Морфофункциональный статус экспериментальных животных при скармливании пищевых волокон масличных культур Проскурня Марина Алексеевна

Содержание к диссертации

Введение

I Физиологическое обоснование потребления пищевых волокон

1.1 Эффективность физиологического влияния пищевых волокон на организм животных

1.2 Сырьевые источники пищевых волокон, их строение и свойства .. 20

1.3 Использование пищевых волокон при производстве комбинированных молочных продуктов

II Материал и методика исследований

2.1 Организация исследований 42

2.2 Методы 45 исследований

III Результаты исследований

3.1 Состав и особенности строения пищевых волокон масличных культур сибирской селекции

3.1.1 Фракционный состав углеводов пищевых волокон 55

3.1.2 Химический состав и питательность пищевых волокон 60

3.1.3 Экологическая безопасность пищевых волокон 62

3.2 Эффективность физиологического влияния пищевых волокон масличных культур на организм животных

3.2.1 Влияние пищевых волокон на рост и развитие экспериментальных животных

3.2.2 Влияние пищевых волокон на морфометрические показатели внутренних органов и транзит пищи по желудочно-кишечному тракту

3.3 Обмен минеральных веществ в организме животных при скармливании пищевых волокон

3.3.1 Влияние пищевых волокон на усвоение макроэлементов и микроэлементов в желудочно-кишечном тракте мышей

2 Эффективность выведения приоритетных токсикантов и радионуклидов из организма экспериментальных животных

Воздействие пищевых волокон на морфологические и 100 биохимические показатели крови животных

1 Факторы неспецифической защиты в организме животных 102

2 Состояние дыхательной функции крови подопытных животных... 106

3 Состояние метаболизма экспериментальных животных

Производственная апробация

Физико-химические и органолептические свойства кефирного напитка с пищевыми волокнами 116

Физико-химические и органолептические свойства сливочного масла 121 с пищевыми волокнами

Экономическая эффективность использования пищевых волокон 124 при производстве комбинированных молочных продуктов

Обсуждение результатов исследований 127

Выводы 139

Практические рекомендации 140

Библиографический список 141

Приложения

• Эффективность физиологического влияния пищевых волокон на организм животных
• Сырьевые источники пищевых волокон, их строение и свойства
• Организация исследований
• Фракционный состав углеводов пищевых волокон

Введение к работе

Резкое снижение количества пищевых волокон в рационе человека обусловлено индустриальной революцией, определившей массовое производство рафинированных продуктов питания. Однако такой тип питания сложился лишь на современном эволюционном этапе, по времени не сопоставимом со всей эволюцией человека. Сокращение использования в питании продуктов, содержащих клетчатку в количествах, необходимых для удовлетворения функциональных потребностей организма обусловило рост ряда заболеваний желудочно-кишечного тракта (Дудкин М.С.,1988; Геллер Б.Э., 1995; Иванова Е.А., 2000; Донская Г.А., Кулик М.В., 2007).

Постоянное воздействие на организм неадекватных химических, биологических и других факторов отдельно, а чаще в различных сочетаниях, приводит к стрессовому снижению резистентности, которое проявляется в многообразных нарушениях интеграции всех процессов в организме, деятельности отдельных систем и органов, в развитии отдельных аллергических реакций (Меерсон Ф.З., 1978, 1981, 1986; Ершов Ю.А., Плетнева Т.В., 1989; Алиев А.А., 1997; Смирнов В.М., 2001; Фомин Н.А., 2003).

Территория Курганской области относится к ареалу с высокой экологической напряженностью. Факторы экологической напряженности обусловлены: во-первых, фоновой уязвимостью экосистем территории по отношению к антропогенным воздействиям; во-вторых, близостью мощной южно-уральской промышленной агломерации, и преобладанием восточных и северо-восточных направлений распространения данных эмиссий как водным, так и аэрогенным путем. Следствием этого процесса является загрязнение окружающей среды опасными химическими элементами. Аккумулируясь в растениях и микроорганизмах, они по трофическим цепям попадают в организм животных, что может стать причиной их накопления в продукции животноводства и, как следствие, пищевых токсикозов у человека

(Бурлакова Л.В., 2003, 2006). Это способствует снижению иммунитета, распространению хронических неинфекционных заболеваний, вызывающих преждевременное старение и разрушение организма.

Таким образом, проблема коррекции состояний дезадаптации и декомпенсации живых организмов при потреблении рафинированных продуктов питания включает следующие аспекты: профилактика неадекватных воздействий факторов питания, с одной стороны, и использование грубоволокнистых составляющих компонентов рациона питания с целью восстановления адаптационных возможностей организма -с другой.

Перспективным направлением в решении проблемы является использование пищевых волокон (ПВ) как факторов, улучшающих состояние систем, занятых биотрансформацией, детоксикацией и нормализующих метаболические процессы.

Пищевые волокна, благодаря водоудерживающей способности, ионообменным и комплексообразующим свойствам, ускоряют прохождение пищи по желудочно-кишечному тракту, уменьшают концентрацию и время воздействия вредных веществ, предупреждают всасывание различных токсинов, в частности, ионов тяжелых металлов и радионуклидов в организме (Донская Г.А., Кулик М.В., 2007).

Поэтому возникла актуальная проблема поиска и изучения доступных и недорогих источников пищевых волокон.

Источники получения пищевых волокон разнообразны и варьируют в зависимости от климатических особенностей регионов. Для Зауралья и Западной Сибири наиболее доступными источниками пищевых волокон являются жмыхи масличных культур сибирской селекции, как вторичные продукты переработки семян масличных культур при производстве растительных масел.

В связи с вышеизложенным, выделение пищевых волокон из жмыхов масличных культур сибирской селекции и исследование их влияния на

морфофункциональный статус организма экспериментальных животных является особенно актуальным и имеет важное теоретическое и практическое значение.

Цель исследования: физиологическое обоснование использования пищевых волокон масличных культур сибирской селекции как фактора, обеспечивающего повышение морфофункционального статуса организма экспериментальных животных. В соответствии с поставленной целью определены задачи исследования:

исследовать воздействие пищевых волокон на рост и развитие экспериментальных животных;

определить влияние пищевых волокон на пассаж- пищи по желудочно-кишечному тракту, морфофункциональное состояние органов пищеварения, усвоение макро- и микроэлементов,в желудочно-кишечном тракте мышей;

изучить эффективность сорбции и выведения экотоксикантов из организма мышей при скармливании пищевых волокон;

проанализировать воздействие пищевых волокон на морфологические и биохимические показатели крови экспериментальных животных.

Научная новизна исследования. Впервые установлена эффективность физиологического воздействия пищевых волокон масличных культур (подсолнечных, рыжиковых, льняных, сурепных, рапсовых) на интенсивность роста и развития животных; нормализацию функционирования желудочно-кишечного тракта, что подтверждается ускорением пассажа пищи путём повышения влагоёмкости кала и уменьшением времени воздействия вредных веществ на слизистую оболочку кишечника; активность дыхательной функции крови, путём увеличения концентрации гемоглобина и цветного показателя. Корреляционный анализ показал, что избирательные сорбционные свойства и степень выведения экотоксикантов из организма зависят от наличия функциональных групп, а именно, карбоксильных групп, содержащихся в пектине, фенольных групп,

содержащихся в лигнине и гидроксильных групп, содержащихся в целлюлозе и гемицеллюлозе.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований расширяют современные представления о влиянии пищевых волокон на моторно-эвакуационную функцию желудочно-кишечного тракта экспериментальных животных. Установлена физиологическая эффективность пищевых волокон масличных культур, которая определяется фракционным составом и соотношением структурных углеводов.

Полученные данные могут быть использованы специалистами в области экологии с целью снижения негативного воздействия токсичных веществ на живой организм, а также технологами и диетологами при разработке новых рецептур комбинированных пищевых продуктов.

Проведена производственная апробация пищевых волокон масличных культур в молочной промышленности на предприятии ООО «Юргамышское молоко». Дано экономическое обоснование использования пищевых волокон при производстве комбинированных молочных продуктов.

Результаты исследований использованы при организации образовательного процесса на кафедре зоогигиены и морфологии сельскохозяйственных животных в курсе физиологии для студентов специальности 110401 - «зоотехния» в Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т.С. Мальцева.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Пищевые волокна масличных культур способствуют росту и развитию молодняка мышей; нормализуют функционирование желудочно-кишечного тракта, активизируя моторную функцию кишечника и ускоряя пассаж пищи; улучшают биохимические показатели крови экспериментальных животных.

2. Степень сорбции и характер выведения экотоксикантов из организма животных определяется фракционным составом пищевых волокон масличных культур.

Апробация работы. Основные положения научно-исследовательской работы доложены и получили положительную оценку на Всероссийской научно-практической конференции «Инновации молодых ученых -сельскому хозяйству» (Москва, 2005); Международной научно-практической конференции «Сто лет сибирской маслодельной кооперации» (Курган 2007); Межрегиональной научно-практической конференции «Адаптация, здоровье и продуктивность животных» (Новосибирск, 2008); Второй Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам окружающей среды» (Челябинск, 2008).

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 в ведущих научных журналах, вошедших в перечень ВАК РФ. Получен патент, регистрационный номер 2005126284/029510, 2005 г.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методики исследований, собственных результатов и их обсуждения, производственной апробации, выводов, списка литературы и приложений. Материал изложен на 159 страницах машинописного текста, содержит 44 таблицы, 17 рисунков. Список использованных источников включает 170 наименований, в том числе иностранных - 25.

1 ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Физиологическое влияние пищевых волокон на организм

животных

В последнее десятилетие интенсивно обсуждается вопрос о физиологическом влиянии ПВ на живой организм с целью их эффективного использования при производстве комбинированных продуктов функционального назначения (Шадрин М.А., Гаврилова Н.Б., 2007; Донская Г.А., Кулик М.В., 2007; Непомящая И.С., Силантьева Л.А., 2007).

Известно, что ПВ устойчивы к гидролизу пищеварительными ферментами, но различные их компоненты не обнаруживаются в кале, так как подвергаются воздействию кишечных бактерий. Пектин разрушается полностью, такова же участь большей части ГМЦ, составляющих значительную долю ПВ злаковых. Только лигнин и в меньшей степени целлюлоза резистентны к бактериальному воздействию и переходят в фекалии.

Проведены сравнительные исследования ферментации ПВ в желудочно-кишечном тракте человека и около 40 видов домашних, лабораторных и диких животных, а также относительной способности исследованных видов использовать продукты переваривания ПВ.

Имеется три важнейших продукта ферментации ПВ: летучие жирные кислоты (ацетат, пропионат, бутират), газы (углекислый газ, водород и метан) и энергия. Короткоцепочечные жирные кислоты, образующиеся при разрушении ПВ, важны для регуляции адсорбции и метаболизма в толстой кишке. Эти кислоты быстро всасываются, стимулируя одновременную адсорбцию натрия и воды, а также поступление бикарбонатов в полость кишки (контролирование кишечного рН). Бутират необходим толстокишечной слизистой для энергетического метаболизма, оказывает

эффект на синтез ДНК и образование нормальных и озлокачествленных клеток. Усвояемые полисахариды перевариваются и всасываются в верхних отделах кишечника. Некрахмальные полисахариды и лигнин проходят до слепой кишки. Лигнин экскретируется с калом неизменным. Полисахариды клеточной стенки и другие сахара ферментируются энзимами толстокишечных бактерий с образованием газов и короткоцепочных жирных кислот. Они могут адсорбироваться от слепой кишки и далее на различном протяжении. Всосавшись, летучие жирные кислоты доступны аэробному метаболизму в тканях организма и являются источником энергии.

С помощью электронной микроскопии исследовали переваривание поверхности пшеничных отрубей в различных частях желудочно-кишечного тракта крысы. В отрубях, извлеченных из желудка, отсутствовали оставшиеся после помола гранулы крахмала и содержимое вскрытых алейроновых клеток.

При изучении структуры тонкой кишки в онтогенезе у крыс показана ее перестройка: от пальцеподобных ворсинок при рождении до широких, листообразных при созревании животных. Двенадцатинедельное содержание отнятых от груди крыс на безволокнистом рационе с добавлением 10% пектина или микрокристаллической целлюлозы нарушало указанную перестройку слизистой оболочки тонкой кишки (по сравнению с животными, получавшими стандартный лабораторный рацион, содержащий 5% волокон); наименьшее влияние на вид и число ворсинок на единицу площади кишки оказывал пектин. Целлюлоза приводила к уменьшению длины тонкой кишки, а гуаровая смола - к ее увеличению. Количество ворсин на единицу площади было постоянным, однако количество крипт снижалось у крыс на диете с гуаровой смолой. У крыс, содержавшихся в течение 28 дней на диете с 10% гуаровой смолы, отмечен достоверный прирост (на 19,1%) массы слизистой оболочки тонкой кишки. Крысы, получавшие 10% цитрусового пектина, отличались от контрольных меньшей высотой складок и длиной крипт.

В экспериментах на крысах показано изменение размеров мышечных клеток кишечника в зависимости от наличия в рационе волокон, причем если пшеничные отруби увеличивали эти размеры, то овсяные отруби, наоборот, уменьшали. Введение в рацион целлюлозы сопровождалось увеличением активности кишечной лактазы и щелочной фосфатазы. В другом исследовании наибольшее изменение тонкой кишки и увеличение ее массы наблюдалось при добавлении в рацион крыс 5% пектина.

В экспериментах на крысах-самцах массой тела 50-70 г изучали влияние на экзокринную часть поджелудочной железы стандартного лабораторного корма, содержащего 60% ПВ, а также того же корма, но с добавлением одного из трех видов ПВ: 5% гуара, 10% пшеничных отрубей, 5% пектина и корма, не содержащего ПВ. После б-недельного содержания на данных кормах масса тела животных увеличилась до 300₇350 г. У животных изучали функции поджелудочной железы. ПВ не оказывали влияние на объем базальной панкреатической секреции, выделение бикарбонатов, липазы и амилазы, а также на структуру железы. Однако ПВ значительно повышали содержание ферментов в железе. Указанные эффекты различных ПВ отличались по выраженности, а частично были прямо противоположными: например, гуар снижал содержание в поджелудочной железе трипсиногена и белка. Пшеничные отруби стимулировали секрецию ферментов с поджелудочным соком. Десятидневное кормление крыс указанными ПВ приводило к увеличению массы поджелудочной железы, повышало содержание в ней белка и трипсиногена. На основании этих экспериментов полагают, что ПВ могут нарушать регуляторную обратную связь между внутриполостным трипсином и секрецией ферментов поджелудочной железой, оказывать трофический эффект на железу.

У крыс, потреблявших пищу с различными типами ПВ - 20% целлюлозы, 20% пшеничных отрубей, 5% пектина, 10% гуара - активность панкреатических ферментов либо не изменялась, либо возрастала; целлюлоза и пектин повышали активность кишечной пептидазы. Изменение

пищеварительных функций желудочно-кишечного тракта под влиянием ПВ обусловлено изменениями доступности пищи для пищеварительных ферментов и желчных кислот, вязкости кишечного содержимого, рН, морфологии пищеварительного тракта и скорости продвижения его содержимого в верхних отделах тонкой кишки.

75-суточный рацион с добавлением ПВ пшеничных отрубей в количестве 10% массы суточного потребления пищи (3 г/сут на каждую крысу) вызвал ощелачивание парамукозного слоя тощей и подвздошной кишок, увеличение числа слизеобразующих клеток и укорочение на 50-60% микроворсинок эпителиоцитов тощей кишки. ПВ яблочных вытирок (в той же дозе и в те же сроки) привели к закисленню парамукозного слоя двенадцатиперстной кишки и малозначительным изменениям структуры тонкой кишки. Микрокристаллическая целлюлоза (3 г/сут в течение 50 суток) вызвала раздражение слизистой оболочки тощей и подвздошной кишок; в микроструктуре поджелудочной железы при этом изменений не наблюдалось.

Добавление в течение 1 месяца в пищу собак пшеничных отрубей вызвало увеличение скорости секреции поджелудочного сока, выхода бикарбонатов и амилазы. Добавка в рацион отрубей не отражалась на состоянии ел илистой оболочки тонкой кишки: высота кишечных ворсинок, активность сахаразы, мальтазы и аминопептидазы оставались неизменными. Следовательно, у собак пшеничные отруби не влияют на активность ферментов кишечника, имеющих отношение к всасыванию углеводов и белков.

В опытах на крысах показано, что добавление к различным рационам ячменных отрубей снижало утилизацию белка; подобное же действие оказывал пектин, причем этот эффект не удалось компенсировать или снизить добавлением в рацион значительных количеств белка (казеина).

Рационы, содержащие 7,5% ПВ не ухудшают всасывание и желудочную экскрецию меди и цинка, что было показано в эксперименте на

крысах-отъемышах при использовании короткоживущих изотопов Си и ⁶⁹Zn. Из испытанных ПВ пектин в наибольшей степени способствовал накоплению цинка в тканях кишечника и печени (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988). В процессе усвоения пищи пектин образует нерастворимые комплексы с катионами ТМ и радионуклидов (Донская Г.А., Кулик М.В., 2007). Это приводило к существенному снижению скорости роста крыс по сравнению с контролем, а также к нарушению морфологии ворсинок эндотелия дистального участка подвздошной кишки.

Добавление к рациону пшеничных отрубей (5 - 15%) не влияло на скорость ростам крыс-отъемышей и на абсорбцию ⁴⁵Са и Zn. Размер частиц отрубей (0,2 - 3,5 мм) не влиял на обмен цинка.

У крыс, потреблявших зеленую сою, больше увеличивалась масса тела, в костях содержалось больше цинка, чем у крыс, потреблявших зрелые соевые бобы.

Задержка железа была значительно меньше у крыс, получавших рацион со спелым горохом, чем с неспелым. Задержка при питании белым хлебом с гороховой пастой была такой же, как при питании одним хлебом. Следовательно, усвояемость железа из рациона с повышенным содержанием ПВ (хлеб + горох) такова же, как из рациона с малым их количеством. Пектин (10% рациона) повышал концентрацию общего сывороточного железа и насыщение трансферрина у крыс по сравнению с животными, получавшими вместо пектина то же количество крахмала или целлюлозы. Вместе с тем, рационы взрослых крыс с 2% цитрусового пектина при низком и нормальном содержании железа не оказали влияния на всасывание и обновление ⁵⁹Fe (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Набухшие ПВ, продвигаясь по кишечнику, удаляют из него вредные химические вещества, мутагены, канцерогены, провоцирующие развитие злокачественных опухолей (Донская Г.А., Кулик М.В., 2007).

Введение в рацион ПВ злаковых приводит к увеличению массы влажного кала и пассажа пищи по желудочно-кишечному тракту. Грубые ПВ

(пшеничные и кукурузные отруби) сильнее ускоряют кишечный пассаж, чем желеподобные (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988; Донская Г.А., 2007).

В Днепропетровском медицинском институте изучены биологические свойства четырех видов ПВ различного происхождения: микрокристаллической целлюлозы, порошковой целлюлозы с диаметром частиц 0,1 — 0,2 мм, яблочного пектина и пивной дробины. Опыт осуществлен на 30 крысах-самцах линии Вистар в возрасте 2-3 месяцев с начальной массой тела 90 - 130 г, разделенных на 5 групп по 6 крыс в каждой. Контрольная группа находилась на полусинтетическом рационе, лишенном грубых видов ПВ. Остальные 4 группы животных получали в виде добавки к основному рациону один из указанных видов ПВ в количестве 10%. Такое питание животные получали в течение 70 дней, потребление воды и корма не ограничивалось.

Исследования показали, что добавка в рацион одинаковых количеств различных ПВ по-разному влияет на моторно-эвакуаторную и пищеварительную функцию кишечника, а также на состав его микрофлоры. Наибольшее ускорение пассажа пищи по желудочно-кишечному тракту отмечено при добавлении в пищу пивной дробины, она же создает условия¹ для обильного размножения микрофлоры, включая и условно-патогенную. Значительно усиливают моторно-эвакуаторную функцию кишечника оба вида целлюлозы, особенно микрокристаллическая. ПВ также неодинаково влияют на усвоение минеральных веществ в пищеварительном тракте. Наиболее выраженные потери натрия и цинка наблюдаются при добавлении в рацион пивной дробины, менее заметны потери калия и кальция при одновременном улучшении всасывания железа. При исследовании морфологических и биохимических показателей крови у всех животных заметных отклонений не установлено. Однако наблюдается снижение уровня мочевины в крови у крыс, получавших порошковую целлюлозу и пивную дробину. У животных, которым в качестве добавки вводили пивную дробину, повысилось количество лейкоцитов крови (9,7±1,4 при 4,84±0,35 в

контроле), а также увеличился уровень глюкозы в крови (3,3±0,19 против 2,46±0,11 ммоль/л) (Канищев П.А., Залевский В.И., 1989).

Вследствие своих физических свойств ПВ адсорбируют воду, уменьшают внутрикишечное давление, действуют на миоэлектрическую активность кишечника, приводя в равновесие сокращения кишечной мускулатуры. Наибольшей способностью к задержке воды обладают ГМЦ. При употреблении 1 г ПВ масса фекалий увеличивается на 6 г за счет увеличения общего количества бактерий в толстой кишке. Увеличение количества бактериальной флоры в толстой кишке при возрастании содержания ПВ в рационе является причиной того, что значительная часть азота, содержащегося в просвете кишки, используется для синтеза бактериальных белков (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988; Донская Г.А., 2007). В здоровом организме 90% всех бактерий толстого кишечника составляют бифидобактерии. Другой полезной группой являются лактобактерии. В процессе своей жизнедеятельности эти бактерии образуют органические кислоты, которые препятствуют размножению гнилостной микрофлоры в кишечнике, сдерживают развитие патогенных и условно патогенных микроорганизмов. С уменьшением количества бифидобактерии человек становится уязвимым к пищевым аллергиям, простудным заболеваниям. Это ведет к кишечным дисфункциям, нарушению минерального, белкового и жирового обмена (Донская Г.А., Кулик М.В., 2007). Экспериментальными исследованиями Института питания установлено, что пребиотические ПВ стимулируют рост бифидо- и лактобактерии. При этом изменение баланса микрофлоры кишечника за счет специфического усиления роста этих групп бактерий способствует ее нормализации. ПВ наряду с бифидогенным эффектом спосробствуют защите кишечника от патогенной микрофлоры, усилению иммуногенных свойств полезных микроорганизмов в кишечнике (Зобкова З.С., 2007). Вырабатываемые микроорганизмами ферменты, воздействуют на ПВ, способствуют образованию короткоцепочных жирных кислот, которые оказывают на эпителий толстой кишки трофическое

действие, обеспечивая энергией рост эпителия, всасывание солей и воды. При снижении количества бактерий в толстой кишке нарушается всасывание натрия и его содержание в полости кишки увеличивается в несколько раз, что может сопровождаться диареей (Непомящая И.С., Силантьева Л.А., 2007).

В Тернопольском медицинском институте изучено влияние ПВ на различные отделы желудочно-кишечного тракта путем постановки эксперимента на белых крысах. Для экспериментального изучения были отобраны ПВ из стеблей эспарцета и люцерны, ржаных и пшеничных отрубей, свекольных выжимок и микрокристаллическая целлюлоза. 88 белым беспородным крысам-самцам массой 150 - 180 г вводили указанные ПВ в количестве 10% от массы твердой части суточного рациона. Для исследований брали стенку желудка (в пределах железистой части), участки двенадцатиперстной и ободочной кишки.

У подопытных крыс выявлены неодинаковые морфологические изменения и гистохимические сдвиги при скармливании различных видов ПВ в разные сроки исследований. ПВ, получаемые из выжимок свеклы, стимулируют развитие железистого аппарата желудка, ПВ стеблей люцерны и эсперцета вначале (на протяжении 10-12 дней) вызывают стимуляцию работы бокаловидных клеток в кишечнике и деструктивные изменения в нем в более поздние сроки (через 30 дней), ПВ отрубей злаковых способствуют усилению активности ферментов в клетках фундальных желез желудка и щелочной фосфатазы в стенках мелких кровеносных сосудов слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (Шуст И.В., Звершхановский Ф.А., 1989).

ПВ оказывают влияние на уровень холестерина (Зобкова З.С., 2007).

Потребление крысами ПВ (пшеничных отрубей, пектина и целлюлозы) вместе с высокожировыми рационами привело к значительно меньшему увеличению уровня холестерина в желчи по сравнению с крысами, получавшими только высокожировой рацион; содержание фосфолипидов желчи в обеих группа было одинаковым. Трехнедельных самцов-мышей

линии ICR кормили полусинтетическим рационом, содержащим 0,5% холестерина и 0,25% холата натрия, часть животных дополнительно получала 5% вязких ПВ. У 9 из 10 мышей контрольной группы образовались холестериновые камни, а у животных, получавших дополнительно ПВ, эти камни обнаружены значительно реже (3 из 10-ти). Предупреждение холелитиаза связывают с понижением всасывания холестерина под влиянием ПВ.

Хомячки-самцы получали литогенный рацион, включавший 7% целлюлозы или 4,2% пектина. Через 50 суток на первом рационе отмечена на 60%, а на втором - на 76% меньшая частота образования желчных камней, чем на контрольном рационе. Хомячки, получавшие 50 суток контрольный рацион, в последующие 50 суток продолжали получать его же или рацион с целлюлозой или пектином. Выявлено 52%-ное увеличение случаев образования желчных камней при контрольном рационе и лишь 9%-ное повышение их образования при приеме целлюлозы. Пектин вызывал даже регрессию камнеобразования на 52% (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

ПВ оказывают влияние на углеводный и липидный обмен в организме (Зобкова З.С., 2007; Непомящая И.С., Силантьева Л.А., 2007).

На 90 белых крысах (150 - 180 г) с аллоксановым сахарным диабетом изучено влияние ПВ древесины (березы), эспарцета и микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) на показатели углеводного, липидного обмена и систему регуляции агрегатного состояния крови. Стандартный сбалансированный по основным показателям виварийный рацион животных в течение 4 недель обогащался вышеуказанными добавками в количестве 10% от массы суточного рациона. Все изученные ПВ снижали гипергликемию у экспериментальных животных по сравнению с контрольной группой крыс, однако ее снижение было наименьшим в группе животных, получавших ПВ древесины. Изученные ПВ модифицировали липидный обмен экспериментальных животных, что выражалось в снижении уровня свободного холестерина. Изменения гемостатического потенциала у

животных, получавших ПВ, в целом носили характер гипокоагуляционного сдвига, хотя и несколько отличались у разных групп животных по глубине и направленности.

Влияние ПВ на липидный обмен зависит от многих факторов: вида животных, исходного состояния, разновидностей и дозы ПВ, продолжительности их назначения, сопутствующих ингредиентов рациона и т.д. Ряд исследований посвящен изменениям всасывания и превращения липидов в тонкой кишке под влиянием ПВ.

Опыты, проведенные на крысах, получавших полноценный пищевой рацион, в состав которого включали разные виды ПВ, показали их существенное влияние на всасывание в кишечнике липидов. Продолжительное скармливание крысам пищи, содержащей люцерновую муку, целлюлозу, пектин и холестирамин, значительно тормозило всасывание холестерина и триглицеридов в кишечнике. Целлюлоза и пшеничные отруби связывали небольшие количества желчных солей и примерно 10% холестерина. Люцерновая мука связывала значительное количество холестерина - больше, чем лигнин.

Одним из ведущих механизмов, посредством которого ПВ модифицируют липидный обмен, является увеличение экскреции желчных кислот. Крысы-самцы Вистар получали полуочищенный рацион, содержащий холестерин (10 г/кг корма), в течение 4 недель, а затем 8 недель полуочищенный рацион без холестерина и ПВ или тот же рацион с пектином (50 г/кг корма). У животных, получавших пектин, уровень холестерина сыворотки крови через 4 и 6 недель был значительно ниже, чем у крыс на основном рационе без пектина. В обеих экспериментальных группах в период безхолестеринового питания эффективно понижается уровень холестерина в печени. Экскреция желчных кислот была повышена в обеих группах, особенно у крыс, получавших пектин.

Исследования индийских авторов посвящены изучению гипохолестеринемической активности ПВ, выделенных из местного

растительного сырья. В опытах на крысах, получавших рацион, вызывающий гиперхолестеринемию, показана гиполипидемическая активность индийских камедей (гуара и акации) и пектина. Выявлено также гиполипидемическое действие гидрокислотных компонентов нута у крыс самцов с гиперхолестеринемией. Из порошка семян нута выделяли пектин, фитат и таннины, которые добавляли в основной рацион животных в количестве соответственно 3 г 450 и 300 мг в течение 2 недель. Содержание указанных добавок в рационах было сходно с их количеством в 90 г семян нута. Все добавки снижали уровни холестерина и триглицеридов в сыворотке, печени, сердце и аорте, причем наибольшее снижение наблюдалось у крыс, получавших пектин. Все же самое значительное понижение уровня холестерина и триглицеридов в сыворотке и тканях отмечено у крыс, поедавших корм с цельным нутом; у них была увеличена экскреция желчных кислот с калом. Волокна, выделяемы из семенных оболочек бобовых, включали в количестве 5% в гиперхолестеринемический рацион крыс Вистар в течение 4 недель. Определение уровней липидов в плазме крови, печени и сердца показало существенное гипохолестеринемическое действие этих волокон, которое было обратно пропорционально их водоудерживающей способности и проявлялось в следующем по эффективности (нисходящим) порядке: нут, урд, маш, горох и чечевица. Очищенные в нейтральной среде ПВ незрелых бананов, по сравнению с ПВ зрелых плодов, содержат больше ГМЦ и меньше целлюлозы, лигнина и кутина. У крыс, получавших ПВ незрелых бананов в сочетании с бесхолестериновым или содержащим холестерин рационами, концентрация холестерина в крови была ниже, чем на тех же рационах, но без ПВ; снижалась также абсорбция из кишечника холестерина и глюкозы. ПВ зрелых бананов подобным действием не обладали (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988; Перковец М.В., 2007).

Таким образом, скармливание ПВ животным оказывает значительное влияние на функционирование желудочно-кишечного тракта и обмен веществ в организме.

1.2 Сырьевые источники пищевых волокон, их строение и

свойства

Термин «Пищевые волокна» указывает на волокнистую природу его основных компонентов: целлюлозы, ГМЦ, пектиновых веществ, лигнина и об их использовании в пище (Дудкин М.С., 1997; Gaxiola R.A., 2002). Он был впервые введен в научный обиход E.H.Hispley в 1953 году (Степаненко Б.Н., 1978).

Повседневная растительная пища человека содержит определенное количество ПВ, формирующих клеточные стенки растений (Southgate D. А. Т., 1978). Содержание ПВ в клеточных стенках, их состав, строение и свойства зависят от ботанических особенностей, морфологии и анатомии растительной ткани. ПВ содержится больше в одревесневших, меньше - в развивающихся частях растений. Так, например, ПВ отрубей содержатся в основном в семенных, плодовых оболочках пшеничного зерна. ПВ пленчатых культур (овес, рис, просо, сорго) сконцентрированы в цветочных пленках. Их мало в эндосперме семян и очень много в стеблях злаков и других растений (Дудкин М.С., 1984).

В зависимости от вида составной части, используемой в пище, овощные растения делят на плодовые и вегетативные. В группе плодовых (томатные, бобовые, бахчевые культуры) ПВ сконцентрированы в несеменной части растений. Их много в листьях, стеблях, поверхностных слоях зерна, семенах этих культур. К вегетативной группе овощей относят растения, съедобная часть которых содержится в клубнях, стеблях, листьях (клубнеплоды, корнеплоды, капустные, салатные, пряные лиственные овощи). Для них характерно более равномерное распределение ПВ, которые входят в состав клубней, стеблей и листьев.

ПВ входят в состав съедобной и несъедобной части фруктов, винограда, концентрируясь в клеточной стенке мякоти и кожице плода.

Значительное количество ПВ содержится в нетрадиционных для пищевой промышленности видах одревесневшего растительного сырья: побочных продуктах переработки зерна, лиственной и хвойной древесине, тростнике, травах и других сельскохозяйственных культурах. Внимание к проблеме использования ПВ нетрадиционных видов растительного сырья связано с их колоссальными ежегодно возобновляющимися за счет фотосинтеза запасами. Известно, что в растениях ежегодно образуется до 500 — 1000 млрд т целлюлозы и эквивалентное ей количество ГМЦ и лигнина (Гринберг Е.Н., 1986; Lombi Е., 2001).

Важно отметить, что сырьевыми источниками ПВ являются отходы пищевой промышленности (Степаненко Б.Н., 1978). При производстве пшеничной муки с выходом 78% на мельницах каждая тонна зерна дает до 200 кг отрубей, содержащих до 25% ПВ. При переработке зерна в крупу действующими нормативами предусмотрен ее выход от 50 до 70,5%. Остальная часть формирует побочные продукты (Гринберг Е.Н., 1986). Еще большее количество отходов: пленок, оболочек зерна, мучки, зерноотходов получается при выработке крупы из зерна риса, проса, гречихи, ячменя, овса, кукурузы (Дудкин М.С., 1980). Отруби являются одним из основных источников ПВ (Захарова Л.М., 2000).

Большое количество побочных продуктов — концентратов ПВ образуется при переработке фруктов и овощей. Так, при выработке яблочного и томатного соков они составляют 12%, фруктовых консервов из косточковых плодов - 6-12%. Ежегодно только на консервных заводах нашей страны образуется 20000-24000 т яблочных выжимок. На крупных консервных заводах, перерабатывающих зеленый горошек (Крымский, Тираспольский и др.), в сезон накапливается до 10000 т побочных продуктов (Дарманьян П.М., 1984). При переработке винограда в хозяйствах республики Узбекистан побочные продукты составляют 17000 - 20000 т. По многолетним данным ежегодно в Узбекистане накапливается около 400 - 500 тыс. т нестандартных отходов, содержащих ПВ (Демников А.П., 1986).

Значительным источником ПВ являются побочные продукты свеклосахарного производства (Дудкин М.С, Черно Н.К., 1988). Выход свекольных листьев к массе корня составляет в среднем 64%. После экстракции сахара остается свекловичный жом 55 — 90% к массе перерабатываемой свеклы (Дудкин М.С, 1980). При переработке 78,3 млн. т сахарной свеклы получено 65 млн. т свежего свекловичного жома, богатого пектином и ГМЦ (Лебедев Е.И., 1982; Геллер Б.Э., 1995).

В целом в консервной промышленности в настоящее время ежегодно перерабатывается до 3,6 млн. т овощей и значительное количество плодов. Количество растительных отходов в нашей стране в год составляет 3,6 — 4,1 млн. т. В Москве их ежегодно собирается 320-350 тыс. т (Дудкин М.С, 1980).

Таблица 1

Содержание пищевых волокон в некоторых продуктах переработки

хлебных злаков.

Результаты определения содержания ПВ в продуктах переработки зерна, плодах, овощах приведены в таблицах 1-3.

ПВ формируют одни и те же биополимеры: ГМЦ, целлюлоза, лигнин и в меньших количествах пектиновые вещества. При этом состав и строение

биополимеров традиционного и нетрадиционного пищевого растительного сырья аналогичны. Наибольшее количество ПВ содержится в грубых отрубях (43 г на 100 г сухого вещества). Наименьшее количество ПВ содержится в белой муке (3,5 г на 100 г сухого вещества) и рисе (2,7 г на 100 г сухого вещества). Среди всех компонентов ПВ в продуктах переработки хлебных злаков содержится наибольшее количество ГМЦ и составляет от 83% (овсяная крупа) до 71% (рожь). Наибольшее количество целлюлозы содержится в непросеянной муке (20%)). Наибольшее количество лигнина содержится в темной муке и составляет 10% от массы, а наименьшее — в белой муке и составляет 1%. Рис содержит лишь следы лигнина (табл. 1).

Таблица 2

Содержание пищевых волокон в некоторых овощах.

Из овощей, наибольшее количество ПВ содержится в горохе и составляет 47,6 - 37,1 г ПВ на 100 г сухой массы (табл. 2). Наименьшее количество ПВ содержится в картофеле и составляет 14,1 г на 100 г сухой

/

массы. Среди всех компонентов ПВ наибольшее количество ГМЦ содержится в ПВ лука (74%) и картофеля (71%). Наибольшее количество целлюлозы содержится в ПВ моркови (40%) и стручковом горохе (39%). Наибольшее количество лигнина содержится в зимней и белой капусте и составляет 13 и 11 % соответственно. Лук, стручковый горох, морковь и брюква содержат лишь следы лигнина.

Таблица 3

Содержание пищевых волокон в некоторых фруктах и ягодах.

Среди фруктов, наибольшее количество ПВ содержится в клубнике и составляет 19,1 г ПВ на 100 г сухой массы (табл. 3). Наибольшее количество ГМЦ содержится в ПВ грейпфрута и вишни и составляет 78 и 74% соответственно. Свежие яблоки содержат наибольшее количество целлюлозы (33%)и наименьшее количество лигнина (1%). Наибольшее количество лигнина содержится в клубнике и составляет 38%.

Стенка растительной клетки состоит из нескольких слоев. Наружный слой образует первичную стенку, внутренний - вторичную, которая в свою очередь состоит из внутреннего, среднего и внешнего слоев. Для каждого из них характерно определенное взаимное расположение целлюлозы, ГМЦ, пектиновых веществ и других компонентов (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988;

Mills R.F., 2003). В структуре первичной и вторичной клеточной стенки
растений пространство между элементарными фибриллами целлюлозы
заполняют ГМЦ и лигнин - вещество, являющееся полимерной композицией,
состоящей из целлюлозной арматуры, погруженной в

лигногемицеллюлозную матрицу, имеющую сетчатое строение (Степаненко Б.Н., 1978). В свою очередь, матрица построена по принципу взаимопроникающих сеток. Одну из них образуют полисахариды за счет водородных связей, вторую - ГМЦ, связанные ковалентно с лигнином, третью формирует сам лигнин, обладающий пространственной структурой. Связь между матрицей и арматурой осуществляется макромолекулами ГМЦ, образующими переходный слой на поверхности элементарных фибрилл и соединенных с молекулами целлюлозы водородными связями (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Углеводно-лигнинный комплекс пропитан рядом неорганических веществ, главным образом солями кремневой и других кислот. Молодые, развивающиеся ткани растений в основном состоят из полисахаридов и белковых веществ, по мере роста идет формирование лигнина (Степаненко Б.Н., 1978; Williams L.E., 2000).

В работах (Ванштеин С.Г., Масик A.M., 1984; Hall Yohn М. 1989; Tuley Liz, 1989; Смоляр В.И., 1991; Duxbury D. D.,1991; Document WHO/NCD/NCS/99.2) рассматривается возможность классификации ПВ. Так, В.И.Смоляр предлагает классифицировать ПВ, разделяя их на целлюлозные и нецеллюлозные полисахариды (Смоляр В.И., 1991). Ученые делят ПВ по химическому строению на целлюлозу, ГМЦ, пектины, лигнин; по сырьевым источникам; по методам выделения и другим особенностям (Ванштеин С.Г., Масик A.M., 1984; Артеменко А.И., 2000).

Так как ПВ в большинстве случаев неоднородны, то, учитывая особенности их состава, строения биополимеров, целесообразно классифицировать их следующим образом (рис. 1), разделяя на гомогенные и гетерогенные.

ПИЩЕВЫЕ ВОЛОКНА

Гомогенные

Гетерогенные

Целлюлоза

Прочие

Лигнин

Целлюлозо-лигнины

Пектин

Гемицеллюлозо-лигнины

Холо-целлюлозы

Рис. 1. Классификация пищевых волокон

К первым относятся биополимеры, построенные из одинаковых остатков мономеров (целлюлоза, пектин, лигнин). Ко вторым -сформированные из макромолекул нескольких видов (целлюлозолигнинный и другие комплексы) (Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф., 1997).

Целлюлоза в большом количестве входит в состав различной древесины, пленок и оболочек зерен, стеблей, злаков, трав и в меньшей степени - семян, плодов (Дудкин М.С., Капрельянц Л.В. 1974; Дудкин М.С., Шкантова Н.Г., Лемле Н.А., 1975; Дудкин М.С., 1980; Заплишный В.Н., 1999). Наиболее чистая натуральная целлюлоза содержится в хлопковых волокнах, которые состоят из нее на 98% (Степаненко Б.Н., 1978). Она составляет основу клеточных стенок. Целлюлоза растений не является химически постоянным соединением (Алиев А.А., 1997).

Целлюлоза в клеточных стенках находится в виде элементарных фибрилл диаметром до 3,5 нм, построенных из параллельно расположенных макромолекул, объединяемых водородными связями. Степень их упорядоченности меняется в зависимости от вида сырья. Элементарные фибриллы включают как более доступные для проникновения

низкомолекулярных веществ аморфные области, так и менее проницаемые, более упорядоченные кристаллические участки (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988; Петропавловский Г.А., 1989).

По химическому составу целлюлоза - линейный полимер глюкозы. Она состоит из остатков p-D-глюкопираноз, соединенных Р-глюкозидной связью по месту 1-4 углеродных атомов (Нечаев А.Г., 2001; Кириллов Ю.И., Яковлев В.А., Борисков Д.Е., 2002; Грандберг И.И., 2004). Моносахаридные звенья имеют строго определенное пространственное расположение гидроксильных групп, обуславливающее различные типы внутри - и межмолекулярных связей (Нечаев А.Г., 2001).

Общее число глюкозных остатков в макромолекуле целлюлозы 6-12 тыс, что соответствует молекулярной массе 1-2 млн. ед. Степень полимеризации целлюлозы зависит от вида исходного сырья. У микрокристаллической целлюлозы степень полимеризации (число повторяющихся звеньев глюкозы в молекулярной цепи) до 150 — 275, а молекулярная масса до 24 - 45 тыс. Обычная целлюлоза нерастворима в воде, а микрокристаллическая - образует устойчивый коллоидный гель, имеющий сметанообразную консистенцию (Степаненко Б.Н., 1978).

Целлюлоза способна образовывать более крупные агрегаты. В результате возникновения внутримолекулярных водородных связей между гидроксильными группами глюкопираноз и ацетальными кислородными атомами формируется конформация молекул, называемая вторичной молекулярной структурой (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Гемицеллюлоза является одним из наиболее сложных растительных углеводов (Алиев А. А., 1997). Она представляет собой группу полисахаридов, в состав которой входят различные ксиланы, арабинаны, маннаны, галактаны (Третьяков Н.Н., 1998; Нечаев А.Г., 2001).

По распространенности и содержанию в растениях ГМЦ находится на втором месте после целлюлозы. Ее количество в различных видах растений неодинаково и колеблется в широком диапазоне: от 0,5 - 2% в эндосперме

семян злаков, до 39 - 40% в пленках овса (Дудкин М.С., 1980; Гринберг Е.Н., 1986); 40 - 42% в стержнях кукурузы и 22 - 24% в древесине. Содержание ГМЦ в клеточных стенках зависит от морфологических и анатомических особенностей растений (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988; Zhao F.J., 2002).

ГМЦ относится к гетерополисахаридам, построенным из различных по составу и содержанию моносахаридов нескольких видов: D-ксилозы, L-арабинозы, D-глюкозы, D-глюкуроновой и 4-метил-0-глкжуроновой кислот.

Среди полисахаридов ГМЦ наибольшее распространение получили различные ксиланы. В меньшем количестве встречаются в однолетних растения маннаны (галактоманнаны, глюкоманнаны, глюкогалактоманнаны), галактаны (арабиногалактаны и др.) (Нечаев А.Г., 2001).

Макромолекулы известных ксиланов построены по единой схеме. Их основу составляет длинная цепь, содержащая остатки p-D-ксилопираноз, соединенных друг с другом Р-связью по месту 1-4 углеродных атомов. К основной цепи присоединяются боковые ответвления, сформированные из остатков арабинозы и глюкуроновой кислоты (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

В клеточных стенках красных водорослей содержатся такие галактаны, как агар и каррагенаны. Большинство этих веществ линейные полисахариды, построенные из остатков галактозы (Дудкин М.С., 1964; Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988). ГМЦ имеет прочные связи с лигнином (Алиев А.А., 1997).

Лигнин - природный полимер нерегулярного, сетчатого или трехмерного строения, формирующий клеточные стенки растений. Он играет роль инкрустирующего вещества, скрепляющего волокна целлюлозы и ГМЦ, ковалентно связан с полисахаридом ГМЦ (ксиланом). Содержание лигнина в тканях растений зависит от их вида и степени одревеснения (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988). В наибольшем количестве он найден в стеблях злаковых, поверхностных слоях зерна пшеницы, гречихи, проса, ячменя, кукурузы (Дудкин М.С., Капрельянц Л.В., Старичков В.Е., 1974; Блажей А.А., Шутый Л.Л., 1977).

По данным микроскопии пшеничного зерна, присутствие лигнина установлено в срединных пластинках поперечнослоиных клеток, в некоторых стенках эпидермиальных клеток, в пшеничных волосках. Анализ состава пшеничных отрубей показал, что содержание в них лигнина увеличивается по мере нарастания количества ГМЦ. Лигнин овощей и фруктов, в сравнении с лигнином древесины, изучен сравнительно мало (Дудкин М.С., 1980; Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Макромолекулы лигнина разветвлены и построены из остатков фенилпропана, содержащих различное число гидроксильных и метоксильных групп. Молекулярная масса лигнина еловой древесины, выделенного после размола, порядка 11000 (Степаненко Б.Н., 1978; Любешкина Е.Г., 1993).

Лигнин содержит разнообразные функциональные группы: альдегидные, карбоксильные, фенольные, спиртовые. Их количество и соотношение в лигнинах разных растений неодинаково. Это в свою очередь определяет и различие свойств этого полимера. Лигнин лиственной древесины в сопоставлении с хвойной, содержит больше метоксильных групп, различно и соотношение между метоксилами и гидроксилами. Часть последних связана непосредственно с атомами углерода бензольного кольца и проявляет физиологическую активность. Часть вторичных спиртовых групп входит в состав боковых пропановых участков полимера. Они отличаются повышенной реакционной способностью. Лигнин содержит карбонильные группы (альдегидные и кетонные). Число карбоксильных групп в полимере лигнина не велико.

Пектиновые вещества - биополимеры, входящие в состав клеточных стенок, срединных пластинок, цитоплазмы растительных клеток. Они присутствуют практически во всех высших растениях, выполняя благодаря своим специфическим свойствам ряд важных функций (регулирование водного режима тканей, транспорт водного тока и др.), участвуют в процессах роста и растяжения клеточной стенки (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Химический состав и содержание пектиновых веществ неодинаковы у разных видов растений, их органов, тканей и зависят от метеорологических условий произрастания, географической зоны, сортовой принадлежности, периода развития и возраста растения. В наибольших количествах они содержатся в овощах и фруктах (Алиев А.А., 1997). Так, в яблоках и айве их содержание может достигать 2% (Степаненко Б.Н., 1978; Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Высушенные пектиновые вещества представляют собой светлые порошки. В большинстве случаев они хорошо растворяются в горячей воде. Форма макромолекул в растворе — спиралевидная и обусловлена ее ионным характером. Увеличение степени диссоциации карбоксильных групп под воздействием различных факторов приводит к увеличению сил отталкивания между ними, что вызывает выпрямление спиральной молекулы, увеличение ее линейных размеров. Молекулярная масса пектиновых веществ находится в диапазоне 20000-200000 и зависит от вида источника выделения, возраста растения, способа получения (Степаненко Б.Н., 1978; Болдырев А.И., 1983; Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Преобладающим структурным элементом пектиновых веществ являются остатки галактуроновой кислоты (Алиев А.А., 1997). Их неразветвленные полимерные блоки служат фундаментом макромолекулы пектина. Наличие в полимере такой основы является критерием отнесения его к категории пектиновых веществ.

Пектины - сложные биополимерные структуры, в которые наряду с галактуронаном, включены нейтральные составляющие: арабинаны, галактаны, арабиногалактаны. Изучение продуктов частичной деструкции пектиновых веществ позволило установить, что между блоками галактуроновой кислоты в основную цепь вклиниваются остатки рамнозы (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988; Нечаев А.Г., 2001).

Присутствие свободных карбоксильных групп обусловливает способность пектинов образовывать соли (пектинаты). Известно много

производных пектина с участием карбоксильной группы (Аймухамедова Г.Б., Алиева Д.Э., 1984; Ашубаева З.Д., 1984).

В тканях растений пектиновые вещества претерпевают различные превращения, связанные с процессами роста и развития. Ответственность за эти превращения несут пектолитические ферменты, представляющие собой сложный комплекс специфических биокатализаторов белкового происхождения. Ферменты, гидролизующие пектиновые вещества, организмом человека не вырабатываются. Поэтому они не подвергаются энзиматическому расщеплению в желудке и тонком кишечнике, полностью расщепляясь микрофлорой в толстом кишечнике (Степаненко Б.Н., 1978; Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

ПВ сочетают в своем составе биополимеры с различным сродством к воде. Так, пектиновые вещества и некоторые ГМЦ относятся к категории гидрофильных коллоидов. Целлюлоза, будучи нерастворимой в воде, обладает большим количеством гидроксильных групп и развитой системой тончайших субмикроскопических капилляров, что определяет ее способность поглощать и удерживать воду. Лигнин, являясь веществом ароматической природы, наименее гидрофилен. Гидратация гидрофильных коллоидов обусловлена электростатическими силами. На поверхности коллоидных частиц за счет электрических зарядов, возникающих вследствие ионизации, образуются оболочки, состоящие из диполей воды, ориентированных в зависимости от знака заряда высокомолекулярного соединения своим положительным или отрицательным концом.

Существует три формы воды, удерживаемой ПВ: связанная с гидрофильными группами полисахаридов - недоступная, локализованная между клеточными стенками - легкодоступная, промежуточная, доступность, которой зависит от размера пор матрикса, в которых она локализована. Исследования показывают, что наибольшее количество прочно связанной воды присуще гельформирующим полисахаридам, наименьшее -

зерновым ПВ. ПВ фруктов и овощей занимают промежуточное положение по степени прочности удерживания воды.

ПВ обладают катионообменными свойствами. На границе раздела твердой фазы с водой и водными растворами возникает особое расположение электрических зарядов, которое получило название двойного электрического слоя. Он состоит из внутренней и наружной обкладок. Ионы, входящие в состав твердой фазы, образуют внутреннюю обкладку. Противоионы, не входящие в состав твердой фазы и связанные с ней электростатическими силами, образуют внешнюю обкладку. Они находятся в динамическом равновесии с ионами раствора, обмениваясь в эквивалентном количестве на ионы того же знака, находящиеся в растворе. Поглотители, содержащие кислые группировки (сульфогруппы, карбоксильные группы и др.), адсорбируют катионы и называются катионитами, основные группы (аминогруппы) - анионитами. Обмен ионов на границе с раствором может быть выражен ПМі + М2 = UM₂ + М_ь где П - твердое тело - поглотитель, Mi и М₂ - ионы, участвующие в обмене (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Установлено, что катионы связываются различными видами волокон не одинаково. Их относительное количество в ПВ увеличивается в ряду:

Для меди - соевые отруби, пленки овса < пшеничные отруби, рисовые отруби < кукурузные отруби.

Для цинка - соевые отруби, кукурузные отруби < пленки овса < пшеничные отруби, рисовые отруби.

Для железа - пленки овса < кукурузные отруби < соевые отруби, пшеничные отруби, целлюлоза < рисовые отруби.

Изучена сорбция тяжелых металлов ПВ из водных сред и обезжиренного молока. Эффективность сорбции ионов металлов из водных растворов составляет 40-92% и представлена следующим рядом: Cd²⁺ > Pb²⁺ > Си > Zn . Ряды сорбируемости тяжелых металлов из обезжиренного молока РҐ" и Са²⁺ - формами ПВ выглядят соответственно следующим образом: РЬ > Си > Cd > Zn и Cd > Pb > Си > Zn. Исследования сорбции

радионуклидов из обезжиренного молока и водных сред ПВ при различных условиях эксперимента показали, что максимальное удаление радиоцезия (38%) из водных растворов достигается при внесении 1,5% ПВ. При тех же условиях из сыворотки и обезжиренного молока извлекается лишь 12 - 15% цезия. По отношению к радиостронцию ПВ обладают более выраженным сорбционным эффектом. Из обезжиренного молока, в зависимости от состава волокон и их химической формы, удаляется до 40% радионуклида стронция (Донская Г.А., Ишмаметьева Е.А., Денисова Е.А., 2003).

Изучено взаимодействие компонентов ПВ с ионами железа. Наибольшую способность к связыванию ионов железа проявляют лигнин и ГМЦ. Целлюлоза и пектин менее реакционноспособны (Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988).

Благодаря ионообменным и комплексообразующим свойствам ПВ способствуют очищению организма в результате сорбции желчных кислот, различных токсинов и продуктов нарушенного метаболизма, а также предупреждают всасывание ионов тяжелых металлов и радионуклидов (Донская Г.А., 2001).

1.3 Использование пищевых волокон при производстве комбинированных молочных продуктов

Реализация задачи обеспечения населения продовольствием возможна путем создания широкого ассортимента безопасных продуктов, содержащих необходимый набор пищевых ингредиентов. Производство пищевых продуктов смешанного сырьевого состава, в том числе молочных, характерная особенность нашего времени (Тутельян В.А., 1999; Степанова Л.И., 2005). Проблема организации и обеспечения правильного питания человека, его адекватности и сбалансированности является одной из важнейших задач совместной деятельности медиков, технологов и других специалистов (Ванштеин С.Г., 1989; Покровский А.А., 1997; Кочеткова А.А.,

1999; Тихомирова Н.А., 2005). Особенно актуально сейчас стоит проблема снижения потребления ПВ населением.

Долгое время ПВ считались ненужным балластом, от которого старались освободить продукты для повышения их пищевой ценности. В начале нашего века возникла внешне привлекательная идея крупнейшего французского химика Пьера Эжена Бертло, иностранного члена-корреспондента Петербургской Академии наук, о создании идеальной пищи, или элементарной диеты из воды, аминокислот, жирных кислот, моносахаридов, витаминов и солей. Такой рацион предполагалось вводить даже в кровь, минуя желудочно-кишечный тракт.

В настоящее время разработан и выпускается целый ряд рафинированных продуктов, полностью освобожденных от ПВ, потребление которых составляет около 60 % от общей калорийности рациона населения высокоразвитых стран, что на фоне стремительного снижения потребления натуральных растительных продуктов (зерновых, овощей, хлеба грубого помола) привело к уменьшению в 2-3 раза количества ПВ в рационе питания. Сейчас реализация идеи Бертло в принципе уже осуществима, стало ясно, что даже простое рафинирование пищи плохо переносится организмом, так как не соответствует эволюционно сформировавшемуся физиологическому процессу переработки и усвоения пищевых веществ.

Когда в 1955 году А.М.Ногаллер и его соавторы опубликовали в журнале «Вопросы питания» две работы о благоприятном воздействии пшеничных отрубей на пищеварение больных хроническим холециститом, ни сами авторы, ни читатели этих статей не предполагали, что речь идет о зарождении нового направления в науке о питании. Только после появления в зарубежной литературе огромного числа публикаций, а в нашей стране - их подробного аналитического обзора интерес к этой проблеме проявили сразу несколько клиник страны. Проблемам ПВ были посвящены специальные научные конференции в Москве, 1987 г и Одессе, 1988 г.

Известный советский ученый А.М.Уголев (1986 г.) полагает, что ГТВ необходимы для нормального функционирования пищеварительной системы и организма в целом. Следовательно, обеспечение достаточного содержания ПВ в рационе человека - важная задача (Уголев A.M., 1980).

Крупнейший немецкий химик, один из создателей агрохимии, иностранный член - корр. Петербургской АН Юстус Либих в знаменитых «письмах о химии», изданных в России в 1860 г., указывал, что «отделение отрубей от муки есть роскошь и для питания скорее вредно, нежели полезно» (Spiller G.A/,1982; Дудкин М.С., Черно Н.К., 1988; Bessesen D.H.,2001).

В настоящее время одним из основных направлений науки о питании является создание специализированных продуктов, предназначенных для профилактики и лечения ряда заболеваний. Такой продукт должен удовлетворять следующим требованиям:

продукт должен быть широко известным, общепризнанным и часто потребляемым;

основные рецептурные компоненты должны хорошо сочетаться с добавками, определяющими лечебно - профилактическую ценность;

стоимость данного продукта должна быть умеренной, а качество гарантированным (Донская Г.А., 2001).

Перечисленным требованиям могут удовлетворять такие широко потребляемые молочные продукты, как сливочное масло, сметана, кисломолочные напитки. Одним из основных продуктов питания продовольственной корзины любой семьи является сливочное масло. В настоящее время значительная доля рынка принадлежит маслу со сложным сырьевым составом, комбинированному или мягкому (Архипова А.Н., 1994; Дунченко, 1998; Ратинов Б.В., 2005).

Учитывая сложившийся дефицит ПВ в структуре питания населения, диетологи предлагают производить новые комбинированные продукты питания, обогащенные ПВ (Bingham Sh, 1979; Document А 54/42; Marlett J.А.,

1981; Staveren van W.A., 1982; Остроумов Л.A., 1997; Иванова E.A., 2000; Донская Г.А., ИшмаметьеваМ.В., 2003).

Согласно ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения» ПВ относятся к функциональным пищевым ингредиентам, обладающим способностью оказывать благоприятный эффект на одну или несколько физиологических функций человека, процессы обмена веществ в его организме при систематическом употреблении в количествах от 10 до 50% суточной физиологической потребности (Зобкова З.С., 2007, с.30-31). С использованием функциональных пищевых ингредиентов разработаны технологии и утверждена техническая документация на производство определенных групп продуктов, предназначенных для питания различных категорий населения (Зобкова З.С., 2007, №10, с. 75).

В рамках данной программы, фирмой «Деметра» (г. Москва) разработан кисломолочный напиток «Защита жизни» с ПВ свекловичного жома (ТУ 9222-211-00419785-00). В качестве молочной основы использовали смесь молока с натуральной деминерализованной молочной сывороткой.

В качестве ингредиента, обладающего функциональными свойствами, использовали биологически активную добавку отечественного производства «Пектинцеллюлозный комплекс» следующего состава, %: сухие вещества -87-90, в ком числе клетчатка - 23-25, лигнин - 7-9, пектинцеллюлозный комплекс - 42-45, зола (Са, К, Mg, Р) - 3-5, белки - 8-Ю (Донская Г.А., 2001).

ВТНУ ВНИМИ разработан кисломолочный напиток с ПВ (ТУ 9222-211-0041978503). Продукт прошел санитарно-эпидемиологическую оценку в Институте питания РАМН и по заключению Департамента Госсанэпиднадзора Минздрава России признан кисломолочным напитком со сроком хранения 5 суток. Он получил широкое признание в экологически неблагоприятных районах Челябинской области.

С целью расширения ассортимента молочных продуктов с ПВ,

разработаны пасты творожные с ПВ (ТУ 9222-290-0041978503). В качестве

белкового компонента использовали творог полужирный с массовой долей влаги не более 73%. В качестве ПВ были использованы волокна, выделенные из свекловичного жома, а также цикория, клюквы и лимона в количестве 1,5% к массе продукта (Донская Г.А.,,Ишмаметьева М.В., 2003; Донская Г.А., 2007; Донская Г.А., Кулик М.В., 2007).

В Сибирском научно-исследовательском институте сыроделия СО РАСХН (г. Барнаул) разработана технология производства творожных продуктов с зерновыми и зернобобовыми компонентами (Мусина О.Н., 2007).

В Санкт-Петербурге был получен ряд пастообразных кисломолочных продуктов на основе цельного молока, обезжиренного молока и ультрафильтрационного концентрата обезжиренного молока с ПВ. Источниками ПВ служили ржаные и пшеничные отруби, а также пшеничная клетчатка «Витацель» (Непомящая И.С., Силантьева Л.А., 2007).

В Северо-кавказском Государственном техническом университете разработана технология кисломолочного напитка с использованием ПВ их свекловичного жома, комплексного пребиотика «Лаэль» и пахты. В состав ПВ свекловичного жома входят пектин и его соединения (1,1%), моносахариды (9%), клетчатка (1%), в состав «Лаэля» - 65% лактулозы и 1% лизоцима. Все эти компоненты являются незаменимыми при создании продуктов, которые наряду с определенными функциональными свойствами позволяют использовать в их составе вторичное сырье молочной переработки. Пектин, целлюлоза и ГМЦ обладают гелеобразующими свойствами, что делает целесообразным внесение ПВ не только как пребиотиков, но и для улучшения реологических показателей кисломолочных напитков, выработанных резервуарным методом из молочного сырья с низким содержанием белка (Евдокимов И.А., 2007).

В Кыргызском технологическом университете изучена возможность использования специально подготовленных цельносмолотых зерен злаковых для получения молочных продуктов комбинированного состава. Полученный

молочно-растительный продукт представлен Республиканской

дегустационной комиссии и получил высокую оценку с рекомендацией промышленного выпуска (Мусульманова М.М., 2005).

В Алтайском государственном техническом университете разработан способ обработки ржаных отрубей, позволяющий использовать их в качестве пищевой добавки при производстве комбинированных молочных продуктов. Данный способ обработки позволил довести микробиологические показатели отрубей до норм, предусмотренных СанПиН 2.3.2.560 - 96, и сохранить их физико-химические показатели (Щетинин М.П., 2003). Здесь производят мороженое, обогащенное многокомпонентной злаковой составляющей, состоящей из размолотых до определенного размера и обжаренных при установленных режимах зерен пшеницы, ржи, ячменя и гречихи (Щетинин М.П., Мотрунич М.А.,2007).

В настоящее время для производства комбинированных молочных продуктов широко используются пектины компании «Даниско». Пектин как природный полисахарид растительного происхождения обладает желирующими, гелеобразующими и сорбционными свойствами, благодаря чему широко используется в пищевой промышленности. Они применяются для йогуртовых, кефирных и сметанных продуктов (Варфоломеева О., 2007).

В Воронежской Государственной технологической Академии (ВГТА) разработан кисломолочный напиток «Гулливер» с ПВ свекловичного жома, который характеризуется однородной консистенцией и плотной структурой, чистым кисломолочным вкусом и запахом, молочно — белым цветом, а также повышенной хранимоспособностью. Его физико-химические и органолептические свойства не изменялись в течение 5 суток.

На кафедре технологии молока и молочных продуктов ВГТА проведены исследования по проектированию многокомпонентной комплексной пищевой добавки, состоящей из яблочного пектина, желатина, полифосфата натрия, пирофосфата натрия и ортофосфата калия, которую вносили в творожную массу и получали творожные сырки функционального

назначения (Голубева Л.В., Глаголева Л.Э., Смольский Г.М., 2007; Голубева Л.В., 2007).

В Ульяновске на базе комбината «Заволжский» Агропромышленным союзом «Алев» разработаны и внедрены в производство молочно-растительные смеси «Промикс» и «Альболак», содержащие клетчатку. В настоящее время они успешно применяются при производстве различных видов молочных продуктов, в особенности спредов (Радыгина А.Ф., Леснова Е.А., 2007).

В Одесской национальной академии пищевой технологии изучена возможность использования в питании населения соевых продуктов. Семена сои содержат 40% белка и 20% масла, а оставшийся после выделения жмых содержит 50%о белка (Калинина Л.В., 2007).

На кафедре технологии молока и молочных продуктов Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова были проведены исследования по использованию пюре тыквы для производства кисломолочного продукта. Тыква легко усваивается организмом, способствует активации органов пищеварения. Для устранения резкого привкуса тыквы, к которому некоторые потребители относятся отрицательно,-в продукт вносили чернослив. Исследования показали, что массовая доля тыквы в продукте должна составлять не более 10 %, а чернослива - 3 %. Полученный продукт обладает функциональными свойствами, так как входящие в него растительные наполнители и закваски улучшают работу органов внутренней секреции и общий обмен веществ (Шалапугина Э.П., Шалапугина Н.В., 2007).

ПВ в молочной промышленности используются в качестве
волокнистых стабилизаторов для молочных напитков. Для стабилизации
молочных напитков наряду с традиционными гидроколлоидами

предлагается использовать гель пшеничного волокна «Vitacel WFA» и гель микрокристаллической целлюлозы «Vivapur MCG». Эти системы дают возможность предотвратить дестабилизацию структуры. Нерастворимость

коллоидных частиц систем на основе волокон является главным фактором, который обеспечивает их уникальные функциональные свойства. Благодаря нерастворимости волокнистые коллоидные частицы значительно меньше влияют на функциональные свойства продукта, с этими системами легко и безопасно работать. Коллоидные системы удовлетворяют как технологическим, так и органолептическим требованиям (Глаттхар Дж, Унгерер Р, 2007).

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования ПВ в технологии производства молочных продуктов, что позволит в некоторой мере удовлетворить потребность организма человека в растительных компонентах, повысит его защитную функцию и обеспечит профилактику многих заболеваний (Полянский К.К., Глаголева Л.Э., 2001).

Продукты питания, обогащенные ПВ рекомендуется употреблять с целью: повышения общей резистентности организма; предотвращения всасывания из желудочно-кишечного тракта токсичных веществ; выведения вредных веществ и продуктов нарушенного обмена веществ из организма; восполнения дефицита различных нутриентов в структуре питания; повышения бифидогенности продуктов, стимулирующих рост и жизнедеятельность полезной молочнокислой микрофлоры в толстом кишечнике; воздействия на пораженные органы и системы организма при профилактике или лечении наиболее распространенных заболеваний (Донская Г.А., 2001).

ПВ способны связываться с мутагенами, вызываемыми изменения генетической информации, в желудочно-кишечном тракте и выводить их из организма. Гиполипидемическое действие ПВ является основой для использования их в профилактике и лечении сердечно-сосудистых заболеваний: атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, гипертония, варикозное расширение и тромбоз вен и нижних конечностей. При этом большое значение имеет влияние волокон на снижение вязкости крови. В основе их тромболитического действия лежит изменение коагулирующих и

фибринолитических свойств слизистой оболочки различных отделов желудочно-кишечного тракта.

ПВ имеют большое практическое значение при профилактике сахарного диабета. Применение их в диетотерапии больных сахарным диабетом и нарушенной толерантностью к углеводам основано на их способности снижать уровень глюкозы в крови натощак, послепищевой гликемии, избыточную концентрацию инсулина, что приводит к снижению потребности в пероральных сахароснижающих препаратах.

Кроме того, ПВ положительно влияют на состояние зубов и полости рта, имеют вспомогательное значение при лечении ожирения (Донская Г.А., 2001). ПВ можно использовать в качестве пищевой добавки при производстве молочных продуктов не только для лечебно-профилактических целей, но и для снижения поступления тяжелых металлов и радионуклидов в организм человека.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод регионов, неблагоприятных в экологическом отношении, являются нефтепродукты, легко окисляемые органические вещества, соединения тяжелых металлов, азот аммонийный и азот нитритов, сульфаты, радионуклиды. Содержание их в окружающей среде приводит к накоплению в организме животных, а так же в организме человека при употреблении продукции животноводства (Бурлакова Л.В., 2003).

Продукты, обогащенные ПВ рекомендуется употреблять в экологически неблагоприятных регионах. К таким регионам относится Курганская область.

Это становится особенно актуальным в наши дни, поэтому населению Курганской области рекомендуется употреблять продукты питания, обогащенные ПВ.

2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Организация исследований

Работа выполнена на кафедре зоогигиены и морфологии сельскохозяйственных животных ФГОУ ВПО «Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т.С.Мальцева».

Общая структурная схема исследований приведена на рисунке 2.

Выделение фракций углеводов пищевых волокон

¹ * =Е=

Исследование состава пишевых волокон

Изучение эффективности (Ьизиологического влияния пишевых волокон па ооганизм

Производственная апробация пищевых волокон масличных культур в молочной

промышленности

Рис. 2 Общая структурная схема проведения исследований

Исследования проведены в аккредитованных лабораториях ФГУ Станции агрохимической службы «Шадринская» (№ РОСС. RU.

0001.510226), ФГУЗ Центре гигиены и эпидемиологии по Курганской области (№ РОСС. RU. 0001.510232), производственной лаборатории предприятия ООО «Юргамышское молоко» и лаборатории кафедры зоогигиены и морфологии сельскохозяйственных животных Курганской ГСХА в 2006 - 2008 гг. Работа выполнена в соответствии с темой кафедры зоогигиены и морфологии сельскохозяйственных животных: «Анализ и оценка эколого-ветеринарного состояния окружающей среды и животных в зонах техногенного загрязнения»; номер государственной регистрации 01.2.006 08 127.

Опыт проведен на 310 белых беспородных мышах в течение 122 дней. Для проведения опыта использован молодняк в возрасте от 60 до 182 дней, из которых по принципу аналогов с учетом живой массы, возраста, состояния здоровья были сформированы 6 групп по 50 особей в каждой. В 152-дневном возрасте на 60 головах проведен физиологический эксперимент.

Структура рациона кормления мышей контрольной и опытных групп в основном состоит из муки кормовой пшеничной, ячменной, овсяной, муки мясокостной и кормовых дрожжей (табл. 4, 5).

Таблица 4

Рацион кормления контрольной группы животных (в среднем на одну

голову в сутки)

В структуре рациона кормления мышей контрольной группы содержится: на 2% больше муки кормовой пшеничной; на 10% больше муки

кормовой ячменной; на 1,2% меньше кормовых дрожжей по сравнению со структурой рациона кормления мышей опытных групп (табл. 5).

Таблица 5 Рацион кормления опытных групп животных

(в среднем на одну голову в сутки)

Химический состав и питательность рационов кормления экспериментальных животных представлены в приложении А.

Контрольная группа находится на углеводном рационе (основной рацион), который на 10,1% превышает уровень обменной энергии рационов опытных групп. Содержание клетчатки в рационе контрольной группы наименьшее и составляет 0,2 г (прил. А, табл. 1).

Остальные 5 опытных групп животных получают в виде добавки к основному рациону один из видов ПВ в количестве 10% от общей массы корма: 1 опытная - подсолнечные ПВ, 2 опытная - рыжиковые ПВ, 3 опытная - льняные ПВ, 4 опытная - сурепные ПВ, 5 опытная - рапсовые ПВ. Рацион сбалансирован по обменной энергии, белкам, жирам, углеводам, минеральным веществам и витаминам (прил. А, табл. 2). Потребление воды не ограничивалось. Вода смягчает корм при приёме пищи и пищеварении, помогает всасыванию питательных веществ из желудочно-кишечного тракта, выводит из организма ненужные продукты.

2.2 Методы исследований

Исследовано 20 проб ПВ масличных культур (подсолнечного, рапсового, льняного, рыжикового, сурепного), 30 проб кормосмеси для экспериментальных животных, 60 проб кала экспериментальных животных, 60 проб содержимого желудка, 60 проб содержимого кишечника, ЗЮпроб крови животных, 105 проб кефирного напитка с ПВ и 40 проб сливочного масла с ПВ.

Отбор проб жмыхов масличных культур для выделения пищевых волокон проведен по ГОСТ 27262-87. Из жмыхов, упакованных в мешки для выемок, используют конусный щуп, причем из каждого пятого мешка берут по 0,5 кг продукта (из первого мешка — сверху, из второго — из середины, из третьего — снизу). После осмотра все выемки жмыха тщательно перемешивают и получают исходный образец. Жмых разравнивают в виде квадрата высотой 10 см и в шахматном порядке берут разовые пробы из верхнего, среднего и нижнего слоев. Среднюю пробу делят на две части и помещают в банки с плотными крышками (Петухова Е.А., 1989).

Из отобранных жмыхов получены ПВ по методике ВНИИППД, сущность которой заключается в гидролизе жмыхов масличных культур соляной кислотой (0,3 - 0,5 % раствор) и гидроксидом натрия (0,1 - 0,3 % раствор) (Петрушевский В.В., 1989).

Акт отбора проб ПВ масличных культур представлен в приложении Б.

Анализ выделенных ПВ на содержание полисахаридов проведен по методике, предложенной А.Е. Ермаковым (1989). Принцип метода состоит в том, что из навески исследуемого материала удаляют свободные сахара и крахмал, а остаток используют для извлечения структурных полисахаридов в таком порядке: пектины, гемицеллюлозы, целлюлоза, лигнин.

Исследование питательности ПВ предполагает определение:

— сырого протеина по методу Къельдаля. Сущность этого метода заключается в том, что жиры и углеводы при их нагревании с

концентрированной кислотой разрушаются до углекислого газа и воды, а азотсодержащие вещества распадаются до аммиака, который соединяется с серной кислотой и образует нелетучую соль - сернокислый аммоний. По количеству пошедшего на титрование 0,1 н. раствора соляной кислоты определяют количество азота. Для вычисления содержания сырого протеина в ПВ показатель содержания азота умножают на коэффициент 5,8;

- сырой золы путём сжигания образцов в муфельной печи при
температуре не более 450 - 500С (начало темно-красного каления).
Содержание сырой золы (х,%) устанавливают по формуле

х = (а-В)*100/Н, (1)

где а — масса тигля с сырой золой, г;

В - масса пустого тигля, г;

Н - навеска вещества, г;

100 - коэффициент пересчета в проценты;

- безазотистых экстрактивных веществ путем вычитания из 100
содержания воды, золы, сырого протеина, сырой клетчатки и сырого жира (в
процентах) (Лебедев П.Т., Усович А.Т., 1976; Петухова Е.А., 1989; Малахова
А.Г., 1980);

- переваримого протеина по методу Къельдаля.
Исследование химического состава ПВ предполагает определение:

- содержания общей влаги путем быстрого обезвоживания образцов
между двумя металлическими пластинами, нагретыми во влагомере ВЧМ до
160С в течение 5 минут. Общее количество влаги (Х,%) находят по формуле

X = (м! - м₂)* 100/(м, - м), (2)

где Mi - масса фильтра с навеской вещества до высушивания, г; M2 - масса фильтра с навеской вещества после высушивания, г; м - масса пустого фильтра, г.

- кальция оксалатным методом, сущность которого заключается в
выделении кальция из приготовленного раствора золы в виде
щавелевокислой соли. Щавелевокислый кальций осаждают в горячем

уксуснокислом растворе. При этом освобождается эквивалентное кальцию количество щавелевой кислоты, которую титруют раствором марганцовокислого калия. Содержание кальция вычисляют по формуле

x = (c-cO*K*V*100/V,*a, (3)

где х — содержание кальция в %;

с - количество 0,01 н. КМп0₄, израсходованного на титрование испытуемого раствора, мл;

сі - количество 0,01 н. КМп04, израсходованного на титрование контрольной пробы, мл;

К - коэффициент пересчета (1 мл 0,01 н. КМпС>4 соответствует 0,0002 г кальция);

V - общий объем раствора, полученный при растворении золы, мл;

V] - объем раствора золы, взятой для осаждения кальция, мл; а -навеска вещества;

100 - коэффициент пересчета в проценты;

- фосфора по методике Левицкого в модификации А.Т. Усовича путем
колориметрирования при красном светофильтре. Содержание фосфора (х, мг
в 1 кг корма) определяют по формуле

х = C*V*P*K/V!*a, (4)

где С - количество фосфора в анализируемом растворе золы,

установленное на калибровочной кривой в соответствии с показателями

фотоколориметра, мг;

V - общий объем раствора золы после разведения, мл;
Р - разведение подготовленного раствора;

К - поправочный коэффициент;

Vi-объем раствора золы, взятый для колориметрического определения фосфора, мл;

а - навеска корма, г;

— каротина — колориметрированием раствора на
фотоэлектроколориметре при синем светофильтре и длине волны 440 нм.

Количество каротина (х, мг/кг) находят по формуле:

x = K*V*1000/C, (5)

где К — количество каротина в 1 мл раствора, найденное по

калибровочной кривой;

V - объем испытуемого раствоа, мл;

С — навеска вещества; 1000 — коэффициент пересчета на 1 кг (Лебедев

П.Т., Усович А.Т., 1976; Петухова Е.А., 1989; Малахова А.Г., 1980).

- нитратов по МУ № 4228 - 86 от 24.11.86 г. Метод основан на
измерении интенсивности окраски испытуемого вещества с реактивом
Грисса зеленым светофильтром в кювете 2 см. Массовую долю нитрита (X) в
% вычисляют по формуле

X = M!*200*100*100*30/m*20*5*10⁶, (6)

где Mi - массовая концентрация нитрита натрия, найденная по, калибровочному графику, мкг/см; м — масса навески вещества; 10⁶ - коэффициент перевода в граммы.

- содержания пестицидов ГХЦГ ( X, Р, у - изомеры) и ДДТ - по МУ
2142 - 80. Пестициды определяют методом тонкослойной хроматоргафии,
который основан на экстрагировании препаратов исследуемого материала
органическими растворителями, очистке экстрактов с последующим
хроматографированием в тонком слое сорбента.

Пищевые волокна, кормосмесь, содержимое желудка, кишечника и кал исследуют на содержание тяжелых металлов и радионуклидов:

- сврінец - по ГОСТ 30178 - 96; мышьяк — по ГОСТ 26930 - 86; кадмий
- по ГОСТ 30178 - 96; ртуть - по МУ 5178 - 90 МЗ СССР; цезий-137,
стронций-90, торий-232, радий-226, калий-40 - по ГОСТ 60692 - 2000
методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Принцип метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии (АСС) на спектрофотометре «Спектр» № 5 по ИСО 8288 - 86 заключается в изменении резонансного поглощения света определенной длины волны атомами

металла. Они находятся в виде атомного пара в основном (невозбужденном) состоянии. Подготовку проб к анализу с получением растворов-концентратов в форме, оптимальной для ААС, проводят в автоклаве конструкции НПФ «Анкон-АТ» (МИ 2221-92).

Исследованы микробиологические показатели ПВ:

- КМАФАнМ по ГОСТ 26670 - 91. Метод основан на посеве
исследуемого материала из соответствующих разведений на агаризованную
питательную среду и подсчете количества выросших колоний;

- БГКП - по ГОСТ 30518 - 97/50474 - 93. Метод основан на посеве
исследуемого материала соответствующих разведений из пробирок с
помутневшей средой изменившей цвет с фиолетового на желто-зеленый на
среду Эндо. Сущность метода заключается в выявлении красных, розовых и
бледно-розовых колоний с металлическим блеском или без него, а также
дальнейшим микроскопированием мазков, окрашенных по Грамму;

- патогенные микроорганизмы: сальмонеллы по ГОСТ 30519 -
97/50480 — 93. Сущность метода заключается в проведении посева
бактериологической петлей испытуемого материала из соответствующих
разведений на среду Плоскирева с выделением прозрачных, плотных и
мелких колоний; дрожжи и плесени по ГОСТ 10444.12 - 88. Метод основан
на посеве исследуемого материала из соответствующих разведений на
питательную среду Сабуро с дальнейшей дифференцировкой колоний.

Прижизненную оценку роста и развития подопытных животных проводят по показателям: 1) роста молодняка:

- живая масса особей определена путем индивидуального
ежемесячного взвешивания на лабораторных весах.

- прирост живой массы (П,г) вычисляется по формуле:
П = м₂ - Мь (7)
где м₂ - масса особи в конце исследуемого периода, г;
Mi - масса особи в начале исследуемого периода, г;

— среднесуточный прирост живой массы определяется путем деления прироста живой массы на количество кормодней;

- коэффициент массового роста находится по формуле:
К_м = М₂/М_ь (8)
где К_м - коэффициент массового роста;

М₂ - масса особи в конце эксперимента; Ы\ — масса особи в начале эксперимента;

Величина затрат кормов и питательных веществ осуществляется путем изучения:

— среднесуточного потребления корма - путем вычитания из заданного
количества корма массы съеденного за сутки корма;

— показателя поедаемости корма - как соотношение количества
съеденного за сутки корма к единице массы животного;

показателя эффективности усвояемости корма - как соотношение среднесуточного прироста живой массы к среднесуточному потреблению корма;

коэффициента усвоения макро- и микроэлементов в желудочно-кишечном тракте по формуле

К уев = Усвоено/Принято* 100%, (9)

где Усвоено = С/сут потребление корма*содержание элемента в корме — С/сут масса сухого кала*содержание элемента в кале;

— коэффициента выделения экотоксикантов - как отношение
среднесуточного содержания элемента в кале к среднесуточному
содержанию его в корме.

Исследование кала животных предполагает определение:

— среднесуточной массы кала - путем взвешивания на лабораторных
весах;

- влагоемкости кала (X, %) - по формуле

Х = ((М- МО/а)* 100, (10)

где М — масса кала до высушивания, г;

Mi - масса кала после высушивания, г;

а - навеска кала, г (Лебедев П.Т., Усович А.Т., 1976; Петухова Е.А., 1989).

Изучены морфометрические показатели органов пищеварения:

- масса печени, желудка и кишечника с содержимым и без
содержимого путем взвешивания на лабораторных весах;

— длина кишечника измерением с помощью линейки.

Определено время транзита пищи по желудочно-кишечному тракту путем введения 0,2% раствора кармина в пищу и фиксирования времени начала и конца его выведения из организма.

Ежемесячный контроль над физиологическим состоянием и обменными процессами животных осуществляется по морфологическим и биохимическим показателям крови:

— общее количество эритроцитов и лейкоцитов путем подсчета в
счетной камере Горяева под микроскопом (объектив 8, окуляр 10);

— содержание гемоглобина по унифицированному
гемиглобинцианидному методу. Гемоглобин окисляют в метгемоглобин
(гемиглобин) железосинеродистым калием. Образующийся с
ацетонциангидрином окрашенный цианметгемоглобин определяют
колориметрически при длине волны 500-560 нм (зеленый светофильтр) в
кювете с толщиной слоя 1 см. Расчет содержания гемоглобина производят по
калибровочному графику, построенному по стандартному раствору
гемиглобинцианида;

- скорость оседания эритроцитов (СОЭ) методом Панченкова,
сущность которого заключается в разделении смеси крови с цитратом натрия
при стоянии на 2 слоя (нижний - эритроциты, верхний — плазма, СОЭ - это
величина столбика плазмы);

- лейкоцитарная формула путем микроскопии в иммерсионной среде
сухих фиксированных и окрашенных мазков крови с дифференцированием
различных форм лейкоцитов с помощью 11-клавишного счетчика.

— содержание глюкозы, мочевины и общего белка путем
колориметрирования при длине волны 540 нм (зеленый светофильтр);

общего холестерина и креатинина путем колориметрирования при длине волны 490 нм (синий светофильтр);

белковые фракции крови (альбумины, а, В, у-глобулины) путем колориметрирования при длине волны 590 нм (оранжевый светофильтр);

рассчитан альбумин-глобулиновый коэффициент как соотношение фракции альбумина к сумме глобулиновых фракций;

— показатель, отражающий содержание гемоглобина в одном
эритроците как отношение количества гемоглобина в эритроцитах к общему
количеству эритроцитов крови;

— цветной показатель крови (ЦП) получен по формуле

ЦП =норма Эг * НЬфак / нормаНЬ * Эгфак; (11)

где НЬфак - фактическое содержание гемоглобина в эритроцитах,

Эгфак - фактическое содержание эритроцитов.

Определены физико-химические показатели кефирного напитка с ПВ:

— кислотность по ГОСТ 3624 — 92 методом, основанным на
нейтрализации кислот, содержащихся в продукте, раствором гидроокиси
натрия в присутствии индикатора фенолфталеина;

— массовая доля жира по ГОСТ 5867 — 90 методом, основанным на
выделении жира из молочного продукта под действием концентрированной
серной кислоты и изоамилового спирта с последующим центрифугированием
и измерением объема выделившегося жира в градуированной части
жиромера.

Изучены физико-химические показатели сливочного масла с ПВ:

— массовая доля влаги (W, %) путем нагревания. Сущность метода
заключается в нагревании алюминиевого стакана с маслом и поддержании в
нем спокойного кипения, не допуская вспенивания и разбрызгивания до
прекращения отпотевания холодного зеркала, находящегося над стаканом.
Признаком конечного периода удаления влаги служит прекращение

образования пузырьков. После высушивания стакан охлаждают на чистом металлическом листе и взвешивают. Расчет производят по формуле

W^Cmi-mjyiOO/lO, (12)

где Ш] - масса стакана алюминиевого с навеской продукта до нагревания, г;

т₂ - масса стакана алюминиевого с навеской продукта после удаления влаги, г;

10 - масса навески продукта.

- массовая доля сухого вещества (С,%) по ГОСТ 3626 - 73 расчетным
способом по формуле:

C = W/10, (13)

- массовая доля жира (X, %) по ГОСТ 5867 - 90 расчетным способом
по формуле:

X=100-(W + C), (14)

Органолептические свойства кефирного напитка с ПВ определены в соответствии с ГОСТ Р 52093 - 2003, сливочного масла с ПВ в соответствии с ГОСТ Р 52253-2004.

Производственная проверка и внедрение результатов исследования проведены на предприятии ООО «Юргамышское молоко»

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена с использованием программ: Statistica 6.0 и Microsoft Excel.

Определены средние арифметические параметры изучаемых величин, установлены границы доверительного интервала выборочной средней с помощью вычисления статистической ошибки.

Критерии достоверности выборочной средней найдены по методу Стьюдента, используя таблицу значений t с поправкой этой величины на число наблюдений. Разницу считают достоверной при стандартных уровнях значимости: Р<0,05; Р<0,01; Р<0,001.

Установлена корреляционная связь, учитывающая тесноту линейной связи между характером сорбции и выведением из организма

экспериментальных животных минеральных веществ, экотоксикантов и фракционным составом углеводов ПВ масличных культур. Достоверность выборочного коэффициента корреляции найдена по стандартной таблице в зависимости от количества пар значений, необходимых для его оценки (Лещук Г.П., 2005).

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Состав и особенности строения пищевых волокон масличных культур сибирской селекции

3.1.1 Фракционный состав углеводов пищевых волокон

Важным резервом увеличения производства растительного масла для населения, а также растительного протеина для сельскохозяйственных животных являются масличные культуры. Учитывая климатические особенности нашего региона, возникают проблемы с возделыванием традиционных культур. Появился спрос на более холодостойкие культуры, адаптированные к условиям Зауралья и Западной Сибири (Лошкомойников И.А., 2004).

С этой целью на Сибирской опытной станции ВНИИМК имени B.C. Пустовойта (г. Исилькуль, Омской области) с 1960 года проводят селекцию и семеноводство новых высокоурожайных сортов масличных культур, приспособленных к агроклиматическим условиям Западной Сибири и Зауралья и имеющих высокую масличность и протеиновую ценность.

Многолетней селекционной работой выведены сорта льна (Исилькульский, Легур, Северный, Сокол — средне и раннеспелые, обладающие высокой масличностью семян - 47-50%), каноловые сорта крестоцветных культур - ярового рапса (Иртышский, Радикал, Юбилейный, Русич), яровой сурепицы (Искра, Янтарная) и рыжика (Исилькулец). В крестоцветных масличных культурах ведется селекция по снижению эруковой кислоты и глюкозинолатов. Сорта рапса и сурепицы содержат 0,1 - 0,2 % эруковой кислоты и 0,55 - 0,84 % глюкозинолатов (сорта 00 типа).

Исследования, проведенные в Курганской ГСХА (1998 - 2000гг.), подтверждают аналогичность почвенно-климатических условий Курганской области с Западной Сибирью. Для условий Зауралья "с его специфическими особенностями климата более пригодны масличные культуры сибирской

селекции. Имея короткий вегетационный период, они сочетают в себе надежность созревания семян со слабой восприимчивостью к основным болезням, что обеспечивает стабильную урожайность семенного материала. Безэруковые и низкоглюкозинолатные сорта крестоцветных культур, особенно рапса и сурепицы, дают возможность шире использовать масло, в качестве пищевого продукта, а жмыхи - в качестве ценного высокопротеинового и энергетического корма для сельскохозяйственных животных (Маковеева Н.Н., 2002, 2003).

Побочным продуктом при переработке масличных культур и производстве растительного масла являются жмыхи, которые готовят на шнековом прессе ПШ-70. Они являются основным доступным источником ПВ в нашем регионе.

В работе исследованы ПВ, выделенные из следующих видов жмыхов масличных культур: подсолнечного, рыжикового, льняного, сурепного и рапсового.

Таблица 6 Выход пищевых волокон из жмыхов масличных культур при

обработке методом В.В.Петрушевского, (X±Sx)

Наибольшее количество ПВ содержится в подсолнечном жмыхе и составляет 78,33 г на 100 г жмыха, что в 2,2 раза больше, чем в рыжиковом жмыхе (табл. 6).

ПВ, формирующие клеточные стенки различных сортов масличных культур, состоят из одних и тех же биополимеров: пектиновых веществ, ГМЦ, целлюлозы и лигнина (табл. 7; рис. 3, 4,5).

В клеточной стенке макромолекулы целлюлозы находятся в виде элементарных фибрилл диаметром до 3,5 нм, лигнин и ГМЦ заполняют пространство между ними.

СН₂ОН н СН₂ОН

Рис. 3. Химическое строение целлюлозы

Молекулы целлюлозы имеют только линейную структуру: - СбНю05 -С₆Н₁₀О5 - СбНю05 - СбНюОб - ...Они состоят из остатков молекул р-глюкозы, соединенных р-глюкозидной связью по месту 1-4 углеродных атомов (рис. 3). Структурные звенья целлюлозы С₆Ню05 - содержат по 3 гидроксильные группы. В формуле их выделяют определенным образом: [СбН₇С>2(ОН)з]п. Моносахаридные звенья имеют строго определенное пространственное расположение гидроксильных (-ОН) групп, обусловливающих ее свойства.

ГМЦ в клеточной стенке служат опорным конструкционным материалом. Макромолекулы ГМЦ разветвлены и построены из пентоз (ксилозы, арабинозы) или гексоз (маннозы, галактозы, фруктозы). ГМЦ сопутствуют целлюлозе и присутствуют в ее массе.

Лигнин располагается в клеточных стенках растений и скрепляет волокна целлюлозы. Его разветвленные макромолекулы построены в основном из остатков замещенных фенолоспиртов. Он содержит бензольное кольцо, гидроксильные и метоксильные группы, обусловливающие его свойства (рис.4).

CH = CH-CH₂OH

R = H,R = OCH₃ R = R'=OCH₃ R = R¹ = H

Рис. 4. - Химическое строение лигнина

Ионообменные свойства ПВ в значительной мере определяются числом
карбоксильных групп, содержащихся в пектине. Пектин входит в состав
стенок растительной клетки. В основе его молекул лежит главная цепь,
состоящая из 1-4 связанных остатков a-D-галактуроновой кислоты,
содержащей остатки L-рамнопиранозы. Карбоксильные группы остатков
галактуроновой кислоты часто существуют в виде метиловых групп (рис. 5).
COOR COOR R^l!0 COOR

"О

СН"з

OR'

О XOR¹

D - галактуроновая кислота L - Рамнопираноза

R = Н или СН₃; R¹ = Н, СН₃СО; R¹¹ - Н Рис. 5. Химическое строение пектина.

Таблица 7

Содержание компонентов пищевых волокон, выделенных из жмыхов масличных культур, (X±Sx)

* Р<0,001 по отношению к подсолнечным ПВ, ** Р<0,01; * Р<0,005 по отношению к рапсовым ПВ.

Наибольшее количество ГМЦ содержится в подсолнечных ПВ, что в 1,9 раза (Р<0,01) больше, чем в рапсовых ПВ (табл.7). Наибольшее количество лигнина содержится в сурепных ПВ и составляет 6,9% от общей массы. Наибольшее количество пектиновых веществ содержится в рыжиковых ПВ и составляет 6,25±0,093 г, что в 1,5 раз больше, чем в льняных ПВ(Р<0,001).

ла% ^6%

(4%

20%

Qцеллюлоза ИГМЦ Dпектиновые вещества лигнин

Рис. 6. Среднее содержание компонентов пищевых волокон масличных

культур.

Среди всех фракций полисахаридов в ПВ масличных культур содержится набольшее количество целлюлозы (в среднем 63,8 % от общей массы ПВ) и наименьшее количество лигнина (в среднем 5,98 %от общей массы ПВ) (рис 6).

3.1.2 Химический состав и питательность пищевых волокон

Наряду с наличием основных фракций полисахаридов, в составе ПВ содержится ряд компонентов, характеризующих их химический состав и питательность. Для оценки питательности и ее изменчивости под влиянием разных факторов необходимо знать содержание основных питательных и биологически активных веществ. Химический состав и питательность ПВ масличных культур представлены в приложении В.

Минеральные вещества имеют большое значение для нормальной жизнедеятельности организма, поскольку они являются необходимой основой для построения опорных систем, входят в состав клеток, тканей,

органов и жидкостей, участвуют во всех биохимических процессах, протекающих в живом организме на всех его структурных уровнях. Несмотря на широкие колебания содержания минеральных элементов в рационе, их уровень в органах и тканях животных остается довольно постоянным, благодаря способности организма в поддержании гомеостаза минеральных веществ. В организме животных в наибольшем количестве содержатся кальций и фосфор. Важнейшей функцией кальция в организме является его связь с белком и участие в образовании костной ткани. Ионы кальция регулируют мышечную и нервную деятельность, участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме (Георгиевский В.И., 1979; Кальницкий Б.Д., 1985).

По содержанию в организме фосфор занимает второе место после кальция и тесно с ним связан. Он является составной частью нуклеиновых кислот, которые служат носителями генетической информации, регулируют биосинтез белка и иммунитет (Макарцев Н.Г., 2007).

Сырая зола представляет собой несгораемый остаток растительной ткани и может содержать все элементы, кроме водорода, углерода и азота. На долю минеральных элементов в сухом веществе растений приходится в среднем 5%. В группу безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ) входят все безазотистые вещества, кроме жира и сырой клетчатки. Основными представителями БЭВ являются крахмал, сахара и пентозаны.

Таблица 8 Химический состав пищевых волокон масличных культур

сырая зола, %

3,0

5,7

7,6

6,7

кальций, г

6,86 4,84 4,98

3,66

ВидПВ

масличных

культур

Подсолнечные

Рапсовые Рыжиковые Сурепные Льняные

влага

общая, % 6,22 10,14 7,46 7,04 12,41

Определяемые показатели

фосфор, г

3,99 6,16 6,14 7,12

БЭВ, %

54,21 43,53 38,65 37,26 43,82

Изучение химического состава ПВ масличных культур показало, что содержание общей влаги колеблется от 6,22 до 12,41%; кальция от 3,66 до 6,86 г; фосфора от 3,99 до 7,12 г; сырой золы от 3,0 до 7,6%; БЭВ от 37,26 до 54,21% соответственно (табл. 8).

Сырой протеин - это общее количество азотистых соединений в корме, которое определяется в ПВ масличных культур умножением количества азота на коэффициент 5,3. В состав сырого протеина входят белки и азотистые вещества небелкового характера - амиды.

Переваримым называют часть протеина, которая в результате пищеварения поступает в кровь и лимфу (Макарцев Н.Г., 2007).

Таблица 9 Питательность пищевых волокон масличных культур

Изучение питательности ПВ масличных культур показало, что уровень обменной энергии колеблется от 11,9 до 12,4 мДж; содержание переваримого протеина — от 122,36 до 234,26 г/кг; сырого протеина — от 15,3 до 29,28% соответственно (табл. 9).

3.1.3 Экологическая безопасность пищевых волокон

Экологическая безопасность ПВ характеризуется наличием в них веществ, способных вызывать специфическую и неспецифическую токсичность. В больших количествах эти вещества могут быть причиной

нарушения процессов жизнедеятельности, в связи с чем возникает
необходимость их строгой дозировки в соответствии с пороговой
концентрацией. К данным веществам относятся устойчивые

неорганические ионы тяжелых металлов, радионуклиды, а также сложные органические вещества: пестициды, афлатоксины, нитраты. Они способны не только сохраняться определенное время, но и, вследствие химико-ферментативных и окислительных реакций, превращаться в структурные аналоги, многие из которых представляют опасность для организма человека и животных (Шустов СБ., 1994; Карташев А.Г., 1999, 2001; Guerinot M.I., 2000; Marek L.I. 2000; Антипова Л.В., 2001).

Протоколы испытаний ПВ масличных культур на содержание экотоксикантов представлены в приложении Г.

Тяжелые металлы являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Наиболее часто встречается свинец, который обладает сильно выраженными токсикологическими и кумулятивными свойствами. При поступлении его в организм в большом количестве возникает острое отравление, при незначительных дозах, но частом потреблении - хроническое, в результате чего повреждается мозг, развиваются злокачественные новообразования (Гильденскнольд Ю.В., 1992; Шепотько А.О. 1993; Тиво П.В., 1996; Ревич Б, 1996; Ягодин Б.А, 1996; Желтов В.А., 1999; Marek L.I., 2000; Thomine S., 2000; Мусаев Ф.А., 2003).

Мышьяк и его соединения чрезвычайно опасны и токсичны, обладают высокой степенью аккумуляции, что приводит к поражению внутренних органов (легких и печени) и острой интоксикации.

Токсичность кадмия проявляется очень сильно, в связи с чем этот металл рассматривается в числе приоритетных загрязнителей. Он способен замещать цинк в энзиматических системах, необходимых для формирования костных тканей, что сопровождается тяжелыми

заболеваниями (Lagerwerff J.V., 1972; Мудрый И.В., 1997; Потапов А.Д, 2000).

Ртуть и ее соединения относятся к наиболее опасным глобальным загрязнителям биосферы. Это очень стойкие вещества, медленно разрушающиеся и выводящиеся из организма. Они способны накапливаться в организме в опасных концентрациях и воздействовать преимущественно на центральную нервную систему, почечный эпителий, печень, а также приводить к мертворождаемости и эмбриональным уродствам (мутагенное действие) (Лужников Е.А., Костомарова Л.Г., 1989; Корте Ф., 1999; Коробко В.И., 2001; Антипова Л.В., 2001).

Таблица 10

Содержание тяжелых металлов в пищевых волокнах масличных

культур.

Содержание тяжелых металлов (свинца, мышьяка, кадмия, ртути) в ПВ масличных культур находится в пределах допустимых концентраций, соответствующих требованиям СанПиН 2.3.2.1078 — 01 (табл.10).

В связи с бурным развитием атомной энергетики нормирование радионуклидов в ПВ является необходимым условием определения их экологической безопасности. Из большого количества радионуклидов наиболее опасными для биологических объектов являются стронций-90 и цезий-137 (Фокин А.В., 1991; Фисинин В.И., 2006; Ильязов Р.Г., 2006).

В организме стронций-90 хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте и активно включается в минеральный обмен, значительные количества его откладываются в скелете. Всасывание данного элемента из желудочно-кишечного тракта колеблется от 5 до 100% и зависит от многих факторов (рациона, возраста животного и др.). Это приводит к облучению не только самих костей и костного мозга, но и других тканей.

Из радиоактивных изотопов цезия наибольшую биологическую опасность представляет цезий-137, ядра которого при (3-распаде излучают |3-частицы и у-кванты. Данный элемент не образует труднорастворимых соединений, поэтому степень всасывания его в желудочно-кишечном тракте достигает 100%. Отмечена исключительно высокая скорость обмена радиоизотопа в звене кровь - органы — ткани. Больше всего цезия-137 накапливается в мышцах, сердце, печени, почках, меньше - в коже, крови и жировой ткани. При длительном или хроническом поступлении цезия-137 отмечается постоянное увеличение общего содержания его в организме, а затем наступает состояние равновесия, когда ежедневное поступление этого элемента уравновешивается выведением. Длительное поступление цезия-137 в организм приводит к лейкемии, злокачественным новообразованиям, дистрофии.

Таблица 11

Содержание радионуклидов в пищевых волокнах масличных культур.

*СанПиН 2.3.2.1078 -01

Содержание цезия и стронция в ПВ масличных культур ниже допустимых уровней по СанПиН 2.3.2.1078 - 01. В незначительных количествах содержится торий (0,001 - 1,22) Бк/кг и радий (0,001 - 5,03) Бк/кг (табл. 11).

Для всех видов продовольственного сырья и пищевых продуктов нормируется содержание пестицидов: гексахлорциклогексана (ГХЦГ) (а,р,у-изомеры), ДДТ и его метаболитов.

Пестициды могут длительно находиться в окружающей среде и оказывать не только токсическое, но и эмбриогенное, мутагенное и канцерогенное действие на живой организм. Теряя содержащийся хлор, пестицид ДДТ превращается в свои аналоги - ДДД и ДДЕ, которые приводят к расстройству дыхания, сердечной деятельности, поражению печени и почек (Реймерс Н.Ф., 1990; Royer F., 2000; Магафуров К.Б., 2003; Мотовилов К.Я., 2004; Макарцев Н.Г., 2007).

Нитраты, используемые в качестве удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур, в избыточных количествах в рационе питания могут вызвать отравления. При попадании в организм из них образуются нитриты, которые нарушают превращение каротина в витамин А в пищеварительном канале. В крови оксигемоглобин переходит в неактивную форму - метгемоглобин - с последующим нарушением кислородного обмена и накоплением в крови углекислого газа. При накоплении в крови метгемоглобина до 75% животные умирают от удушья (ВракинВ.Ф., 1984).

В ПВ необходимо контролировать содержание микотоксина — афлатоксина В_ь который представляет собой результат жизнедеятельности патогенных микроорганизмов при соответствующей нежелательной бактериальной контаминации.

Содержание пестицидов и микотоксинов в ПВ масличных культур не превышает допустимые уровни по СанПиН 2.3.2.1078-01. В ПВ, как продуктах растительного происхождения, в небольших количествах

содержатся нитраты от 70 мг/кг (сурепные ПВ) до 183 мг/кг (подсолнечные ПВ) (табл. 12).

Таблица 12 Содержание пестицидов, нитратов и микотоксинов в пищевых

волокнах масличных культур.

*СанПиН 2.3.2.1078-01

Санитарными правилами в ПВ, как и в других продуктах животного и растительного происхождения, не допускается наличие паразитарных организмов и патогенных микроорганизмов, вызывающих заболевания человека и животных. Действующие гигиенические нормативы по микробиологическим показателям включают контроль отдельных групп микроорганизмов: мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы и бактерии группы кишечных палочек (E.coli) — санитарно-показательная группа; условно-патогенные и патогенные микроорганизмы (сальмонеллы); микроорганизмы порчи - в основном дрожжи и плесневые грибы.

Протоколы лабораторных испытаний по проведению

микробиологического анализа ПВ масличных культур представлены в приложении Д.

Сальмонеллы вызывают пищевые токсикоинфекции. Внедряясь через слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, они продуцируют высокотоксичные эндотоксины. Заболевание сопровождается лихорадкой,

увеличением печени и селезенки, иммунологическими сдвигами.

Определенную роль в пищевых токсикоинфекциях играют некоторые бактерии, объединяемые под названием «условно-патогенные». К ним относят группу кишечной палочки. Название «кишечная палочка» носит собирательный характер. Биохимически кишечные палочки весьма активны. Они расщепляют лактозу, глюкозу, мальтозу, ксилозу, разжижают желатин, редуцируют нитраты в нитриты. Среди всех разновидностей встречается энтеропатогенный штамм, вызывающий пищевые токсикоинфекции. По клиническим проявлениям они сходны с легкими или реже со средней тяжести формами сальмонеллезных токсикоинфекции. При заболеваниях, вызываемых возбудителем кишечной палочкой, отмечается сочетание симптомов острого гастроэнтерита с признаками поражения дистальных отделов толстого кишечника.

Таблица 14 Содержание патогенных микроорганизмов в пищевых волокнах

масличных культур.

СанПиН 2.3.2.1078-01*

Наличие патогенных микроорганизмов (сальмонелл, кишечной палочки, дрожжей и плесени) в пищевых волокнах масличных культур не выявлено (табл. 14).

Таблица 13

Содержание КМАФАнМ в пищевых волокнах масличных культур.

*СанПиН 2.3.2.1078 -01

Содержание общего количества бактерий во всех образцах не превышает допустимого уровня по СанПиН 2.3.2.1078 - 01 (табл. 13).

Таким образом, по химическому составу, питательности, уровню тяжелых металлов и радионуклидов, микробиологическим свойствам жмыхи масличных культур пригодны в качестве источника получения ПВ.

Эффективность физиологического влияния пищевых волокон на организм животных

В последнее десятилетие интенсивно обсуждается вопрос о физиологическом влиянии ПВ на живой организм с целью их эффективного использования при производстве комбинированных продуктов функционального назначения (Шадрин М.А., Гаврилова Н.Б., 2007; Донская Г.А., Кулик М.В., 2007; Непомящая И.С., Силантьева Л.А., 2007).

Известно, что ПВ устойчивы к гидролизу пищеварительными ферментами, но различные их компоненты не обнаруживаются в кале, так как подвергаются воздействию кишечных бактерий. Пектин разрушается полностью, такова же участь большей части ГМЦ, составляющих значительную долю ПВ злаковых. Только лигнин и в меньшей степени целлюлоза резистентны к бактериальному воздействию и переходят в фекалии.

Проведены сравнительные исследования ферментации ПВ в желудочно-кишечном тракте человека и около 40 видов домашних, лабораторных и диких животных, а также относительной способности исследованных видов использовать продукты переваривания ПВ.

Имеется три важнейших продукта ферментации ПВ: летучие жирные кислоты (ацетат, пропионат, бутират), газы (углекислый газ, водород и метан) и энергия. Короткоцепочечные жирные кислоты, образующиеся при разрушении ПВ, важны для регуляции адсорбции и метаболизма в толстой кишке. Эти кислоты быстро всасываются, стимулируя одновременную адсорбцию натрия и воды, а также поступление бикарбонатов в полость кишки (контролирование кишечного рН). Бутират необходим толстокишечной слизистой для энергетического метаболизма, оказывает эффект на синтез ДНК и образование нормальных и озлокачествленных клеток. Усвояемые полисахариды перевариваются и всасываются в верхних отделах кишечника. Некрахмальные полисахариды и лигнин проходят до слепой кишки. Лигнин экскретируется с калом неизменным. Полисахариды клеточной стенки и другие сахара ферментируются энзимами толстокишечных бактерий с образованием газов и короткоцепочных жирных кислот. Они могут адсорбироваться от слепой кишки и далее на различном протяжении. Всосавшись, летучие жирные кислоты доступны аэробному метаболизму в тканях организма и являются источником энергии.

С помощью электронной микроскопии исследовали переваривание поверхности пшеничных отрубей в различных частях желудочно-кишечного тракта крысы. В отрубях, извлеченных из желудка, отсутствовали оставшиеся после помола гранулы крахмала и содержимое вскрытых алейроновых клеток.

При изучении структуры тонкой кишки в онтогенезе у крыс показана ее перестройка: от пальцеподобных ворсинок при рождении до широких, листообразных при созревании животных. Двенадцатинедельное содержание отнятых от груди крыс на безволокнистом рационе с добавлением 10% пектина или микрокристаллической целлюлозы нарушало указанную перестройку слизистой оболочки тонкой кишки (по сравнению с животными, получавшими стандартный лабораторный рацион, содержащий 5% волокон); наименьшее влияние на вид и число ворсинок на единицу площади кишки оказывал пектин. Целлюлоза приводила к уменьшению длины тонкой кишки, а гуаровая смола - к ее увеличению. Количество ворсин на единицу площади было постоянным, однако количество крипт снижалось у крыс на диете с гуаровой смолой. У крыс, содержавшихся в течение 28 дней на диете с 10% гуаровой смолы, отмечен достоверный прирост (на 19,1%) массы слизистой оболочки тонкой кишки. Крысы, получавшие 10% цитрусового пектина, отличались от контрольных меньшей высотой складок и длиной крипт. В экспериментах на крысах показано изменение размеров мышечных клеток кишечника в зависимости от наличия в рационе волокон, причем если пшеничные отруби увеличивали эти размеры, то овсяные отруби, наоборот, уменьшали. Введение в рацион целлюлозы сопровождалось увеличением активности кишечной лактазы и щелочной фосфатазы. В другом исследовании наибольшее изменение тонкой кишки и увеличение ее массы наблюдалось при добавлении в рацион крыс 5% пектина.

В экспериментах на крысах-самцах массой тела 50-70 г изучали влияние на экзокринную часть поджелудочной железы стандартного лабораторного корма, содержащего 60% ПВ, а также того же корма, но с добавлением одного из трех видов ПВ: 5% гуара, 10% пшеничных отрубей, 5% пектина и корма, не содержащего ПВ. После б-недельного содержания на данных кормах масса тела животных увеличилась до 3007350 г. У животных изучали функции поджелудочной железы. ПВ не оказывали влияние на объем базальной панкреатической секреции, выделение бикарбонатов, липазы и амилазы, а также на структуру железы. Однако ПВ значительно повышали содержание ферментов в железе. Указанные эффекты различных ПВ отличались по выраженности, а частично были прямо противоположными: например, гуар снижал содержание в поджелудочной железе трипсиногена и белка. Пшеничные отруби стимулировали секрецию ферментов с поджелудочным соком. Десятидневное кормление крыс указанными ПВ приводило к увеличению массы поджелудочной железы, повышало содержание в ней белка и трипсиногена. На основании этих экспериментов полагают, что ПВ могут нарушать регуляторную обратную связь между внутриполостным трипсином и секрецией ферментов поджелудочной железой, оказывать трофический эффект на железу.

У крыс, потреблявших пищу с различными типами ПВ - 20% целлюлозы, 20% пшеничных отрубей, 5% пектина, 10% гуара - активность панкреатических ферментов либо не изменялась, либо возрастала; целлюлоза и пектин повышали активность кишечной пептидазы. Изменение пищеварительных функций желудочно-кишечного тракта под влиянием ПВ обусловлено изменениями доступности пищи для пищеварительных ферментов и желчных кислот, вязкости кишечного содержимого, рН, морфологии пищеварительного тракта и скорости продвижения его содержимого в верхних отделах тонкой кишки.

75-суточный рацион с добавлением ПВ пшеничных отрубей в количестве 10% массы суточного потребления пищи (3 г/сут на каждую крысу) вызвал ощелачивание парамукозного слоя тощей и подвздошной кишок, увеличение числа слизеобразующих клеток и укорочение на 50-60% микроворсинок эпителиоцитов тощей кишки. ПВ яблочных вытирок (в той же дозе и в те же сроки) привели к закисленню парамукозного слоя двенадцатиперстной кишки и малозначительным изменениям структуры тонкой кишки. Микрокристаллическая целлюлоза (3 г/сут в течение 50 суток) вызвала раздражение слизистой оболочки тощей и подвздошной кишок; в микроструктуре поджелудочной железы при этом изменений не наблюдалось.

Добавление в течение 1 месяца в пищу собак пшеничных отрубей вызвало увеличение скорости секреции поджелудочного сока, выхода бикарбонатов и амилазы. Добавка в рацион отрубей не отражалась на состоянии ел илистой оболочки тонкой кишки: высота кишечных ворсинок, активность сахаразы, мальтазы и аминопептидазы оставались неизменными. Следовательно, у собак пшеничные отруби не влияют на активность ферментов кишечника, имеющих отношение к всасыванию углеводов и белков.

Сырьевые источники пищевых волокон, их строение и свойства

Термин «Пищевые волокна» указывает на волокнистую природу его основных компонентов: целлюлозы, ГМЦ, пектиновых веществ, лигнина и об их использовании в пище (Дудкин М.С., 1997; Gaxiola R.A., 2002). Он был впервые введен в научный обиход E.H.Hispley в 1953 году (Степаненко Б.Н., 1978).

Повседневная растительная пища человека содержит определенное количество ПВ, формирующих клеточные стенки растений (Southgate D. А. Т., 1978). Содержание ПВ в клеточных стенках, их состав, строение и свойства зависят от ботанических особенностей, морфологии и анатомии растительной ткани. ПВ содержится больше в одревесневших, меньше - в развивающихся частях растений. Так, например, ПВ отрубей содержатся в основном в семенных, плодовых оболочках пшеничного зерна. ПВ пленчатых культур (овес, рис, просо, сорго) сконцентрированы в цветочных пленках. Их мало в эндосперме семян и очень много в стеблях злаков и других растений (Дудкин М.С., 1984).

В зависимости от вида составной части, используемой в пище, овощные растения делят на плодовые и вегетативные. В группе плодовых (томатные, бобовые, бахчевые культуры) ПВ сконцентрированы в несеменной части растений. Их много в листьях, стеблях, поверхностных слоях зерна, семенах этих культур. К вегетативной группе овощей относят растения, съедобная часть которых содержится в клубнях, стеблях, листьях (клубнеплоды, корнеплоды, капустные, салатные, пряные лиственные овощи). Для них характерно более равномерное распределение ПВ, которые входят в состав клубней, стеблей и листьев.

ПВ входят в состав съедобной и несъедобной части фруктов, винограда, концентрируясь в клеточной стенке мякоти и кожице плода. Значительное количество ПВ содержится в нетрадиционных для пищевой промышленности видах одревесневшего растительного сырья: побочных продуктах переработки зерна, лиственной и хвойной древесине, тростнике, травах и других сельскохозяйственных культурах. Внимание к проблеме использования ПВ нетрадиционных видов растительного сырья связано с их колоссальными ежегодно возобновляющимися за счет фотосинтеза запасами. Известно, что в растениях ежегодно образуется до 500 — 1000 млрд т целлюлозы и эквивалентное ей количество ГМЦ и лигнина (Гринберг Е.Н., 1986; Lombi Е., 2001).

Важно отметить, что сырьевыми источниками ПВ являются отходы пищевой промышленности (Степаненко Б.Н., 1978). При производстве пшеничной муки с выходом 78% на мельницах каждая тонна зерна дает до 200 кг отрубей, содержащих до 25% ПВ. При переработке зерна в крупу действующими нормативами предусмотрен ее выход от 50 до 70,5%. Остальная часть формирует побочные продукты (Гринберг Е.Н., 1986). Еще большее количество отходов: пленок, оболочек зерна, мучки, зерноотходов получается при выработке крупы из зерна риса, проса, гречихи, ячменя, овса, кукурузы (Дудкин М.С., 1980). Отруби являются одним из основных источников ПВ (Захарова Л.М., 2000).

Большое количество побочных продуктов — концентратов ПВ образуется при переработке фруктов и овощей. Так, при выработке яблочного и томатного соков они составляют 12%, фруктовых консервов из косточковых плодов - 6-12%. Ежегодно только на консервных заводах нашей страны образуется 20000-24000 т яблочных выжимок. На крупных консервных заводах, перерабатывающих зеленый горошек (Крымский, Тираспольский и др.), в сезон накапливается до 10000 т побочных продуктов (Дарманьян П.М., 1984). При переработке винограда в хозяйствах республики Узбекистан побочные продукты составляют 17000 - 20000 т. По многолетним данным ежегодно в Узбекистане накапливается около 400 - 500 тыс. т нестандартных отходов, содержащих ПВ (Демников А.П., 1986). Значительным источником ПВ являются побочные продукты свеклосахарного производства (Дудкин М.С, Черно Н.К., 1988). Выход свекольных листьев к массе корня составляет в среднем 64%. После экстракции сахара остается свекловичный жом 55 — 90% к массе перерабатываемой свеклы (Дудкин М.С, 1980). При переработке 78,3 млн. т сахарной свеклы получено 65 млн. т свежего свекловичного жома, богатого пектином и ГМЦ (Лебедев Е.И., 1982; Геллер Б.Э., 1995).

В целом в консервной промышленности в настоящее время ежегодно перерабатывается до 3,6 млн. т овощей и значительное количество плодов. Количество растительных отходов в нашей стране в год составляет 3,6 — 4,1 млн. т. В Москве их ежегодно собирается 320-350 тыс. т (Дудкин М.С, 1980).

Организация исследований

Работа выполнена на кафедре зоогигиены и морфологии сельскохозяйственных животных ФГОУ ВПО «Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т.С.Мальцева». Исследования проведены в аккредитованных лабораториях ФГУ Станции агрохимической службы «Шадринская» (№ РОСС. RU. 0001.510226), ФГУЗ Центре гигиены и эпидемиологии по Курганской области (№ РОСС. RU. 0001.510232), производственной лаборатории предприятия ООО «Юргамышское молоко» и лаборатории кафедры зоогигиены и морфологии сельскохозяйственных животных Курганской ГСХА в 2006 - 2008 гг. Работа выполнена в соответствии с темой кафедры зоогигиены и морфологии сельскохозяйственных животных: «Анализ и оценка эколого-ветеринарного состояния окружающей среды и животных в зонах техногенного загрязнения»; номер государственной регистрации 01.2.006 08 127.

Опыт проведен на 310 белых беспородных мышах в течение 122 дней. Для проведения опыта использован молодняк в возрасте от 60 до 182 дней, из которых по принципу аналогов с учетом живой массы, возраста, состояния здоровья были сформированы 6 групп по 50 особей в каждой. В 152-дневном возрасте на 60 головах проведен физиологический эксперимент.

Химический состав и питательность рационов кормления экспериментальных животных представлены в приложении А.

Контрольная группа находится на углеводном рационе (основной рацион), который на 10,1% превышает уровень обменной энергии рационов опытных групп. Содержание клетчатки в рационе контрольной группы наименьшее и составляет 0,2 г (прил. А, табл. 1).

Остальные 5 опытных групп животных получают в виде добавки к основному рациону один из видов ПВ в количестве 10% от общей массы корма: 1 опытная - подсолнечные ПВ, 2 опытная - рыжиковые ПВ, 3 опытная - льняные ПВ, 4 опытная - сурепные ПВ, 5 опытная - рапсовые ПВ. Рацион сбалансирован по обменной энергии, белкам, жирам, углеводам, минеральным веществам и витаминам (прил. А, табл. 2). Потребление воды не ограничивалось. Вода смягчает корм при приёме пищи и пищеварении, помогает всасыванию питательных веществ из желудочно-кишечного тракта, выводит из организма ненужные продукты.

Исследовано 20 проб ПВ масличных культур (подсолнечного, рапсового, льняного, рыжикового, сурепного), 30 проб кормосмеси для экспериментальных животных, 60 проб кала экспериментальных животных, 60 проб содержимого желудка, 60 проб содержимого кишечника, ЗЮпроб крови животных, 105 проб кефирного напитка с ПВ и 40 проб сливочного масла с ПВ.

Отбор проб жмыхов масличных культур для выделения пищевых волокон проведен по ГОСТ 27262-87. Из жмыхов, упакованных в мешки для выемок, используют конусный щуп, причем из каждого пятого мешка берут по 0,5 кг продукта (из первого мешка — сверху, из второго — из середины, из третьего — снизу). После осмотра все выемки жмыха тщательно перемешивают и получают исходный образец. Жмых разравнивают в виде квадрата высотой 10 см и в шахматном порядке берут разовые пробы из верхнего, среднего и нижнего слоев. Среднюю пробу делят на две части и помещают в банки с плотными крышками (Петухова Е.А., 1989).

Из отобранных жмыхов получены ПВ по методике ВНИИППД, сущность которой заключается в гидролизе жмыхов масличных культур соляной кислотой (0,3 - 0,5 % раствор) и гидроксидом натрия (0,1 - 0,3 % раствор) (Петрушевский В.В., 1989).

Акт отбора проб ПВ масличных культур представлен в приложении Б. Анализ выделенных ПВ на содержание полисахаридов проведен по методике, предложенной А.Е. Ермаковым (1989). Принцип метода состоит в том, что из навески исследуемого материала удаляют свободные сахара и крахмал, а остаток используют для извлечения структурных полисахаридов в таком порядке: пектины, гемицеллюлозы, целлюлоза, лигнин.

Исследование питательности ПВ предполагает определение: — сырого протеина по методу Къельдаля. Сущность этого метода заключается в том, что жиры и углеводы при их нагревании с концентрированной кислотой разрушаются до углекислого газа и воды, а азотсодержащие вещества распадаются до аммиака, который соединяется с серной кислотой и образует нелетучую соль - сернокислый аммоний. По количеству пошедшего на титрование 0,1 н. раствора соляной кислоты определяют количество азота. Для вычисления содержания сырого протеина в ПВ показатель содержания азота умножают на коэффициент 5,8.

Фракционный состав углеводов пищевых волокон

Важным резервом увеличения производства растительного масла для населения, а также растительного протеина для сельскохозяйственных животных являются масличные культуры. Учитывая климатические особенности нашего региона, возникают проблемы с возделыванием традиционных культур. Появился спрос на более холодостойкие культуры, адаптированные к условиям Зауралья и Западной Сибири (Лошкомойников И.А., 2004).

С этой целью на Сибирской опытной станции ВНИИМК имени B.C. Пустовойта (г. Исилькуль, Омской области) с 1960 года проводят селекцию и семеноводство новых высокоурожайных сортов масличных культур, приспособленных к агроклиматическим условиям Западной Сибири и Зауралья и имеющих высокую масличность и протеиновую ценность.

Многолетней селекционной работой выведены сорта льна (Исилькульский, Легур, Северный, Сокол — средне и раннеспелые, обладающие высокой масличностью семян - 47-50%), каноловые сорта крестоцветных культур - ярового рапса (Иртышский, Радикал, Юбилейный, Русич), яровой сурепицы (Искра, Янтарная) и рыжика (Исилькулец). В крестоцветных масличных культурах ведется селекция по снижению эруковой кислоты и глюкозинолатов. Сорта рапса и сурепицы содержат 0,1 - 0,2 % эруковой кислоты и 0,55 - 0,84 % глюкозинолатов (сорта 00 типа).

Исследования, проведенные в Курганской ГСХА (1998 - 2000гг.), подтверждают аналогичность почвенно-климатических условий Курганской области с Западной Сибирью. Для условий Зауралья "с его специфическими особенностями климата более пригодны масличные культуры сибирской селекции. Имея короткий вегетационный период, они сочетают в себе надежность созревания семян со слабой восприимчивостью к основным болезням, что обеспечивает стабильную урожайность семенного материала. Безэруковые и низкоглюкозинолатные сорта крестоцветных культур, особенно рапса и сурепицы, дают возможность шире использовать масло, в качестве пищевого продукта, а жмыхи - в качестве ценного высокопротеинового и энергетического корма для сельскохозяйственных животных (Маковеева Н.Н., 2002, 2003).

Побочным продуктом при переработке масличных культур и производстве растительного масла являются жмыхи, которые готовят на шнековом прессе ПШ-70. Они являются основным доступным источником ПВ в нашем регионе.

ПВ, формирующие клеточные стенки различных сортов масличных культур, состоят из одних и тех же биополимеров: пектиновых веществ, ГМЦ, целлюлозы и лигнина (табл. 7; рис. 3, 4,5).

Наряду с наличием основных фракций полисахаридов, в составе ПВ содержится ряд компонентов, характеризующих их химический состав и питательность. Для оценки питательности и ее изменчивости под влиянием разных факторов необходимо знать содержание основных питательных и биологически активных веществ. Химический состав и питательность ПВ масличных культур представлены в приложении В.

Минеральные вещества имеют большое значение для нормальной жизнедеятельности организма, поскольку они являются необходимой основой для построения опорных систем, входят в состав клеток, тканей, органов и жидкостей, участвуют во всех биохимических процессах, протекающих в живом организме на всех его структурных уровнях. Несмотря на широкие колебания содержания минеральных элементов в рационе, их уровень в органах и тканях животных остается довольно постоянным, благодаря способности организма в поддержании гомеостаза минеральных веществ. В организме животных в наибольшем количестве содержатся кальций и фосфор. Важнейшей функцией кальция в организме является его связь с белком и участие в образовании костной ткани. Ионы кальция регулируют мышечную и нервную деятельность, участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме (Георгиевский В.И., 1979; Кальницкий Б.Д., 1985).

По содержанию в организме фосфор занимает второе место после кальция и тесно с ним связан. Он является составной частью нуклеиновых кислот, которые служат носителями генетической информации, регулируют биосинтез белка и иммунитет (Макарцев Н.Г., 2007).

Экологическая безопасность ПВ характеризуется наличием в них веществ, способных вызывать специфическую и неспецифическую токсичность. В больших количествах эти вещества могут быть причиной нарушения процессов жизнедеятельности, в связи с чем возникает необходимость их строгой дозировки в соответствии с пороговой концентрацией. К данным веществам относятся устойчивые неорганические ионы тяжелых металлов, радионуклиды, а также сложные органические вещества: пестициды, афлатоксины, нитраты. Они способны не только сохраняться определенное время, но и, вследствие химико-ферментативных и окислительных реакций, превращаться в структурные аналоги, многие из которых представляют опасность для организма человека и животных (Шустов СБ., 1994; Карташев А.Г., 1999, 2001; Guerinot M.I., 2000; Marek L.I. 2000; Антипова Л.В., 2001).

Протоколы испытаний ПВ масличных культур на содержание экотоксикантов представлены в приложении Г.

Тяжелые металлы являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Наиболее часто встречается свинец, который обладает сильно выраженными токсикологическими и кумулятивными свойствами. При поступлении его в организм в большом количестве возникает острое отравление, при незначительных дозах, но частом потреблении - хроническое, в результате чего повреждается мозг, развиваются злокачественные новообразования (Гильденскнольд Ю.В., 1992; Шепотько А.О. 1993; Тиво П.В., 1996; Ревич Б, 1996; Ягодин Б.А, 1996; Желтов В.А., 1999; Marek L.I., 2000; Thomine S., 2000; Мусаев Ф.А., 2003).

Мышьяк и его соединения чрезвычайно опасны и токсичны, обладают высокой степенью аккумуляции, что приводит к поражению внутренних органов (легких и печени) и острой интоксикации.

Токсичность кадмия проявляется очень сильно, в связи с чем этот металл рассматривается в числе приоритетных загрязнителей. Он способен замещать цинк в энзиматических системах, необходимых для формирования костных тканей, что сопровождается тяжелыми заболеваниями (Lagerwerff J.V., 1972; Мудрый И.В., 1997; Потапов А.Д, 2000).

Ртуть и ее соединения относятся к наиболее опасным глобальным загрязнителям биосферы. Это очень стойкие вещества, медленно разрушающиеся и выводящиеся из организма. Они способны накапливаться в организме в опасных концентрациях и воздействовать преимущественно на центральную нервную систему, почечный эпителий, печень, а также приводить к мертворождаемости и эмбриональным уродствам (мутагенное действие) (Лужников Е.А., Костомарова Л.Г., 1989; Корте Ф., 1999; Коробко В.И., 2001; Антипова Л.В., 2001).

Похожие диссертации на Морфофункциональный статус экспериментальных животных при скармливании пищевых волокон масличных культур

Влияние регулярных занятий физической культурой на психофизиологический статус студентов Покуль Сергей Юрьевич

Нейроэндокринный статус как маркер оценки различных видов спорта в аспекте первичной профилактики употребления психоактивных веществ Кондрашова Юлия Владимировна

Биохимический статус и неспецифическая резистентность у поросят при скармливании биологически активной добавки Снегирев Федор Федорович

Влияние скармливания содержимого рубца коров, пробиотиков и их комплекса с адсорбентом, на углеводно-жировой обмен и физиологический статус телят-молочниковШевченко Александр Иванович

Статус вдовы в культуре казахов и киргизовСтасевич Инга Владимировна

"Ландшафт культуры": понятийный статус и художественное воплощение : на материале романа Джона Фаулза "Волхв"Акатова Александра Александровна

Этническая экология: дисциплинарный статус и формы проявления в культуреДоценко Людмила Николаевна

Статус норм в культуреПроворова Елизавета Николаевна

Интегративный принцип духовно-телесного статуса человека в культуреШелекета, Владислав Олегович

Экономическая культура: проблема онтологического статусаКузнецов Виктор Александрович