.д., которые при повреждении клеток быстро активируют (восстанавливают) кислород в митохондриях до опасного супероксида. Этот процесс катализируется фосфатами. Причиной деструктивного действия супероксида является образование перекисей липидов и белков.

Для предотвращения деструкции мясных фаршей и получаемых из них мясопродуктов при переработке и хранении широко используются три подхода: откачка воздуха, нитриты и разнообразные химические консерванты. Откачка воздуха позволяет удалить кислород из воздушного пространства емкости, в которой хранится продукт, но она не удаляет тот кислород, который исходно содержится в цитоплазме мышечных клеток и в кровеносных сосудах. Нитриты и консерванты, связываясь с железо-белками, блокируют восстановление клеточного кислорода до супероксида. Но нитриты и химические консерванты являются далеко не безвредными. Попадая с пищей в организм человека, они блокируют функцию железо-белков, приводя к ряду заболеваний, в том числе – онкологических. Фосфаты традиционно используются для поддержания требуемого рН и для связывания воды. Но они при этом катализируют перекисное окисление липидов.

В связи со сказанным нами предлагается принципиально новый подход к качественной переработке и длительному хранению мясной продукции. Для этой цели мы предлагаем использовать «кислород-вытесняющий» безфосфатный буфер и природные субстраты клеточного дыхания. Природные субстраты дыхания являются абсолютно безвредными и нетоксичными. Их окисление в митохондриях сопровождается быстрым потреблением кислорода из клеточной цитоплазмы и из кровеносных сосудов. Концентрация кислорода в клетках и сосудах составляет примерно 250 мкМ. Чтобы убрать такое количество кислорода, достаточно ввести 250-500 мкМ дыхательных субстратов (дикарбоновые кислоты, НАДН и др.).

В модельных опытах для биохимической «консервантной» обработки нами использовались типичные лабораторные объекты (максимально приближенные к сырью мясопродуктов): коровье сердце и его гомогенат, поперечно-полосатые мышцы коровы и его гомогенат. Путем введения в среду определенного набора природных метаболитов (дикарбоновых кислот, НАДН, АДФ и др.), а также путем использовании кислород-вытесняющего буфера нам удалось осуществить эффективное удаление внутриклеточного кислорода. При этом оказалась, что наиболее вредным агентом, блокирующим дыхание и резко активирующим образование липидных перекисей, является щевелево-уксусная кислота. Замена фосфатного буфера на кислород-вытесняющий приводила к существенному уменьшению количества перекисей и продлению сохранности гомогената. Применение ионов кальция на фоне дикарбоновых кислот и кислород-вытесняющего буфера оказалось неэффективным. Вероятной причиной этого является образование малорастворимых комплексов с кальцием.

Нами подобран оптимальный природный (без применения нитритов, фосфатов и химических консервантов) «консервирующий» состав среды, который может позволить коренным образом продлить сроки хранения мясных фаршей и мясопродуктов. Это может найти широкое применение в мясоперерабатывающей промышленности. Для обработки мяса, к примеру, потребуются низкие концентрации субстратов дыхания. На 1000 кг мяса будет затрачиваться не более 1 кг субстратов. Розничная цена субстратов составляет порядка 100 рублей за 1 кг. Таким образом, затраты на требуемые вещества будут составлять лишь ничтожную часть от стоимости продукции, выпускаемой мясокомбинатами.

По сравнению с имеющимися до сих пор технологиями, предлагаемые нами способы имеют важные преимущества в отношении медико-биологической безопасности за счет:

а) отказа от опасных нитритов, фосфатов и химических консервантов;
б) отсутствия накопления вредных перекисей;
в) предотвращения микробного обсеменения;
г) существенного удлинение сроков хранения.
При этом не будет происходить ухудшения вкусовых качеств мясопродуктов.

Кроме того, нами разработаны методы инструментального контроля качества мясной продукции по детекции поврежденных белков, ферментов и перекисей липидов. С помощью УФ-флуориметрического теста на денатурацию ферментов и гидролиз белков, фотометрического и рН-метрического тестов на активность митохондриальной НАДН-дегидрогеназы и других дегидрогеназ с использованием искусственных акцепторов электронов, колориметрического теста с тиобарбитуровой кислотой на липидные перекиси, теста на ядерную ДНК по люминесцентной микроскопии с этидиум бромидом и с помощью других методов нами прослежена динамика порчи мышечного гомогената во времени и показано, какие из методов являются наиболее информативными на ранних стадиях. Процессы окисления липидов, денатурации белков и повреждения митохондриальной дыхательной цепи в мышечном гомогенате были изучены в зависимости от заморозки, температуры, времени хранения, ионной силы, присутствия ионов кальция, ди- и трикарбоновых кислот, рН и вида буфера.

К примеру, при возбуждении УФ светом триптофановые остатки мышечных белков флуоресцировали с максимумом при ~340 нм, а в ходе длительного хранения мышечного гомогената происходили заметные изменения спектральных параметров флуоресценции (интенсивности, длины волны максимума спектра, степени поляризации и др.), обусловленные денатурацией белков и их частичным гидролизом. Величина этих изменений зависела от концентрации дикарбоновых кислот, кислород-вытесняющего буфера и др. Прокрашивание ДНК мышечных клеток этидиум бромидом позволило с помощью люминесцентной микроскопии отследить процесс пикнолиза ядер. Колориметрия НАДН-дегидрогеназной активности показала, что сначала при разрушении клеток ферментативная активность резко возрастает, а затем (по мере порчи полученного гомогената) она постепенно снижается. Причем, НАДН-оксидазная активность ведет себя по-другому, чем НАДН: феррицианид-редуктазная.


Работа поддержана грантами РФФИ-офи 04-04-08146 и РФФИ-Миннаука 04-04-97269