Инновация в оптимизации состава белка детских смесей

Вопросы создания качественных заменителей грудного молока для детей первого года жизни по-прежнему актуальны. В ряде метааналитических исследований обсуждается благоприятный эффект грудного вскармливания на будущее развитие и показатели здоровья детей




Вопросы создания качественных заменителей грудного молока для детей первого года жизни по-прежнему актуальны. В ряде метааналитических исследований обсуждается благоприятный эффект грудного вскармливания на будущее развитие и показатели здоровья детей [3, 13]. Одна из возможных причин данного влияния — более низкий уровень потребления белка при вскармливании грудным молоком по сравнению с заменителями грудного молока. Так как основной эталон качества заменителей грудного молока — материнское молоко, исследовательской тенденцией последних лет является количественное снижение уровня белка в детских молочных смесях, а также качественное усовершенствование его аминокислотного профиля.

Выяснено, что как дефицит белка в рационе, так и его избыток приводят к формированию ряда патологических состояний. В частности, дефицит белка способствует замедлению роста, физического и интеллектуального развития ребенка, нарушению переваривания и всасывания нутриентов в желудочно-кишечном тракте, угнетению кроветворения и развитию анемии, снижению иммунного ответа и других защитных функций организма и угнетению репродуктивной функции [1].

Избыток белка вызывает повышенную нагрузку на печень и почки, нарушение переваривания и всасывания нутриентов в желудочно-кишечном тракте, способствует развитию запоров, стимулирует секрецию инсулина. Научными исследованиями доказана положительная взаимосвязь между высоким уровнем потребления белка в первые два года жизни ребенка и более раннего развития «жирового рикошета» («adiposity rebound») — превалирования прибавки массы тела над ростом в позднем детском возрасте [7, 11, 15, 16].

По предположению B. Koletzko, высокое потребление белка в грудном и раннем возрасте приводит к повышению уровня инсулиногенных аминокислот (аланина, цистеина, метионина) в плазме крови. Указанные аминокислоты стимулируют повышенную продукцию инсулина и инсулиноподобного фактора роста (IGF1). IGF1 повышает активность дифференциации и пролиферации адипоцитов, что приводит к раннему развитию «жирового рикошета» и формирует риск развития ожирения [10]. Так, у детей, особенно в период введения прикорма на первом году жизни и дальнейшего расширения диеты на втором году жизни, получающих рационы с превалирующим в 1,6 раза содержанием белка (12,2% белка от общей энергетической ценности рациона в сравнении), отмечались в два раза выше показатели индекса массы тела и процента жировой массы в 7-летнем возрасте по сравнению с детьми, имеющими низкий уровень потребления белка (7,4% белка от общей энергетической ценности рациона) [8].

Помимо адекватного содержания белка в рационе питания детей первого года жизни для их правильного роста и развития необходимо соответствие аминокислотного профиля белка смеси белку грудного молока.

Как известно, большинство заменителей грудного молока производится из коровьего молока. Соотношение белковых фракций (сывороточные белки/казеины) в грудном молоке меняется в разных периодах лактации от 80/20 в начальном периоде к 60/40 в среднем и достигает 50/50 в позднем лактационном периоде. В коровьем молоке преобладают казеины, тогда как сывороточные или растворимые белки составляют лишь 20% от общего количества белка. Состав сывороточных белков коровьего молока весьма отличается от состава белков женского молока. В коровьем молоке основной белок представлен бета-лактоглобулином, меньшую квоту составляет альфа-лактоальбумин. Кроме того, в коровьем молоке снижено содержание альбуминов и иммуноглобулинов, отсутствует аполактоферрин и лизоцим [1, 12]. Процесс адаптации белкового компонента коровьего молока, связанный с повышением его биологической ценности при создании заменителей грудного молока, сопряжен с определенными трудностями. Попытки увеличения количества белка в смесях для обеспечения минимально необходимого уровня некоторых эссенциальных аминокислот приводят к значительному повышению уровня других аминокислот, а также усилению метаболической нагрузки на почки и печень. Уменьшение общего уровня белка в смесях способствует дефициту незаменимых аминокислот в целом. В последние годы заменители грудного молока обогащают сывороточными белками. Данный метод позволяет несколько уменьшить содержание ароматических аминокислот, в частности, фенилаланина, но увеличивает уровень треонина [14].

Содержание треонина в грудном молоке аналогично содержанию треонина в коровьем молоке. Однако белок коровьего молока — гликомакропептид высвобождается из казеина во время ферментативной преципитации каппа-казеина. Так как гликомакропептид не осаждается, он включается в состав сывороточных белков, в дальнейшем попадающих в детскую молочную смесь (примерно 15 г на 100 г белка сыворотки). Таким образом, гликомакропептид составляет большую часть сывороточных белков смеси. Гликомакропептид обогащен треонином, поэтому является основной причиной более высокого (примерно на 20%) содержания треонина в сывороткодоминирующих смесях по сравнению с грудным молоком. Кроме того, гликомакропептид дефицитен по триптофану [14].

Согласно данным G. Boehm и соавт., избыточного поступления треонина при вскармливании детей в грудной период следует избегать [4]. Известно, что треонин — незаменимая алифатическая оксиаминокислота. Треонин включается в цикл трикарбоновых кислот путем превращения продуктов расщепления в ацетил-КоА через пировиноградную кислоту и посредством треонинальдолазы расщепляется на ацетальдегид и глицин. При повышении уровня треонина в плазме крови происходит увеличение концентрации глицина в головном мозге. Указанные изменения негативно воздействуют на нейротрансмиттерный баланс в головном мозге, что может повлиять на его формирование в ранний постнатальный период жизни [4].

Потребление треонина значительно повышается у детей на искуcственном вскармливании при увеличении содержания сывороточного белка в смеси, так как у детей на грудном вскармливании выше скорость окисления абсорбируемого треонина, чем у детей, вскармливаемых смесями [5].

Аминокислота триптофан является ливенником серотонина — нейромедиатора головного мозга, необходимого для формирования его структур (Davis J. M.). Триптофан способствует увеличению мелатонина, влияющего на формирование циркадных ритмов и нормализацию сна ребенка, участвует в процессе синтеза ниацина — витамина В3 [6, 9].

Любой дисбаланс незаменимых аминокислот в рационе питания ребенка — дефицит одной или нескольких незаменимых аминокислот в пищевом рационе, нарушение сбалансированности аминокислотного состава, повышенное содержание отдельных аминокислот в рационе приводит к нарушению синтеза белка и снижению его усвояемости. И как результат — задержке роста и развития организма.

В процессе производства заменителей грудного молока, сопряженном с высоким температурным режимом, неизбежно изменение свойств белка, его денатурация. При денатурации химический состав белка остается прежним, тогда как меняются его физические свойства — снижается растворимость, способность к гидратации и, что очень важно, уменьшается биологическая активность. При тепловой обработке из аминокислот могут образовываться не усвояемые организмом соединения, то есть аминокислоты становятся недоступными, что в целом снижает пищевую ценность белка. Вместе с тем тепловая денатурация белка зависит от степени и продолжительности нагрева, а также влажности [2].

В традиционной технологии получения сывороточных белков стандартной смеси используют сыворотку, оставшуюся при производстве сыров, которая неоднократно подвергается воздействию высоких температур — при пастеризации и выпаривании. Также используется метод горячей ультрафильтрации. Заключительный этап подготовки сырья — высушивание. В результате такого воздействия неизбежен процесс денатурации белка, а следовательно, потери его биологической ценности.

Французскими учеными разработана новая технология производства белка, направленная на усовершенствование его аминокислотного состава при сохранении биологической ценности белка. Белку дано название Prolacta. В основе каждой стадии производственного процесса — защита белка от денатурации, благодаря применению методов холодной микро- и ультрафильтрации.

Белок Prolacta является изолятом нативных белков, экстрагируемых непосредственно из молока, а не из сыворотки, как при традиционном способе. Экстракция осуществляется методом мембранной фильтрации при низкой температуре. Через микрофильтр толщиной в 0,1 микрон проникает растворимая (сывороточная) фаза молока, лактоза, растворимые соли, свободные аминокислоты, тогда как казеиновые мицеллы, молекулы жира, бактерии остаются в первоначальном материале. Далее методом ультрафильтрации при температуре не выше 10 °С из растворимой фазы молока удаляется вода, лактоза, соли, свободные аминокислоты. В результате растворимые сывороточные белки концентрируются.

Таким образом, при производстве белка Prolacta отсутствует тепловое, химическое или ферментативное воздействие. Белок Prolacta не содержит жиров, отличается нейтральным вкусом и растворим в широком диапазоне рН. Белок Prolacta является изолятом белка высокого качества, полученного в условиях мягкой обработки, которые защищают естественные свойства продукта.

При анализе аминокислотного состава смеси, содержащей белок Prolacta, отмечается количественное уменьшение больших нейтральных аминокислот, причем содержание треонина в 1,3 раза ниже, тогда как содержание триптофана в 1,4 раза выше, чем в стандартной смеси. Таким образом, молочная смесь, содержащая белок Prolacta, имеет аминокислотный состав, максимально близкий к составу грудного молока (рис. 1).

Значение качественного показателя содержания аминокислот в белке Prolacta значительно превышает данное значение в традиционных молочных смесях и составляет 81% (таблица).

Качество белка Prolacta оценивали на экспериментальной модели растущих крыс. Исследование проведено в 2001 году Ф. Патюро-Мираном, сотрудником Национального института агрономических исследований в г. Клермон-Ферран во Франции.

Растущие крысы (по 10 крыс в группе) получали питание, содержащее 20% белка от общей калорийности рациона, с идентичной энергетической ценностью и количеством азотсодержащих веществ (примерно 12 г/100 г белка) в течение 9 дней. Отличия в питании между группами состояли только в качестве белка. Одна группа вскармливалась смесью с белком Prolacta, две других — смесями с сывороточным и цельномолочным белком соответственно.

Отмечалась удовлетворительная переносимость всех смесей. Значения массы тела животных в завершении эксперимента статистически отличались между группами (p < 0,0001) и превалировали в группе крыс, получающих питание с белком Prolacta. Аналогичные данные получены при оценке коэффициента эффективности белка, который определяется приростом массы тела животного на 1 грамм потребленного белка (p < 0,0001). Его значение было максимальным у крыс, вскармливаемых питанием с белком Prolacta.

Основными показателями, по которым в настоящее время оценивают качество пищевого белка, являются наличие и уровень в нем незаменимых аминокислот и скорректированный аминокислотный коэффициент усвояемости — PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score), принятый решением Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 1991 г. Этот показатель, помимо наличия и соотношения уровней незаменимых аминокислот в белке, оценивает степень их усвояемости организмом. Значения PDCAAS, полученные в экспериментах на растущих крысах, идентичны для потребностей детей в необходимых аминокислотах.

Так же экспериментально определялась биологическая ценность белка — доля задержки азота в организме от всего всосавшегося азота (Ф. Патюро-Миран, 2001 г., Франция). Измерение биологической ценности белка основывается на том, что задержка азота в организме выше при адекватном содержании незаменимых аминокислот в пищевом белке, достаточном для поддержания роста организма. Биологическая ценность белка определяется на животных, в частности, крысах, при сравнении групп животных, одна из которых получает с рационом испытуемый белок, другая — безбелковый рацион.

При анализе данных получены достоверные отличия между группами по всем указанным параметрам (использованы статистические методы Anova, для средних значений — Геймса-Ховелла) (рис. 2). Были отмечены высокие значения биологической ценности белка при кормлении крыс смесью, содержащей белок Prolacta. В данной группе значения PDCAAS превалировали на 17% и 23%, а уровень незаменимых аминокислот на 14% и 16% в сравнении с группами, получающими смеси с сывороточным и цельномолочным белком соответственно. Аналогичные результаты были получены при сравнении групп крыс, содержащих в рационе белок Prolacta и молочный белок казеин.

Таким образом, был создан уникальный белок Prolacta, содержащий сывороточные белки высокого качества, с усовершенствованным аминокислотным составом, сохранной биологической ценностью на фоне уменьшения общего содержания белка до 1,4 г/100 мл смеси (в стандартной сывороткодоминирующей смеси — 1,5 г белка на 100 мл смеси). Технология производства белка Prolacta является инновационной и запатентованной (рис. 3).

Заменители грудного молока, содержащие в своем составе белок Prolacta, — Celia Expert с успехом применяются с 2006 года во Франции и других европейских странах. В настоящее время проводится клиническая апробация Celia Expert в России. Полученные результаты будут опубликованы в дальнейшем на страницах научных журналов.

Литература

  1. Детское питание: Руководство для врачей / Под редакцией В. А. Тутельяна, И. Я. Коня. М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2009. 952 с.
  2. Мартинчик А. Н., Маев И. В., Янушевич О. О. Общая нутрициология. М.: Медпресс-информ. 2005. 392 с.
  3. Arenz S., Ruckerl R., Koletzko B., von Kries R. Breastfeeding and childhood obesity: a systematic review // Int J Obes Relat Metab Disord. 2004; 28: 1247–1256.
  4. Boehm G.,Cervantes H. et al. Effect of increasing dietary threonine intakes on amino acid metabolism of central nervous system and peripheral tissues in growing rats /P ediatr. Res., Dec 1998; 44: 900–906.
  5. Darling P.,Dunn M.,Sarwar G.,Brookes S., Ball R., Pencharz P. Threonine kintetics in preterm infants fed their mothers’ milk or formula with various ratios of whey to casein // Am J Clin Nutr. 1999; 69: 105–114
  6. Davis J. M., Alderson N. L., Welsh R. S. // AJCN. 2000. Vol. 72. 573–578 S.
  7. GuntherAL,BuykenAE.Protein intake during the period of complementary feeding and early childhood and the association with body mass index and percentage body fat at 7 y of age.2007,jun85(6):1626-1633
  8. Gunther A. L.,Buyken A. E ,Kroke A.The influence of habitual protein intake in early childhood on BMI and age at adiposity rebound: results from the DONALD Study//Int J Obes(Lond).2006,Jul;30(7):1072–1079
  9. Heine W., Radke M., Wutzke K.-D. The significance of tryptophan in human nutrition // Amino Acids. 1995, 9, 191–205.
  10. Koletzko B., von Kries R., Monasterolo R. C. et al. Can infant feeding choices modulate later obesity risk? // Am J Clin Nutr. 2009; 89: 1502 S–1508 S.
  11. Michaelsen K. F. What is known? Short-term and long-term effects of complementary feeding // Nestle Nutr Workshop Ser Pediatr Program. 2005; 56: 185–200.
  12. Nutrition of normal infants. 1993. 420 p.
  13. Owen C.G., Martin R.M., Whincup P.H., Smith G.D., Cook D.G.Effect of infant feeding on the risk of obesity across the life course: a quantitative review of published evidence // Pediatrics. 2005; 115:1367–1377
  14. Rigo J., Boehm G., Georgi G., Jelinec J., Nyambugaro K., Sawatzki G., Studzinski F. An infant formula free of glicomacropeptide prevents hyperthreoninemia in formula-fed preterm infants // J Pediatrics Gastroenterology Nutr. 2001, Feb; 32 (2): 127–130.
  15. Rolland-Cachera M. F., Deheeger M., Akrout M., Bellisle F. Influence of macronutrients on adiposity development: a follow study of nutrition // Int J Obes Relat Metab Disord. 1995; 19: 573–578.
  16. Scaglioni S., Agostoni C., Notaris R. D. et al. Early macronutrient intake and overweight at five years of age // Int J Obes Relat Metab Disord. 2000; 24: 777–781.

О. Н. Комарова, кандидат медицинских наук
А. И. Хавкин, доктор медицинских наук, профессор

Московский НИИ педиатрии и детской хирургии, Москва

Контактная информация об авторах для переписки: gastropedclin@gmail.com


Рис. 1. Эффективность замещения молочной сыворотки на Рrolacta

Качественный показатель содержания аминокислот в белке, в % от аминокислотного состава грудного молока

Рис. 2. Сравнительная оценка качества пищевого белка Prolactа

Рис. 3. Процесс производства оптимизированного белка Prolacta


Купить номер с этой статьей в pdf


Еженедельный дайджест "Лечащего врача": главные новости медицины в одной рассылке

Подписывайтесь на нашу email рассылку и оставайтесь в курсе самых важных медицинских событий


поле обязательно для заполнения
поле обязательно для заполнения
поле обязательно для заполнения
поле обязательно для заполнения
Нажимая на кнопку Подписаться, вы даете согласие на обработку персональных данных

Актуальные проблемы

Специализации




Календарь событий:




Вход на сайт