Влияние наночастиц хрома на качественные показатели мяса бычков при воздействии стресс-факторов

Инновационное направление науки 21

УДК 636.088.31

Влияние наночастиц хрома на качественные показатели мяса бычков при воздействии стресс-факторов

М.А. Кизаев, Е.А. Ажмулдинов, М.Г. Титов, Т.А. Мыльникова

ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук»

Аннотация. Транспортировка и предубойное содержание - одни из основных факторов, приводящих к снижению продуктивности и качества продукции сельскохозяйственных животных. Хром способствует уменьшению негативных последствий не только данных видов стресса, но и температурного, диетического, гормонального и иммунного.

Впервые было исследовано влияние внутримышечного введения наночастиц хрома на сокращение потерь мясной продукции и повышение её качества.

Опытная часть исследования проводилась на базе ОАО Агрофирма «Нур» Стерлибашев-ского района Республики Башкортостан. Для эксперимента по методу пар-аналогов были подобраны 30 бычков чёрно-пёстрой породы, которых разделили на две группы: I - контрольная, II - опытная, молодняку которой в течение пяти суток до стресс-фактора однократно внутримышечно вводили наночастицы хрома в дозе 0,02 мг/кг живой массы.

В мясе контрольных бычков, которым не вводили внутримышечно наночастицы хрома, содержание гликогена, как источника энергии, было меньше соответственно на 3,4 %, а мясо опытной группы, которым вводили наночастицы хрома, обладало наибольшей влагоёмкостью на 2,7 % и наименьшей потерей мясного сока на 2,7 %. У них также были выше показатели светимости, покраснения мяса на 10,2 % и 13,8 % по сравнению с контрольными сверстниками. Мясо опытных бычков отличалось лучшей хранимоспособностью и меньшим тиобарбитуровым числом.

Таким образом, внутримышечное однократное введение наночастиц хрома в дозе 0,02 мг/кг живой массы в течение пяти суток до начала действия стресс-фактора способствует снижению потерь мясной продукции, улучшению качества мяса и увеличению его хранимоспособности.

Ключевые слова: бычки, транспортировка, стресс, наночастицы хрома, потери, качество мяса, рН, влагоёмкость, цвет.

Введение.

Производство высококачественной говядины является основной задачей животноводческой отрасли, цель которой состоит в том, чтобы получать животных с высоким выходом и хорошим качеством мяса. Получение более качественного мяса является сложным процессом, который подвержен влиянию множества стрессовых факторов. Существует несколько важных параметров для определения качества говядины: влагоёмкость, рН, цвет и тиобарбитуровое число [1-4].

Погрузка и транспортировка, предубойный стресс и то, как животные физиологически реагируют являются факторами, которые влияют на параметры качества мяса, такие как рН, цвет, уровень гликогена, влагоёмкость, тиобарбитуровое число, и способствуют получению более тёмного, сухого мяса с низкой хранимоспособностью.

Уровень малонового диальдегида является индивидуальной характеристикой каждого животного. Он - один из продуктов свободнорадикального окисления липидов, накопление которого отражает степень оксидативного стресса в организме. Оценка этого показателя необходима для определения причин и механизмов развития того или иного патологического процесса. Более высокие уровни малонового диальдегида связаны с более высокими начальными и конечными значениями рН и, следовательно, с более низкими значениями показателя светимости, покраснения, желтизны и влагоёмкости, что отражается на качестве мяса [5].

22 Инновационное направление науки

Положительные реакции на внутримышечное введение наночастиц хрома проявляются более эффективно при технологических стрессах. В свою очередь данные наночастицы могут улучшить основные показатели качества мяса [6].

Цель исследования.

Изучить влияние внутримышечного введения наночастиц хрома на снижение потерь мясной продукции и показатели качества мяса молодняка крупного рогатого скота при влиянии транспортного и предубойного стрессов.

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Бычки чёрно-пёстрой породы 18-месячного возраста, средней живой массой 458,3 кг±2,07 - контрольная группа и 460,0кг±2,46 - опытная.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями Russian Regulations, 1987 (Order No.755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Health) and «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1996)». При выполнении исследований были предприняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.

Схема эксперимента. Опытная часть данного исследования проводилась на базе ОАО Агрофирма «Нур» Стерлибашевского района Республики Башкортостан. По методу пар-аналогов были подобраны 30 бычков чёрно-пёстрой породы в возрасте 8 месяцев, которых разделили на две группы: I - контрольная, II - опытная. Бычкам опытной группы за пять суток до стресс-фактора внутримышечно (однократно, каждый день) вводили наночастицы хрома в дозе 0,02 мг/кг живой массы.

Размеры наночастиц Cr3 - от 1 до 100 мкм. Дозировка была выбрана путём анализа ранее проведённых исследований на крысах [7]. Для приготовления инъекционной суспензии наночасти-цы хрома в зависимости от живой массы животного смешивали с водой для инъекций и подвергали диспергированию в ультразвуковом диспергаторе УЗДН-2Т в режиме 0,5 А, 44 кГц. Суспензию наночастиц хрома вводили экспериментальным животным в бедренную группу мышц. Хром является важным элементом, который усиливает действие инсулина и, следовательно, влияет на белковый, липидный и углеводный обмены, включая синтез ядерных белков и нуклеиновой кислоты. Эти функции способствуют повышению продуктивности и могут быть связаны с некоторыми им-муноэндокринными взаимодействиями, которые могут быть скоординированы через производство регуляторных цитокинов. Хром, возможно, позволит лучше использовать глюкозу и сохранить гликоген в мышцах животного. Это могло бы поддерживать естественное снижение рН мяса, впоследствии снижая перекисное окисление липидов и предотвращая накопление метмиоглобина.

Оборудование и технические средства. Лабораторные исследования проводились в Испытательном центре ЦКП ФГБНУ ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (аттестат аккредитации № RA.RU.21^59 от 02.12.2015 г.): качество мяса изучали в соответствии с ГОСТ 9959-2015, определение рН - ГОСТ Р 51478-99 (ИСО 2917-74), энергетическую ценность - ГОСТ Р 51074-2003 и хранимоспособность мяса - ГОСТ 7269-79, цветность мяса оценивали по ГОСТ 33818-2016 с использованием спектро-фатометра СФ-2000, тиобарбитуровое число определяли по ГОСТ Р 55810-2013.

Статистическая обработка. Основной материал, полученный в исследованиях, обработан с использованием пакета программ «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США), достоверность определяли при помощи критерия Стьюдента.

Результаты исследования.

В эксперименте особое внимание уделялось исследованию влияния наночастиц хрома на качество мяса после воздействия стресс-фактора. Показатели, характеризующие технологические свойства мяса подопытных бычков, свидетельствуют о том, что использование наночастиц хрома при транспортировке и предубойном содержании животных оказало положительное влияние на качество мяса (табл. 1).

Инновационное направление науки 23

Таблица 1. Технологические свойства мяса

Показатель Группа

контрольная опытная

Гликоген, мг% pH Влагоёмкость, % Потери мясного сока, % 168,3±5,74 174,3±6,63 5,5±0,03 5,7±0,09 63,2±0,25 65,9±0,30 28,0±1,01 25,3±1,69

Более высокие окислительные процессы при транспортном стрессе были отмечены у животных, не получавших наночастицы хрома для снижения стрессовой нагрузки на организм. Это способствовало большему расходу энергии, что подтверждается меньшим содержанием гликогена -168,3 мг%, а у опытных - 174,3 мг%, соответственно выше на 3,6 %. Концентрация ионов водорода (рН) у молодняка опытной группы составила 5,7. Это свидетельствует о том, что процесс созревания мяса протекает более интенсивно, оно приобретает более нежную консистенцию, повышаются стойкость к воздействию микрофлоры и сроки хранения. Наибольшей влагоёмкостью и наименьшей потерей мясного сока характеризовалось мясо животных, получавших наночастицы хрома в дозе 0,02 мг/кг живой массы.

При визуальном исследовании мы наблюдали, что туши в контрольной группе имели более тёмный оттенок мяса. Измерение цвета проводили через трое суток после убоя (табл. 2).

Таблица 2. Характеристика цветности мяса после транспортного стресса

Показатель Группа

контрольная опытная

Показатель светимости, ед. Покраснение, ед. Желтизна, ед. 29,88±0,59 32,92±0,80 14,63±0,41 16,65±1,04 19,00±0,31 18,49±0,70

Технологические стрессы оказали существенное влияние на цветность мяса. Значения показателя светимости и покраснения были выше у бычков, получавших наночастицы хрома, по сравнению с контрольными сверстниками на 10,2 % и 13,8 % соответственно. Желтизна преобладала у мяса бычков контрольной группы.

Охлаждённое мясо бычков опытной группы под влиянием наночастиц хрома отличалось лучшей хранимоспособностью, чем у аналогов контрольной группы.

При органолептической оценке мяса контрольных бычков признаки порчи появились на десятые сутки. Мясо имело более тёмный цвет, на разрезе было влажным, слегка липким. У опытной группы признаки порчи начали появляться на двадцатые сутки. Мясо было бледно-розового или бледно-красного цвета, мышцы на разрезе были слегка влажные.

С целью установления продуктов перекисного окисления липидов в тканях мяса в зависимости от сроков его хранения было определено тиобарбитуровое число (рис. 1). Количество реакций 2-тиобарбитуровой кислоты вещества (TBARS) выражали в виде мг малондиальдегида (MDA) на кг мяса.

По результатам динамики изменения тиобарбитурового числа наблюдается стабильное увеличение значений в контрольной группе с 10 суток. В опытной группе, которая получала наночастицы хрома, идёт сравнительно медленное повышение данного числа.

24

Инновационное направление науки

0,8 0,7 0,6

0,4 0,3 0,2 0,1 0

10 20 Продолжительность хранения, сут

Контроль Опытная

Рис. 1 - Динамика накопления продуктов окисления в мясе в процессе хранения

Обсуждение полученных результатов.

Впервые было исследовано влияние внутримышечного введения наночастиц хрома на сокращение потерь мясной продукции и повышения её качества. Показано, что преимущества внутримышечного введения наночастиц хрома были более очевидными в стрессовых условиях и оказали положительный эффект на показатели качества мяса [11].

В экспериментах других авторов при исследовании влияния Сг-дрожжи, хелатированные Сг или Сг-никотинаты в период стресса выявлены также положительные эффекты. Дополнительное добавление хрома при стрессе в летний период повлияло на потребление пищи и продуктивность телят буйволов [8-10].

Что касается качества мяса, то текущие результаты согласуются с результатами других исследователей, которые считают, что добавление хрома способствует повышению качественных показателей мяса [11, 12].

При воздействии данного стресс-фактора на животных в мясе происходят необратимые химические реакции, которые отрицательно влияют на показатели качества мяса. Энергетические запасы в мышцах истощаются во время транспортировки, что в свою очередь приводит к увеличению производства молочной кислоты и понижению показателя рН. Данные согласуются с нашими исследованиями, в которых содержание гликогена было меньше на 3,4 %; а рН - на 3,5 %. Кроме того, стрессовое состояние на протяжении предубойного процесса оказывает пагубное влияние на цвет мяса. Стресс способствовал получению мяса с более тёмным цветом в контрольной группе. Наши данные согласуются с исследованиями по использованию экстракта из листьев Eucommia ulmoides, обогащённого хлорогеновыми кислотами как антистрессора. Транспортировка в данном исследовании приводит к истощению запасов гликогена в мышцах, что может уменьшить образование молочной кислоты во время хранения и увеличить рН. В настоящем исследовании добавление антистрессора повышало рН и уменьшало потерю кулинарного свойства мяса из транспортируемых животных, что согласуется с другими исследованиями [13].

Цвет - это сенсорная характеристика, используемая потребителями как показатель свежести и качества. Следует отметить, что в данном исследовании были установлены значительные различия. В частности, у бычков, получавших наночастицы хрома, показатель светимости составил 29,88, покраснения - 14,63, что на 10,2 % и 13,8 % выше, чем у аналогов базового варианта. Мясо бычков, получавших за пять суток до транспортировки наночастицы хрома в дозе 0,02 мг/кг живой массы, обладало высокими показателями влагоёмкости (на 2,7 %) и меньшей потерей мясного сока (на 2,7 %). Данные согласуются с мнением авторов, которые утверждают, что факторы, вызывающие стресс у животных, могут увеличить образование свободных радикалов и активных форм кис-

Инновационное направление науки 25

лорода в организме, что может привести к клеточному повреждению и окислению липидов клеточной мембраны и, в конечном итоге, отрицательно повлиять на цвет и срок годности мяса. Дополнительное введение аскорбиновой кислоты способствовало увеличению показателей цвета мяса: светимости и покраснения после стресса [14, 15].

Определение реактивных веществ тиобарбитуровой кислоты (побочный продукт перекисного окисления липидов - малондииальдегид и 4-гидроксиноненал) является распространённым способом измерения количества продуктов перекисного окисления липидов в клетках, тканях и жидкостях организма, которые могут дополнять более конкретный анализ по стрессу [15].

По результатам динамики изменения тиобарбитурового числа наблюдается стабильное увеличение значений в контрольной группе с 10 суток (0,2-0,7 мг/кг). В опытной группе, которая получала наночастицы хрома, идёт медленное повышение данного числа (0,1-0,3 мг/кг), что согласуется с другими исследованиями [16].

Выводы.

Внутримышечное введение наночастиц хрома в дозе 0,02 мг/кг живой массы в течение пяти суток (однократно, каждый день) до начала действия стресс-фактора способствует смягчению стрессовой нагрузки на организм бычков чёрно-пёстрой породы в период транспортировки и пред-убойной подготовки животных, тем самым оказывая благотворное влияние на общую антиокси-дантную способность организма, количественные и качественные показатели продуктов убоя. Мясо обладает наибольшей влагоёмкостью (на 2,7 %) и наименьшей потерей мясного сока (на 2,7 %), большим показателем светимости и красного цвета, а также лучшей хранимоспособностью.

Исследования выполнены в соответствии с планом НИР на 2018-2020 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН

Литература

1. Интенсивность роста и потери мясной продукции при технологических стрессах у бычков различных пород / В.И. Левахин, Е.А. Ажмулдинов, Ю.А. Ласыгина, М.Г. Титов, Н.И. Рябов // Вестник мясного скотоводства. 2016. № 1(93). С. 60-65.

2. Kegley E.B., Spears J.W., Brown T.T. Effect of shipping and chromium supplementation on performance, immune response and disease resistance of steers // Journal of Animal Science. 1997. 75. P. 1956-1964.

3. Стрессоустойчивость молодняка крупного рогатого скота различных пород при промышленной технологии выращивания и откорма / Е.А. Ажмулдинов, В.И. Левахин, М.Г. Титов, Ю.А. Ласыгина // Вестник мясного скотоводства. 2014. № 4(87). С. 64-68.

4. Способ сокращения потерь продукции бычков при транспортном и предубойном стрессах: пат. 2551967 Рос. Федерация / В.И. Левахин, С.М. Поберухин, Г.И. Левахин, Ю.И. Левахин, Е.А. Ажмулдинов, М.М. Поберухин, Б.Г. Рогачёв, М.Г. Титов, Ю.А. Ласыгина, Ю.Ю. Петрунина. Заявл. 25.02.14; опубл. 20.06.15, Бюл. № 16.

5. Dietary Inorganic Chromium in Summer-Exposed Buffalo Calves (Bubalus bubalis): Effects on Biomarkers of Heat Stress, Immune Status, and Endocrine Variables / Muneendra Kumar, Harjit Kaur, Rijusmita Sarma Deka, Veena Mani, Amrish Kumar Tyagi, Gulab Chandra // Biological Trace Element Research. 2015. September. Vol. 167, Issue 1. P. 18-27.

6. Способ для сокращения потерь продукции молодняка крупного рогатого скота при транспортировке и предубойном содержании: пат 2396948 Рос. Федерация / В.И. Левахин, А.В. Сало, А.С. Коровин, В.В. Попов, В.И. Швиндт, Б.Г. Рогачёв, Ю.И. Левахин, Ф.Х. Сиразетдинов, А.П. Черных, Ф.Ф. Ахметова, Г.Х. Исянгулова, Н.В. Журавлев, М.Г. Титов. Заявл. 27.02.09; опубл. 20.08.10, Бюл. № 23.

26 Инновационное направление науки

7. Влияние препарата энергосил на потери мясной продукции при транспортировке и пред-убойном содержании животных / В.И. Левахин, С.М. Поберухин, Ю.А. Ласыгина, Ю.Ю. Петруни-на // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2014. № 4. С. 42-44.

8. Efficacy of trivalent chromium on growth performance, carcass characteristics and tissue chromium in heat-stressed broiler chicks / L.Y. Zha, J.W. Zeng, X.W. Chu et al. // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2009. 89. P. 1782-1786.

9. Стрессоустойчивость чистопородного и помесного молодняка крупного рогатого скота к транспортному и предубойному стрессам / А.В. Сало, В.В. Попов, М.М. Поберухин, М.Г. Титов, М.А. Кизаев, А.Н. Фролов, В.Л. Королёв, Д.А. Ранделин, И.А. Бабичева // Инновационные направления повышения эффективности сельскохозяйственного производства: материалы междунар. науч.-практ. конф. / под ред. чл.-корр. РАН В.И. Левахина. Оренбург, 2010. С. 116-117.

10. Влияние технологии выращивания бычков различных пород на их мясную продуктивность и эффективность производства говядины / Р.Г. Исхаков, В.И. Левахин, М.Г. Титов, В.А. Се-чин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2006. № 2(10). С. 133136.

11. Burton J.L. Supplemental chromium: its benefits to the bovine immune system // Animal Feed Science and Technology. 1995. 53. P. 117-133.

12. Ажмулдинов Е.А., Титов М.Г. Сравнительная оценка адаптационной способности бычков различных пород // Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях: материалы междунар. науч.-практ. конф.: в 2-х ч. / под ред. В.Н. Храмовой. Волгоград, 2012. Ч. 1. С. 53-54.

13. Интенсивность роста и потери мясной продукции при технологических стрессах у бычков различных пород / В.И. Левахин, Е.А. Ажмулдинов, Ю.А. Ласыгина, М.Г. Титов, Н.И. Рябов // Вестник мясного скотоводства. 2016. № 1(93). С. 60-65.

14. Эффективность использования препарата Энергосил для снижения потерь продукции при транспортировке и предубойном содержании животных / М.Г. Титов, В.И. Левахин, С.М. Поберухин, Е.А. Ажмулдинов, Ю.А. Ласыгина // Вестник мясного скотоводства. 2015. № 4(92). С. 8488.

15. Determination of carnosine, anserine, homocarnosine, pentosidine and thiobarbituric acid reactive substances contents in meat from different animal species / Pier Giorgio Peiretti, Claudio Medana, Sonja Visentin, Valeria Giancotti, Giorgia Meineri // Food Chemistry. 2011. 15 June. Vol. 126. Issue 4. P. 1939-1947.

16. Witte V.C., Krause G.F., Bailey M.E. A new extraction method for determining 2-thio-barbituric acid values for pork and beef during storage // Journal of Food Science. 1970. 35. P. 585-592.

Кизаев Михаил Анатольевич, кандидат сельскохозяйственных наук, учёный секретарь ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-78; e-mail: kma.or@mail.ru

Ажмулдинов Елемес Ажмулдинович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник отдела технологии мясного скотоводства и производства говядины ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-78

Титов Максим Геннадьевич, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела технологии мясного скотоводства и производства говядины ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-78, e-mail: titow.ru@mail.ru

Мыльникова Татьяна Александровна, специалист-техник Испытательного центра ЦКП ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-39-97, е-mail: icvniims.or@mail.ru

Инновационное направление науки 27

Поступила в редакцию 28 ноября 2018 года

UDC 636.088.31

Kizaev Mikhail Anatolevich, Azhmuldinov Elemes Azhmuldinovich, Titov Maxim Gennadevich, Mylnikova Tatyana Aleksandrovna

FSBSI «Federal Research Center ^ for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences», e-mail: kma.or@mail.ru

The influence of chromium nanoparticles on quality indicators of beef under the influence of stress factors

Summary. Transportation and pre-slaughter keeping are one of the main factors that lead to a decrease in productivity and product quality of farm animals. Chromium helps to reduce the negative effects of not only these types of stress, but also of temperature, diet, hormonal and immune.

For the first time, the effect of intramuscular administration of chromium nanoparticles on reducing the loss of meat products and improving its quality was investigated.

The experimental part of this study was carried out on the basis of JSC Agrofirma «Nur» of the Sterli-bashevsky district of the Republic of Bashkortostan. For the experiment using the analogue pairs method, 30 bulls of the black-and-white breed were selected, they were divided into two groups: I - control, II - test, chromium nanoparticles in a dose of 0.02 mg/kg body weight were administered to young animals of this group within five days once intramuscularly).

The glycogen content as an energy source, was 3.4 % less in beef of the control bulls (not intramuscularly injected with chromium nanoparticles) respectively, and in test group, which was injected with chromium particles, had the greatest moisture capacity by 2.7 % and the least loss meat juice by 2.7 %. They also had higher luminosity index, meat reddening by 10.2 % and 13.8 % compared to control peers. Beef of test bulls had better storage capacity and lower thiobarbituric number.

Thus, intramuscular single injection of chromium nanoparticles in a dose of 0.02 mg/kg body weight helps to reduce the loss of meat products, improve meat quality and increase its storage capacity within five days before the start of stress factor.

Key words: bulls, transportation, stress, chromium nanoparticles, losses, meat quality, pH, moisture capacity, color.