Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 12
1.1 Проблема селендефицитных состояний населения и пути их алиментарной коррекции 12
1.1.1 Современные представления о физиологии и путях метаболизма селена в организме человека 12
1.1.2 Вопросы гигиенического нормирования содержания селена в рационах. 21
1.1.3 Анализ современных биотехнологий коррекции селендефицитных состояний 24
1.2 Пробиотические продукты как динамично развивающийся сегмент рынка функционального питания 30
1.3 Опыт и тенденции применения функциональных добавок в технологии структурированных пробиотических продуктов 36
1.3.1 Коллагенсодержащие ингредиенты в технологии молочных продуктов 39
1.3.2 Подходы к получению биоактивированного растительного сырья и тенденции его применения в производстве пробиотических продуктов 44
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований 54
2.1 Организация и объекты исследований 54
2.2 Методы исследований]
2.2.1 Общепринятые стандартные методики исследований 58
2.2.2 Инструментальные методы исследований 62
2.2.3 Биологические методы исследований in vivo 75
2.2.4 Статистическая обработка результатов экспериментов 77
ГЛАВА 3. Получение и исследование свойств селенсодержащей коллагеновой добавки 78
3.1 Обоснование условий получения функциональных биомодифицированных коллагеновых субстанций 78
3.2 Изучение условий модификации препаратами селена дисперсных систем на основе продуктов гидролиза коллагеновых белков 93
3.2.1 Спектральные свойства коллагенсодержащих дисперсных систем 94
3.2.2 Влияние соединений селена на колебательные спектры продуктов биомодификации коллагена 97
3.3 Технология производства и комплексная оценка свойств селенсодержащей коллагеновой добавки 107
ГЛАВА 4. Получение биоактивированных растительных комплексов путем проращивания зерна пшеницы с источниками селена и исследование их свойств 116
4.1 Влияние источников селена на микрофенологические фазы и на сенсорометрические характеристики процессов набухания и прорастания зерна пшеницы 117
4.2 Влияние источников селена на гидролитические ферментные комплексы и антиоксидантную систему зерна пшеницы при прорастании 127
4.3 Гистохимическая идентификация и морфометрическая оценка компонентов белково-углеводного комплекса зерна пшеницы при прорастании с источниками селена 140
4.4 Технология производства, комплексная оценка состава и свойств селенсодержащих злаковых добавок 145
ГЛАВА 5. Разработка рекомендаций по применению селенсодержащих добавок в технологи пробиотических продуктов и кормовых рационах 154
5.1 Оценка биологической безопасности и эффективности применения селенсодержащих добавок в опытах in vivo 157
5.2 Изучение влияния селенсодержащих добавок на процесс сквашивания и синерезис молочного сгустка 161
5.3 Обоснование рецептурно-компонентного состава и разработка технологической схемы производства обогащенных селеном пробиотических продуктов 167
5.4 Описание аппаратурно-технологической схемы производства пробиотических продуктов 175
5.5 Оценка состава, свойств и хранимоспособности обогащенных селеном пробиотических продуктов 177
5.6 Оценка экономической эффективности производства обогащенных селеном пробиотических продуктов 186
5.7 Использование кормовых пробиотических добавок в промышленной технологии производства свинины: зоотехнические и экономические показатели 190
Выводы 195
Принятые обозначения и сокращения 197
Список использованных источников
- Пробиотические продукты как динамично развивающийся сегмент рынка функционального питания
- Общепринятые стандартные методики исследований
- Влияние соединений селена на колебательные спектры продуктов биомодификации коллагена
- Влияние источников селена на гидролитические ферментные комплексы и антиоксидантную систему зерна пшеницы при прорастании
Введение к работе
Актуальность работы
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.
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. Другим перспективным
направлением является использование источников селена как экзогенного стимулирующего фактора при проращивании злаковых культур.
В структуре рынка функциональных продуктов динамично развивается сектор пробиотических продуктов (ПП), в связи с чем актуальным направлением является разработка рецептур и совершенствование технологии ПП, обогащенных селенсодержащими добавками. Пробиотики также положительно зарекомендовали себя в животноводстве для лечения и профилактики инфекционных заболеваний и дисбактериозов, повышения резистентности и иммунитета. Анализ перспективных технологических тенденций развития АПК характеризует их как альтернативу антибиотикам. Применение кормовых пробиотиков открывает принципиально новые пути повышения качества и безопасности животноводческой продукции.
Работа выполнена в рамках госбюджетной НИР кафедры технологии
переработки животноводческой продукции ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ
«Разработка инновационных технологических процессов производства и
переработки сельскохозяйственного сырья, оценка качества и безопасности продовольственных товаров и объектов окружающей среды», поддержана Фондом развития малых форм предприятия в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.» «Разработка биотехнологии обогащения селеном молокосодержащих продуктов» (гос. контракт № 748ГУ1/2013 вн. № 0000289 от 27.10.2013).
Степень разработанности проблемы
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.
Обладая низкой биодоступностью (на уровне 20-30 %), селениты и селенаты
все реже применяются в ветеринарии, медицине, в отраслях пищевой
промышленности. В последние годы разработаны и апробированы для
практического применения менее токсичные органические соединения селена:
селенофилы, дрожжевой селен, селенопиран, 4,4-ди[3(5-метилпиразолил]селенид
(ДМДПС). В работах С.В. Шабунина, Ю.П. Балыма, В.И. Беляева,
С.М. Сулейманова установлено положительное влияние ДМДПС в форме инъекций на гомеостаз сельскохозяйственных животных, пушных зверей, привесы молодняка.
В ряде работ (Л.А Неминущей, Т.А. 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 экологически безопасных эффективных препаратов, к которым относятся пробиотики, пребиотики и синбиотики. Таким образом, анализ источников научно-3
технической литературы свидетельствует об актуальности проблемы разработки и использования в животноводстве пробиотиков, обогащенных селеном.
Цель работы: научное обоснование и практическая реализация биотехнологических способов получения селенсодержащих белковых и белково-углеводных добавок, а также их использование в технологии пробиотических продуктов и кормовых добавок.
Задачи:
выбор источников и способов получения модифицированных селеном белковых и белково-углеводных добавок;
обоснование условий получения и модификации селеном гидролизата коллагеновых белков;
исследование функционально- технологических свойств и показателей биобезопасности селенсодержащих коллагеновых добавок;
исследование закономерностей биохимических процессов при прорастании зерна пшеницы с источниками селена;
комплексная оценка свойств и показателей безопасности биоактивированных растительных комплексов;
- обоснование условий применения новых пищевых источников селена в
технологии пробиотических продуктов и кормовых добавок;
- оценка экономической эффективности предлагаемых технологических
решений.
Положения, выносимые на защиту
Условия биомодификации смеси жилок, сухожилий, фасций крупного рогатого скота ферментным препаратом «коллагеназа пищевая», обеспечичивающие сорбционную емкость в отношении 4,4-ди[3(5-метилпиразолил]селенида (ДМДПС) и свойства гидроколлоидов в пищевых системах на молочной основе.
Спектральные, сорбционные, функционально-технологические свойства, показатели биобезопасности модифицированных (ДМДПС) коллагеновых белковых добавок.
Условия получения и свойства биоактивированных растительных белково-углеводных добавок, полученных при проращивании зерна в растворе ДМДПС.
Закономерности влияния новых селеносодержащих белковых и белково-углеводных добавок на процессы сквашивания, формирования молочного сгустка и его синерезис в технологии обогащенных селеном ПП.
Научная новизна
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 Na2Se03 (рН=5) > ДМДПС > Na2Se03 (рН=10). Показано, что при взаимодействии селеновых препаратов с коллагеном не происходит изменения конформаций его молекул.
Получены сенсорометрические характеристики зерна пшеницы при набухании и прорастании в течение 24 часов. Установлены особенности изменения состава равновесной газовой фазы над пробами зерна пшеницы при замачивании и проращивании с неорганическим селеном (селенит натрия) и органическим (ДМДПС) источниками селена.
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.
Практическая значимость работы. Предложены модифицированные
технологические схемы производства СЗД и СКД с использованием в качестве источника селена ДМДПС, а также производства ПП 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.
Модифицированные технологии ПП прошли промышленную апробацию в условиях молочного производства ООО «Плодовка», г. Россошь Воронежской обл., по результатам которой рекомендованы к освоению для серийного производства. На новые ПП разработана техническая документация (ТУ 9222–015–00412814–2014 «Продукты пробиотические, обогащенные селеном»).
Апробация кормовых добавок с использованием СЗД и СКД в качестве ингредиентов рецептур в рационах поросят-отъемышей при переходе от молочного кормления к сухому подтвердила их положительное влияние на основные зоотехнические и экономические показатели участка производства свинины на базе КФХ «Родничок» (Измайловский р-н, Липецкая обл.)
Новизна работы подтверждена патентом РФ № 2542123 «Способ получения полифункциональной добавки для обогащения селеном пищевых продуктов».
Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности.
Диссертация соответствует п. 2, 3, 7, 8 паспорта специальности 03.01.06 -Биотехнология (в том числе бионанотехнологии).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной
работы были доложены и обсуждены в период 2011-2014 гг. на международных
научных и научно-практических конференциях: Астана (2011, 2013); Москва (2011,
2013); Переяслав-Хмельницкий (2012); Висбаден (2012 Роан (2012); Будапешт,
Геделе (2013); Воронеж (2013); Казань (2012); Иордания, Акаба (2014);
всероссийских конференциях: Москва (2012, 2013); Красноярск (2012),
региональных: Воронеж (2011, 2012, 2013, 2014);
Соискатель является лауреатом следующих конкурсов: Всероссийского
конкурса научно-исследовательских работ молодых ученых «Эврика»
(Новочеркасск, 2009); областного межвузовского конкурса инновационных проектов "Кубок инноваций" (Воронеж, 2013); полуфиналистом Всероссийского конкурса «Зворыкинская премия» (Москва, 2013).
Разработки удостоены золотой медали научно-технической выставки «ВоронежАГРО-2012», дипломами выставок «Агросезон-2013»; «Агросезон-2015»,
а также вошли в справочник «Инновационные разработки вузов РФ в сфере АПК» (Белгород, 2013).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 работ, из них 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ; 6 – в зарубежных изданиях, из них 1 в базе данных SCOPUS, 16 статей в научно-технических журналах и материалах конференций, 4 тезиса докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников, списка сокращений и приложений. Основное содержание работы изложено на __ страницах, включая _ таблиц и __ рисунка. Список литературы включает __ источников российских и зарубежных авторов.
Пробиотические продукты как динамично развивающийся сегмент рынка функционального питания
Специфика питания большей части населения развитых стран состоит в значительном преобладании рафинированных и технологически обработанных продуктов, как правило, дефицитных по эссенциальным факторам питания [20; 58; 190; 219; 257; 258]. С учетом роли неблагоприятных факторов внешней среды в формировании воздействий стрессового характера на живые системы, в том числе организм человека, в последнее время возрастает роль защитных факторов в питании для обеспечения надежности биологических систем. К их числу относятся компоненты пищи, обеспечивающие работу механизма гомеостаза путем поддержания окислительно-антиоксидантного баланса [16; 21; 244; 255; 263; 267; 265].
Установлено, что нарушение баланса микроэлементов в окружающей среде оказывает прямое влияние на физиологические функции всех органов и тканей организма, при этом как недостаток, так и избыток поступающих в организм микроэлементов запускает адаптационные механизмы, связанные с синтезом и метаболизмом гормонов и ферментов, продуцируемых железами внутренней и внешней секреции [69; 169; 184; 255; 260; 273].
Открытый в 1817 г. Дж. Я. Берцелиусом (Швеция) микроэлемент селен в 1957 г. впервые позиционирован как жизненно необходимый [26; 188]. Однако из-за отсутствия достоверной информации о механизмах действия соединений селена в организме человека к эссенциальным микроэлементам селен был причислен лишь 30 лет назад. В последнее десятилетие наблюдается прогрессирующий рост количества и качества научных публикаций в зарубежных и отечественных изданиях, резюмирующих значимость селена для здоровья человека. По данным, зафиксированным на сегодняшний день [256; 259; 276] в научно-технической литературе, биологические воздействия селена на организм человека реализуются путем экспрессии 30 селенпротеинов, имеющих в активном центре селенцистеин (Sec). Синтез этих белков кодируется двадцатью пятью соответствующими генами [264; 266]. Большая часть селенпротеинов имеет в организме четко детерминированные функции, к которым авторы [189] причисляют «участие в поддержании окислительного баланса клетки – глутатионпероксидаза; ингибирование апоптоза и регуляцию клеточного роста; превращение Т4 в реверсивный или активный Т3-дейодиназы 1-го и 2-го классов».
По мнению авторов [257], в качестве антиоксиданта непрямого действия селен выступает фактором, обеспечивающим многочисленные физиологические функции клетки: - участие в цикле Кребса при акте катализа в окислительных процессах с -кетоглутаровой и пировиноградной кислотами; - влияние на активность неспецифических фосфатаз и АТФ-азы в процессах фосфорилирования. Особо следует отметить участие селена в работе окислительно-восстановительной системы клеточных мембран.
Образование свободных радикалов относится к одному из универсальных механизмов, сопровождающих процесс жизнедеятельности биообъектов [240; 248; 245]. Процессы окисления биомолекул с образованием свободных радикалов, локализованных в межклеточном тканевом пространстве, рассматриваются авторами [61; 247] в качестве обязательного метаболического звена в ряде биохимических реакций, таких как окислительное фосфорилирование, биосинтез простагландинов и нуклеиновых кислот, механизмах иммунной защиты. В качестве нейромедиатора оксид азота выступает фактором регуляции кровотока. Свободные радикалы являются продуктом перекисного окисления жирных кислот, имеющих в составе ненасыщенные связи, и участвуют в регуляции свойств биомембран.
Негативная роль процессов свободнорадикального окисления состоит в том, что они выступают патофизиологическим индикатором разнообразных патофизиологических состояний. Это связано с ролью кислорода как уникального энергоакцептора в дыхательной цепи митохондрий для различных типов клеток, особенно для нейронов. Взаимодействуя с атомом железа, входящим в состав цитохромоксидазы при нормальном течении внутреклеточных биохимических реакций, молекулы кислорода превращаются в молекулы воды в результате четырехэлектронного восстановления. Однако патологические отклонения клеточных энергообразующих процессов от нормы за счет неполного восстановления кислорода приводят к образованию высокореакционноспособных, а потому токсичных свободных радикалов или продуктов, способных к их генерации.
Основной биологической ролью селена является его участие в синтезе и регуляции активности антиоксидантных содержащих селен ферментов и других селенопротеинов, защищающих клетки от повреждающего воздействия свободных радикалов. Выявлена обратная корреляция между уровнем селена в крови и частотой развития онкологических заболеваний и смертности [26; 69; 180; 257; 258].
При этом авторы [274] усматривают взаимосвязь между противораковой эффективностью диет, обогащенных селеном в той или иной форме, и биологическими функциями в организме содержащих селен ферментов. К последним авторы [279] относят: «влияние на оксидантный стресс, иммунную функцию».
В соответствии с подходом к делению факторов риска недостаточности антиоксиданной защиты на функциональные и алиментарные (рисунок 1.1), в последние годы окислительный стресс рассматривается также как один из наиболее значимых факторов патогенеза нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и другие типы деменций, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, эпилепсия и рассеянный склероз [48; 287]. Разнообразие клеточных процессов, обусловленных поступлением в организм селенсодержащих соединений, зависит от дозировки и химической формы микроэлемента [26; 287].
Общепринятые стандартные методики исследований
В работе использован комплекс современных инструментальных методов исследований: ИК- спектроскопии, атомно-абсорбционной спектроскопии и другие. Далее приведены основные методы исследований, использованных в работе, которые позволили получить наиболее существенные выводы. Молекулярно-массовое распределение фракций биомодифицированных коллагеновых белков и белков злаковых культур при проращивании Электрофорез белков проводили по методу Лэммли в блоках полиакриламидного геля на приборе для SDS-электрофореза Mini-PROTEAN II Electrophoretic Cell (США) [162].
Принцип электрофоретического разделения белковых фракций основан на свойстве заряженных молекул белка перемещаться в электрическом поле, при этом скорость их перемещения пропорциональна их молекулярной массе и суммарному заряду. Результатом является разделение макромолекул по молекулярной массе, электрическому заряду и форме, причем данные характеристики могут учитываться как в совокупности, так и индивидуально. В качестве электродного буфера использовали трисглицин, pН 8,3, содержащий 0,1 % додецилсульфата натрия. Полимеризацию рабочего геля осуществляли в Трис-НСl буфере с рН 8,8, который содержит 0,1 % додецилсульфата натрия. Для полимеризации формирующего геля использовали Трис-НСl буфер с рН 6,8, молярной концентрацией 0,0625 моль/дм3, содержащий 0,1 % додецилсульфата натрия.
Параметры силы тока: в течение первых 30 минут – 50 мА на блок, последующие 3 ч 80 мА до достижения бромфеноловым синим конца гелевого блока
По окончании электрофореза освободившийся гель помещали в камеру для окрашивания, содержащую водный раствор Кумасси R-250 с массовой долей 0,1 % изопропанола с объемной долей 25 % и уксусной кислоты с массовой долей 10%. Обесцвечивание осуществляли в течение нескольких часов в растворе уксусной кислоты с массовой долей 10 % и изопропанола с объемной долей 15 % [111]. Массовое соотношение белковых фракций определяли путем сканирования гелевой пластины на сканере и обработкой изображения с помощью программы Adobe Photoshop CS3.
Спектральные свойства молекул нативных и модифицированных коллагеновых белков ИК-спектроскопия. При подготовке проб для ИК-спектроскопии образцы препаратов нативных и модифицированных коллагеновых белков предварительно высушивали при температуре 36 0С в течение 24 ч, после этого сорбенты тщательно растирали в агатовой ступке до получения однородного тонкого порошка и затем изготавливали таблетки с добавлением предварительно высушенного и измельченного порошка оптически чистого монокристаллического бромида калия в соотношении 0,1 мг образца – 100 мг бромида калия. ИК-спектры получали на спектрометре ИКС-29 с интегрирующей сферой в области 4000-650 см-1. Разрешение - 8 см–1, количество сканирований - 16 с Фурье-преобразованием «Vertex-70», с последующей обработкой в программе GRAMS 4/32. Флуоресценцентная спектроскопия. Данная методика использована для определения оптической плотности модифицированной коллагеновой добавки после высаливания, денатурации и модификации селеном. Принцип действия заключается в возбуждении вещества, которое поглотило энергию источника света в процессе испускания электромагнитного излучения (люминесценции). Если временной интервал между возбуждением и излучением имеет порядок 10 нс, люминесценция называется флуоресценцией [25]
Хромофоры белковых молекул делят на три класса: пептидные группы, боковые группы аминокислотных остатков, простетические группы. С позициии флуоресцентной спектроскопии интерес могут представлять только те хромофоры белковых молекул, которые проявляют себя при 230 нм и выше, в этом диапазоне поглощение пептидных групп можно не учитывать. Такими свойствами обладают фенилаланин, триптофан и тирозин, а также гистидиновый фрагмент и дисульфидный мостик цистина [195].
Использование логарифмической шкалы обусловлено большими различиями в экстинкции. Экстинкция фенилаланина гораздо меньше (около 200 М-1см-1) при 250 нм. Поэтому идентифицировать его в белках, оптическими методами почти невозможно. Поглощение триптофана значительно сильнее, чем двух других аминокислот. Однако он редко присутствует в белках в больших количествах, поэтому влияние тирозина на поглощение белка достаточно весомо и расчет ведут по тирозину.
Флуоресцентную спектроскопию используют для получения информации о конформации белков. Флуоресценция триптофана и тирозина существенно зависят от окружения (т.е. растворителя, pH, присутствия тушителя, малой молекулы или соседних групп в белке) [241].
Использовали спектрофотометр Perkin Elmer Lambda-35, предназначеный для проведения исследовательских и аналитических работ, связанных с поглощением, пропусканием, рассеянием и отражением света веществами в ультрафиолетовой и частично в узком инфракрасном диапазоне, граничащем с видимым, со следующими техническими характеристиками: жидкостная кювета; спектральный диапазон 7800 350 см-1, разрешение 0,5 см-1, регулируемое время набора статистики; соотношение Сигнал/Шум 24000/1. Область длин волн, в которой работает данный прибор, составляет 190-1100 нм. Молекулярную концентрацию тирозина (С, моль/дм3) рассчитывали по формуле: С= D/( EL), (2.1) где C – концентрация в молях; L - оптический путь, соответствует размеру кюветы 1см; E – коэффициент экстинции тирозина =1,2 103 моль-1 см-1; D – оптическая плотность. Оценка общей токсичности и биобезопасности селенсодержащих добавок Для оценки общей токсичности и биобезопасности селенсодержащих добавок применяли экспресс-методы, основанные на биотестировании проб с использованием простейших одноклеточных организмов: брюхоресничных инфузорий рода Stylonychia [54] и инфузории-туфельки рода Paramecium caudatum [22]. Метод тестирования биообъектов на стилонихиях основан на извлечении из исследуемых проб различных фракций, обладающих токсичными свойствами веществ путем экстрагирования ацетоном и водой с последующим воздействием экстрактов на брюхоресничных инфузорий.
Влияние соединений селена на колебательные спектры продуктов биомодификации коллагена
Сопоставительный анализ показывает, что использование более щадящих режимов биомодификации коллагенсодержащего сырья по сравнению с реализованными ранее [29] - исключение предварительного измельчения сырья, снижение дозировки препарата «коллагеназа пищевая» с 0,6 до 0,02 % к массе сырья обеспечивает получение продукта, молекулярно-массовое распределение полипептидных фракций в составе которого характеризуется следующим соотношением: 62 кDa – 13 %, от 80 до 100 кDa – 50 %; свыше 100 кDa – 37 %, в том числе свыше 120 кDa – 24 %. Это позволяет предположить, с одной стороны, достаточную сорбционную емкость в отношении источников селена, а, с другой, способность формировать пространственный каркас в пищевых системах на молочной основе.
Относительно высокая интенсивность линий, соответствующих фракциям полипептидов с большей молекулярной массой, в диапазоне от 82 до 134 кDa позволяет говорить о меньшем деструктивном воздействии избранных режимов жидкостных обработок (пероксидно-щелочной и ферментативной) по сравнению с известными аналогами [19; 29].
Исходя из литературных данных (А.А. Зайдес, 1968; 1972), легкие фракции состоят в основном из -компонентов, представляющих отдельные одинарные цепи первоначальной трехспиральной макромолекулы коллагена, и из -компонентов, образующихся за счет внутримолекулярного взаимодействия -компонентов. Фракции с молекулярной массой более 100 кDa представлены различными типами у-компонентов коллагена, состоящими из трех отдельных цепей и представляющими собой тримеры -компонентов.
Известно, что препараты гидроколоидов находят широкое применение в молочной промышленности при производстве творожных продуктов, творожных паст, десертных изделий, дополнительно выполняя функции структурообразователей и аналогов пищевых волокон [66; 128]. При этом положительные технологические эффекты связаны с их влагосвязывающей способностью и высокими структурообразующими свойствами. Таким образом, полученное соотношение белковых фракций по массе в составе ПБК позволяет предположить, с одной стороны, достаточную сорбционную емкость в отношении источников селена, а, с другой, способность формировать пространственный каркас в пищевых системах на молочной основе.
Для изучения условий использования дисперсных систем на основе выделенных из тканей коллагеновых белков в качестве матрицы для иммобилизации селенсодержащих препаратов, в частности, 4-ди[3(5) метилпиразолил]селенида, нами исследованы особенности микроструктуры, спектральные характеристики и сорбционные свойства образцов коллагеновых субстанций. Для получения общего представления о структурной организации исходной коллагеновой дисперсии проводили ее микроскопирование на люминисцентном микроскопе «Люмам 42» (Россия) при окрашивании спиртовым красителем эозином, придающим эозинофильным структурам красно-розовую окраску (рисунок 3.11).
Гомогенность дисперсии визуально оценивается по однородности окрашивания. Окраска объекта относительно неоднородна, так как он имеет волокнистую структуру, что свидетельствует о многоуровневой организации объекта и позволяет предположить его потенциальные возможности в качестве матрицы для иммобилизации разного рода биологически активных веществ, в частности, селена.
В качестве объектов исследования использовали ПБК, полученный в соответствии с режимами, приведенными на рисунке 3.4, путем последовательной пероксидно-щелочной и ферментативной обработки жилок и сухожилий, выделяемых при жиловке говядины в колбасном и консервном производствах, а также после воздействия на исходную дисперсию физико-химических факторов: денатурации, высаливания, внесения органического соединения селена [197].
В качестве источника селена использовали раствор ДМДПС с массовой долей 0,017 %, содержащий 500 мкг селена в 1 см3. Это препарат антиоксидантного действия, содержащий органическую форму селена [184].
ДМДПС – препарат 4 класса токсичности (малоопасные), менее токсичен, чем селенит натрия, относящийся к 1 классу токсичности (чрезвычайно опасные) по ГОСТ 12.1.007-76. Препарат относится к соединениям, где валентность селена равна 2. Препарат, кроме антиоксидантных свойств, через пиразолиловое кольцо (в своей структуре) обладает выраженным действием на ферментные системы человека и животных, отвечающие за формирование иммунитета.
Интенсивность флуоресценции ПБК определяли на флуоресцентном спектрофотометре Perkin Elmer Lambda-35 при заданных параметрах: возбуждение 260, щель 6 нм, усиление 10 max.
На рисунке 3.12 изображены зависимости интенсивности поглощения ПБК от длины волны. Нумерация кривых соответствует следующим образцам: 1 – ПБК с ДМДПС (10 мкл), 2 - ПБК при высаливании (раствор NaCl молярной концентрацией 0,1 моль/дм3), 3 – исходный ПБК, 4 – ПБК при денатурации в условиях нагрева на водяной бане при 95 оС в течение 10 мин, 5 – ДМДПС. Интенсивность поглощения исходного ПБК составляет около 700 относительных единиц при длине волны 125 нм (кривая 3). После денатурации данного образца этот показатель снижается и составляет 455 при длине волны 100 нм (кривая 4). Высаливание незначительно влияет на интенсивность поглощения ПБК (кривая 2) по сравнению с исходным образцом (кривая 3). 900
Интенсивность поглощения различных образцов ПБК. Обозначения кривых приведены в тексте и соответствуют таблице 3.4 Как видно из графика (кривая 5), раствор ДМДПС является слабым хромофором. При внесении в ПБК 10 мкл ДМДПС интенсивность резко возрастает почти до 780 (кривая 1). Оптические характеристики образцов с приведенной концентрацией коллагена 0,610-3 моль/см3 представлены в таблице 3.4.
Из данных, представленных в таблице 3.4, видно, что образец дисперсии с ДМДПС имеет промежуточное значение оптической плотности по сравнению с образцами, воздействие на которые в большей или меньшей степени влияет на нативную структуру коллагена (денатурация, высаливание). Условия денатурации и высаливания аналогичны соответствующим образцам на рисунке 3.12.
Влияние источников селена на гидролитические ферментные комплексы и антиоксидантную систему зерна пшеницы при прорастании
Специфика современного питания большей части населения развитых стран состоит в значительном преобладании рафинированных и подвергнутых технологической обработке продуктов, которые лишены нативных биологически активных компонентов, в том числе тех, которые формируют систему антиоксидантной защиты организма. Роль агропромышленных кластеров, в развитии отечественной экономики, отмечена в документах государственного уровня, включая Доктрину продовольственной безопасности РФ. Одним из перспективных направлений развития переработки сельскохозяйственной продукции является создание пробиотических продуктов на молочной основе [246]. Воронежская область не только входит в перечень регионов с дефицитом селена, но и позиционируется как «Молочный Край», который снабжает молоком и соседние регионы [32; 33; 34]. Поэтому корректировать селеновый статус населения целесообразно путем разработки инновационных продуктов, по ценовому сегменту доступных различным социальным категориям потребителей. К таким продуктам потенциально относятся пробиотические продукты (ПП), в том числе обогащенные селеном за счет использования функциональных селенсодержащих добавок [40]. Обоснование рекомендаций по их использованию в технологии ПП позволит внести вклад в реализацию государственной программы здорового питания населения за счет расширения ассортимента функциональных продуктов, обладающих биологической активностью и выраженным физиологическим эффектом; разработать продукты, обладающие защитными и антиоксидантными свойствами [33].
Естественная антиоксидантная система организма представляет собой совокупную иерархию защитных механизмов клеток, тканей, органов и систем, направленных на сохранение и поддержание в пределах нормы реакций организма, в том числе в условиях ишемии и стресса. Сохранение окислительно-антиоксидантного равновесия, являющегося важнейшим механизмом гомеостаза живых систем, реализуется как в жидких средах организма (кровь, лимфа, межклеточная и внутриклеточная жидкость), так и в структурных элементах клетки, прежде всего, в плазматических, эндоплазматических и митохондриальных, клеточных мембранах [48, 187].
При разработке продуктов питания, направленных на стабилизацию антиоксидантного статуса организма, необходимо учитывать особенности пищевого поведения, потребительские, вкусовые предпочтения конкретных групп населения.
Угроза демографичесекого кризиса, тенденция к снижению доли трудоспособного населения делают актуальным обоснование подходов к расширению ассортимента обогащенных селеном продуктов питания широкого потребительского спроса, востребованных детерминированными группами населения.
Важным составляющим звеном в обозначенном направлении является изучение фактического питания различных групп населения, реализация которого позволяет дать прогнозные оценки вероятности развития неблагоприятных эффектов в состоянии здоровья, обусловленных фактором питания.
В качестве социальнозначимой группы, непосредственно выступающей фактором, формирующим демографическую ситуацию, выбраны беременные женщины. С учетом приоритетных направлений государственной политики в области питания были анкетированы беременные женщины в рамках реализации мероприятий административно-территориальной системы медико-профилактической и реабилитационной помощи беременным и женщинам репродуктивного возраста. При проведении мониторинга решались различные задачи, в том числе сбор достоверной и объективной информации о качестве и безопасности пищевой продукции, структуре питания и состоянии здоровья населения в связи с условиями и качеством питания с формированием соответствующих информационных банков данных.
Репрезентативная выборка потенциальных потребителей обогащенных селеном продуктов была составлена из пациенток женской консультации № 2 города Елец Липецкой области – беременных женщин в возрасте 23-28 лет [46].
Для анализа и прогнозирования потребительского спроса на определенные ассортиментные группы продуктов, обогащенных селеном, использован анкетно-опросный метод. Для выявления перспектвных подходов к расширению ассортимента продуктов широкого потребительского спроса, обогащенных селеном, использованы классические аналитические методы анализа и синтеза [90]. На основе анкетно-опросного метода выявлены мотивации потребителей при выборе продукта. Установлено, что приоритетность информации убывает в следующем ряду: вкусовые достоинства, пищевая ценность, состав, торговая марка, советы знакомых. У большинства женщин приоритетом в выборе продукта являются вкусовые характеристики (43 %), затем пищевая ценность – 23 %, и только потом состав – 15 %.
Полученные нами данные по потребительским предпочтениям в отношении обогащенных молочных продуктов согласуются с результатами маркетингового исследования рынка комбинированных молочных продуктов г. Орла [191].
Приоритетный спрос характерен для творожных продуктов и кисломолочных напитков (в сумме 61% от этого сегмента потребительского рынка). Значительно уступают по популярности сырные и аналоговые продукты, при этом среди причин фигурирует высокая стоимость.
Таким образом, ассортиментные группы пробиотических продуктов могут быть выбраны для обогащения биодоступным источником селена, в связи с чем актуальны разработка и применение его новых пищевых форм, совместимых по функционально-технологическим свойствам с пищевыми системами на основе молока.