Assessment of the using effectiveness of iodine containing additives in development of meat products for child nutrition

AbstractThe effectiveness of iodine containing additives on the basis of whey protein and milk protein casein compared to iodized salt in the composition of meat minced semi-finished products for child nutrition was examined in the experiment on laboratory animals. Four variants of the semi-finished products were investigated: 1 - control; 2 - enriched with iodine containing milk protein casein; 3 - enriched with iodine containing whey proteins; 4 - enriched with iodized salt. The semi-finished products were enriched at the level of 15% of the daily norm of iodine requirement for children at the age of 7-12 years. Iodine content in 100 g of product was 20 μkg. Rats (initial body weight 140±20 g, n=80) were divided into five groups (control, intact and three experimental groups). Groups 1 and 5 included the animals fed with a standard vivarium diet throughout the experiment. The rats from groups 2-4 were fed with the iodine enriched diet: group 2 received diet containing semi-finished products No. 2; group 3 sample No. 3 and group 4 - sample No. 4. The first stage of the experiment was aimed at accumulation of iodine in tissues and organs of animals consumed the tested iodine containing additives in the composition of semi-finished products. The second stage of the experiment consisted in simulation of the mercazolilum-induced (50 mg/kg b.w.) hypothyroidism (iodine deficiency) and detection of preventive effects of iodine containing meat semi-finished products in a model of experimental hypothyroidism in rats. The data obtained upon the end of the experiment suggest that the highest effect for correction of iodine deficiency was achieved when using the culinary products enriched with iodine containing whey proteins (sample No. 3): the level of thyroxine (T4) was restored by 98.7% in the animals from group 3 compared to the indices of the intact group, Т3 by 100%, TSH - by 89.3%. This effect was confirmed by the hematological and biochemical blood indexes, as well as the dynamics of their weight change: the level of white blood cells was significantly lower by 28%, granulocytes by 44%, monocytes by 42% compared to control rats; the weight gain of the animals of the 3 group was 20.3%, closer to that of intact animals - 26.4%, while in the control group it was 2.6 %.

Keywords:semi-finished products, iodine containing whey proteins, iodine containing milk protein casein, iodized salt, thyroid hormones, rats, iodothyrosine

Вопр. питания. 2016. № 4. С. 68-76.

По данным экспертов ВОЗ, в мире около 2 млрд человек, фактически 1/3 населения Земли, проживает в условиях йодного дефицита. Из них около 31% - это детское население, включая детей раннего, дошкольного и школьного возрастов. В Европе эта цифра значительно выше и составляет около 52% [1]. Активно растущие дети и подростки входят в особую группу риска по развитию йододефицитных заболеваний. Даже небольшой недостаток йода в питании детей снижает их интеллектуальное развитие и дальнейшие умственные способности. У детей, в питании которых отмечается дефицит йода, так называемый коэффициент интеллекта (IQ) минимум на 10-15% ниже, чем у сверстников, которые не испытывают недостатка йода в рационе [2].

Россия является страной, на территории которой практически не существует регионов с достаточным содержанием йода в воде и почве. Проблема нехватки йода у населения России обострилась после радиоактивных выбросов в Чернобыле, когда дефицит йода привел к увеличению риска возникновения нарушений функций щитовидной железы. Особая чувствительность к недостатку йода наблюдается у беременных женщин и детей раннего возраста [3]. На территории с природной склонностью населения к появлению зоба, а также на территориях, пострадавших от Чернобыльской аварии, результаты тестов IQ у детей были ниже среднестатистических показателей, что сказывалось на интеллектуальном развитии этих детей в дальнейшей взрослой жизни [1, 4, 5].

В данный момент самым распространенным методом борьбы с дефицитом йода является йодирование пищевой соли. Однако в связи с ограничениями на потребление соли в детском питании, обогащение йодом при добавлении йодированной соли возможно не более чем на 20% от суточной нормы потребления [6, 7].

В России в конце 1990-х гг. была разработана биологически активная йодсодержащая добавка на основе белка молока (казеина). Это органическое соединение йода, встроенного в молекулу молочного белка. На данный момент появилась другая форма органического йода на основе молочных сывороточных белков, которая является аналогом природного йодтирозина, содержащегося в продуктах животного и растительного происхождения.

В настоящее время в России рацион питания детей дошкольного и школьного возраста включает различные мясные продукты - колбасные изделия, ветчины, рубленые полуфабрикаты, готовые кулинарные блюда. В этих продуктах предусмотрена возможность обогащения йодом в количестве 15-30% от суточной физиологической нормы ребенка [8, 3].

Целью данной работы являлось исследование в эксперименте на животных эффективности применения различных йодсодержащих добавок для обогащения кулинарных изделий, предназначенных для профилактики йододефицита у детей.

Материали методы

В работе исследовали эффективность йодсодержа-щих добавок на основе белка сыворотки молока и на основе белка молока (казеин) в сравнении с йодированной солью в составе мясных кулинарных изделий в опытах на лабораторных животных.

Добавка на основе сывороточного белка представляет собой порошок светло-кремового цвета, растворимый в воде, с массовой долей органического йода 2-3%. Добавка на основе белка (казеин) - порошок желтоватого цвета, растворимый в воде при рН>7,5, с массовой долей органического йода 7-9%.

Технология изготовления кулинарных изделий заключалась в измельчении охлажденной говядины с содержанием жира 6%, добавлении компонентов рецептуры (крупы манной, масла растительного, соли, воды), перемешивании, формовании и запекании. Было выработано 4 образца кулинарных изделий: № 1 - контрольный, № 2 - обогащенный йодсодержащими белками молока (казеин), № 3 - обогащенный йодсодержащими сывороточными белками, № 4 - обогащенный йодированной солью. Содержание в 100 г готовых изделий составляло: белка - 17,5 г, жира - 8 г. Обогащение кулинарных изделий проводили на уровне 15% от суточной нормы потребности в йоде детей в возрасте 7-12 лет с целью получения в 100 г готового продукта 20 мкг йода [9].

Для обеспечения заданного уровня йода в продукте норма внесения добавок в кулинарное изделие (с учетом потерь при кулинарной обработке) составила: йодсодержащих белков молока (казеин) - 0,4 г на 100 кг (для образца № 2); йодсодержащих сывороточных белков - 1,0 г на 100 кг (для образца № 3); йодированной соли - 850 г на 100 кг (образец № 4).

Массовую долю йода определяли по ГОСТ 31660-2012 Инверсионно-вольтамперометрический метод определения массовой концентрации йода.

Экспериментальные исследования проведены на 80 половозрелых белых крысах-самцах стока Вистар (масса тела 140±20 г), полученных из филиала "Анд-реевка" ФГБУН "НЦБМТ" ФМБА России (Московская область, Солнечногорский район, п. Андреевка). Содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных, Международными рекомендациями (этический кодекс) по проведению медико-биологических исследований с использованием животных. Животные содержались в клетках TECNIPLAST тип IV S в стандартных условиях вивария при сходных условиях в отношении температуры (23±2 °С), влажности (48±2%), освещения (с 6.00 до 18.00), при свободном доступе к воде и пище [10].

Крысы были случайным образом разделены на 5 групп (контрольная, интактная и 3 опытных). 1-й (контрольной) группе в корм вводили образец № 1, 5-я (ин-тактная) группа состояла из животных, потреблявших на протяжении всего эксперимента стандартный рацион вивария по ГОСТ Р 50258-92.

Крысы 2-4-й групп получали обогащенные йодом продукты в количестве 50% от суточной потребности по белку: животным 2-й группы взамен части рациона вивария в корм вводили образец № 2; 3-й группы -образец № 3; 4-й группы - образец № 4.

Животные всех групп на протяжении всего эксперимента получали не более 2 мкг йода, что соответствует их суточной потребности в данном микроэлементе [11]. При этом у животных 1-й и 5-й групп источником йода был виварный рацион, а у животных 2-4-й групп помимо виварного рациона - исследуемые продукты.

Первый этап эксперимента - профилактический. Длительность этапа составила 25 сут. В течение первого этапа животные потребляли исследуемые продукты, далее часть животных из каждой группы выводили из эксперимента.

Второй этап эксперимента заключался в моделировании на 26-е сутки у животных мерказолилового гипотиреоза (йододефицита) и в оценке эффективности йодсодержащих кулинарных изделий на модели экспериментального гипотиреоза крыс.

Животным ежедневно внутрижелудочно вводили мерка-золил в дозе 50 мг на 1 кг массы тела в течение 25 сут [12].

На протяжении эксперимента вели наблюдение за состоянием животных (поведением, состоянием шерстного покрова) и массой их тела, которую определяли с помощью электронных технических весов "Ohaus" ("AdventurerPro", США) с точностью ±0,1 г. После первого этапа (на 25-е сутки) и по окончании эксперимента (51-е сутки) производили забор крови.

Общее клиническое исследование проб крови проводили на автоматическом ветеринарном гематологическом анализаторе "Abacusjuniorvet 2.7" ("Diatron Messtechnik GmbH", Австрия), используя наборы реактивов ("Diatron", Австрия). В крови животных определяли 18 показателей, представленных в табл. 2, 4.

Биохимические исследования проводили на полуавтоматическом биохимическом анализаторе ("BioChemSA", США), используя наборы реактивов ("HighTechnology", США). В крови животных определяли содержание общего белка, альбумина, билирубина общего, билирубина прямого, креатинина, мочевины, холестерина, тригли-церидов, активность аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), щелочной фосфатазы.

В сыворотке крови определяли содержание тире-оидных гормонов с использованием метода твердофазного иммуноферментного анализа с помощью наборов ИФА-Т4 и ИФА-Т3 , ИФА ТТГ ("НВО Иммунотех", Россия).

Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Statistica 6.0, с применением f-критерия

Стьюдента, статистически достоверными считали различия при р<0,05. Математическая обработка данных включала расчет средних значений со стандартными ошибками (M±m).

Результаты и обсуждение

Результаты эксперимента на лабораторных животных показали, что состояние животных до начала эксперимента находилось в пределах физиологической нормы.

Введение в рацион животных исследуемых образцов на первом этапе эксперимента не сказывалось на клиническом состоянии подопытных животных - поведении, состоянии кожи, шерстного покрова и видимых слизистых оболочек, различий в потреблении корма и воды отмечено не было.

На протяжении первого этапа эксперимента динамика изменения массы тела животных опытных групп была положительной (табл. 1). Максимальная прибавка массы тела была отмечена у животных 3-й группы, в рацион которых вводили кулинарные изделия, обогащенные сывороточными белками, а также контрольной (1-я) и интактной (5-я) группы, находившихся на общеви-варном рационе.

При гематологическом исследовании крови животных на 25-е сутки эксперимента не выявлено каких-либо значительных отклонений показателей животных опытных групп от интактной. Морфологические показатели крови животных, потреблявших кулинарные изделия, обогащенные йодсодержащими белками молока (образец № 2), максимально были приближены к показателям крыс 1-й и 5-й групп (контрольной и интактной). Анализ показателей животных 3-й группы, в рацион которых вводили кулинарные изделия, обогащенные йодсодер-жащими сывороточными белками, выявил повышение количества лейкоцитов (27%), а также увеличение количества лимфоцитов (41%) и моноцитов, не достигающее уровня достоверной значимости. При этом среди изменений гематологических показателей крыс, в рацион которых вводили кулинарные изделия с йодированной солью (4-я группа), стоит отметить увеличение количества лейкоцитов (р>0,05), в том числе лимфоцитов (р>0,05), моноцитов, смеси эозинофилов, базофилов и незрелых клеток (р<0,05) (табл. 2).

Анализ гормонального статуса на 25-е сутки эксперимента показал (табл. 3), что у животных, в рацион которых вводили обогащенные йодом продукты, уровень тироксина (Т4) в крови достоверно не отличался от уровня гормона крови животных, не употреблявших обогащенные йодом продукты. При этом уровень трийодтиронина (Т3) у животных, потреблявших продукты, обогащенные сывороточными и молочными белками (2-я и 3-я группы), был выше, чем у контрольных и интактных животных, а у крыс 4-й группы, потреблявших кулинарные изделия с йодированной солью, уровень этого гормона был ниже, чем у животных контрольной и интактной групп. Снижение концентрации тиреотропного гормона (ТТГ) было выявлено у всех животных, в рацион которых вводили обогащенные йодом продукты, по сравнению с животными, потреблявшими контрольный продукт, и интактными крысами.

Таким образом, увеличение количества лимфоцитов, смеси моноцитов, эозинофилов, базофилов и незрелых клеток у животных 3-й группы на фоне снижения содержания в сыворотке крови ТТГ <0,05), повышения содержания Т3 <0,05) и Т4 >0,05), возможно, свидетельствует о том, что обогащение добавкой на основе йодсодержащих сывороточных белков мясных продуктов опосредованно стимулирует выработку гормонов щитовидной железы, которые, в свою очередь, изменяют функциональную активность иммунной системы и отдельных популяций иммукомпетентных клеток, в частности дифференцировку незрелых лимфоидных клеток [14]. Стоит отметить, что у животных 4-й группы, потреблявших обогащенные йодированной солью мясные полуфабрикаты, на фоне увеличения количества лимфоцитов, смеси моноцитов, эозинофилов, базофилов и незрелых клеток, снижения гранулоцитов наблюдалось некоторое увеличение содержания тироксина (до 17%) и достоверное снижение содержания Т4 и ТТГ (до 30%).

На втором этапе эксперимента у животных (1-4-й групп) наблюдалась клиническая симптоматика развивающегося гипотиреоза различной выраженности - отмечалось снижение двигательной активности (гиподинамия), увеличение зоба, обнаруживаемое пальпацией, незначительное снижение аппетита. Наиболее выраженные изменения отмечались на 10-15-е сутки с начала моделирования заболевания у животных 1-й и 4-й групп.

С 25-х по 30-е сутки животные 1, 2, 3 и 5-й групп прибавляли в массе тела от 0,5 до 2 г, а у животных 4-й группы отмечалось снижение массы тела в среднем на 4 г/сут.

Начиная с 30-х суток у животных 1-й и 4-й групп отмечался самый низкий прирост массы тела. Максимальный прирост массы тела отмечен у интактных животных (табл. 4).

Гематологическое исследование по окончании второго этапа (50-е сутки) показало увеличение содержания лейкоцитов, смеси моноцитов, эозинофилов, базофилов, незрелых клеток, гранулоцитов у животных всех опытных групп с моделью гипотериоза (1-4-я группы) по сравнению с показателями крови ин-тактных животных (табл. 5). При этом у животных 2-й и 3-й групп, которым до моделирования заболевания в рацион вводили исследуемые продукты (образец № 2 и образец № 3 соответственно), по сравнению с показателями контрольных животных (1-я группа) наблюдалось достоверное снижение содержания в цельной крови лейкоцитов (до 30%), гранулоцитов (до 40%) и моноцитов (до 20%) (см. табл. 5). У животных 4-й группы, потреблявших до моделирования заболевания продукты с йодированной солью, при сравнении с показателями животных контрольной 1-й группы в цельной крови наблюдалось достоверное снижение количества моноцитов (до 50%) и увеличение эритроцитов (до 5%).

Изменений биохимических показателей сыворотки крови животных (содержание общего белка, альбумина, билирубина общего, билирубина прямого, креатини-на, мочевины, холестерина, триглицеридов, активность АСТ, АЛТ, ЛДГ и щелочной фосфатазы) на первом и на втором этапах эксперимента не выявлено.

При сравнительном анализе уровня тиреоидных гормонов в сыворотке крови животных, в рацион которых вводили контрольные образцы кулинарных изделий (1-я группа), относительно показателей животных 2-й и 3-й групп можно отметить следующее. У контрольных животных (1-я группа) выявлено достоверное снижение Т4 в 1,8 раза, Т3 в 2,3 раза; при этом концентрация ТТГ, напротив, повышалась в 1,4 раза (табл. 6). У животных 2-й и 3-й групп, в рацион которых вводили йодсодержащие кулинарные изделия на основе йодсодержащих сывороточных белков и йодсодержащих белков молока (казеин), концентрация гормонов изменилась незначительно.

Несколько лучший эффект коррекции йодной недостаточности был достигнут при использовании кулинарных изделий, обогащенных йодсодержащими сывороточными белками (образец № 3) - уровень Т4 восстановился на 98,7% по сравнению с показателями интактной группы, Т3 - на 100%, ТТГ - на 89,3% (см. табл. 6).

У животных, потреблявших на протяжении 25 сут мясные кулинарные изделия, обогащенные йодированной солью, после развития йододефицита наблюдалось снижение содержания гормонов щитовидной железы и ТТГ по сравнению с животными интактной группы ввиду дефицита поступления йода. Со стороны гематологических показателей отмечалось повышение содержания лейкоцитов, в том числе гранулоцитов и незрелых клеток, что косвенно указывает на воспалительный ответ и гиперплазию фолликулярных клеток щитовидной железы [15]. Обогащение мясных продуктов добавками на основе йодсодержа-щих сывороточных белков и йодсодержащих белков молока (казеин) оказывает протективный эффект у крыс с моделью йододефицита. Вероятно, органически связанный йод лучше усваивается, тем самым способствуя выработке оптимального количества ТТГ и образованию Т4, компенсируя недостаток йода [16].

Литература

1. Дедов И.И., Мельниченко Г.А., Трошина Е.А. и др. Дефицит йода -угроза развитию и здоровью детей России (Национальный доклад). М. : ЮНИСЕФ, 2006.

2. Богатырев А.Н., Кухаренко А.А. Экология, питание, человек. М. : Комплекс, 2004. 187 с.

3. Устинова А.В., Любина Н.В., Солдатова Н.Е., Тимошенко Н.В. Обогащенные йодом мясные продукты для питания детей дошкольного и школьного возраста // Все о мясе. 2005. № 1. С. 35-37.

4. Йододефицитные заболевания у детей и подростков: диагностика, лечение, профилактика. Научно-практическая программа. Международный фонд охраны здоровья матери и ребенка. М., 2005.

5. Фадеев В.А., Мельниченко Г.А. Гипотиреоз : руководство для врачей. М. : РКИ Соверо пресс, 2004. 288 с.

6. Дыдыкин А.С., Устинова А.В., Федулова Л.В., Вострикова Н.Л. Перспективы применения йодсодержащих добавок в мясных продуктах детского питания // Все о мясе. 2013. № 4. С. 28-32.

7. Дыдыкин А.С., Устинова А.В., Федулова Л.В., Лукин Д.Е., Щипцов В.Н. Применение йодсодержащих препаратов в мясопродуктах детского питания // Fleisch Wirtschaft (Россия). 2013, № 2. С. 64-68.

8. Богатырев А.Н., Устинова А.В., Белякина Н.Е., Морозкина И.К. и др. Полуфабрикаты пониженной калорийности для питания детей и взрослых // Мясная индустрия. 2004. № 3. С. 22-25.

9. МР 2.3.1 2432-08. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации.

10. Бекетова Н.А., Кравченко Л.В., Кошелева О.В., Вржесинская О.А. и др. Влияние биологически активных соединений идол-3-карбинола и рутина на обеспеченность крыс витаминами А и Е при различном содержании жира в рационе // Вопр. питания. 2013. Т. 82, № 2. С. 23-30.

11. Западнюк В.И., Захария Е.А. Лабораторные животные. Разведение, содержание, использование в эксперименте. 3-е изд., перераб. и доп. Киев : Вища школа, 1983. 270 с.

12. Чугунова Л.Г., Рябков А.Н., Савилов К.В. Способ моделирования гипотиреоза : пат. РФ 2165648. [Заявка 97120428/14 от 26.11.1997].

13. Animal clinical chemistry: a practical handbook for toxicologists and biomedical researchers. 2nd ed. G.O. Evans, A. George Owen and Company / CRC Press, UK. 2009, 368 р.

14. Битуева Н.Б., Жамсаранова С.Д., Антипова Л.В. Оценка эффективности использования йодсодержащих биологически активных добавок к пище в эксперименте // Вопр. питания. 2007. Т. 76, № 2. С.57-59.

15. Ahad F., Ganie S.A. Iodine, iodine metabolism and Iodine deficiency disorders revisited // Indian J. Endocrinal. Metab. 2010. Vol. 14, N 1. P. 13-17.

16. Rohner F., Zimmermann M., Jooste P., Pandav C. et al. Biomarkers of nutrition for development - iodine review // J. Nutr. 2014; Vol. 144, N 8. P. 1322S-1342S.