Регистрация / Вход
Прислать материал

БИОТЕХНОЛОГИЯ ОБОГАЩЕНИЯ СЕЛЕНОМ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ И КОРМОВЫХ ДОБАВОК

Общие сведения
Тематическое направление
Науки о жизни
Название доклада
БИОТЕХНОЛОГИЯ ОБОГАЩЕНИЯ СЕЛЕНОМ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ И КОРМОВЫХ ДОБАВОК
Название программы
«У.М.Н.И.К.»
Исполнитель проекта
Галочкина Надежда Алексеевна
Название проекта
Разработка биотехнологии обогащения селеном молокосодержащих продуктов
Номер контракта
№ 748ГУ1/2013 от 27.10.2013; № 0009404 от 24.03.2015
Докладчик (участник)
Участник
Галочкина Надежда Алексеевна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования: разработка биотехнологических подходов к получению новых источников малотоксичных форм селена и условий их применения в технологии пищевых и кормовых пробиотических продуктов в условиях предприятий по производству и переработке сельскохозяйственной продукции.
Задачи исследования:
исследование условий биомодификации смеси жилок, сухожилий, фасций крупного рогатого скота ферментным препаратом «коллагеназа пищевая», обеспечичивающих сорбционную емкость в отношении 4,4-ди[3(5-метилпиразолил]селенида (ДМДПС) и свойства гидроколлоидов в пищевых системах на молочной основе;
исследование спектральных, сорбционных, функционально-технологических свойств, показателей биобезопасности модифицированных ДМДПС коллагеновых белковых добавок;
исследование закономерностей биохимических процессов при прорастании зерна пшеницы с источниками селена;
исследование и разработка условий получения и свойств биоактивированных растительных белково-углеводных добавок, полученных при проращивании зерна пшеницы в растворе ДМДПС;
исследование закономерностей влияния новых селеносодержащих коллагеновых и злаковых добавок на процессы сквашивания, формирования молочного сгустка и его синерезис в технологии обогащенных селеном пищевых и кормовых пробиотических продуктов;
обоснование условий применения новых источников селена в технологии пробиотических продуктов и кормовых добавок.
Актуальность и новизна исследования
Cелен является эссенциальным микроэлементом, однако дефицит его в почве ограничивает возможности естестественной биохимической трансформации селена в пищевых цепях и приводит к его дефициту в пищевых и кормовых рационах.
Вклад в развитие теории и практики алиментарной коррекции дефицита селена внесли ученые отечественных и зарубежных школ: И.Ф. Горлов, Н. А. Голубкина, Е.О. Парфёнова , В. И. Беляев, С.В. Шабунин, Ю.П. Балым, И.В. Гмошинский, В. K. Мазо, A. Alzate, T. Chen, I. Hininger-Favier и др.
В ряде работ (Л.А Неминущей, Т.А. Скотниковой , А.Я. Самуйленко, В.И. Еремец, И.В. Павленко и др.) показана целесообразность применения в качестве терапевтических и профилактических средств при дисбактериозах животных и птицы пробиотиков, пребиотиков и синбиотиков. При этом актуальна проблема разработки и использования в животноводстве пробиотиков, обогащенных селеном.
Анализ технологий коррекции селендефицитных состояний показывает целесообразность развития биотехнологических подходов к получению пищевых и кормовых добавок с заданными свойствами. Приоритет коллагеновых белков в качестве сырьевых источников для их получения связан с высокой массовой долей (от 25 до 33%) от общей массы белков убойных животных и большим количеством реакционноспособных функциональных групп. Также перспективно использование источников селена как экзогенного стимулирующего фактора при проращивании злаковых культур с последующим применением в составе пищевых пробиотических продуктов и кормовых пробиотиков.
Описание исследования

В качестве объектов исследования использовали модифицированные под действием ферментного препарата коллагеназы (ЗАО «Биопрогресс») и источников селена (селенит натрия, ДМДПС) коллагеновые белки. Также были использованы биоактивированные растительные комплексы на примере озимой пшеницы сорта «Алая заря». Для активации эндогенных ферментных систем использовали источники селена – селенит натрия и ДМДПС.

На этапе получения селенсодержащей коллагеновой добавки (СКД) были исследованы условия и механизм иммобилизации препаратов селена на коллагеновых белках. Исследованы спектральные характеристики, сорбционные свойства, функционально-технологические свойства, дана токсикологическая оценка (in vivo, in vitro).

На этапе получения селенсодержащей злаковой добавки (СЗД) изучены ферментативная и антиоксидантная активность зерна пшеницы сорта «Алая заря» селекции Воронежского ГАУ, биоактивированного с использованием препаратов селена, получены сравнительные сенсорометрические характеристики процессов прорастания зерна; проведена гистоморфологическая идентификация компонентов биоактивированного зерна; дана токсикологическая оценка проростков зерна пшеницы с источниками селена (in vivo, in vitro).

Объектами исследования на разных этапах работы служили новые источники селена в виде выделенных из жилок и сухожилий из крупного рогатого скота коллагеновых белков, модифицированных 4,4-ди[3(5-метилпиразолил]селенидом и селенитом натрия, в виде пророщенного с 4-ди[3(5-метилпиразолил]селенидом и селенитом натрия зерна пшеницы сорта «Алая заря» селекции Воронежского ГАУ, а также обогащенные селеном ПП и кормовые добавки, произведенные по рецептурным композициям с их использованием.

Результаты исследований использованы при разработке технологических схем получения СКД и СЗД, а также при обосновании условий применения СКД и СЗД в технологии пробиотических продуктов и кормовых добавок.

На заключительном этапе разработана техническая документация на пробиотические продукты с новыми селенсодержащими добавками, проведена промышленная апробация, выполнена оценка их зоотехнический и экономической эффективности.

Санитарно-гигиенические и токсикологические показатели новых пищевых источников селена определяли в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52337-2005; токсичные элементы - по ГОСТ 30178-96; ГОСТ 26927-86; ГОСТ 26930-86; микотоксины - по ГОСТ Р 53162-2008; МУ 3184-80; пестициды - МУ сб. Т. 1-2; содержания селена - флуориметрическим методом (МУК 4.1.033-95); молекулярно-массовое распределение фракций биомодифицированных коллагеновых белков и белков злаковых культур при проращивании – электрофоретически по методу Лэммли; спектральные свойства молекул нативных и модифицированных коллагеновых белков - на ИК-спектрометре ИКС-29 с последующей обработкой программой GRAMS 4/32 и на флуорисцентном на двухлучевом сканирующем спектрофотометре PERKIN_ELMER Lambda 800; оценку общей токсичности и биобезопасности селенсодержащих добавок проб с использованием простейших одноклеточных инфузорий рода Stylonychia и Paramecium caudatum; определение антиоксидантной активности амперометрически по отношению к кверцетину (стандарт) на анализаторе «ЦветЯуза-01-АА»; влагосвязывающую способность - методом прессования (Антипова Л. В., 2006).

Биохимические показатели зерна пшеницы, характеризующие процесс проращивания: протеолитическую активность - методом Вильштеттера и Вальдшмидта-Лейтца; амилолитическую активность — методом Виндиша-Кольбаха; восстановленную форму глутатиона - методом йодометрического титрования (Лурье И. С. 2003); белок - методом Кьельдаля; сенсорометрическую оценку процессов набухания и прорастания зерна пшеницы - методологией «Электронный нос», на анализаторе запахов «МАГ-8»; гистологическую идентификацию структурных элементов зерна при прорастании с последующей заливкой в парафин проводили окрашиванием срезов: нейтральных гликопротеидов - шифф-йодной кислотой; кислых мукополисахаридов - альциановым синим по Стидмену; метионин - реактивом Шиффа; сульфгидрильные группы – диоксидинафтилдисульфидом. 

Исследование влияния селенсодержащих добавок на биохимические показатели крови проводили на трех опытных и одной контрольной группах белых крыс-самцов по 20 голов каждая с массой тела 170-200 г. Определяли поведенческие реакции, росто-весовые и биохимические показатели крови животных. Задачу обоснования рецептурно-компонентного состава ПП решали, используя методологию квалиметрического моделирования комбинированных пищевых систем на молочной основе (А.М. Бражников)

Результаты исследования

Установлено, что иммобилизация препаратов селена на коллагене проходит путём химического взаимодействия препаратов с функциональными группами боковых цепей молекул белка, а его степень изменяется в ряду Na2SeO3 (pH=5) > ДМДПС > Na2SeO3 (pH=10). Показано, что при взаимодействии селеновых препаратов с коллагеном не происходит изменения конформаций его молекул.

Сформулирована и подтверждена гипотеза о стимулирующем влиянии ДМДПС на биосинтез мукоидных веществ, обладающих бактерицидным действием.

Доказано положительное влияние проращивания зерна пшеницы с ДМДПС на биосинтез нейтральных гликопротеидов и кислых мукополисахаридов, между содержанием которых установлена прямая корреляционная связь.

Установлено, что использование ДМДПС при проращивании зерна пшеницы в дозировке 0,005 % оказывает стимулирующее действие на накопление глутатиона, содержание которого в опытных образцах пшеницы возрастает на 22,6 % по сравнению с контролем.

В опытах in vivo на теплокровных животных (белые крысы-самцы) подтверждено положительное влияние рационов с включением разработанных селенсодержащих белковой и белково-углеводной добавок на снижение уровня активности аминотрансфераз сыворотки крови как показатель селенового статуса организма.

В зависимости от соотношения жидкой и твердой фаз в составе селенсодержащей коллагеновой добавки она может быть получена и использована в гелеобразной и сухой форме, ВСС при этом составляет 7,69 и 26,42 % , ВУС - 39,37 и 88,7 % соответственно.

Внесение ДМДПС в дозировке 0,005 % в воду при замачивании зерна пшеницы стимулирует биохимические процессы его проращивания, что подтверждается сокращением микрофенологических фаз на 2-4 часа по сравнению с традиционным способом.

Установлено стимулирующее действие ДМДПС на накопление глутатиона. Максимальное содержание восстановленной формы глутатиона отмечено для образца пшеницы, пророщенной с ДМДПС – 8,53 мг%. Это на 22,6 % больше чем в контрольном образце, и на 36,1 % больше, чем в образце с селенитом натрия. Экстремальные значения показателя достигаются через 28 ч проращивания для контрольного образца, через 16-20 часов – для образцов с ДМДПС и Na2SeO3.

В опытах in vivo на теплокровных животных (белые крысы-самцы) подтверждено положительное влияние рационов с включением СЗД и СКД на снижение уровня активности аминотрансфераз сыворотки крови как показателя селенового статуса организма.

Употребление 200 г пробиотических продуктов (ПП) с селенсодержащими добавками позволяет обеспечить среднесуточную физиологическую потребность в селене от 11 до 28,8 % для различных категорий потребителей, суммарное содержание антиоксидантов составляет для ПП с селенсодержащей коллагеновой добавкой 1,9 мг/100г, для ПП с селенсодержащей злаковой добавкой - 2,1 мг/100 г. Содержание витамина С возрастает в 15 раз (0,43 г/200 г продукта), витамина Е в 1,5 раза (0,56 г/200 г продукта) для ПП с селенсодержащей злаковой добавкой по сравнению со злаковой добавкой из пшеницы в состоянии покоя.

Практическая значимость исследования
Предложены модифицированные технологические схемы производства селенсодержащей злаковой добавки (СЗД) и селенсодержащей коллагеновой добавки (СКД) с использованием в качестве источника селена ДМДПС, а также производства пробиотических продуктов с их использованием, обеспечивающие удовлетворение среднесуточной физиологической потребности (СФП) различных групп потребителей на 11-28,8% при употреблении 200 г продукта в зависимости от возрастных и физиологических особенностей.
Технологии обогащенных селеном пробиотических продуктов прошли промышленную апробацию в условиях ООО «Плодовка» (г. Россошь Воронежской обл.) и рекомендованы к освоению для серийного производства. На новые пробиотические продукты разработана техническая документация (ТУ 9222–015–97903051–2014 «Пробиотические продукты, обогащенные селеном»).
Новизна работы подтверждена патентом РФ № 2542123 «Способ получения полифункциональной добавки для обогащения селеном пищевых продуктов».

Внесение в состав нормализованной молочной смеси СЗД и СКД стимулирует процессы кислотонакопления и сокращает период сквашивания и формирования сгустка в среднем с 6 до 4-5 ч. Полученные добавки обеспечивают возможность дозированного обогащения селеном пробиотических продуктов, проявляют функционально-корректирующие свойства в комбинированных биополимерных системах на основе молочного сырья и могут быть использованы в качестве структурообразователей в количестве 3 % в случае коллагеновой добавки и 9 % в случае зерновой добавки.
Кормовые добавки с использованием СЗД и СКД в качестве ингредиентов рецептур апробированы в рационах поросят-отъемышей при переходе от молочного кормления к сухому на участке производства свинины на базе КФХ «Родничок» (Измайловский р-н, Липецкая обл.).
Установлено, что их применение увеличивает абсолютный прирост на 3,9 (±0,40%) кг или 17 % и 4,4 (±0,40%) кг или 19,2 % и прибыль на 413,7р. и 623,9 руб. за голову соответственно.