Влияние генотипа каппа-казеина на технологические свойства молока

- Аграрный вестник Урала № 3 (121), 2014 г. - <

_Ветеринария

УДК 636.22

ВЛИЯНИЕ ГЕНОТИПА КАППА-КАЗЕИНА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛОКА

О. Г. ЛОРЕТЦ,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Е. В. МАТУШКИНА,

аспирант, Уральский государственный аграрный университет

Ключевые слова: молоко, жир, белок, генотип каппа-казеина, сыропригодность.

В Свердловской области большое внимание уделяется селекционной работе, главная задача которой заключается в повышении продуктивности коров, увеличении содержания в молоке жира и белка. При использовании голштинской породы был выведен новый тип уральской черно-пестрой породы. За последние годы появилось много работ, стали известны интересные данные по вопросу улучшения качества молока селекционными методами. Значительное влияние генотип оказывает на технологические свойства молока. В настоящее время, с развитием молекулярной генетики и молекулярной биологии, становится возможным идентификация генов, напрямую или косвенно связанных с молочной продуктивностью животных. Выявление предпочтительных с точки зрения селекции вариантов таких генов позволит дополнительно к традиционному отбору животных проводить селекцию на уровне ДНК-технологий, то есть по генотипу. Внимание исследователей в последнее время привлекает локус гена одного из основных молочных белков — каппа-казеина (CSNЗ). Генотип быка по каппа-казеину может служить дополнительным критерием при отборе животных. При комплектовании племенных предприятий быками-производителями необходимо учитывать их генотип по каппа-казеину. Использование быков-производителей без учета их генотипов приводит к снижению частоты встречаемости в стаде желательных генотипов и снижению качества сборного молока. По результатам исследований установлено, что молоко коров, содержащих В-аллель каппа-казеина, имеет лучшие технологические свойства, содержит больше белка и свертывается за более короткое время, что дает возможность получить больше сыра лучшего качества. Нехватка фракции каппа-казеина приводит к ухудшению свертываемости молока, образованию дряблого сгустка, снижению качества и объема вырабатываемого продукта.

GENOTYPE EFFECT OF KAPPA-CASEIN ON THE TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF MILK

O. G. LORETTS,

candidate of agricultural sciences, associate professor, E. V. MATUSHKINA,

graduate student, Ural state agrarian university

Keywords: milk, fat, protein, kappa-casein genotype, cheese usefulness.

In the Sverdlovsk region much attention is paid to the breeding work, the main objective of which is to improve the productivity of cows and to increase the content of fat and protein in milk. When using the Holstein breed a new type of Ural Black Pied breed was raised. Over recent years, many interesting data on improvement of milk quality by breeding methods have become known. A genotype has a significant impact on the technological properties of milk. Nowadays, with the development of molecular genetics and molecular biology, an identification of genes has become possible that are directly or indirectly related to milk productivity of animals. An identification of preferred genes from the viewpoint of selection allows a selection at the level of DNA technologies, that is by a genotype, in addition to the traditional selection of animals. The attention of researchers have recently been attracted by a gene locus of the major milk proteins — kappa-casein (CSNZ). A bull genotype by kappa-casein can serve as an additional criterion for the selection of animals. At acquisition of tribal enterprises with stud bulls their genotype by kappa-casein should be considered. Using sires without taking into account their genotypes reduces the frequency of desirable genotypes in the herd and reduces the quality of combined milk. According to the research it was found out that cow's milk containing B-allele of kappa-casein had the best technological properties, contained more protein and coagulated in a shorter time, which made it possible to get a better quality cheese. The lack of kappa-casein fraction results in degradation of milk coagulation, formation of a flabby bunch, reduction of the quality and volume of a product produced.

Положительная рецензия представлена И. М. Донник, доктором биологических наук, профессором, академиком Россельхозакадемии, ректором Уральского государственного аграрного университета.

Достижение высоких результатов по улучшению состава и качества производимого молока обеспечивается комплексностью решения проблем. Это учет наследственных факторов, внедрение в технологию производства новых технических средств, эффективных приемов доения, содержания животных, повышение квалификации работников и систематический контроль состояния здоровья животных и условий их содержания.

За последние годы появилось много работ, и стали известны интересные данные по вопросу улучшения качества молока селекционными методами. Значительное влияние генотип оказывает на технологические свойства молока. В связи с заинтересованностью перерабатывающих предприятий молочной промышленности в закупках качественного сырья для производства белковомолочной продукции, возникла потребность в привлечении современных молекулярно-генетических методов диагностики в животноводство для улучшения технологических свойств молока. В странах с развитым молочным скотоводством в селекции внедряются достижения биотехнологии, например, тестирование животных, особенно быков-производителей по генам, контролирующим синтез белков молока. Преимущество ДНК-технологий заключается в том, что можно определить генотип животного независимо от пола, возраста и физиологического состояния особей, что является важным этапом в селекционной работе.

Внимание исследователей в последнее время привлекает локус гена одного из основных молочных белков — каппа-казеина (CSNЗ). По данным зарубежных исследователей, В-аллель гена CSN3 ассоциирован с более высоким содержанием белка в молоке, высоким выходом творога и сыра, а также лучшими коа-гуляционными свойствами молока [3]. Опыт многих стран свидетельствует об использовании в животноводстве генетических маркеров, связанных с качественными признаками молочной продуктивности. Одними из таких маркеров являются гены каппа-казеина [1]. Ген каппа-казеин — один из немногих известных генов, однозначно связанный с признаками белковомолочности и технологическими свойствами молока.

Генотип быка по каппа-казеину может служить дополнительным критерием при отборе животных. При комплектовании племенных предприятий быками-производителями необходимо учитывать их генотип по каппа-казеину. Использование быков-производителей без учета их генотипов приводит к снижению частоты встречаемости в стаде желательных генотипов и снижению качества сборного молока [1].

В-аллель гена каппа-казеина ассоциирован с более высоким содержанием белка в молоке, более высоким выходом творога и сыра, а также лучшими ко-агуляционными свойствами молока. Исследованиями отечественных и зарубежных ученых, изучавших полиморфизм белков молока установлено, что сыро-пригодность молока в определенной степени зависит от генотипа коров по каппа-казеину [2]. Практика показывает, что высококачественные твердые сыры могут быть изготовлены только из молока, полученного от коров, имеющих генотип ВВ каппа-казеина. Хотя многими учеными установлено влияние гена на биохимические и технологические характеристики

молока, нет единого мнения какой из аллелей, А или В наиболее предпочтителен.

Казеин — основной белок молока, на который действует сычужный фермент, вызывая его свертывание. Каппа-казеин — одна из фракций казеина, и ген, контролирующий его образование в молоке, имеет 10 аллельных вариантов. Из них у крупного рогатого скота выделено два, встречающихся наиболее часто — А и В, в трех различных сочетаниях генотипов — АА, AB, ВВ. Выявляют эти генотипы методом маркерной селекции и ДНК-анализа с помощью полимеразной цепной реакции. В европейских странах с развитым молочным скотоводством, в США и Канаде ДНК-технологии широко используют в селекционной практике. В нашей стране такие исследования проводились на коровах черно-пестрой, холмогорской, швицкой, костромской пород.

Процесс производства высококачественного сыра и творога возможен лишь при условии, что молоко направляемое на их выработку является сыропригод-ным, то есть способно образовывать плотный казеиновый сгусток под действием сычужного фермента.

Для производства пастеризованных и стерилизованных продуктов молоко подвергается обработке с использованием высоких температур. Поэтому, проблема повышения термостабильности белков молока также является особо актуальной.

Цель исследований — определить генотип каппа-казеина у коров разных линий и определить его влияние на технологические свойства молока.

Методика исследований. Для опыта были сформированы методом пар-аналогов селекционно-генетические 3 группы животных с учетом линейной принадлежности. Условия кормления во всех опытных группах были одинаковыми. В течение года однотипной полнорационной кормосмесью, составленной с учетом технологических групп. Основными методами исследований были: сравнительный, статистический и зоотехнические анализы. Оценку полиморфизма генов каппа-казеина проводили на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР). Пробы крови для исследований в ПЦР отбирали у животных в вакуумные пробирки с ЭДТА Venosafe — Hematology VF-0539DK (производитель Бельгия). Частоту встречаемости генотипов рассчитывали согласно Е. К. Меркурьевой, Г. Н. Шангин-Березовскому (1983) по формуле:

P = n/N,

где P — частота определенного генотипа, n — количество животных, имеющих определенный генотип, голов,

N — общее число животных, голов. Частоту отдельных аллелей определили по формуле: PA = (2nAA + nAB)/ 2 N,

QB = (2nBB + nAB)/ 2 N, где PA — частота аллеля А, QB — частота аллеля В,

nAA, nAB, пВВ — количество животных с определенным генотипом, голов,

N — общее число животных, голов. Содержание жира, белка, сухого обезжиренного молочного остатка, лактозу, количество минеральных веществ определяли на анализаторе молока Sedilab в лаборатории ГНУ Уральском НИВИ Рос-сельхозакадемии.

Аграрный вестник Урала № 3 (121), 2014 г. - « JJJ^^L

Ветеринария

&

Таблица 1

Распределение линий быков исследуемого поголовья по генотипам, %

Линия быка Генотип по каппа-казеину

АА АВ ВВ

Вис Бэк Айдиал 67,2 31,3 1,7

Рефлекшн Соверинг 56 36 8

Монтвик Чифтейн 57,1 28,6 14,3

Определялись также плотность молока (ареометри-ческим методом), титруемая кислотность (методом титрования) и температура замерзания, °С (на анализаторе «Milko-Skan»). Санитарно-гигиенические свойства молока оценивались по таким показателям как общая бактериальная обсемененность (по редуктазной пробе), наличие в молоке ингибирующих веществ (с тест-культурой, чувствительной к ингибирующим веществам) и количество соматических клеток (на приборе «Соматос-М»). Для оценки сыропригодности молока были исследованы следующие показатели: сычужная свертываемость по 3. X. Диланяну, класс молока по сычужно-бродильной пробе, диаметр и масса мицелл казеина (колориметрическим методом). Термоустойчивость молока определяли по алкогольной пробе, дисперсию молочного жира (количество жировых шариков в 1 см3 и их диаметр) — путем подсчета жировых шариков в счетной камере Горяева с использованием микрометрической ли-нейки.Статистическая обработка данных проведена с использованием пакетов прикладных программ Statistica 6.0 и Microsoft Office Excel 2007.

Результаты исследований.

Исследование методом ДНК-диагностики в лаборатории ДНК-технологий УрНИВИ 186 проб крови от коров уральской черно-пестрой породы, с учетом линейной принадлежности показало, что 118 голов имели генотип АА (63,4 %); 60 голов — генотип АВ (32,2 %) и только 8 голов — генотип ВВ (4,3 %). На основании результатов анализа генотипов каппа-казеина коров разделили на три группы АА, АВ и ВВ, с учетом генотипа каппа-казеина и по линиям быков — Вис Бэк Айдиал, Рефлекшн Соверинг, Монт-вик Чифтейн. Исследования в разрезе линий показали, что 14,3 % коров линии Монтвик Чифтейн и 8 % Рефлекшн Соверинг имели желательный генотип по каппа-казеину ВВ, самый низкий процент генотипа ВВ имели животные линии Вис Бэк Айдиал (табл. 1). Наилучшие отмечены у дочерей быков отечественной селекции линии М. Чифтейна, удой которых за 305 дней лактации составил 8492 кг молока. Выход молочного жира составил 342,2 кг. Более низкую молочную продуктивность наблюдали у коров линии Р. Соверинг селекции США, удой которых составил 7417 кг, а выход молочного жира составил 282,6 кг.

Количество белка в молоке на практике используют как показатель сыропригодности, поскольку оно пропорционально содержанию казеина. Исследования показали, что содержание белка было во всех опытных группах выше норматива 3,0 %. Наивысший белок показали коровы линии М. Чифтейна — 3,29 %, а наименьший содержался в молоке коров линии В-Айдиала — 3,09 %. Разница в концентрации лактозы в молоке коров всех опытных групп была незначительной (р < 0,05). Колебания составили от 4,45-4,65 % и находились в пределах нормы.

Сухое вещество молока включает все компоненты, определяющие его технологические и питательные свойства. Более высокое содержание сухого вещества отмечено в группах коров линии В-Айдиала и составило 12,37 %. Однако межгрупповая разница по сухому веществу была недостоверной. Уровень минеральных веществ во всех опытных группах находился в пределах нормы 0,7-0,8 %. Плотность и кислотность молока соответствовали требованиям молока высшего сорта во всех группах.

Технологические свойства молока с различными генотипами каппа-казеина изучались нами и при выработке творога и сыра от каждой группы коров (генотипы АА, АВ, ВВ). Применялась следующая технология мягких рассольных сыров: молоко подогревали до 37 °С, на 100 л молока вносили по 2 г бактериальной закваски и сычужной закваски, смесь перемешивали в течение 3-5 мин и оставляли до образования однородного сгустка. Продолжительность свертывания молока составляла 30-35 мин при температуре 31-35 °С. Готовый плотный и упругий сгусток разрезали и проводили его вымешивание, сначала медленно в течение 5-7 мин. Затем более интенсивно до размеров 6-15 мм, одновременно проводя второе нагревание до температуры 36-38 °С. В конце обработки, по готовности сырного зерна, удаляли 70-80 % сыворотки, зерно сдвигали в пласт и под-прессовывали. После подпрессовки пласт оставляли в ванне под слоем сыворотки с температурой 34-38 °С для чеддеризации (созревания).

В процессе чеддеризации создаются оптимальные условия для развития молочнокислого процесса, в результате чего повышается титруемая кислотность. Созревание сыра продолжается 2-5 ч, в зависимости от зрелости молока и времени года.

Сычужная свертываемость молока относится к факторам, определяющим его пригодность для производства сыра. Продолжительность сычужной коагуляции белков и плотность сгустка зависят от концентрации ионов водорода в молоке. По мере снижения рН молока реакция протекает быстрее, и плотность полученного сгустка больше, что, в основном, объясняется повышением активности сычужного фермента.

Незначительное изменение концентрации ионов кальция в молоке существенно сказывается на продолжительности свертывания белков и плотности сычужного сгустка. Наилучшая коагуляция белков наблюдалась при концентрации хлорида кальция в молоке, равной 0,142 %. Исследования технологических свойства представлены в табл. 2. Результаты исследования показали, что содержание жира, белка сборного молока были выше в группе коров с генотипом ВВ. Содержание жира в молоке коров с генотипом ВВ превышало жирномолочность коров с генотипом АА на 0,21 %, коров с генотипом АВ — на 0,04 %. Содержание белка в молоке было самым низким у коров с генотипом АА, самым высо-

Таблица 2

Технологические свойства молока

№ Показатель Генотип

п/п АА АВ ВВ

1 Жир, % 3,80 3,96 4,02

2 Белок, % 3,08 3,12 3,26

3 Плотность, г/см 1,028 1,028 1,028

4 Сычужная свертываемость, мин 38 34 24

5 Термоустойчивость, г 1 1 1

Таблица 3 Сыропригодность молока

Показатель Генотип каппа-казеина

АА АВ ВВ

Время свертывания сычужным ферментом, 100 мл молока/с 58 51 51

Расход сычужного фермента (2 %-го) на свертывание 100 кг молока, мл 318,5 290,0 284

Продолжительность обработки зерна, мин 89 82 80

Расход молока на выработку 1 кг сыра 45 %-й жирности, кг 9,98 9,98 9,74

Органолептическая оценка сыра, балл 87 90 92

Сорт Первый Высший Высший

ким — у коров с генотипом ВВ. У коров с генотипом АВ содержание белка имело промежуточное значение. Содержание белка в молоке коров с генотипом ВВ превышало показатели белковомолочности коров других генотипов на 0,14-0,18 %. Показатель плотности не имел различий, молоко коров всех генотипов соответствовало показателю высшего сорта.

Сыр из молока коров, несущих В-аллель каппа-казеина, имел лучшие органолептические показатели — внешний вид, вкус, запах, консистенцию, цвет и рисунок (табл. 3). Сыр из молока коров с геноти-

пом АА отличался худшей консистенцией, слабо выраженным сырным вкусом и запахом.

Таким образом, молоко коров, содержащих В-аллель каппа-казеина, имеет лучшие технологические свойства, содержит больше белка и свертывается за более короткое время, что дает возможность получить больше сыра лучшего качества. Нехватка фракции каппа-казеина приводит к ухудшению свертываемости молока, образованию дряблого сгустка, снижению качества и обЪема вырабатываемого продукта.

Литература

1. Калашникова Л. А., Дунин И. М., Глазко В. И. Селекция xXl-го века : использование ДНК-технологий. М. : ВНИ-Иплем, 2001. C. 3-4.

2. Самусенко Л., Химичева С. Генотип коров — основа качества молока // Молоко и молочные продукты. Производство и реализация. 2012. № 2. С. 17-19.

3. Denicourt D., Sabour M. P., McAllister A. Detection of bovine kappa-casein genomic variants by the polymerase chain reaction method // Animal Genetics. 1990. Vol. 21. P. 215-216.

References

1. Kalashnikova L. A., Dunin I. M., Glazko V. I. Selection of XXI century : the use of DNA technologies. M. : VNIIplem, 2001. P. 3-4.

2. Samusenko L., Himicheva S. Genotype of cows — the basis of milk quality // Milk and dairy products. Production and realization. 2012. № 2. P. 17-19.

3. Denicourt D., Sabour M. P., McAllister A. Detection of bovine kappa-casein genomic variants by the polymerase chain reaction method // Animal Genetics. 1990. Vol. 21. P. 215-216.