CC BY
20
этапах ферментации рН среды несколько снижается, а после 10-20 ч начинает возрастать. К 35 ч рН во всех случаях превышает исходное значение (в среднем 6,5 против 6,3) и далее до конца ферментации повышается вплоть до слабоосновных значений. Снижение кислотности культуральной жидкости в ходе ферментации объясняется, вероятно, накоплением в ней основных веществ, в том числе аммиака [2].
Таблица 2
Параметры ферментации в опытах по оценке состояния процесса биосинтеза бета-каротина
Параметры Изменение параметров в процессе ферментаций
72часа ЮОчасов
Аминный азот, мг% 72-93 93-120
Фосфор, мкг/мл 254-410 410-492
Редуцирующие вещества, % 0,9-1,8 1,8-2,7
рН после стерилизации 6,5-6,9 6,3-6,9
рН на 20 ч 6,1-6,5 6,3-6,8
рН на 35 ч 7,1-7,6 7,2-9,3
рН до стериализации 7,2-7,6 7,1-9,2
Посевная биомасса (+) штамма, кг 0,92-1,09 1,03-1,49
Посевная биомасса (-) штамма, кг 4,50-10,90 10,85-13,95
Биомасса на 35 ч, г/л 14-26 26,00-40,35
Бета-каротин на 35 ч, г/л 0,07-0,18 0,06-0,07
Бета-каротин на 45 ч, г/л 0,25-0,48 0,15-0,28
Бета-каротин конечный продукт, г/л 1,14-1,32 1,12-1,26
Известно, что максимальная скорость синтеза бета-каротина у Шакеяка гшрога достигается в интервале рН 6,4-6,7, в изучаемой же биотехнологической системе, рН к концу ферментации повышается до 7,0-7,3. Установлена положительная корреляция исходных и конечных значений рН питательной среды (К=24%). Высокие значения рН в начале ферментации могут привести к чрезмерному ее защелачиванию к моменту окончания процесса. Характер изменения рН среды на начальных этапах ферментации объясняется особенностями ассимиляции глюкозы продуцентом. Изучение динамики расходования редуцирующих веществ питательной среды свидетельствует об их практически полном исчерпании к 10-20 часам ферментации.
Одновременно образуются органические кислоты, коэффициент корреляции рН на 20 ч и исходных редуцирующих веществ составляет -21 %. Поскольку катаболизм глюкозы у гриба протекает по пути гликолиза, уменьшение рН питательной среды объясняется, видимо, накоплением пировиноградной кислоты. Установлено, что к 10-20 ча-
2 3
сам ее концентрация в культуральной жидкости достигает 3-10" - 3-10" мае. %. Под воздействием пируватгидрогеназного мультиферментного комплекса пируват превращается в ацетилкоэнзим А и включается в энергетический и конструктивный метаболизм, в том числе и каротиногенез [2].
По данным [3], изученные концентрации редуцирующих веществ в исходной питательной среде (0,9-2,7%) положительно коррелируют с накоплением биомассы и отрицательно - с выходом целевого продукта. Увеличение концентрации глюкозы сверх 1,7 % статистически достоверно угнетает каротиногенез. Таким образом, высокий выход целевого продукта обеспечивается средами, содержащими все необходимые источники питания в количествах, достаточных для наиболее быстрого накопления максимально возможной биомассы при одновременном исчерпании к этому моменту глюкозы.
Согласно полученным экспериментальным данным, повышение концентрации аминного азота в питательной среде целесообразно. Однако, он ассимилируется за все время ферментации в среднем на 64 %. Это происходит в том случае, если процесс лимитируется не азотом, а другим компонентом экстракта. По данным экспериментов, наиболее высокий выход бета-каротина (выше 1,4 г/л) достигается при концентрации
аминного азота в исходной питательной среде 125 мг %. Поэтому при приготовлении производственной питательной среды кукурузный экстракт необходимо вносить в нее в количествах, обеспечивающих указанную концентрацию аминного азота.
С целью экспериментальной проверки полученных выводов на опытно-промышленном оборудовании Верхнеднепровского крахмалопаточного комбината проведены пробные ферментации. При этом соблюдались следующие значения технологических параметров: аминный азот -125 мг %; редуцирующие вещества - 1,7 %; неорганический фосфор -260 мкг/мл; pH питательной среды перед ее стерилизацией - 7,0; время введения стимулятора каротиногенеза - 40 ч; соотношение (+) и (-) форм посевного материала - 0,26; продолжительность процесса - 100 ч. По результатам нескольких (8) таких ферментаций выход каротина повысился по сравнению с исходным в 1,3 раза (в среднем 1,62 против 1,24 г/л), а накопление биомассы в конце ферментации, увеличилось на II % (в среднем 42,55 против 38,21 г/л).
Результаты опытно-промышленных испытаний свидетельствуют об эффективности оптимизации исследуемого биотехнологического процесса и возможности значительного улучшения показателей производства при использовании на практике предложенных рекомендаций. Продолжительность ферментации - легко регулируемый параметр, от правильного выбора которого в значительной степени зависят эффективность использования оборудования, себестоимость целевого продукта и как следствие - экономическая эффективность производства.
Таким образом, используя регулирующие факторы биотехнологического процесса можно увеличить выпуск экологически чистого продукта - провитамина А -ß-каротина.
Литература
1. Бобнева С.М. и др. Способ получения ß-каротина //A.c. СССР № 434751.
2. Бондарь И.В., Санникова В.М. Зависимость каротино-синтетической активности культуры Blakeslea trispora от условий хранения. //Биотехнология.- 1985.- №4.- С. 47-48.
3. Васильченко С.А., Кунщикова И.С., Бондарь И.В. Ассимиляция аминокислот культурой Blakeslea trispora //Микроб.журнал.- 1990,- Т.52, №1, -С. 32-34.
УДК 577.12:612.392.83
БИОХИМИЧЕСКИЕ И МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПЕЧЕНИ ПТИЦ ПРИ ВЫПАИВАНИИ ИМ РАСТВОРОВ ЙОДОВИДОНА
И БЕТА-КАРОТИНА
Л.Р. Закирова1, Д.В. Дейнеко2, А.Я. Старокожева1
1 - БелГУ 2 - ВНИИ животноводства, Подольск
Йод - важнейший биомикроэлемент, активно влияющий на обмен веществ в организме. Выполняет свои биологические функции в составе йодированных производных тиронина - тиреоидных гормонов -трийодтиронина и тироксина. В норме в организме взрослого человека содержится примерно 20-30 мг йода (диаграмма 1). В крови здорового человека содержится 8,5±3,5 мкг% йода, от 0,5 до 1,0 мкг% составляют иодиды, остальное - белоксвязанный йод, 35% йода находиться в плазме крови. Принято считать, что человек должен получать минимум 50-60 мкг йода в сутки. Однако для нормального функционирования щитовидной железы, а также течения метаболических процессов в организме здорового человека (по данным Министерства Здравоохранения РФ) суточная потребность человека в йоде в среднем 3 мкг на 1 кг веса тела.
Недостаток поступления йода в организм приводит к нарушению функции щитовидной железы - компенсаторному увеличению массы ткани щитовидной железы за
счет преимущественного разрастания соединительной ткани, т.е. к её гиперплазии, что может привести и к развитию эндемического зоба.
Специалисты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в новом глобальном докладе о положении дел в области обеспеченности йодом [6] утверждают, что недостаток йода является значительной угрозой для здоровья и развития людей во всем мире, прежде всего детей дошкольного возраста и беременных женщин. Информация из Глобального банка данных ВОЗ по дефициту йода, в котором собраны сведения о концентрации йода в моче и количестве больных, страдающих зобом, свидетельствует о том, что из 54 государств мира, где ощущается дефицит йода, в 40 зафиксирован мягкий уровень дефицита, и в 14 - умеренный или же серьезный дефицит йода [6].
Известно, что проблема йодного дефицита чрезвычайно актуальна и для России, так как более 70% густонаселенных территорий страны имеют недостаток йода в воде, почве и продуктах питания местного происхождения. Увеличивается распространенность эндемического зоба, который стал регистрироваться, начиная с раннего возраста.
Белгородская область относится к неблагоприятной зоне по йодному обеспечению.
Распространенным способом решения проблемы| йодной недостаточности является - универсальная солевая йодизация. Однако, при применении йодированной соли возникают некоторые проблемы: во-первых, входящий в такую соль неорганический йод - йодит калия - соединение нестабильное, подвержено разрушению при хранении и термической обработке продуктов (потери йода достигают 20-60%); во-вторых, йодит калия полностью поглощается щитовидной железой и, по данным специалистов ВОЗ [6], в 29 странах мира концентрация йода в организме несколько превышает необходимый уровень или чрезмерно высока, а ежедневное потребление йода в объемах, превышающих безопасный уровень, может привести к дисфункции щитовидной железы в восприимчивых группах населения.
С биологической точки зрения для восполнения недостатка йода человеку предпочтительнее использовать лекарственные препараты, продукты питания, биологически активные добавки, содержащие йод, входящий в состав белковых соединений.
Исследованиями, выполненными Институтом питания РАМН и Эндокринологическим научным центром РАМН, показано, что усвоение йодированного белка происходит строго индивидуально, в зависимости от степени йодной недостаточности каждого конкретного человека и основано на участии специального фермента в регулировании йодного обмена (дейодиназы).
Так, отечественными учеными разработаны различные препараты, содержащие йод именно в комплексе с белком: например, препарат «Иод-актив» разработан в качестве пищевой и биологически активной добавки, содержащий йод в виде казеина, а также препарат «Йод-дрожжелизин» - витамино-аминокислотный концентрат из пекарских дрожжей, насыщенный йодом и др. подобные препараты.
Кроме этого, в настоящее время, перед учеными стоит проблема разработки способов обогащения йодом доминантных для человека продуктов питания животного происхождения (молоко, мясные продукты, куриные яйца), в которых йод находится в составе органических соединений, усвоенных и трансформированных организмом животных, поскольку, как известно, высокой эффективностью обладают казеиновые и другие природные белковые комплексы йода.
С этой целью сотрудниками кафедры биохимии и фармакологии проводились исследования по изучению насыщения продуктов питания животного происхождения такими препаратами как йодовидон (произ-во Шварцевского хим. комбината Тульской обл.), в чистом виде и в сочетании с вододисперной формой бета-каротина (произ-во ООО «Полисинтез» г.Белгород).
Йодовидон это органический комплекс йода с поли-К-винилпирролидоном. Его молекулярная структура полностью не исследована, однако, известно, что это соединение очень стабильно, растворимо в воде, не разлагается с течением времени, не подвер-
гается деструкции в щелочной среде, что важно для нормального проникновения этого вещества в желудок, где происходит начальный этап его всасывания.
Преимущество этого препарата состоит в его большей стойкости при хранении и более равномерном распределении по организму.
Физиологический опыт был проведен в условиях вивария БелГУ на курах-несушках кросса Иза-Браун (30 птиц). Схема опыта приведена в таблице 1. Птиц разделили на три группы: контрольную, I - опытную и II -опытную. Птицам I опытной группы помимо основного рациона 1 раз в 4 дня перед вечерним кормлением вводили по 1 мл раствора йодовидона. Птицам II опытной группы в тоже врямя давали по 1 мл раствора, содержащего йодовидон и вододисперсный бета-каротин. Курам контрольной группы вводили по 1 мл дистилированной воды. Выпаивание исследуемых препаратов и воды проводили в течение пяти недель.
Таблица 1
Схема опыта
Группа Количество птиц Схема кормления Доза йода, мг/гол*сут Длительность выпаивания препаратов, сут
Контрольная 10 ОР (основной рацион) 0,435 35
I - опытная 10 ОР+р-р йодовидона 0,885 35
II - опытная 10 ОР+р-р йодовидона и бета-каротина 0,885 35
По окончании опыта осуществили убой птицы (по три из каждой группы) и отобрали образцы печени птиц для биохимического и морфологического исследований.
Выбор печени для исследования был не случаен. Печень по своей полифункциональности, многообразию и интенсивности обменных процессов занимает уникальное, ведущее место в организме, которое позволяет ей выполнять роль центрального гомео-стата [3].
Координация разнообразных потоков материалов, организация сложных форм «метаболического поведения», адаптированного к потребностям организма в различных «метаболических ситуациях», позволяют называть этот орган «метаболическим мозгом» [5].
Определение концентраций органических и минеральных веществ в гомогенате или в высушенных образцах печени осуществляли принятыми в клинической биохимии животных методами [1,2].
Гистологический препараты готовили согласно методам классической гистотехни-ки [7].
Микроскопирование и микрометрию и материала проводили на микроскопе LOMO Микмед-2 при помощи современной компьютерной программы «ВидеоТест-Мастер-Морфология» на персональном компьютере.
Полученный цифровой материал был обработан статистически с использованием программы Excel. При определении достоверной разницы между показателями контрольной и опытных групп использовали аргумент Стьюдента и таблицы Фишера-Снедока по вычислению критерия достоверности. Результаты считали достоверными, начиная со значения р<0,05.
Таблица 2
Биохимические показатели печени птиц
Группа Сухое вещество, % Жир, % Азот общий, % Протеин, % Белок, %
Контроль 27,89+0,72 4,33±0,39 3,53+-0,02 22.09+-1,05 18,69±0,59
Опыт I 27,44±0,94 5,0±0,28 3,35+-0,98 20,93+-0,60 17,38±0,57
Опыт II 27,09±0,85 5,22±0,55 3,25+-0,17 20,31+-1,08 17,43+1,04
Приведенные в таблице 2 данные свидетельствуют о том, что йодсодержащие добавки не оказали отрицательного влияния на содержание в печени птиц опытных групп по сравнению с контролем сухого вещества, жира, а также метаболитов азотистого обмена. Все показатели находились в пределах нормы и достоверной разницы между ними не выявлено.
Таблица 3
_Содержание минеральных веществ и витаминов в печени птиц
Группа
Контроль
Опыт I
Опыт II
Кальции,
%
0,05+ 0,02
0,07± 0,01
0,08+ 0,02
Фосфор,
%
0,3 7+Л 0,02
I 0,38± 0,01
0,37+ У0.02
Йод, мг/кг
0,19+ 0,01
0,13+ 0,01
0,11+ 0,01*
Витамин А, мкг/г
102,4± 19,3
156,1± 24,3
168,4+ 7,6
Карати ноиды, мкг/г 5,22+ 1,05
4,52± 0,61
5,91+0,60
Витамин Е, мг%
15,5+2,3
22,6+1,4
21,3+3,3
Витамин С. мг%
23,5+0,9
24,9+0,4
24,7+1,3
Здесь и далее: *-р<0,05;**-р<0,01.
Изменения концентраций кальция и фосфора в печени птиц опытных групп по сравнению с контролем являются незначительными и не достоверны (табл.3).
Для нас наибольший интерес представляют изменения содержания йода и некоторых витаминов в пробах печени птиц опытных групп. Как видно, из таблицы 3 концентрация йода в печени птиц опытных групп по сравнению с контролем достоверно уменьшилась на 31,6 в I группе и на 42,1% (р<0,05) во П. Однако уровень йода в печени птиц опытных групп находился в пределах нормы, что говорит об отсутствии отрицательного влияния изучаемых препаратов.
С нашей точки зрения снижение этого элемента в печени, возможно, обусловлено его конверсией в яйцо (следующий доклад или предыдущий).
Выпаивание исследуемых препаратов сказалось также и на обеспечении организма птиц витаминами (табл. 3). Так, в печени птиц I и II опытных групп наблюдалось увеличение содержания ретинола на 52,4 и 64,5%, а также токоферола на 45,8 и 37,4% соответственно по сравнению с контрольной группой.
У кур обеих опытных групп отмечена тенденция к увеличению концентрации витамина С, а во II опытной группе и каратиноидов. Полученные данные можно отметить как положительный момент применения исследуемых добавок, вследствие значительной роли витаминов на живой организм.
Таким образом, биохимические исследования печени птиц опытных групп по сравнению с контролем свидетельствуют о том, что применение препаратов йодовидона в чистом виде и в сочетании с вододисперсной формой бета-каротина не оказало отрицательного влияния на биохимические показатели и содержание минеральных веществ и витаминов в печени птиц, что подтверждается и морфометрическими исследованиями (табл. 4).
Из таблицы 4 видно, что увеличение площади ядер гепатоцитов птиц I и II опытных групп, на фоне увеличения количества ядер в пределах исследованной площади среза, ведет к достоверному повышению ядерно-цитоплазматического коэффициента на 19 (р<0,01) и 4,8% соответственно по сравнению с контролем. Данные показатели свидетельствуют о росте процентной доли площади ядра к площади цитоплазмы гепатоцитов и связаны с повышением функциональной активности клеток печени птиц опытных групп. Следовательно, данные морфометрии свидетельствуют о более развитой структурной и функциональной организации печени птиц, получавших исследуемые препараты.
