При нагревании коллагена происходят плавление полипептидных спиралей и разрыв межцепьевых связей, а при длительном нагревании при высоких температурах возможен также гидролиз пептидных связей.
Денатурация (сваривание) коллагена сопровождается нарушением специфической конфигурации полипептидных цепей его молекулы.
При денатурации коллагена происходит разрыв внутри- и межмолекулярных связей, и в первую очередь водородных. В результате разрушения связей в нативном коллагене изменяются размеры и форма коллагеновых волокон. Начальные изменения наблюдаются при температуре (50—55)°С.
Коллагеновые волокна начинают набухать, поглощая содержащуюся в мясе воду. Дальнейшее повышение температуры до (58— 62)°С приводит к значительным изменениям коллагеновых волокон: деформации, резкому сокращению длины (примерно на 60%), увеличению диаметра. Объем волокон на этой стадии возрастает. За температуру денатурации (сваривания) коллагена принимается та, при которой резко и мгновенно уменьшается длина и увеличивается диаметр коллагеновых волокон. Коллаген разных видов мяса имеет неодинаковую температуру денатурации (55—65°С), которая также зависит от возраста животных: чем больше возраст, тем выше температура денатурации коллагена.
В денатурированном коллагене ускоряется разрыв водородных связей и солевых мостиков, который протекает в три стадии: разрыв связей внутри длинных полипептидных цепей, разрыв боковых связей между цепями и разрыв водородных связей между полипептидными цепями и молекулами воды. В результате таких изменений происходит деструкция коллагена с образованием глютина. Молекулы которого имеют значительно меньшую молекулярную массу, чем коллаген. Для перехода коллагена в глютин необходимо, чтобы в макромолекуле коллагена были разрушены все поперечные связи между полипептидными цепями. Для этого требуется не только высокая температура, но и время. Полный гидролиз коллагена происходит при нагреве при 126°С в течение 3 ч. Образовавшийся глютин, в отличие от коллагена, не только хорошо набухает, но при 40°С и выше неограниченно растворяется в воде, так как между молекулами его отсутствуют постоянные прочные связи.
Растворы глютина при охлаждении образуют студни. Прочность студней зависит от концентрации глютина и от продолжительности нагрева. При длительном нагреве глютина студнеобразующая способность его снижается вследствие дальнейшего распада глютина.
Денатурация коллагена и его гидротермическая деструкция играют важную роль в технологических процессах, связанных с тепловой обработкой мяса и мясопродуктов, особенно при влажном нагреве.
Деструкция коллагена ослабляет механическую прочность перимизия и является причиной размягчения мяса с высоким содержанием соединительной ткани. Мышечные волокна и пучки в мясе связаны между собой соединительно-тканными прослойками (эндомизием, перимизием), поэтому сопротивление резанию вдоль мышечных волокон любых мускулов после тепловой обработки уменьшается.
Чрезмерный распад коллагена при влажном нагреве приводит к ухудшению качества готового продукта. Такой продукт плохо сохраняет форму, его трудно порционировать, так как ткани начинают распадаться на отдельные пучки вследствие значительного ослабления связей между ними.
Продолжительность тепловой обработки мяса при влажном нагреве зависит не только от особенностей анатомического строения сырья, но и от ряда других факторов (вида и возраста животных, температуры, предварительной технологической обработки).
Коллаген соединительной ткани мелкого скота (свиней, овец) обладает более низкой гидротермической устойчивостью, и время варки свинины и баранины в 1,5 раза меньше, чем говядины. Развариваемость соединительной ткани мяса молодых животных значительно выше, чем мяса старых животных. За одно и то же время тепловой обработки в говядине (молодняк до 18 мес.) образуется почти в 2 раза больше глютина по сравнению с мясом взрослых животных, и поэтому продолжительность варки телятины в 2 раза меньше, чем говядины.
Плохо разваривается соединительная ткань некоторых субпродуктов, например рубца, время варки которого составляет (4—5) ч. Языки варят (2—2,5) ч, что обусловлено наличием на их поверхности сравнительно толстой кожи с высоким содержанием коллагена сложного строения, а продолжительность варки мозгов, в которых соединительной ткани очень мало, составляет лишь (10—15) мин. В вареных печени и сердце количество коллагена, перешедшего в глютин, составляет соответственно 24% и 30%. После варки языка снимается верхний ороговевший слой эпителия, но остается нижний слой клеток эпителия.
При варке печени печеночные дольки сжимаются, соединительно-тканные прослойки становятся тоньше, через 30 мин варки печеночные дольки сжимаются еще сильнее, а в соединительной ткани сосуды и желчные протоки сплющиваются.
При варке почек характерное строение их сохраняется.
Важным технологическим фактором, ускоряющим переход коллагена в глютин, является температура греющей среды, особенно при ее значениях выше 100°С. На практике используют специальные варочные аппараты (автоклавы), в которых тепловая обработка происходит при температурах (110—120)°С, что значительно интенсифицирует процесс варки мяса. При варке мяса в автоклаве при 120°С глютина образуется в течение одного и того же времени в 2 раза больше, чем при варке в кипящей жидкости при атмосферном давлении. Поскольку при высоких температурах быстрее протекают и нежелательные реакции (распад витаминов, деструкция мышечных белков, реакция меланоидинообразования и др.), снижающие пищевую ценность продукта, автоклавы применяют для варки с целью извлечения глютина только из мясопродуктов, содержащих много прочной соединительной ткани.
В условиях же обычной варки распад коллагена хотя и ускоряется в интервале температур от 70 до 100°С, однако степень распада зависит в большей степени не от температуры, а от продолжительности теплового воздействия.
Продолжительность варки мяса и мясопродуктов с разрушенной структурой соединительной ткани, например фаршевых изделий, незначительна, так как в этом случае цель тепловой обработки — доведение температуры в центральной части продукта до (80—85)°С, что обеспечивает его кулинарную готовность. В глютин переходит до 20% коллагена.