Холодильная технология пищевых продуктов

В. Е. Куцакова, А. В. Бараненко, 
Т. Е. Бурова, М. И. Кременевская

Холодильная технология 
пищевых продуктов

В трех частях

Часть III
Биохимические и физико-химические основы

Учебник для вузов

Рекомендовано Учебно-методическим объединением 
по образованию в области технологии продуктов питания 
и пищевой инженерии в качестве учебника для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по специальности 260504 
(270800) «Технология консервов и пищеконцентратов» направления 
подготовки дипломированного специалиста 
260500 (655700) «Технология продовольственных продуктов 
социального назначения и общественного питания»

Санкт-Петербург
ГИОРД
2011

УДК 664.8 / 9
ББК 36.92
 
Х73

Авторы:
В. Е. Куцакова, А. В. Бараненко, Т. Е. Бурова, М. И. Кременевская

Рецензенты:
Антипов С. Т., доктор технических наук, проректор по научной работе ВГТА;
Макеева И. А., доктор технических наук, профессор

Х73   
Холодильная технология пищевых продуктов : учеб. для вузов : в 3 частях  /  В. Е. Куцакова [и др.]. — СПб. : ГИОРД, 2011.

Часть III. Биохимические и физикохимические основы. — 2011. — 272 с. : ил.

ISBN 9785988791362

В третьей части учебника рассмотрены биохимические процессы, происходящие 
в продуктах жи вотного и растительного происхождения при охлаждении, замораживании, холодиль ном хранении и отеплении. Рассмотрены химический состав и строение тканей жи вотного и растительного происхождения, процессы дыхания и брожения в продуктах растительного происхождения и автолитические процессы в тканях 
животного про исхождения. Дан анализ влияния скорости протекания биохимических 
процессов на качество конечных продуктов.
Книга предназначена для студентов высших учебных заведений, обучающихся по 
специ альности 260504 (270800) «Технология консервов и пищеконцентратов» направления 260500 (655700) «Технология продовольственных продуктов социального назначения и общественного питания»,  а также полезна для практиков.

УДК 664.8 / 9
ББК 36.92

ISBN 9785988791362 (часть III) 
© ООО «Издательство „ГИОРД“», 2011
ISBN 978-5-98879-084-6

Оглавление

Глава 1. Химический состав сырья растительного и животного 
происхождения ...........................................................................................9

1.1. Белковые вещества .................................................................................9
1.2. Нуклеиновые кислоты .......................................................................... 17
1.3. Ферменты .............................................................................................. 18
1.4. Углеводы ................................................................................................ 21
1.5. Липиды .................................................................................................. 27
1.6. Фенольные соединения ........................................................................ 29
1.7. Органические кислоты ......................................................................... 34
1.8. Витамины .............................................................................................. 36

Глава 2 . Строение и химический состав клеток и тканей сырья 
растительного и животного происхождения ...........................................41

2.1. Строение клетки. Отличительные особенности 
растительных, животных и бактериальных клеток .................................... 41
2.2. Растительные и животные ткани ......................................................... 52

Глава 3.  Процессы дыхания и брожения в клетке ...................................63

3.1. Общая характеристика дыхания .......................................................... 63
3.2. Брожение ............................................................................................... 72
3.3. Взаимосвязь дыхания и брожения в сырье растительного 
происхождения ............................................................................................ 74

Глава 4 . Биохимия сырья животного происхождения ............................76

4.1. Биохимия мышечной ткани ................................................................. 77
4.2. Биохимия белков соединительной ткани ............................................ 81
4.3. Биохимия костной ткани ..................................................................... 84
4.4. Биохимия жировой ткани .................................................................... 85

Глава 5.  Особенности автолитических процессов, 
происходящих в мышечной ткани сырья животного происхождения ...87

5.1. Этапы автолиза мяса ............................................................................. 87
5.2. Посмертное окоченение. Разрешение посмертного окоченения ...... 89
5.3. Созревание мяса ................................................................................... 92
5.4. Послеубойное изменение мяса. Послеубойное повышение 
температуры. Явление загара ...................................................................... 99
5.5. Образование низкомолекулярных соединений в мясе при 
созревании и хранении ............................................................................. 101

5.6. Влагоудерживающая способность и растворимость белков 
в зависимости от величины рН ................................................................. 110

Глава 6.  Охлаждение и хранение сырья и продукции 
животного происхождения в охлажденном состоянии ........................113

6.1. Биохимические процессы при охлаждении ...................................... 113
6.2. Холодовое сжатие и меры его предотвращения ................................ 113

Глава 7. Хранение сырья растительного происхождения 
в охлажденном состоянии ......................................................................120

7.1. Отличительные особенности сырья различной степени зрелости ....121
7.2. Биохимические и физикохимические изменения в сырье 
растительного происхождения в процессе охлаждения 
и холодильного хранения .......................................................................... 123

Глава 8. Биохимические изменения в мясе при замораживании .........185

8.1. Замораживание и его влияние на морфологическую 
структуру тканей ........................................................................................ 185
8.2. Коллоидные изменения белков при замораживании ....................... 190
8.3. Биохимические изменения белков при замораживании .................. 191
8.4. Изменение микроструктуры тканей мяса при замораживании ....... 196
8.5. Изменения в мясе рыб при замораживании ..................................... 199
8.6. Биохимические изменения в мясе при хранении 
в замороженном состоянии ...................................................................... 199

Глава 9. Хранение растительного сырья в замороженном 
состоянии ................................................................................................212

9.1. Пригодность плодов и овощей к замораживанию ............................ 212
9.2. Изменения в растительном сырье при подготовке 
к замораживанию ...................................................................................... 213
9.3. Биохимические и физико-химические изменения 
в растительном сырье в процессе замораживания и хранения 
в замороженном виде ................................................................................ 223

Глава 10.  Биохимические изменения в продуктах животного 
и растительного происхождения под действием экзоферментов ........245

10.1. Роль ферментов микроорганизмов при холодильном 
хранении продуктов животного происхождения ..................................... 246
10.2. Повреждения, физиологические заболевания 
и фитопатогенные болезни плодов и овощей .......................................... 258

Библиографический список  .....................................................................266

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Холодильная технология пищевых продуктов — это отрасль науки 
и техники, которая изучает рациональные и научно обоснованные способы использования холода в пищевой промышленности и включает 
три базовые основы знаний: теплофизических, технологических и биохимических процессов, происходящих в продуктах животного и растительного происхождения.
Основные задачи холодильной технологии включают изучение влияния холодильной обработки:
• на протекание биохимических, физикохимических и других 
процес сов, изменение состава, механических, реологических и других 
характери стик пищевых продуктов;
• разработку методов снижения качественных и количественных 
потерь;
• совершенствование и создание новых технологий, позволяющих минимизировать изменения качественного состава и свойств пищевых продуктов.
Сохранение пищевой и биологической ценности пищевых продуктов является основной задачей консервирования холодом. При этом без 
анализа биохимических процессов, происходящих в тканях животных 
и растений и связанных с ними физико-химических превращений различных компонентов исходного сырья невозможна правильная организация технологических процессов холодильной технологии. Знание 
основ биохимии играет важнейшую роль в усовершенствовании технологических процессов и создании новых направлений в переработке 
сельскохозяйственного сырья.
В соответствующих главах предлагаемого учебника рассмотрен химический состав пищевых продуктов, вопросы технической биохимии 
тканей, а также биохимические изменения, происходящие при охлаждении, замораживании и холодильном хранении в условиях умеренного и глубокого холода.
Показано, что качество готовых продуктов зависит в первую очередь от изменения составляющих веществ при холодильной обработке 
исходного сырья.
Холодильная технология является прикладной областью знаний, 
связана со сложными по составу и свойствам объектами, разнообразными посмертными процессами и процессами, протекающими в живых 
объектах. Поэтому холодильная технология базируется на знаниях таких 
наук, как биохимия, биология животных и растений, микро биология, 

7

физическая и коллоидная химия, химия органических и неорганических соединений.
Сегодня трудно представить инженера-технолога, занятых разработкой новых технологий продуктов питания, которые не были бы знакомы 
с основами биохимии продуктов питания. Рациональное использование 
пищевых продуктов предусматривает сохранение его природных качеств 
на всех этапах от производства до рационального хранения и консервирования, что требует знания всех ключевых биохимических процессов 
в продуктах, а также влияние базовых технологических факторов на изменение свойств сырья.
Книга состоит из 10 глав, в каждой из которых рассматриваются основные биохимические и физико-химические процессы, происходящие 
в различных тканях и на клеточном уровне в органах животных в послеубойный период, а также в плодах и овощах при охлаждении, замораживании и холодильном хранении.

Введение

Г л а в а  1  
Химический состав сырья растительного 
и животного происхождения

1.1. Белковые вещества

Белками называются высокомолекулярные соединения, при гидролизе которых образуется только смесь различных аминокислот. Аминокислоты служат «кирпичиками» при построении гигантских молекул 
различных белков.
Белковые вещества входят в состав ткани как растительного, так 
и животного происхождения.
В растениях содержание белков меньше, чем углеводов и других составляющих, но белки растительной ткани, являясь основой протоплазмы, играют огромную роль в функционировании растительных организмов. Кроме того, и все ферменты являются белками.
В продуктах животного происхождения белковые вещества составляют основную часть тканей, характеризуются сложным составом, разнообразны по строению, свойствам и биологическим функциям. Они 
могут находиться как в растворенном состоянии, так и быть включенными в плотные структуры клетки.
Строение и свойства тканей животного происхождения определяются сочетанием различных белков, что характеризует плотность, упругость и эластичность структур.
В процессе жизнедеятельности организмов белки постоянно обновляются. Пищевые белки после расщепления их до аминокислот используются для биосинтеза новых белков в организме — в этом заключается 
пластическая функция белков, и они не могут быть заменены никакими другими компонентами пищи.
Белки используются организмом и как источник энергии, но эта 
их функция не является исключительной, она может компенсироваться жирами и углеводами.

9

Аминокислоты. Каждая аминокислота содержит минимум четыре 
элемента — углерод, кислород, водород и азот. Общая формула наиболее важных аминокислот выглядит так:

C

H

NH2

R
COOH

где R означает любую из большого количества функциональных групп.
В простейшем случае R соответствует Н, эта аминокислота называется глицином и имеет формулу: Н2NCH2COOH. В природе около 
20 α-ами нокислот. Формулы и обозначение некоторых наиболее важных аминокислот представлены в табл. 1.1.

Та б л и ц а  1.1

Некоторые аминокислоты, входящие в состав белков

Название
Обозначение
Формула

Аланин
Ала
СН3
СН
СООН

NH2

Аспараги новая 
кислота
Асп
HOOC
CH2
CH
COOH

NH2

Цистеин
Цис
HS
СН2
СН
СООН

NH2

Глутаминовая 
кислота
Глу
НООС
СН2
СН2
СН
СООН

NH2

Глутамин
Глу
Н2NСО
СН2
СН2
СН
СООН

NH2

Глицин
Гли
Н2NСН2СООН

Лейцин
Лей
(СН3)2
СН
СН2
СН
СООН

NH2

Глава 1. Химический состав сырья растительного и животного происхождения

Название
Обозначение
Формула

Фенилаланин
Фен
С6Н5
СН2
СН
СООН

NH2

Пролин
Про
CH2
CH

H2
C

H2
C

COOH

NH2

Серин
Сер
НО
СН2
СН
СООН

NH2

Треонин
Тре
Тирозин
Тир

HO
CH2
CH
COOH

NH2

У аминокислот существуют оптические изомеры, например, для 
αаминокислоты аланина существуют Lи Dформы, которые выглядят следующим образом:

 

C

COOH

CH3

N
H2
H
C

COOH

CH3

H
NH2

L-Аланин              D-Аланин

Оптические изомеры аланина

В природе встречается лишь один ряд оптических изомеров «натуральных» αаминокислот, входящих в состав белка — это Lизомеры. 
Dаминокислоты не вырабатываются и не потребляются животными 
клет ками, однако входят в состав некоторых бактерий. 
Молекулы аминокис лот одновременно содержат две разнородные 
функциональные группы: кислотную (или карбоксильную) –СООН 
и группу, обладающую щелоч ными или основными свойствами, — ами
О к о н ч а н и е  т а б л .  1.1

1.1. Белковые вещества

ногруппу –NH2. Обе эти группы находятся в ионизированном состоянии, поэтому формулу аминокис лоты правильнее было бы написать 
в следующем виде:

Глава 1. Химический состав сырья растительного и животного происхождения

Аминокислота в ионизированном состоянии

Следовательно, аминокислоты относятся к группе амфотерных электролитов. Если к нейтральному раствору прибавить кислоту, то молекула окажется заряженной положительно, а если прибавить щелочь — отрицательно.
Можно сказать, что такое вещество, как водный раствор аминокислот, препятствует изменению рН раствора, поскольку способно связывать как ионы Н+, так и ионы ОН–. Вещества, действующие таким образом, называются буферами, а их растворы — буферными. Благодаря 
спо собности связывать свободные ионы водорода или гидроксила, буферы регулируют рН в растворе.

Амфотерные свойства аминокислот

Белки. Амиды, полученные синтезом двух аминокислот, называют пепти дами, а амидную связь — пептидной, при этом образуется одна 
молеку ла воды. Пептидная связь образуется в том случае, когда аминогруппа одной аминокислоты реагирует с карбоксильной группой второй 
ами нокислоты, в результате чего осуществляется их связь.
Белки — это длинные цепи аминокислот, соединен ные пептидными связями. Цепь из нескольких аминокислот (обычно до 10) называют олигопептидом. Если аминокислот более 10, то — поли пептидом. 
А если цепь состоит более чем из 100 аминокислот, такую цепь называют белком. 
Многие белки содержат сотни и тысячи аминокислот, их молекулярная масса достигает нескольких миллионов. Для того что бы длинную аминокислотную цепь можно было считать белковой мо лекулой, 

+

         NH3
+

R      C      H

         COO–

необходимо, чтобы она была составлена только из Lформ мо лекул аминокислот.
Белки делятся на две большие группы: простые и сложные.
Простые белки (протеины) построены только из аминокислот. К ним 
относятся протамины, гистоны, альбумины, глобулины и некоторые другие. В состав сложных белков (протеидов) кроме белковой части входит 
еще небелковая (простетическая) группа1. Простетические группы сложных белков могут быть представлены различными химическими структурами. К сложным белкам относятся нуклеопротеиды, в состав которых 
входят нуклеиновые кислоты, гликопротеиды, содержащие углеводы, 
липопротеиды, содержащие липиды, хромопротеиды, в состав которых 
входят пигментные группы и др. Свойства сложных белков определяются не только белковой, но и простетической частью.
Структура белковых молекул достаточно сложна. У молекул белка 
различают четыре уровня структурной организации, называемые первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами.
Первичная структура белка. В природной белковой молекуле существует определенная последовательность аминокислот. Следует помнить, 
что даже для простых пептидов, таких например, как трипептид, состоящих из трех аминокислот можно получить шесть изомеров, отличающихся физикохимическими свойствами. В состав белковой молекулы, как 
было сказано ранее, входят десятки, сотни, тысячи аминокислот, ко торые 
представлены двадцатью многократно повторяющимися аминокислотами. Отсюда следует, что количество изоме ров будет очень велико. Таким 
образом, последовательность располо жения аминокислот в молекуле 
природного белка является единственно воз можной для данного белка. 
Эта последовательность и называется пер вичной структурой.
Вторичная и третичная структура белка. Вторичную и третичную организацию белков можно рассматривать вместе, поскольку обе они определяют те способы, с помощью которых цепи складываются и удерживаются в виде определенных образований. Кроме первичной структуры 
белкам свойственна вторичная, а также последующая третичная и четвертичная структуры, которые определяют форму макромолекулы. Для 
того чтобы рассмотреть эти структуры, необходимы знания энергии химических связей, которые определяют их формирование.
Ранее нами было введено понятие пептидной связи. Это прочная 
ковалентная связь, разрушающаяся при ферментативном или химическом гидролизе. Следующая форма связи — дисульфидная связь. Наиболее часто эти поперечные связи или мостики образуются за счет 

1 В настоящее время в терминологии разделение на протеины и протеиды считается устаревшим.

1.1. Белковые вещества

того, что в полипептидную цепь входят звенья аминокислоты цистеина 
HSCH2CH(NH2)COOH. Сульфгидрильные группы (SH) цистеина обладают способностью взаимодействовать друг с другом внутри одной молекулы с образовани ем «дисульфидного мостика»:

CH2CH(NH2)COOH

S

CH2CH(NH2)COOH

S

Дисульфидная связь серосодержащих аминокислот

Например, в рибонуклеазе, молекула которой построена из одной 
полипептидной цепи, присутствует 4 дисульфидных мостика; благода ря 
им форма молекулы белка напоминает свернувшуюся змею (рис. 1.1).
Свой вклад в образование поперечных связей вносит и так называемое «слабое взаимодействие» между атомом водорода одной цепи и атомом кислорода другой или той же самой цепи. Эти связи называются 
водородными.
Чисто ионное взаимодействие возникает между отрицательно и положительно заряженными ионными группами одной цепи или разных 
полипептидных цепей. Возможны и Ван-дер-ваальсовские силы, возникающие лишь при тесном контакте между неполярными радикалами. Таким образом, полипептидная цепь белковой молекулы не прямолинейна, 
а скручена в спираль, которая является примером вторичной структуры.
В зависимости от формы макромолекул белки подразделяются на фибриллярные и глобулярные. Для фибриллярных белков (к ним отно сятся 
кератин, эластин, коллаген и фиброин) характерны прямые цепи.

H2N

HOOC

S

S

S

S

S
S

S S

Рис. 1.1. Схема строения молекулы рибонуклеазы: одна полипептидная цепь многократно свернута; конфигурация поддерживается дисульфидными мости ками

Глава 1. Химический состав сырья растительного и животного происхождения