КОНТРОЛЬ ТЕКСТУРЫ БОГАТЫХ БЕЛКОМ ПИТАТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, ВКЛЮЧАЮЩИХ МИЦЕЛЛЯРНЫЙ КАЗЕИН
CONTROLLING TEXTURE OF HIGH-PROTEIN NUTRITIONAL COMPOSITIONS COMPRISING MICELLAR CASEIN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение находится в области энтеральных питательных композиций. Более конкретно, оно относится к водной композиции мицеллярного казеина, включающей от 6 до 20 г мицеллярного казеина на 100 мл композиции, и имеющей pH приблизительно от 6 до 8, так же как и к энтеральной питательной композиции, включающей высокое содержание мицеллярного казеина, и к проблеме - независимого - контроля вязкости, прозрачности и уровня фосфатов в такой композиции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Предпочтительно медицинские молочные продукты высоко насыщены питательными веществами, в частности белками и минералами, для соответствия ежедневному приему питательных веществ пациентами, которые имеют проблемы с пищеварением. Это могут быть пациенты с кахексией или люди, находящиеся на последней стадией СПИДа, болеющие раком или получающие лечение от рака, болеющие тяжелыми легочными заболеваниями, такими как ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких), туберкулезом и другими инфекционными заболеваниями, или люди, перенесшие тяжелую операцию или травму, например, ожоги. Более того, люди, страдающие расстройствами в глотке или во рту, такими как рак пищевода или стоматит, и люди, имеющие проблемы с глотанием, например, пациенты с дисфагией, требуют специального жидкого питания в малых объемах. Также, люди, страдающие только снижением аппетита или потерей вкуса, выиграют от еды, предпочтительно жидкой, в малых объемах. Эти пациенты также могут быть пожилыми, в частности ослабленными пожилыми и пожилыми, имеющими риск стать ослабленными. С этой точки зрения, несмотря на то, что энергетические потребности пожилых могут быть снижены, их способность потреблять продукты также может быть снижена. Например, у них есть трудности с потреблением продукта из-за, например, трудностей при глотании, или из-за больших объемов продукта, которые им нужно употреблять для соответствия ежедневному приему питательных веществ. Таким образом, комплаентность не является оптимальной, и часто прием субоптимален, что ведет к субоптимальному питанию и, в конце концов, к пониженному питанию.
Вышеупомянутые группы пациентов могут быть чрезвычайно чувствительными к консистенции еды и органолептическим свойствам продукта, таким как, например, вязкость, ощущения во рту, вкус, запах и цвет. Также, пациенты, такие как пациенты с кахексией, обычно страдают от чрезвычайной слабости, которая часто мешает им сидеть в вертикальном положении и пить еду из картонной упаковки и даже сосать ее через соломинку. Такие пациенты выиграют от жидких энтеральных композиций малого объема с высоким содержанием питательных веществ, в частности белков.
Тем не менее, высокое содержание белков и минералов повышает общую вязкость продукта в процессе получения и хранения, из-за смещения равновесия белки-минералы. Жидкие продукты с низкой вязкостью, тем не менее, больше всех ценятся пациентами, что заставляет получать такие продукты.
Таким образом, проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в том, чтобы получить жидкую питательную композицию как в качестве поддерживающего, так в качестве полноценного питания, включающую высокое содержание неизмененного белка, в частности, мицеллярного казеина, в качестве основного источника белка, в самом маленьком объеме жидкости, и которая поддержит питание и хорошее состояние различных групп пациентов, упомянутых выше, в частности, пожилых людей или больных пациентов.
Мицеллы казеина в концентрированном молоке взаимодействуют друг с другом чаще, чем в коровьем молоке из-за более маленьких расстояний между мицеллами. Концентрированное молоко, таким образом, ведет себя как разжижающаяся при сдвиге неньютоновская жидкость, что означает, что вязкость зависит от скорости сдвига (Karlsson с соавт., 2005). Вязкость коллоидной системы является, в целом, зависимой от вязкости непрерывной фазы, формы и распределения частиц по размерам, а также от их взаимных взаимодействий вместе с принятием того, как вязкость зависит от объема фракции. Объемная концентрация (Ф) мицелл казеина является безразмерной величиной, определяемой как величина общего объема, занимаемого частицами. Его можно определить путем измерения вязкости (η) раствора. Eilers (1945) составил формулу (1) для определения вязкости концентрированных молочных систем.
η=η<sub>0</sub>(1+
1,25Ф
)<sup>2</sup>
1-Ф/Ф<sub>max</sub>
0
max
max
η представляет вязкость непрерывной фазы и составляет 1 мПз. Фпредставляет заполненную объемную концентрацию, для которой вязкость стремится к бесконечности. Величина 0,74 обычно применяют для Фв растворах со сферами сходных размеров (Eilers, 1945), но для концентрированного молока, в котором частицы обладают различными размерами, следует применять величину 0,79. Эта формула выведена из соотношения Эйнштейна, которое описывает вязкость дисперсий в очень разбавленных системах, в которых частицы являются сферическими и недеформируемыми или неподдающимися влиянию присутствия друг друга (Dewan с соавт., 1972; Eilers, 1945; Karlsson с соавт., 2005).
s1
s2
Объемность определяют как общий объем, занимаемый граммом белка, и относят к объемной концентрации Ф белков в растворе (Eilers, 1941). Объемность казеиновых мицелл является определяющим фактором для вязкости раствора. Объемность казеиновых мицелл повышается, когда мицеллы становятся более гидратированными (например, из-за уменьшения количества кальция), что вызывает высвобождение специфических казеинов из мицеллы, а также набухание и увеличение мицелл. Порядок специфического высвобождения казеина зависит от количества остатков фосфосерина и, таким образом, специфической чувствительности к ионам кальция. Когда мицеллы становятся более бедными кальцием, больше казеина будет высвобождаться из казеиновой мицеллы. В результате, порядок диссоциации такой: β-казеин>α-казеин>α-казеин (Holt, 1997). Хотя κ-казеин обладает от 0 до 1 остатков фосфосерина, возможно, он останется застрявшим в казеиновой мицелле из-за его гидрофобных взаимодействий. Например, количество β-казеина, которое покидает казеиновые мицеллы, повышается со снижением температуры и содержания кальция. Увеличение размера казеиновых мицелл вызывает их набухание и увеличение, которые происходят благодаря повышению электростатического отталкивания и осмосу непрерывной фазы в мицеллах соответственно (Leviton и Pallansch, 1962). Более того, свободные ионы кальция в непрерывной фазе уменьшают электростатическое отталкивание в казеиновых мицеллах, что удерживает мицеллы более компактно.
На взаимодействия между мицеллами казеина и концентрированным молоком сильно влияют, например, ионная сила, содержание минералов и композиция, pH и температура (Karlsson с соавт., 2005). Фосфаты и цитраты, которые являются минералами, часто добавляемыми в медицинское питание, плавленый сыр или (концентрированное) ультрапастеризованное (UHT) молоко, взаимодействуют с казеиновыми мицеллами путем связывания ионов кальция или связывания непосредственно с казеиновой мицеллой (Kocak и Zadow, 1985; Mizuno и Lucey, 2005; Vujicic с соавт., 1968). В целом, их кальций-связывающую способность можно выстроить в таком порядке: длинноцепочечные фосфаты > триполифосфаты > пирофосфаты > цитрат > ортофосфат (Zittle, 1966).
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Хотя доступно большое количество литературы по известному уровню техники (цитируется в заявке в необходимых случаях), только несколько публикаций касаются жидких энтеральных питательных композиций, включающих большое количества мицеллярного казеина, в диапазоне от 6 до 20 г/100 мл композиции.
Действие фосфатов и цитрата на физические изменения молочных растворов главным образом изучают на системах снятого молока, где приблизительно 20% белка составляет молочная сыворотка, с параметрами низкой концентрации (максимально ~6,5 масс./об.% белка) и относительно низкими уровнями фосфата и цитрата. Некоторые из этих исследований касаются молочных гелей (Mizuno & Lucey, 2007) или загустения при хранении (Harwalkar, 1982; Kocak & Zadow, 1985; Leviton & Pallansch, 1962).
В US 5683984 раскрыта композиция для энтерального зондового питания с природным белковым компонентом мицеллярного казеина. Вопросы вязкости определяют и закрепляют в WO 2009/072885, который раскрывает высокоэнергетическую жидкую питательную энтеральную композицию с высоким содержанием белка, которая содержит мицеллярный казеин и казеинат и, возможно, небольшое количество молочной сыворотки.
Более того, большое количество публикаций касается замутняющего действия солей фосфатов, добавляемых в молочные продукты, такие как снятое молоко, тем не менее, никто не описывает действие этих солей на вязкость в жидких питательных энтеральных композициях, включающих высокое содержание мицеллярного казеина в диапазоне от 6 до 20 г/100 мл.
Liang с соавт. (Nippon Nogei Kagaku Kaishi (1974), 48 (1), 49-56) описывает действие глицерофосфата на желатинизацию казеиновых мицелл и на замутнение снятого молока (содержащего приблизительно 3 г/100 мл казеиновых мицелл).
WO 01/72135 A1 (Australian Food Industry Science Center) и US 6455082 B1 (Nestec) касаются добавления фосфатов к молоку с целью стабилизации молока (содержащего приблизительно 3 г/100 мл казеиновых мицелл). Хотя они раскрывают действие на вязкость, они не сообщают о действии на прозрачность и, конечно, не в системе с высоким содержанием белка, которая является более важной, нежели система с низким содержанием белка, такая как молоко, в отношении свойств вязкости и прозрачности.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы изобретения теперь обнаружили, что применение одного или более хелатирующего средства, выбираемого из группы, состоящей из фосфорной кислоты, лимонной кислоты, растворимой соли фосфата, растворимой соли цитрата, или смеси вышеперечисленных веществ, позволяет контролировать вязкость и прозрачность водной композиции мицеллярного казеина, включающей от 6 до 20 г/100 мл мицеллярного казеина и обладающей pH приблизительно от 6 до 8, независимо друг от друга. Применение хелатирующих средств для независимого контролирования вязкости и прозрачности водной мицеллярной композиции неизвестно в данной области техники.
В одном варианте осуществления композиция включает одно или более хелатирующих средств, выбираемых из группы, состоящей из фосфорной кислоты, лимонной кислоты, растворимой соли фосфата, растворимой соли цитрата, или смеси вышеперечисленных веществ, при условии, что лимонная кислота, растворимая соль цитрат или смесь вышеперечисленных веществ исключены как одиночные хелатирующие средства.
В одном варианте осуществления композиция включает одно или более хелатирующих средств, выбираемых из группы, состоящей из фосфорной кислоты, растворимой соли фосфата или смеси вышеперечисленных веществ.
В одном варианте осуществления водная композиция мицеллярного казеина не содержит или практически не содержит каких-либо жиров, дигестивных и недигестивных углеводов. Под «практически не содержит» понимают, что содержание этих компонентов предпочтительно составляет менее 5% по весу, исходя из общего сухого вещества композиции.
Предпочтительно на применение действует добавление к водной композиции мицеллярного казеина хелатирующих средств.
Под словом «независимо» подразумевают, что вязкость и прозрачность можно установить на любой величине независимо друг от друга путем выбора подходящего хелатирующего средства в подходящей концентрации или любой комбинации более чем одного подходящего хелатирующего средства в подходящей концентрации. Таким образом возможно получить как прозрачные и очень вязкие композиции, так и мутные и очень жидкие композиции. Эта вторая группа свойств является очень интересной и важной для развития питательных композиций, в частности, молочного медицинского питания, включающего высокое содержание мицеллярного казеина, в частности, включающего от 6 до 20 г/100 мл мицеллярного казеина.
Говоря «растворимый», подразумевают соль, растворяющуюся в воде при pH 6-8.
Предпочтительно, водная композиция мицеллярного казеина в соответствии с изобретением включает по меньшей мере 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 или 19 г и максимально 20 г мицеллярного казеина на 100 мл композиции, предпочтительно от 11 до 18 г/100 мл, более предпочтительно от 12 до 18 г/100 мл, и наиболее предпочтительно от 14 до 18 г/100 мл.
pH водной композиции мицеллярного казеина должен находиться между приблизительно 6 и 8. pH определяют в водной композиции мицеллярного казеина, и это можно сделать при помощи обычных методов, известных специалистам в данной области техники, таких как при помощи имеющихся в продаже устройств для измерения pH.
Более того, с правильным выбором хелатирующего средства в соответствии с изобретением возможно независимо от вязкости и прозрачности добавлять количество фосфорсодержащих веществ (таких как фосфорная кислота или фосфат) к водной композиции мицеллярного казеина, включающей от 6 до 20 г/100 мл мицеллярного казеина и имеющей pH приблизительно от 6 до 8.
В значении этой заявки слово «прозрачность» является противоположным слову «мутность». Мутность является названием параметра, измеряемого в эксперименте. Специалисты знакомы с понятием мутности (например, при 700 нм) при применении спектрофотометрии при работе с казеинами (Philippe с соавт., 2003).
Мицеллярный казеин, иногда также называемый «природный» мицеллярный казеин, относится к казеину в форме мицелл, что является природной формой казеина молока. Это высококачественный молочный белок, находящийся в природном молоке в концентрации приблизительно 2,6 г/100 мл (Dairy Science and Technology, Walstra с соавт., CRC Press, 2006) Его концентрируют в процессе, при котором не происходит или практически не происходит денатурация белков казеина, и который выставлен на продажу как Micellar Casein Isolate (MCI). Свежее снятое молоко подвергают процессу микрофильтрации, во многом тому же процессу, применяемому для концентрирования белка сыворотки молока, для производства чистого, практически неденатурировавшего молочного белка с его природной структурой. Конечный материал содержит между 90% и 95%, предпочтительно более 95% по весу мицеллярного казеина в сухом веществе, остальную часть в основном составляет белок сыворотки молока и другой небелковый азот или другие компоненты, такие как лактоза и неорганические соли, в частности, фосфат кальция. Мицеллы казеина в целом имеют гидродинамический радиус от 40 до 400 нм, молекулярный вес от 106 до 109 Дальтон и кальций: фосфорсодержащий с массовой долей от 1,4 до 2,4, содержание кальция очень высоко, порядка 25 г/кг белка. Он обладает истинно низкой вязкостью, и жидкую композицию, включающую указанный MCI, таким образом, легко пить. Содержание ионов моновалентного металла, в частности, Na и K, очень низкое, обычно находится в диапазоне от 1 до 2 г/кг белка.
Напротив, казеин, как применяют в контексте этого изобретения, относится к свернутой форме казеина, потерявшей свою природную мицеллярную структуру. Он связан с металлом, таким как натрий, калий, кальций и магний, и обычно называется казеинатом.
В контексте этого изобретения следует понимать, что мицеллярный казеин также может быть предоставлен другими источниками белков, такими как, например, источники, которые изначально сохраняют природное соотношение 80:20 казеина к молочной сыворотке, такие как Milk Protein Concentrate (MPC), который представляет собой порошковый продукт, обычно изготавливаемый при помощи ультрафильтрации, со средним содержанием белка приблизительно 80% по весу, Milk Protein Isolate (MPI), порошковый продукт, обычно изготавливаемый при помощи преципитации со средним содержанием белка приблизительно 85% по весу, и снятое концентрированное молоко. Мицеллярный казеин также можно предоставлять в жидкой форме в виде ультрафильтрата и микрофильтрата.
В соответствии с одним вариантом осуществления фосфорную кислоту выбирают из группы, состоящей из уридинмонофосфорной кислоты, цитидинмонофосфорной кислоты, ортофосфорной кислоты, инозитолгексафосфорной кислоты, гексаметафосфорной кислоты или смеси вышеперечисленных веществ, и соль фосфата выбирают из группы, состоящей из уридинмонофосфата, цитидинмонофосфата, ортофосфата, инозитолгексафосфата, гексаметафосфата или смеси вышеперечисленных веществ.
В соответствии с другим вариантом осуществления растворимая соль представляет собой моновалентную соль, предпочтительно соль натрия, соль калия или смесь вышеперечисленных веществ. Эти соли являются предпочтительными для совершенствования питательных композиций, поскольку они представляют металлы как противоионы (например, натрий или калий), что является естественным для нормального питания.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления противоион (например, натрия или калия) присутствует в количестве меньшем или равном эквимолярному количеству по отношению к кислоте. Например, одна молекула инозитолгексафосфата может содержать от 1 до 12 противоионов, и продукт инозитолгексафосфат может, таким образом, содержать молекулы с различным количеством противоионов, так что общий эквивалент противоионов в продукте меньше или равен общему эквиваленту инозитолгексафосфата.
2
2
2
4
В соответствии с еще одним вариантом осуществления соль фосфат выбирают из группы, состоящей из динатрийуридинмонофосфата (NaUMP, органический ортофосфат), динатрийцитидинмонофосфата (NaCMP, органический ортофосфат), динатрийортофосфата (NaHPO, неорганический ортофосфат), динатрийфитата, также называемого додеканатриевым инозитолгексафосфатом (SP, органический полифосфат), и (гекса)натрийгексаметафосфат (SHMP, неорганический полифосфат). Предпочтительно соль цитрат представляет собой тринатрийцитрат (TSC). Понятно, что на практике продукт не всегда содержит эквимолярное количество противоионов металла по отношению к кислоте, хотя продукт указан как таковой. Такие продукты также включают в определение солей фосфата и цитрата в соответствии с изобретением.
Предпочтительно одно или более хелатирующее средство выбирают из группы, состоящей из фосфорной кислоты, растворимой соли фосфата или смеси вышеперечисленных веществ.
Наиболее предпочтительно соль фосфат представляет собой динатриймонофосфат или динатрийцитидинмонофосфат, предпочтительно динатрийуридинмонофосфат. При применении этой соли жидкую мицеллярную композицию получают с прозрачностью и вязкостью, практически не подверженными действию, но предоставляющую необходимые фосфорсодержащие и противоионы для питательной композиции.
2
4
2
2
Кальций-связывающая способность солей в соответствии с изобретением основывается на их величине заряда. Их порядок в способности связывать кальций снижается от SP>SHMP>TSC=NaHPO> NaUMP=NaCMP. К тому же, некоторые из этих фосфатов обладают способностью взаимодействовать с мицеллами казеина. Ионы свободного кальция и фосфаты, комплексы фосфата кальция, и ионы кальция и фосфаты, заключенные в мицеллах казеина, находятся в равновесии друг с другом в молочных системах (Фигура 1). Добавление хелатирующих средств в соответствии с изобретением сдвигает это равновесие, поскольку хелатируются ионы кальция. В результате это влияет на объемность мицелл казеина, поскольку мицеллы становятся более бедны кальцием, мицеллы могут диссоциировать, и из мицелл казеина высвобождаются специфические казеины.
2
4
3
4
2
2
2
2
2
Объемность также можно снижать путем добавления, например, ионов кальция, поскольку они будут встраиваться в мицеллы казеина (Walstra с соавт., 2006). Эти изменения в объемности будут влиять как на вязкость, так и на термостабильность молочных систем в условиях UHT (ультрапастеризации). Ортофосфат, например, изначально присутствует в мицеллах казеина в виде коллоидального фосфата кальция (CCP). Добавление NaHPOв молоко вызывает связывание фосфатных ионов с ионами кальция с формированием микрокристаллов фосфата кальция. Происходит реорганизация мицеллярной структуры и изменение в объемности, поскольку комплексы, такие как Ca(PO), встраиваются в мицеллы казеина (Guo с соавт., 2003). NaUMP обладает слабой способностью связывать кальций (de Kort с соавт., 2009) и только незначительно влияет на объемность мицелл казеина. NaCMP ведет себя сходным образом. Не имеется никакой информации о взаимодействии NaUMP и NaCMP с мицеллами казеина. Полифосфаты, такие как SHMP и SP, являются чрезвычайно анионно-заряженными, что дает им возможность связывать положительно заряженные аминокислоты остатков казеина или CCP (Mizuno и Lucey, 2007; Vujicic с соавт., 1968; Zittle, 1996). Взаимодействие полифосфатов с мицеллами казеина при нейтральном pH в (концентрированном) молоке создает дополнительную сеть отрицательных зарядов на мицеллах, что вызывает набухание мицелл казеина (Leviton и Pallansch, 1962). SHMP повышает вязкость или даже вызывает желатинизацию в системах казеина, поскольку SHMP обладает способностью перекрестно сшивать мицеллы казеина путем взаимодействия с CCP или амидными группами (Kocak и Zadow, 1985; Mizuno и Lucey, 2007; Vujicic с соавт., 1968). Цитрат не связывает или не сшивает казеины (Mizuno и Lucey, 2005), но хелатирует ионы кальция так, что они связываются с мицеллами казеина. Цитрат и сформированные комплексы цитрата кальция остаются в виде стабильных растворимых комплексов в сыворотке (Mizuno и Lucey, 2007, Morr, 1967; Vujicic с соавт., 1968) или формируют нерастворимые кристаллы цитрата кальция в процессе хранения. Добавление цитрата приводит к повышению гидратации мицелл казеина, увеличению мицелл, определяемому как повышение вязкости и прозрачности растворов (Morr, 1967). Прозрачность можно определить путем измерения мутности раствора при помощи спектрофотометра. Это важный инструмент для определения изменений в распределении ионов, белков и воды с физико-химическими свойствами растворов и, более специфично, мицелл казеина (Philippe с соавт., 2003). Плотность и индекс рефракции, например, изменятся по мере сжатия, диссоциации или увеличения мицелл казеина.
Действие орто- и полифосфатов и цитрата на физические свойства нормального или концентрированного снятого молока изучают (Mizuno и Lucey, 2007; Morr, 1967; Vujicic с соавт., 1968), но эти системы содержат белок молочной сыворотки и относительно низкие концентрации белка (максимально ~6,5% по весу казеината). К тому же, исследования сосредотачивались на приготовлении молочных гелей с фосфатами (Mizuno и Lucey, 2007) или ускорении или замедлении загустения при хранении после добавления фосфатов или цитратов (Harwalkar, 1982; Kocak и Zadow, 1985; Leviton и Pallansch, 1962). Также в этих исследованиях применяли относительно низкие концентрации фосфата или цитрата.
-1
-1
-1
-1
Количество хелатирующего средства необходимо выбирать в соответствии с изобретением, но было показано, что добавление от 1 до 120 мЭкв.л указанного хелатирующего средства, предпочтительно от 5 до 100 мЭкв.л, более предпочтительно от 10 до 80 мЭкв.л, наиболее предпочтительно от 20 до 60 мЭкв.луказанного хелатирующего средства достаточно для получения требуемых действий.
2
4
2
Применение хелатирующего средства в соответствии с изобретением позволяет получить три типа композиций (Фигура 3 в комбинации с Фигурой 8). Было обнаружено, что композиция становится более вязкой после добавления инозитолгексафосфата (такого как SP), цитрата (такого как TSC) или неорганического ортофосфата (такого как NaHPO), и что вязкость зависит от концентрации и типа фосфата и цитрата. Добавление гексаметафосфата (такого как SHMP) ведет к очень вязким и прозрачным композициям и даже получению геля. Напротив, высокие концентрации уридинмонофосфата (такого как NaUMP) можно добавлять без значительного влияния на вязкость и едва изменяя исходную прозрачность композиции.
Применение двух или более хелатирующих средств в соответствии с изобретением позволяет получить любой вид композиции с любой желаемой вязкостью, прозрачностью и содержанием фосфора.
Питательная композиция
-1
-1
-1
-1
В предпочтительном варианте осуществления изобретение направлено на питательную композицию, включающую от 9 до 20 г белка на 100 мл композиции, и имеющую pH приблизительно от 6 до 8, в которой вся или большая часть указанного белка включает мицеллярный казеин, включающий одно или более хелатирующее средство, выбираемое из группы, состоящей из фосфорной кислоты, лимонной кислоты, растворимой соли фосфата, растворимой соли цитрата или смеси вышеперечисленных веществ, а также число предпочтительных вариантов осуществления, как заявлено в прилагаемой формуле изобретения. Количество хелатирующего средства можно выбрать в соответствии с изобретением; композиция предпочтительно содержит от 1 до 120 мЭкв.л указанного хелатирующего средства, предпочтительно от 5 до 100 мЭкв.л, более предпочтительно от 10 до 80 мЭкв.л, наиболее предпочтительно от 20 до 60 мЭкв.луказанных хелатирующих средств.
В предпочтительном варианте осуществления композиция включает одно или более хелатирующее средство, выбираемое из группы, состоящей из фосфорной кислоты, лимонной кислоты, растворимой соли фосфата, растворимой соли цитрата или смеси вышеперечисленных веществ, с оговоркой, что лимонная кислота, растворимая соль цитрат или смесь вышеперечисленных веществ исключены как одиночные хелатирующие средства.
В предпочтительном варианте осуществления композиция включает одно или более хелатирующее средство, выбираемое из группы, состоящей из фосфорной кислоты, растворимой соли фосфата или смеси вышеперечисленных веществ.
Предпочтительно питательная композиция в соответствии с изобретением включает по меньшей мере 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 или 19 г и максимально 20 г мицеллярного казеина на 100 мл композиции, предпочтительно от 11 до 18 г/100 мл, более предпочтительно от 12 до 18 г/100 мл, и наиболее предпочтительно от 14 до 18 г/100 мл, в которой вся или большая часть указанного белка включает мицеллярный казеин.
В контексте этой заявки словосочетание «вся или большая часть» относительно мицеллярного казеина следует интерпретировать как количество мицеллярного казеина, которое варьирует от 70 до 100% от общего белка.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения питательная композиция изобретения включает опционально максимально 30% по весу казеината, исходя из общего веса белка.
В соответствии в другим вариантом осуществления настоящего изобретения белок предоставляет от 10% до 100%, предпочтительно от 20% до 80%, более предпочтительно от 30% до 70%, наиболее предпочтительно от 30% до 60% общего энергосодержания композиции. Высокие уровни содержания белка являются выигрышными для пациентов, которые могут не иметь физической возможности получать большие объемы, например, пациенты с ограниченным водным режимом. Таким пациентам можно давать сниженное количество жидкости и при этом они будут все еще получать необходимое количество ежедневной питательной поддержки. Композицию можно применять в качестве полноценного питания, в дополнение к или вместо нормального потребления пищи. Композицию также можно применять в качестве поддержки, в дополнение к нормальному потреблению пищи, когда прием жиров и углеводов представляет меньший интерес.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения питательная композиция имеет плотность энергии по меньшей мерее 0,36 ккал/мл, более предпочтительно по меньшей мере 1,0 ккал/мл, в частности по меньшей мере 1,5 ккал/мл композиции, более конкретно по меньшей мере 2,0 ккал/мл.
Хотя композиция обладает высокой плотностью энергии, благодаря выбору подходящих хелатирующих средств в соответствии с изобретением она также может обладать достаточно низкой вязкостью для обеспечения ее поглощения людьми, которые имеют трудности с поглощением продуктов, или которые находятся на зондовом питании. Таким образом, в одном варианте осуществления питательная композиция представляет собой жидкую, предпочтительно с вязкостью менее 200 мПз, предпочтительно менее 80 мПз, предпочтительно менее 70 мПз, более предпочтительно 50 мПз, еще более предпочтительно менее 40 мПз, наиболее предпочтительно равной приблизительно 20 мПз.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения количество мицеллярного казеина в питательной композиции в соответствии с изобретением составляет по меньшей мере 70% по весу, предпочтительно по меньшей мере 80% по весу, более предпочтительно по меньшей мере 90% по весу, более предпочтительно по меньшей мере 95% по весу и наиболее предпочтительно 100% по весу от общего белка, присутствующего в питательной композиции.
Как было упомянуто выше, питательная композиция настоящего изобретения не должна содержать больших количеств белков, отличных от мицеллярного казеина и, в соответствии с одним вариантом осуществления, опционально максимально 30% по весу казеината. В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения питательная композиция может включать вплоть до 15% по весу молочной сыворотки, предпочтительно менее или равное 10% по весу количество молочной сыворотки, более предпочтительно от 1 до 10% по весу от общего белка, присутствующего в питательной композиции; в одном варианте осуществления композиция включает менее или равное 5% по весу количество молочной сыворотки от общего белка, присутствующего в питательной композиции.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения весовое соотношение мицеллярного казеина к казеинату варьирует от приблизительно 100:0 до приблизительно 70:30. Предпочтительно весовое соотношение мицеллярного казеина к казеинату варьирует от приблизительно 80:20 до приблизительно 100:0.
Питательная композиция в соответствии с изобретением создана как для поддержки питания человека, так и для предоставления полноценной питательной поддержки. Таким образом, композиция в соответствии с изобретением может дополнительно содержать по меньшей мере жир и/или углевод и/или источник витаминов, минералов, микроэлементы и/или источник недигестивных углеводов. Предпочтительно композиция в соответствии с изобретением представляет собой полноценную с питательной точки зрения композицию.
В одном варианте осуществления изобретение касается способа предоставления питания человеку при необходимости в таковом, включающего стадии введения указанному человеку питательной композиции, как описано здесь. Человек предпочтительно является пожилым или болеющим человеком, человеком, выздоравливающим после болезни, человеком с пониженным питанием или здоровым человеком, таким как спортсмен или спортсменка или активный пожилой человек. В связи с этим предложено, что в контексте этой патентной заявки пожилой человек представляет собой человека в возрасте от 50 лет и старше, в частности в возрасте от 55 лет и старше, более конкретно в возрасте от 60 лет и старше, более конкретно в возрасте от 65 лет и старше.
Жиры
В одном варианте осуществления настоящая питательная композиция дополнительно содержит жиры. Количество жиров может варьировать между 5 и 95%, предпочтительно между 10 и 70%, более предпочтительно между 20 и 40% относительно общего энергосодержания композиции.
C учетом типа жиров возможен широкий выбор, поскольку жиры имеют пищевое назначение. Жиры могут быть животными жирами или растительными, или и теми и другими. Хотя животные жиры, такие как свиное сало или масло, исходно имеют равную калорическую и питательную ценность и могут применяться взаимозаменяемо, растительные масла являются высоко предпочтительными в практике настоящего изобретении из-за их быстрой доступности, легкости получения, отсутствия холестерина и более низких концентраций насыщенных жирных кислот. В одном варианте осуществления настоящая композиция включает рапсовое масло, кукурузное масло и/или подсолнечное масло.
Жиры могут включать источник среднецепочечных жирных кислот, таких как среднецепочечные триглицериды (MCT, в основном длиной от 8 до 10 атомов углерода), источник длинноцепочечных жирных кислот, таких как длинноцепочечные триглицериды (LCT) и фосфолипид-связанные жирные кислоты, такие как фосфолипид-связанные EPA или DHA или любую комбинацию двух типов источников. MCT являются выигрышными, поскольку они легко абсорбируются и метаболизируются у пациентов, находящихся в метаболическом стрессе. Более того, применение MCT снижает риск мальабсорбции питательных веществ. Источники LCT, такие как каноловое масло, рапсовое масло, подсолнечное масло, соевое масло, оливковое масло, кокосовое масло, пальмовое масло, льняное масло, жир морских млекопитающих или кукурузное масло, являются выигрышными, поскольку известно, что LCT могут модулировать иммунный ответ в организме человека.
В одном специфическом варианте осуществления жиры включают от 30 до 60% по весу животных, водорослевых или грибковых жиров, от 40 до 70% по весу растительных жиров и опционально от 0 до 20% по весу MCT, исходя из общего содержания жиров композиции. Животные жиры предпочтительно включают низкое содержание молочных жиров, т.е. ниже 6% по весу, особенно ниже 3% по весу, исходя из общего содержания жиров. В частности применяют смесь кукурузного масла, яичного масла и/или канолового масла и специфическое количество жира морских млекопитающих. Яичные масла, рыбий жир и водорослевые масла являются предпочтительным источником жиров нерастительного происхождения. В частности для композиций, которые нужно принимать перорально с целью предотвращения появления неприятных вкусов и снижения рыбного послевкусия, рекомендуют выбирать ингредиенты, которые содержат относительно небольшое количество докозагексаеновой кислоты (DHA), т.е., менее 6% по весу, предпочтительно менее 4% по весу, основываясь на общих жирах. Жиры морских млекопитающих, содержащие DHA, предпочтительно присутствуют в композиции в соответствии с изобретением в количестве менее 25% по весу, предпочтительно менее 15% по весу, исходя из общего содержания жиров. С другой стороны включение эйкозапентаеновой кислоты (EPA) является чрезвычайно желательным для получения максимального влияния на здоровье. Таким образом, в другом варианте осуществления количество EPA может варьировать между 4% по весу и 15% по весу, более предпочтительно между 8% по весу и 13% по весу, исходя из общего содержания жиров. Весовое соотношение EPA:DHA преимущественно составляет по меньшей мере 6:4, например между 2:1 и 10:1. В еще одном варианте осуществления количество EPA очень низкое, такое как от 0,1 до 1% по весу, предпочтительно 0,3% по весу или 0,6% по весу, исходя из общего содержания жиров.
Также питательная композиция в соответствии с изобретением может выигрышно включать эмульгатор. Можно применять хорошо известные эмульгаторы, и в целом эмульгаторы вносят вклад в энергосодержание жиров в указанной композиции.
Дигестивные углеводы
В одном варианте осуществления настоящего изобретения питательная композиция в соответствии с изобретением дополнительно включает дигестивные углеводы. Предпочтительно дигестивные углеводы обеспечивают между 30 и 60% энергосодержания композиции в соответствии с изобретением. Дигестивные углеводы могут включать как простые, так и сложные углеводы или любую смесь вышеперечисленных веществ. Подходящими для применения в настоящем изобретении являются глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, трегалоза, палатиноза, кукурузная патока, солод, мальтоза, изомальтоза, частично гидролизованный кукурузный крахмал, мальтодекстрины, глюкозо-олиго- и полисахариды.
Композиция дигестивных углеводов предпочтительно такова, что избегаются высокие вязкости, чрезвычайная сладость, чрезвычайное потемнение (реакции Майара) и чрезвычайная осмолярность. Приемлемых вязкостей и осмолярностей можно достичь путем регулирования средней длины цепочки (средняя степень полимеризации, DP) дигестивных углеводов между 1,5 и 6, предпочтительно между 1,8 и 4. C целью избежания чрезвычайной сладости общий уровень сахарозы и фруктозы предпочтительно ниже 60%, более предпочтительно менее 52%, более предпочтительно меньше 40% веса углеводов, в частности дигестивных углеводов. Длинноцепочечные дигестивные углеводы, такие как крахмал, частицы крахмала и умеренный гидролизат крахмала (DE>1, DE<20) также могут присутствовать, предпочтительно в количестве менее 25% по весу, в частности меньше 15% по весу дигестивных углеводов и менее 6 г/100 мл, предпочтительно менее 4 г/100 мл общей энтеральной композиции в соответствии с изобретением.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают мальтодекстрозу с высоким DE (декстрозный эквивалент). В одном варианте осуществления дигестивные углеводы включают мальтодекстрозу с DE >10, предпочтительно с DE >20, более предпочтительно >30 или даже >40, таким как DE, равным приблизительно 47. В одном варианте осуществления настоящего изобретения дигестивный углевод включает мальтодекстрозу с DE >10 и сахарозу.
На удивление применение мальтодекстрозы ведет к уменьшению или отсутствию реакции Майара в продуктах при нагревании. Без связи с каким-либо объяснением этот эффект можно отнести к тому факту, что компактная структура мицеллярного казеина предполагает мало реакционных центров лизина для реакции Майара. В одном варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают мальтодекстрозу с высоким DE в количестве по меньшей мере 35% по весу, предпочтительно по меньшей мере 50% по весу, предпочтительно по меньшей мере 65% по весу, предпочтительно по меньшей мере 90% по весу от общего веса дигестивных углеводов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают мальтодекстрозы в низким DE от 2 до 20. В одном варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают мальтодекстрозу с низким DE в количестве менее 35% по весу, предпочтительно менее 20% по весу, предпочтительно менее 10% по весу дигестивных углеводов. Мальтодекстроза с нижним DE также может называться мальтодекстрином. В другом варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают мальтодекстрозу с высоким DE, предпочтительно с DE > 20, предпочтительно > 30 или даже > 40, наиболее предпочтительно с DE приблизительно 47 в комбинации с мальтодекстрозой с низким DE, предпочтительно низким DE от 2 до 20, более предпочтительно с низким DE от 2 до 10, наиболее предпочтительно с низким DE приблизительно равным 2. Как известно, мальтодекстроза с низким DE, таким как приблизительно 2, является источником высокой вязкости. Мальтодекстроза с высоким DE, таким как приблизительно 47, является источником низкой вязкости, но является очень сладкой. Комбинация обеих мальтодекстроз оптимизирует баланс между сладостью и вязкостью. В одном варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают по меньшей мере 65% по весу, предпочтительно по меньшей мере 90% по весу, исходя из общего веса дигестивных углеводов мальтодекстрозы с DE>40, предпочтительно с DE равным приблизительно 47, и от 0 до 10% по весу мальтодекстрозы с DE от 2 до 10, предпочтительно с DE, равным приблизительно 2.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают трегалозу. Одной из важных целей изобретения является предоставление питательной композиции с низкой вязкостью. Сахароза хорошо подходит для этой цели, но является источником очень сладких композиций, что в целом не нравится потребителю. Для мальтодекстрозы с низким DE, таким как приблизительно 2, не характерен последний недостаток, но она является источников высокой вязкости. Мальтодекстроза с высоким DE, таким как приблизительно 47, является источником низкой вязкости, но опять же является очень сладкой и является дополнительным источником нежелательных реакций Майара. Трегалоза является предпочтительным выбором среди углеводов, поскольку она является источников низкой вязкости, реакции Майара отсутствуют, и она обладает сладостью примерно равной половине сладости сахарозы. В одном варианте осуществления настоящего изобретения дигестивные углеводы включают трегалозу в количестве от 20% до 60% веса углеводов, в количестве от 20% до 45%, более предпочтительно в количестве от 25% до 45% веса дигестивных углеводов.
Витамины, минералы и микроэлементы
Композиция в соответствии с изобретением может содержать различные витамины, минералы и микроэлементы.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения композиция в соответствии с изобретением предоставляет все необходимые витамины, большую часть минералов и микроэлементов. Например, композиция в соответствии с изобретением предпочтительно предоставляет 6 мг цинка на 100 мл композиции, что является выигрышным для регенерации тканей у выздоравливающего пациента. Предпочтительно композиция в соответствии с изобретением (также) предоставляет 25 мг витамина С на 100 мл композиции для помощи пациентам с более серьезными требованиями к выздоровлению. Дополнительно, предпочтительно композиция в соответствии с изобретением (также) предоставляет 2,25 мг железа на 100 мл композиции. Железо является выигрышным для поддержания жидкостей организма, а также функций кровеносной системы у пожилых пациентов.
Изобретение подразумевает, что композиция в соответствии с настоящим изобретением может содержать количества натрия и/или калия, находящиеся за пределами законодательства FSMP (Foods for Special Medical Purposes).
Недигестивные углеводы
Энтеральную питательную композицию в соответствии с изобретением можно опционально обогатить недигестивными углеводами (клетчаткой), такими как фруктоолигосахариды или инулин. В варианте осуществления настоящего изобретения композиция в соответствии с изобретением включает от 0,5 г/100 мл до 6 г/100 мл недигестивных углеводов. Клетчатка включает недигестивные олигосахариды, имеющие DP от 2 до 20, предпочтительно от 2 до 10. Более предпочтительно эти олигосахариды не содержат значительные количества (менее 5% по весу) сахаридов за пределами диапазона этих DP, и они являются растворимыми. Эти олигосахариды могут включать фруктоолигосахариды (FOS), трансгалактоолигосахариды (TOS), ксилоолигосахариды (XOS), соевые олигосахариды и им подобные. Опционально в соответствии с изобретением также в композицию можно включать компоненты с большим молекулярным весом, такие как инулин, соевые полисахариды, акациевые полисахариды (акациевая клетчатка или аравийская камедь), целлюлоза, резистентный крахмал и им подобные. Количество нерастворимых волокон, таких как целлюлоза, предпочтительно ниже 20% по весу фракции клетчатки в композиции в соответствии с изобретением, и/или ниже 0,6 г/100 мл. Количество загущающих полисахаридов, таких как каррагенаны, ксантаны, пектины, галактоманнаны и других недигестивных полисахаридов с высоким молекулярным весом (DP > 50) предпочтительно мало, т.е. составляет менее 20% от веса фракции клетчатки или менее 1 г/100 мл. Вместо них можно с преимуществом включать гидролизованные полисахариды, такие как гидролизованные пектины и галактоманнаны.
Предпочтительный компонент клетчатки представляет собой недигестивный олигосахарид с длиной цепи (DP) от 2 до 10, например, Fibersol (резистентная олигоглюкоза), в частности, гидрогенизированный Fibersol или смесь олигосахаридов, имеющих DP от 2 до 10, таких как фруктоолигосахариды или галактоолигосахариды, которые могут также содержать небольшое количество более высоких сахаридов (например, с DP от 11 до 20). Такие олигосахариды предпочтительно включают от 50% по весу до 90% по весу клетчатки, или от 0,5 г/100 мл до 3 г/100 мл композиции в соответствии с изобретением. Другие подходящие компоненты клетчатки включают сахариды, которые являются только частично дигестивными.
В конкретном варианте осуществления композиция в соответствии с изобретением включает один или более фруктоолигосахариды, инулин, акациевые полисахариды, соевые полисахариды, целлюлозу и резистентный крахмал.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения композиция в соответствии с изобретением может включать смесь нейтральных и кислых олигосахаридов, как раскрыто в WO 2005/039597 (N.V. Nutricia), который включен в настоящую заявку во всей полноте посредством ссылки. Более конкретно, кислый олигосахарид обладает степенью полимеризации (DP) между 1 и 5000, предпочтительно между 1 и 1000, более предпочтительно между 2 и 250, еще более предпочтительно между 2 и 50, наиболее предпочтительно между 2 и 10. Если применяют смесь кислых олигосахаридов с различной степенью полимеризации, средняя DP смеси кислых олигосахаридов предпочтительно составляет от 2 до 1000, более предпочтительно между 3 и 250, еще более предпочтительно между 3 и 50. Кислые олигосахариды могут представлять собой гомогенные или гетерогенные углеводы. Кислые олигосахариды можно изготовить из пектина, пектата, алгината, хондроитина, гиалуроновых кислот, гепарина, гепарана, бактериальных углеводов, сиалогликанов, фукоидана, фукоолигосахаридов или каррагенанов, и предпочтительно изготавливают из пектина и алгината. Кислые олигосахариды можно изготовить при помощи способов, описанных в WO 01/60378, который раскрыт в данной заявке посредством ссылки. Кислый олигосахарид предпочтительно изготавливают из высоко метоксилированного пектина, который характеризуется степенью метоксилирования более 50%. Как применяют здесь и выше, «степень метоксилирования» (также называемая DE или «степень этерификации») означает протяжение, на котором этерифицируются свободные группы карбоксиловой кислоты, содержащиеся в цепи полигалактоуроновой кислоты (например, при помощи метилирования). Кислые олигосахариды предпочтительно характеризуются степенью метоксилирования более 20%, предпочтительно более 50%, еще более предпочтительно более 70%. Предпочтительно кислые олигосахариды обладают степенью метилирования более 20%, предпочтительно более 50%, еще более предпочтительно более 70%. Кислые олигосахариды предпочтительно вводят в количестве между 10 мг и 100 г в день, предпочтительно между 100 мг и 50 г в день, еще более предпочтительно между 0,5 и 20 г в день.
Термин «нейтральные олигосахариды», применяемый в настоящем изобретении, относится к олигосахаридам, имеющим степень поляризации монозных единиц превышающую 2, более предпочтительно превышающую 3, еще более предпочтительно превышающую 4, наиболее предпочтительно превышающую 10, которые не являются или являются частично перевариваемыми в кишечнике под действием кислот или дигестивных энзимов, присутствующих в верхних отделах желудочно-кишечного тракта человека (тонкий кишечник и желудок), но которые ферментируются кишечной флорой человека и предпочтительно имеют недостаток кислотных групп. Нейтральный олигосахарид структурно (химически) отличается от кислого олигосахарида. Термин «нейтральные олигосахариды», применяемый в настоящем изобретении, предпочтительно относится к сахаридам, которые имеют степень полимеризации олигосахарида ниже 60 монозных единиц, предпочтительно ниже 40, еще более предпочтительно ниже 20, наиболее предпочтительно ниже 10. Термин «монозные единицы» относится к единицам со структурой закрытого кольца, предпочтительно гексозы, например, в форме пиранозы или фуранозы. Нейтральный олигосахарид предпочтительно включает по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 95% монозных единиц, выбираемых из группы, состоящей из маннозы, арабинозы, фруктозы, фукозы, рамнозы, галактозы, -D-галактопиранозы, рибозы, глюкозы, ксилозы и производных вышеперечисленных веществ, рассчитываемых из монозных единиц, содержащихся в них.
n
n
n
n
n
n
Подходящие нейтральные олигосахариды предпочтительно ферментируются флорой кишечника. Предпочтительно олигосахарид выбирают из группы, состоящей из: целлобиозы (4-О-β-D-глюкопиранозил-D-глюкоза), целлодекстринов ((4-О-β-D-глюкопиранозил)-D-глюкоза), В-циклодекстринов (циклические молекулы α-1-4-связанной D-глюкозы; α-циклодекстрин-гексамер, β-циклодекстрин-гептамер и γ-циклодекстрин-октамер), недигестивных декстринов, гентиолигосахаридов (смесь β-1-6-связанных глюкозных остатков, с некоторыми 1-4 связями), глюкоолигосахаридов (смесь α-D-глюкозы), изомальтоолигосахаридов (линейные α-1-6 связанные глюкозные остатки с несколькими 1-4 связями), изомальтозы (6-О-α-D-глюкопиранозил-D-глюкоза); изомальтриозы (6-О-α-D-глюкопиранозил-(1-6)-α-D-глюкопиранозил-D-глюкоза), панозы (6-О-α-D-глюкопиранозил-(1-6)-α-D-глюкопиранозил-(1-4)-D-глюкоза), левкрозы (5-О-α-D-глюкопиранозил-D-фруктопиранозид), палатинозы или изомальтулозы (6-О-α-D-глюкопиранозил-D-фруктоза), теандерозы (О-α-D-глюкопиранозил-(1-6)-О-α-D-глюкопиранозил-(1-2)-В-D-фруктофуранозид), D-агатозы, D-ликсо-гексулозы, лактосукрозы (О-β-D-галактопиранозил-(1-4)-О-α-D-глюкопиранозил-(1-2)-β-D-фруктофуранозид), α-галактоолигосахаридов, включая рафинозу, стахиозу и другие соевые олигосахариды (О-α-D-галактопиранозил-(1-6)-α-D-глюкопиранозил-β-D-фруктофуранозид), β-галактоолигосахаридов или трансгалактоолигосахаридов (β-D-галактопиранозил-(1-6)-[β-D-глюкопиранозил]-(1-4)-α-D-глюкоза), лактулозы (4-О-β-D-галактопиранозил-D-фруктоза). 4'-галактосиллактозы (О-D-галактопиранозил-(1-4)-О-β-D-глюкопиранозил-(1-4)-D-глюкопираноза), синтетических галактоолигосахаридов (неогалактобиозы, изогалактобиозы, галсукрозы, изолактозы I, II, III), фруктанов типа Levan (β-D-(2→6)-фруктофуранозил)-α-D-глюкопиранозид), фруктанов типа Inulin (β-D-((2→1)-фруктофуранозил)-α-D-глюкопиранозид), 1 f-β-фруктофуранозилнистозы (β-D-((2→1)-фруктофуранозил)-B-D-фруктофуранозид), ксилоолигосахаридов (β-D-((1→4)-ксилоза), лафинозы, лактосукрозы и арабиноолигосахаридов.
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления нейтральный олигосахарид выбирают из группы, состоящей из фруктанов, фруктоолигосахаридов, недигестивных декстринов галактоолигосахаридов (включая трансгалактоолигосахариды), ксилоолигосахариды, фукоолигосахариды и смеси вышеперечисленных веществ. Наиболее предпочтительно нейтральные олигосахариды выбирают из группы, состоящей из фруктоолигосахаридов, галактоолигосахаридов и трансгалактоолигосахаридов.
Подходящие олигосахариды и способы их производства дополнительно описаны у Laere K.J.M. (Laere, K.J.M., Degradation of structurally different non-digestible oligosaccharides by intestinal bacteria: glycosylhydrolases of Bi. adolescentis. PhD-thesis (2000), Wageningen Agricultural University, Wageningen, The Netherlands), включенном в данную заявку во всей полноте посредством ссылки. Трансгалактоолигосахариды (TOS), например, продают под торговой маркой Vivinal™ (Borculo Domo Ingredients, Netherlands). Недигестивные декстрины, которые можно производить путем пиролиза кукурузного крахмала, включают α(1→4) и α(1→6) глюкозидные связи, поскольку они присутствуют в природном крахмале, и содержат 1→2 и 1→3 связи и левоглюкозан. Из-за этих структурных характеристик недигестивные декстрины содержат хорошо развитые, разветвленные частицы, которые частично перевариваются дигестивными энзимами человека. Множество других коммерческих источников недигестивных олигосахаридов общедоступны и известны специалистам. Например, трансгалактоолигосахариды доступны от Yakult Honsha Co., Tokyo, Japan. Олигосахариды соевых бобов доступны от Calpis Corporation и поставляются Ajinomoto U.S.A. Inc., Teaneck, N.J.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления композиция в соответствии с изобретением включает кислый олигосахарид с DP между 2 и 250, изготовленные из пектина, альгината и смеси вышеперечисленных веществ; и нейтральный олигосахарид, выбираемый из группы, состоящей из фруктанов, фруктоолигосахаридов, недигестивных декстринов, галактоолигосахаридов, включая трансгалактоолигосахариды, ксилоолигосахариды, арабиноолигосахариды, глюкоолигосахариды, манноолигосахариды, фукоолигосахариды и смесь вышеперечисленных веществ.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления композиция в соответствии с изобретением включает два химически различных нейтральных олигосахарида. Обнаружено, что введение кислых олигосахаридов в сочетании с двумя химически отличными нейтральными олигосахаридами обеспечивает оптимальный синергичный иммуностимулирующий эффект:
Предпочтительно композиция в соответствии с изобретением включает:
- кислый олигосахарид, как определено выше;
- основанный на галактозе нейтральный олигосахарид (в котором более 50% монозных единиц представляют собой галактозные единицы), предпочтительно выбираемый из группы, состоящей из галактоолигосахарида и трансгалактоолигосахарида; и
- основанный на фруктозе и/или глюкозе нейтральный олигосахарид (в котором более 50% монозных единиц представляют собой фруктозные и/или глюкозные, предпочтительно фруктозные единицы), предпочтительно инулин, фруктан и/или фруктоолигосахарид, наиболее предпочтительно длинноцепочечный фруктоолигосахарид (со средним DP от 10 до 60).
Смесь кислых и нейтральных олигосахаридов предпочтительно вводят в количестве между 10 мг и 100 г в день, предпочтительно между 100 мг и 25 г в день, еще более предпочтительно между 0,5 и 20 г в день.
Вязкость и осмолярность
-1
В контексте этого изобретения вязкость измеряют в ротационном вискозиметре с применением системы двух цилиндров (cup-and-bob) при 20°С и скорости сдвига 50 с.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения вязкость энтеральной питательной композиции составляет меньше 200 мПз, более предпочтительно менее 150 мПз, более предпочтительно менее 120 мПз, более предпочтительно менее 100 мПз, более предпочтительно менее 80 мПз и наиболее предпочтительно 50 мПз. Низкая вязкость является идеальной для перорального введения жидкой питательной композиции в соответствии с изобретением, поскольку человек может легко употребить поданное с низкой вязкостью, например, такой как показано в настоящем изобретении. Это также является идеальным для единиц дозирования при кормлении через трубку.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения вязкость энтеральной питательной композиции составляет более 200 мПз, более предпочтительно более 400 мПз, более предпочтительно более 600 мПз. Высокая вязкость является идеальной для производства пудинга, желе или полутвердой или полужидкой композиции. Это также является идеальным для единиц дозирования, потребляемых ложкой.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения осмолярность композиции предпочтительно ниже 1200 мОсм/л, более предпочтительно ниже 900 мОсм/л, более предпочтительно ниже 800 мОсм/л и наиболее предпочтительно ниже 700 мОсм/л.
Единица дозирования
Энтеральная питательная композиция в соответствии с изобретением может иметь форму полноценного питания, т.е., может соответствовать всем питательным нуждам потребителя. Так, она предпочтительно содержит от 1200 до 2500 ккал ежедневного дозирования. Объемы ежедневного дозирования дают с расчетом ежедневной энергетической поддержки в 2000 ккал для здорового взрослого, имеющего вес 70 кг. Для людей с отличным состоянием и отличным весом следует соответственно адаптировать уровни. Понятно, что среднее ежедневное энергопотребление предпочтительно составляет приблизительно 2000 ккал. Полноценное питание может быть в виде множества единиц дозирования, например, от 4 (250 мл/ед.) до 40 (20 мл/ед.) в день для поддержания энергии в 2000 ккал/день с применением энтеральной питательной композиции в соответствии с изобретением в количестве 2,0 ккал/мл.
Энтеральная питательная композиция также может быть поддержкой питания, например, применяться в дополнении к немедицинскому питанию. Предпочтительно в качестве поддержки энтеральная питательная композиция содержит в ежедневном дозировании менее 1500 ккал, в частности, в качестве поддержки энтеральная питательная композиция содержит от 400 до 1000 ккал в ежедневном дозировании. Поддержка питания может быть в виде множества единиц дозирования, например, от 2 (250 мл/ед.) до 10 (50 мл/ед.) в день для поддержания энергии в 1000 ккал/день с применением энтеральной питательной композиции в соответствии с изобретением в количестве 2,0 ккал/мл.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения единица дозирования включает любое количество энтеральной питательной композиции в соответствии с изобретением между 10 мл и 250 мл, включая конечные величины этого диапазона, предпочтительно любое количество между 25 мл и 200 мл, включая конечные величины этого диапазона, более предпочтительно любое количество между 50 мл и 150 мл, включая конечные величины этого диапазона, наиболее предпочтительно приблизительно 125 мл. Например, человек, получающий 50 мл единицы дозирования, может получать 10 единиц дозирования в день для получения питательной поддержки с применением энтеральной питательной композиции в соответствии с изобретением в количестве 2,0 ккал/мл. Как вариант, человек, получающей 125 мл единицы дозирования может получать 4 или 5 или 6 или 7 или 8 единиц дозирования в день для получения питательной поддержки с применением энтеральной питательной композиции в соответствии с изобретением в количестве 2,0 ккал/мл. Такие низкие единицы дозирования являются предпочтительными из-за лучшей комплаентности.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения композицию предоставляют в готовом для применения виде, без необходимости ее преобразования и перемешивания перед применением. Композицию в соответствии с изобретением можно вводить через зонд или перорально. Например, композиция в соответствии с изобретением может предоставляться в банке, на спайке и в ручной сумке. Тем не менее, композиция может предоставляться человеку при необходимости в таковой в виде порошка, подходящего для преобразования с применением водного раствора или воды, так чтобы получалась композиция в соответствии с изобретением.
Так, в одном варианте осуществления настоящего изобретения настоящая композиция находится в виде порошка, сопровождаемого инструкциями для растворения или преобразования в водной композиции или воде для получения жидкой питательной энтеральной композиции в соответствии с настоящим изобретением. В одном варианте осуществления настоящего изобретения настоящая жидкая питательная энтеральная композиция может так быть получена путем растворения или преобразования порошка, предпочтительно в водной композиции, в частности, в воде.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения композицию в соответствии с изобретением можно применять в качестве основы для производства полутвердых питательных композиция, таких как крем, пудинг, сладкий соус, суп, мороженое или желе. С этой целью композицию в соответствии с изобретением подвергают обработке для превращения композиции с низкой вязкостью в соответствии с изобретением в более твердую или вязкую, например, при помощи добавления загущающих средств или желирующих средств, и далее превращают смесь в конечный продукт. Загущающие средства и/или желирующие средства также могут присутствовать в препарате из более ранней стадии обработки, или даже растворяться вместе с питательными веществами в начале процесса.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения композиция в соответствии с изобретением запакована. Упаковка может обладать любой подходящей формой, например, в виде коробки квадратной формы, например, быть пустой с соломой внутри; коробки или пластикового сосуда со съемной крышкой; небольших размеров бутылки, например, для диапазона от 80 до 200 мл, и маленьких чашек, например, для диапазона от 10 до 30 мл. Другим подходящим вариантом упаковки является включение небольших объемов жидкости (например, от 10 мл до 20 мл) в съедобные твердые или полутвердые корпусы или капсулы, например, желатиноподобные покрытия и им подобные. Другим подходящим вариантом упаковки является порошок в контейнере, например, саше, предпочтительно с инструкциями по растворению или преобразования в водной композиции или воде.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Нижеследующее служит для подтверждения идей изобретения. Тем не менее, изобретение не считается связанным какими-либо теориями и гипотезами для объяснения наблюдаемых явлений, данного ниже.
Применение простых концентрированных молочных систем вместо полноценных медицинских питательных рецептов (т.к., систем, содержащих высокие концентрации моно- и двухвалентных ионов, углеводов и жиров), является эффективным способом определить влияние фосфатов и цитратов на объемность мицелл казеина. Мы выбрали имеющийся в продаже источник белка, а именно изолят мицеллярного казеина (MCI), который содержит пренебрежительно малое количество белка молочной сыворотки, и приготовили 9% масс/об растворов с высоким содержанием белка, к которому добавили фосфат и цитрат в концентрациях широкого диапазона. В этой заявке мы раскрываем влияние орто- и полифосфатов и цитата на объемность мицелл казеина. Измерения вязкости и ультрацентрифугирования производили с целью исследования изменений в конечном растворе и объемности мицелл казеина. В то время как измерения мутности и активности ионов кальция производили с целью исследования изменений внутри мицелл казеина. В этом описании мы применяем только термины «набухание» или «сжатие» или «диссоциация» мицелл, и «неспецифическое высвобождение казеина», когда мы обсуждаем изменение объемности мицелл казеина, поскольку специфическое высвобождение казеина в этом исследовании не наблюдалось.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Приготовление образца
[4,3]
Для приготовления раствора 9 масс./об. % изолята мицеллярного казеина, MCI (Nutripro™, DairyGold Food Ingredients, Cork, Ireland), растворяют порошок белка в 80% от общего количества деминерализованной воды при температуре внешней среды при помешивании в 600 об./мин. при помощи лабораторной мешалки (RW 20.n, IKA Labortechnik, Staufen, Germany). 9 масс./об. % раствора MCI содержат приблизительно 8,5 ммоль/л натрия, 4,2 ммоль/л калия, 2,5 ммоль/л хлорида, 59,8 ммоль/л кальция, 43,5 ммоль/л фосфора и 3,1 ммоль/л магния. Белковый раствор гомогенизируют при помощи лабораторного гомогенизатора высокого давления (NS2006L, GEA Niro Soari S.P.A., Parma, Italy) при 350+50 бар для получения одной казеиновой мицеллы с диаметром D в 0,15 мкм, что установлено при помощи Mastersizer 2000, содержащего гидро 2000G водяную баню (Malvern Instruments, Worcestershire, England). Температура белкового раствора после гомогенизации составляет 40ºС.
Далее в концентрационном диапазоне 0-105 мэкв/л добавляют динатрийуридинмонофосфат (Yamasa Corporation, Chiba, Japan), динатрия кислый фосфат (Merck & Co. Inc, Darmstadt, Germany), натрийгексаметафосфат (VWR International Ltd, Poole, England), фитиновой кислоты додеканатрийгидрат (Sigma-Aldrich GmbH, Steinheim, Germany) или тринатрийцитрат (Gadot Biochemical Industries Ltd., Haifa Bay, Israel). Концентрации основывались на миллиэквивалентах фосфатов и цитрата, добавляемых к образцам со сходными величинами зарядов. Применяют только источники натрия, поскольку тип противоиона также может влиять на взаимодействие белков и минералов (Fox, Harper & Pallansch, 1965). pH образцов регулируют до 7,0±0,05 при помощи 1 моль/л гидроксида натрия (Sigma-Aldrich GmbH, Steinheim, Germany) или 1 моль/л соляной кислоты (Merck & Co. Inc, Darmstadt, Germany) после перемешивания в течение 30 минут. Наконец, образцы приводят к конечной концентрации белка в 9 масс./об. % при помощи деминерализованной воды. Образцы хранят в течение ночи при 20ºС в течение приблизительно 17 часов. pH образцов регулируют до 7,0±0,05 на следующее утро в случае появившихся во время хранения отклонений. Отклонения, которые появляются во время хранения, небольшие, и внешний вид образцов не показывает признаков порчи. Образцы анализируют в двух повторениях на их конечный pH, активность ионов кальция, мутность и вязкость. Образцы ультрацентрифугируют, и осадок и надосадочную жидкость собирают, взвешивают и анализируют на содержание белка.
Активность ионов кальция
Активность ионов кальция измеряют при помощи Mettler Toledo Seven Multi™ (при помощи Inlab Expert Pro pH-метра) прибора для измерения кальция (Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland), при помощи электрода Orion 9300BH и контрольного электрода Orion 900100. Калибровка электродов, измерения образцов и подсчеты активности ионов кальция производят так, как описано у De Kort с соавт. (2009).
Мутность
Мутность измеряют при помощи спектрофотометра (4053 Kinetics, LKB, Biochrom, Midland, Canada). Применяют пластиковые кюветы с ходом 1 см. Измерения проводят при температуре внешней среды с применением длины волн в 700 нм. Образцы разводят до 10% от их исходного сухого вещества в деминерализованной воде, чтобы они были в пределах определяемых границ спектрофотометра.
Вязкость
-1
-1
Образцы анализируют при 20ºС при помощи MCR 300 реометра (Anton Paar Physica, Graz, Austria) с применением формы чашки (цилиндр CC27) и диска. Вязкость измеряют при скорости сдвига от 1 сдо 1000 с. Большая часть образцов ведет себя как ньютоновские жидкости.
Ультрацентрифугирование
Ультрацентрифугирование проводят при помощи ультрацентрифуги Centrikon T-1080A (Kontron Instruments Ltd., Milano, Italy) с титановым угловым ротором (тип TFT 45.94). Образцы ультрацентрифугируют при 150000 g при 20ºС в течение 60 минут. Надосадочную жидкость и осадочную фракцию отделяют, взвешивают и анализируют на содержание белка.
Содержание белка
Содержание белка определяют в ультрацентрифугированном осадке, надосадочной жидкости и общих образцах. Анализатор Азота и Белка NA 2100 (CE Instruments, Milan, Italy) применяют для определения содержания азота в образцах при помощи метода Дюма. Коэффициент преобразования 6,38 берут для преобразования содержимого азота и содержимое белка. Приблизительно 100 г образца взвешивают в оловянной чашке. Образец высушивают в духовке при 70ºС в течение 2,5 часов. После добавляют 25 г абсорбентов (82009101, Interscience B.V., Breda, The Netherlands) и чашку закрывают. Чашки помещают в автоматический пробозабор и анализируют на содержание азота.
Объемность
-1
max
0
Объемность мицеллы высчитывают двумя способами: из измерений вязкости и ультрацентрифугирования. Величины вязкости помещают в уравнение Эйлера (Eilers, 1941) для высчитывания объема фракции мицелл в растворе. Объемность мицеллы высчитывают из объема фракции. Выбирают вязкость, измеренную при скорости сдвига 50 с, поскольку та скорость сдвига соответствует органолептическому сдвигу во время питья. В расчетах объемности применяют упаковочную объемную концентрацию (Ф) равную 0,79 (Snoeren с соавт., 1982). Вязкость фонового электролита (η) устанавливают равной 1 мПз.
Объемность мицеллы также высчитывают из данных ультрацентрифугирования путем разделения общего объема осадка (мл/г) на количество белка в осадке (г/г). Общий объем осадка высчитывают так, как описано у Van Hooydonk, Hagedoorn & Boerrigter (1986). Объем, занимаемый микроэлементами в осадке, пренебрежительно мал, поскольку в объеме осадка доминируют белки. Объемность выражают в мл/г.
Подтверждено, что объемность мицелл, высчитываемая при помощи измерений вязкости, соответствует объемности мицелл, полученной из ультрацентрифугирования. Результаты, расположенные ниже, основаны на измерениях вязкости.
Список фигур
2
2
4
Фигура 1: Солевое равновесие между свободными ионами кальция, комплексами хелатора кальция и мицелл казеина в молочных системах. Хелаторы в этом исследовании представляют собой NaUMP, NaHPO, SHMP, SP и TSC.
2
2
4
Фигура 2: Активность ионов кальция в 9 масс./об. % растворе MCI как функция от концентрации фосфата и цитрата. Символы представляют: (•) NaUMP; (♦) NaHPO; () SHMP; () SP; (×) TSC.
2
2
4
Фигура 3: Вязкость при скорости сдвига 50 с-1 в 9 масс./об. % растворе MCI как функция от концентрации фосфата и цитрата. Символы представляют: (•) NaUMP; (♦) NaHPO; () SHMP; () SP; (×) TSC.
-1
2
2
4
Фигура 4: Объемность, рассчитанная при помощи уравнения Эйлера, при скорости сдвига 50 с в 9 масс./об. % растворе MCI как функция от концентрации фосфата и цитрата. Символы представляют: (•) NaUMP; (♦) NaHPO; () SHMP; () SP; (×) TSC.
2
2
4
Фигура 5: Количество ультрацентрифугированного осадка в 9 масс./об. % растворе MCI как функция от концентрации фосфата и цитрата. Символы представляют: (•) NaUMP; (♦) NaHPO; () SHMP; () SP; (×) TSC.
2
2
4
Фигура 6: Количество белка в ультрацентрифугированном осадке 9 масс./об. % растворе MCI как функция от концентрации фосфата и цитрата. Символы представляют: (•) NaUMP; (♦) NaHPO; () SHMP; () SP; (×) TSC.
2
2
4
Фигура 7: Соотношение между объемностями, основанными на измерениях вязкости и ультрацентрифугирования. Символы представляют: (•) NaUMP; (♦) NaHPO; () SHMP; () SP; (×) TSC; (―) х=у.
2
2
4
Фигура 8: Мутность 9 масс./об. % раствора MCI, разведенного до 10% от исходного сухого вещества в деминерализованной воде как функция от концентрации фосфата и цитрата. Символы представляют: (•) NaUMP; (♦) NaHPO; () SHMP; () SP; (×) TSC.
Результаты и обсуждение
2
4
2
4
2
2
Активность ионов кальция снижается при добавлении фосфатов и цитрата (Фигура 2), поскольку ионы кальция являются хелатированными из сыворотки и мицелл казеина. Сравнительное снижение активности ионов кальция измерили для SHMP, SP, TSC и NaHPO. Вязкость повышается на сравнительную величину после добавления SP, TSC и NaHPO(Фигура 3). Наибольшее увеличение вязкости измерили для образцов SHMP, что происходит за счет способности SHMP образовывать поперечные связи с казеинами (Kocak & Zadow, 1985; Mizuno & Lucey, 2007; Vujicic с соавт., 1968). Это проводит к гелеобразованию после добавления более 45 мэкв/л SHMP. Активность ионов кальция только незначительно снижается после добавления NaUMP, поскольку NaUMP является слабым связывателем кальция (De Kort с соавт., 2009). Соответственно, вязкость затрагивается пренебрежительно незначительно.
-1
-1
2
4
max
2
4
2
4
2
4
Величины вязкости (при скорости сдвига 50 с) помещают в формулу Эйлера для высчитывания объемности казеиновой мицеллы. Истончение сдвига растворов происходит при более высоких концентрациях хелатора (≥ 75 мэкв/л для SP, TSC и NaHPO, и ≥ 45 мэкв/л для SHMP), когда измеряют более высокие вязкости. Это делает интерпретацию через вязкости при 50 с двусмысленной. Тем не менее, в этой области высокой вязкости точность объемной доли, высчитываемой через уравнение Эйлера, по отношению к истинной величине вязкости является низкой: объемные доли близки к величине Ф для максимальной упаковки. Результаты на Фигуре 4 показывают, что мицелла казеина в 9 масс./об. % растворе MCI обладает объемностью, равной 4,5 мл/г. Walstra с соавт. (2006) измеряли объемность 4 мл/г для мицеллы казеина в молоке. Более высокие объемные доли высчитывались для образцов SHMP, чем для других фосфатов и цитрата, из-за гелеобразования образцов SHMP. Для образцов SHMP, соответственно, объемность мицеллы казеина не может быть выведена из вязкости при помощи уравнения Эйлера, поскольку взаимодействия между мицеллами не являются уже только гидродинамическими по природе. Действие SP, TSC и NaHPO на вязкость и, таким образом, производную объемности, сопоставимы. Объемность мицеллы казеина повышается с 4,5 мл/г (Ф=0,41) до приблизительно 7,5 мл/г (Ф=0,69) после добавления 105 мэкв/л SP, TSC или NaHPO. Добавление SP, TSC или NaHPOне вызывает ни образование поперечных связей с мицеллами казеина, ни желатинизацию в исследованном концентрационном промежутке, что согласуется с поведением TSC в молоке (Mizuno & Lucey, 2005).
2
4
2
Объемность мицеллы казеина можно вывести из ультрацентрифугированных частиц путем разделения общего объема осадка на количество белка в осадке. Количество осадка и количество белка в осадке после ультрацентрифугирования показаны на Фигурах 5 и 6, соответственно. На количество ультрацентрифугированного осадка оказывает влияние время и ускорение центрифугирования, плотность и вязкость растворов, а также плотность и размер мицелл казеина. Количество CCP, казеина и воды, присутствующее в мицеллах, влияет на плотность мицелл (Lin с соавт., 1972): чем больше CCP и казеина присутствуют в (интактных) мицеллах казеина и чем ниже вязкость, тем легче мицеллы преципитируют в осадок. Приблизительно 30 масс./об. % осадка формируется путем ультрацентрифугирования в течение 1 часа 9 масс./об.% MCI, и этот осадок содержит 7,5 масс./об.% белка. Количество осадка и количество белка в осадке снижается после добавления TSC, SP и SHMP, в то время как количество осадка увеличивается и количество белка в осадке незначительно снижается после добавления NaHPOи NaUMP.
2
4
2
Фигура 7 показывает корреляцию объемности, высчитанной из измерений вязкости и ультрацентрифугирования. В целом, объемность, полученная от ультрацентрифугирования, занижает объемности, полученные от вязкости, из-за компрессии “волосатого” внешнего слоя мицелл в осадке. Это также наблюдали Dewan с соавт. (1972) и Van Hooydonk с соавт. (1986). Объемности коррелирует для образцов TSC, SP, NaHPOи NaUMP. Для образцов SHMP они коррелируют вплоть до 15 мэкв/л SHMP, но начинают отклоняться при более высоких концентрациях SHMP. Это происходит из-за высокой вязкости, измеренной в образцах SHMP. Объемность мицелл казеина, высчитанная из измерений вязкости, является переоцененной в образцах SHMP, поскольку казеины связаны поперечными связями. Количество ультрацентрифугированного осадка также ниже при более высокой вязкости. Таким образом, объемность мицеллы казеина в образцах SHMP нельзя высчитать ни через вязкость, ни через ультрацентрифугирование.
2
4
2
2
4
Хелаторы кальция также влияют на мутность растворов молока (Odagiri & Nickerson, 1964). Мутность 9 масс./об.% раствора мицелл казеина снижается после добавления фосфатов и цитрата в последовательности SHMP > SP > TSC > NaHPO> NaUMP (Фигура 8). Mizuno & Lucey (2005) также наблюдали снижение мутности в последовательности SHMP > TSC > NaHPOв образцах, изготовленных их молочного белкового концентрата при pH равном 5,8. Мутность повышается на сравнительно большую величину после добавления 45 мэкв/л SP или SHMP, в то время как для этих образцов измерили большую разницу в вязкости. Это говорит о том, что SHMP обладает способностью перекрестно сшивать казеины в этом концентрационном диапазоне, в то время как SP ею не обладает. Наша гипотеза состоит в том, что это происходит из-за формы и распределения зарядов вокруг молекул. SHMP имеет шесть равномерно распределенных отрицательных зарядов вокруг своей молекулы, в то время как SP имеет двенадцать равномерно распределенных отрицательных зарядов вокруг своей молекулы. Это равномерное распределение заряда позволяет SHMP взаимодействовать с катионами и казеинами одновременно. SP может приблизиться к казеинам с большим трудом, чем SHMP из-за распределения заряда вокруг молекулы SP и, таким образом, блокируется перекрестное сшивание. SP также является очень сильным хелатором кальция и может мгновенно хелатировать свободные ионы кальция на таком протяжении, что ни заряды, ни ионы кальция не будут больше доступны для перекрестного сшивания казеина. Это измеряют как большее снижение активности ионов кальция для SP, чем для SHMO (Фигура 2). Mizuno и Lucey (2007) изучили способность тетранатрийпирофосфата (TSPP) к перекрестному сшиванию в молочном растворе белкового концентрата. Они предположили, что комплексы пирофосфата кальция перекрестно сшивают казеины или уменьшают электростатическое отталкивание между казеинами, что способствует гидрофобной ассоциации. TSPP возможно перекрестно сшивает казеины легче, чем SHMP, поскольку он имеет всего лишь четыре равномерно распределенных заряда вокруг его молекулы. Тем не менее, требуются дальнейшие исследования для прояснения точного механизма перекрестного сшивания казеина различными полифосфатами.
2
4
2
4
Примечательно, что SP, TSC и NaHPOдемонстрируют сопоставимое повышение вязкости и объемности, а также снижение активности ионов кальция, в то время как эти хелаторы оказывают различное влияние на мутность и ультрацентрифугированный (белок в осадке) осадок. Ионы кальция в мицелле казеина связаны с остатками фосфосерина или являются частью CCP комплексов. Добавляемый хелатор конкурирует с остатками фосфосерина и CCP в мицелле казеина за ионы кальция. Благодаря различиям в аффинности для ионов кальция в SP, TSC и NaHPO (De Kort с соавт., 2009; Mekmene, Le Graet & Gaucheron, 2009; Turner, Paphazy, Haygarth & Mckelvie, 2002; Upreti, Buhlmann & Metzger, 2006) хелаторы могут высвобождать различные количества ССР из мицелл. Это не обязательно влияет на целостность структуры мицеллы, поскольку гидрофобные взаимодействия между казеинами, которые окружают ССР кластеры, препятствуют полной диссоциации мицелл при растворении ССР (Mcmahon & Oommen, 2007; Munyua & Larsson-Raznikiewicz, 1980).
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
В целом, дисперсия частиц обуславливается концентрация, размером частиц и индексом рефракции относительно этого раствора (Van De Hulst, 1957). Казеины и ССР в основном отвечают за светорассеивающие свойства мицеллы казеина (Munyua & Larsson-Raznikiewicz, 1980). Удаление ССР из мицелл снижает индекс рефракции мицелл казеина, который определяют как снижение мутности молочных растворов. Исследование Smiddy, Matrin, Kelly и De Kruif (2006) внутренних перекрестно сшитых мицелл казеина показало, что после добавления 50 ммоль/л цитрата (150 мэкв/л) к снятому молоку определяют снижение рассеивания света приблизительно на 50%. Эти авторы предполагают, что весь ССР (7% от сухого вещества мицеллы казеина) убирается из перекрестно сшитых мицелл при этих концентрациях, тогда как мицеллярная структура остается интактной. Авторы изобретения измерили снижение мутности равное 97% для SHMP и SP, 87% для TSC и 60% для NaHPOпосле добавления 105 мэкв/л хелатора к 9 масс./об. % раствору MCI (Фигура 8). Так, эти снижения мутности нельзя отнести только лишь к высвобождению ССР из мицеллы. Некоторый специфический казеин может также высвобождаться из мицелл казеина после удаления из них кальция и ССР. Только незначительное снижение количества белка в осадке измеряют для образцов NaHPO (Фигура 6), в то время как намного большее снижение количества белка в осадке наблюдают для образцов SP и TSC. Тем не менее, вязкость образцов NaHPO увеличивается на сравнительную с вязкостью образцов TSC и SP величину. Это демонстрирует то, что разница в снижении мутности для образцов SP, TSC и NaHPO нельзя объяснить высвобождением только ССР и некоторых специфических казеинов из мицелл. Так, изменения индекса рефракции и концентрации частиц не достаточно для сильного снижения мутности. Релеевское рассеивание указывает на то, что интенсивность светорассеивания варьирует как шестая сила размера частиц (Van De Hulst, 1957) и, соответственно, размер частицы оказывает главное влияние на изменение мутности раствора. Размер частиц мицелл казеина подвергается влиянию, когда мицеллы набухают или диссоциируют на более мелкие структуры. Huppertz (2007) описывает, что добавление 6 моль/л мочевины к внутренним перекрестно сшитым мицеллам казеина вызывает набухание мицелл, что измеряют как уменьшение мутности на 40%. Уменьшение мутности образцов MCI настоящего изобретения слишком велико, чтобы быть объясненным набуханием мицелл казеина. Дополнительное объяснение набухания мицелл казеина будет объяснено здесь и далее. Основное уменьшение мутности происходит скорее всего за счет диссоциации мицелл казеина на более мелкие структуры. Диссоциировавшие мицеллы преципитируют во время ультрацентрифугирования менее легко, нежели интактные мицеллы казеина, поскольку фрагменты диссоциировавших мицелл меньше и легче, чем интактных мицелл казеина. Имея в основе это явление, мутность и результаты ультрацентрифугирования показывают, что мицеллярная диссоциация происходит на наибольшем протяжении при добавлении SHMP и SP, за которыми следует TSC и наконец NaHPO. Мицеллярная диссоциация в большой вероятностью не происходит в образцах NaUMP.
2
4
2
4
2
4
Тем не менее, сопоставимую объемность можно определить при добавлении SP, TSC или NaHPO в растворы, содержащие диссоциировавшие или интактные мицеллы казеина, поскольку общий объем белка на грамм остается неизменным. Это показывает, что, например, объемность интактной мицеллы в растворе NaHPO является сравнимой с объемностью диссоциировавшей мицеллы в растворе SP, поскольку активности ионов кальция являются сопоставимыми для обоих растворов. В результате, измеряют сопоставимое повышение вязкости и объемности мицелл казеина для образцов SP, TSC и NaHPO. Явление молочных растворов, содержащих интактные и диссоциировавшие мицеллы казеина, после добавления полифосфата или EDTA впервые продемонстрировали, например, Lin с соавт. (1972), Griffin с соавт. (1988), Panouille с соавт. (2005) и Pitkowski с соавт, (2009).
2
4
2
4
3
4
2
2
4
2
Как указано, мицеллы казеина также набухают при добавлении хелаторов кальция. Фигура 2 показывает, что активность иона кальция снижается на значительном протяжении после добавления SHMP, SP, TSC и NaHPO. Электростатическое отталкивание в мицеллах казеина повышается из-за уменьшения количества свободных ионов кальция в непрерывной фазе. Поэтому мицеллы казеина становятся более гидратированными и набухшими, что измеряют в виде повышения вязкости раствором MCI (Фигура 3) и также повышения объемности мицеллы казеина (Фигуры 4 и 7). Явление набухания мицелл казеина можно получить из ультрацентрифугированного осадка в образцах NaHPO (Фигура 5). В этих образцах объем осадка повышается при более высоких концентрациях хелатора, в то время как в образцах SHMP, SP или TSC объем осадка уменьшается. Плотность, молекулярный вес и размер мицелл казеина важны для количества полученного ультрацентрифугированного осадка и определяются количеством казеина, ССР и воды, присутствующих в мицеллах казеина (Walstra с соавт., 2006). Gaucher с соавт. (2007) и Guo с соавт. (2003) наблюдали преципитацию ортофосфата с кальцием в мицеллах казеина. Например, количество в приблизительно 3 г Ca(PO) можно получить при добавлении 60 мэкв/л NaHPO, из которого большая часть ионов кальция уже является частью мицелл казеина. Увеличение молекулярного веса пренебрежительно невелико по сравнению с наблюдаемым повышением количества осадка. Повышение приписывают набуханию казеинов. Фигура 5 также показывает, что мицелла казеина незначительно набухает после добавления NaUMP, поскольку количество осадка повышается также и в этих образцах. Эти показатели набухания мицелл после добавления EDTA не наблюдали Lin с соавт. (1972) и Pitkowski с соавт. (2009). Они оба описывали, что при определенных концентрациях EDTA диссоциируют только фракцию мицелл, но гидродинамический радиус остаточных мицелл казеина остается постоянным. Тем не менее, Sood & Gaind (1979) уже поставили под сомнение наблюдения Lin с соавт. (1972) о том, что интактные мицеллы останутся с постоянным радиусом, поскольку они определяли увеличение объемности после добавления EDTA. Таким образом, они пришли к выводу, что мицеллы должны иметь возможность набухать или увеличиваться, когда меняется содержание кальция в мицеллах казеина. Более того, Huppertz с соавт. (2007) показал при помощи трех светорассеивающих методов, что даже внутренние перекрестно сшитые мицеллы казеина способны набухать после добавления цитрата или мочевины, что определялось как увеличение размера частиц и снижение мутности. Эти результаты согласовываются с нашими наблюдениями о том, что добавление хелаторов кальция вызывает набухание интактных мицелл казеина и диссоциацию фракции мицелл. Это также предполагает, что свободно связанный кальций, т.е., связанный с отрицательно заряженной стороной цепей с аминокислотами и фосфатными группами, присутствует в мицелле казеина помимо прочно связанного кальция в комплексах ССР. Первый тип обладает структурной функцией и его высвобождение связывают с набуханием мицеллы, что определяют как повышение вязкости. Высвобождение последнего связано с диссоциацией мицелл казеина, что определяют как уменьшение мутности и количества ультрацентрифугированного осадка. Гипотеза о том, что два типа взаимодействия кальция имеют место в мицелле казеина, была предложена Munyua & Larsson-Raznikiewicz (1980). В целом, кажется, что активность иона кальция является хорошим показателем для наблюдаемых вязкостей и объемностей, но плохим индикатором, когда мицелла казеина начинает диссоциировать.
ВЫВОД
2
4
2
4
2
4
Хелаторы кальция вызывают физические изменения в концентрированных растворах мицеллярного казеина путем воздействия на микроструктуру мицелл казеина. Добавление NaHPO, TSC и SP вызывает сопоставимое повышение вязкости MCI растворов, в то время как мутность снижается в последовательности SP > TSC > NaHPO. Добавление SP или SHMP дает сопоставимое снижение мутности, но вязкость образцов SHMP значительно выше. Это происходит из-за способности SHMP перекрестно сшивать мицеллы казеина. Активность ионов кальция снижается на протяжении после добавления SHMP, SP, TSC или NaHPO, что индуцирует набухание мицелл казеина.
2
4
2
2
Объемность мицеллы казеина (т.е. набухание) можно высчитать из измерений вязкости и ультрацентрифугирования при добавлении SP, TSC, NaHPOи NaUMP. Объемности, полученные от двух способов подсчета, коррелируют для этих образцов. Объемность мицеллы казеина в образцах SHMP не может быть выведена из результатов вязкости и ультрацентрифугирования из-за формирующихся перекрестных сшивок между казеинами. Слабый хелатор кальция NaUMP оказывает пренебрежительно малое влияние на вязкость и мутность раствора MCI и только незначительно снижает активность ионов кальция. Снижение активности ионов кальция предсказуемо для повышения вязкости и относительно набухания мицеллы до начала диссоциации мицеллы. Это подтверждает гипотезу о двух типах взаимодействия кальция, которые имеют место в мицелле казеина. Длительность диссоциации мицеллы зависит от типа и концентрации добавляемого хелатора кальция.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
de Kort, E. J. P., M. Minor, T. H. M. Snoeren, A. C. M. van Hooijdonk, and E. van der Linden. 2009. Calcium binding capacity of organic and inorganic ortho- and polyphosphates. Journal of dairy science and technology. 89:283-299.
Dewan, R. K., V. A. Bloomfield, A. chudgar, and C. V. Morr. 1972. Viscosity and voluminosity of bovine milk casein micelles. J. Dairy Sci. 56(6):699-705.
Eilers, H. (1941). Die Viskositat von emulsionen hochviskoser stoffe als funktion der konzentration. Kolloid Zeitschrift. Zeitschrift fur wissenschaftliche und technische kolloidchemie, 96, 313-321.
Eilers, H. 1945. Colloidchemische studien aan ondermelk. Vol. 50, 15. Koninklijke Nederlandse Zuivelbond, 's-Gravenhage.
Fox, K. K., M. K. Harper, V. H. Holsinger, and M. J. Pallansch. 1965. Gelation of milk solids by orthophosphate. J. Dairy Sci. 48: 179-185.
Gaucher, I., Piot, M., Beaucher, E., & Gaucheron, F. (2007). Physico-chemical characterization of phosphate-added skim milk. International Dairy Journal, 17, 1375-1383.
Griffin, M. C. A., Lyster, R. L. J., & Price, J. C. (1988). The disaggregation of calcium-depleted casein micelles. European Journal of Biochemistry, 174, 339-343.
Griffin, M. C. A., Price, J. C, & Griffins, W. G. (1989). Variation of the viscosity of a concentrated, sterically stabilized, colloid: effect of ethanol on casein micelles of bovine milk. Journal of colloid and interface science, 128 (1), 223-229.
Guo, C, B. E. Campbell, K. Chen, A. M. Lenhoff, and O. D. Velev. 2003. Casein precipitation equilibria in the presence of calcium ions and phosphates. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 29:297-307.
Hallstrom, M. and P. Dejmek. 1988. Rheological properties of ultrafiltered skim milk. II. Protein voluminosity. Milchwissenschaft. 43(2):95-97.
Harwalkar, V. R. 1982. Chapter 7: Age gelation of sterilised milks. Pages 229-269 in Developments in dairy chemistry. Vol. 1. P. F. Fox, ed. Applied Science Publishers, London.
Huppertz, T., Smiddy, M. A., & De Kruif, C. G. (2007). Biocompatible micro-gel particles from cross-linked casein micelles. Biomacromolecules, 8, 1300-1305.
Holt, C. 1997. The milk salts and their interaction with casein. Advanced Dairy Chemistry. 3 :233-256. Karlsson, A. O., R. Ipsen, K. Schrader, and Y. Ardo. 2005.
Relationship between physical properties of casein micelles and rheology of skim milk concentrate. J. Dairy Sci. 88:3784-3797.
Kocak, H. R. and J. G. Zadow. 1985. Controlling age gelation of UHT milk with additives. The australian journal of dairy technology. 40:58-64.
Korolczuk, J. (1981). Voluminosity and viscosity of casein solution I. The correlation between the voluminosity, protein concentration and viscosity. Milchwissenschaft, 36 (7), 414-416.
Krieger, I. M. (1972). Rheology of monodisperse latices. Advances in colloid and interface science, 3, 111-136.
Leviton, A. and M. J. Pallansch. 1962. High-temperature-short time-sterilised evaporated milk. IV. The retardation of gelation with condensed phosphates, manganous ions, polyhydric compounds, and phosphatides. J. Dairy Sci. 45: 1045-1056.
Lin, S. H. C, Leong, S. L., Dewan, R. K., Bloomfield, V. A., & Morr, C. V. (1972). Effect of calcium ion on the structure of native bovine casein micelles. Biochemistry, 11 (10), 1818-1821.
Marchin, S., Puteaux, J.-L., Pignon, F., & Leonil, J. (2007). Effects of the environmental factors on the casein micelle structure studied by cryo transmission electron microscopy and small-angle x-ray scattering/ultrasmall-angle x-ray scattering. The journal of chemical physics, 126 (045101).
McMahon, D. J., & Oommen, B. S. (2007). Supramolecular structure of the casein micelle. Journal of Dairy Science, 91, 1709-1721.
Mekmene, O., Le Graet, Y., & Gaucheron, F. (2009). A model for predicting salt equilibria in milk and mineral-enriched milks. Food Chemistry, 116, 233-239.
Mizuno, R. and J. A. Lucey. 2005. Effects of emulsifying salts on the turbidity and calcium-phosphate-protein interactions in casein micelles. J. Dairy Sci. 88:3070-3078.
Mizuno, R. and J. A. Lucey. 2007. Properties of milk protein gels formed by phosphates. J. Dairy Sci. 90:4524-4531.
Morr, C. V. 1967. Some effects of pyrophosphate and citrate ions upon the colloidal caseinate-phosphate micelles and ultrafiltrate of raw and heated skimmilk. J. Dairy Sci. 50: 1038-1044.
2+
2+
Munyua, J. K., & Larsson-Raznikiewicz, M. (1980). The influence of Ca on the size and light scattering properties of casein micelles 1. Ca removal. Milchwissenschaft, 35 (10), 604-606.
Odagiri, S., & Nickerson, T. A. (1964). Complexing of calcium by hexametaphosphate, oxalate, citrate, and EDTA in milk. I. Effects of complexing agents of turbidity and rennet coagulation. Journal of Dairy Science, 47, 1306-1309.
Panouille, M., Nicolai, T., Benyahia, L., & Durand, D. (2005). Aggregation and gelation of casein sub-micelles. Special publication - Royal society of chemistry, 298, 194-208.
Philippe, M., F. Gaucheron, Y. Le Graet, F. Michel, and A. Garem. 2003.
Physicochemical characterisation of calcium-supplemented skim milk. Lait. 83:45-59.
Pitkowski, A., Nicolai, T., & Durand, D. (2009). Scattering and turbidity study of the dissociation of casein by calcium chelation. Biomacromolecules, 9, 369-375.
Smiddy, M. A., Martin, J.-E. G. H., Kelly, A. L., De Kruif, C. G., & Huppertz, T. (2006). Stability of casein micelles cross-linked by transglutaminase. Journal of Dairy Science, 89, 1906-1914.
Snoeren, T. H. M., Damman, A. J., & Klok, H. J. (1982). The viscosity of skim-milk concentrates. Netherlands milk and dairy journal, 36, 305-316.
Sood, S. M., & Gaind, D. K. (1979). Correlation between micelle solvation and calcium content. New Zealand Journal of Dairy Science and Technology, 14, 32-34.
Turner, B. L., M. J. Paphazy, P. M. Haygarth, and I. D. McKelvie. 2002. Inositol phosphates in the environment. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 357:449-469.
Udabage, P., McKinnon, I. R., & Augustin, M.-A. (2000). Mineral and casein equilibria in milk: effects of added salts and calcium-chelating agents. Journal of Dairy Research, 67, 361-370.
Upreti, P., P. Buhlmann, and L. E. Metzger. 2006. Influence of calcium and phosphorus, lactose and salt-to moisture ratio on cheddar cheese quality: pH buffering properties of cheese. J. Dairy Sci. 89:938-950.
Van de Hulst, H. C. (1957). Light scattering in small particles. New York, USA: Wiley.
van Hooydonk, A. C. M., Hagedoorn, H. G., & Boerrigter, I. J. (1986). pH-induced physico-chemical changes of casein micelles in milk and their effect on renneting. 1. Effect of acidification on physico-chemical properties. Netherlands milk and dairy journal, 40, 281-296.
Vujicic, I., J. M. deMan, and I. L. Woodrow. 1968. Interaction of polyphosphates and citrate with skimmilk proteins. Canadian Institute of Food Science and Technology Journal. 1: 17-21.
Walstra, P., J. T. M. Wouters, and T. J. Geurts. 2006. Dairy science and technology. 2 ed. CRC press, Boc Raton, USA.
Ward, B. R., Goddard, S. J., Augustin, M.-A., & McKinnon, I. R. (1997). EDTA-induced dissociation of casein micelles and its effect on foaming properties of milk. Journal of Dairy Research, 64, 495-504.
Zittle, C. A. 1966. Precipitation of casein from acidic solutions by divalent anions. J. Dairy Sci. 49:361-364.