Influence of wheat bran and calcium carbonate coextrusion on the composition of muscle tissue of broiler chickens

Full Text

Высокопродуктивным кроссам цыплят-бройлеров необходим рацион, нормированный по содержанию питательных нутриентов, а также макро- и микроэлементов. Пшеница (Triticum spp.) – пищевой источник крахмала, клетчатки, минералов, витаминов и фитохимических веществ, таких как фенольные соединения (фенольные кислоты, флавоноиды и алкилрезорцины), фитостеролы и сфинголипиды, большая часть которых сосредоточена во внешних слоях зерна. [8, 20] В рацион сельскохозяйственной птицы чаще включают пшеничные отруби, однако из-за высокого содержания клетчатки их применение ограничено. В них содержится от 10 до 15% протеина и 9…13% клетчатки. Для молодняка птицы ввод отрубей регламентирован – 5…6% (до 10%). [2]

Мясо цыплят-бройлеров пользуется повышенным спросом во всем мире из-за низкого содержания жира и холестерина, а также доступной стоимости. [14] Качество мяса, на которое влияет множество факторов (генетика, возраст, убойная масса тела и условия окружающей среды) определяет рыночное признание товара потребителями. [3, 13, 19] Химический состав рациона, скармливаемого животным с однокамерным желудком, влияет на пищевую ценность мяса. Целесообразно изучить действие карбоната кальция в комплексе с экструдированными отрубями на качество мышечной ткани цыплят-бройлеров.

Цель работы – оценка амино- и жирнокислотного состава мышечной ткани цыплят-бройлеров при введении в рацион экструдированных пшеничных отрубей и карбоната кальция.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объект изучения – цыплята-бройлеры кросса Арбор-Айкрес (Авиаген). Экспериментальные исследования выполнены на базе вивария ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии». Сформированы контрольная и четыре опытные группы (n=30). Начиная с 21 сут. в рационе цыплят заменяли 10% (100 г/ кг рациона) зерна пшеницы на экструдат, состоящий из пшеничных отрубей и карбоната кальция –10% (Са1), 15 (Са2), 20 (Са3) и 25% (Са4). В контрольной группе – основной рацион (ОР).

Животные выращены по инструкциям и рекомендациям российских нормативных актов и «Guide for the Carre and Use of Laboratory Animals». Соблюдали меры, чтобы уменьшить количество исследованных опытных образцов и свести к минимуму страдания животных.

Метод экструзионной обработки был схож с описанным в ранее проведенных исследованиях. [4]

Анализ аминокислотного профиля проводили с использованием системы капиллярного электрофореза Капель 105/105М (ООО «Люмэкс-Маркетинг», Россия), нормальности распределения данных – по критерию согласия Колмогорова-Смирнова. Содержание жирных кислот определяли на газовом хроматографе Кристалл 2000М с ПИД и капиллярной колонкой ZB-WAX 60м х 0,32мм х 0,5.

Экспериментальные данные статистически обрабатывали с помощью программного пакета Statistica 12 и Microsoft Excel. Анализ нормальности распределения данных проводили по критерию согласия Колмогорова-Смирнова. Статистическую значимость оценивали с применением параметрического t-критерия Стьюдента независимых групп.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Совместная экструзия карбоната кальция (концентрация – 10…25%) с отрубями привела к выраженным изменениям химического состава и показателей биологической ценности мышечной ткани цыплят-бройлеров. При комбинации экструдированных отрубей с 10% карбонатом кальция (Са1) сухое вещество увеличивалось на 3,9 (Р≤0,05), протеин – 10,95% (Р≤0,001), по сравнению с контрольной группой (табл. 1). В группе Са2, при введении 15% карбоната, наблюдали увеличение в теле сухого вещества на 1,3% (Р≤0,001), протеина – 9,45 (Р≤0,001), золы – 13,64% (Р≤0,05). С возрастанием концентрации до 20% (Са3) происходило снижение жира на 6,54 (Р≤0,01), сухого вещества – 1,62 при увеличении протеина на 5,97, золы – 22,7% (Р≤0,05). В группе Са4 выросло количество сухого вещества на 6,17 и жира – 10,28% (Р≤0,01).

 

Таблица 1. Содержание химических веществ в теле бройлеров, %

Группа	Вода	Сухое вещество	Протеин	Жир	Зола
Контроль	69,2 ± 0,01	30,8 ± 0,01	20,1 ± 0,01	10,7 ± 0,00	2,2 ± 0,00
Са1	68,0 ± 0,38c	32,0 ± 0,38c	22,3 ± 0,09a	11,3 ± 0,33	2,4 ± 0,06
Са2	68,0 ± 0,77	31,2 ± 0,01a	22,0 ± 0,08a	11,3 ± 0,30	2,5 ± 0,03b
Са3	69,7 ± 0,05 c	30,3 ± 0,05c	21,3 ± 0,15c	10,0 ± 0,14b	2,7 ± 0,04c
Са4	67,3 ± 0,55b	32,7 ± 0,55b	21,3 ± 0,81	11,8 ± 0,30b	2,8 ± 0,25

Примечание. ^c – Р≤0,05; ^b – Р≤0,01; ^a – Р≤0,001 при сравнении контрольной и опытных групп. То же в табл. 2–4.

 

В группах Са1 и Са2 содержание протеина увеличилось на 13,36 и 6,79%, жира – 27,9 и 27,3% соответственно, по сравнению с контролем, Са3 и Са4 – снизилось сухое вещество в мышечной ткани из-за уменьшения протеина и золы (рис. 1).

 

Рис. 1. Диаграмма разницы значений опытных и контрольной групп по содержанию химических веществ в мышечной ткани цыплят-бройлеров.

 

Аминокислотный профиль мышечной ткани представлен в таблицах 2 и 3. Введение в рацион бройлеров карбоната кальция в концентрации 10% (Са1) снижает содержание незаменимых аминокислот, в частности суммы лейцина и изолейцина на 10,89% (Р≤0,01), метионина – 9,92 (Р≤0,01), валина – 14,98 (Р≤0,001), треонина – 12,07% (Р≤0,001). Аналогичные изменения были в группе Са2, по отношению к контролю наблюдали снижение лейцина и изолейцина на 2,82%, метионина – 9,1, лизина – 3,92 (Р≤0,001), треонина – 1,47 (Р≤0,05) с одновременным увеличением валина на 1,73% (Р≤0,001).

 

Таблица 2. Аминокислотный профиль (незаменимые) мышечной ткани цыплят-бройлеров под действием исследуемых факторов, г/100 г белка*

Группа	Лейцин + изолейцин	Метионин	Валин	Лизин	Фенилаланин	Треонин	Σ незаменимых аминокислот
ОР	31,94 ± 0,261	8,57 ± 0,209	7,68 ± 0,157	24,26 ± 0,209	11,82 ± 0,026	13,59 ± 0,314	98,09 ± 0,758
Ca1	28,46 ± 1,296b	7,72 ± 0,467b	6,53 ± 0,156a	22,94 ± 0,467	10,50 ± 0,481	11,95 ± 0,026a	86,11 ± 1,659
Ca2	31,04 ± 0,320a	7,79 ± 0,213a	7,813 ± 0,08a	23,31 ± 0,320a	11,57 ± 0,053	13,39 ± 0,053a	94,91 ± 0,453
Ca3	34,73 ± 0,793c	8,46 ± 0,056a	8,04 ± 0,476	26,28 ± 1,569	12,94 ± 0,784a	14,90 ± 0,168c	105,35 ± 4,846
Ca4	30,94 ± 0,386	8,16 ± 0,055a	7,58 ± 0,138	23,19 ± 0,248	11,58 ± 0,055	12,93 ± 0,083c	94,25 ± 0,152

Примечание. *Расчеты приведены на натуральное вещество.

 

Таблица 3. Аминокислотный профиль (заменимые) мышечной ткани цыплят- бройлеров под действием исследуемых факторов, г/100 г белка

Группа	Гистидин	Аргинин	Пролин	Тирозин	Серин	Аланин	Глицин	Σ заменимых аминокислот
ОР	7,11 ± 0,418	19,45 ± 1,150	12,26 ± 0,183	15,34 ± 0,288	10,22 ± 0,183	23,68 ± 0,261	16,26 ± 0,052	104,31 ± 0,235
Ca1	6,19 ± 0,752b	17,70 ± 0,441c	11,09 ± 0,207c	13,66 ± 0,181c	8,92 ± 0,207c	20,48 ± 0,363c	14,96 ± 0,441a	93,00 ± 1,089
Ca2	7,04 ± 0,001	20,69 ± 0,053b	12,56 ± 0,240	14,80 ± 0,293b	10,13 ± 0,213a	22,51 ± 0,107c	16,51 ± 0,027	104,24 ± 0,347
Ca3	7,51 ± 0,224	23,53 ± 1,120	13,61 ± 0,280b	15,91 ± 0,728	11,34 ± 0,701	25,71 ± 0,112b	18,15 ± 0,224b	115,77 ± 1,148
Ca4	7,28 ± 0,441	18,37 ± 0,165	11,58 ± 0,001c	14,92 ± 0,083b	10,01 ± 0,138c	22,59 ± 0,083c	15,36 ± 0,193a	96,50 ± 3,668

Примечание. Гистидин и аргинин как условно-незаменимые аминокислоты.

 

Введение карбоната кальция в концентрации 20% (Са3) сопровождалось изменением профиля незаменимых аминокислот: снижение метионина на 1,28% (Р≤0,05), увеличение суммы лейцина и изолейцина – 8,74 (Р≤0,05), фенилаланина и треонина – 9,4 и 9,94% (Р≤0,001) соответственно.

Дальнейшее добавление карбоната кальция до 25% (Са4) угнетало состав незаменимых аминокислот, что выражалось снижением метионина на 4,78 (Р≤0,001), треонина – 4,86% (Р≤0,05) с тенденцией к уменьшению лейцина и изолейцина, валина, лизина.

В группе Са1 снизилось содержание гистидина на 12,94% (Р≤0,01), аргинина – 8,99 (Р≤0,01), пролина – 9,54 (Р≤0,001), тирозина – 10,95, серина – 12,72, аланина – 13,5 (Р≤0,001), глицина – 7,99 (Р≤0,05), по сравнению с контролем. В группе Са2 наблюдали увеличение аргинина на 6,37% (Р≤0,05), снижение тирозина – 3,52 (Р≤0,05) и аланина – 4,94% (Р≤0,001). Введение карбоната кальция в концентрации 20% (Са3) приводило к увеличению пролина на 11,01% (Р≤0,01), аланина – 8,57 (Р≤0,01), глицина – 11,62% (Р≤0,01). В группе Са4 было отмечено снижение пролина на 5,54% (Р≤0,05), тирозина – 2,74 (Р≤0,01), серина – 2,05 (Р≤0,05), аланина – 4,6 (Р≤0,05) и глицина – 5,54% (Р≤0,001) относительно контроля.

В ходе анализа жирнокислотного профиля мышечной ткани выявлено увеличение доли насыщенных жирных кислот в группах Са1, Са3 и Са4 на 3,1, 2,6 и 2,7% соответственно, по сравнению с контролем (рис. 2). В отношении ненасыщенных жирных кислот незначительно увеличилась доля в группе Са2 на 1,3%, но снизилась в остальных на 1,5…2,0%.

 

Рис. 2. Пропорции жирных кислот в общем пуле внутримышечного жира цыплят-бройлеров, %.

 

При более детальном рассмотрении установлено, что введение карбоната кальция (10…25%) изменяло жирнокислотный профиль мышечной ткани (табл. 4). Среди насыщенных жирных кислот увеличивалось содержание пальмитиновой кислоты на 43,72% (Р≤0,001) в группе Ca1, 30,67 (Р≤0,01) – Са2 и 26,58% – Са3 (Р≤0,05), по отношению к контролю. Количество стеариновой кислоты повысилось на 35,0 (Са1) и 22,4% (Са2) (Р≤0,01).

 

Таблица 4. Содержание отдельных жирных кислот во внутримышечном жире цыплят-бройлеров, г/100 г

Жирная кислота	ОР	Ca1	Ca2	Ca3	Ca4
С16:0 пальмитиновая	4,846 ± 0,137	6,964 ± 0,449 a	6,332 ± 0,375b	5,226 ± 0,390	6,134 ± 0,551c
С16:1 пальмитолеиновая	0,461 ± 0,013	0,720 ± 0,046a	0,691 ± 0,041a	0,395 ± 0,029c	0,589 ± 0,053c
С18:0 стеариновая	2,201 ± 0,062	2,971 ± 0,192b	2,694 ± 0,160b	2,370 ± 0,177	2,478 ± 0,222
С18:1 олеиновая	5,857 ± 0,166	7,660 ± 0,494 b	7,967 ± 0,472a	5,782 ± 0,431	7,352 ± 0,660c
С18:2 линолевая	4,278 ± 0,121	4,689 ± 0,302	5,181 ± 0,307b	4,005 ± 0,299	3,656 ± 0,328
С18:3 линоленовая	0,103 ± 0,007	0,232 ± 0,015 a	0,138 ± 0,008a	0,180 ± 0,013a	0,102 ± 0,009

 

Среди мононенасыщенных жирных кислот установлен рост содержания пальмитолеиновой в группах Са1 на 55,93% (Р≤0,001), Са2 – 49,68 (Р≤0,001) и Са4 – 27,63% (Р≤0,05), Са3 – снижение на 14,39% (Р≤0,05) относительно контроля.

Жирнокислотный профиль полиненасыщенных жирных кислот характеризовался увеличением количества омега-6-ненасыщенной кислоты (линолевая) в группе Са2 на 21,11% (Р≤0,01). Линоленовая кислота (омега-3-ненасыщенная) была увеличена в 2,3 раза (Ca1) и на 74,4% – Са3 (Р≤0,001). В группе Са2 изменение составило 34,2% (Р≤0,001). Олеиновая кислота выросла практически во всех опытных группах: Са1 – 30,78% (Р≤0,01), Са2 – 36,01 (Р≤0,001), Са4 – 25,52% (Р≤0,05).

Таким образом, внесение в экструдированные отруби карбоната кальция (10…25%) влияет на белковый и жировой состав мышечной ткани, о чем свидетельствует изменение амино- и жирнокислотного профилей.

Повышенное внимание уделяется функциональной роли и характеристикам продуктов питания для улучшения здоровья потребителей и предотвращения заболеваний, связанных с нутриентной обеспеченностью. [1] В исследовании анализировали амино- и жирнокислотный состав мышечной ткани цыплят-бройлеров при введении в рацион экструдированных пшеничных отрубей и карбоната кальция. Пшеничные отруби состоят из внешней цветочной и семенной оболочек, алейронового слоя и зернового зародыша. Их используют для увеличения доли клетчатки, в составе которой выделяют углеводные полимеры (целлюлоза, арабиноксилан). [9] Из-за прочных связей с другими компонентами отрубей и высокой молекулярной массы они устойчивы к воздействию эндогенных ферментов в тонком кишечнике, в толстом наблюдается частичная ферментация клетчатки. При экструзии происходят структурные изменения и физико-химическая модификация (декстринизация крахмала, денатурация белков, окисление липидов). [21] Экструзия выступает эффективной стратегией для модификации и солюбилизации клетчатки, открывая алейроновые клетки, разлагая фитат и увеличивая содержание экстрагируемого водой арабиноксилана и β–глюкана. [5, 21] Сложноэфирные связи между фенольными соединениями и другими клеточными компонентами частично гидролизуются, указывая на высокий антиоксидантный потенциал. [17]

В нашем исследовании цыплят-бройлеров кормили пшенично-кукурузным комбикормом. Концентрация фитиновой кислоты в пшеничных отрубях – 2,0…5,3%. Высокое ее количество ограничивает доступность фосфора. [7, 16] У птицы отсутствует значительное количество эндогенной фитазы (фермент, необходимый для расщепления фитата и высвобождения связанного с ним фосфора). Экструзионная обработка снижает уровень фитина, что впоследствии делает фосфор более доступным для цыплят. [22] Это может нарушить соотношение с ним кальция, поставить под угрозу продуктивность бройлеров. Ввод дополнительного карбоната кальция способствовал нивелированию данного эффекта.

Фитат несет сильный отрицательный заряд и имеет большое сродство с некоторыми двухвалентными катионами. При увеличении кальция в рационе, Ca²⁺ как доминирующий катион, соответственно вступая в хелатное взаимодействие с фитатом, будет образовывать Ca-фитатные комплексы. Их формирование снижает биодоступность как Ca, так и P. Карбонат кальция – наиболее распространенный источник Ca в рационе птицы, а благодаря своей высокой кислотосвязывающей способности повышает pH желудочно-кишечного тракта, что благоприятствует образованию комплексов Ca-фитат и фитат-Ca-протеин, приводит к снижению переваримости Р и аминокислот. [7] Установлено, что экструзионная обработка способствует распаду фитатов и снижению их содержания в пшеничных отрубях. [12] Мы ввели комплекс экструдированных отрубей и карбоната кальция. Изменение амино- и жирнокислотного профилей связаны с пищеварительными процессами (снижение Ca-фитатных комплексов, нивелирование дисбаланса Ca/P взаимоотношений).

Рассматривая механизмы гомеостаза кальция и то, что солюбилизация Ca в желудочно-кишечном тракте зависит от pH, можно предположить еще один механизм воздействия введенного комплекса. Экструзия повышает содержание экстрагируемого водой арабиноксилана и β–глюкана, а также влияет на пребиотический потенциал компонентов. [5, 12] Растительные волокна, попадающие в нижний отдел кишечника, приводят к изменению его микробиома из-за ферментации клетчатки до короткоцепочечных жирных кислот. Абсорбция кальция в кишечнике в ионной форме – важный процесс для поддержания гомеостаза кальция. Пассивное всасывание характеризуется перемещением ионов Са из просвета кишечника в кровоток по химическому градиенту через пространства между клетками, активное – проходит в тощей и подвздошной кишках при низких концентрациях кальция в пище. [11] Когда потребление кальция высокое или адекватное, преобладает пассивный транспорт. [18] Среда с пониженным pH также снижает образование комплексов минералов (фосфаты кальция). Внеклеточный кальций обеспечивает метаболические процессы. Он входит в состав желчных солей и принимает участие в активации пищеварительных ферментов. Секреция эндогенных ферментов – высокоэнергетический процесс, требующий выработки митохондриями достаточного количества АТФ. Глюкоза играет центральную роль в обеспечении клеток энергией, вступая в гликолиз превращением в глюкозо-6-фосфат с помощью гексокиназ. Это первый этап гликолитической цепи, ведущий к выработке пирувата, обеспечивающий образование митохондриальной АТФ, которое считается Ca²⁺-зависимым процессом. В матриксе Са²⁺ стимулирует ферменты цикла Кребса, участвующие в активации продукции АТФ. [15]

Таким образом, с добавлением кальция в рацион, содержащий экструдированные пшеничные отруби, происходит цикл каскадных реакций оптимизации метаболических процессов жирового и белкового обмена, что отражается на пищевой ценности мяса. [1]

Существуют доказательства того, что энергетический баланс – важнейший фактор поддержания здоровья и обеспечения оптимального питания, независимо от распределения макронутриентов в процентном отношении к общему количеству жиров и углеводов. Известно, что жирнокислотный состав продуктов животного происхождения зависит не только от биосинтеза в тканях, но и от жирнокислотного состава поступивших в организм липидов. У моногастричных животных состав липидов мышечной ткани – результат абсорбции, синтеза de novo и β-окисления жирных кислот в ходе экспрессии липогенных ферментов. [10, 14] Преобладающие жирные кислоты в составе мышечной ткани – пальмитиновая (C16:0), олеиновая (C18:1) и линолевая (C18:2). На их долю приходилось более 80% общего количества жирных кислот, что согласуется с результатами более ранних исследований. [13] Введение экструдата в сочетании с карбонатом кальция (10 и 15%) приводило к увеличению содержания внутримышечного жира, что непосредственно отразится на сочности и текстуре мяса. [16] Важно учитывать состав жирных кислот на основании характера связи атомов углерода. Во всех группах, за исключением Са3, установлено увеличение содержания насыщенных жирных кислот, в частности пальмитиновой. Мононенасыщенные жирные кислоты были повышены в группах Са1, Са2 и Са4. Сдвиг насыщенных жирных кислот в сторону полиненасыщенных приводит к снижению концентрации холестерина, связанного с липопротеинами низкой плотности, что уменьшает риск развития атеросклероза у потребителей.

Еще один фактор, который мы учитывали при анализе мышечной ткани – состав и количество аминокислот. В группе Са3 были более высокие показатели незаменимых аминокислот (лейцин+изолейцин, метионин, фенилаланин, треонин) и заменимых (пролин, аланин, глицин). Аминокислотный профиль в группах Са1 и Са2 характеризовался снижением незаменимых и заменимых кислот. В группе Са4 изменения носили схожий характер в отношении заменимых аминокислот, среди незаменимых снижался треонин.

Установлено, что комбинация экструдированных отрубей с 10 и 15% карбонатом кальция приводила к увеличению насыщенных жирных кислот и мононенасыщенных на фоне изменения аминокислотного профиля (снижение содержания незаменимых аминокислот). То же выявлено при введении экструдированных отрубей с карбонатом кальция в дозировке 25%.

Таким образом, перечисленные стратегии неоднозначно влияли на амино- и жирнокислотный состав мышечной ткани цыплят-бройлеров. С учетом изложенных фактов и рекомендаций Всемирной организации здравоохранения по увеличению потребления полиненасыщенных жирных кислот и снижению насыщенных, оптимальная дозировка ввода карбоната кальция в часть экструдированных отрубей – 20% (Са3).

About the authors

T. N. Kholodilina

Federal Scientific Center for Biological Systems and Agricultural Technologies of the Russian Academy of Sciences; Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Orenburg State University»

Author for correspondence.
Email: k.nechit@mail.ru

PhD in Agricultural Sciences

Russian Federation, Orenburg; Orenburg

K. S. Nechitailo

Federal Scientific Center for Biological Systems and Agricultural Technologies of the Russian Academy of Sciences; Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Orenburg State University»

Email: k.nechit@mail.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Orenburg; Orenburg

A. A. Melekh

Federal Scientific Center for Biological Systems and Agricultural Technologies of the Russian Academy of Sciences

Email: k.nechit@mail.ru

Master Student

Russian Federation, Orenburg

References

Supplementary files