Влияние биологически активных пищевых добавок в составе молочного десерта на антиоксидантную систему биообъектов

Влияние биологически активных пищевых добавок в составе молочного десерта на антиоксидантную систему биообъектов

Аннотация

Разработан десерт молочный на основе молока и подсырной сыворотки с биологически активными пищевыми добавками в виде ячменной муки, порошков топинамбура и цикория. Изучены физико-химические и микробиологические показатели продукта. Проведена медико-биологическая оценка десерта на теплокровных животных. Изучены антиокислительные показатели крови животных, потреблявших десерт. Показано, что концентрация малонового диальдегида в крови опытных животных ниже, чем в контрольной группе, потреблявшей десерт без ПД, а концентрация восстановленного глутатиона – в 2,5 раза выше. Антиокислительная активность сыворотки крови животных опытной группы превышала показатели интактной и контрольной групп, что свидетельствует о повышении суммарной антиоксидантной защиты организма животных. Потребление обогащенного десерта опытными животными показало, что введение в рецептуру продукта биологически активных пищевых добавок способствует усилению антиоксидантной защиты организма.

Ключевые слова: десерт молочный, пищевые добавки, опытные животные, показатели крови, антиоксидантная защита.

Введение

Известно, что развитие целого ряда патологических состояний организма человека сопровождается усилением образования свободных радикалов, способных вызвать повреждение биологически важных молекул и привести к гибели клетки. Активация реакций свободного радикального окисления может происходить при воздействии на организм человека ряда внешних факторов, например ионизирующей радиации, УФ-излучения, озона, табачного дыма, промышленных выбросов.

В последнее время ученым удалось раскрыть механизм многих патологических изменений в организме, в основе которых лежит оксидантное повреждение клеточных структур. Установлено, что основным фактором повреждения клеток является кислород, используемый клетками для дыхания. В нормальных условиях регуляция продукции активированных кислородных метаболитов и свободных радикалов в тканях и органах человека осуществляется многоуровневой физиологической антиоксидантной системой, которая включает в себя соединения различной химической природы: витамины, ферменты, гормоны, пигменты [1].

Однако, несмотря на высокую эффективность антиоксидантной системы, она не всегда способна защитить организм человека от развития оксидантного стресса. Поэтому одним из приоритетных направлений свободнорадикальной биологии является создание продуктов с повышенной антиоксидантной активностью для профилактики заболеваний, первопричиной которых является эффект окислительного стресса, приводящий к ускорению старения, заболеваний сердечно-сосудистой системы, гормональным нарушениям, появлению доброкачественных и злокачественных опухолей.

Цель данных исследований – разработка десерта молочного с биологически активными пищевыми ингредиентами и изучение их влияния в составе десерта на антиоксидантную защиту лабораторных животных.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являлись порошки топинамбура, цикория, ячменная мука, десерт молочный с указанными выше компонентами.

Изучали физико-химические и антиоксидантные свойства обогащающих ингредиентов, санитарно-гигиенические показатели десерта. Проводили медико-биологическую оценку десерта на биообъектах.

Массовую долю инулина в определяли методом ВЭЖХ на хроматографе марки Gilson с рефрактометрическим датчиком; суммарное содержание водо- и жирорастворимых антиоксидантов определяли амперометрическим методом с использованием галловой кислоты на приборе "Цвет Яуза-01-АА»; содержание полиненасыщенных жирных кислот – методом газовой хроматографии по ISO 17678-2010. Содержание аминокислот определяли методом ВЭЖХ; массовые доли белка, жира, углеводов, витаминов – стандартизованными методами.

Содержание Ca определяли титриметрическим методом; Mg –МВИ ОР 2-03-009-90; P – по ГОСТ Р 51473; Fe –по ГОСТ 26928; остальные микроэлементы – методом ААС.

Медико-биологическую оценку обогащенного молочного десерта проводили в условиях однократного эксперимента на белых крысах-самцах линии Wister на базе ФГБНУ "ВНИИМП им. В.М. Горбатова» под руководством к.т.н. Федуловой Л.В.[2]. Первоначальный вес животных колебался в пределах (200±10) г. Крысы содержались в стандартных условиях вивария при свободном доступе к воде и пище. В эксперименте было задействовано 3 группы животных по 10 крыс в каждой. I группа – интактная на протяжении всего эксперимента потребляла натуральный сбалансированный по белку стандартный рацион вивария – комбикорм по ГОСТ Р 50258-92. II группа (опыт) – получала обогащенный молочный десерт. III группа (контроль) – получала десерт без пищевых добавок. Рацион II и III групп был сбалансирован по белку. Наблюдение за животными осуществляли дважды в сутки. На 28-е сутки животных пересаживали в метаболические клетки и выдерживали 3 суток, в течение которых собирали фекалии и мочу, а затем на аппарате Къельтек 2300 фирмы FossTecator (Швеция) определяли содержание в них белка по азоту.

Коэффициент эффективности белка потребляемых продуктов определяли по формуле: КЭБ = (В – Во)/ I, где:

Во – вес животного в начале опыта; В – вес животного в конце опыта;

I - суммарное количество белка (в г), потребленное животным за время эксперимента.

Биологическую ценность рассчитывали по формуле:

БЦ = [ I × ( F – Fо) – ( И – Ио) / [ I – (F – Fо)], где:

I – азот, потребленный с пищей; F – азот кала ( в эксперименте с изучаемым белком); Fо – эндогенный азот кала ( в эксперименте с безбелковой диетой); И – азот мочи; Ио – эндогенный азот мочи ( в эксперименте с безбелковой диетой).

По окончании эксперимента (32–е сутки) животных оглушали с помощью углекислого газа. У оглушенных животных из правого желудочка сердца брали кровь.

Общее клиническое исследование проб крови проводили на полностью автоматическом гематологическом анализаторе Abacusjuniorvet 2.7 (Австрия), используя наборы реактивов компании Diatron. Биохимические исследования проводили на полуавтоматическом анализаторе BioChem FC -360 (США), используя наборы реактивов HighTechnology (США).

Показатели антиоксидантной защиты организма животных определяли на спектрофотометрах ФЭК, КФК-3-01 (Россия), руководствуясь " Методами ветеринарной клинической лабораторной диагностики» (справочник под редакцией проф. И.П. Кондракина, 2004 г.).

Результаты и их обсуждения

Молочную основу десертов составляла подсырная сыворотка (более 60%), сухое цельное молоко. В качестве биологически активных пищевых добавок использовали муку ячменную текстурированную, порошки топинамбура и цикория. Для оптимизации органолептических свойств, регулирования кислотности и усиления антиоксидантной активности в рецептуру десертов вводили сахар-песок, кислоту лимонную и аскорбиновую.

В контрольном образце десерта отсутствовали биологически активные пищевые добавки (топинамбур, цикорий, ячменная мука), а содержание подсырной сыворотки было увеличено до 77%.

Проектирование состава десерта проводили на основании аналитических и экспериментальных данных о функциональных свойствах молочной сыворотки, ячменной муки, порошков топинамбура и цикория.

При выработке продукта использовали топинамбур сушеный "Улучшенный» с содержанием инулина 43,49 г/100г, изготовленный ООО "Топинамбур» по ТУ 9164-001-82839873-2009. Суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов (АОА) в нем соответствовало значению 0,36 мг/мл ( в 24 раза больше АОА молока). [3]

Функциональные свойства топинамбура изучены в широких медицинских кругах, что позволяет рекомендовать его для профилактики многих заболеваний. Порошок топинамбура содержит: 5,83 % протеина; 1,6 % жира; 24,4 % пищевых волокон; 69,8 % углеводов [4]. Топинамбур богат витаминами, микроэлементами, органическими кислотами. Содержащиеся в нем полисахариды, аминокислоты, органические кислоты способствуют нормализации микрофлоры кишечника человека. Наличие в топинамбуре инулина – природного полисахарида, стимулирует снижение уровня сахара в крови пациентов, больных сахарным диабетом [5]. Исследования, проведенные в Иркутском ГМУ Решетник Л.А. с соавторами, показали, что топинамбур можно эффективно использовать как антиоксидантное средство для профилактики раннего старения и онкопатологии, для снижения частоты респираторных заболеваний, повышения иммунитета [6].

В работе Кунакбаевой М.К. [7], изучавшей эффективность применение топинабура для профилактики и лечения анемии телят, установившей, что введение порошка топинамбура телятам, в дозе 1г/кг живой массы, способствует стимуляции гемопоэза, нормализации белкового и минерального обмена, достоверно снижает процессы перекисного окисления липидов.

Используемый в рецептуре десерта цикорий растворимый с содержанием инулина 30% изготовлен по ТУ 9198-009-52622769-10 ООО "Кофейная компания "Вокруг света». В 100 г цикория содержится: белков – 4 г, жиров – 0,2 г, углеводов – 81,7 г, в том числе пищевых волокон (ПВ) – 32,2 г. Энергетическая ценность соответствует 280 ккал. В состав цикория входят антиоксиданты, органические кислоты. Суммарное содержание водорастворимых АО в цикории составляло – 3,2 мг/ мл ( в 213 раз больше АОА молока) [2].

По многочисленным данным отечественных и зарубежных ученых, цикорий облегчает работу сердца, улучшает пищеварение, способствует удалению токсинов из организма, усиливает обмен веществ, активность желчи, печени, почек. Рекомендуется для профилактики желудочно-кишечных, сердечно-сосудистых заболеваний, повышения антиоксидантной защиты организма [8,9].

Основанием для введения ячменной муки в состав десерта является ее богатый химический состав, характеризующийся высоким содержанием аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов.

Состав ячменного зерна отличается оптимальным соотношением белков и углеводов. По количеству клетчатки он уступает только овсу. Состав зерна ячменя, как и овсяного зерна, характеризуется высоким содержанием водорастворимых ПВ бета-глюканов, способствующих очищению организма от ксенобиотиков, снижению в крови уровня сахара и "плохого» холестерина. Именно благодаря значительному количеству бета-глюкановых волокон и пониженному содержанию крахмала, крупы, выработанные из ячменных зерен, с точки зрения диетологов, являются наиболее полезными диетическими продуктами.

Результаты экспериментальных исследований показали, что в 100 г ячменной муки, входящей в рецептуру десерта, содержится: белка – 11,1 %, полиненасыщенных жирных кислот – 9,08 %; углеводов – до 71 %; водорастворимых АО – 0,037 мг/ мл, что в 2,5 раза выше АОА молока [3].

С учетом аналитических и экспериментальных данных о химическом составе и антиоксидантных свойствах ПД и молочной основы разработаны рецептура и технологическая схема производства десерта.

В 100 г исследуемого обогащенного десерта массовая доля белка составляла 5,15 г; жира – 4,4 г; углеводов – 16,84 г; инулина – 1,96 г; ПВ – 0,39 г. Содержание жирорастворимых АО в обогащенном образце десерта составляло 14,5±4,3 мг/г, водорастворимых – 0,24±0,04 мг/ мл.

Изучение жирнокислотного состава десерта показало, что введение в молочную основу биологически активных пищевых ингредиентов значительно обогащает продукт полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК) Омега-3 и Омега-6 (табл.1).

Таблица № 1. Содержание ПНЖК в десертах

Наименование показателя	Фактические значения
	Контроль	Опыт
Содержание Омега-3 ПНЖК, % от суммы жирных кислот	0,068	0,345
Содержание Омега-6 ПНЖК, % % от суммы жирных кислот	0,119	0,274
Содержание Омега-9 ПНЖК,% от суммы жирных кислот	28,94	26,34
Массовая доля эйкозатетраеновой кислоты ЦИС-11, 14,17 (С20:3 п 3), %	< 0,001	0,009
Массовая доля гамма-линолевой кислоты (С18:3 п 6), %	0,077	0,215

Установлено, что в обогащенном десерте содержание Омега-3 ПНЖК в 5 раз превышает значение этого показателя в контроле. Многочисленными исследованиями показано, что добавление в диету Омега-3 ПНЖК способствует снижению уровня холестерина и триглицеридов в крови, оказывает положительное воздействие на зрение, суставы, работу мозга, является эффективным средством для профилактики онкологических заболеваний.

Общее количество незаменимых аминокислот возрастает в обогащенном десерте на 4,1-6,7% за счет увеличения метионина (на 23%), лейцина (на 10%), изолейцина ( на 9 – 11%).

Потребление взрослыми 200 г десерта с биологически активными ингредиентами покрывает суточную потребность в Ca, P, K, Zn, Cu (в %) на: 37,8; 41,2; 20,8; 23,2; 15,2, соответственно и в витаминах E, C, B1; B2; B5; B12

(в %) на: 4,4; 17,4; 16,4; 18,8; 12,2; 13,8, соответственно.

Установлено, что АОА (0,24 мг/ мл) в опытном образце десерта за счет внесения функциональных пищевых добавок увеличивается в 4 раза относительно контроля (0,06 мг/ мл).

Коэффициент эффективности белка (0,33) и биологическая ценность опытного десерта (19,89±8,86)% превышали аналогичные показатели контрольного десерта, которые соответствовали значениям 0,27 и (16,52±10,41)%.

Результаты гематологических исследований крови животных (табл.2), потреблявших на протяжении эксперимента рацион с обогащенным молочным десертом (II гр.), показали увеличение количества лейкоцитов на 31,2; 23,5% и лимфоцитов на 33,5 и 24,6% (в пределах физиологической нормы) в сравнении с III и I группами, соответственно, что опосредованно указывает на повышение защитных сил организма.

Таблица 2. Морфологические показатели крови в экспериментальных животных

Параметры	Норма [9]	1 группа (интакт)	2 группа (опыт. десерт)	3 группа (конт. десерт)
Лейкоциты, 109/л	6,6-12,6	7,52±1,3	9,29±1,96	7,08±1,5
Лимфоциты, 109/л	4,78-9,12	6,01±1,22	7,49±1,86	5,61±1,24
Содержание смеси моноцитов, эозинофилов, базофилов и незрелых клеток, 109/л	0,02-0,15	0,1±0,01	0,07±0,02	0,07±0,02
Гранулоциты, 109/л	1,77-3,38	1,52±0,42	2,08±0,59	1,48±0,31
Лимфоциты, %	57,5-83,6	78,97±4,32	77,48±3,71	77,06±3,91
Моноциты, %	0,6-2,9	1,21±0,28	1±0,06	1,01±0,23
Относительное содержание гранулоцитов,%	20-28	19,94±2,67	18,1±4,26	20,95±3,77
Эритроциты, 1012/л	6,76-9,75	7,59±0,29	7,76±0,51	7,4±0,32
Гемоглобин, г/л	115-161	143,2±2,24	145±2,97	137,05±4,32

Содержание гемоглобина в крови опытных животных незначительно (на 5,8 %) превышало этот показатель в контроле и в интактной группе (на 1,2%).

Биохимические исследования крови животных показали увеличение концентрации глюкозы (в пределах нормы) во II и III группах в сравнении с I группой на 20,8 и 13,2 %, на фоне уменьшения триглицеридов и холестерина на 23,9 и 17 % и на 11,1 и 10,0 %, соответственно, что обусловлено наличием в составе рационов животных опытной и контрольной групп подсластителя в виде сахарного песка.

Большее снижение триглицеридов в крови животных II группы, относительно контроля, можно объяснить повышенным содержанием ПВ в обогащенном молочном десерте. (табл. 3).

Таблица 3. Биохимические показатели крови экспериментальных животных

Параметры	Норма [9]	1 группа (интакт)	2 группа (опыт. десерт)	3 группа (конт. десерт)
Общий белок, г/л	50-80	67,0±2,22	65,58±2,94	66,63±1,69
Альбумин, г/л	30-50	42,96±1,68	44,27±2,16	42,56±0,78
Глюкоза, ммоль/л	7,77-12,21	8,51±1,63	10,28±2,38	9,64±1,68
Креатинин, мкмоль/л	9,0-70,0	87,1±6,62	78,56±4,95	74,3±6,57
АсАт, Е/л	20-100	89,68±13,85	106,24±14,1	97,88±24,06
АлАт, Е/л	10,0-80,0	35,33±4,72	31,6±4,72	28,5±5,52
Холестерин, ммоль/л	0,51-2,85	1,89±0,06	1,68±0,23	1,7±0,16
Триглицериды, ммоль/л	0,56-2,23	1,76±0,46	1,34±0,13	1,46±0,34

Изучению влияния разработанного молочного десерта на антиоксидантную систему биообъектов уделено особое внимание.

Результаты проведенных исследований показали, что введение в рецептуру десерта биологически активных пищевых ингредиентов в виде порошков топинамбура, цикория и ячменной муки обогатили продукт органическими минеральными веществами, полинасыщенными жирными кислотами омега-3 и омега-6, незаменимыми аминокислотами, жиро- и водорастворимыми антиоксидантами.

Для определения влияния разработанного десерта на антиоксидантную систему биообъектов проведены исследования антиокислительных свойств крови экспериментальных животных (табл. 4).

Таблица 4. Антиокислительные свойства крови экспериментальных животных

Параметры	1 группа (интакт)	2 группа (опыт. десерт)	3 группа (конт. десерт)
Концентрация МДА, мкмоль/л	1,3±0,3	1,59±0,32	1,67±0,4
Концентрация восстановленного глутатиона, ммоль/л	0,162±0,056	0,103±0,048	0,042±0,012
Антиокислительная активность, К и хмин(-1)*10^(-3), АОА	0,31±0,09	0,47±0,08	0,44±0,08

Показано, что концентрация малонового диальдегида (МДА), определяющего активность свободнорадикального окисления липидов, оценивающаяся по накоплению липидных перекисей, у животных, в рацион которых вводили обогащенный молочный десерт (II группа), на 4,8 % ниже, чем у животных контрольной III группы. Концентрация же восстановленного глутатиона в крови опытных животных в 2,5 раза выше этого показателя в контрольной группе. Известно, что глутатион – один из самых мощных антиоксидантов – основной сборщик свободных радикалов в клетках. Главная атиоксидантная роль глутатиона - в защите иммунных клеток, в первую очередь лимфоцитов. Увеличение глутатиона в крови опытных животных (относительно контроля) с большой достоверностью подтверждает положительное влияние биологически активных пищевых ингредиентов в составе десерта на антиокислительные свойства крови.

В настоящее время для оценки состояния антиоксидантной системы организма используют показатель, обозначаемый как антиоксидантная или антиокислительная активность (АОА) плазмы крови. Этот показатель является интегральным, отражающим способность плазмы крови противодействовать развитию свободнорадикальных реакций [1].

В нашем случае АОА сыворотки крови животных, потреблявших обогащенный десерт (0,47±0,08), выше контрольного показателя и значительно превышает аналогичный показатель интактной группы (0,31±0,09). Это указывает на усиление суммарной защиты организма от токсичных продуктов перекисного окисления липидов.

По результатам проведенных исследований можно заключить, что введение в рацион животных десерта молочного, обогащенного биологически активными пищевыми добавками с природными антиоксидантами, улучшает показатели периферической крови, активизирует иммунную систему, повышает антиоксидантную защиту организма.

Список использованной литературы

1.Теселкин Ю.О. Антиоксидантная активность плазмы крови как критерий оценки функционального состояния антиоксидантной системы организма и эффективности применения экзогенных антиоксидантов / Автореферат на соискание ст. д.б.н. – М.: 2003.

2. Федулова Л.В., Котенкова Е.А., Василевская Е.Р., Толмачева Г.С. Медико-биологическая оценка обогащенных молочных десертов для диетического и профилактического питания//Отчет ФГБНУ “ВНИИМП им. В.М. Горбатова». – дек.- 2014.

3. Донская Г.А., Дрожжин В.М,, Добриян Е.И. Отечественное растительное сырье – альтернатива импортным пищевым добавкам, предназначенным для обогащения пищевых продуктов// Тр. МНПК "Импортозамещение продуктов глубокой переработки зерна и картофеля».-М.:ФГБНУ ВНИИК,2014- с.72-75.

4. Решетник Л.А. Пищевая ценность топинамбура, произрастающего в Прибайкалье /Л.А. Решетник, Н.П. Кочнев, Т.А. Спасич, Н.Н. Гончарова// Труды МНПК "Топинамбур – многофункциональная биотехнологическая культура XXI века», 23 – 26 ноября 2011г – Москва: СГА. Ассоциация "Топинамбур»: - 2011. – С. 86 – 93.

5. Кочнев Н.К. Топинамбур – биоэнергетическая культура XXI века / Н.К. Кочнев, М.В. Калиничева// М.: АРЕС – 2002. – С. 34 – 43.

6. Решетник Л.А. Топинамбур в оздоровительном и лечебном питании /Л.А. Решетник // Труды МНПК "Топинамбур – многофункциональная биотехнологическая культура XXI века», 23 – 26 ноября 2011г – Москва: СГА. Ассоциация "Топинамбур»: - 2011. – С. 78 – 85.

7.Кунакбаева М.К. Эффективность применения топинамбура для профилактики и лечения анемии телят/ Автореферат диссерт. на соиск. уч. степ. к.в.н. – Екатеринбург: 2004.

8.Логвинчук Т.М. Использование цикория для производства лечебно-профилактических продуктов и БАД / Т.М. Логвинчук, В.Ф. Добровольский // Пищевые ингредиенты, сырье и добавки. – 2004. - № 1. – С. 30.

9. Лузина Е.В. Пищевая ценность цикория / Е.В. Лузина // Вопросы питания – 2013. – № 2. – С. 62 – 65.

Донская Г.А., Асафов В.А., Андреева Е.А.

ФГБНУ "Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности"