Адаптация белкового компонента детских молочных смесей

Вопросам вскармливания детей раннего возраста посвящено большое количество научных публикаций. Это обусловлено тем, что в последние годы среди педиатров и нутрициологов стала формироваться так называемая «концепция пищевого программирования», согласно которой характер питания ребенка в раннем возрасте предопределяет (программирует) особенности его метаболизма на протяжении всей последующей жизни, а значит, предопределяет предрасположенность к определенным заболеваниям и особенностям их течения. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнений, что «золотым стандартом» вскармливания ребенка первого года жизни является грудное молоко, обладающее уникальным составом, обеспечивающим оптимальное физическое и нервно-психическое развитие младенца. Ингредиенты грудного молока не только способствуют нормальному росту малыша, но и оказывают влияние на процессы постнатальной дифференцировки тканей, формирование центральной нервной системы, слухового и зрительного анализатора, становление микрофлоры кишечника ребенка [1].

С каждым годом появляются новые данные о свойствах компонентов женского молока, каждый из которых необходим для гармоничного роста и развития детского организма. Бесспорно, одним из важнейших компонентов грудного молока является белок.

Женское молоко имеет самое низкое содержание белка по сравнению с молоком всех других млекопитающих (табл. 1).

Оптимальный уровень потребления белка позволяет не только обеспечить нормальные темпы роста и развития младенца, но и препятствует ускорению темпов биологического созревания, накоплению избыточной массы тела и чрезмерной нагрузке на незрелые желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) и мочевыделительную систему ребенка. Функциональная способность почек у грудных детей отличается от таковой у взрослых. У детей снижена скорость клубочковой фильтрации по отношению к массе и площади поверхности тела, ограничена способность к концентрированию и выведению избытка кислот и воды. Повышенное потребление белка может привести к изменениям показателей осморегуляции, развитию ацидоза, повышенной экскреции натрия, калия, фосфора, хлора, а также метаболитов белкового обмена, что оказывает дополнительную нагрузку на почки ребенка [3]. В 2006 г. в работе, проведенной на нашей кафедре Еремеевой А. В., при сравнительной оценке состояния почек у детей в зависимости от характера вскармливания было показано, что при вскармливании младенцев смесью с высоким содержанием белка (1,76 г/100 мл) становление осморегулирующей функции почек происходит в условиях большей потенциальной нагрузки и характеризуется более высокой осмолярностью мочи с первых месяцев жизни ребенка. Кроме того, автором было установлено, что использование высокобелковой смеси у детей первого полугодия жизни с дебютом острого пиелонефрита характеризуется более выраженными метаболическими нарушениями и сопровождается снижением титруемой кислотности и экскреции аммиака с мочой. Данное наблюдение позволяет рассматривать количество потребляемого белка в качестве фактора, влияющего на сохранность тубулярных функций почек у грудных детей с микробно-воспалительным процессом в почечной ткани [4].

Взаимосвязь между высоким потреблением белка в раннем возрасте и предрасположенностью к избыточной массе тела в дальнейшем была показана в ряде крупных научных исследований еще в конце ХХ в. В 1995 г., анализируя уровень потребления основных пищевых веществ у детей 1–2 лет и сопоставляя затем полученные данные с индексом массы тела и динамикой прибавки в массе, Rolland-Cachera M. и соавт. показали, что высокое потребление белка в раннем возрасте увеличивает риск развития ожирения в предпубертатном периоде [5]. Механизмы развития ожирения при высокобелковой диете связаны с увеличением уровня инсулиногенных аминокислот в плазме крови, что стимулирует выброс инсулина и инсулиноподобного фактора роста (ИФР-1), который стимулирует пролиферацию адипоцитов и, таким образом, способствует развитию ожирения у ребенка [6].

Белок грудного молока состоит в основном из сывороточных протеинов, содержащих незаменимые аминокислоты в оптимальном для ребенка соотношении, и казеина. В раннем лактационном периоде соотношение между сывороточными белками и казеином в женском молоке достигает 80:20, что имеет очень важное биологическое значение для новорожденного. Во-первых, сывороточные белки являются основным источником незаменимых аминокислот, необходимых для роста и развития ребенка. Во-вторых, в структуре белков сыворотки преобладают мелкодисперсные фракции, которые легче ферментируются и быстрее усваиваются, что немаловажно в условиях транзиторной ферментативной незрелости желудочно-кишечного тракта. В отличие от женского, коровье молоко характеризуется преобладанием казеиновой фракции (80%), а основным белком сыворотки является бета-лактоглобулин, отсутствующий в молоке женщины (табл. 2).

Сывороточные белки женского молока представлены главным образом альфа-лактоальбумином, который является важным источником аминокислот, способен активно связывать кальций и цинк в кишечнике младенца и ускорять их всасывание. Казеиновая фракция белка женского молока также имеет свои особенности: в ней содержится 62,5% бета-казеина. Не так давно стало известно о существовании целого класса опиоидных пептидов, отличительной особенностью которых является способность образовываться в результате расщепления белков пищевого происхождения. В составе грудного молока имеется фермент, способный расщеплять бета-казеин с образованием различных фрагментов белка, в том числе бета-казоморфина, который регулирует физиологические процессы в организме ребенка через эндогенную опиоидную систему, обеспечивая адаптацию ребенка к родовому стрессу и регуляцию эмоциональной сферы, обладает антиноцицептивной активностью, оказывает влияние на становление и развитие центральной нервной системы ребенка [7]. Помимо белков, обладающих высокой пищевой ценностью, женское молоко содержит неметаболизируемые протеины, характеризующиеся устойчивостью к ферментации в желудочно-кишечном тракте и выполняющие преимущественно защитные функции в организме младенца.

Однако, несмотря на все рассмотренные преимущества грудного молока, питание российских детей первого года жизни в настоящее время характеризуется недостаточной распространенностью грудного вскармливания, что указано в Национальной программе оптимизации вскармливания детей первого года жизни в РФ [8]. В этой связи перед производителями детских молочных смесей стоит задача создания продукта, максимально приближенного по составу к эталону — грудному молоку.

Большинство современных молочных смесей производятся на основе коровьего молока. При этом основной принцип создания адаптированных смесей — максимальное приближение коровьего молока к составу и свойствам женского молока и их соответствие особенностям пищеварения и метаболизма ребенка первого года жизни. К основным требованиям, предъявляемыми Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) — Комиссией по Продовольственному кодексу (Codex Alimentarius Commission) ФАО/ВОЗ (FAO, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Продовольственная и сельскохозяйственная организация объединенных наций), Европейским научным обществом детских гастроэнтерологов, гепатологов и нутрициологов (European Society for Paediatric Gastroenterology, Hepatology and Nutrition, ESPGHAN), Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (Food and Drug Aministration, FDA), в отношении белкового компонента, используемого при разработке рецептуры молочных смесей для вскармливания здорового ребенка, относятся следующие:

• снижение общего содержания белка;
• обогащение смеси сывороточными белками;
• введение в смесь незаменимых аминокислот.

В соответствии с техническим регламентом на молоко и молочную продукцию, принятым в Российской Федерации в 2008 г., уровень белка в смесях для детей первого полугодия жизни должен быть в пределах 1,2–1,7 г/100 мл.

На начальном этапе создания детского питания (1960–1970 гг.) смеси для вскармливания детей создавались на основе немодифицированного коровьего молока и являлись казеин-доминантными. В основе их приготовления лежало частичное удаление (путем осаждения) белка, при этом 80% оставшегося белка составляла казеиновая фракция. Впоследствии, наряду с дальнейшим снижением содержания белка в молочной смеси (до 1,4–1,6 г/100 мл), появилась возможность удаления избытка казеина и внесения в смесь сывороточных белков. В настоящее время заменители грудного молока на основе сывороточных белков признаны более физиологичными для вскармливания младенцев первых 6 месяцев жизни, так как они образуют более нежный сгусток, быстро эвакуируются из желудка, легко усваиваются и реже вызывают срыгивания и другие функциональные нарушения со стороны ЖКТ [9]. Кроме того, смеси на основе сывороточных белков содержат все незаменимые аминокислоты, а также способствуют более оптимальному формированию нормальной микрофлоры кишечника, чем «казеин-доминирующие» смеси [10].

Попытка дальнейшего снижения уровня белка в смесях часто оказывалась безуспешной, т. к. со снижением содержания белка резко уменьшалось и количество незаменимых аминокислот. Следует отметить, что незаменимыми для детей раннего возраста являются не 8, как для взрослых (триптофан, фенилаланин, лизин, треонин, метионин, лейцин, изолейцин, валин), а 9 аминокислот (+ гистидин), а для недоношенных — 11 (+ цистеин и тирозин). Дефицит любой из незаменимых аминокислот в пищевом рационе неизбежно ведет к нарушению синтеза белка, что соответственно приводит к задержке роста и развития организма.

Лимитирующей аминокислотой, во многом определяющей качественный состав белка в смеси, является триптофан, уровень которого в грудном молоке значительно выше, чем в коровьем. Триптофан является предшественником серотонина, одного из важнейших нейромедиаторов головного мозга, необходимого для формирования его структур. Он также способствует синтезу мелатонина, влияющего на формирование циркадных ритмов, нормализующего соотношение фаз сна и бодрствования ребенка, а также регулирующего аппетит и чувство насыщения. Триптофан участвует в процессе выработки ниацина — витамина В3 и никотиновой кислоты (витамин РР). В небольших количествах триптофан входит в состав гамма-глобулинов, фибриногена, казеина и других белков, стимулирует синтез гормона роста. Цистеин является компонентом глутатиона — важнейшего компонента антиоксидантной системы новорожденного. Метионин служит важнейшим донором лабильных метильных групп, необходимых для построения активного липотропного соединения холина, синтеза пиримидинового основания тимина, построения биогенного амина адреналина, метаболизма никотиновой кислоты и гистамина. Тирозин является предшественником катехоламинов (адреналина, норадреналина, допамина). Кроме того, из него образуются гормон щитовидной железы тироксин и пигментное вещество меланин. Из гистидина синтезируется гистамин — медиатор аллергического воспаления. Кроме того, при производстве детских молочных смесей большое внимание уделяется такой аминокислоте, как треонин, содержание которой в молочной сыворотке выше, чем в грудном молоке. В опытах на животных доказано, что высокое содержание треонина в сыворотке крови ведет к повышению концентрации в головном мозге глицина и серина, что в свою очередь является фактором риска развития патологии головного мозга в постнатальном периоде. Треонин может снижать уровень других нейтральных аминокислот в мозге за счет конкуренции на уровне транспортных систем гематоэнцефалического барьера [11].

С учетом аминокислотного профиля коровьего молока, для обеспечения потребности новорожденного во всех незаменимых аминокислотах смеси должны были бы содержать не менее 1,5 г/100 мл белка. Однако в недавних исследованиях было показано, что обогащение смеси альфа-лактальбумином — основным белком грудного молока — позволит, с одной стороны, снизить общий уровень белка, а с другой стороны, получить близкий к грудному вскармливанию баланс аминокислот у детей, получающих искусственное вскармливание. Исследования Lien E. (2003), Davis A. и соавт. (2004) показали, что кормление детей первых месяцев жизни смесью со сниженным содержанием белка, обогащенной альфа-лактальбумином, обеспечивает нормальные темпы физического развития младенцев, благоприятно влияет на функционирование ЖКТ, уменьшая частоту запоров и срыгиваний, а также обеспечивает поддержание адекватного уровня незаменимых аминокислот в сыворотке крови вскармливаемых детей [12, 13]. Кроме того, в работе Bettler J. и Kullen M. (2007) впервые был продемонстрирован пребиотический эффект смеси, обогащенной альфа-лактоальбумином. В исследовании было показано, что кормление детей данной смесью приводит к достоверному увеличению содержания бифидобактерий в кишечнике до значений, аналогичных таковым при грудном вскармливании [14].

Все заменители женского молока в настоящее время обогащены таурином, присутствующим в грудном молоке в количестве 35–45 мг/л и являющимся условно незаменимой аминокислотой для детей первого полугодия жизни. Таурин стимулирует развитие нервной ткани, рост, дифференцировку сетчатки глаза, надпочечников, эпифиза, гипофиза, слухового нерва. Он принимает участие в защите клеточных мембран от экзогенных токсинов, обладает мембраностабилизирующим и антитоксическим действием. Таурин играет большую роль в процессе конъюгации желчных кислот, повышении иммунного ответа за счет стимулирования фагоцитарной активности нейтрофилов. Отмечено и положительное воздействие таурина на сократительную способность миокарда посредством влияния на распределение внутриклеточных потоков ионов кальция. Таурин особенно необходим детям первых месяцев жизни, родившимся недоношенным, с признаками морфофункциональной незрелости или постгипоксического повреждения центральной нервной системы.

В настоящее время большинство производителей детских молочных смесей придерживаются традиционного способа производства. Он заключается в получении молочной сыворотки путем осаждения мицелл казеина за счет добавления кислоты либо сычужного фермента и, вследствие этого, снижения уровня рН молока. К сожалению, данный способ имеет свои недостатки. Во-первых, в сыворотке остается часть ферментов и химических веществ, образующихся в процессе коагуляции. Во-вторых, при снижении уровня рН сыворотки происходит увеличение числа молочнокислых бактерий, удаление которых производится с помощью термической обработки, в результате которой белки могут подвергнуться денатурации, изменяются их свойства, а также снижается биодоступность и биологическая ценность [15]. Помимо этого, попытки снижения количества белка в молочной смеси, к чему стремится большинство производителей, лимитированы минимальной концентрацией незаменимых аминокислот, которая необходима для полноценного развития ребенка. Многие производители снижают концентрацию белка, но повышают его биологическую ценность за счет введения в состав смеси альфа-лактальбумина. Однако и в данном случае не всегда удается достичь желаемого результата, так как процесс введения альфа-лактальбумина лимитирован уровнем содержания треонина, который не должен быть превышен.

В настоящее время есть только один производитель детских молочных смесей, который решает эти проблемы путем применения принципиально новой технологии, в 2001 г. получивший международный патент на изобретение качественного белка Prolacta. Впервые в качестве сырья для получения белка Prolacta была использована не молочная сыворотка, а непосредственно молоко. С помощью мембранных технологий сывороточные белки напрямую экстрагируются из сепарированного молока без применения высокотемпературной обработки, химического и ферментативного воздействия, сопряженных в процессе производства с получением молочной сыворотки [16, 17].

В зависимости от размера пор применяемых мембран выделяют следующие виды мембранных технологий:

1. Микрофильтрация, использующая мембраны с порами диаметром более 100 нм (1 нм = 10^-9 м). Микрофильтрационные мембраны задерживают бактериальные и соматические клетки, жировые капельки, мицеллы казеина, крупные белковые агрегаты и беспрепятственно пропускают белки молока и низкомолекулярные компоненты (соли, лактозу).
2. Ультрафильтрация, при которой размер пор мембраны находится в интервале 1–100 нм. Такие мембраны используются для селективного фракционирования белков по их молекулярным массам, разделения белка и лактозы молочной сыворотки, а также для отделения негидролизованного белка от коротких пептидов и других малых молекул в ходе получения ферментативных белковых гидролизатов.
3. Нанофильтрация, применяющая мембраны с размером пор 0,1–1 нм, позволяет проводить обессоливание пищевых веществ, в том числе низкомолекулярных (пептиды и лактоза). Нанофильтрационные мембраны задерживают макромолекулы растворимых белков, пептидов, лактозы, пропуская ионы минеральных солей, воду.
4. Обратный осмос (поры диаметром около 0,1 нм, проницаемы только для воды) позволяет концентрировать пищевые вещества и получать высокоочищенную питьевую воду [18].

Важно подчеркнуть, что хотя мембранные технологии и являются по формальным признакам нанотехнологиями, их продукция (пищевые вещества в виде очищенных фракций) не относится к наноматериалам, так как не содержит наночастиц, а представлены только веществами в традиционных для питания человека формах. Главное преимущество использования мембранных технологий в производстве белка для питания детей раннего возраста — возможность получения продукта с регулируемым аминокислотным составом. Оптимизированный белок Prolacta — это изолят сывороточных белков молока, полученный с использованием методов микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного осмоса [18]. Prolacta является высококачественным белком, полностью сохранившим свои нативные свойства, благодаря мембранной технологии производства в условиях низких температур и при отсутствии воздействия кислот, вызывающих денатурацию. Вследствие этого Prolacta не теряет свою биологическую ценность в процессе производства, чего трудно достичь при традиционном методе производства детских молочных смесей. Кроме того, в белке Prolacta количество и уровень аминокислот полностью контролируем, гарантирован и постоянен [16, 17]. В табл. 3 представлен аминокислотный состав белка Prolacta в сравнении с белком деминерализованной молочной сыворотки [18].

В 2001 г. в Национальном институте агрономических исследований г. Клермон-Ферран во Франции французским ученым Ф. Патюро-Мираном было проведено экспериментальное исследование на животных с целью оценки качества белка Prolacta. Автор продемонстрировал, что коэффициент усвояемости белка PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score, аминокислотный скор, скорректированный по усвояемости), ФАО, для белка Prolacta был на 16% выше, чем в белке сыворотки, применяемом в традиционных молочных смесях [19].

Таким образом, хотя и ни одна современная смесь, несмотря на максимальную адаптацию, не может полностью соответствовать грудному молоку, учитывая наличие в нем значительного количества важнейших биологически активных компонентов, воссоздать которые невозможно даже в условиях современных технологий производства продуктов детского питания, безусловно, необходимы дальнейшие исследования по изучению эффективности и безопасности введения различных ингредиентов в состав молочных смесей, а также поиск новых возможностей приближения их формул к составу грудного молока. В этой связи принципиально новый и не имеющий аналогов способ производства белка Prolacta для смеси Celia® Expert с использованием мембранных технологий может помочь решить основные проблемы адаптации белкового компонента детских молочных смесей.

Литература

1. Захарова И. Н., Дмитриева Ю. А., Суркова Е. Н. Отдаленные последствия неправильного вскармливания детей. М., 2012. 77 с.
2. Кильвайн Г. Руководство по молочному делу и гигиене молока. М.: Россельхосиздат, 1979. 205 с.
3. Коровина Н. А. и соавт. Обоснование потребления белка у детей раннего возраста, больных пиелонефритом // Российский педиатрический журнал. 2005. № 6. С. 27–30.
4. Еремеева А. В. Функциональное состояние почек у детей раннего возраста при вскармливании смесями с различным содержанием белка. Автореф. канд. мед. наук. М., 2006. 24 с.
5. Rolland-Cachera M. F., Deheeger M., Akrout M., Bellisle F. Influence ofmacronutrients on adiposity development: a follow up study of nutrition and grow from 10 months to 8 yers of age // Int J of Obesity. 1995; 19: 573–578.
6. Koletzko B., Kries R., Closa R. et al. Lower protein in infant formula is associated with lower weight up to age 2 y: a randomized clinical trial // A J Clin. Nutr. 2009; 89: 1–10.
7. Михеева И. Г. и соавт. Опиоидные пептиды экзогенного происхождения В-казоморфины и питание детей раннего возраста // Педиатрия. 2003. № 5. С. 1–4.
8. Национальная программа оптимизация вскармливания детей первого полугодия жизни в Российской федерации. М., 2010. 64 с.
9. Конь И. Я. Современные представления о питании детей в раннем постнатальном периоде // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии и колопроктологии. 2001. № 11, с. 63–67.
10. Wharton V. A., Balmer S., Scott P. Protein nutrition, faecal flora and iron metabolism: the role of milk-based formulae // Acta paediatr. Suppl. 402, 1994, p. 24–30.
11. Gunter Boehm, Heidy Cervantes, Gilda Georgi et al. Effect of Increaseing Dietary Threonine Intakes on Amino Acid metabolism of the Central Nervous System and Peripheral Tissues in Growing Rats // International Pediatric Research Foundation. 1998; 44 (6): 900–906.
12. Lien E. L. Infant formula with increased concentrations of alpha-lactalbumin // Am. J. Clin. Nutr. 2003; 77 (6): 1555 S-1558 S.
13. Lien L. E., Davis A. M., Euler A. R. et al. Growth and safety in term infants fed reduced-protein formula with added bovine alpha-lactaalbumin // J. Ped. Gastr. And Nutr. 2004; 38: 170–176.
14. Bettler J., Kullen M. J. Infant formula enriched with alpha-lactalbumin has a prebiotic effect in healthy term infants // J. Pediatr. Gastr. And Nutr. 2007; 44 suppl 1: e197, PN 1–11.
15. Кешишян Е. С., Алямовская Г. А., Демкина Е. Ю. Инновационный подход к созданию молочных смесей для вскармливания детей раннего возраста // Вопросы детской диетологии. 2011; 9 (12): 15–20.
16. Демкина Е. Ю. Содержание аминокислот в белке как критерий качества молочной смеси // Вопросы современной педиатрии. 2011. 3 (10): 20–25.
17. Organisation Mondiale de la Propriete Intellectuelle. DEMANDE INTERNATIONAL PUBLIEE EN VERTU DU TRAITE DE COOPERATION EN MATIERE DE BREVETS (PCT), Numero de publication internationale WO 01/93689 A1, Date de la publication internationale 13 Decembre, 2001.
18. Гмошинский И. В., Зилова И. С., Зорин С. Н., Демкина Е. Ю. Мембранные технологии — инновационный метод повышения биологической ценности белка для питания детей раннего возраста // Вопросы современной педиатрии. 2012. 3 (11): 14–21.
19. Unite de Nutrition Humaine, (Univ. Clermont 1), Alimentation Humaine, Centre de recherche de Clermont-Ferrand-Theix, CLERMONT-FERRAND CEDEX 1, FRA. Evaluation de la qualite nutritionnelle des proteins de 3 aliments proteiques experimentaux. Unite Nutrition et Metabolisme Proteique INRA et CRNH de Clermont Ferrand, Patureau-Mirand.

И. Н. Захарова*, доктор медицинских наук, профессор
Ю. А. Дмитриева*, кандидат медицинских наук
Е. Ю. Демкина**
Е. Б. Мачнева**

*ГБОУ ДПО РМАПО МЗ РФ, Москва
**ЗАО «Лакталис Восток», Московская область

Контактная информация об авторах для переписки: machnevae@rambler.ru