книги из ГПНТБ / Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения учеб. пособие
.pdfИ. В. КИЗЕВЕТТЕР
БИОХИМИЯ
СЫРЬЯ
ВОДНОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Допущено Управлением кадров и учебных заведений Министерства рыбного хозяйства СССР
в качестве, учебного пособия для высших учебных заведений Министерства рыбного хозяйства СССР
МОСКВА
Пищевая промышленност
1973
/о /оо |
3' ЗЗЗН |
Р е ц е н з е н т ы : В. П. Быков, В. В. Валь
3174—095
К
044(01)—73
Игорь Владимирович Кизеветтер
БИОХИМИЯ СЫРЬЯ ВОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Редактор Б. Н. Элькина Художник Н. С. Булгакова
Худож. редактор В. В. Водзинский Технический редактор H, Н. Зиновьева Корректор 3. В. Коршунова
Т-01232. Сдано в набор 27/ѴІІ 1972 г. Подписано к печати 25/1 1973 г. Формат 84Х4081/з2- Бумага типограф. № 2. Печ. л. 13,25.
Уч.-изд. л. 24,14. Уел. печ. л. 22,26. Тираж 2300 экз. Цена 1 р. 07 к. Зак. 1172.
Издательство «Пищевая промышленность» 113035 Москва, Ж-35 1-й Кадашевский, 12 Московская типография № 6 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 109088, Москва, Ж-88, Южнопортовая ул., 24.
Биологическая химия, или биохимия, как самостоя тельная наука сложилась в конце XIX в.
На первых этапах развития этой науки основное внимание уделялось изучению химического состава тка ней животных и растений, а также изучению химической природы веществ, входящих в состав их тканей (стати ческая биохимия). Эти исследования очень важны, в частности, для установления свойств и особенностей технологического сырья животного и растительного про исхождения.
При развитии и углублении биологических исследо ваний возникла необходимость изучения сущности хи мических процессов, происходящих в тканях живых организмов и лежащих в основе их жизнедеятельности. Так возникла динамическая биохимия — наука о хими ческой сущности процессов обмена и функциональная биохимия, изучающая биохимическую роль различных тканей и органов.
Как известно, жизнедеятельность любого организма неразрывно связана с окружающей средой: живым ор ганизмам постоянно необходим кислород, вода, пита тельные вещества, минеральные элементы, витамины и т. д.
Органические и минеральные вещества, поступающие в организм из окружающей среды, участвуют в синтезе составных частей и структурных элементов тканей (ас симиляция). В то же время в организме происходят процессы диссимиляции. Конечные продукты распада выводятся из организма во внешнюю среду. Этот по стоянный обмен веществ между организмом и внешней природой является характерным признаком жизни.
Раскрытие закономерностей процессов обмена откры вает большие возможности для осуществления управле ния этими процессами в целях интенсификации ряда
важнейших биологических явлений. Например, при ис кусственном разведении рыб путем подбора соответ ствующих композиций кормов можно усиливать темп накопления в организме полезных веществ (жиры, бел ки) и ускорять прирост массы тела или, применяя неко торые биологически активные вещества, можно стиму лировать размножение, повышать плодовитость, увели чивать выживаемость и т. д.
Раскрытие закономерностей прижизненных измене ний химического состава организмов дает картину из менений пищевой ценности, а также технологических свойств животного и растительного сырья в зависимости от их биологического состояния, что очень важно для определения путей рационального использования сырья.
Уровень развития современных методов биохимиче ских исследований (применение меченых атомов, моле кулярная спектроскопия, радиоспектроскопия и т. п.) позволяет изучать биохимические процессы на клеточ ном и молекулярном уровнях (молекулярная биология) и это открывает большие возможности для более глу бокого проникновения в тайны жизненных процессов.
В промышленном сырье животного (рыбы, моллюски, ракообразные, морские млекопитающие) и раститель ного (водоросли) происхождения после смерти прекра щаются нормальные прижизненные процессы и в мерт вых тканях начинают развиваться посмертные биохи мические процессы, в которых участвуют биохимически активные вещества, присутствующие в тканях. Эти про цессы сопровождаются глубокими изменениями натив ного химического состава и свойств веществ. Используя результаты исследования химизма посмертных процес сов, можно судить об изменениях пищевой и техноло гической ценности сырца, устанавливать химические критерии его качества, разрабатывать технологические условия, позволяющие тормозить или останавливать биохимические процессы, ведущие к нежелательным и необратимым изменениям состава и свойств животного или растительного сырья в посмертный период.
Во многих технологических процессах приготовления из животного или растительного сырья пищевых продук тов используют биологически активные вещества, кото рые позволяют ускорять и качественно улучшать процесс превращения сырья в пищевые продукты (биохимиче-
ское созревание вина, |
сыра, |
чая, мяса, соленой рыбы |
и т. д.) и приготовлять |
новые |
вещества (этиловый спирт, |
уксусная кислота, вино, пиво и т. д.). Раскрытие хими ческой сущности и закономерностей протекающих при этом процессов является основной задачей технической биохимии, разрабатывающей теоретические основы мно гих технологических процессов переработки сырья рас тительного и животного происхождения.
Рыбная промышленность располагает необычайно разнообразным по видовому составу и технологическим свойствам сырьем: многочисленными видами морских и пресноводных рыб, моллюсков, ракообразных, ластоно гих, китообразных, морских растений. В общем количе- 4 стве технологического сырья в рыбной промышленности в зависимости от районов промысла и видовой струк туры уловов на долю рыб приходится 78—85%, морских млекопитающих 9—10%, беспозвоночных 4,5—5,0 % и водорослей 6—7%.
Каждая группа сырья обладает не только отчетливо выраженными биологическими особенностями, но и био химической спецификой. Существенные биохимические различия имеются и между отдельными биологическими видами в каждой группе сырья, причем биохимическая характеристика вида может значительно варьировать, так как зависит от многих причин биотического харак тера.
Биохимическая неоднородность технологического сырья в рыбной промышленности усиливается и тем, что во время его доставки с мест лова на обраба тывающие предприятия, при хранении перед обработкой и в процессе превращения сырца в различные виды продукции (пищевые, кормовые, медицинские, техниче ские и др.) в тканях возникают и развиваются разно образные биохимические процессы, вызывающие подчас глубокие изменения природных свойств и химического состава сырца, а это в свою очередь оказывает суще ственное влияние на результаты технологических про цессов, а также на свойства и химический состав гото вой продукции.
Все это свидетельствует о том, что основы технологии рыбных продуктов теснейшим образом переплетаются с биохимией сырья, биохимией посмертных изменений, а в ряде случаев — и с биохимией процессов обработки.
Совершенствование технологии рыбных продуктов требует от специалистов-технологов хорошего владения
основами биохимии.
Поэтому в книге вопросы общей биохимии изложены сжато, а основное внимание уделено разбору вопросов, имеющих отношение к биохимии сырья водного проис хождения и его переработки.
Принятые в тексте сокращения
АЛО-—азот летучих оснований АМФ-—аденозинмонофосфорная кислота АДФ -—аденозиндифосфорная кислота
АТФ -—аденозинтрифосфорная кислота АПФ -—активность протеолитических ферментов ДНП -—дезоксирибонуклеопротеиды ДНК -—дезоксирибонуклеиновые кислоты НБА -—небелковый азот
ОТМА -—окись триметиламина РНП — рибонуклеопротеиды РНК — рибонуклеиновые кислоты САК — свободные аминокислоты
SHKoA — кофермент А ТМА — триметиламин
ЭНБА — экстрактивный небелковый азот ЦНС — центральная нервная система
«
I. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ И МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОДНЫХ ЖИВОТНЫХ И РАСТЕНИЙ
Элементарный |
Химический состав тканей |
тела |
|
состав |
водных животных |
и растении |
обра |
|
зован комплексом |
элементов, |
среди |
которых углерод, кислород, водород и азот являются основными биогенными элементами, т. е. элементами, без которых невозможна жизнь. Количественное содер жание основных биогенных элементов в сухой субстан ции тканей животных и растительных организмов до
вольно постоянно (табл. |
1). |
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А |
1 |
|
|
|
|
|
Пределы содержания основных биогенных |
|||
Организмы |
|
элементов в сухой субстанции тканей, % |
|||
|
|
|
|
минераль |
|
|
|
углерод |
водород |
азот |
|
|
|
ный оста |
|||
|
|
|
|
|
ток |
Животные |
|
|
|
|
|
Зоопланктон................... |
|
43,3— |
7 ,2 - |
8 ,3 - |
13,0— |
Р ы б а |
|
45,5 |
7,4 |
10,0 |
16,4 |
|
50,6— |
6,4— |
1 4 ,3 - |
4 , 9 - |
|
Наземные животные |
. . . . |
52,8 |
7,0 |
15,0 |
5,9 |
46,0— |
7,0— |
9,3— |
1 1 ,0 - |
||
Растения |
|
48,3 |
7,5 |
12,5 |
13,8 |
|
|
|
|
|
|
Фитопланктон........................ |
|
32,7— |
— |
5,8— |
20,0— |
Водоросли |
|
42,6 |
4,0— |
9,6 |
31,6 |
|
26,7— |
2 ,1 - |
15,6— |
||
Наземные тр ав ы |
|
46,3 |
7,2 |
5,6 |
52,7 |
|
40,6— |
6,0— |
4 ,3 - |
10,6— |
|
|
|
45,8 |
7,9 |
8,3 |
18,4 |
В составе сухой субстанции тканей животных и ра стений, кроме основных биогенных элементов, присут
ствуют еще, по крайней мере, 60 элементов. В зависи мости от концентрации отдельных элементов в окружа ющей среде и в пище, доступности их, а также от избирательной способности отдельных видов гидробионтов изменяется и степень использования отдельных элементов при процессах ассимиляции. Некоторые эле менты накапливаются в тканях в количествах, значи тельно превышающих их концентрации в окружающей среде (аккумулятивная способность организмов). Эта
избирательная |
аккумулятивная |
способность |
организ |
мов несомненно |
является проявлением биохимической |
||
специфики вида. |
|
химических |
элементов |
Из периодической системы |
Д. И. Менделеева в составе тканей гидробионтов пока не были найдены элементы нулевой группы, шесть эле ментов из VIII группы, четыре элемента из III группы, три — из VII, по два элемента из IV, V и VI групп и один элемент — из I группы.
Все входящие в состав живого вещества элементы подразделены на три группы: макро-, микро- и ультра микроэлементы. К группе макроэлементов, содержание которых в сухой субстанции живого вещества варьирует от л-ІО-2 до л-10%, относятся С, О, H, N, S и Р, входя щие в молекулярный состав основных веществ (белки, липиды, углеводы), образующих ткани организмов жи вотных и растений. К этой же группе элементов отно сятся Са, Na, Cl, К, Mg, входящие в состав опорных тканей, крови, лимфы и других тканей.
Элементы, содержание которых в сухом субстрате изменяется в пределах от л -ІО-5 до л-10~3%, относят
кгруппе микроэлементов. Например, Cu, Br, J, Zn, As,
Ви др.
Кгруппе ультрамикроэлементов относят элементы,
содержание которых ниже л-10_5% (Sb, Hg, Bi, Pb и др.).
Установлено, что большинство элементов являются биогенными, имеющими огромное значение для обеспе чения нормального развития биохимических жизненных процессов, причем наиболее важные биогенные элемен ты входят в IV (С), V (N, Р) и VI (О, S) группы таблицы Менделеева (табл. 2). Элементы VII (Cl, J, Мп) и VIII (Fe, Со) группы участвуют в образовании веществ с большой биологической активностью.
|
Элементы |
периодической |
системы, входящие |
||||||
|
|
в |
состав живого |
вещества |
|
|
|||
Элементы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
и |
Ш |
IV |
V |
VI |
VII |
V III |
0 |
Биологически необходимые |
н |
Mg |
|
C |
N |
О |
Cl |
Fe |
|
|
Na |
Ca |
|
|
P |
S |
Mn |
Со |
|
|
К |
Zn |
|
|
V |
|
J |
|
|
- |
Си |
|
|
|
|
|
|
|
|
Имеющие выраженную био- |
и |
Be |
В |
Si |
|
Mo |
F |
Ni |
|
логическую активность |
|
Sr |
|
Ti |
|
|
Br |
|
|
Биологическая роль неясна |
Rb |
Cd |
Al |
Ge |
As |
Cr |
|
Rh |
|
|
Ag |
Ba |
Ga |
Sn |
Nb |
Se |
|
|
|
|
Cs |
Hg |
La |
Pb |
Sb |
Те |
|
|
|
|
Au Ra Tl Th Bi |
U |
|
|
|
||||
Биологическая роль многих элементов, обнаружен |
|||||||||
ных в организмах гидробионтов, |
пока |
неясна. Однако |
|||||||
в результате совершенствования |
физиологических |
и |
|||||||
биохимических исследований с каждым |
годом расширя |
ются наши представления о биологической роли от дельных элементов в обеспечении нормальной жизнеде ятельности организмов и функциональной деятельности отдельных органов и желез.
Элементы, входящие в состав жи- Молекулярный вого вещества в разнообразных состав сочетаниях, образуют химические соединения, которые представляют собой молекулярный химический состав тканей. Моле
кулярный состав веществ характеризуется содержанием воды, органических белковых и жировых веществ, уг леводов и минеральных веществ. В образовании моле кулярных соединений белковых веществ (протеидов) участвуют С, H, О, P, N, S, Ca, Fe, Cu и J; в образо
вании |
липидов — С, |
H, О, Р и N; |
углеводов — С, Н |
и О. |
В образовании |
молекулярных |
соединений мине |
ральных веществ участвуют многочисленные элементы (Na, К, Са, Mg, Cl и др.).
Необходимо учитывать, что при существующей ме тодике исследования состава животных и растительных тканей в группу минеральных веществ попадают эле менты, которые в живом веществе могут входить в со-