28 R. HArM und R. GgAv:

verschiedener pH-Werte erfolgte durch Zusatz yon 0,1 n-HC1 oder Citronens/~urelSsung (10%) fiir das s~uere Gebiet und yon 0,1 n-l~aOtt fiir das alka]ische Gebiet. Der Nitritgehalt wurde nach der amt]ichen Methode mit m-Phenylendiamin bestimmt.

Zusammen/assung Die Vorg~nge bei der UmrStung yon Fleisch durch Nitrit lassen sich dutch

spezifische Extrakt ion des Nitrosomyochromogens mit Aceton und spektrophoto- metrische Messung verfolgen, wenn als Vergleichsbasis der auf ~hnliehe Weise mit Aceton-HC1 extrahierbare nnd mel3bare Ges~mtgehalt an Myochromogen dient und stSrende Einfliisse, z. B. durch Veranderung des pwWertes oder Zusatz yon Salzen aul3er Kochsalz ausgeschaltet werden.

Uber das Wasserbindungsverm6gen des S~iugetiermuskels IV. Mitteilung

Die Wirkung yon Neutralsalzen bei tIitzedenaturierung

Von

I~EINER HAMM und REINHOLD GRAU

Mitteilung aus dem Chemisch-Physikalischen Institut der Bundesforschungsanstalt /i~r ~'leischwirtscha]t, Kulmbach

l~it 3 Textabbildungen

(Eingegangen am 3. Juni 1957)

In der I I I , Mitteilung 1 war fiber die Wirkung yon Neutralsalzen auf die Hydra ta- tion des nativen Muskeleiwei~es berichtet worden. Die dort beobachteten Unter- schiede in der Wirkung der Anionen und Kationen lieBen sich auf Grund der elektro- statischen Theorie der Bindung yon Salzionen und Wasserdipolen an die polaren Gruppen des Eiweii~es befriedigend deuten. Ergi~nzend zu dieser Untersuchung prfiften wir die Frage, ob die dureh Neutralsalze hervorgerufenen Hydratat ions- effekte aueh nach Denaturierung der Muskelproteine erhalten bleiben. Die Kor- relation zwischen der Ionenwirkung vor und n~eh Denaturierung ist im Hinbliek auf d~s Verst~ndnis der Vorggnge, welche sieh bei der Verarbeitung des Fleisches abspielen, yon gewissem interesse. Es sei nut auf die Rolle des Kochsalzes bei der Herstellung yon Brfihwnrst hingewiesen.

Die Hydratat ion, welche das Fleisch nach Erhitzen auf 80 ° C aufweist, wurde auf Grund der Menge des bei der Denaturierung austretenden Wassers naeh einer frfiher besehriebenen Methode 2 als ,,gebundenes Wasser in Prozent des zusatzfreien Muskels" (Hydratationswert) ermittelt. Die Differenz, welche sich durch Sub- traktion des ffir Fleisch ohne Salzzusatz yon dem ffir das Fleiseh mit Salzzusatz geltenden Hydratat ionswert ergibt, wird im folgenden mit A Wa bezeichnet. Der A W~l-Wert gibt also an, um wievie] die nach Hitzedenaturierung gemessene Wasser- bindung (gebundenes Wasser in Prozent des Muskels) gegenfiber dem salzfreien Muskel unter sonst gleiehen Bedingungen erh6ht oder erniedrigt ist.

Der EinfluB der Salze auf die Hydra ta t ion des zerkleinerten Muskels vor Denatu- rierung wurde in der frfiher besehriebenen Weise I auf Grund der Prel~methode

1 H ~ M , ~ . : Diese Z. 106, 281 (1957). HAMM, t~., u. R. GRAY: Dtsch. Lebensmittel-Rdsch. 51, 106 (1955).

Uber das WasserbindungsvermSgen des S~ugetiermuskels. IV 29

ermittelt und bereehnet (A N~-Werte). Pregmethode und Flfissigkeitsaustritt bei Erhitzen steilen zwei untesschiedliche Verfahren zur Bestimmung der Wasserbindung dar. Soweit es sieh nut um die relativen Untersehiede der Salzwirkung h a n d e l t - -and das ist in der vorliegenden Arbeit der Fall - - ist ein Vergleieh der naeh der PreBmethode erhaltenen Werte mit denen der Denaturierungsversuehe ohne weiteres gestattet. Etwas anders liegen die Verh/iltnisse bei dem Vergleieh der Absolutwerte. So z. B. ergibt sieh aus unseren Versuehen, dag die aus dem nativen Gewebehomo- genat auspregbare Wassermenge (Prel3methode) im allgemeinen gr6Ber ist als die- jenige, die sieh bei Ititzedenaturierung abseheidet. Nan kann daraus lediglieh sehliegen, dag der bei Denaturierung auf das Gewebe ausgefibte Druek geringer ist als der dutch Pressen zwisehen zwei Plat ten erzeugte. Dagegen darf man nieht folgern, dab etwa dutch I-Iitzedenaturierung die I-Iydratation zunimmt. Naeh allem, was fiber die Denaturierung yon Proteinen bekannt ist, muB man das Gegenteil erwarten. Unterwirft man das denaturierte Fleiseh einem Prel~versueh, so 1/igt sieh zeigen, dab in der Tat die t Iydra ta t ion bei Erhitzen abnimmt.

Zur Untersuehung gelangte stets 5 Tage abgehiingtes Fleiseh (M. longissimus dorsi) 5--7jghriger Kiihe der I-[andelsklassen B und C. Nghere Angaben fiber die Methode des Zerkleinerns, des Fremdwasser- und Salzzusatzes, fiber die Bereehnung der Ionenst/~rke und die angewendeten Salze sind der vorangehenden Mitteilung 1 zu entnehmen.

Ergebnisse Bei einem Teil der Versuche wurden die Neutralsalze dem zerkleinerten Fleisch

zngesetzt, ohne dab auf gleiehen p . -Wer t eingestellt wurde. Infolge der unter- sehiedliehen Ionenbindung wird der pH-Wert des Fleisches (etwa 5,5) tells etwas erh6ht, teils erniedrigt 1. Die pE-Werte der unter Zugabe yon 60% Wasser (bezogen auf zusatzfreien Muskel) hergestellten Misehungen lag bei einer Ionenst/~rke der zugesetzten Salze yon ,u = 0,05--0,4 in einem Bereieh zwisehen 5,2 und 5,7. In Abb. 1 ist die Korrelation zwisehen der t Iydra ta t ion dieser Muskelhomogenate vor und derjenigen nach Hitzedenaturierung dargestellt. Der Korrelationskoeffizient liegt m i t r = + 0,600 betr~chtlich fiber dem ffir 63 Freiheitsgrade geltenden Zufalls- h6ehstwert yon 0,366 (Sieherungsgrenze 0,27 %). Bei zunehmender I-Iydratation des nativen lV[uskels nimmt demnaeh die naeh tti tzedenaturierung vorliegende Hydra ta- tion mit statistischer Sieherheit zu, d .h . die Steigerung der Wasserbindung des Fleisches, die dutch Zusatz yon Neutralsalzen erreieht wird, bleibt - - statistiseh gesehen - - auch nach }[itzedenaturierung erhalten. Es gilt dies ffir die iIydi-ata- tionssteigerung sowohl dnreh Erh6hen der Ionenstarke ein und desselben Salzes als aueh dutch Ubergang yon sehwaeh zu stark hydratisierend wirkenden Ionen.

Ein Teil der Ansgtze wurde ferner bei h6herem pH-Wert untersucht. Alle diese Misehungen warden vor der tt i tzedenaturierung mit NaOH auf p . 6,4 eingestellt. Der Fremdwasserzusatz betrug auch hier 60%. Da die Neutralsalzwirkung mit steigendem pH-Wert sehr stark zunimmtt 2, wurde hier nut bis zu einer Ionensti~rke des zugesetzten Salzes yon # = 0,25 untersueht. Abbildung 2 gibt die Korrelation zwischen der I-Iydratation vor und derjenigen nach Denaturiertmg wieder. Der Korrelationskoeffizient hat bier den Weft r = + 0,927. Der Zufallsh6ehstwert betrggt f/it 34 Freiheitsgrade 0,485. Auch hier n immt also bei steigender 1-Iy- dratat ion des nativen 3~uskels (durch steigende Ionenstfirke bzw. Ubergang zu st/~rker hydratisierend wirkenden Ionen) die Wasserbindung des denaturierten

H A ~ , It.: Zit. S. 28, Anm. 1. H A ~ , 1~., u. R. G~A[r: Zit. S. 28, Anm. 2.

30 1~. H~I~ und R. G~Av:

I~leisches mit statistischer Sicherheit zu. Trotzdem die Salze bei wesentlich niedri- gerer Ionenstiirke zugesetzt wurden, ist die Korrelation bei p~ 6,4 (Abb. 2) eine weir bessere Ms bei p . 5,2--5,7 (Abb. 1).

Sehlieglich wurde ftir Natriumchlorid der EinfluB steigender Ionensti~rke auf die Hydra ta t ion des Muskels vor und nach It i tzedenaturierung untersucht (Abb. 3).

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Abb. 1

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Abb. 2

Abb. 1. Korre[ation zwgschen der H ydratation des zerkleinerten t~indermuskels vor und derjenig en nach H itzedenaturierung be i Zusatz yon Neutralsalzen. p~ 5,2--5,7.60% ttzO-Zusatz; # (zugesetztes Salz) = 0,05--¢,0. ÷ NaF, x NaC1, A NaBr, [] Na3, • NaCNS, • Na~S04, • NaNO~, • Na-Salicylat, O Na-Sulfosalicylat, V LiC1, 4[ Li3, ¢ XC1 D~fgCla,

CaCl2, ]) BaCI~

Abb. 2. Korrelation zwlschen der t tydratatlon des zerkleinerten t~indermuskels vor und der#nigen nach ttitzedenaturierung bei Zusatz yon iVeutralsalzen, p~ 6,4. 60% tt20-Zusatz; it (zugese~ztes Salz) = 0,05--0,25. Zeichenerklgrnng vgl.

Abb. 1. C] ZnCI2

Wie aus Abb. 3 hervorgeht, bleibt die bei steigender Ionensti~rke des N~trium- chlorids zu beobachtende relative ~_nderung der Wasserbindung auch naoh ttitze-

den~turierung erhMten. Wie im nativen Gewebe !iegt aueh im denaturierten Gewebe das Hydra ta t ionsmaximum bei

e~ # = 0,8--1,0. Dieses letzte Ergebnis steht im Einklang mit den

Beobachtungen yon BENDALL 1 und yon gw~T und ELLIS 2, die ira Fall des steigenden tiochsMzzusatzes zu Fleisch eine lineare Beziehung zwischen dem Volumen des un- gekochten und dem des gekochten Fleisches fanden.

Was die subjektiv beurteflte Konsistenz der denatu- zo rierten Mischungen anbetrifft, so stellten wit eine weit-

gehende Ubereinstimmung zwischen t tydra ta t ion und o~ Konsistenz nach Denaturierung fest. Geringe Hydra-

ration/~uBert sich in einer krfimeligen Struktur, w/~hrend die Konsistenz um so gummSser und die Struktur um so homogener ist, je st/~rker die Muskelhomogenate hydratisiert sin&

z BE~DALn, J. 1%.: J. Sei. Food Agric. 1994, 468. 2 SWIF% C. E., u. 1%. ELLIS: Food Technol. 10, 546 (1956).

i°: I I

zp, a lme#s/~eu

Abb. 3. t l y d r a t a t i o n des zerMei. herren R i n d e r m u s ~ e l s vor u n d naeh t t i t zedenatur ierung bei Z u s a t z yon ~¥atriumchlo~id. 60% :g20-Zusatz. A W e (e - -e) ; ~ W e ( 0 - - 0 )

Uber das Wasserbindungsvermsgen des S/~ugetiermuskels. IV 31

Diskussion der Ergebnisse

Bei der Denaturierung yon Proteinen kommt es zu einer Abnahme an polaren Gruppen, die z. T. unter Bildung neuer, nicht mehr ohne drastisehe Methoden auf- spMtbarer Querbindungen miteinander reagieren k6nnen 1. Nach der Hypothese yon Wu ~ soll die eigent]iche Denaturierung in einer Auffaltung der im nativen Zustand gefalteten Peptidketten bestehen, wobei die sich ansehlieBende Zusammenlagerung der Ket ten sehlieBlich zur Coagulation fiihrt. Da die Wasserbindung der Proteine in erster Linie durch eine Anlagerung der Wasser-Dipole an die polaren Gruppen des Proteins zustande kommt, muB die durch Denaturierung bedingte Abnahme an polaren Gruppen zu einer Dehydratisierung f/ihren. Diese Hydrata t ionsabnahme wird weiterhin dureh Ursachen steriseher Art begiinstigt, da dureh die neu gebildeten Brfiekenbindungen (z. B. intermolekulare Salzbindungen) die Polypeptidketten lest und eng miteinander verknfipft werden. Das Erhitzen des Muskels ist somit yon einer ,,Verdichtung" der EiweiBstruktur und dem Austrit t yon Wasser begleitet a. Bei dem freiwerdenden Wasser handelt es sieh wohl lediglich um Wasser, welches hydratisch gebunden war und nicht urn solehes, das sich etwa auf Grund yon ehe- misehen Reaktionen (z. B. Reaktion yon Amino- mit Carboxylgruppen) gebildet hat 4.

Es ist nun zu erwarten, dag bei der Hitzedenaturierung um so weniger Wasser aus dem Gewebe austritt, je st/~rker die Hydrata t ion der Muskelproteine im nativen Zustand war. Statistiseh gesehen ist dies, wie unsere Versuehe zeigen, auch tat- s~chlieh der Fall. Der Befund, dab mit steigender Hydrata t ion die bei Hitzedenatu- rierung eintretende Entquellung des zerkleinerten, mit Neutralsalzen versetzten Muskels abnimmt, steht m6glieherweise in gewissem Zusammenhang mit der Tat- saehe, dab die Hitzef/~llung yon Proteinen dureh verschiedene Salze gehemmt wird 5. Dabei b]eibt die Frage often, ob es sich bei dieser Coagulationshemmung durch Neutralsalze um einen Schutz vor der Denaturierung oder - - was nieht dasselbe ist - - vor der Coagulation handelt 6.

Betrachtet man die Korrelation zwischen der Hydrata t ion vor und derjenigen nach Hitzedenaturierung (Abb. 1 u. 2), So f/illt auf, dag die Streuung um die t~egressionsgerade bei tieferem p . -Wer t (5,2--5,7) wesentlich gr6ger ist als bei h6herem (p. 6,4). Bei tieferen p . -Wer ten tr i t t verh~ltnism/~Big h/~ufig der Fall ein, dab eine durch Neutralsalz bedingte kr/iftige Hydratationssteigerung durch Hitze- denaturierung praktisch aufgehoben wird, w/~hrend bei h6herem p~-Wert ein solches Verhalten kaum zu beobachten ist. Dieses unterschiedliche, yore 10~-Wert abh/~ngige Verhalten l~I~t sich durch die Verschiebungen des Isoelektrisehen Punktes (I.P.) des Muskeleiwcifies erkl~ren, wobei der I .P. mit dem p~.Wert des Wasserbindungs- Minimums gleichgesetzt werden kann 7. Der I.P. yon Proteinen wird bekanntlieh dureh den EinfluB der meisten Neutralsalze zu tie/eren p. -Wer ten hin versehoben. N n ~ I V ~ A s hut im spezie]len Fall des Koehsalzes auf die Bedeutung dieses Effektes

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32 G. ~/VILDI~RETT und F. KIERi'CIEIEI~:

ffir die Fleisehverarbeitung hingewiesen. Andererseits aber wird der I.P. yon Proteinen dutch ]-Iitzedenaturierung zu hSheren pH-Werten hin versehobenL Die bei Erhitzen zu beobaehtende p,-Erh6hung des Fleisohes h/ingt mit diesem Effekt unmittelbar zusammen. Auf diese Beeinflussung des I.P. dureh Salze und dureh Denaturierung sei hier nicht n~her eingegangen. Es sei aber darauf hingewiesen, dab eine Itydratationserh6hung des nativen Muskelhomogenats vom p~ 5,5, welche auf der dureh Neutralsalzzusatz bedingten Verschiebung des I.P. zu tieferen PH- Werten beruht, durch die bei ttitzedenaturierung eintretende Verschiebung des I.P. nach h6heren pE-Werten wieder aufgehoben werden kann. Die letztere Versehiebung ist jedoch nicht weitgehend genug, um aueh bei einem pE-Wert des Muskelhomo- genats yon 6,4 zu einer Aufhebung des ttydratati0nseffektes zu fiihren. Eine ein- gehende Er6rterung dieser Vorggnge sei einer sp£teren Mitteilung vorbehalten.

In frfiheren Arbeiten haben wir bereits er5rtert 2 und im Falle des Natrium- chlorids auch experimentell nachgewiesen, dab die dutch Neutra]salzzusatz bedingte Hydratationssteigerung des Muske]s im Bereich der yon uns angewendeten Ionen- st£rken weder auf einer Dissoziation des Actomyosins noch auf einer partiellen Auf- ]Ssung der Muskelproteine ira zugesetzten Fremdwasser beruht. Dementsprechend ist die bei der Hitzedenaturierung stark hydratisierter 1Vfuskelhomogenate fest- zustellende Bildung einer homogenen, dichten Struktur der denaturierten Masse vor allem als e ine XuBerung der kr~ftigen }tydratation bzw. Qnellnng der zerkleinerten Gewebssubstanz und weniger Ms Gerinnung einer ,,Gel-LSsung" des Aetomyosins zu betraehten.

Zusammen/assung Es wurde der EinfluB yon 15 Neutralsalzen und yon Natriumsalicy]at (# = 0,05

bis 0,4) auf den Wasseraustritt bei I-Iitzedenatarierung (80 ° C) yon 1Viuskelhomo- genaten untersucht. Die so ermittelte Wasserbindung nach Denaturierung wurde mit der Hydrata t ion des nativen Muske]gewebes verglichen. Sowohl bei p~ 5,2--5,7 als auch bei p~ 6,4 nimmt bei wachsender I-Iydratation des nativen MuskeleiweiBes die naeh Denaturierung festgestente I-Iydratation mit statistischer Sieherheit zu. Die Korrelation ist bei h6heren pH-Werten eine welt bessere als bei tieferen. Dieser p.-bedingte Untersehied wird auf Grund yon Versehiebungen des Isoelektrischen Punktes gedeutet.

Untersuchungen und Betrachtungen zur Anwendung von Kunststoffen ffir Lebensmitte l

I. Mitteilung Kunststo~fsuspensionen zur 0ber t l~ehenbehandlung yon H~sen

Von

~ERHARD WILDBRETT ulld I~RIEDRICI-I KIERMEIER Mitteilung aus dem Chemischen und Physikalischen In~titut der Si~ddeutschen Versuchs- und

l~orschungsanstalt fiir Milchwirtschaft, Weihenstephan

Mit 3 Textabbildungen

(Eingegangen am 10. Februar 1958)

In tier letzten Zeit ist yon verschiedenen Seiten der Wunsch an uns herangetragen worden, die Verwendbarkeit yon Kunststoffen in der Milchwirtsehaft zu beurteilen.

1 Vgl. z. B. K. BAIr.E¥: Biochemie. J. 36, 140 (1942). H A ~ , t~. : Zit. S. 28, Aura. 1.