Паста творожная для коррекции метаболизма кальция

e-mail: , ORCID:

e-mail: , ORCID:

Эпидемиологические данные, приведенные на Международном конгрессе по остеопорозу в конце двадцатого столетия, показали, что в мире остеопорозом страдает более 200 млн человек. Остеопороз является серьезным фактором риска экономических, социальных и моральных затрат вследствие увеличения частоты переломов различных частей скелета. Для снижения частоты переломов необходимо проведение профилактических мероприятий, направленных на увеличение минеральной плотности костной ткани. Доказано, что увеличение минеральной плотности кости на 2 % снижает риск развития переломов в 16 раз (Миронов и др., 2003).

Среди основных факторов, оказывающих решающее влияние на рост и формирование здорового скелета, важная роль принадлежит правильному питанию. Обеспечение организма необходимыми нутриентами, и в первую очередь кальцием, способствует положительному протеканию остеотропных процессов в организме. Важная роль кальция при формировании структуры костной ткани показана в многочисленных экспериментальных и клинических исследованиях (Дзеранова и др., 2003; Зборовский и др., 2003; Плеханова и др., 2003; Родионова и др., 2003). Недостаток кальция в организме приводит к нарушению и развитию целого ряда патологических состояний (Аврунин и др., 2003).

Известно, что лучшими источниками Ca являются творог, сыры, с которыми в организм поступает более 70 % кальция. Рекомендуемые медициной синтетические формы кальция требуют непрерывного применения. В то же время установлено, что после прекращения потребления молочных продуктов, оптимальная концентрация кальция в организме сохраняется более длительный период в сравнении с лекарственными препаратами (Rovensky et al., 2003). Однако содержание кальция в молоке, как показали наши исследования (Донская, 2012), не является постоянным и зависит от многих факторов. Для поддержания требуемого количества кальция в организме им дополнительно обогащают молочные продукты для питания детей дошкольного и школьного возраста (Чумакова и др., 2013), питьевое молоко (Зобкова, 2006), кисломолочные напитки (Чумакова, 2008), продукты геродиетического питания (Чумакова и др., 2009).

В работе представлены обобщенные материалы многолетних исследований по разработке, модификации, изучению состава и свойств творожных паст, проводимых во Всероссийском НИИ молочной промышленности совместно с сотрудниками Медицинской академии им. Сеченова и Центрального института травматологии (ЦИТО) и НИИ морфологии человека. Данная работа является продолжением и дополнением серии статей, посвященных этой же проблеме, и рассмотрением новых аспектов изучаемой темы (Донская, 2012; 2013; 2015).

Цель публикации – показать целесообразность введения пасты творожной с дополнительным источником кальция в рацион питания населения для укрепления костной ткани и повышения антиоксидантной защиты организма человека.

Материалы и методы

В течение ряда лет во Всероссийском научно-исследовательском институте молочной промышленности (ВНИМИ) проводили исследовательские работы в указанном направлении. Для проектирования продукта на основании собственных экспериментальных исследований, выполненных ранее ¹ , автором были разработаны критерии, оптимизирующие метаболизм Са в организме. К ним относятся следующие:

• –    оптимальное соотношение в продукте остеотропных элементов – Ca, P, Mg, участвующих в непосредственном построении костной ткани, соответствующее значению 1/1/0,06–0,08 (Спиричев и др., 2000);

• –    оптимальное соотношение Са к К, ответственного за выведение Са с уриной, 1/0,7–1 (Sellmeyer et al., 2008);

• –    соотношение в продукте щелочно-земельных элементов К/Na, регулирующих водно-солевой баланс в биообъектах, должно быть не ниже 1,4;

• –    количество эргокальциферола – витамина Д 3 должно быть на уровне 40МЕ;

• –    содержание витамина С, стимулирующего в сочетании с витамином В ₆ синтез и созревание коллагена, образующего соединительные волокна, придающие костям упругость к деформации, должно быть не ниже 0,1 %;

• –    наличие микроэлементов Cu, Zn, Mn наряду с Ca, P, Mg, усиливающих процессы остеогенеза;

• –    введение в рецептуру инулина, в том числе в составе топинамбура, способствующего биоусвояемости кальция в молодом растущем организме (Решетник, 2011);

  – наличие незаменимых аминокислот в составе продукта, оказывающих существенное влияние на метаболизм кальция и формирование костной ткани. Известно, что лейцин уменьшает распад белка в мышечной ткани и ускоряет процесс сращивания костей; изолейцин является источником энергии для мышечной ткани; лизин стимулирует биосинтез белков, влияет на мышцы и соединительную ткань; фенилаланин и треонин являются основными элементами для построения коллагена.

Знание необходимых условий для биоусвояемости кальция позволило нам создать молочный продукт – пасту творожную "Витакальцин" – ТУ 9222-365-00419785-05 ² с изменениями, внесенными позже (Донская и др., 2013). На продукт имеется два патента (Донская и др., 2008а; 2008б). По материалам исследований защищена диссертационная работа (Лучкина, 2006).

Для производства пасты творожной использовали творог 9%-й жирности, вырабатываемый на экспериментальном заводе ВНИМИ, и сыворотку творожную, образующуюся при производстве творога. Сухую крапиву, аскорбиновую кислоту, витамин Д ₃ приобретали в аптечных пунктах; чеснок, мед – в торговой сети; топинамбур – в компании "Терра". Порошок яичной скорлупы получали в НИИ птицеперерабатывающей промышленности. Альгинат кальция приобретали по заказу на Архангельском водорослевом комбинате.

Изучены санитарно-гигиенические показатели разработанных продуктов. При этом использовали общепринятые стандартизованные методы. Аминокислотный состав продукта определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), содержание кальция – титрометрическим методом. Жирнокислотный состав – методом газовой хроматографии. Удельную активность проб сыворотки, загрязненной радионуклидами стронция и цезия, определяли на гамма-, бета-спектрометрическом комплексе "Прогресс". Медико-биологическую оценку продуктов проводили на крысах линии Вистар в соответствии с международно принятыми рекомендациями и существующим методом при изучении диетических пищевых продуктов (Королев, 1997; Суханов, 1987).

Результаты и обсуждение

Как было показано нашими исследованиями ранее ³ , основанием для выбора творога являлось высокое содержание в нем солей кальция и фосфора, биологически активных белков. Введение в рецептуру творожной сыворотки обусловлено наличием в ней легкоусвояемых белков, обладающих антибактериальными и антиоксидантными свойствами, незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных веществ, ферментов. Сочетание казеина с сывороточными белками повышает биологическую и питательную ценность, и одновременно позволяет регулировать консистенцию продукта.

Аминокислотный состав сывороточных белков в определенной степени повторяет аминокислотный состав мышечной ткани человека. В молочную сыворотку переходит большинство солей, водорастворимых антиоксидантов молока (Донская и др., 2010).

В качестве дополнительного источника кальция использовали порошок яичной скорлупы или альгинат Са. Последний является эффективным энтеросорбентом, способным выводить из организма соли тяжелых металлов, радионуклидов. Помимо этого, соли альгиновой кислоты обладают свойствами загустителя, структурообразователя, что особенно важно при проектировании продуктов. Наиболее перспективным источником кальция с позиций биоусвояемости, является ПЯС.

Скорлупа птичьих яиц на 90 % состоит из карбоната Са, который усваивается практически на 100 %. Скорлупа содержит все необходимые для организма микроэлементы, в том числе Cu, Fe, F, Mn, Mo, P, S, Se, Zn. При поступлении в организм человека карбонат кальция легко связывается с фосфором, образуя фосфаты Са, которые являются основой для формирования зубов и костей. Скорлупа яиц состоит из кальцита. Это одна из кристаллических форм карбоната Са. Для получения кальцита ионы Са и карбонат ионы поступают из плазмы крови. Непосредственным источником Са является кровь, а первичным – пища (Филиппова, 2003).

Для оптимизации метаболизма Са в рецептуру продукта вводили натуральные пищевые добавки (ПД), используемые с давних времен в питании населения. Это крапива двудомная сублимационной сушки – "антибактериальная пищевая добавка (АБПД)" и чеснок сушеный – "серосодержащая пищевая добавка (SПД)". Состав обеих ПД достаточно хорошо изучен. Крапива содержит витамины С, группы В, Е, РР, К, большое количество минеральных веществ, в том числе К, Са, Мg, P, Fe, Cu. Mn и др.

Высокое содержание железа в крапиве делает продукт эффективным противоанемическим средством, что было подтверждено нами в ранее поставленных экспериментах на крысах с искусственно созданной формой анемии (Королев и др., 2004). Получены достоверные данные о наличии антижелезодефицитной эффективности творожной пасты, в рецептуру которой включена крапива, мед, мята, витамин С и порошок яичной скорлупы. Введение органического кальция способствовало усилению биоактивности железа4. Крапива – почти единственный природный продукт, содержащий витамин К, который, усиливает биоусвояемость кальция. Входящий в состав крапивы хлорофилл обладает выраженными радиопротекторными свойствами5.

Чеснок как лечебное средство известен человечеству со времен неолита. В чесноке содержатся десятки химических веществ. Его лечебные свойства обусловлены в основном серосодержащими соединениями. Главным из них является аллиин – производное серосодержащей аминокислоты. Он находится в нейтральном состоянии в целой дольке чеснока. При нарушении целостности дольки аллиин вступает во взаимодействие с ферментом аллииназой, образуя вещество аллицин. Аллицин является сильным антибиотиком широкого спектра действия. Чеснок содержит витамин А, витамины группы В, С, микроэлементы K, Na, Ca, P, Fe, Zn, Se, Ge. Благодаря серо-, селен-, германий-содержащим элементам чеснок является выраженным иммуномодулятором. За счет сульфидных соединений чеснок – сильнейший антиоксидант, защищающий организм от разрушающего действия свободных радикалов ⁶ . При изучении антиоксидантной активности чеснока амперометрическим методом с использованием прибора "Цвет-Яуза-01-АА" мы получили высокие значения суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов (более 3 мг/г, в то время как антиоксидантная активность молока соответствует 0,015–0,018 мг/г).

Для оптимизации метаболизма Са в рецептуру фитопасты творожной введена соль калия, регулирующая в комплексе с натрием водно-солевой баланс, и усиливающая утилизацию кальция костной тканью. Установлено соотношение щелочно-земельных элементов, обеспечивающих оптимальную биоусвояемость Са из продукта.

Исследован переход Са из творога и творожных паст, обогащенных различными источниками Са, в растворы, имитирующие желудочно-кишечную среду человека (табл. 1).

Таблица 1. Переход Са из творожных продуктов в растворы, имитирующие желудочно-кишечную среду человека

Table 1. Transfer of Ca from curd products into solutions simulating human gastrointestinal environment

№ п/п	Творожные продукты	Массовая доля кальция, мг %
		0,1н HCl (pH = 1,0)	0,05н HCl (pH = 1,5)	0,01н HCl (pH = 2,0)	1н уксус. аммоний (pH = 5,5)	0,005н NaOH (pH = 8,5)	∑
Iк	Творог полужирный	14 ± 1,12	13,84 ± 1,48	12,97 ± 0,87	12,83 ± 0,31	12,22 ± 0,43	65,86 ± 4,21
II	БУО + АБПД + ПЯС	34,84 ± 0,28	33,73 ± 0,42	34,4 ± 0,98	32,52 ± 0,23	31,08 ± 0,56	166,57 ± 2,47
III	БУО + SПД + альгинат Ca	19,75 ± 0,57	18,81 ± 1,07	15,81 ± 0,71	17,84 ± 0,25	12,35 ± 0,47	84,56 ± 2,82
IV	БУО + АБПД + альгинат Ca	19,93 ± 0,77	22,16 ± 0,68	17,04 ± 0,27	18,19 ± 0,47	14,89 ± 0,43	92,21 ± 2,62

Показано, что максимальное количество кальция переходит из пасты с ПЯС. Кальций, связанный с альгиновой кислотой, лучше переходит в диссоциированное состояние в кислой среде (рН = 1–1,5), чем в щелочной. Однако работая как ионообменник, альгинат будет обменивать кальций на стронций или катионы тяжелых металлов, образуя с ними нерастворимые комплексы и выводя их из организма.

Изучены сорбционные свойства альгината кальция относительно радионуклидов цезия и стронция при контакте с сывороткой, в которую in vitro вводили указанные выше нуклиды (табл. 2).

Таблица 2. Сорбционная емкость отдельных ингредиентов пасты творожной по отношению к радионуклидам

Table 2. Sorption capacity of individual ingredients of curd paste versus radionuclides

Исследуемые ингредиенты	Вводимый изотоп	Время контакта, ч	Исходная активность, Бк/г	Эффективность сорбции, %	Достоверность
АБПД + альгинат Ca + сыворотка	Sr-85	1	11,33 ± 0,69	85,41 ± 0,67	p ˂ 0,01
	Cs-134	1	13,47 ± 0,71	11,83 ± 0,59	p ˂ 0,01
SПД + альгинат Ca + сыворотка	Sr-85	1	9,86 ± 0,70	81,11 ± 0,26	p ˂ 0,01
	Cs-134	1	13,47 ± 0,71	10,93 ± 0,52	p ˂ 0,05

⁴ Донская Г. А. Установление закономерности воздействия молочных компонентов в сочетании с природными наполнителями на систему кроветворения и костную ткань : отчет по теме РАСХН / Г. А. Донская и др. ; ГНУ ВНИМИ. М., 2001. 105 с.

⁶ Биохимический состав чеснока. URL: fermoved/ru/chesnok/veshestva.

Как было показано нашими исследованиями, при соотношении альгинат/сыворотка, равном 1/37, из сыворотки извлекается до 85 % стронция-85 и до 11 % цезия-134.

Для большего усвоения кальция в кишечнике биообъекта в продукт вводили цитрат калия или лимонную кислоту, витамины Д 3 и С. В качестве пищевкусовых добавок использовали сахар, мед, соль, натуральные ароматизаторы в виде хрена, горчицы, пряных трав. Состав поликомпонентного творожного продукта, разработанного нами, представлен в табл. 3.

Таблица 3. Состав пасты творожной "Витакальцин"

Table 3. Composition of "Vitacalcin" curd paste

Продукт с чесноком	Продукт с крапивой
Творог с массовой долей жира 9 %
Сыворотка молочная
ПЯС или альгинат кальция
Цитрат калия или лимонная кислота
Витамины С, Д 3
Ароматизатор
Чеснок	Крапива
Сахар-песок	Мед
Соль
Хрен, укроп, пряные травы

Изучены санитарно-гигиенические показатели разработанных продуктов. Исследуемый нами аминокислотный состав продукта представлен в табл. 4.

Таблица 4. Аминокислотный состав пасты творожной "Витакальцин" в сравнении с творогом полужирным

Table 4. Amino acid composition of curd paste "Vitacalcin" compared with curd

Аминокислота, г/100г белка	Творог полужирный	Паста творожная "Витакальцин"
		Рецептура I	Рецептура II	Рецептура III
Аспарагиновая к-та	5,46	7,21	6,21	6,35
Треонин	2,56	2,41	2,97	2,88
Серин	3,88	5,60	4,37	4,45
Глутаминовая к-та	16,11	19,43	18,94	19,54
Пролин	7,29	4,14	7,72	2,04
Глицин	1,51	1,89	1,82	3,23
Аланин	3,48	2,89	4,16	0,79
Цистин	0,63	1,06	0,83	5,76
Валин	4,80	5,19	5,27	0,75
Метионин	0,87	2,00	1,37	3,53
Изолейцин	4,20	4,72	4,47	7,20
Лейцин	8,32	8,91	8,73	5,11
Тирозин	5,66	4,20	5,28	5,74
Фенилаланин	5,13	5,27	6,21	8,15
Гистидин	9,84	4,21	2,97	6,72
Лизин	7,03	7,72	4,37	3,59
Аргинин	3,82	3,70	18,94	6,35

Примечание. Рецептура I – паста + альгинат Ca + SПД; II – паста + альгинат Ca + АБПД; III – паста + ПЯС + SПД.

Показано, что в пасте, обогащенной альгинатом Ca с серосодержащей пищевой добавкой (чесноком), на 7–12 % возросло содержание изолейцина, лейцина, фенилаланина, лизина, валина; в 2,3 раза – метионина в сравнении с творогом. По содержанию аминокислот, принимающих участие в построении глютатиона, разработанный продукт превосходит творог.

Жирнокислотный состав продукта по содержанию предельных и непредельных кислот не выходит за границы натуральности молочного жира.

Микробиологические показатели творожных паст в процессе длительного (более 40 суток) хранения соответствовали требованиям нормативной документации.

С целью оценки влияния функциональных пищевых добавок на состояние растущей костной ткани проведены эксперименты на биообъектах, в рацион которых на протяжении 28 суток вводили разработанные нами пасты на основе творога и молочной сыворотки с различными наполнителями профилактической направленности (Королев и др., 2004):

• –    I группа (контроль) – получала пасту из творога и сыворотки;

• –    II группа (опыт) – творог, сыворотка, крапива, мед, ПЯС, витамин Д ₃ ;

• –    III группа (опыт) – творог, сыворотка, крапива, чеснок, ПЯС, витамин Д 3 ;

• –    IV группа (опыт) – творог, сыворотка, крапива, мед, SiO 2 , топинамбур.

Морфологический и стереометрический анализ поперечного роста кости показал ⁷ , что во время роста во всех опытных группах животных, потреблявших разработанные пасты, усиливаются новообразования костной ткани. Более выраженные увеличения плотности кости и массы новообразованной костной ткани, а также замедление разрушения и уменьшение пористости кости, отмечены в IV группе. Позже рецептура пасты с крапивой, медом, топинамбуром, диоксидом кремния была включена в документацию на пасту творожную "Витакальцин".

В процессе предыдущих исследований выяснено, что при потреблении биообъектами творожных паст с двумя источниками Са, наблюдается усиленная перестройка кости, дисбаланс процессов резорбции и новообразования костной ткани. Установлено, что при концентрации кальция в продукте более 300 мг% происходит негативное влияние на структуру кости ⁸ .

Для определения биоусвояемости кальция, как было показано нашими исследованиями, теплокровным животным скармливали разработанные пасты в составе рациона на протяжении 28 суток. В качестве биологического маркера оценки эффективности биоусвояемости кальция была выбрана динамика развития костной системы животных. Контролем служил творог полужирный. Опытные образцы паст I и II содержали: творог, сыворотку, витамины С, Д; альгинат Ca, цитрат K, АБПД или SПД соответственно. В результате потребления паст у животных опытных групп, в сравнении с контролем, относительная масса большеберцовой кости увеличилась на 3,4–4 %; концентрация кальция в сыворотке крови – на 4,1–5 %. Введение в пасту цитрата K привело к значительному (на 12–26 %) снижению Ca в моче, что указывает на эффективную утилизацию кальция костной тканью животных (табл. 5) (Королев и др., 2004).

Таблица 5. Влияние пасты "Витакальцин" на остеопластические процессы в организме биообъектов Table 5. Impact of "Vitacalcin" paste on osteoplastic processes in biological objects

Показатели	Группа сравнения	"Витакальцин"
		Рецептура I	Рецептура II
Коэффициент эффективности белка (КЭБ)	3,15 ± 0,9	3,38 ± 0,7	3,33 ± 0,7
Отн. масса б/берц. кости (в % к массе тела)	0,148 ± 0,0004	0,153 ± 0,008	0,154 ± 0,0007
Щелочная фосфатаза, ммоль/л	633,8 ± 17,97	656,8 ± 10,31	659,8 ± 7,0
Уровень диуреза, мл/сут	5,79 ± 3,57	4,28 ± 3,96	5,10 ± 3,85

Включение в рецептуру творожных паст функциональных пищевых добавок и витаминов обеспечило биоэффективность кальция, а их композиционный состав определил более высокую пищевую и биологическую ценность в сравнении с традиционным творогом. Введение в рецептуру паст цитрата калия или лимонной кислоты, снижающих диурез и тормозящих резорбцию костной ткани, позволило усилить биоабсорбцию кальция.

Проведенными исследованиями установлено, что разработанные творожные пасты оказывают благоприятное влияние на работу антиоксидантной защиты биообъекта и имеют значительные преимущества относительно контроля (Королев и др., 2004). При потреблении этих паст концентрация малонового диальдегида (маркер антиоксидантного статуса животных) в эритроцитах крови опытных животных характеризуются более низкими показателями: 6,59 и 8,49 нм/мл против 10,18 нм/мл в эритроцитах крови животных, потреблявших творог полужирный (рис.).

Рис. Концентрация МДА в сыворотке крови животных, потреблявших пасты творожные Fig. MDA concentration in serum of animals followed by curd paste consumption

Изучены особенности влияния творожных паст на гемопоэтическую функцию лабораторных животных. Показано увеличение гемоглобина в крови на 1,7–3,5 %, снижение глюкозы и холестерина в сыворотке крови на 4,7–13,3 % и 4 % соответственно (Королев и др., 2004).

Совместно с сотрудниками ЦИТО проведены клинические исследования пасты творожной на пациентах с диагнозом первичный остеопороз (Донская и др., 2004). В течение 30 суток пациенты потребляли пасту "Витакальцин" с дополнительным источником Са в виде ПЯС и антибактериальной пищевой добавкой или серосодержащей ПД. Ежедневное потребление пасты соответствовало 200 г. Исследование сыворотки крови по окончании эксперимента показало увеличение Са, особенно выраженное у пациентов с более тяжелой формой остеопороза. Большее увеличение кальция в сыворотке крови пациентов отмечено при потреблении пасты с серосодержащей добавкой (Донская и др., 2004).

Заключение

В результате проведенных исследований:

• –    научно обосновано использование творога и сыворотки в качестве молочной основы при разработке поликомпонентного продукта, дополнительных источников Са в виде порошка яичной скорлупы или альгината Са;

• –    установлено, что натуральные пищевые добавки – крапива и чеснок – стимулируют остеотропные процессы в биообъектах, увеличивают минеральную плотность кости;

• –    показано, что максимальная биоусвояемость Са наблюдается при потреблении пасты творожной с дополнительным источником кальция в виде порошка яичной скорлупы с серосодержащей добавкой;

• –    оценено влияние различных источников Са, витаминов и фитодобавок, содержащихся в разрабатываемых продуктах, на усиление биоабсорбции Са;

• –    впервые показано, что обогащение творожных паст компонентами, снижающими диурез, усиливает биоусвояемость Ca костной тканью;

• –    определено, что избыток Са – более 300 мг% – в продукте вызывает усиленную перестройку кости биообъекта, приводит к дисбалансу процессов резорбции и новообразований костной ткани;

• –    выявлена зависимость между динамикой показателей кальциевого обмена и исходными показателями у пациентов с первичной формой остеопороза. Наибольшая эффективность применения творожных паст отмечена у пациентов с максимальными нарушениями гомеостаза Са и, следовательно, высоким риском быстрого прогрессирования заболевания;

• –    установлено, что разработанные продукты обладают выраженными радиопротекторными свойствами, так как дополнительные источники кальция и калия в продукте, являющиеся аналогами стронция и цезия, способствуют снижению усвояемости радионуклидов;

• –    установлена рекомендуемая доза Са в пасте с порошком яичной скорлупы – не менее 290 мг%, а в пасте с альгинатом Са – не менее 220 мг% (разработаны ТУ на продукт);

• –    технологический процесс производства пасты творожной "Витакальцин" может быть осуществлен на любом молочном предприятии, вырабатывающем творог и творожные изделия;

• –    выработку продукта можно проводить с использованием роторно-пульсационного аппарата, или котла-плавителя, что апробировано в условиях ВНИМИ, либо с использованием гидродинамических устройств роторного типа (имеется ТИ на продукт);

• –    использование в составе пасты молочной сыворотки способствует повышению антиоксидантной активности продукта, увеличению срока его годности;

• –    введение в молочно-белковую основу органических пищевых добавок повышает биологическую и питательную ценность продукта. Потребление творожных паст способствует снижению риска заболевания остеопорозом, нормализации микрофлоры кишечника, повышению антиоксидантной защиты организма, уменьшению всасываемости радионуклидов.