Инновация в оптимизации состава белка детских смесей
О. Н. Комарова, кандидат медицинских наук
А. И. Хавкин, доктор медицинских наук, профессор
Московский НИИ педиатрии и детской хирургии, Москва
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
-
Детское питание: Руководство для врачей / Под редакцией В. А. Тутельяна, И.
Я. Коня. М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2009. 952 с.
-
Мартинчик А. Н., Маев И. В., Янушевич О. О. Общая нутрициология. М.:
Медпресс-информ. 2005. 392 с.
-
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.
-
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.
-
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
-
Davis J. M., Alderson N. L., Welsh R. S. // AJCN. 2000. Vol. 72. 573–578 S.
-
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
-
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
-
Heine W., Radke M., Wutzke K.-D. The significance of tryptophan in human
nutrition // Amino Acids. 1995, 9, 191–205.
-
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.
-
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.
-
Nutrition of normal infants. 1993. 420 p.
-
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
-
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.
-
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.
-
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.
Статья опубликована в журнале
Лечащий Врач