Białka mleka i ich hydrolizaty w profilaktyce wybranych przewlekłych chorób niezakaźnych

Raporty Światowej Organizacji Zdrowia podają, że systematycznie rośnie ryzyko zachorowania na przewlekłe choroby niezakaźne, do których zaliczane są m. in. nadciśnienie tętnicze i inne choroby krążenia, cukrzyca typu II, otyłość, choroby neurodegeneracyjne. Natomiast rosnąca świadomość konsumenta na temat diety, składników żywności nieczęsto  idzie w parze z tzw. aktywnym stylem życia. Dlatego wyzwaniem dla naukowców, technologów żywności i producentów żywności jest wytworzenie żywności wspomagającej profilaktykę wymienionych chorób.

Białka to jeden z podstawowych składników odżywczych, które mogą stanowić bazę do wytwarzania produktów funkcjonalnych. Poza funkcją odżywczą, pełnią one wiele istotnych funkcji w organizmie jak np. strukturalną, ochronną, leczniczą, czy katalityczną. Ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne, białka znajdują zastosowanie w produkcji żywności. Wynika to z m. in. takich funkcjonalności białek jak zdolność: wiązania wody, żelowania, emulgowania,  pianotwórcza, wiązania tłuszczu i związków aromatycznych.

Poza wymienionymi właściwościami białka to źródło aminokwasów, a także biologicznie aktywnych peptydów. Te ostatnie zdefiniowano jako nieaktywne fragmenty białek, które w zostają uwolnione wyniku działania enzymów proteolitycznych, uzyskując efekt biologiczny łącząc się z odpowiednimi receptorami organizmu. Efekt ten może być korzystny lub niekorzystny. Peptydom bioaktywnym przypisywanych jest kilkadziesiąt aktywności, z czego najczęściej mogą one obniżać ciśnienie krwi (in. peptydy przeciwnadciśnieniowe, kardioprotekcyjne), regulować poziom cukru we krwi (in. peptydy antydiabetyczne), działać przeciwkrzepliwie, antyoksydacyjnie (przeciwutleniająco), antybakteryjnie, immunomodulacyjnie etc. Niekorzystny efekt peptydów to np. toksyczność u osób chorych na celiakię – peptydy takie występują w niektórych białkach roślinnych.

Jak dotąd potwierdzono obecność bioaktywnych fragmentów w białkach żywności różnego pochodzenia, tj. mleka, mięsa, jaj, ryb, nasion zbóż i nasion oleistych, czy  roślin strączkowych.

Biologicznie aktywne peptydy (peptydy bioaktywne, biopeptydy) powstają podczas trawienia białek w organizmie, na drodze hydrolizy enzymatycznej (in vitro) oraz w wyniku procesów fermentacji. Głównym sposobem produkcji biologicznie aktywnych peptydów (biopeptydów) jest hydroliza enzymatyczna białek. Powstają wówczas hydrolizaty białkowe. Wiedza na temat sekwencji białka oraz peptydu umożliwia dobór odpowiedniego enzymu (proteazy) w celu otrzymywania hydrolizatu o odpowiednich właściwościach funkcjonalnych oraz biologicznych. Dotyczy to także otrzymywania hydrolizatów białek mleka wykazujących aktywność biologiczną wynikającą z obecności biopeptydów. Dotychczasowe badania naukowe dowodzą, że białka mleka oraz produkty mleczarskie są najlepiej poznanym źródłem peptydów aktywnych biologicznie.

 Badania wykazały, że trawienie głównego białka mleka, czyli kazeiny prowadzi do powstania ok. 10-60 mg bioaktywnych peptydów, natomiast  z 1 g białka mleka można teoretycznie uzyskać 24-65 mg peptydów opioidowych. Z kolei w warunkach in vitro, najczęściej stosowanym enzymem do produkcji biopeptydów jest trypsyna.   Poza tym enzymem stosuje się m. in. chymotrypsynę, pankreatynę, pepsynę (pojedynczo lub w kombinacji), a także enzymy pochodzenia mikrobiologicznego. Wpływ tych ostatnich na możliwości  uwalniania bioaktywnych udowodniono w serach oraz fermentowanych napojach mleczarskich. Na przykład przeciwnadciśnieniowe peptydy o sekwencjach VPP (źródło β-kazeina) oraz IPP (źródło: κ-kazeina) zidentyfikowano w mleku poddanym fermentacji z udziałem szczepów Lactobacillus helveticus oraz Saccharomyces cerevisiae, a także w różnych gatunkach sera. Wraz z postępem procesu dojrzewania sera, zawartość wymienionych peptydów wzrastała. Wykazano, że szwajcarskie zawierały około  94,5 mg peptydu IPP oraz około 224 mg VPP  w przeliczeniu na 1 kg sera. Wymienione peptydy są składnikami mlecznych napojów fermentowanych o nazwach Calpis Ameal S (Japonia), Calpico (Japonia) oraz Evolus (Finlandia). Wykazano, że dzienne spożycie ok. 95 ml takiego napoju przez 4 tygodnie, zawierającego od 1,2 do 1,6 mg peptydów VPP oraz IPP, powodowało obniżenie skurczowego ciśnienia krwi pacjentów z nadciśnieniem tętniczym o 14,9 mmHg, a rozkurczowego – o 8,8 mmHg. Obecność peptydów przeciwnadciśnieniowych wykazano w serze dojrzewającym Festivo (MTT, Finlandia), produkowany z udziałem L. acidophilus i Bifidobacterium spp..

Innymi produktami handlowymi o działaniu obniżającym ciśnienie krwi są Peption C12 (Niderlandy) oraz Casein DP Peptio Drink (Japonia). Zawierają one biopeptyd o sekwencji  FFVAPFPEVFGK, powstały w wyniku hydrolizy kazeiny. Z kolei na rynku amerykańskim dostępny jest produkt o nazwie BioPURE-GMP. Jego składnikami są  hydrolizat białek serwatkowych oraz pochodzący z ĸ-kazeiny glikomakropeptyd. Produktowi przypisywany jest efekt antybakteryjny, zapobiegający próchnicy oraz przeciwkrzepliwy, a także wykazano że jego spożycie ma działanie prewencyjne w profilaktyce antynowotowrowej. Przeciwnowotworowymi właściwościami charakteryzowała się również bydlęca laktoferyna i jej fragmenty. Jak podają źródła literaturowe, główna korzyść z zastosowania laktoferyny w terapii nowotworów jest wynikiem jej właściwości immunostymulacyjnych.

Fragment kazeiny-α_s1 o sekwencji YLGYLEQLLR jest składnikiem produktu ProDiet F200 (Francja) oraz innych napojów mlecznych oraz wyrobów cukierniczych. Wymieniony peptyd działa przeciwstresowo. Preparaty handlowe o nazwach PeptoPro (DSM Food Specialties, Niderlandy) oraz Vivinal Alpha (BDI, Niderlandy) zawierają  odpowiednio hydrolizaty kazeiny oraz peptydy z białek serwatkowych. Wykazano, że pierwszy z produktów wpływał na kondycję i regenerację mięśni, natomiast drugi działał uspokajająco i usypiająco.

Kazeinofosfopeptydy (CPPs) to grupa peptydów, które powstają z kazeiny pod wpływem hydrolizy za pomocą trypsyny. CPPs odgrywają rolę w wiązaniu oraz transporcie metali takich jak wapń, magnez, żelazo oraz mikroelementów, jak np. cynku czy selenu.  Charakterystyczną cechą tych peptydów wiążących i transportujących metale (np. Ca, Mg, Fe) czy mikroelementy (np. Zn, Se). CPPs są składnikami żywności funkcjonalnej dostępnej na rynkach światowych. Zaliczane się do nich japońskie napoje o nazwach handlowych Tekkotsu inryou oraz Kotsu Kotsu Calcium, a ich spożycie ma na celu umożliwienie  lepszego wchłaniania składników mineralnych. Kazeinofosfopeptydy charakteryzują się m. in. stosunkowo wysoką zawartością glutaminy. Stwierdzono, że CPPs zawierające ten aminokwas oraz hydrolizaty białek mleka bogate w takie peptydy charakteryzują się właściwościami immunomodulacyjnymi. Preparatami immunomodulacyjnymi wzbogaconymi w CPPs są produkowane w Holandii produkowany CE90CPP (zawartość CPPs to 20%), WGE80GPA, WGE80GPN, WGE80GPU.

Efekt przeciwnadciśnieniowy niektórych peptydów z białek mleka potwierdzono na szczurach obciążonych nadciśnieniem. Zostały one zidentyfikowane hydrolizatach białek serwatkowych  α-laktoalbuminy i β-laktoglobuliny, a ich efekt przeciwnadciśnieniowy potwierdzono na szczurach obciążonych nadciśnieniem. Na przykład peptydy YGLF oraz YLFF (źródło: β-laktoglobulina), poprawiały relaksację tętnic u szczurów z nadciśnieniem, zaś peptyd ALPM obniżał ciśnienie krwi. Natomiast przykładem produktu handlowego działającego  przeciwnadciśnieniowo jest BioZate (USA), zawierający hydrolizat β-laktoglobuliny jest składnikiem mlecznego napoju.

W badaniach in vitro wykazano, że peptyd o sekwencji IPAVFKIDA, który powstał w wyniku hydrolizy  β-laktoglobuliny pepsyną, hamował działanie ludzkiej dipeptydylopeptydazy IV (DPP – IV). Peptydom hamującym działanie DPP-IV (tzw. inhibitorom DPP-IV) przypisywany jest efekt antydiabetyczny (przeciwcukrzcowy).  Podobny efekt wykazywał peptyd uwolniony z α-laktoalbuminy hydrolizowanej pepsyną charakteryzujący się sekwencją LAHKALCSEK. Aktywność przeciwcukrzycową wykazują również peptydowe inhibitory enzymów α-glukozydazy oraz α-amylazy.  Hamowanie działania α-glukozydazy wykazywały hydrolizaty białek serwatkowych. Do ich hydrolizy zastosowano  proteazę serynowa oraz pepsynę. Wykazano, że hydrolizaty trypsynowe β-laktoglobuliny podawane myszom w dawce 300 mg/kg masy ciała poprawiały tolerancję glukozy, zaś inhibitor DPP-IV o sekwencji LPERIPPL zidentyfikowany w serze Gouda znacząco obniżał poziom glukozy we krwi szczurów obciążonych cukrzycą. Badania naukowe potwierdziły potencjał peptydu o sekwencji IPA obecnego w hydrolizacie β-laktoglobuliny. Peptyd ten hamował działanie DPP-IV, redukując poziom cukru we krwi i regulując wydzielanie insuliny. Inne źródła literaturowe dowodzą, że peptydy pochodzące z białek serwatkowych, poza aktywnością antycukrzycową działają w kierunku obniżania masy ciała.

Podsumowując, zawarte w niniejszym artykule informacje nie wyczerpują prezentowanej tematyki. Wiele peptydów, w tym pochodzących z białek mleka oraz produktów mleczarskich  jest obiektem badań eksperymentalnych. Wyniki badań in vitro dotyczące ich aktywności biologicznej są obiecujące, niemniej wymagają pogłębienia o badania na ludziach. Dodatkowym wyzwaniem dla technologów żywności jest gorzki smak hydrolizatów wynikający m. in. z obecności biopeptydów - wiele z nich poza korzystnym działaniem na organizm ma gorzki smak. Sami konsumenci powinni mieć świadomość, że konsumpcja tzw. żywności funkcjonalnej wspomaga leczenie przewlekłych chorób niezakaźnych, ale go nie zastępuje. Nie zmienia to faktu, że mleko oraz jego przetwory to żywność uniwersalna ze względu na bogactwo składników, do których zaliczane są biopeptydy. Niepodważalne wartości odżywcze mleka i jego przetworów wskazują, że jest to pokarm uniwersalny.  Niektórzy naukowcy postulują, by promowanie spożywania mleka oraz produktów mlecznych należało do istotnych przejawów  utrzymania i ochrony podstawowych wartości dziedzictwa kulturowego, zdrowotnego i żywieniowego całej ludzkości.

Podziękowania

Zadanie pn. „Sieć badawcza uczelni przyrodniczych na rzecz rozwoju polskiego sektora mleczarskiego –projekt badawczy” finansowane jest w ramach dotacji celowej Ministra Nauki.

prof. dr hab. inż. Anna Iwaniak

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Nauki o Żywności, Katedra Biochemii Żywności, Pl. Cieszyński 1, 10-719 Olsztyn

Literatura

Banach M., Makara A., Kowalski M., 2010. Otrzymywanie hydrolizatów białkowych i suszonych protein. Chemia. Czasopismo Techniczne. Wyd. Politechniki Krakowskiej, 10, 107, 19-29.

Darewicz M., Iwaniak A., Minkiewicz P., 2014.  Biologicznie aktywne peptydy pochodzące z białek mleka. Medycyna Weterynaryjna, 70(6), 348-352.

Iwaniak A., Mogut D., Darewicz M., Hrynkiewicz M., 2016. Wykorzystanie biologicznie aktywnych peptydów z białek żywności w profilaktyce zespołu metabolicznego. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 585, 75-85.

Kordala N., Bednarska M., Adamczak M., 2021. Prozdrowotne właściwości biologicznie aktywnych peptydów (BAP) w produktach mlecznych – aspekty biotechnologiczne i medyczne. Medycyna Ogólna i  Nauki o  Zdrowiu, 27(2), 107–116.

Marcone S., Belton O., Fitzgerald D. J., 2017.  Milk-derived bioactive peptides and their health promoting effects: a potential role in atherosclerosis. British Journal of Clinical Pharmacology,  83(1), 152-162.

Osiadacz B, Cichy W., 2022. Świeże mleko – prosty i wartościowy pokarm w diecie naturalnej człowieka. Medycyna  Środowiskowa, 25(3–4): 40–45. 

Szerszunowicz I., 2014. Wpływ peptydów bioaktywnych uwalnianych z białek mleka krowiego na układ krwionośny.” Innowacyjne Mleczarstwo, 2(1), 4–12.