Produkty wysokoproteinowe – rola białka mlecznego

Białka mleka mają szeroki zakres aktywności odżywczych, funkcjonalnych i biologicznych, a coraz więcej uwagi poświęca się fizjologicznie aktywnym peptydom pochodzącym z białek mleka. Bioaktywne peptydy mogą wpływać na kondycję organizmu człowieka, jak również być sprzymierzeńcem w prewencji chorobowej lub w terapii wielu schorzeń. Jednak aktywność biologiczna peptydów zależy od ich struktury oraz transportu do krwiobiegu. Tylko peptydy, które w niezmienionej strukturze przejdą do układu krwionośnego, mają szansę wykazać swój wpływ na organizm człowieka.

Fizjologicznie, białko jest składnikiem organizmu ludzkiego i ma znaczenie regulacyjne, strukturalne oraz budulcowe. W znaczeniu dietetycznym spożycie białka nie powinno być traktowane jako źródła wartości energetycznych, i tym samym, podaż białka powinna równoważyć zużycie i regenerację białka dla organizmu ludzkiego. W przeciętnej diecie człowieka dzienne zapotrzebowanie na białko wynosi ok. 0,8 g na każdy kilogram masy ciała. W przypadku osób wykonujących codziennie zwiększony wysiłek fizyczny lub wykazujących znaczną aktywność fizyczną podaż białka z pożywieniem powinna być większa na tyle, aby zrekompensować regenerację białka metabolizowanego w procesach życiowych. Dla przykładu, zapotrzebowanie na białko dla osób uprawiających sporty wytrzymałościowe wynosi ok. 1,3 g na każdy kilogram masy ciała, sporty siłowo-wytrzymałościowe ok. 1,6 g na kg m.c., sporty siłowe do 2 g/kg m.c. Dla właściwej regeneracji organizmu ludzkiego podaż białka powinna być indywidualnie dostosowana, zgodnie z dziennym wysiłkiem fizycznym, stanem zdrowia, stanem fizjologiczny, jak i wiekiem. Dla przykładu dla dzieci w początkowym okresie życia zapotrzebowanie na białko wynosi ok. 1,5 g/kg m.c., zaś dla kobiet w okresie ciąży i laktacji zalecane jest spożycie białka do ok. 1,2 g/kg m.c. na dobę. W ujęciu dobowym zapotrzebowania na energię, dzienny zalecany udział białka powinien wynosić średnio 10% (w przypadku pożywienia dla niemowląt i dzieci do 2 lat), średnio od 15-20%, w przypadku diety dla pozostałych dzieci, młodzieży i dorosłych.

Z technologicznego punktu widzenia, zawartość białka w finalnym produkcie spożywczym może być podkreślana w formie oświadczenia żywieniowego na etykiecie. Zgodnie z Rozporządzeniem (WE) nr 1924/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie oświadczeń żywieniowych i zdrowotnych dotyczących żywności, dla białka zaplanowano następującej treści oświadczenia żywieniowe:

1. źródło białka – oświadczenie, że środek spożywczy jest źródłem białka (każde oświadczenie, które może mieć taki sam sens dla konsumenta, może być stosowane tylko wówczas, gdy przynajmniej 12% wartości energetycznej środka spożywczego pochodzi z białka),
2. wysoka zawartość białka – oświadczenie, że środek spożywczy ma wysoką zawartość białka (każde oświadczenie, które może mieć taki sam sens dla konsumenta, może być stosowane tylko wówczas, gdy przynajmniej 20% wartości energetycznej środka spożywczego pochodzi z białka).

Ponadto, wymienione Rozporządzenie definiuje jeszcze inne oświadczenia, które mogą dotyczyć również zawartości białka: (3) zawiera białko – gdy produkt spełnia postanowienia Rozporządzenia, (4) o podwyższonej zawartości białka – gdy produkt spełnia warunki dla oświadczenia „źródło białka”, a zwiększenie zawartości wynosi co najmniej 30%, w porównaniu z podobnym produktem, (5) o obniżonej zawartości białka – gdy obniżenie zawartości składnika wynosi co najmniej 30%, w porównaniu z podobnym produktem.

Ponadto, dopuszczonych jest kilka oświadczeń zdrowotnych dotyczących białek (Rozporządzenie Komisji (WE) nr 983/2009 z dnia 21 października 2009 r. w sprawie udzielania i odmowy udzielenia zezwoleń na oświadczenia zdrowotne dotyczące żywności i odnoszące się do zmniejszenia ryzyka choroby oraz do rozwoju i zdrowia dzieci oraz Rozporządzenie Komisji (UE) nr 432/2012 z dnia 16 maja 2012 r. ustanawiające wykaz dopuszczonych oświadczeń zdrowotnych dotyczących żywności, innych niż oświadczenia odnoszące się do zmniejszenia ryzyka choroby oraz rozwoju i zdrowia dzieci):

1. białko jest potrzebne dla prawidłowego wzrostu i rozwoju kości u dzieci,
2. białko przyczynia się do wzrostu masy mięśniowej,
3. białko pomaga w utrzymaniu masy mięśniowej,
4. białko pomaga w utrzymaniu zdrowych kości.

Każde z tych oświadczeń może być stosowane wyłącznie w odniesieniu do żywności będącej przynajmniej źródłem białka zgodnie z oświadczeniem „źródło białka”, wymienionym w załączniku do rozporządzenia (WE) nr 1924/2006.

Znaczenie żywieniowe białka wynika z jego struktury i składu. Białka, inaczej proteiny, są to długołańcuchowe cząsteczki złożone z aminokwasów. Fragment łańcucha białkowego określany jest nazwą peptydu. Aminokwasy są to podstawowe cząsteczki, które tworzą łańcuch białkowy. W żywności występuje 20 aminokwasów i w zależności od ich sekwencji (kolejności) powstają inne peptydy oraz długołańcuchowe białka. Ze względu na fakt, że podstawowym elementem strukturalnym białka są aminokwasy, to właśnie ich każdy żywy organizm potrzebuje do budowy łańcuchów białkowych lub peptydowych.

Wśród aminokwasy występują aminokwasy endogenne, które mogą być syntetyzowane w organizmie każdego zdrowego człowieka (przedrostek endo- oznacza wewnątrz). Osiem spośród 20 aminokwasów jest nazywanych aminokwasami egzogennymi i zdrowy organizm musi pobrać je z żywnością. Nazwa z użyciem przedrostka egzo- (tj. na zewnątrz) informuje, że źródłem tych aminokwasów są składniki pozyskiwane z zewnątrz organizmu. Do aminokwasów egzogennych zaliczamy: lizynę, izoleucynę, leucynę, metioninę, fenyloalaninę, treoninę, tryptofan i walinę. Są to aminokwasy niezbędne do prawidłowej syntezy związków białkowych, muszą być dostarczane w odpowiedniej ilości i wzajemnej proporcji w ciągu każdego dnia. Dodatkowo, dwa aminokwasy (histydyna i u wcześniaków arginina) są aminokwasami egzogennymi dla niemowląt, które nie mają jeszcze wypracowanych szlaków metabolicznych syntetyzujących te aminokwasy. Z kolei dwa inne aminokwasy (cysteina i tyrozyna) są określane jako półegzogenne, ponieważ są wytwarzane pod warunkiem dostępności do odpowiednio metioniny i fenyloalaniny, zaś te ostatnie należą do aminokwasów egzogennych (tym samym brak w pożywieniu metioniny i fenyloalaniny może pośrednio skutkować niedoborem cysteiny i tyrozyny).

Właściwości białek, jak również ich fragmentów (peptydów), wynikają ściśle ze składu i kolejności ustawienia poszczególnych aminokwasów oraz przestrzennej struktury ułożenia łańcucha peptydowego. Oprócz właściwości technologicznych, takich jak zdolność do rozpuszczania (w wodzie, roztworach soli, alkoholu, kwasach itp.), zdolność do koagulacji (tworzenie skrzepu jogurtowego, masy serowej), zdolność do denaturacji (ścinanie termiczne białka jaja), zdolność do tworzenia piany (bita śmietana, ubite białko jaja), białka charakteryzują się również specyficznymi właściwościowymi żywieniowymi, wynikającymi z ich składu aminokwasowego.

W mleku, jak i ich jego przetworach, występują różne rodzaje białek, o różnych właściwościach technologicznych i żywieniowych. W mleku, najważniejszym białkiem jest kazeina. Występuje ona w postaci micel kazeinowych (są to prawdopodobnie kuliste cząstki o średnicy od 25 do 300 nm). Kazeina tworzy zawiesinę koloidalną roztworu mleka i występuje w kilku frakcjach, między innymi αs1, αs2, β, κ, γ. Poza kazeiną w mleku występują białka serwatkowe, które tworzą bardzo różnorodną grupę pod względem strukturalnym, technologicznym i żywieniowym, jak również funkcjonalnym. Do białek serwatkowych zaliczamy: β-laktoglobulinę, α-laktoalbuminę, albuminy serum krwi, immunoglobuliny, enzymy, aglutyniny, laktoferynę i wiele innych. Białka serwatkowe, ze względu na większe rozdrobnienie i nieregularność, tworzą roztwór koloidalny mleka.

Układ koloidalny mleka przekłada się na jego właściwości technologiczne, a konkretnie strukturotwórcze i możliwość wytwarzania szeregu produktów o różnej teksturze i konsystencji (jogurt pitny, jogurt grecki, kefir, twaróg, ser podpuszczkowy).

Białka mleka, oprócz wartości odżywczej, wynikającej z zawartości niezbędnych aminokwasów, mają istotne znaczenie żywieniowe (ze względu na obecność i właściwości peptydów bioaktywnych). Białka mleka wykazują szeroki zakres aktywności funkcjonalnych i biologicznych. Na tej podstawie białka mleka są potencjalnymi składnikami żywności funkcjonalnej. O szczególnej biologicznej aktywności mówi się w stosunku do białek mleka po procesie katalizy (rozkładu enzymatycznego), w rezultacie którego powstają biopeptydy wpływające na psychofizyczną kondycję organizmu człowieka. W białku natywnym peptydy te są nieaktywne. Aktywność biologiczną wykazują dopiero w postaci uwolnionej z łańcucha białkowego, a tracą ją po dalszym rozłożeniu na składniki podstawowe, czyli aminokwasy. Dlatego o aktywności peptydów decyduje stopień rozkładu enzymatycznego białka, który zachodzić może w układzie pokarmowym człowieka, jak również w technologicznym procesie np. fermentacji. Za stopień rozkładu białek do biopeptydów odpowiadają egzogenne i endogenne enzymy proteolityczne obecne w sokach trawiennych układu pokarmowego lub wydzielane przez drobnoustroje przeprowadzające proces fermentacyjny. Bioaktywne peptydy, po uwolnieniu z białek macierzystych, mogą regulować różne procesy fizjologiczne m.in.: antyoksydacyjne, bakteriostatyczne, hormonalne, immunologiczne, nerwowe, pokarmowe, w znaczeniu korzystnym dla zdrowia człowieka. To właśnie aktywność biologiczna jest kryterium klasyfikacji tych biopeptydów, w tym także tych pochodzących z białek mleka krowiego.

Peptydy bioaktywne pochodzenia żywnościowego są to najczęściej łańcuchy peptydowe o długości łańcucha od 2 do 20 aminokwasów. Sekwencje biologicznie aktywnych peptydów są znajdywane w większości białek żywności, najczęściej w mleku oraz w fermentowanych produktach mleczarskich (napojach i serach). Do przykładowych peptydów biologicznie aktywnych, pochodnych z białek mleka, należą peptydy VPP (z β-kazeiny) i IPP (z κ-kazeiny) o właściwościach obniżających ciśnienie krwi. Ich działanie związane jest z hamowaniem aktywności enzymu konwertującego angiotensynę I, która po konwersji powoduje zwężenie naczyń i wzrost ciśnienia tętniczego krwi. W niektórych krajach oferta rynkowa mlecznych napojów fermentowanych obejmuje napoje o podwyższonej zawartości tych peptydów i potwierdzonym pozytywnym wpływie na organizm człowieka. Również wśród białek serwatkowych znajdywane są peptydy bioaktywne. Między innymi pochodne β-laktoglobuliny: β-laktozyna (peptyd o właściwościach obniżających ciśnienie krwi) oraz β-laktorfiny (o właściwościach poprawiających relaksację tętnic). Ponadto, z produktów mlecznych izolowane są peptydy o działaniu antyoksydacyjnym pochodzące z β-kazeiny i αs1-kazeiny czy też β-laktoglobuliny. Oprócz peptydów, również wolne aminokwasy (takie jak histydyna, tyrozyna czy też metionina, lizyna, arginina, fenyloalanina i tryptofan) wykazują właściwości przeciwutleniające.

Wśród pochodnych różnych frakcji kazeiny występują peptydy o aktywności przeciwbakteryjnej (między innymi: kazecydyny, isracydyna, kappacyna), które powstają w wyniku hydrolizy kazeiny z użyciem różnych proteolitycznych enzymów trawiennych występujących w układzie pokarmowym zwierząt. Również hydrolityczny rozkład α-laktoalbuminy lub laktoferyny pozwala uzyskać peptydy o właściwościach bakteriostatycznych. Przykładem może być laktoferycyna lub laktoferrampina, które nie dość, że wykazują większą aktywność antybakteryjną, w porównaniu do macierzystego peptydu, to również prezentują właściwości przeciwgrzybicze.

W licznych badaniach opisywane są także inne aktywności peptydów bioaktywnych. Między innymi w β-kazeinie występują sekwencje peptydowe, które hamują aktywność enzymu odpowiedzialnego za utratę pamięci (w peptydach tych upatruje się działania prewencyjnego w chorobach Alzheimera i schizofrenii). Wśród białek mleka jest również szereg peptydów o aktywności opioidowej – jak na przykład β-kazomorfiny-11, β-kazomorfiny-7 i β-kazomorfiny-5. Właściwości opioidowe wymienionych peptydów objawiają się osłabieniem bólu, działaniem uspokajającym i stymulującym apetyt, chociaż mogą mieć również sprzyjać zaburzeniom psychicznym.

Powszechnie uznaną wartością żywieniową spożywania produktów mlecznych jest przyswajanie jonów wapnia, jak i innych pierwiastków (cynku, żelaza, miedzi). Za tę właściwość również odpowiada szereg peptydów bioaktywnych – głównie kazeinofosfopeptydy, ale również pochodne α-laktoalbuminy oraz β-laktoglobuliny.

Należy pamiętać, że znaczenie fizjologiczne bioaktywnych peptydów jest warunkowane ich przejściem do krwiobiegu (w procesie trawienia sam peptyd nie może ulegać rozkładowi na elementy składowe). Dla przykładu, biodostępność niektórych peptydów, w tym peptydów przeciwnadciśnieniowych, jest zwiększona w obecności błonnika pokarmowego lub po wykorzystaniu procesu mikrokapsułkowania celem ochrony struktury bioaktywnych peptydów.

Biorąc pod uwagę wysokowartościowy aspekt białek mleka, jak również zainteresowanie konsumenckie produktami wysoproteinowymi, mleczne produkty wysokobiałkowe można uznać, za wartościowy i bezkonkurencyjne źródło pełnowartościowego białka. Gama mlecznych produktów wysokobiałkowych stale powiększa się. Oferta tego rodzaju produktów różnicuje się ze względu na rodzaj produktów mlecznych, którymi są zarówno mleczne napoje fermentowane (m.in. jogurty pitne, jogurty stałe, jogurty o tradycyjnej recepturze, skyr, jogurty o dodatkowych cechach funkcjonalnych dedykowanych do określonej grupy konsumentów uwzględniających potrzeby zgodne z różnicą płci, wieku i kondycji, kefiry, mleko zsiadłe, maślanki, mleko acidofilne, mleko bifidusowe, ayran, kumys, koktajle, szejki itp.). Poza mlecznymi napojami fermentowanymi, w ofercie rynkowej są również produkty stałe, tj. serki, sery oraz proszki mleczne (włączając w to izolaty lub koncentraty wszystkich białek mleka, czy poszczególnych ich frakcji). Modyfikacja zawartości białek mleka może być realizowana na wiele sposobów, poprzez dodatek skoncentrowanych preparatów odpowiednich frakcji białek mleka, przy okazji czego można wykorzystać ich pośrednie właściwości strukturotwórcze, jak również poprzez odprowadzenie wody w procesie produkcji na drodze odparowania lub membranowego zagęszczania. Oprócz składu produkty te charakteryzują się łatwym i szybkim użyciem dzięki opakowaniom typu „on the go”. Tego rodzaju opakowania wyróżniają się atrakcyjną formą, wygodnym użyciem w różnych okolicznościach, jak również coraz częściej opakowania te spełniają i spełniać powinny cechy składników łatwodegradowalnych.

Biorąc pod uwagę powyższe należy jednak pamiętać, że najważniejszym argumentem jest rozsądne i świadome spożywanie produktów wysokobiałkowych, podstawą zrównoważonej diety powinna być urozmaicona podaż wartości odżywczych z uwzględnieniem ograniczeń żywieniowych wynikających ze stanu fizjologicznego organizmu, jak również realizowanej aktywności fizycznej, wieku i płci.