Энергетические и пластические вещества рыбы

В эту группу входят соединения, которые вносят в организм человека, употребляющего в пищу рыбу, запасы энергии и пластический материал. Это вода, белки, жиры, углеводы и минеральные вещества.

Вода растворяет многие органические и неорганические вещества, разносит растворенные вещества пищи в органы и ткани рыбы, усиливает многие химические и биохимические реакции.

Ткани рыбы представляют собой сложную коллоидную систему, обладающую способностью связывать воду, которая особенно необходима для живого организма.

Содержание воды в тканях гидробионтов больше, чем в тканях наземных животных и растений. Так, если в наземных травах содержание воды достигает 75 %, то в водорослях — 88, в мясе наземных животных — до 79, а в мясе рыб — до 92 %.

Количество воды в однотипных тканях гидробионтов зависит от их вида, пола, возраста, физиологического состояния, времени года. У рыб содержание воды в мышцах уменьшается с возрастом и повышением упитанности. Недостаток или отсутствие пищи во время зимовки и нереста обусловливает увеличение содержания воды в мышечной ткани (оводнение).

Содержание воды в тканях одного и того же гидробионта неодинаково и определяется содержанием в них протоплазмы. Максимальное количество воды (89-99 %) находится в биологических жидкостях (кровь, слизь, лимфа), а минимальное (2—25 %) — в соединительной ткани. Особенностью воды, содержащейся в гидробионтах, является присутствие молекул тяжелой воды, количество которой с увеличением глубины обитания возрастает.

В тканях рыбы вода распределена между пучками волокон, отдельными волокнами и в самих волокнах. Оболочки волокон и пучков также содержат воду.

При осмотическом, механическом или тепловом воздействии вода проникает через оболочки со скоростью, зависящей от интенсивности этого воздействия и сопротивления оболочек.

Ткани рыбы можно рассматривать как полидисперсные системы, в которых вода представляет собой дисперсионнную среду, а органические и неорганические вещества с различной степенью дисперсности являются дисперсной фазой.

Рыбу, как и многие пищевые продукты, можно отнести к капиллярно-пористым телам. В мышечной ткани рыбы имеют место следующие формы связи воды с материалом.

Адсорбционная форма связи, т.е. связь воды в гидратных оболоч­ках, при которой происходит присоединение молекул под влиянием молекулярного силового поля, сопровождающееся значительным вы­делением тепла. Адсорбционный слой воды находится под большим давлением и имеет свойства упругого твердого тела. Наибольшей энергией адсорбционной связи обладает мономолекулярный слой. Последующие слои жидкости удерживаются менее прочно, и свойства их постепенно приближаются к свойствам обычной воды. Имеются данные, согласно которым адсорбционная вода в животных тканях составляет 2-6 % массы влажного вещества.

Среднее количество адсорбционно связанной воды в свежей рыбе может быть принято равным 6 % массы рыбы или 24 % абсолютного сухого вещества.

Осмотическая форма связи — это связь воды сложно построен­ной мицеллой при формировании геля. Мышечные ткани можно представить как коллоидную систему, в которой дисперсная фаза образует клеточную структуру в виде полупроницаемых мембранных оболочек. Удаление воды из системы при сушке происходит под действием разности осмотических давлений растворимой фракции по закону избирательной диффузии. К осмотически связанной следует отнести также и жидкость, находящуюся внутри клеток, т.е. иммобилизованную при образовании коллоидной структуры. Иммобилизованная вода — вода, которая заполняет макро- и микрокапилляры.

Структурно-свободная вода, выделяемая методом прессования и центрифугирования, составляет 6-8 % общей массы навески.

Таким образом, у свежей рыбы приближенное соотношение воды по формам связи с белковыми веществами составляет (в % общей массы): адсорбционная — 23, осмотическая и микрокапилляров — 70, макрокапилляров — 7. Основное количество воды в мышечной ткани рыб находится в осмотической и капиллярной формах связи.

Белки — наиболее важные и сложные по своей химической природе вещества, входящие в состав мышечной и соединительной тканей, образующих мясо рыбы.

Различные виды белков, находящихся в составе мышц рыбы, имеют разную структуру, физико-химические и биологические свойства, однако элементарный состав их мало различается. В составе белков находятся (в %): углерод — 50,6-54,5, кислород — 21,5-23,5, водород — 6,5-7,3, азот — 15,0-17,6, сера — 0,3-2,5. Кроме этих элементов, в составе белков часто встречаются фосфор и в небольших количествах микроэлементы — железо, медь, кобальт, цинк, йод и др.

Исходя из среднего содержания азота в белках, равного 16 %, общее содержание всех белковых веществ в мясе рыб определяют умножением найденного в нем количества белкового азота (в процентах) на коэффициент 6,25. Пользуясь этим и другими методами, установлено, что общее количество всех белковых веществ в мясе рыб в среднем составляет около 16 %.

В состав мяса рыб, как и теплокровных животных, входят главным образом простые, преимущественно солерастворимые белки типа глобулинов — миозин (группа родственных белков — миозинов), актин, актомиозин и в небольшом количестве тропомиозин. Эти белки образуют миофибриллы мышечных клеток и в сумме составляют более половины всех белковых веществ мяса рыб. Следующую, наиболее значительную фракцию белков, составляю­щую до 20-25 % всех белковых веществ, представляют экстрагируемые водой белки типа альбуминов — миоген (миоген А и Б) — 6-8 %, миоальбумин — 7; глобулин Х — 8-10 %, входящие в состав саркоплазмы.

Имеются данные, что в составе водорастворимой фракции присутствует специфический для мышц рыб белок — миопротеид (около 1 %), свойства которого пока еще мало изучены.

Помимо указанных белков в составе мышечных волокон находятся нерастворимые в воде и растворах нейтральных солей, но растворимые в слабых растворах щелочей и кислот белки — миостромины (в составе саркоплазмы), а также нуклеопротеиды (в составе клеточных ядер) и другие сложные белки. Нуклеопротеиды состоят из простых белков — гистонов или протаминов, фосфорной кислоты, углевода — рибозы или дезоксирибозы и пуриновых (аденин, гуанин) или пиримидиновых (цитозин, урацил, тимин) оснований.

В мясе рыб содержится также небольшое количество нерастворимых в воде, растворах солей, щелочей и кислот белковых веществ (протеиноидов), входящих в состав сарколеммы мышечных волокон и соединительной ткани (миосепт и эндомизия). Эти вещества, называемые обычно белками стромы, или соединительно-тканными белками, представлены в основном коллагеном. При кипячении в воде он переходит в клей или глютин, чем объясняется некоторая клейкость (липкость) отваренного мяса свежей рыбы, а также застудневание рыбных отваров. У костистых рыб коллаген составляет 2-4 % всех белковых веществ мяса, но у некоторых видов — до 6-7 % (судак, щука, камбала и др.). В мясе хрящевых рыб содержится 8-10 % коллагена от всех видов белков. По элементарному составу коллаген отличается от большинства других белков повышенным содержанием азота (около 18 %). Соответственно этому коэффициент пересчета азота на белок для коллагена равен 5,55 (100:18).

Наиболее важным из всех мышечных белков является миозин ввиду его количественного преобладания и особых биологических свойств — наличия ферментной аденозинтрифосфатазной активности и способности при определенных условиях соединяться с актином, образуя комплекс актомиозина. Последний обусловливает сокращение мышц во время механической работы и при посмертном окоченении. Ферментной активностью, кроме миозина, обладает миоген, катализирующий окислительные превращения углеводов (гликогена и гексозы).

Белки находятся преимущественно в коллоидном состоянии (в виде гелей и золей), что предопределяет неустойчивость и изменчивость свойств (денатурацию) белковых веществ мяса рыбы при изменении условий среды. При подкислении растворов до рН 4,5-5,0 или насыщении их солью (при крепком посоле) белки утрачивают растворимость и осаждаются (высаливаются). При нагревании растворов (во время варки, обжаривания, пропекания рыбы) белки коагулируют (свертываются): температура свертывания альбуминов находится в пределах от 38-40 до 50-51 ⁰С, глобулинов — 37-88 °С. Денатурация белков происходит и при обезвоживании (дегидратации) рыбы в процессе сушки и замораживания.

Коллаген — неполноценный белок, поскольку в нем отсутствуют триптофан, цистин, цистеин и содержится очень мало метионина и тиразина. Кроме того, он трудно поддается воздействию пищеварительных ферментов и поэтому является биологически неполноценным.

Содержание отдельных аминокислот в мясе меняется в зависимости от вида рыбы, времени и места лова, технологии выращивания, кормления, физиологического состояния рыбы, продолжительности и условий хранения. Так, в период нереста содержание ряда необходимых аминокислот (аргинина, гистидина, триптофана, тирозина, метионина, фенилаланина) в мясе рыб уменьшается, что приводит к снижению его пищевой ценности.

Жирыявляются основным источником энергии рыб. Велики также регуляторная, теплоизолирующая и гидростатическая функции жиров. Жиры являются самым лабильным компонентом тела рыбы. Уровень жировых запасов в теле рыб изменяется под влиянием сезонных и возрастных физиологических особенностей организма, а также условий обитания. Поэтому содержание в теле рыбы жира и интенсивность жиронакопления являются очень чувствительными индикаторами биологического и физиологического состояния рыбы, а также степени его "благополучия" в связи с определенными факторами среды.

Содержание жира в теле рыб подвержено значительным колебаниям в зависимости от сезона, возраста, биологического состояния, кормовой базы и других факторов среды. С возрастом содержание жира в теле рыб увеличивается. Во время нереста содержание его находится на низком уровне, а в конце нагула достигает максимальной величины. Время зимовки и миграций влияет на уменьшение жирности рыб.

По содержанию жира рыб делят на тощих, у которых содержание жира до 1 % (треска, судак, щука); средней жирности, содержащих 4-8 % жира (сом, камбала, сиг), и жирных — с содержанием жира в теле более 8 % (сельдевые, лососевые, осетровые).

Жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Важная отличительная особенность жиров рыб — преобладание в их составе ненасыщенных жирных кислот и наличие среди них высоконепре­дельных с четырьмя—шестью двойными связями, которые в жирах наземных животных отсутствуют.

Состав жирных кислот, заключенных в жире разных видов рыб, неидентичен и может сильно отличаться. Количество насыщенных кислот в жире мяса разных рыб составляет 17-30 %, а ненасыщенных — соответственно 70-83 % общей массы всех жирных кислот. Из насыщенных жирных кислот в рыбьем жире в наибольшем количестве обнаружены следующие (в % от общей массы всех жирных кислот): миристиновая — 0,6-6,5; пальмитиновая — 9,3-24,2; стеариновая — 0,9-4,4. Ненасыщенные жирные кислоты представлены следующими (в % от общей массы всех жирных кислот): зоомариновая — 4,1-7,2;олеиновая — 9,7-35,6; линолевая и линоленовая — 0,4-4,3; эйкозеновая — 0,1-19,3; арахидоновая — 0,8-2,9; эруковая — 0,2-29,6; клупанодоновая — 0,7-3,2. Кроме указанных выше кислот, из насыщенных кислот обнаружены каприновая и каприловая (суммарное содержание около 1 %) и лауриновая (следы), а из ненасыщенных — тетрадециленовая (до 1,2 %), эколеиновая, цитолеиновая, терапиновая и др.

Выделенные из тканей рыбы жиры в отличие от жиров наземных животных при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию благодаря наличию в их составе большого количества ненасыщенных кислот. Плотность рыбных жиров 0,92-0,93 г/см . Число омыления жиров колеблется от 180 до 195, а йодное число — от 103 до 176.

Кроме жиров, в рыбах содержатся жироподобные вещества — стеролы. Это инертные вещества, но в организме участвуют в образо­вании таких биологически активных веществ, как кортикальные и половые гормоны, желчные кислоты и др.

Воскиобъединяют группу органических веществ животного и растительного происхождения и являются эфирами высокомолекулярных алкоголей и жирных кислот. К воскам животного происхождения относят ланолин и спермацет.

Фосфолипидыпредставлены сложными эфирами, в состав которых входят многоатомные спирты, высокомолекулярные жирные кислоты, азотистые основания и фосфорная кислота. Они входят в состав белково-липидных комплексов и участвуют в образовании липидной оболочки. Наиболее высокое содержание фосфолипидов в клетках тканей мозга (3-8 % в сухом веществе) и нервной ткани, много их в тканях легких, печени, почек, сердца (2-4 % в сухом веществе) , в икре рыб. Фосфолипиды представлены разнообразными соединениями, из них можно выделить фосфатиды, образованные на основе глицерина, и фосфатиды, образованные на основе других высокомолекулярных спиртов. К первой группе относят лецитины, кефалины, ацетальфосфатиды, серинфосфатиды, ко второй — сфингофосфатиды и инозитфосфатиды. Лецитины входят в состав мозговой ткани и обеспечивают нормальное функционирование центральной нервной системы. В молекуле лецитинов содержится глицерин, пальмитиновая или олеиновая кислоты, аминоспирт, холин и остаток фосфорной кислоты. У рыб наиболее высокое содержание лецитина обнаружено в икре (6-7 %), в печени (2-6 %) и в мышцах — 0,7-2,5 %. В отличие от лецитинов в молекуле кефалинов вместо холина присутствует этаноламин (коламин).

Цвет жира у разных видов рыб неодинаков. Чаще всего он имеет желтоватую окраску различных оттенков, у лососевых — красную, у сардин — зеленоватую. В жирах рыб найдено несколько видов пигментов, это в основном каротиноиды: лютеин, астаксантин и тараксантин. Зеленоватая окраска обусловливает наличие хлорофилла.

Углеводыприсутствуют в мясе рыбы в очень малых количествах. Содержание их зависит от условий жизни рыбы перед ее засыпанием (смертью). Содержание углеводов в мышечной ткани рыб не превышает 1 %. Это главным образом животный крахмал — гликоген. В свежей рыбе в небольших количествах имеются продукты гидролиза гликогена: глюкоза, пировиноградная и молочная кислоты. В ничтожно малых дозах найдены рибоза, глюкозамин и др. Глюкозамин, например, входит в состав мукопротеидов, а рибоза — в адениловый комплекс.

Сладковатый вкус рыбы и особенно ухи объясняется гидролитическим расщеплением гликогена до глюкозы, количество которой достигает 0,75 %. Роль углеводов рыбы в пищевом отношении мала из-за их небольшого содержания. Однако значение их в посмертных изменениях велико. Кроме того, в значительной степени они влияют на цвет, вкус и запах рыбных продуктов. Это объясняется тем, что редуцирующие углеводы легко вступают в соединения с продуктами гидролиза белков с образованием целого ряда веществ, оказывающих влияние на качество рыбных продуктов.

Минеральные вещества также содержатся в тканях рыб. В отличие от наземных животных рыбы обитают в среде, имеющей высокое содержание солей (от 50 до 290 мг/л в пресной и от 15 000 до 38000 мг/л в морской) и определенное содержание газообразного кислорода, что накладывает специфический отпечаток на количественное содержание и качественный состав минеральных веществ, входящих в состав их тканей. Содержание их в тканях рыб зависит от физиологического состояния и анатомического строения тканей, а также от биохимических особенностей вида (табл 1.).

Таблица 1. Содержание минеральных веществ в тканях рыб

Минеральные соли играют важную роль в жизнедеятельности живых организмов, участвуют в регуляции обмена веществ. В тканях живых организмов элементы присутствуют в форме электролитов, растворенных в тканевых жидкостях, в форме нерастворимых солей, отлагающихся в твердых тканях и в составе молекул некоторых биологически активных веществ (витаминов, гормонов, ферментов, гемоглобинов, коферментов, лецитинов, кефалинов и т.п.).

Для формирования и роста костной ткани необходимы соли кальция, фосфорной кислоты, магния и фтора. Для формирования плазмы крови и межтканевой жидкости в первую очередь необходимы натрий и калий в виде хлористых, двууглекислых и фосфорно-кислых солей.

Существенно различается качественный состав солей внутри- и внеклеточных жидкостей: если в первых преобладают ионы калия и фосфора, то во вторых — натрия, хлора и углекислого газа. Способность организма регулировать концентрацию минеральных солей в тканевых жидкостях, с одной стороны, обеспечивает возможность создания постоянного осмотического давления клеточного сока и межклеточной жидкости, а с другой — позволяет изменять направление движения воды как внутри организма, так и между организмом и внешней средой (осморегуляция).

В создании и регуляции осмотического давления основное значение имеют ионы натрия, калия и хлора. У костистых рыб ионы натрия в основном сосредоточены в биологических жидкостях (плазме крови, межклеточных жидкостях, соке поджелудочной железы и т.п.) главным образом в виде хлористого натрия, который и ответственен за осмотическое давление этих биологических жидкостей.

Ионы калия сосредоточены в основном в клетках, причем присутствуют не только в виде хлоридов, но и в виде белковых соединений.

В мышцах ион натрия поддерживает нормальную мышечную возбудимость, а ион калия действует угнетающе. Ионы натрия и калия участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме. Калий активизирует некоторые ферменты, участвующие в углеводном обмене. Избыток хлористого натрия оказывает токсическое действие. В тканях рыб содержание натрия колеблется от 30 до 130 мг%, а калия — от 60 до 420 мг%.

Основным депо кальция в организме является костная ткань. Он депонируется в основном в виде углекислых и фосфорно-кислых солей. Недостаток кальция нарушает нормальное формирование костной ткани, в результате чего она становится хрупкой.

Магнийвходит в состав некоторых белков и ряда биологически активных веществ, является обязательным компонентом костной ткани. Ионы калия, кальция и магния существенно влияют на активность актомиозина и миозина; ион магния играет большую роль в реакции гидролиза АТФ. В мышцах большая часть содержащегося кальция и около 10 % магния связаны с актином и миозином. Со­держание кальция в мясе костистых рыб — 17-270 мг%, магния — 10-70 мг% на сырое вещество.

Фосфорявляется незаменимым элементом, так как входит в состав разнообразных фосфорно-органических соединений: нуклеопротеидов, фосфолипидов, коферментов, АТФ, АДФ. В составе АТФ фосфор обусловливает образование макроэнергетических связей, являющихся передатчиками энергии от одного вещества к другому. В сочетании с кальцием фосфор образует опорную ткань костного скелета. Входя в состав неорганических солей, он участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия. В костной ткани сосредоточено 85 % присутствующего в организме фосфора. В мясе костистых пресноводных рыб содержится 110-550 мг% фосфора на сырое вещество.

К соединениям белкового характера, содержащим двухвалентную серу в форме сульфгидрильных групп (SH), относятся аминокислоты (метионин, цистин, цистеин), трипептид глюкатион, коэнзим А. При биологическом окислении из серы образуются сульфаты и эфиросерные кислоты.

Микроэлементы участвуют в построении ферментных систем. Установлена связь между микроэлементами, витаминами и гормонами, влияние их на процессы роста, определено значение микроэлементов для процессов тканевого дыхания, внутриклеточного обмена, для таких важных физиологических функций, как кроветворение, размножение, установлено участие микроэлементов в защитных реакциях организма.

Единственным источником поступления микроэлементов в организм рыб является пища. Всасываются они через слизистую оболочку желудка, попадают в кровь и транспортируются в печень (основное депо), половые железы (цинк, никель), содержатся в белом веществе мозга (молибден), щитовидной железе (йод) и т.д.

Микроэлементы, находящиеся во второй группе периодической системы элементов Менделеева (бериллий, стронций, барий, цинк и радоний), оказывают выраженное влияние на физиологические и биохимические процессы в костной ткани.

Марганецучаствует в реакциях многих энзиматических систем, либо являясь их структурным элементом, либо выступая в роли кофермента, т.е. легко диссоциируемого компонента энзима. Важную роль марганец играет в окислительно-восстановительном цикле Кребса и оказывает благоприятное действие на рост и созревание хрящевых и костных структур. Содержание марганца в тканях рыб от 0,014 до 0,90 мг%. Наибольшее содержание его обнаруживается в тканях печени.

Цинкявляется одним из незаменимых биогенных элементов, поскольку входит в состав чрезвычайно важного фермента — карбоангидразы эритроцитов, что ставит его в тесную зависимость с про­цессами дыхания и промежуточного обмена. Содержание цинка в тканях пресноводных костистых рыб составляет 0,11-0,60 мг% на сырое вещество.

Кобальтвходит в состав витамина b₁₂, участвующего в синтезе гемоглобина. Недостаток кобальта приводит к ухудшению белкового и углеводного обмена, уменьшению числа эритроцитов в крови, падению массы тела. В мышцах рыбы содержится от 0,005 до 0,21 мг% кобальта. Более высокое содержание его (до 0,67 %) обнаружено в печени рыб.

Железо находится во всех органах и тканях животных и человека и входит в состав гемоглобина и нуклеопротендов ядерной субстанции клеток. Этот металл является жизненно важным в регуляции различных уровней обмена в организме. Основные превращения железа происходят в органах, связанных с образованием и гибелью форменных элементов крови, — селезенке, лимфатических узлах и печени. Химическими соединениями, в состав которых входит тканевое железо, являются различные формы ферритина. Перенос железа гемоглобина осуществляется с помощью ферритина. Железа в мясе костистых рыб содержится от 0,3 до 4,6 мг% на сырое вещество.

Медьпринимает активное участие в процессах кроветворения, роста и размножения, оказывает регулирующее влияние на гипофизарные гормоны, на содержание адреналина, инсулина и других гормонов в крови. Участие меди в процессах пигментации объясняется влиянием ее на образование меланина путем каталитического воздействия на оксидазу диоксифенилаланина. Ферменты, содержащие медь, переносят электроны от субстрата к молекулярному кислороду; реагируют, как настоящие оксидазы. Содержание меди в мясе костистых пресноводных рыб составляет 0,001-0,041 мг% на сырое вещество.