CC BY
107
ИССЛЕДОВАНИЯ / Функциональные свойства сырья
Ткани сердца и аорты крупного рогатого скота и
свиней как функциональный мясной ингредиент с заданным белково-пептидным профилем_
А. Б. Лисицын, академик РАСХН, доктор техн. наук, И. М. Чернуха, доктор техн. наук,
Л. В. Федулова, канд. техн. наук, Е. А. Котенкова,
ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии,
С. С. Шишкин, доктор биол. наук,
ФБГУ Институт биохимии им. А. Н. Баха РАН
Пандемия сердечно-сосудистых заболеваний во всех возрастных категориях населения России обязывает науку не только развивать кардиологию, как отрасль медицины. Необходимо также прилагать усилия для разработки и внедрения в производство функциональных продуктов питания лечебно-профилактического свойства, используемых в дополнение к основному лечению при кардио-васкулярных заболеваниях. В этой связи актуальным является анализ белково-пептидного профиля и аминокислотного состава тканей сердец и аорт крупного рогатого скота и свиней как перспективного мясного ингредиента с заданными функциональными свойствами.
^ Последнее десятилетие знаменуется особым вниманием отраслевой науки к разработке продуктов питания с заданным биокор-регирующим действием [6, 12] для профилактики и сопутствующей терапии людей группы риска. Особенно преуспела в этой инновационной области молочная промышленность [12]. Мясная промышленность использует в основном обогащение продукта функциональным ингредиентом [6, 12, 14-16], прижизненное придание функциональных свойств сырью путем кормления сельскохозяйственных животных [3-5] или замену нежелательного компонента рецептуры на другой без потери органолептических свойств конечного изделия [14-16], реже используется ферментация [13]. Имеются также сообщения о гипотензивных и гипохолестерине-мических свойствах пептидов, полученных путем ферментативного гидролиза мясного сырья [7, 8, 10, 11], но их широкое использование ограничивается характерным горьким привкусом.
Во ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова особое внимание уделяется созданию специализированных продуктов питания. Так, в Экспериментальной Клинике-лаборатории биологически активных веществ животного происхождения активно ведется поиск новых источников и разработка специфичных тканевых органопрепаратов. Предположение о кардио-вазопротекторных свойствах тканей сердца и аорты крупного рогатого скота и свиней было выдвинуто в рамках гипотезы о наличии в них тканеспецифич-ных белков и пептидов. Согласно этому предположению, они, попадая в желудочно-кишечный тракт, за счет наличия в них и продуктах их расщепления сигнальных аминокислотных последовательностей могут накапливаться в пуле пораженных участков сердечнососудистой системы и оказывать прямое или опосредованное био-коррегирующее действие. Первоначально действие сырья было проанализировано на крысах с моделью экспериментального атеро-
УДК 637.514.9:547.964.4
Ключевые слова: аорта, сердце, белок, пептид, аминокислота, гиполипидемиче-ская активность.
склероза, где были выявлены противовоспалительная и гиполипиде-мическая активность тканей сердца и аорты КРС [1, 2]. Далее в рамках государственного контракта №14. 512.11.0038 по теме «Разработка комплекса биотехнологических методов контроля качества продуктов, в том числе включающих использование протеомных технологий с апробацией их на вновь созданных функциональных мясных продуктах» был проведен ряд исследований с целью определения белково-пептидного профиля исследуемого сырья.
Материалы и методы
Объектами исследования являлись:
- ткань говяжьей аорты;
- ткань говяжьего сердца (миокард);
- ткань свиной аорты;
- ткань свиного сердца.
Содержание жира в исследуемом сырье определяли по ГОСТ 23042-86, общего азота и белка — по ГОСТ 25011-81, ок-сипролина — по ГОСТ 23041-78. Определение содержания соеди-
Функциональные свойства сырья / ИССЛЕДОВАНИЯ
нительнотканного белка проводилось по Вербицкому и Дете-рейджу. Определение содержания саркоплазматических белков основано на извлечении белков саркоплазмы из мышечной ткани буферным раствором низкой ионной силы и последующем определении их количества колориметрическим методом. Содержание водо-, соле- и щелочерастворимых белков определяли методом экстракции белков водным, солевым и щелочным раствором, а белок в полученном осадке, соответственно, — методом Къельдаля. Количество пептидного азота соответствует разности между азотом, осаждаемым фосфорноволь-фрамовой кислотой, и азотом, осаждаемым трихлоруксусной кислотой, определение содержания остаточного азота основано на экстракции навески продукта водой и на дальнейшем определении азота методом Къельдаля в полученном экстракте.
Для фракционирования белков использовали модификацию метода Лэммли [9] в пластинах с градиентом ПААГ 7,5-25% в присутствии SDS.
Исследуемые образцы также подвергали аутолизу при 4-5°С в течении 4-х суток.
Результаты исследования
Результаты физико-химического анализа тканей сердца и аорты крупного рогатого скота и свиней (табл. 1) выявили различия по содержанию белка и жира в говяжьих и свиных аорте и сердце.
Показатели щелочераствори-мого и соединительно-тканного белка значительно разнятся: содержание соединительнотканного белка выше в 8 раз в аорте, в 2 раза в сердце по сравнению с аналогичным показателем соответствующей мышечной ткани, содержание ще-лочерастворимого белка в аорте в 3,5-4,5 раза ниже аналогичного показателя соответствующей мышечной ткани. Количество общего и белкового азота в сердце в 1,52,5 раза ниже аналогичного показателя соответствующей мышечной ткани. Во всех образцах отмечено минимальное содержание остаточного азота, содержание же небелкового азота увеличено. Стоит отметить существенное увеличение
содержания полипетидного азота в 9,1 раз в аорте свиной, в 17,9 раз в аорте говяжьей, в 12,9 раз в сердце свином и в 26,1 раз в сердце говяжьем по сравнению с аналогичным показателем соответствующей мышечной ткани. Содержание ок-сипролина в аорте в 8-9 раз, а в сердце в 2-2,5 раза выше аналогичного показателя соответствующей мышечной ткани. Содержание триптофана в аорте приблизительно в два раза меньше аналогичного показателя соответствующей мышечной ткани (табл.1).
Сравнивая показатели в исследуемых свиных и говяжьих тканях, стоит отметить низкое содержание жира в говяжьем сердце и аорте, повышенное содержание белка и белковых фракций (соединительнотканного, белков саркоплазмы, водо-, соле- и щелочерастворимых белков), азота в говяжьем сердце.
Аминокислоты, как свободные, так и образующиеся в процессе переваривания, играют немаловажную роль в липидном обмене. Так, цистин и серин ускоряют сжигание жиров и жирных кислот и образование мышечной ткани, диметилглицин (производное глицина) стимулирует иммунитет, уменьшает содержание холестерина и триглицеридов в крови, помогает нормализации ар-
териального давления, метионин и треонин в комбинации с аспараги-новой кислотой способствуют переработке жиров, предотвращая их отложение в печени и в стенках артерий, лизин понижает уровень триглицеридов в сыворотке крови, тирозин подавляет аппетит, способствует уменьшению отложения жиров.
Аминокислотный анализ исследуемого сырья (табл. 2) показал, что содержание серина, глицина, аланина, лейцина, фенилаланина и пролина в свиной аорте выше аналогичных показателей в соответствующей мышечной ткани. Содержание аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, метио-нина, изолейцина, лизина и аргинина - ниже.
Содержание глицина, аланина и пролина в говяжьей аорте выше аналогичных показателей в соответствующей мышечной ткани, содержание же аспарагиновой кислоты, треонина, серина, глутами-новой кислоты, валина, метио-нина, изолейцина, тирозина, лизина и аргинина - ниже. Содержание серина, глицина и пролина в свином сердце выше аналогичных показателей в соответствующей мышечной ткани, содержание же аспарагиновой кислоты, треонина, глутаминовой кислоты, аланина,
Таблица 1. Основные физико-химические показатели состава разрабатываемых функциональных продуктов ФМП-1 и ФМП-2
Показатель Аорта свиная Аорта говяжья Сердце свиное Сердце говяжье Свинина Говядина
(мыш. ткань) (мыш. ткань)
Жир,% 6.9 0.8 4.4 1.9 7.3 9.8
Белок,% 22.5 19.6 14.6 15.85 21.5 21.8
Соединительно-тканный белок,% 7.84 7.9 2.03 2.08 0.99 0.88
Белки саркоплазмы,% 1.35 0.958 1.68 1.79 2.57 2.23
Водорастворимый белок,% 1.3 0.972 1.82 1.84 2.79 2.02
Солерастворимый белок,% 1.58 1.62 2.78 2.96 4.91 3.78
Щелочерастворимый белок,% 3.89 3.3 9.53 10.77 13.19 14.87
Общий азот,% 3.488 3.136 2.336 2.536 3.44 3.49
Белковый азот,% 2.606 2.219 1.086 1.186 2.93 3.09
Небелковый азот,% 0.882 0.917 1.25 1.35 0.51 0.4
Остаточный азот,% 0.026 0.021 0.034 0.044 0.416 0.35
Полипептидный азот,% 0.856 0.896 1.216 1.306 0.094 0.05
Оксипролин, % 0.979 0.972 0.252 0.258 0.123 0.109
Триптофан, мг/100г 132.4 141.2 222.8 232.4 280 273
ИССЛЕДОВАНИЯ I Функциональные свойства сырья
Таблица 2. Общий аминокислотный состав разрабатываемых функциональных продуктов ФМП-1 и ФМП-2
Показатель Аорта свиная Аорта говяжья Сердце свиное Сердце говяжье Свинина Говядина
(мыш. ткань) (мыш. ткань)
Asp 1309.706 1284.251 1474.177 1522.83 1895 2326
Thr 951.477 642.807 709.101 1007.056 961 875
Ser 990.91 741.565 877.263 842.535 734 904
Glu 2320.253 2281.271 2896.634 2844.984 3385 3603
Gly 3370.228 3505.741 975.596 885.553 864 878
Ala 2741.728 2287.93 750.371 819.386 1213 1365
Val+Cys 1487.743 1055.411 633.31 767.094 1412 1458
Met 49.886 46.743 232.319 233.872 478 588
Ile 449.844 552.349 369.358 456.868 970 939
Leu 1710.46 1687.237 1241.365 1495.113 1538 1624
Tyr 670.619 514.122 496.499 571.694 695 800
Rhe 1020.336 890.847 645.908 590.456 814 904
валина, метионина, изолейцина, лейцина, тирозина, фенилаланина, гистидина, лизина и аргинина -ниже. Содержание треонина в говяжьем сердце выше аналогичных показателей в соответствующей мышечной ткани, содержание же аспарагиновой кислоты, глутами-новой кислоты, аланина, валина, метионина, изолейцина, лейцина, тирозина, фенилаланина, лизина и аргинина - ниже.
Стоит отметить характерное повышенное содержание глицина в тканях аорты в 4 раза, аланина в 2-2,5 раза, пролина в 3 раза в говяжьей аорте и в 6 раз в свиной, пониженное содержание глутами-новой кислоты в 1,5 раза, изолейцина и лизина в 2-2,5 раза, а также метионина в 12,5 раз в говяжьей
Мм. кДл
1ЧС _-1
130 -1
-1
72 -1
55-1
4?-1
УЛ -1
20-]
-1
i г э л ? í
Рисунок 1. Результаты электрофорети-ческого анализа белков по Лэммли
Окраска азотнокислым серебром. С— стандарт молекулярных масс (Fermentas, США); 1 - нативная ткань говяжьего сердца; 2 -автолизированная ткань говяжьего сердца; 3 -нативная ткань сердца свиньи; 4 -автолизированная ткань сердца свиньи, 5 - автолизированная ткань свиной аорты; 6 - автолизированная ткань говяжьей аорты.
aopтe и в 9,5 paç в cвинoй пo cpaвнeнию c aнaлoгичными пoкa-зaтeлями cooтвeтcтвyющeй мышеч-нoй тгани. Xapaктepным для cep-дец былo cнижeниe coдepжaния aлaнинa, вaлинa, мeтиoнинa, rao-лейцита и лизинa 1,5-2,5 paça пo cpaвнeнию c aнaлoгичными пoкa-зaтeлями cooтвeтcтвyющeй мышеч-нoй ткaни ^бл^).
Cpaвнигeльный aнaлиз татив-ныx oбpaзцoв и ткaнeй, пoдвepг-шиxcя 4-x cyтoчнoмy aвтoлизy npo-вoдили c пoмoщью элeктpoфopeзa. Taкoe cpaвнитeльнoe иccлeдoвaниe cвязaнo c тем, чтo в peзyльтaтe paç-pyшeния клeтoчныx мeмбpaн и де-гpaдaции выcoкoмoлeкyляpныx бел^вьи: мoлeкyл пpoиcxoдиг увеличение выxoдa низкoмoлeкyляp-ныx биoлoгичecки aктивныx веществ. В peзyльтaтe элeктpoфo-peтичecкoгo aнaлизa кaк нaтивныx ткaнeй cepдeц и aopт кpyпнoгo po-raTOra cкoтa и cвинeй, тaк и aвтo-лизиpoвaнныx, пoкaзaл нaличиe m^ororo диaпaзoнa бeлкoв c Мм oт 200 дo 10 ^Äa (pиc. 1).
Cтoит oтмeтить cyщecтвeннoe увеличение paздeляeмыx фpaкций в oбpaзцe aвтoлизиpoвaнныx тга-ней гoвяжьeгo cepдцa (pœ. 1,(2)). В миoкapдe cвиньи, гак в татив-нoм, тaк и в ayтoлизиpoвaннoм o6-paзцe, выявлeнo пpeoблaдaниe фpaкций c Мм oт 60 дo 20 кДa (3, 4). Crom- oтмeтить paзличиe тга-ней cepдцa и aopты пo миoзинo-вым и тpoпoмиoзинoвым фpaк-циям, кpoмe тoгo, ^o^eœ^ вaютcя фpaкции нeдeтeктиpoвaн-ныx бeлкoв, тpeбyющиx бoлee де-тaльнoгo иccлeдoвaния и ж o^e-
деления как стандартных белков поперечно-полосатых мышц и гладкомышечных тканей либо тка-неспецифических протеинов с заданной защитной, транспортной или метаболической функцией.
Обсуждение результатов
Предварительное исследование на лабораторных животных с моделью экспериментального атеросклероза и гиперлипидемии показало наличие выраженного ли-пидоснижающего действия у тканей сердца и аорты крупного рогатого скота. Эти данные косвенно подтверждают исследования физико-химических показателей, аминокислотного состава и элек-трофоретических исследований. Так, во всех исследуемых образцах отмечено повышение в той или иной степени пролина, серина, глицина и аланина. Стоит отметить, что в тканях свиных и говяжьих сердец увеличивается содержания аминокислот, способствующих ускорению сжигания жиров, а также снижению отложения жиров. В тканях аорт отмечается повышение аминокислот, уменьшающих содержание холестерина и триглицеридов в крови, нормализующих кровяное давление. Проведение электрофорети-ческого исследования выявило наличие широкого спектра белков и пептидов, а также некоторых ли-потропных факторов. Стоит отметить высокое содержание полипептидного азота в указанных образцах. Тем не менее, требуется более детальный анализ для выявления тканеспецифичных белков и пептидов, природы их действия и строения, а также повторные эксперименты на лабораторных животных с целью определения целевой фракции биологически активных веществ, обеспечивающих выявленные функциональные свойства.
Контакты:
Андрей Борисович Лисицын Ирина Михайловна Чернуха +7 (495) 676-7211 Лилия Вячеславовна Федулова Елена Александровна Котенкова +7 (495) 676-9211 Сергей Сергеевич Шишкин +7 (495) 952-5886
Функциональные свойства сырья
/ИССЛЕДОВАНИЯ ЙР
Литература
1. Котенкова Е.А., Федулова Л.В. Разработка мясных продуктов нового поколения, обладающих антиатерогенными и гиполипидемическими свойствами, и их апробация на лабораторных животных с моделью экспериментального атеросклероза // Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности. Науч. труды VI конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции. Видное,2012. С. 141-145.
2. Котенкова Е.А., Федулова Л.В., Чернуха И.М. Разработка функциональных продуктов питания, обладающих антиатерогенными свойствами, модифицированных добавлением измельченных тканей сердец и аорт молодых бычков // Сборник материалов всероссийской научно-практической конференции. Научно-инновационные аспекты при создании продуктов здорового питания. Углич, 2012. С.120-123.
3. Adriani L., Mainah H. S., Marbun N. The effect of suplementation fermented kombucha tea on fat and cholesterol levels of duck meat // Lucrari^tiintifice. SeriaZootehnie. 2007. V. 55. № 16. P. 103-105.
4. Daley C. A., Abbott A., Doyle P. S., Nader G. A., Larson S. A review of fatty acid profiles and antioxidant content in grass-fed and grain-fed beef // Nutrition Journal. 2010. V. 9. № 10. P. 1-12.
5. Fujiwara K., Miyaguchi Y., Feng X. H., Toyoda A., Nakamura Y., Yamazaki M., Nakashima K., Abe H. Effect of Fermented Soybean, "Natto" on the Production and Qualities of Chicken Meat // Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2008. V. 21. № 12. P. 1766-1772.
6. Handbook of Meat and Meat Processing, Second Edition / edited Y. H. Hui // USA: Taylor & Francis Group. 2012. 1000 p.
7.Hosomi R., Fukao M., Fukunaga K. , Okuno M., Yagita R., Kanda S., Nishiyama T., Yoshida M. Effect of Fish Protein and Peptides on Lipid Absorbtion in Rats // Trace Nutrients Research. 2010. №27.
8. Kouguchi T., Zhang Y., Sato M., Takahata Y., Morimatsu F. Vasoprotective Effect of Foods as Treatments: Chicken Collagen Hydrolysate // Atherogenesis. Edited by Prof. SampathParthasarathy. 2012. P. 557-570.
9. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 // Nature. 1970. V. 227. P. 680-685.
10. Morimatsu F., Ito M., Budijanto S., Watanabe I., Furukawa Y., Kimura S. Plasma cholesterol-suppressing effect of papain-hydrolyzed pork meat in rats fed hypercholesterolemic diet // Journal of Nutritional Science and Vitaminology. 1996. V. 42. № 2. P. 145-153.
11. Nakade K., Kaneko H., Oka T. A Сattle-heart hydrolisates ameliorates hypercholesterinemia accompanied by suppression of the cholesterol absorbtion and rats in Caco-2 cells // Bioscience, Biotechnology, Biochemistry. 2009. V. 73. № 3. P. 607-612.
12. Nutraceutical Science and Technology (Book 4).Nutraceutical Proteins and Peptides in Health and Disease / edited by Y. Mine, F. Shahidi // USA: Taylor & Francis Group. 2006. 688 p.
13. Yildiz-Turp G., Serdaroglu M. Fatty Acid Composition and Cholesterol Content of Turkish Fermented Sausage (Sucuk) Made with Corn Oil // 54th ICoMST 9-15 August, Cape Town South Africa. 2008. P. 1-3.
14. Ryan J. T., Ross R. P., Bolton D., Fitzgerald G. F., Stanton C. Bioactive Peptides from Muscle Sources: Meat and Fish // Nutrients. 2011. №3. P. 765-791.
15. Weiss J., Gibis M., Schuh V., Salminen H. Advances in ingredient and processing systems for meat and meat products // Meat Science. 2010. №86. P. 196-213.
16. Zhang W., Xiao S., Samaraweera H., Lee E. J., Ahn D. U. Improving functional value of meat products // Meat Science. 2010. №86. P. 15-31.
