Биофортификация куриного яйца: витамины и каротиноиды

Проблема микронутриентной недостаточности у населения решается несколькими способами. Один из подходов, получивших признание во всем мире, — технологическая модификация, в процессе которой витамины или их смеси добавляются к сырью, используемому при производстве пищевых продуктов (например, хлебопекарной муке), или непосредственно в пищевые продукты массового потребления (1). К сожалению, не только среди населения, но и в научных статьях можно встретить необоснованное мнение, что синтетические витамины плохо усваиваются организмом. В связи с этим в последние годы все большее внимание уделяется биофортификации (bio-addition, biofortification) — обогащению продукции животноводства посредством добавления витаминов в корма. В этом случае витамин, поступая в организм животного, проходит стадии биотрас-формации и потребляется человеком в натуральном виде. Несмотря на то, что потребность кур-несушек в большинстве витаминов достаточно хорошо изучена и установлено оптимальное содержание витаминов в кормах, в

^* Работа финансово поддержана Российским научным фондом, грант ¹ 16-16-04047.

последние годы усилился интерес к куриному яйцу как идеальному объекту, витаминная ценность которого может быть повышена естественным способом за счет обогащения витаминами и минеральными веществами рациона птицы (2).

Куриное яйцо — природный функциональный пищевой продукт массового потребления, который используется в питании всех слоев населения и представляет особый интерес для биофортификации. Согласно таблицам химического состава пищевых продуктов, два больших куриных яйца обеспечивают поступление до 20 % от рекомендуемого суточного потребления белка, до 30 % — витамина В2, до 6 % — витамина Е, до 12 % — витамина А (3, 4). Однако реальное содержание витаминов в яйцах, произведенных на разных птицефабриках и в личных приусадебных хозяйствах (5), зависит от количества витаминов в используемых кормах и может существенно отличаться от величин, указанных в таблицах химического состава пищевых продуктов (6, 7).

В настоящем обзоре впервые обобщены данные современной научной литературы о возможностях повышения содержания витаминов в яйце не только за счет обогащения ими рациона кур-несушек, но и благодаря введению в корм растительных компонентов, а также посредством УФ-облучения птицы.

При содержании витаминов в корме, не достигающем рекомендованных для кур-несушек норм (2), их количество в яйце минимально (рис.). Увеличение содержания большинства витаминов в рационе кур сопровождается постепенным нелинейным возрастанием их количества в яйце (табл.), которое может существенно превышать величины, приведенные в таблицах химического состава пищевых продуктов, используемые для расчета потребления витаминов с рационом.

Содержание витаминов А (А) , Е (Б) , В 2 (В) и фолатов (Г) в целом яйце в зависимости от их количества в рационах кур (5, 16-19, 25) .

В и т ам и н Е. Влияние ввода различных доз витамина Е в рационы кур-несушек — от 20-60 (8) до 100-200 мг/кг корма (9, 10) и выше (11) — представлено на рисунке (Б). По данным некоторых исследователей (12, 13), увеличение содержания витамина Е в комбикорме с 10 до 150 мг/кг сопровождалось повышением концентрации витамина Е в желтке яиц. Это повышение происходило вплоть до 200 мг α-токоферилацетата на 1 кг корма (14). Накопление витамина Е в желтке яиц на фоне добавок селена (0,1 г/т) повышалось на 6,8-38,9 %.

Количество витаминов в целых яйцах, полученных от кур-несушек при обогащении рациона витаминами (данные литературы)

	Данные национальных таблиц	Рацион
Витамин	химического состава пищевых продуктов (6, 7)	без дополнительного обогащения кормов	при дополнительном обогащении кормов
D                           88 МЕ                  25-80 МЕ (17, 20)        180-1700 МЕ (17) 310 МЕа                  150-450 МЕа (21)       33,7-150 мкга (21, 22) К                                  –                       0,01-0,05 мг (20)             0,05 мг (17) В 6                               0,14 мг                    0,11-16 мг (17, 20)                 – 0,46 мга                     0,35-1,50 мга (17) Ниацин                      0,19-0,20 мг              0,07-0,15 мг (17, 20, 23)               – 0,05 мга (17) В 12                             0,0005 мг               0,0004-0,0010 мг (17, 23)        0,0016 мг (17) 0,0018 мга                    0,0018 мга (17) Фолат                          7-32 мкг               0,009-0,078 мг (2, 17, 23)      33-75 мкг (24, 25) 0,022 мга                   0,12-0,17 мга (17, 23) Пантотеновая                   1,3 мг                    1,2-1,6 мг (17, 26)              1,9 мг(17) кислота                          4 мга                    3,5-12,5 мга (17, 20) Биотин                         0,02 мг                  0,016-0,030 мг (17, 20)          0,070 мг(17) 0,056 мга                        0,1 мга β -Каротин                       –                         0,014 мга               0,52 мга (18) Лютеин                          –                                                1,5 мг/60 г (27) 0,3 мг/60 г 0,8-2,7 мга (5) Криптоксантин                  –                             -                 0,08-0,20 мга (5) П р и м еч а ни е. Прочерки означают отсутствие данных в доступной литературе; а — содержание в 100 г желтка куриного яйца.

Витамин Е всасывается в тонком кишечнике, и эффективность этого процесса зависит от состава рациона, используемой дозы, возраста, пола, других индивидуальных характеристик птицы. Витамин Е накапливается в печени и жировой ткани, однако этого недостаточно для продолжительного удовлетворения потребностей в нем. Например, количество витамина Е, которое поступает из организма несушки в одно яйцо, больше, чем резерв этого соединения в печени (12, 15).

Количество витамина Е в корме влияет на качество яиц, предохраняет от окислительной порчи полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) при комнатной температуре в течение 28 сут (28), а также способствует сохранности в яйце ретинола, каротиноидов (12, 15, 29, 30). Обогащение рациона кур ПНЖК семейства ω -3 совместно с витамином Е продлевает срок хранения, снижая окисление липидов (31). По данным А. Barroeta (32), при низком содержании в рационе ПНЖК (15 г/кг) для поддержания стабильности липидов необходимо вводить в корм 60 мг/кг α-токоферола, тогда как при высоком (30 г ПНЖК/кг корма) требуется 200 мг/кг. Витамин Е нетоксичен, даже его высокие дозы не приводят к гипервитаминозу, однако избыточное введение в корм должно быть экономически оправданным (33). К тому же очень высокие дозы витамина Е (10-20 тыс. МЕ/кг корма) существенно снижали концентрацию витамина А и каротиноидов в яичном желтке (19).

Помимо токоферолов, для обогащения корма птиц используют природные источники этого витамина. Добавление в корм кур в течение 7 сут масла из рисовых отрубей, содержащего 1,3 % токотриенолов (одна из форм натурального витамина Е), приводило к увеличению их содержания до 0,62 мг/яйцо против обычного содержания 0,11 мг/яйцо (34).

Витамин D. В отличие от других, витамин D не только поступает с пищей, но и может образовываться в коже человека и животных под действием ультрафиолетового излучения, то есть к нему не применим 1096

классический смысл термина «витамин». Это прогормон, превращающийся в организме в свою гормональную форму — 1,25-дигидроксивитамин D. Существует от 200 до 2000 генов, непосредственно или косвенно реагирующих на воздействие витамина D. Спектр его доказанного физиологического действия чрезвычайно широк и включает ингибирование клеточного деления, стимуляцию синтеза инсулина, апоптоз, подавление продукции ренина, стимуляцию продукции макрофагами кателицидина — пептида, обладающего антимикробным действием (35). Дефицит витамина D ассоциируется со многими социально значимыми хроническими заболеваниями (сердечно-сосудистые, инфаркт миокарда, сахарный диабет 2-го типа, аутоиммунные болезни, туберкулез, бронхиальная астма, атопический дерматит, крапивница, рак простаты, молочной железы, кишечника), нейроко-гнитивными расстройствами, депрессивными состояниями (35).

Содержание витамина D в организме человека определяется сочетанием его синтеза в коже под воздействием солнечных лучей и потреблением двух основных алиментарных форм витамина D — эргокальциферола (витамина D2) и холекальциферола (витамина D3). Сниженная концентрация витамина D в крови наблюдается у 50-92 % взрослого населения трудоспособного возраста и детей нашей страны вне зависимости от сезона года (36). Причины дефицита витамина D заключаются как в его недостаточном потреблении с пищей, так и в низком эндогенном синтезе вследствие географического расположения России (36). Поддержание адекватного количества витамина D3 в организме человека имеет важный профилактический потенциал для здоровья. Пищевые источники этого витамина для человека немногочисленны, к тому же витамин D не содержится в продуктах растительного происхождения. К основным источникам относятся (в порядке убывания содержания) печень трески, рыба жирных сортов, куриные яйца, печень, сливочное масло.

В этой связи перспективы биофортификации куриных яиц витамином D приобретают особое значение (37). Витамин D находится преимущественно в желтке в форме холекальциферола и 25ОНD3. Содержание витамина D в яйце повышается при увеличении его дозы в корме. Более эффективно для повышения содержания витамина в желтке яйца добавление в рацион кур витамина D3 (22). По мнению некоторых авторов, удваивая количество витамина D3 в кормах по сравнению с физиологической нормой, можно производить яйца с повышенным в 2 раза содержанием витамина D3 (приблизительно 2-3 мкг/яйцо) (38). Содержание витамина D3 в желтке яиц кур, получавших 6000 МЕ (150 мкг) или 15000 МЕ (375 мкг) витамина D3 на 1 кг корма, варьировало соответственно от 9,1 до 13,6 и от 25,3 до 33,7 мкг/100 г. При добавлении в корм витамина D2 показатель составил 4,7-7,0 и 13,3-21,0 мкг/100 г желтка (22).

Начиная с 2009 года, в Европейском Союзе в соответствии с положением EC ¹ 887/2009 (39) при откорме кур, помимо холекальциферола, разрешено использовать стабилизированный метаболит 25ОНD3. У человека это основная циркулирующая (транспортная) форма витамина. Максимальное содержание комбинации 25ОНD3 с витамином D3 в 1 кг корма для цыплят не должно превышать 125 мкг (5000 МЕ). Однако оказалось, что если корм кур содержит витамин D только в форме 25ОНD3, то в желтке витамин D в форме холекальциферола может полностью отсутствовать (38).

В качестве альтернативы для получения обогащенных витамином D яиц недавно были предложены облучение птиц ультрафиолетом или свободный выгул (bio-addition). Яйцо от кур, облученных ультрафиолетом по 3 ч ежедневно в течение 4 нед и получавших D3-адекватный рацион

(3000 МЕ/кг корма), содержало в среднем 2,5 мкг витамина D (витамин D3 + 25ОНD3), что почти в 5 раз выше по сравнению с его количеством в яйцах кур, не подвергавшихся обучению ультрафиолетовой лампой (доза на расстоянии 20 см — 76 мкВт/см2) (40). Любопытно, что эндогенный синтез происходит в основном в ногах кур, где оперение наименьшее. Зависимость содержания витамина D3 и 25ОНD3 в яичном желтке от времени ежедневного облучения ультрафиолетом имела нелинейный характер. При ежедневном облучении по 300 мин содержание витамина D3 увеличивалось до 28,6 мкг/100 г сухого вещества яичного желтка, но не достигло плато, тогда как количество 25ОНD3 оказывалось максимальным уже при облучении в течение 60 мин (41). Количество витамина D3 в яичном желтке было в 3-4 раза выше (р < 0,001) у птиц при воздействии солнечным светом (открытый и закрытый/открытый способ содержания), чем у кур, находившихся в закрытом помещении (42). Концентрация витамина D3 в яичном желтке птиц на свободном выгуле составила 14,3 мкг/100 г сухого вещества против 3,8 мкг/100 г. Количество витамина D в желтке яиц от птиц на смешанном содержании занимало промежуточное положение. Содержание 25ОНD3 в яичном желтке также зависело от воздействия солнечных лучей, хотя и менее выраженно, чем концентрация витамина D3 (р < 0,05).

Следовательно, облучение птиц ультрафиолетовым или естественным солнечным светом представляет собой многообещающую альтернативу по обогащению яиц и мяса кур витамином D, одновременно обеспечивая безопасный подход без риска передозировки этого витамина.

Витамин А и каротиноиды. Повышение в 5,3 раза количества витамина А в корме до оптимального содержания (2) приводило к увеличению его содержания в яйце в 1,3 раза (см. рис., А).

Основными каротиноидами, придающими естественный цвет желтку яйца, служат лютеин и зеаксантин (43, 44). Их содержание составляет до 80-90 % от суммы каротиноидов (2). Базовый рацион кур-несушек на основе кукурузы обычно содержит около 11,8 мг каротиноидов (в основном в форме лютеина и зеаксантина) на 1 кг корма, а на основе пшеницы — 5,6 мг/кг корма (45). К усилению окраски желтка приводит добавление в рацион до 1 % по массе корма моркови, перца, тыквы, плодов шиповника, а также до 5-6 % травяной муки. Такое обогащение позволяет достигнуть количества каротиноидов, соответствующего 8-10 мг на 1 кг корма (17). Добавление к рациону кур оранжевой, желтой или пурпурной моркови (по 70 г на одну птицу) увеличивало содержание в яичном желтке лютеина более чем в 1,5 раза, а минорного каротиноида β-каротина — более чем в 100 раз (46). Яйца кур, получавших рацион с добавлением листьев капусты огородной Brassica oleracea var. acephala (кале) (120 г на ку-рицу/cут) имели более высокое содержание лютеина, β -каротина, а также оранжевого ксантофилавиолаксантина (47). Добавление в корм кур по 5 или 10 г порошка томатов на 1 кг рациона приводило к увеличению в желтке количества ликопина, β-каротина, лютеина и витамина А при одновременном снижении концентрации малонового диальдегида (48). Содержание лютеина в яичном желтке у японских перепелов значительно увеличивалось, если в рацион включали 0,2 % экстракта календулы (49). При добавлении в корм 3 % порошка хлореллы количество лютеина повышалось с 0,2 мг/яйцо (13 мкг/г желтка в контрольной группе) до 0,43 мг/яйцо (27 мкг/г желтка) (50). Очевидно, что такое обогащение яиц каротиноидами имеет принципиальное значение при производстве органической продукции. Описан пример получения «дважды биофицированного яйца» с повышенным содержанием каротиноидов посредством включения в раци-1098

он биофортифицированной кукурузы (51).

Помимо использования природных источников каротиноидов для усиления пигментации яичных желтков в корм птицы добавляют различные каротиноиды, в том числе не характерные для желтка. К ним относятся кантоксантин (от 0,9-1,5 до 70 мг/кг корма, коммерческое название лукантин), смесь (коммерческое название липокаротин) β-каротина (0,91,8 г на 1 тыс. голов кур) и ликопина (0,4-0,8 г на 1 тыс. гол. кур) (52). Иногда применяются более высокие дозы каротиноидов — до 400 мг/кг корма β-каротина, кантаксантина и лютеина (53). Добавление β-каротина в дозе 200 мг/кг корма сопровождается увеличением его содержания в желтке в 37 раз — с 0,14 до 5,2 мкг/г (18). Следовательно, добавление каротиноидов в корм кур-несушек приводит к увеличению суммарного содержания этих пигментов практически на порядок по сравнению с данными таблиц химического состава; в результате такое яйцо может обеспечить поступление от 5 до 10 % каротиноидов от адекватного количества их потребления (43). Эмульгирование каротиноидов позволяет достичь желаемого содержания каротиноидов при их более низкой дозе (на 20-30 %) (54). Добавление к корму 2,5 % порошка спирулины ( Arthrospira platensis ) или 30 мг/кг лукантина оказалось одинаково эффективным для окрашивания желтка яиц (55). Увеличение содержания ликопина в рационе (0; 420 и 840 мг/кг) и α-токоферола (0; 84; 164; 200; 284 и 364 мг/кг) сопровождалось повышением концентрации в яичном желтке ликопина (p < 0,05) и витамина Е (p < 0,05), тогда как содержание лютеина и зеак-сантина оставалось неизменным (56). Зависимость содержания лютеина в желтке яйца от его дозы в рационе имеет вид кривой насыщения: при добавлении более 375 мг лютеина на 1 кг рациона дальнейшего увеличения его количества (с 0,3 до 1,5 мг/60 г) не происходит (27).

Лютеин — основной каротиноид, предотвращающий дегенерацию макулы при старении; из обогащенного им яичного желтка вещество усваивается лучше, чем непосредственно изолированный лютеин или лютеин, содержащийся в растительных источниках (57). Ежесуточное потребление в течение 4,5 нед по 1,3 желтка куриного яйца, обеспечивающего 0,38 мг лютеина и 0,28 мг зеаксантина, приводило к повышению концентрации этих каротиноидов в плазме крови соответственно на 28-50 и 114-142 % (43). При этом поступление каротиноидов за счет желтков оказалось эквивалентным таковому при потреблении 60 г готовых блюд из шпината или 150 г из кукурузы. Поскольку лютеин — специфический каротиноид, сконцентрированный в желтом пятне сетчатки, включение в рацион богатых им продуктов с высокой биодоступностью можно рассматривать как фактор, снижающий риск возрастной дегенерации макулы глаза (26, 58).

В итамины группы В. За счет увеличения содержания в корме витамина В1 можно достичь повышения его количества в яйце примерно на 25 %, витамина В2 — в 1,7 раза (см. рис., В, Г).

У женщин репродуктивного возраста с неоптимальным фолатным статусом имеется риск рождения детей с дефектами нервной трубки, также показана выраженная взаимосвязь между концентрацией фолата, гомоцистеина в крови и риском возникновения сердечно-сосудистых заболеваний (59). Фолиевая кислота (птероил-L-глутаминовая) в природе встречается только в следовых количествах. Основными природными формами (50-80 %) этого витамина в пищевых продуктах служат полиглутаматы — 5,6,7,8-тетрагидрофолаты (H4-фолаты). Биодоступность природного фолата ниже, чем фолиевой кислоты. Это различие частично объясняется тем, что фолиевая кислота может всасываться непосредственно, в то время как 1099

фолаты (в основном полиглутаматы) предварительно гидролизуются дис-конъюгазой до моноглутамилфолата. Благодаря своей высокой устойчивости фолиевая кислота служит единственной формой фолата, добавляемой непосредственно к пищевым продуктам и входящей в состав поливитаминных смесей для животных. Среди противников технологического способа витаминизации пищевых продуктов существует точка зрения, что обогащение фолиевой кислотой приводит к повышению количества неметаболизи-рованной фолиевой кислоты в организме человека. Как уже отмечалось выше, биофортификация, в процессе которой происходит биотрансформация фолиевой кислоты в организме кур, опровергает этот аргумент.

Исследование зависимости содержания фолата в яйце от добавления фолиевой кислоты в рацион на основе ячменя (0-128 мг/кг в течение 21 сут) показало, что она имеет форму кривой насыщения. Содержание фолата достигало максимума 32,8-42,2 мкг/яйцо при добавлении синтетической фолиевой кислоты к корму в количестве 2 мг/кг корма и далее оставалось постоянным (24). По другим данным, насыщение куриного яйца фолатом до 41,0±0,7 мкг происходило при дозе 4 мг фолиевой кислоты на 1 кг корма на основе ячменя, причем этот показатель сохранялся в течение 28 сут хранения при 4 °C (60). Двукратное увеличение содержания фолатов в расчете на меланж происходило при добавлении 3,5 мг фолиевой кислоты на 1 кг корма (61). Включение в рацион кур фолиевой кислоты (от 0 до 32 мг/кг) через 12 нед приводило к увеличению содержания фолатов в яйце до 75 мкг, или в 2,3 раза (25). В яйце фолат содержится в форме 5-метилтетрагидрофолата и лишь 10 % приходится на фолиевую кислоту. В экспериментах in vivo на крысах доказано, что фолат из обогащенных яиц от кур, потреблявших корм с добавлением фолата, хорошо усваивался (62). Вместе с тем избыток фолиевой кислоты в рационе кур на основе кукурузы и сои (50 мг на 1 кг) сопровождался снижением потребления корма и яйценоскости (63).

Характер зависимостей (64) между содержанием витамина в рационе и яйце, обнаруженный во всех случаях (см. рис.), показывает, что количество витаминов в яйце увеличивается не безгранично, а стремится к некоему максимальному значению, когда дальнейшее повышение дозы витаминов в корме перестает сопровождаться дополнительным увеличением их содержания в яйце (см. рис.). То есть происходит насыщение яйца этими микронутриентами (16, 17). Избыточное добавление витаминов в корма может приводить к снижению продуктивной способности кур-несушек (63).

Совершенно очевидно, что для достижения максимального количества каждого витамина требуются специальные исследования по определению его оптимального содержания в рационе. При этом избыточное потребление отдельных витаминов может нарушать баланс других в яйце. Так, чрезмерно высокое содержание витамина А в диете (400 тыс. МЕ/кг) приводило к снижению в желтке концентрации витамина Е и каротиноидов (19, 65). Следствием одновременного обогащения рациона кур витамином Е и p-каротином (по 200 мг/кг корма) было значительное снижение концентрации витамина Е в желтке (18). Увеличение в рационе содержания кантаксантина с 12 до 24 мг/1 кг корма вызывало увеличение количества у-токоферола в желтке яйца (66). Повышение количества всех витаминов в рационе приводило к одновременному увеличению содержания в яйцах фолата, биотина и пантотената, витаминов А, Е, В1, B12, D, 25ОНD3 (р < 0,05) (67). Описан опыт одновременного обогащения куриного яйца витаминами D, К и железом: добавление 12000 МЕ витамина D3 и 7,5 мг витамина К на 1 кг корма в течение 20 сут увеличивало со- держание витаминов соответственно в 4,6 и 4,8 раза (68).

Вследствие существования в организме межвитаминных функциональных связей одновременное поступление витаминов более эффективно для улучшения статуса организма (69), поэтому максимальное обогащение яиц всеми витаминами до количества, отвечающего критериям для обогащенной пищевой продукции (70), представляется весьма перспективным.

Таким образом, посредством оптимального обогащения витаминами корма птицы можно получить яйца с максимальным содержанием витаминов и каротиноидов, что заметно повышает их пищевую ценность. Одно такое яйцо может обеспечить поступление до 40-50 % от рекомендуемого суточного потребления витамина витаминов D, В12, К, пантотеновой кислоты, 30 % витамина Е, 20 % фолата, около 10 % витаминов А и В2, а также до 30 % от адекватного количества потребления лютеина. Обогащение витаминами в таком случае отвечает критериям для пищевой продукции (от 15 до 50 % в одной порции). Биофортификация витаминами куриных яиц — одна из действенных стратегий, направленных на увеличение потребления населением витаминов.