CC BY
41
УДК 637.1/.3(045)
DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10159
Термоустойчивость молока коров с разными генотипами каппа-казеина
А.В. Бигаева; Х.Х. Гильманов, канд. биол. наук; С.В. Тюлькин, канд. с.-х. наук; А. Г. Галстян*, д-р техн. наук, профессор, член-корр. РАН Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва Р. Р. Вафин, д-р биол. наук, профессор
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва
Дата поступления в редакцию 18.07.2019 * [email protected]
Дата принятия в печать 31.10.2019 © Бигаева А.В., Гильманов Х.Х., Тюлькин С.В., Вафин Р. Р., Галстян А.Г., 2019
Цель настоящих исследований - провести сравнительный анализ влияния полиморфных вариантов гена каппа-казеина (СБЫЗ) на технологические свойства молока в объединенной выборке коров холмогорской породы татарстанского типа в условиях Республики Татарстан. Объединенная выборка была сформирована из коров-первотелок ведущих племенных предприятий: СХПК им. Ленина Атнинского района, ОАО «Племзавод «Бирюлинский» и ООО «Серп и Молот» Высокогорского района. Генотипирование крупного рогатого скота по гену СБЫЗ осуществлено общеизвестным способом ПЦР-ПДРФ-анализа, результаты которого являются удовлетворительными в плане воспроизводимости и идентификации генотипов. В результате молекулярно-генетического исследования группы коров распределили с учетом данных генотипирования по гену СБЫЗ. В проанализированной выборке животных выявлены все три генотипа: АА (61,8%), АВ (35,2%), вВ (3,0%) по гену СБЫЗ, с частотой встречаемости аллелей А и В, равной 0,794 и 0,206 соответственно. Нами изучены показатели термоустойчивости и термостабильности молока коров с разными генотипами по гену СБЫЗ. Определение термоустойчивости молока выполняли с помощью тепловой (тигловой) пробы, а термостабильность молока оценивали с учетом промежутка времени с момента помещения пробирок в ультратермостат до появления первых признаков коагуляции белков. Результаты исследований позволили установить, что наличие А аллеля гена СБЫЗ в геноме коров повышает термоустойчивость их молока. Встречаемость коров желательных генотипов по гену СБЫЗ с наилучшими показателями термостабильности составило 97,0%. Необходимо отметить, что для увеличения доли молочного сырья с повышенной термоустойчивостью следует отбирать животных, имеющих генотипы АА и АВ по гену СБЫЗ.
Ключевые слова
аллель, генотип, корова, молоко, ПДРФ, ПЦР, термоустойчивость, термостабильность, ОБЫЗ Для цитирования
Бигаева А.В., Гильманов Х.Х., Тюлькин С.В., Вафин Р.Р., Галстян А.Г. (2019) Термоустойчивость молока коров с разными генотипами каппа-казеина // Пищевая промышленность. 2019. № 10. С. 59-61.
Heat resistance of cows' milk with different of kappa-casein genotypes
A.V. Bigaeva; Kh.Kh. Gilmanov, Candidate of Biological Sciences; S.V. Tyulkin, Candidate of Agricultural Sciences; A. G. Galstyan*, Doctor of Technical Sciences, Professor, Academician of RAS V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow Vafin R.R., Doctor of Biological Sciences, Professor
All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Non-Alcoholic and Wine Industry - Branch of the Gorbatov's Federal Scientific Center for Food Systems of RAS,
The purpose of these studies is to conduct a comparative analysis of the effect of the polymorphic variants of the kappa-casein gene (CSN3) on the technological properties of milk in a united sampling of Kholmogory breed cows of Tatarstan type under the conditions of the Republic of Tatarstan. The united sampling was formed from the first-calf cows of the leading breeding enterprises: Lenin Atninsky district, JSC «Plemzavod Biryulinsky» and LLC «Serp and Molot». Vysokogorsky district. Genotyping of cattle by the CSN3 gene was carried out by the well-known PCR-RFLP method, the results of which are satisfactory in terms of reproducibility and identification of genotypes. As a result of a molecular genetic study, a group of cows was distributed based on the genotyping data for the CSN3 gene. In the analyzed sampling of animals, all three genotypes AA (61.8%), AB (35.2%), BB (3.0%) were detected by the CSN3 gene, with the frequency of occurrence of alleles A and B equal to 0.794 and 0.206, respectively. We studied the indicators of heat resistance and thermal stability of milk of cows with different genotypes for the gene CSN3. The determination of the heat resistance of milk was carried out using a thermal (crucible) sample, and the thermal stability of milk was evaluated by taking into account the period of time from the moment the tubes were placed in the ultra-thermostat until the first signs of protein coagulation appeared. The research results allowed to establish that the presence of the A allele of the CSN3 gene in the genome of cows increases the heat resistance of their milk. The occurrence of cows of the desired genotypes for the CSN3 gene with the best thermal stability was 97.0%. It should be noted that in order to increase the share of raw milk with increased heat resistance, animals with genotypes AA and AB according to the CSN3 gene should be selected.
Key words
cow, milk, heat resistance, thermal stability, allele, genotype, CSN3, PCR, RFLP For citation
Bigaeva A.V., Gilmanov Kh.Kh., Tyulkin S. V., Vafin R.R., Galstyan A.G. (2019) Heat resistance of cows' milk with different of kappa-casein genotypes // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2019. № 10. P. 59-61.
Реферат
Moscow
Received: July 18, 2019 Accepted: October 31, 2019
© Bigaeva A.V., Gilmanov Kh.Kh., Tyulkin S.V., Vafin R.R., Galstyan A.G, 2019
Abstract
СЫРЬЕ И ДОБАВКИ
Введение. К молоку в качестве сырья, применяемого для производства молочных продуктов, таких как творог, кефир, сыр, йогурт и консервы, включая группы геродиетических и функциональных продуктов питания, предъявляются повышенные требования в плане безопасности и соответствия определенным физико-химическим свойствам и технологическим качествам [1-4].
В настоящее время пришло понимание того, что изыскание путей увеличения производства молочной продукции и улучшения ее качества невозможно без всестороннего исследования технологической пригодности молока-сырья [5].
Особый интерес представляют научные работы по изучению технологических свойств молока с привлечением современных молекулярно-генетических методов диагностики в животноводство. Во многих странах используют генетические маркеры, которые связаны с качественными признаками и технологическими свойствами молока коров. Одним из таких маркеров у крупного рогатого скота является ген каппа-казеина (СБЫЗ) [6, 7].
Производство молочных продуктов невозможно, если молочное сырье не соответствует предъявляемым для их выработки определенным требованиям. Необходимо акцентировать внимание на одном из таких технологических свойств молока, как термоустойчивость [8].
Цель работы - провести сравнительный анализ влияния полиморфных вариантов гена каппа-казеина (СБЫЗ) на технологические свойства молока в объединенной выборке коров холмогорской породы татарстанского типа в условиях Республики Татарстан.
Объекты и методы исследований.
Исследование проведено на объединенной выборке СХПК им. Ленина Атнинского района, ОАО «Племзавод «Бирюлинский» и ООО «Серп и Молот» Высокогорского района Республики Татарстан (608 голов), представленной коровами-первотелками холмогорской породы татарстанского типа.
ДНК экстрагировали из образцов крови животных, консервированной ЭДТА с помощью комбинированного щелочного
способа. У животных определены генотипы по гену СБЫЗ методом ПЦР-ПДРФ-анализа. Для генотипирования коров по гену СБЫЗ применялись праймеры К1: 5 / -вДДДТСССТДССДТСДДТДСС-З / и К2: 5 / -ССДТСТДС6СТД6ТТТД6ДТв-З / на этапе амплификации, а также ре-стриктазы НП I и Н1пС III на этапе ПДРФ-идентификации генотипов [9, 10].
Определение термоустойчивости молока выполняли с помощью тепловой (тигловой) пробы [7]. Дополнительно определяли термостабильность молока, учитывая промежуток времени с момента помещения пробирок в ультратермостат до появления первых признаков коагуляции белков.
Вариационно-статистический анализ результатов исследований проводили биометрическим методом. Достоверность полученных результатов исследований подтверждалась табличными данными критерия по Стьюденту.
Результаты и их обсуждение. Результаты генотипирования крупного рогатого скота по аллелям Д и В гена СБЫЗ с использованием наборов праймеров и эн-донуклеаз рестрикции для проведения ПЦР-ПДРФ-анализа являются удовлетворительными в плане воспроизводимости и идентификации генотипов. Пара праймеров К1+К2 инициируют амплификацию участка СБЫЗ-гена крупного рогатого скота длиной 271 Ьр, соответственно СБЫЗ-ПДРФ-НтЛ (ВВ = 222/49 Ьр, АА = 1З1 / 91 / 49 Ьр и ДВ = 222 / 1З1 / 91 / 49 Ьр) и СБЫЗ-ПДРФ-НЫШ (ВВ = 182/89 Ьр, АА = 271 Ьр и ДВ = 271/182/89 Ьр) профили позволяют распознать его генотипы.
После проведения ДНК-анализа популяции коров холмогорской породы татарстанского типа распределение генотипов по СБЫЗ-гену было следующим: первотелок с АА-генотипом - З76 голов (61,8%), с АВ-генотипом - 214 голов (З5,2 %) и с ВВ-генотипом - 18 голов (З,0 %). При этом встречаемость аллелей Д и В СБЫЗ-гена среди проанализированной выборки крупного рогатого скота составила 0,794 и 0,206 соответственно.
Большинство исследователей отмечают достаточно низкую частоту встречаемости аллеля В гена СБЫЗ среди популяций крупного рогатого скота разных пород [11].
Высокая стойкость к температурному нагреванию (6З-150 °С) - важный тех-
нологический показатель, необходимый для длительного хранения молока и молочных продуктов в процессе стерилизации, пастеризации, сгущения, высушивания и т. д. В связи с этим нами изучены показатели термоустойчивости и термостабильности молока коров с разными генотипами по гену CSN3.
Исследованием выявлено, что молоко объединенной выборки коров татарстанского типа с генотипом ВВ по гену CSN3 имело наименьший показатель термостабильности (34,4 мин), а с генотипами АВ и АА - наибольшие показатели термостабильности (60,4 мин и 63,5 мин). Особи, несущие в своем геноме аллель А гена CSN3 (генотипы AA и AB), выгодно отличались по показателю термостабильности молока в отношении сверстниц с генотипом ВВ, достоверная разница по этому показателю составила 26-29,1 мин (см. таблицу).
Результаты наших исследований по влиянию генотипов гена CSN3 на термоустойчивость молока коров разных пород и происхождения согласуются также с результатами исследований других ученых [6, 7, 12].
Заключение. Подобранные условия генотипирования крупного рогатого скота по аллелям A и B генов CSN3 на основе ПЦР-ПДРФ-анализа позволили достоверно изучить объединенную выборку первотелок холмогорской породы татар-станского типа на территории Республики Татарстан. Исследованием проанализированной выборки коров доказано, что наибольшей термостабильностью обладало молоко от животных, несущих в своем геноме А аллель гена CSN3 (генотипы AA и AB) по сравнению с аналогами ВВ-генотипа. Для увеличения доли молочного сырья с повышенной термоустойчивостью следует отбирать животных с генотипами AA и AB по гену CSN3.
ЛИТЕРАТУРА
1. Petrov, A.N. Indicators of quality of canned milk: Russian and international priorities / A. N. Petrov, A. G. Galstyan, I. A. Radaeva [et al.] // Food and Raw Materials. -2017. - Vol. 5. - № 2. - P. 151-161. DOI: https: //doi.org/ 10.21603/ 2308-4057-20172-151-161.
2. Galstyan, A.G. Theoretical backgrounds for enhancement of dry milk dissolution process: mathematical modeling of the system «solid particles-liquid»/A. G. Galstyan, A. N. Petrov, V.K. Semipyatniy // Foods and Raw Materials. -2016. - Vol. 4. - № 1. - P. 102-109. DOI: https: //doi.org/ 10.21179/ 2308-4057-20161-102-109.
3. Strizhko, M.N. Development of osmotically active compositions for milk-based products with intermediate humidity / M. N. Strizhko, A. E. Kuznetsova, A. G. Galstyan [et al.] // Bulletin of the International Dairy Federation. -2014. - P. 35-40.
Термостабильность молока коров холмогорской породы татарстанского типа с разными генотипами по гену CSN3
Показатель Генотипы гену CSN3
АА АВ ВВ
n 376 214 18
Термостабильность молока, мин 63,5+0,70 60,4+0,98 34,4+1,36***
Разность между генотипами АА, АВ и ВВ: *** - P<0,001
60 10/2019 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ISSN 0235-2486
4. Donnik, I. Genetic identification of bovine leukaemia virus / I. Donnik, R. Vafin, A. Galstyan [et aL.] // Foods and Raw Materials. - 2018. -Vol. 6. - № 2. - P. 314-324. DOI: https: //doi.org/ 10.21603/2308-4057-2018-2-314-324.
5. Овсянникова, Г.В. Использование мирового генофонда молочного скота в создании сырьевой базы молочной промышленности Черноземья // Вестник международной академии холода. - 2017. - № 1. - С. 88.
6. Валитов, Ф.Р. Эффективность использования современных методов маркерной селекции в молочном скотоводстве: дис. ... д-ра с.-х. наук: 06.02.07. - Уфа, 2018. -396 с.
7. Шайдуллин, Р.Р. Термоустойчивость молока коров с разным генотипом каппа-казеина и диацилглицерол О-ацилтрансферазы // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации в АПК», посвященной 145-летию Академии. - Казань: Казанская ГАВМ, 2018. -С. 203-206.
8. Tyulkin, S. V. Technological properties of milk of cows with different genotypes of kappa-casein and beta-LactogLobuLin/ S.V. Tyulkin, R. R. Vafin, L. R. ZagiduLin [et aL.] // Foods and Raw Materials. - 2018. - Vol. 6. - № 1. -P. 154-162. DOI: https: //doi.org/10.21603/ 2308-4057-2018-1-154-162.
9. Kaminski, S. Kappa-casein genotyping of Polish BLack-and-White x HoLstein-Friesian bulls by polymerase chain reaction // Genet. Pol. - 1993. - Vol. 34. - P. 65-72.
10. Вафин, Р. Р. Оптимизация способов генотипирования крупного рогатого скота по гену каппа-казеина/ Р.Р. Вафин, Т. М. Ахметов, Э.Ф. Валиулллина [и др.] // Ветеринарная практика. - 2007. - № 2 (37). -С. 54-69.
11. Шайдуллин, Р.Р. Оценка полиморфизма гена каппа-казеина у животных черно-пестрой породы/ Р. Р. Шайдуллин, А. С. Ганиев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 3 (31). - С. 104-109.
12. Волохов, И.М. Качество молока и молочных продуктов животных создаваемого поволжского типа красно-пестрого скота разных генотипов по каппа-казеину/И.М. Воло-
хов, О.В. Пащенко, Д.А. Скачков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 3. - С. 160-164.
REFERENCES
1. Petrov AN, Galstyan AG, Radaeva IA, Turovskaya SN, ILLarionova EE, Semipyatniy VK, et aL. Indicators of quality of canned milk: Russian and internationaL priorities. Food and Raw Materials. 2017. No. 5 (2). P. 151-161. DOI: https: //doi.org/ 10.21603/ 2308-4057-2 017-2-151-161.
2. Galstyan AG, Petrov AN, Semipyatniy VK. TheoreticaL backgrounds for enhancement of dry miLk dissoLution process: mathematicaL modeling of the system «solid particles-Liquid». Foods and Raw Materials. 2016. No. 4 (1). P. 102-109. DOI: https: //doi.org/10.211 79 / 2308-4057-2016-1-102-109.
3. Strizhko MN, Kuznetsova AE, GaLstyan AG, Semipyatnyi VK, Petrov AN, Prosekov A Yu. DeveLopment of osmoticaLLy active compositions for miLk-based products with intermediate humidity. Bulletin of the International Dairy Federation, 2014. P. 35-40.
4. Donnik IM, Vafin RR, GaLstyan AG, Krivonogova AS, Shaeva AV, GiLmanov Kh Kh., et aL. Genetic identification of bovine Leukaemia virus. Foods and Raw Materials. 2018. No. 6 (2). P. 314-324. DOI: https: //doi.org/10.21603/2 308-4057-2018-2-314-324.
5. Ovsyannikova GV. IspoL'zovanie mirovogo genofonda moLochnogo skota v sozdanii syr'evoj bazy moLochnoj promyshLennosti Chernozem'ya [Using gLobaL gene pooL of cattLe in the formation of raw materiaLs base for dairy industry of BLack Earth region]. Vestnik mezhdunarodnoj akademii holoda [Vestnik of InternationaL Academy of Refrigeration]. 2017. No. 1. P. 7-12 (In Russ.).
6. VaLitov FR. Effektivnost' ispoL'zovaniya sovremennyx metodov markernoj seLekcii v moLochnom skotovodstve [Efficiency of using modern methods of marker breeding in dairy cattLe breeding], diss. Doctor of AgricuLturaL Sciences. Ufa: Bashkir State Agrarian University, 2018. 396 p.
7. ShajduLLin RR. Termoustojchivost' moLoka korov s raznym genotipom kappa-kazeina i diaciLgLiceroL O-aciLtransferazy
[Thermostensibility of cow milk with different genotype of kappa-casein and diacilglycerol O-acyltransferase]. Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Sovremennye nauchnye issledovaniya: aktual'nye voprosy, dostizheniya i innovacii v APK», posvyashhyonnoj 145-letiyu Akademii. [Materials of the all-Russian Scientific-practical Conference «Modern scientific research: topical issues, achievements and innovations in agriculture», dedicated to the 145th anniversary of the Academy]. Kazan': Kazan SAVM, 2018. P. 203-206 (In Russ.).
8. Tyulkin SV, Vafin RR, Zagidulin LR, Akhmetov TM, Petrov AN, Diel F. Technological properties of milk of cows with different genotypes of kappa-casein and beta-lactoglobulin. Foods and Raw Materials. 2018. No. 6 (1). P. 154162. DOI: https: //doi.org/10.21603/2308-40 57-2018-1-154-162.
9. Kaminski S. Kappa-casein genotyping of Polish Black-and-White x Holstein-Friesian bulls by polymerase chain reaction. Genet. Pol. 1993. № 34. P. 65-72.
10. Vafin RR, Axmetov TM, Valiulllina E"F, Zaripov OG, Tyul'kin SV. Optimizaciya sposobov genotipirovaniya krupnogo rogatogo skota po genu kappa-kazeina [An optimization of cattle genotyping means by kappa-casein gene]. Veterinarnaya praktika [Veterinary practice]. 2007. No. 2 (37). P. 54-69 (In Russ.).
11. Shajdullin RR, Ganiev AS. Evaluation of kappa-casein gene polymorphism in Black-and-white animals. Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2015. No. 3 (31). P. 104-109. DOI: https: //doi.org/10.18286/ 1816-4501-2015-3-104-109.
12. Voloxov IM, Pashhenko OV, Skachkov DA. Kachestvo moloka i molochnyx produktov zhivotnyx sozdavaemogo povolzhskogo tipa krasno-pestrogo skota raznyx genotipov po kappa-kazeinu [Quality of milk and dairy products of animals of the created Volga type of Red-and-white cattle of different genotypes on kappa-casein]. Izvestiya Nizhnevotzhskogo agrouniversitetskogo kompteksa: Nauka i vysshee professionat'noe obrazovanie [Information of the Nizhnevolzhsky Agro-university complex: Science and higher professional education]. 2012. No. 3. P. 160-164 (In Russ.).
Авторы
Бигаева Алана Владиславовна, Гильманов Хамид Халилович, канд. биол. наук, Тюлькин Сергей Владимирович, канд. с.-х. наук, Галстян Арам Генрихович, д-р техн. наук, профессор, член-корр. РАН
ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 109316, Россия, Москва, ул. Талалихина, д. 26
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Вафин Рамиль Ришадович, д-р биол. наук, профессор ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, [email protected]
Authors
Atana V. Bigaeva,
Khamid K. Gilmanov, Candidate of Biological Sciences, Sergey V. Tyutkin, Candidate of Agricultural Sciences, Aram G. Galstyan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Academician of RAS
Federal Scientific Center for Food Systems V. M. Gorbatova RAS, 26, Talalikhina str., Moscow, Russia, 109316, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Ramit R. Vafin, Doctor of Biotogicat Sciences, Professor All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Non-Alcoholic and Wine Industry - Branch of the Gorbatov's Federal Scientific Center for Food Systems of RAS, 7, Rossolimo str., Moscow, Russia, 119201, [email protected]
