CC BY
22
Функциональные продукты питания
УДК 637.146.21:34
Изучение возможностей использования обогащенного кисломолочного напитка
для предупреждения развития алиментарного ожирения*
Л.А. Калиниченко, аспирант, В.В. Крючкова, д-р техн. наук, профессор
Донской государственный аграрный университет
С. Н. Белик, канд. мед. наук
Ростовский государственный медицинский университет,
Н. И. Мосолова, д-р биол. наук
Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной продукции
Обеспечение качества и безопасности питания становится первоочередной проблемой государственного уровня, так как определяет здоровье не только конкретных потребителей, но и всей нации в целом. Чрезмерное рафинирование продуктов привело к обеднению рационов витаминами, микроэлементами, незаменимыми аминокислотами и к увеличению доли углеводного и жирового компонентов в питании. Все это на фоне глобальной гиподинамии стало одной их причин роста общей заболеваемости, инвалидизации и смертности населения.
В связи с вышесказанным особую актуальность приобретают возможности разработки и использования так называемых функциональных продуктов - Food for Specific Health Use, не только обладающих определенными питательными свойствами, но и оказывающих целенаправленное действие на функциональную активность отдельных органов, систем и организма в целом, стимулирующих их работоспособность с конкретной профилактической и лечебно-оздоровительной целью [1].
Значительное место в рационах питания населения занимают молоко и молочные продукты, источники важнейших эссенциальных пищевых компонентов. Среди этой группы продуктов особое место принадлежит кисломолочным напиткам, содержащим микроорганизмы-пробиотики (лакто- и бифидобактерии, ацидофильные молочнокислые палочки
* Работа выполнялась при поддержке гранта Президента РФ № НШ-2602.2014.4
и др), которые обладают антагонистической активностью в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов и способствуют сохранению и восстановлению нормальной микрофлоры человека [2]. В связи с этим, именно этот вид продуктов стал наиболее популярной основой для создания функциональных продуктов во всех странах мира.
В качестве функциональных компонентов, являющихся незаменимыми микронутриентами, наибольшее внимание уделяется витаминно-минеральным пищевым добавкам. Одна из таких добавок - белково-углеводный концентрат (БУК), полученный при переработке молочной сыворотки [1]. В ходе технологической переработки молока в сыворотку переходит более 50 % сухих веществ, в том числе липиды, белки и углеводы, минеральные соли, небелковые азотистые соединения, витамины, ферменты, гормоны, иммунные тела, органические кислоты, т. е. почти все соединения, обнаруженные в настоящее время в молоке, которые способны обеспечить поддержание и реабилитацию пищевого статуса здоровых и больных людей [3].
В состав современных рецептур функциональных продуктов входит огромный перечень фруктовых и овощных ингредиентов, но особый интерес представляют органические компоненты, обладающие наибольшей биологической активностью, например, арбузный мёд (АМ), полученный путем упаривания арбузного сока. Основными биологически активными соединениями АМ являются цитрулин и ликопин.
1_-Цитруллин - альфа-аминокислота, которая является предшественником 1_-аргинина - основного донора монооксида азота. Есть экспериментальные подтверждения того, что использование в диетах арбузного концентрата приводит к повышению продукции оксида азота. Это способствует восстановлению функций эндотелия аорты, снижает артериальное давление, уменьшает интенсивность перекисного окисления липидов в печени [4, 5], приводит к снижению прироста массы тела экспериментальных животных в условиях гиподинамии и употребления рационов, обогащенных насыщенными жирными кислотами, а также снижает плазменную концентрацию холестерина в сыворотке крови [6], улучшает гомеостаз про- и противовоспалительных цитокинов, ослабляет развитие атеросклероза и восстанавливает эректильную функцию у мужчин [7].
Ликопин является бескислородным каротиноидным пигментом, который определяет окраску плодов ряда растений, в том числе мякоти арбуза, который считается рекордсменом по содержанию этого вещества -до 25 мг/кг (при оптимальном дневном уровне для здорового человека 10 мг и терапевтическом 20 - 30 мг). Главный биологический эффект ли-копина - предупреждение развития окислительного стресса, сопровождающегося свободнорадикальным окислением, которое приводит к повреждению мембран и гибели клеток и играет ключевую роль в патогенезе рака, атеросклероза и других патологий. По сути, это самый мощный синглетно-кислородный гаситель среди натуральных каротиноидов [8].
Учитывая биологическую активность вышеперечисленных компонентов, а также широкую попу-
лярность кисломолочных напитков среди населения, нами был разработан функциональный продукт, содержащий в своем составе БУК (белково-углеводный концентрат) и АМ (арбузный мед) в различных концентрациях.
Цель настоящего исследования -определение оптимальной концентрации в кисломолочном напитке функциональных компонентов БУК и АМ, вызывающих метаболический эффект, сопровождающийся снижением вероятности развития алиментарного ожирения у экспериментальных животных.
Эксперимент проводился на морских свинках с исходной массой 280 ± 25 г. Животные содержались в условиях вивария при естественном освещении в пластиковых клетках с сухой подстилкой из мелких древесных стружек, которую меняли ежедневно. В каждой клетке находилось по три особи. Все свинки употребляли основной виварный рацион -сухой зерновой корм (овес) и воду ad libitum в поилках объемом 250 мл. В эксперимент морских свинок вводили после карантина (7 дней). Манипуляции в отношении животных осуществлялись в соответствии с требованиями по гуманному обращению с лабораторными животными.
Согласно протоколу исследований животные методом аналогов были разделены на 5 групп. В основной рацион каждой группы вносились изменения в соответствии в целью эксперимента. Схема кормления представлена в табл. 1.
Животные опытных групп получали говяжий жир, предварительно растопленный и смешанный с овсом. Опытные образцы сквашенного напитка с различным процентным содержанием функциональных компонентов они получали 1 раз в сутки в дозе 3,6 мл/кг массы тела в дополнительных поилках. Для ускорения развития процесса ожирения животных содержали в условиях гиподинамии.
На 14-й день эксперимента у морских свинок производили забор крови из предсердия, которую затем центрифугировали при 3000 g и температуре 4 °C в течение 10 мин. В сыворотке крови животных всех групп определяли следующие биохимические показатели: концентрацию общего белка (ОБ) - рефрактометрически на приборе УРЛ-1; концентрацию мочевины при длине
Таблица 1 Схема кормления морских свинок
Группы Характеристика кормления*
Интактные, n = 3 ОР
Ожирение
(контроль), ОР + ГЖ
n = 3
1 (опыт), n = 3 ОР + ГЖ + сквашенный напиток с содержанием 10% БУК + 2% АМ
2 (опыт), n = 3 ОР + ГЖ + сквашенный напиток с содержанием 10% БУК + 4% АМ
3 (опыт), n = 3 ОР + ГЖ + сквашенный напиток с содержанием 10% БУК + 8% АМ
* ОР - основной виварный рацион;
ГЖ - говяжий жир.
водили с использованием общепринятых методов параметрической статистики (1-критерия Стьюдента). Статистически значимыми считали различия при Р < 0,05.
Результаты проведенных исследований показали, что при обогащении рациона твердыми жирами у животных контрольной группы живая масса за 14 дней увеличилась на 7,9%, тогда как живая масса животных интакт-ной группы - на 2,5% (табл. 2).
В 1 - 3-й опытных группах, получавших вместе с жировым компонентом образцы сквашенного напитка с содержанием 10% БУК+ 2% АМ, 10% БУК + 4% АМ и 10% БУК + 8% АМ, увеличение живой массы составило соответственно 3,6, 3,3 и 2,8 %, что не отличалось от аналогичных
Таблица 2
Динамика живой массы экспериментальных животных, г (M±m)
Группа
Показатель интактная контрольная (ожирение) 1-я опытная 2-я опытная 3-я опытная
Начало опыта 280±10,4 280±11,6 275±5,8 275±5,8 278±7,3
Через 14 дней 287±9 302±3* 285±6,5 284±3,5 286±6
В % 102,5 107,9 103,6 103,3 102,9
* Р < 0,05 по сравнению с группой интактных животных; ** Р < 0,05 по сравнению с контрольной группой.
Таблица 3
Показатели белкового обмена у морских свинок (M±m)
Группа
Показатель интактная контрольная (ожирение) 1-я опытная 2-я опытная 3-я опытная
Общий белок, г/л 64,7±0,88 57,0±1,2* 65,0±0,6** 68,3±0,9** 70,0±1,1**
Альбумины,г/л 25,7±2,1 18,0±1,2* 31,3±0,9** 34,7±0,9** 40,3±1,2**
Мочевина, ммоль / л) 5,0±0,6 6,0±0,6 5,3±0,3 5,0±0,6 5,0±0,6
* Р < 0,05 по сравнению с интактными животными; ** Р < 0,05 по сравнению с контролем (ожирение).
волны 580 - 600 нм - спектрометрически на сектрофотометре 11МСО 280 (Германия); концентрацию общих липидов (ОЛ) - при длине волны 510 - 550 нм; концентрацию триа-цилглицеридов (ТАГ) - при 410 нм; холестерина (ОХ) - при 500 - 546 нм; глюкозы (Гл) - при 500 - 546 нм; липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) - при длине волны 630 нм с использованием стандартных наборов химических реактивов фирмы «Лахема» (Чехия). Статистическую обработку полученных данных про-
показателей в интактной группе свинок.
Обогащение рациона лабораторных животных насыщенными жирами на фоне гиподинамии привело к изменению белкового обмена (табл. 3). Так, нами отмечено достоверное снижение содержания ОБ в сыворотке крови у свинок контрольной группы на 11,9% и альбуминовой фракции - на 30% при повышении содержания мочевины на 30% по сравнению с интактными животными, что, вероятно, связано
функциональные продукты питания
Таблица 4
Показатели липидного и углеводного обменов у морских свинок (M±m)
Группа
Показатель интактная контрольная (ожирение) 1-я опытная 2-я опытная 3-я опыт-наяя
Общие липиды, г/л 2,78±0,39 5,70±0,32* 4,19±0,32** 3,52±0,10** 3,07±0,32**
ЛПНП, г /л 1,75±0,28 2,75±0,14* 2,33±0,36 2,38±0,15** 2,43±0,4
Холестерин, ммоль / л 0,85±0,09 1,12±0,10* 0,99±0,06 0,87±0,05** 0,80±0,06**
Триацилглеце-риды, ммоль / л 0,87±0,02 1,39±0,06* 0,85±0,03** 0,84±0,06** 0,81±0,03**
Глюкоза, ммоль / л 5,48±0,01 4,83±0,33 5,80±0,35 6,61±0,31** 7,60±0,34**
* Р < 0,05 по сравнению с интактными животными; ** Р < 0,05 по сравнению с контролем (ожирение).
с превалированием процесса распада белков над их синтезом.
Введение в рацион разработанного сквашенного напитка с содержанием функциональных добавок привело к повышению интенсивности белкового обмена, что выразилось в повышении уровня ОБ на 14,0, 19,8 и 22,8%, а также альбуминовой фракции на 73,8, 92,8 и 123,8% соответственно в 1-й, 2-й и 3-й опытных группах по сравнению с контрольной. При этом наблюдалось сохранение равновесия между синтезом и распадом белка, о чем свидетельствует сохранение содержания мочевины на уровне интактной группы. Активация белкового метаболизма, на наш взгляд, объясняется введением в рацион напитка с функциональным компонентом БУК, который характеризуется высоким содержанием легкоусвояемых белков.
Изучение липидного обмена у экспериментальных животных показало, что обогащение рациона твердыми животными жирами увеличивает содержание ОЛ в крови экспериментальных животных в два раза, ТАГ - на 59,8% (табл. 4). Это указывает на задержку экзогенных липидов в организме и является фактором риска развития атеросклероза, что подтверждается повышением содержания в сыворотке крови этих животных ХС на 31,8% и ЛПНП на 57,1%.
Использование в кормлении животных кисломолочного напитка с функциональными компонентами стало фактором, предупреждающим развитие гиперлипидемии. Так, содержание общих липидов в крови было меньше, чем в контрольной группе на 26,5, 38,2 и 46,1%, а содержание триацилглицеридов - на 38,2,
39,6 и 41,7% соответственно в 1-й, 2-й и 3-й опытных группах. Также нами отмечено нивелирование ги-перхолестеринемического эффекта, на что указывает сохранение уровня холестерина в сыворотке крови животных, получавших обогащенный кисломолочный напиток на уровне интактных животных. По отношению к контрольной группе содержание ХС было ниже на 11,6, 22,3 и 28,6%, также у этих животных нами отмечено более низкое содержание ЛПНП -главного прогностического показателя атеросклероза: разница с контролем составила 15,3, 13,50 и 11,% соответственно в 1-й, 2-й и 3-й группах. Отмеченное нами нивелирование гиперхолестеринемического эффекта указывает на сохранение уровня ХС в сыворотке крови животных, получавших обогащенный кисломолочный напиток, на уровне интактной группы. По отношению к контрольным содержание ХС было ниже на 11,6, 22,3 и 28,6%, также у этих животных нами отмечено более низкое содержание ЛПНП - главного прогностического показателя атеросклероза, разница с контрольными составила 15,3, 13,50 и 11,4 % соответственно в 1-й, 2-й и 3-й группах. Полученные нами результаты можно объяснить интенсификацией процесса липоли-за, обусловленного как действием самого кисломолочного напитка, так и влиянием его функциональных компонентов, способствующих активации окислительно-восстановительных процессов в организме.
Изучение состояния углеводного обмена выявило снижение уровня глюкозы в крови животных, получавших обогащенный говяжьим жиром рацион, на 11,9% по сравнению
с интактными животными. Вероятно, это связано с тем, что у первых энергетические затраты компенсируются преимущественно за счет метаболизма жиров и их составляющих. При этом уменьшается потребность тканей в глюкозе и снижается ее содержание в крови.
Введение в рацион разработанного опытного образца сквашенного напитка с содержанием 10% БУК + 2% АМ и 10% БУК + 4% АМ позволило сохранить содержание глюкозы в сыворотке крови на уровне интактных животных. Однако введение в рацион образца с содержанием 10% БУК + 8% АМ привело к достоверному увеличению уровня глюкозы на 38,7% по сравнению с интактной группой. Возможно, это обусловлено избытком легкоусвояемых углеводов в рационе (лактозы, фруктозы, сахарозы, глюкозы), которые являются поставщиками промежуточных продуктов углеводного обмена: ацетил-КоА, пирувата, глицерофосфата и др., используемых для избыточного биосинтеза холестерина, подтверждается увеличением содержания в этой группе ЛПНП на 38,9% (Р < 0,05) по сравнению с интактными животными.
Таким образом, отсутствие мышечной нагрузки на фоне постоянного поступления в организм энергетического субстрата в виде насыщенных жирных кислот приводит к развитию алиментарного ожирения, сопровождающегося снижением белкового и энергетического обменов и способствует развитию гиперлипидемий в виде гиперхолестеринемии и ги-перлипопротеинемии. Включение в рацион кисломолочного напитка, обогащенного 10 % БУК + 2 % АМ и 10% БУК + 4% АМ, предупреждает возможность развития алиментарного ожирения, приводит к активации белкового обмена, не влияет на метаболизм углеводов и снижает риск развития гиперлипидемий, причем оптимальные метаболические эффекты отмечены в отношении концентраций 10 % БУК + 4 % АМ. Увеличение концентрации функциональных компонентов до 10 % БУК + 8 % АМ в напитке вызывает ряд отрицательных эффектов, проявляющихся в виде гипергликемии и гиперлипопротеинемии.
В связи с этим можно заключить, что максимально метаболически эффективным для предупреждения развития алиментарного ожирения мож-
но считать кисломолочный напиток с концентрацией функциональных компонентов 10% БУК + 4% АМ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Трухачев, В. И. Концентраты белков молока: выделение и применение: монография / В. И. Трухачев, В. В. Молочников, Т.А. Орлова, Р. И. Раманаускас. - Ставрополь: АГРУС, 2009. - 152 с.
2. Шевелева, С.А. Влияние штаммов лактобактерий, используемых при производстве кисломолочных продуктов, на возбудителей пищевых токсикоин-фекций /С.А. Шевелева, Г. Г. Кузнецова, А.В. Черкашин // Вопросы питания. -2011. - № 3. - С. 37 - 40.
3. Храмцов, А.Г. Феномен молочной сыворотки/А. Г. Храмцов. - М.: Профессия, 2011. - 804 с.
4. Altas, S. Protective effect of Diyarbakir watermelon juice on carbon tetrachloride-induced toxicity in rats/S. Altas, G. Kizil, M. Kizil, A. Ketani, P.I. Haris // Food Chem Toxicol. - 2011. -Vol. 49. - P. 2433 - 2438.
5. Figueroa, A. Effects of watermelon supplementation on aortic blood pressure and wave reflection in individuals with prehypertension: a pilot study/A. Figueroa, M.A. Sanchez-Gonzalez, P. M. Perkins-Veazie, B.H. Arjmandi.. // Am J. Hypertens. -2011. - Vol. 24. - P. 40 - 44.
6. Poduri, A. Citrullus lanatus 'sentinel' (watermelon) extract reduces
atherosclerosis in LDL receptor-deficient mice/A. Poduri, D.L. Rateri, S.K. Saha, S. Saha, A. Daugherty //J. Nutr Biochem. - 2013. - May. - Vol. 24 (5). -P. 882 - 886.
7. Pérez-Guisado, J.I. Citrulline malate enhances athletic anaerobic performance and relieves muscle soreness/J.I. Pérez-Guisado, P.M. Jakeman // J. Strength Cond Res. - 2010. - May. - Vol. 24 (5). -P. 1215 - 1222.
8. Devaraj, S.I. A dose-response study on the effects of purified lycopene supplementation on biomarkers of oxidative stress / S. I. Devaraj, S. Mathur, A. Basu, H. H. Aung, V. T. Vasu, S. Meyers, I. Jialal // J. Am Coll Nutr. - 2008. - Apr. -27 (2). -P. 267 - 273.
Изучение возможностей использования обогащенного кисломолочного напитка для предупреждения развития алиментарного ожирения
Ключевые слова
алиментарное ожирение; атеросклероз; белковый; липидный и жировой обмен; обогащенный кисломолочный напиток
Study of possible usage enriched milk drink for the prevention of alimentary obesity
Key words
enriched fermented milk drink; protein; lipid and fat metabolism; atherosclerosis; alimentary obesity
Реферат
Авторами проведены исследования по определению оптимальной концентрации функциональных компонентов, используемых в технологии кисломолочного напитка, вызывающего метаболический эффект. Эксперимент был поставлен на морских свинках. По принципу аналогов были сформированы 5 групп. Все морские свинки получали основной виварный рацион - сухой зерновой корм (овёс). В дополнение к основному рациону животные контрольной группы получали говяжий жир, предварительно растопленный и смешанный с овсом. В дополнение к основному рациону и говяжьему жиру животные 1 - 3-й опытных групп получали образцы кисломолочного напитка с различным процентным содержанием функциональных компонентов (10 % БУК + 2% АМ, 10% БУК + 4% АМ и 10% БУК + 8% АМ, где БУК - белково-углеводный концентрат и АМ - арбузный мёд) 1 раз в сутки в дозе 3,6 мл/кг массы тела. После 14 дней эксперимента живая масса животных в контрольной группе повысилась на 7,9%, в интактной группе - на 2,5%, в 1 - 3-й опытных группах - на 3,6; 3,3; 2,8% соответственно. Обогащение рациона животных насыщенными жирами на фоне гиподинамии привело к изменениям белкового, липидного и углеводного обмена. Введение в рацион морских свинок обогащенного напитка вызвало повышение уровня общего белка и белковых фракций, а также снижение содержания общих липидов, триацилглицеринов, холестерина и ЛПНП (липопротеи-ны низкой плотности) в крови животных опытных групп. Максимально метаболически эффективным для предупреждения развития алиментарного ожирения можно считать кисломолочный напиток с концентрацией функциональных компонентов 10% БУК + 4% АМ.
Авторы
Калиниченко Любовь Александровна, аспирант, Крючкова Вера
Васильевна, д-р техн. наук, профессор,
Донской государственный аграрный университет, 346493,
Ростовская обл., Октябрьский р-н, пос. Персиановский,
ул. Кривошлыкова, д. 1, [email protected]
Белик Светлана Николаевна, канд. мед. наук,
Ростовский государственный медицинский университет, 344022,
г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, д. 29, [email protected]
Мосолова Наталья Ивановна, д-р биол. наук,
Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной
продукции, 400131, г. Волгоград, ул. им. Рокоссовского, д. 6,
Abstracts
The authors have carried out studies to determine the optimal concentration of functional components used in technology of fermented milk drink, causing metabolic effect. The experiment was conducted on guinea pigs. According to the principle of analogues were formed 5 groups. All of guinea pigs fed a basic vivary ration -dry grain forage (oats). In addition to the basic ration animals of the control group received the beef fat previously melted and mixed with oats. In addition to the basic ration and beef fat animals of I, II, III experimental groups fed samples of fermented milk drink with different percentages of functional components (10% BUK + 2 % AM, 10% BUK + 4% AM and 10% BUK + 8% AM, respectively, where BUK -protein-carbohydrate concentrate, and AM - watermelon honey) a 1 time per day at a dose of 3.6 ml/kg of body weight. After 14 days of experimentation, the live weight of animals in control group increased by 7.9%, in intact group by 2.5%, in I, II, III experimental groups by 3.6%, 3.3% and 2.8% respectively. The enrichment of animals ration by saturated fats in the background of inactivity led to changes in protein, lipid and carbohydrate exchanges. Introduction in a diet of guinea pigs enriched drink showed elevated levels of total protein and albumen faction, as well as a decrease in the content of total lipids, triatsilglitserinov, and LDL (low-density lipoprotein) in the animal blood in experimental groups. Most metabolically efficient to prevent the development of nutritional obesity can be considered a fermented milk drink with a concentration of functional components components 10% BUK + 4% AM.
Authors
Kalinichenko Lyubov Alexandrovna, Graduate Student, Kryuchkova
Vera Vasilyevna, Doctor of Technical Science, Professor,
Don State Agrarian University, 1, Krivoshlykova St., Persianovskiy,
Oktyabrsky District, Rostov region, 346493, [email protected]
Belik Svetlana Nikolaevna, Candidate of Medical Science,
Rostov State Medical University, 29, Per. Nakhichevansky, Rostov-na-
Donu, 344022, [email protected]
Mosolova Natalya Ivanovna, Doctor of Biological Science,
Povolzhsky Research Institute of Production and Processing of Meat
and Dairy Products, 6, Imeni Rokossovskogo St., Volgograd, 400131,
