The study of physiological effect of fruit and vegetable powders in animal experiment

Abstract

The results of the study of the mineral and vitamin composition of fruit and vegetable powders, as well as their influence on the clinical and physiological parameters in laboratory animals (body weight, behavior patterns, functional state of the cardiovascular and nervous systems, general clinical and biochemical parameters of blood) were obtained. The study was performed on white Wistar rats initial body weight 190±20 g that were previously kept in quarantine for 5 days. One control group and six experimental groups (6 animals in each) were formed. Within 28 days animals from experimental groups were administered the diet supplemented with fruit or vegetable powder (carrot, squash, beet, apples, cabbage, pumpkin) in an amount of 3% by weight of the feed. When carrot powder was consumed, amplification processes of catabolism of proteins, fats and carbohydrates, as evidenced by an increase in blood levels of bilirubin, activity of alkaline phosphatase, GGT, LDH and significant reduction of cholesterol and triglyceride level occurred. In animals that received zucchini powder, body weight increased by 15.6% compared to the initial, as well as the activation of the immune response, enhance of carbohydrate metabolism (urea level and AST activity decreased under normal blood level of total protein, albumin fraction, bilirubin, creatinine, and LDH and ALT activity) and fat metabolism (cholesterol and triglyceride level reducing) was observed. Consumption of beet powder caused an increase in the number of red blood cells and platelets, elevated protein and fat metabolism (decrease in albumin, bilirubin, creatinine and urea level at normal parameters of total protein, glucose, AST activity, marked decrease in the level of triglycerides and cholesterol), had a stimulating effect on the heart (blood pressure and pulse rate increased). Consumption of apple powder caused the activation of the immune response, improved blood formation, activated energy metabolism (decrease in creatinine, urea, albumin, bilirubin, cholesterol and triglycerides level, AST, ALT and alkaline phosphatase activity), slowed heart rate and had a hypotensive effect. After uptake of cabbage powder, weight gain by 21.7% from the initial weight, increase in alkaline phosphatase and GTT activity, activation of protein metabolism (decrease in the number of total protein, albumin, bilirubin level) has been revealed. In the study of orienting-motor functions it was found that physical activity and «mink» reflex increased in this animals as well as swimming time before exhaustion raised by 27.1% compared to control animals. Body weight increased mostly pronounced (by 29.0% of the original) when pumpkin powder was consumed. Addition of pumkin powder contributed to the activation of blood immune system; protein metabolism increase (raise of total protein and urea, reduction in bilirubin level, AST activity); the duration of swimming to exhaustion increased by 37.9%, compared with the control group. No any negative deviation was found in the state of animals under administration of investigated plant powders.

Keywords:carrot, zucchini, beets, apples, cabbage, pumpkin in the form of powder; experimental animals, clinical and physiological parameters in laboratory animals

Вопр. питания. 2016. № 6. С. 48-56.

Среди факторов здорового питания, имеющих важное значение для поддержания здоровья, работоспособ­ности и активного долголетия человека, важнейшая роль принадлежит полноценному и регулярному снабжению его организма незаменимыми аминокислотами, вита­минами, минеральными веществами, пищевыми волок­нами, которые не синтезируются организмом человека и должны поступать с пищей [1-5]. Одним из основных природных источников ряда витаминов, минеральных веществ, полисахаридов и антиоксидантов, оказываю­щих антиокислительный эффект в организме человека и снижающих риск развития социально значимых болез­ней, является овощное и плодово-ягодное сырье [6-8].

В настоящее время разработан инновационный метод сушки овощей, фруктов и ягод при +40 °С для получения тонкодисперсных порошков из них. Эта технология поз­воляет сохранить биологическую ценность раститель­ного сырья и обеспечить его рациональное хранение и транспортировку.

Цель работы - обосновать применение фруктово-овощных порошков в питании. Для достижения пос­тавленной цели были изучены клинико-физиологические показатели (характер поведения, функциональное состояние сердечно-сосудистой и нервной системы, общие клинические и биохимические показатели крови) и возможность развития токсичного эффекта при употреблении порошков в эксперименте на животных, а также их минеральный и витаминный состав, содержание пищевых волокон.

Материал и методы

В исследовании использовали тонкодисперсные по­рошки из моркови, кабачка, свеклы, капусты, тыквы и яблока. Для определения биологического эффекта применения и токсичности фруктово-овощных порошков были выполнены исследования в условиях однократно­го эксперимента на клинически здоровых белых кры­сах линии Вистар, которых предварительно содержали в условиях карантина 5 сут. Масса тела животных в на­чале эксперимента составила 190±20 г. Группы состояли из 6 животных, которые были подобраны и распределе­ны по принципу парных аналогов. Было сформировано 7 групп животных, которым в соответствии со схемой в рацион вводили фруктово-овощные порошки: живот­ным 1-й группы - порошок из моркови; 2-й группы -порошок из кабачка; 3-й группы - порошок из свеклы; 4-й группы - порошок из яблока; 5-й группы - порошок из капусты; 6-й группы - порошок из тыквы. Животным опытных групп фруктово-овощные порошки в количест­ве 3% от рациона смешивали с тонкоизмельченным фар­шем и перемешивали с проваренной перловой крупой. Рацион животных дополняли комбикормом. Животные 7-й группы были контрольными и потребляли рацион без добавления фруктово-овощных порошков.

Взвешивание животных проводили каждые 4-е сутки, по результатам взвешивания рассчитывали рацион. Ежедневно регистрировали клинический статус, характер поведения, физическую активность животных, аппетит, потребление воды, контролировали состоя­ние слизистых оболочек и волосяного покрова. Функ­циональное состояние сердечно-сосудистой системы оценивали у животных 3-й, 4-й и контрольной групп, тестирование проводили на системах неинвазивного измерения артериального давления (АД) у крыс на 20-е и 27-е сутки эксперимента [9]. Выбор групп основывался на том, что употребление в пищу свеклы и яблок может оказывать положительное влияние на сердечно-сосу­дистую систему.

Функциональное состояние нервной системы оценива­ли у животных 5-й, 6-й и контрольной групп, тестирование горизонтальной и вертикальной активности в "открытом поле" [10], а также тест на переносимость физичес­ких нагрузок (принудительное плавание) [11] проводили до начала эксперимента, на 21-е и 28-е сутки.

Длительность эксперимента составила 28 дней. Все животные содержались при сходных условиях в отноше­нии температуры, влажности и освещения.

По окончании эксперимента животных безболезненно усыпляли в камере для эвтаназии ("VETtech", Велико­британия) методом ингаляции углекислым газом. Забор крови на общие клинические и биохимические исследо­вания осуществляли из желудочков сердца.

Общее клиническое исследование проб крови про­водили на автоматическом ветеринарном гематоло­гическом анализаторе "Abacus juniorvet 2.7" ("Diatron Messtechnik GmbH", Австрия). В крови животных опре­деляли 18 показателей: содержание лейкоцитов (WBC); лимфоцитов (LYM); смеси моноцитов, эозинофилов, базофилов и незрелых клеток (MID); гранулоцитов (GRA); относительное содержание лимфоцитов (LY); моноцитов (Mon%), гранулоцитов (GR); содержание эритроцитов (RBC); гемоглобина (HGB); гематокрит (HCT); средний объем эритроцита (MCV); среднее содержание гемогло­бина в эритроците (MCH); средняя концентрация гемо­глобина в эритроцитe (MCHC); ширина распределения эритроцитов (RDW); содержание тромбоцитов (PLT); тромбокрит (PCT); средний объем тромбоцита (MPV); распределение тромбоцитов (PDWc).

Биохимические исследования проводили на полуав­томатическом анализаторе "BioChem SA" ("HTI", США). В крови определяли 13 показателей: содержание об­щего белка, альбумина, глюкозы, билирубина, креатинина, мочевины, активность аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), щелочной фосфатазы ЩФ), гамма-глутамилтранспептидазы (ГГТ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), уровень холестерина, триглицеридов.

По окончании эксперимента проводили патологоанатомическое вскрытие животных с визуальным осмотром внутренних органов, измеряли массу тела животных и внутренних органов (печень, селезенка, почки, сер­дце). На основании этих данных был рассчитан ин­тегральный показатель хронической интоксикации (ИПХИ).

Содержание минеральных веществ определяли мето­дом атомно-абсорбционной спектроскопии, витаминов -методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе "Милихром 4", пектиновых веществ - кальций-пектатным методом [патент RU (11) 2434532 (13) С1].

Результаты и обсуждение

Клинико-физиологические исследования показали, что состояние животных до начала и на протяжении всего эксперимента находилось в пределах физиологической нормы. Крысы были подвижны и активны; мышцы в тонусе; тактильная реакция сохранена; шерсть плотно прилегает к телу, не взъерошенная, гладкая, чистая, блестящая, кожный покров эластичный, без нарушения целостности; видимые слизистые оболочки бледно-розового цвета, истечений и других призна­ков воспалительных реакций нет. Глаза ярко-красно­го цвета. Акты мочеиспускания и дефекации находи­лись в пределах физиологической нормы. Сохранность животных, участвующих в эксперименте, была пол­ной (100%). Крысы активно поедали предложенный корм, наиболее быстро съедали рацион животные 4-й и 6-й групп.

При анализе динамики массы тела животных в ходе эксперимента были выявлены следующие осо­бенности (табл. 1). Обнаружено, что у животных, в рацион которых вводили порошок из моркови, с 1-х по 5-е сутки наблюдался период привыкания: крысы прибавляли к массе тела не более 3 г. У животных, получавших корм, содержащий порошок из капусты и тыквы, отмечен динамичный старт: первые 5 сут крысы набирали от 7 до 10 г. Также установлено, что после 20 сут животные, получавшие дополнительно поро­шок из капусты, интенсивно набирали массу тела. Относительно стабильно набирали массу животные, корм которых содержал порошок из кабачка (2-я груп­па), свеклы (3-я группа), яблока (4-я группа), тыквы (6-я группа) и контрольной группы. В то же время масса тела животных, потреблявших порошок из моркови, не увеличилась.

Максимальная прибавка массы тела была отме­чена у животных, потреблявших порошок из тыквы (6-я группа), минимальная - у группы крыс, потребляв­ших порошок из яблок (4-я группа). У животных конт­рольной и группы, получавшей свеклу, прибавка массы тела не превышала 10%.

Измерение АД у животных показало (табл. 2), что частота сердечных сокращений у крыс контрольной группы не изменилась и соответствовала норме (пульс -300-330 в минуту, систолическое АД - 100-140 мм рт.ст., диастолическое - 90-130 мм рт.ст.).

При тестировании опытных животных установлены следующие изменения: при потреблении животными порошка из свеклы (3-я группа) увеличивались частота сердечных сокращений, а также систолическое и диастолическое АД (см. табл. 2). У животных, потребляющих порошок из яблок (4-я группа), частота сердечных сокра­щений, систолическое и диастолическое АД оставались неизменными.

У животных и контрольной, и опытной групп при помещении в крайний правый угол "открытого поля" наблюдалась нормальная локомоторная активность. Изменения в характере двигательной активности от­сутствовали (табл. 3).

Результаты теста "принудительное плавание" выяви­ли, что у животных, потреблявших порошки из капусты и тыквы, время плавания к концу эксперимента при сравнении с показателями контрольной группы, увели­чивалось на 20,5 и 31,9% соответственно.

Влияние потребления порошков из моркови, кабачка, свеклы, яблока, капусты и тыквы на гематологические и биохимические показатели крови животных представ­лены в табл. 4 и 5.

При сравнительном анализе гематологических по­казателей животных опытных и контрольной групп вы­явлены особенности. У животных, в рацион которых вводили порошок из моркови, отмечалось увеличение количества лейкоцитов (до 30%), эритроцитов (на 16%), значительно увеличивались количество тромбоцитов, гранулоцитов, концентрация гемоглобина и ширина рас­пределения эритроцитов; содержание моноцитов, смеси моноцитов, эозинофилов, базофилов и незрелых клеток снижалось по сравнению с показателями контрольной группы. У животных, потреблявших порошок из кабачка, отмечалось значительное увеличение количества лим­фоцитов, гранулоцитов (до 40%), лейкоцитов и эритро­цитов, уменьшение содержания моноцитов, остальные показатели достоверно не отличались от показателей контрольных животных. У животных, в рацион которых вводили порошок из свеклы, повышалось количество лейкоцитов, лимфоцитов, увеличивалась концентрация гранулоцитов, эритроцитов, тромбоцитов, гемоглобина, ширина распределения эритроцитов. У животных, по­треблявших порошок из яблока, отмечалось увеличение концентрации лейкоцитов, лимфоцитов, гранулоцитов, эритроцитов, тромбоцитов, смеси моноцитов, эозинофилов, базофилов и незрелых клеток. У животных, потреблявших порошок из капусты белокочанной, уве­личивалось содержание эритроцитов и концентрация тромбоцитов. У животных, в рацион которых вводили порошок из тыквы, отмечалось достоверное увеличе­ние содержания лейкоцитов, лимфоцитов, эритроци­тов, гемоглобина, тромбоцитов, снижение количества моноцитов. Стоит отметить, что все гематологические показатели не выходили за пределы физиологической нормы для лабораторных крыс данного возраста и вида. По результатам гематологического исследования уста­новлено, что введение в рацион животных почти всех порошков (моркови, свеклы, яблока, тыквы), кроме по­рошков из кабачка и капусты белокочанной, в большей или меньшей степени вызывает активацию иммунной составляющей крови, о чем свидетельствует повыше­ние количества лейкоцитов, гранулоцитов, лимфоцитов, моноцитов.

Исследование биохимических показателей сыворот­ки крови показало, что у животных, в рацион которых вводили порошок моркови, отмечалось выраженное повышение уровня общего белка при снижении уровней альбумина, глюкозы, креатинина, мочевины, увеличе­нии уровня билирубина, активности АЛТ, также отме­чено значительное увеличение активности ЩФ, ГГТ, ЛДГ, выраженное снижение концентрации холестерина и триглицеридов. У животных, потреблявших порошок из кабачка, отмечалось снижение уровня мочевины и активности АСТ при неизменных показателях содер­жания общего белка, альбуминовой фракции, били­рубина, креатинина и активности ЛДГ и АЛТ, а также увеличение активности ЩФ, ГГТ и снижение уровня холестерина и триглицеридов. У животных, в рацион которых вводили порошок из свеклы, отмечалось сни­жение концентраций альбумина, билирубина, креатинина и мочевины при неизменном уровне общего белка, глюкозы, АСТ, повышение активности ЩФ, ГГТ, ЛДГ при выраженном уменьшении содержания триглицеридов и холестерина. У животных, потреблявших порошок из яблока, отмечалось снижение содержания креатинина и мочевины, холестерина и триглицеридов, а также повышение активности ГГТ. У животных, потреблявших порошок из капусты белокочанной, отмечено сниже­ние количества общего белка, альбумина, билирубина, увеличение активности ЩФ, ГГТ. У животных, в рацион которых вводили порошок из тыквы, отмечалось увели­чение количества общего белка, мочевины, снижение уровня билирубина, активности АСТ, АЛТ. Все колеба­ния биохимических показателей не выходили за гра­ницы физиологической нормы для лабораторных крыс данного вида и возраста.

При патологоанатомическом исследовании контроль­ных и опытных животных не обнаружено проявлений воспалительных патологических процессов во внутрен­них органах: пищеварительном тракте, поджелудочной железе и печени, дыхательной системе, органах крово­обращения и кроветворения, мочевыделительной систе­ме. Печень имела однородный бордовый цвет и упругую консистенцию, почки однородного цвета, упругие, селе­зенка равномерного бордового цвета, эластичная.

При сравнении интегральных показателей хроничес­кой интоксикации не отмечено достоверных изменений показателей внутренних органов опытных от таковых у контрольных животных.

Анализ содержания микронутриентов во фруктово-овощных порошках показал, что тыква содержит на­ибольшее количество калия и кальция. Свекла богата натрием, морковь - марганцем, кабачок - магнием и железом. Больше всего каротина обнаружено в порошке из тыквы и моркови. Порошок из капусты содержал больше всего витамина РР, а также порошки из яблока и тыква отличались большим содержанием витами­нов В1 и В2 по сравнению с другими исследуемыми по­рошками. Максимальное содержание водорастворимых пектинов отмечено у порошка из свеклы, моркови и яб­лока и составило 9,3-10,2 г на 100 г порошка. Остальные порошки содержали от 1,9 г (порошок из капусты и из кабачка) до 2,17 г (порошок из тыквы).

Заключение

Исследуемые растительные порошки оказывают вли­яние на некоторые клинико-физиологические пока­затели лабораторных животных, негативного эффек­та от их применения не отмечено. При потреблении порошка из моркови в течение 28 сут лабораторные животные не набирали массу тела, в результате биохимических исследований было выявлено усиление процессов катаболизма белков, жиров и углеводов в организме животных, о чем свидетельствует увеличе­ние билирубина, активности ЩФ, ГГТ, ЛДГ, выраженное снижение концентраций холестерина и триглицеридов. В результате исследований крови показано, что введение в рацион порошка моркови способствует актива­ции иммунной составляющей крови. При потреблении порошка из кабачка в течение 28 сут лабораторные животные увеличили массу тела на 15,6%. В резуль­тате исследований крови выявлено, что потребление порошка из кабачка вызывает активацию иммунного ответа, особенно фагоцитарной активности с прева­лированием гранулоцитов; усиливает обмен углеводов (снижение уровня мочевины и активности АСТ при нормальных показателях общего белка, альбуминовой фракции, билирубина, креатинина, активности ЛДГ и АЛТ) и жиров (снижение содержания холестерина и триглицеридов), работу желудочно-кишечного тракта, в том числе поджелудочной железы (увеличение актив­ности ЩФ, ГГТ), что косвенно подтверждается "хоро­шей" прибавкой массы тела. При потреблении порошка из свеклы в течение 28 сут масса тела крыс увеличи­лась на 9,8%. В результате исследований крови выявле­но, что обогащение рациона порошком свеклы вызыва­ет незначительную активацию иммунной составляющей крови при выраженном увеличении эритроцитарной и тромбоцитарной составляющих; усиление белкового и жирового обмена (снижение концентрации альбуми­на, билирубина, креатинина и мочевины при нормаль­ных показателях общего белка, глюкозы, активности АСТ; выраженное уменьшение уровня триглицеридов и холестерина). Исследование АД показало, что порошок свеклы вызывает учащение сердечных сокращений, по­вышает АД (как систолическое, так и диастолическое). Это может указывать на стимулирующее воздействие свеклы на работу сердца, а именно на силу сокращения сердца, повышения сопротивляемости стенок сосудов, что косвенно подтверждается увеличением активнос­ти ЛДГ в крови. При потреблении порошка из яблока прирост массы тела лабораторных животных на 28-е сутки составил 7,2%. Произошла активация иммунного ответа, улучшение кроветворения; усиление работы печени (повышение активности ГГТ), энергетического обмена (снижение содержания креатинина и мочевины при нормальных показателях общего белка, альбуми­на, билирубина, активности АСТ, АЛТ, ЩФ, снижение уровня холестерина и триглицеридов). При потребле­нии порошка из капусты белокочанной в течение 28 сут масса тела крыс увеличилась на 21,7%, наблюдалось усиление работы печени и поджелудочной железы (увеличение активности ЩФ, ГГТ), активизация обмена белка (снижение количества общего белка, альбумина, билирубина), при исследовании показателей двига­тельной активности отмечено увеличение времени плавания до развития истощения на 27,1% по сравнению с контрольными животными. При потреблении порошка из тыквы в течение 28 сут прирост массы тела лабо­раторных животных был максимальным и составил 29,0%. Введение в рацион тыквы вызывает активацию иммунной составляющей крови, усиление метаболизма белков (увеличение уровня общего белка, мочеви­ны, снижение концентрации билирубина, активности АСТ). У животных, потреблявших порошок из тыквы, увеличивалась показатели двигательной активности, длительность плавания до развития истощения возрос­ла на 37,9% по сравнению с показателем контрольных животных.

При применении исследуемых растительных порош­ков никаких отклонений в состоянии животных не отме­чено. Таким образом, при введении в рацион лаборатор­ных животных порошка из моркови, кабачка, свеклы, яблока, капусты белокочанной, тыквы в количестве 3% от рациона каких-либо токсических эффектов не наблю­далось.

Исследование минерального состава и содержания пектиновых веществ показало достаточно высокую кон­центрацию этих важных нутриентов во фруктово-овощ-ных порошках.

Литература

1. Dashrath B., Shashi J. Wild fruits and vegetables: a great source of micronutrients // 44th Annual National Conference of the Nutrition Society of India "Current Trends in Food Security to meet National Nutritional Challenges*. Tirupati, November 16-17, 2012. P. 158-159.

2. Коденцова В.М., Вржесинская О.А. К обоснованию уровня обо­гащения витаминами и минеральными веществами пищевых продуктов массового потребления // Вопр. питания. 2011. Т. 80, № 5. С. 64-71.

3. Мазо В.К., Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Зилова И.С. Обогащенные и функциональные пищевые продукты: сходство и различия // Вопр. питания. 2012. Т. 81, № 1. С. 63-68.

4. Спиричев В.Б., Трихина В.В., Позняковский В.М. Обогащение пище­вых продуктов микронутриентами - надежный путь оптимизации их потребления // Ползуновский вестн. 2012. № 2/2. С. 9-15.

5. Спиричева Т.В., Спиричев В.Б., Коденцова В.М., Бекетова Н.А. и др. Эффективность использования в профилактическом питании пищевых продуктов с сочетанным содержани­ем пектина и витаминов // Вопр. питания. 2011. Т. 80, № 4. С. 47-56.

6. Yadav M., Swapnika В., Ravinder A. Development and quality assessment of vegetable sandwich biscuits // 44th Annual National Conference of the Nutrition Society of India "Current Trends in Food Security to meet National Nutritional Challenges*. Tirupati, November 16-17, 2012. P. 127-128.

7. Веселова А.Ю. Костюченко М.Н., Дремучева Г.Ф., Смирнова С.А. Влияние овощных и фруктовых порошков на органолептические показатели хлебных палочек диабетического назначения // Хлебопечение России. 2014. № 5. С. 18-20.

8. Корячкина С.Я., Ладнова О.Л. Годунов О.А., Холодова Е.Н. Применение тонкодисперсных овощных и фруктово-ягодных порошков при производстве пищевых концентратов сладких блюд // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. 2015. № 2 (35). С. 31-37.

9. Bunag R.D. Measurement of blood pressure in rats // Handbook of Hypertension. Vol. 4: Experimental and Genetic Models of Hypertension. Amsterdam : Elsevier, 1984.

10. Воронина Т.А., Островская Р.У. Руководство по эксперименталь­ному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М., 2005. С. 253-263.

11. Белый И.М., Дунаев В.В., Тришкина В.С. Фармакологическая оценка метаболической эффективности ацефена, ноотропила и рибоксина // Фармакология и токсикология. Респ. межвед. сб. Киев : Здоров'я, 1988. Вып. 23. С. 3-6.