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 [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.

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