Influence of coagulated egg melange on the physical endurance of growing male Wistar rats: physiological and biochemical assessment

Abstract

Melange, is one of the most commonly used products of egg processing, however, its use for the production offunctional foods is limited by its liquid consistency. The range of functional foods, including those that increase physical endurance and working ability, can be expanded by using the coagulated form of the melange. Thus, the preclinical testing of the nutritional value of coagulated melange and the effect of its consumption on the physical endurance of laboratory animals is relevant.

The aim of this research was the experimental comparative physiological and biochemical in vivo evaluation of the effects of coagulated melange consumption by Wistar male rats on their growth indices and physical endurance.

Material and methods. Samples of the lyophilized egg melange (EM) and coagulated egg melange (CEM) were used as objects of the research The experiment was conducted with the use of 45 growing male Wistar rats with initial body weight 80±5 g. According to the preliminary training results, 27 animals were selected for further experiment. The motor function was evaluated by means of grip test. The rats were randomized into 2 experimental groups according to their weight and grip strength. Animals were treated for 32 days with isocaloric and isonitrogenic semi-synthetic diets with EM and CEM as protein component (25% of the dry weight), consequently. The grip test was conducted once per week, two days a week animals were trained on the treadmill for 10 min. On the 31st day of the experiment, animals were exposed to exhaustive training till total exhaustion. On the 32nd day of experiment animals were decapitated under light ether anesthesia. The concentration of glucose, triglycerides, cholesterol (CHL), high-density lipoproteins (HDL) and low-density lipoproteins (LDL) was determined in the blood serum.

Results and discussion. The greater consumption of food (20±1 g/rat/day) containing CEM by animals corresponded to a greater increase (204±9%) of their body weight over the entire experiment period compared with animals that received EM (13±1 g/rat/day; 160±9%, respectively, p<0.05). An increase in the intake of food containing CEM had a pronounced positive effect on the physical endurance of the animals, assessed in the grip test. For the 21 days of the experiment, this indicator increased by 26% in rats consuming EM, whereas in rats consuming CEM, the grip strength increased more significantly - by 42%. Consumption of CEM by animals increased the run time (33.8±1.4 min) and the distance covered (557±35 m) in the treadmill test before the exhaustion in comparison with similar indicators for animals that received EM (24.8±2.5 min and 365±50 m, respectively, p<0.05). The obtained results indicate an increased resistance of animals treated with CEM to exhausting physical loads.

Conclusion. The consumption of CEM by growing Wistar male rats increased more effectively their growth and physical endurance in comparison with animals treated with non-coagulated egg melange. These results show the prospective of the use of CEM as a functional food ingredient in specialized foods, enhancing physical endurance and working ability.

Keywords:hen egg, mhlange, functional food ingredient, specialized foods, physical endurance, grip strength, lipid metabolism

For citation: Stefanova I.L., Gushchin V.V., Zorin S.N., Mazo V.K. Influence of coagulated egg melange on the physical endurance of growing male Wistar rats: physiological and biochemical assessment. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2019; 88 (2): 17-23. doi: 10.24411/0042-8833-2019-10013.(in Russian)

Одним из наиболее часто используемых продуктов переработки куриного яйца является яичный меланж (ЯМ), хорошо сочетающийся с самыми разнообразными ингредиентами [1, 2], однако использование ЯМ для производства функциональных пищевых продуктов ограничено его жидкой консистенцией. Так, в мясных продуктах содержание ЯМ не превышает 5% от рецептуры, поскольку при его большем содержании продукты не формуются. При увеличении доли ЯМ в продукте необходимо внесение связующих компонентов, что приводит к снижению пищевой ценности. Однако ассортимент функциональных пищевых продуктов с включением в состав коагулированного яичного меланжа (КЯМ) в качестве функционального пищевого ингредиента (ФПИ) может быть значительно расширен по сравнению с использованием его жидкой формы [3].

Органолептическая оценка свидетельствует, что КЯМ представляет собой продукт светло-желтого цвета, с мягкой зернистой структурой, приятного вкуса, со слабо выраженным яичным ароматом [4]. В качестве частичной замены мяса при производстве мясных полуфабрикатов КЯМ придает продукту сочность, сохраняя мясной аромат [5]. Ранее нами было показано, что разработанная технология коагулирования меланжа, включающая нагрев и мягкий кислотно-солевой гидролиз, не оказывает существенного влияния на жирнокислотный состав меланжа и содержание фосфолипидов [3]. Однако пока не выяснен вопрос о том, как процесс коагуляции влияет на пищевую ценность меланжа и каковы перспективы его использования в качестве ФПИ в составе специализированных пищевых продуктов (СПП), способствующих повышению физической выносливости и работоспособности. Обоснование с позиций доказательной медицины эффективности ФПИ для включения его в состав СПП предполагает необходимость его предварительного доклинического тестирования [6]. Соответственно, цель данного исследования -экспериментальная сравнительная физиолого-биохимическая оценка in vivo влияния потребления коагулированного меланжа растущими крысами-самцами линии Вистар на их ростовые показатели и физическую выносливость.

Материал и методы

Использовали образцы лиофильно высушенного ЯМ и КЯМ, полученного путем нагрева при перемешивании сырого меланжа, в который вносили 5,0% 5% раствора лимонной кислоты и 0,8% поваренной соли. Нагревали до получения сгустка со структурой зерненого творога. Отличия в содержании белка и жира для обоих образцов были незначительны и статистически незначимы (табл. 1). Лиофилизация не оказала существенного влияния на структуру коагулированного меланжа, о чем свидетельствовало его качество после восстановления.

Эксперимент проводили на 45 растущих крысах-самцах линии Вистар с исходной массой тела 80±5 г, полученных из питомника филиала "Столбовая" ФГБУН "Научный центр биомедицинских технологий" ФМБА России. Исследования на животных выполнены в соответствии с приказом Минздравсоцразвития России от 01.04.2016 № 199н "Об утверждении Правил лабораторной практики" и требованиями ГОСТ Р 53434-2009 "Принципы надлежащей лабораторной практики". Животные были адаптированы в лаборатории в течение 7 сут до начала эксперимента. Во время этого периода осуществляли ежедневный осмотр внешнего состояния крыс, и в эксперимент были взяты животные без признаков отклонений в состоянии здоровья.

Дизайн исследования. В первые 3 дня всех животных в течение 10 мин тренировали на беговой дорожке и по результатам предварительных тренировок в дальнейший эксперимент с кормлением были отобраны 27 животных, продемонстрировавших способность к обучению. У отобранных животных оценивали состояние нейромоторики (мышечного тонуса) с помощью определения силы хватки их передних лап. Затем крыс распределили по двум группам с применением принципа рандомизации таким образом, чтобы средняя масса тела животных и показатель силы хватки, определенный до начала эксперимента, статистически не различались между группами: 1-я группа (n=13) и 2-я группа (n=14) с массой тела соответственно 102±4 и 104±3 г (р<0,05). После распределения по группам животных содержали по 2 особи в клетках из поликарбоната при 12/12-часовом режиме освещенности и температуре 25±1 °С. Животные обеих групп получали в течение 32 сут базовые изокалорийные и изоазотистые полусинтетические рационы. Состав рационов представлен в табл. 2. Воду и корм животные получали ad libitum. На протяжении всего эксперимента по кормлению определяли индивидуальные показатели поедаемости корма (через сутки) и прироста массы тела каждого животного (1 раз в неделю взвешивали животных). Суммировали потребление корма за неделю всеми животными для каждой из сравниваемых групп и рассчитывали по неделям среднюю величину потребляемости корма на 1 животное в сутки.

Физиологические методы исследования. Тест "Сила хватки" использовали для оценки состояния срединного нерва, который у крыс отвечает за хватку передних конечностей [8]. Измеряли максимальное усилие в граммах, при котором животное разжимало пальцы кистей. Силу хватки животных измеряли до начала эксперимента и затем 1 раз в неделю в течение всего эксперимента.

Истощающую беговую нагрузку моделировали, используя 5-полосную беговую дорожку "Treadmill LE 8710 R" (Panlab Harvard Apparatus, Испания) с регулируемыми скоростью и наклоном [9]. В ходе эксперимента животных принуждали к бегу воздействием электрического тока при помощи электрода, помещенного в нижнем конце дорожки на электрической решетке (сила тока может варьировать от 0 до 2 мА).

Измеряли общую протяженность пройденного расстояния, полное время шока для каждого животного, количество контактов с электрической решеткой, время пробега. После 7-дневной адаптации на протяжении последующих 3 сут всех животных в течение 10 мин тренировали на беговой дорожке при наклоне 0°. Минимальная скорость движения ремня беговой дорожки составляла 10 см/с, максимальная скорость - 18 см/с. Затем животных обеих групп подвергали физической нагрузке 2 дня в неделю. Продолжительность тренировок составляла 10 мин. Минимальная скорость движения ремня беговой дорожки соответствовала 12 см/c, максимальная скорость - 24 см/с. Минимальную и максимальную скорости постепенно увеличивали на 3 см/с каждую неделю, угол наклона беговой дорожки был равен нулю.

На 31-е сутки эксперимента животных подвергали физической нагрузке до полного истощения. Минимальная скорость движения ремня беговой дорожки составила 18 см/с, максимальная - 50 см/с, наклон беговой дорожки - 20°.

Биохимические методы исследования. На 32-е сутки депривированных голодом в течение ночи и подвергшихся накануне истощающей физической нагрузке животных выводили из эксперимента декапитацией под легким эфирным наркозом. Собранную после декапитации животного кровь центрифугировали в течение 15 мин при 500g, сыворотку крови хранили при -20 °С. В сыворотке крови на автоматическом анализаторе "Konelab 20i" (Thermo Scientific, Финляндия) определяли концентрацию глюкозы, триглицеридов, холестерина (ХС), липопротеинов высокой (ЛПВП) и низкой плотности (ЛПНП) [10].

Статистическую обработку полученных результатов проводили с применением пакета программ SPSS Statistics 20 (IBM, США), используя непараметрический ранговый критерий Мана-Уитни и критерий Стьюдента. Критический уровень значимости нулевой статистической гипотезы (p) принимали равным 0,05. Вычисляли среднее значение (М), стандартное отклонение (SD) и стандартную ошибку среднего (m). Данные представлены как M±m.

Результаты и обсуждение

Общее состояние всех животных по внешнему виду, качеству шерстного покрова и поведению при ежедневном осмотре на протяжении всего эксперимента было удовлетворительным. На рис. 1 представлен график временной зависимости величины (средней по группе) суточной потребляемости корма в расчете на 1 животное.

Средняя поедаемость животными корма, содержащего КЯМ, была статистически значимо выше на протяжении всего эксперимента по сравнению с животными, получавшими ЯМ (р<0,05). Большему потреблению животными корма, содержащего КЯМ, соответствовал прирост их массы тела, который начиная с 3-й недели эксперимента достоверно превысил увеличение массы тела животных, потреблявших ЯМ (рис. 2).

Увеличение потребляемости пищи, содержащей КЯМ, оказало выраженное положительное влияние на физическую выносливость животных, оцениваемую в тесте "Сила хватки". На следующем графике приведены кривые изменения показателя силы хватки в зависимости от времени эксперимента (рис. 3).

При тестировании начиная со 2-й недели эксперимента показатель силы хватки был значимо выше у животных, получавших КЯМ. При этом следует отметить, что если за 21 день этот показатель для крыс, потреблявших корм, содержащий ЯМ, увеличился на 26%, то для крыс, потреблявших КЯМ, сила хватки увеличилась значительнее - на 42%.

В динамике данный тест дополнительно позволяет оценивать снижение и повышение статического компонента неспецифической выносливости (статическая выносливость, определяется как способность к поддержанию вынужденной позы в условиях малой подвижности и, как правило, в ограниченном пространстве).

Более благоприятное влияние потребления КЯМ на устойчивость крысы к истощающей физической нагрузке (по сравнению с потреблением ЯМ) подтверждают данные, представленные в табл. 3. Потребление животными КЯМ увеличивало продолжительность бега и пройденную дистанцию до наступления истощения по сравнению с аналогичными показателями для животных, получавших ЯМ.

Истощающая физическая нагрузка не привела к патологическим отклонениям липидного профиля крови, показатели которого у крыс обеих групп соответствовали норме для животных данного вида и возраста. В пределах нормы у крыс, потреблявших КЯМ, была статистически значимо снижена концентрация ЛПНП и повышен уровень триглицеридов (табл. 4).

Концентрация глюкозы крови у физически истощенных животных, получавших КЯМ, была статистически значимо выше по сравнению с этим показателем для животных, получавших ЯМ, по-видимому, вследствие значительно большей физической нагрузки. Поскольку при интенсивной мышечной работе глюкоза подвергается анаэробному гликолизу с образованием лактата, поступающего с током крови в печень как место скопления ферментов глюконеогенеза, то синтез глюкозы из лактата и, соответственно, уровень глюкозы в крови возрастают.

Заключение

Совокупность полученных данных подтвердила высокую пищевую ценность КЯМ, полученного с использованием технологии кислотно-солевого гидролиза и теплового нагрева. Потребление в составе рациона КЯМ растущими крысами-самцами линии Вистар значительно эффективнее увеличивало их ростовые показатели и физическую выносливость по сравнению с потреблением животными рациона с некоагулированным меланжем.

Эти результаты свидетельствуют о перспективности использования КЯМ в качестве ФПИ в составе СПП, способствующих повышению физической выносливости и работоспособности.

Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 16-16-04047).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликтов интересов.

Литература

1. Kim J.E., Gordon S.L., Ferruzzi M.G., Campbell W.W. Effects of egg consumption on carotenoid absorption from co-consumed, raw vegetables // Am. J. Clin. Nutr. 2015. Vol. 102, N 1. P. 75-83. doi: 10.3945/ajcn.115.111062

2. Сидорова Ю.С., Мазо В.К., Зорин С.Н., Стефанова И.Л. Оценка биологической ценности и антигенности коагулированного белка куриного яйца // Вопр. питания. 2018. Т. 87, № 1. С. 44-50.

3. Стефанова И.Л., Шахназарова Л.В., Клименкова А.Ю., Красюков Ю.Н. Исследование процесса коагуляции меланжа и качественных характеристик получаемого продукта // Птица и птицепродукты. 2017. № 5. С. 49-52.

4. Стефанова И.Л., Борисова В.Л., Кузнецова Т.Г. Влияние уровня введения меланжа коагулированного на органолептические показатели полуфабрикатов куриных для питания беременных женщин // Птица и птицепродукты. 2016. № 4. С. 55-58.

5. Стефанова И.Л., Кузнецова Т.Г., Лазорев А.А., Борисова В.Л. Влияние введения меланжа на аромат куриных полуфабрикатов для питания беременных женщин // Мясная индустрия. 2016. № 9. С. 48-51.

6. Мазо В.К., Сидорова Ю.С., Шипелин В.А., Петров Н.А., Кочеткова А.А. Полифенольные растительные экстракты: влияние на нарушения углеводного и липидного обмена у лабораторных грызунов // Пробл. эндокринол. 2016. Т. 62, № 4. C. 38-44.

7. Сидорова Ю.С., Зорин С.Н., Петров Н.А., Макаренко М.А., Саркисян В.А., Мазо В.К. и др. Физиолого-биохимическая оценка обогащения рациона крыс докозагексаеновой кислотой и астаксантином // Вопр. питания. 2015. Т. 84, № 5. С. 46-55.

8. Апрятин С.А., Шипелин В.А., Сидорова Ю.С., Петров Н.А., Гмошинский И.В., Никитюк Д.Б. Межвидовые различия поведенческих реакций и нейромоторики лабораторных грызунов, получающих рационы с легкоусвояемыми углеводами // Бюл. экспер. биол. 2018. Т. 165, № 1. C. 9-14.

9. Сидорова Ю.С., Шипелин В.А., Зорин С.Н., Мазо В.К., Петров Н.А., Кочеткова А.А. Влияние индуцированной стрептозотоцином гипергликемии на уровень тревожности и физическую выносливость у крыс линии Вистар // Вопр. питания. 2015. Т. 84, № 6. С. 38-45.

10. Sidorova Yu., Shipelin V., Mazo V., Zorin S., Petrov N., Kochetkova A. Hypoglycemic and hypolipidemic effect of Vaccinium myrtillus L. Leaf and Phaseolus vulgaris L. Seed coat extracts in diabetic rats // Nutrition. 2017. Vol. 41. P. 107-112.

References

1. Kim, J.E., Gordon, S.L., Ferruzzi, M.G., Campbell, W.W. Effects of egg consumption on carotenoid absorption from co-consumed, raw vegetables. Am J Clin Nutr. 2015; 102 (1): 75-83. doi: 10.3945/ajcn.115.111062

2. Sidorova Yu.S., Mazo V.K., Zorin S.N., Stefanova I.L. The evaluation of biologic value and antigenicity of hen egg coagulated protein. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (1): 44-50. (in Russian)

3. Stefanova I.L., Shahnazarova L.V., Klimenkova A.Yu., Krasyukov Yu.N. The research of mélange coagulation process and the quality characteristics of obtained product. Ptitsa i ptitseprodukty [Poultry and Poultry Products]. 2017; (5): 49-52. (in Russian)

4. Stefanova I.L., Borisova V.L., Kuznetsova T.G. The impact of the quantity of coagulated mélange included into the chicken processed food for pregnant on their organolpetic properties. Ptitsa i ptitseprodukty [Poultry and Poultry Products]. 2016; 4: 55-8. (in Russian)

5. Stefanova I.L., Kuznetsova T.G., Lazorev A.A., Borisova V.L. The impact of mélange inclusion on the flavor of chicken processed food for pregnant. Myasnaya industriya [Meat Industry]. 2016; (9): 48-51. (in Russian)

6. Mazo V.K., Sidorova Yu.S., Shipelin V.A., Petrov N.A., Kochetkova A.A. Polyphenol plant extracts: the impact on carbohydrate and lipid metabolism disorders in laboratory rodents. Problemy endokrinologii [Problems of Endocrinology]. 2016; 62 (4): 38-44. (in Russian)

7. Sidorova Yu.S., Zorin S.N., Petrov N.A., Makarenko M.A., Sarkisyan V.A., Mazo V.K., et al. Physiological and biochemical evaluation of the enrichment of rats diets with docosahexaenoic acid and astaxanthin. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2015; 84 (5): 46-55. (in Russian)

8. Apryatin S.A., Shipelin V.A., Sidorova Yu.S., Petrov N.A., Gmoshinskiy I.V., Nikityuk D.B. Interspecific differences in behavioral responses and neuromotorics between laboratory rodents receiving rations with easily digested carbohydrates. Byulleten’ eksperimental’noi biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine]. 2018; 165 (1): 9-14. (in Russian)

9. Sidorova Yu.S., Shipelin V.A., Zorin S.N., Mazo V.K., Petrov N.A., Kochetkova A.A. The impact of streptozotocin-induced hyperglycemia on anxiety level and physical endurance of Wistar rats. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2015; 84 (6): 38-45. (in Russian)

10. Sidorova Yu., Shipelin V., Mazo V., Zorin S., Petrov N., Kochetkova A. Hypoglycemic and hypolipidemic effect of Vaccinium myrtillus L. Leaf and Phaseolus vulgaris L. Seed coat extracts in diabetic rats. Nutrition. 2017; 41: 107-12.