"Materské mlieko - jediný zdroj výživy väčšiny dojčených detí na celom svete. " - Doc. Ing. Mária Greifová Phd. - 2.časť
Enzýmy v ľudskom mlieku:
Doteraz bolo v ľudskom mlieku identifikovaných približne 50 enzýmov a mnohé z nich môžu byť prítomné v aktívnej forme alebo ako neaktívne prekurzory (t. j. zymogény). Hlavné enzýmy, ktoré boli podrobne skúmané, sú zapojené do procesu trávenia, ako sú proteázy a lipázy, ktorých aktivita je preto dôležitá pre asimiláciu mikroživín dojčatami. Iné triedy enzýmov majú rôzne funkcie, ako je antimikrobiálna aktivita alebo regulácia špecifických zlúčenín v mlieku.
Lipázy:
Lipázy sú podtriedou esteráz, ktoré katalyzujú hydrolýzu lipidov. Ľudské mlieko obsahuje dva typy lipáz: lipáza (BSSL) a lipoproteínová lipáza (LPL). BSSL je karboxyesterová lipáza vylučovaná z exokrinného pankreasu, ktorá katalyzuje hydrolýzu širokého spektra tukov: glycerolov, cholesterolu, esterov, vitamínu rozpustného v tukoch, fosfolipidov a ceramidov. Boli nájdené v mlieku mnohých druhov, ale je zaujímavé, že sa nevyskytujú v mlieku domestikovaných zvierat produkujúcich mlieko, t. j. kráv alebo kôz. BSSL priťahuje pozornosť, pretože nielen katalyzuje hydrolýzu triacylglycerolov, ale tiež ruší väzbu kyseliny palmitovej a glycerolu v polohe sn2, čo mnohé iné lipázy nedokážu, čo čiastočne rieši otázku, prečo dojčené deti majú vyššiu účinnosť absorpcie tuku ako deti kŕmené umelou výživou. Ľudská BSSL vykazuje vysoko polymorfné správanie, vysokú toleranciu voči kyselinám a vysokú odolnosť voči proteolýze pepsínom alebo pankreatickými proteázami in vitro.
Ďalšia lipáza prítomná v ľudskom mlieku - LPL, vykazuje oveľa nižšiu aktivitu ako BSSL (má 0,03 % – 5 % aktivity BSSL). Koncentrácia a aktivita LPL sa zvyšuje počas laktácie. LPL hydrolyzuje chylomikróny a lipoproteíny s veľmi nízkou hustotou na monoacylglyceroly, voľné mastné kyseliny a lipoproteíny so strednou hustotou. Môže tiež pomaly hydrolyzovať veľmi malé množstvá monoacylglycerolov a fosfolipidy. Nedostatok LPL alebo poruchy metabolizmu LPL môžu viesť ku klinickému symptómu nazývanému hyperchylomikronémia.
Proteázy
Ľudské mlieko má pravdepodobne aktívnejší a komplexnejší proteázový systém ako kravské mlieko, čo potvrdzujú dôkazy oveľa vyšších a premenlivejších hladín hydrolyzovaných kazeínových produktov v ľudskom mlieku. Tento systém zabezpečuje efektívne trávenie mliečnych bielkovín u novorodencov. Bolo dokázané, že proteázy dokážu prežiť a stráviť mliečnu bielkovinu v žalúdku a črevách dojčiat, čo možno považovať za silnú kompenzácia nízkej hladiny žalúdočnej kyseliny a proteázovej aktivity novorodenca. To prispieva k účinnosti tráviaceho systému dojčiat, vrátane načasovania, selektivity a medziproduktov, ako aj celkového úspechu trávenie bielkovín. Je však potrebné poznamenať, že nie všetky proteázy, okrem katepsínu D a plazmínu, môžu odolať nízkemu pH v žalúdku predčasne narodených detí.
Plazmín (PL) je prevládajúci prirodzený mliečny enzým, ktorý je schopný hydrolýzovať bielkoviny, vrátane as1-kazeínu, b-kazeínu, osteopontínu a polymérneho imunoglobulínového receptora v ľudskom mlieku, s výhodným štiepením na väzbách Lys-X a Arg-X . Optimálne pH a teplota tejto alkalickej serínovej proteinázy sú pH 7,5 a 37 °C.
Je známe, že koncentrácie plazmínu a plazminogénu sa menia v závislosti od štádia laktácie, počtu laktácií a počtu somatických buniek v kravskom mlieku. Existuje však málo správ o aktivite plazmínu v ľudskom mlieku.Plazmínová aktivita vzoriek mlieka matiek, ktoré rodili na termín, je nižšia ako aktivita vzoriek mlieka u predčasne narodených detí. Predpokladá sa, že neúplné uzavretie tesných spojov v nezrelej mliečnej žľaze matiek predčasne narodených detí vedie k vysokému úniku proteáz a aktivátorov proteáz do mlieka. Stále vyššie počty peptidov, množstvo iónov a koncentrácie boli pozorované v mlieku matiek, ktoré predčasne porodili, ako v mlieku matiek, ktoré porodili na termín.Pokiaľ ide o ostatné proteázy, aj katepsíny, vrátane katepsínu D, sú prítomné v ľudskom mlieku; katepsín D má pravdepodobne najväčší význam, pretože môže pôsobiť pri neutrálnom pH skôr ako pri kyslom pH. Zistilo sa, že táto proteáza hydrolyzuje vyšší počet bielkovín ľudského mlieka ako iné enzýmy, najmä b-kazeín a polymérne imunoglobulínové receptory. Nedávna štúdia ukázala, že iba katepsín D a plazmín majú potenciál pokračovať v degradácii mliečnych bielkovín v žalúdku predčasne narodených detí. Elastáza má podobné miesta štiepenia (napr. Leu-Leu v b-kazeíne) na bielkovinách ľudského mlieka ako katepsín D a je to aktívna proteáza v polymorfonukleárnych neutrofiloch, skupine protiinfekčných buniek v ľudskom mlieku. Zaujímavé je, že elastáza je prítomná len v polymorfonukleárnych neutrofiloch v kravskom mlieku, keď je vyvolaná mastitída. Aktivity trypsínu a trombínu neboli nikdy preukázané v ľudskom mlieku.
Amyláza a glykozidázy:
Amyláza je enzým, ktorý dokáže štiepiť škrob, glykogén a niektoré oligosacharidy štiepením a-D-1,4-glukánových väzieb. Amylázy môžu fungovať v žalúdku v dôsledku prudko zvýšeného pH, ktoré je výsledkom konzumácie ľudského mlieka. Je zaujímavé, že ľudské mlieko má v porovnaní s mliekom iných druhov vysokú koncentráciu a-amylázy, aj keď v ľudskom mlieku nie je žiadny substrát pre amylázu.
Ľudské mlieko tiež obsahuje sériu glykozidáz, ktoré môžu katalyzovať hydrolýzu glykozidických väzieb medzi oligosacharidmi (napr. glykolipidy, glykoproteíny a mucíny), ktoré nie je možné získať amylázou.
Iné enzýmy:
Okrem enzýmov podieľajúcich sa na degradácii mliečnych lipidov, bielkovín a sacharidov obsahuje ľudské mlieko aj mnoho ďalších enzýmy, ako sú antimikrobiálne enzýmy, antioxidačné enzýmy, fosfatázy a xantínoxidáza. Laktoperoxidáza katalyzuje oxidáciu tiokyanátu zo slín dojčiat na hypotiokyanát a vykazuje širokospektrálnu antimikrobiálnu aktivitu v prítomnosti peroxidu vodíka už v ústach dojčaťa. V ľudskom colostre sa zistila nízka aktivita laktoperoxidázy.
Faktory ovplyvňujúce zloženie ľudského mlieka:
Ľudské mlieko je komplexná zmes vody, sacharidov, lipidov, bielkovín a vitamínov a minerálov. Mlieko od dobre živených matiek, ktoré majú vyváženú stravu, by malo dojčatám poskytnúť všetky dôležité živiny počas ich prvých 6 mesiacov života. Okrem základných živín poskytuje materské mlieko aj bioaktívne molekuly, ako sú cytokíny, rastové faktory a oligosacharidy, ktoré tiež prispievajú k správnemu vývoju dojčatá. V porovnaní s kravským mliekom obsahuje ľudské mlieko vyššie hladiny laktózy a oveľa nižší obsah bielkovín a minerálov. Jednotlivé rozdiely a variácie obsahu sú ovplyvnené niekoľkými faktormi, vrátane gestačného veku, štádiom laktácie a stravou matky, metódy odberu vzoriek a merania však tiež vedú k odlišným výsledkom medzi štúdiami.
Gestačný vek:
Zloženie ľudského mlieka je ovplyvnené gestačným vekom (GA), t. j. časovým úsekom medzi počatím a narodením dieťaťa. Mlieko od matiek, ktoré porodia predčasne (GA menší ako 37 týždňov) má vyšší obsah bielkovín a tukov v porovnaní s mliekom matiek (s GA 37-42 týždňov). Dôvod tohto rozdielu je diskutabilný. Niektorí vedci sa domnievajú, že mlieko je prispôsobené pre predčasne narodené deti; má vyššiu hladinu celkových bielkovín, vyššiu aktivitu proteáz a viac hydrolyzovaných produktov v mlieku pre predčasne narodené deti ako v termínovanom mlieku, čo je prospešné pre predčasne narodených novorodencov, lebo majú nezrelý tráviaci systém a potrebujú viac živín, aby dohnali donosené deti. Na rozdiel od toho iní predpokladajú, že rozdiel môže byť spôsobený iba nezrelosťou mliečnej žľazy. Táto hypotéza je podporovaná nedostatočným rozdielom v expresii imunologických proteínov a tráviacich enzýmov.
Fáza laktácie:
Ľudské mlieko produkované počas prvých 24 hodín (alebo všeobecne 2–4 dní) po pôrode, t.j. colostrum, obsahuje vyššiu hladinu imunologických zložiek a nižšiu koncentráciu laktózy ako v zrelom mlieku produkovanom 28-40 dní po pôrode. Mlieko produkované medzi kolostrom a zrelým mliekom (od 4. do 10. dňa po pôrode), bolo definované ako prechodné mlieko; má podobný obsah makroživín ako kolostrum, ale vo vyššom objeme a vyššom množstve živín ako kolostrum, aby bol zabezpečený rýchly rast dojčiat. Keď je mlieko plne zrelé, zloženie vykazuje oveľa menšie následné zmeny v porovnaní s kolostrom a prechodným mliekom.
Materská strava:
Materská strava vplýva na zloženie mlieka, pretože niektoré jej zložky sú v priamej súvislosti s ich obsahom v mlieku, najmä mastné kyseliny a vitamíny. Existuje korelácia medzi vysokým obsahom kyseliny dokosahexaénovej (DHA) v mlieku a spotrebou rýb matkou ako aj obsah vitamínu C a jeho príjmom v strave. Vysoký obsah energie v mlieku môže súvisieť s nízkym príjmom sacharidov u matky a vysokým príjmom tukov, zatiaľ čo vysoký celkový obsah bielkovín v materskom mlieku je spojený s vysokým príjmom bielkovín u matky. Nezistil sa žiadny vzťah medzi energetickým príjmom matiek a celkovou hladinou sacharidov v mlieku.
Spracovanie a konzervovanie ľudského mlieka:
Mliečne banky a potreba v nemocniciach
Najčastejšie sa ľudské mlieko využíva na kojenie matky vlastného dieťaťa alebo sa mlieko odsáva pomocou špecializovaných odsavačiek do sterilných fliaš na veľmi rýchle kŕmenie dieťaťa; niekedy môžu matky zmraziť mlieko na neskoršie použitie. Fyzická resp. mikrobiologická stabilita ľudského mlieka počas dlhších časových období nebola tradične predmetom záujmu, či výskumu.
V posledných rokoch sa však vedecká obec stále viac zameriava na stabilitu ľudského mlieka a na to, ako túto stabilitu zvýšia rôzne konzervačné techniky. Jedným z faktorov, ktorý viedol k tejto zmene, bol vznik mliečnych bánk v mnohých krajinách. Mlieko môžu matky darovať na distribúciu iným jednotlivcom alebo nemocniciam, kde to potrebujú. V tejto situácii mlieko potrebuje byť stabilné pri skladovaní (zvyčajne v chladničke) a preprave počas najmenej pár dní. Iné scenáre, kde sa požaduje stabilné mlieko, zahŕňajú prípady, keď sa deti narodia predčasne a vzhľadom na ich veľmi nízku pôrodnú hmotnosť, zostávajú v nemocnici dlhý čas, často na novorodeneckých jednotkách intenzívnej starostlivosti a tam, kde matky potrebujú odsať mlieko na prevoz do nemocníc.
Ľudské mlieko môže počas skladovania prejsť rôznymi zmenami, ktoré je potrebné mať na pamäti pri zvažovaní jeho „trvanlivosti“ a teda aj stratégie potrebné na jeho uchovanie v optimálnom stave. Tieto zmeny môžu vyplývať z komplexnej mikroflóry a ich metabolizmu alebo enzýmovej aktivity. Je zrejmé, že sa treba vyhnúť patogénnej bakteriálnej kontaminácii.
Ľudské mlieko sa počas skladovania tiež ľahko rozdelí na vrstvu smotany bohatej na tuk a odtučnené mlieko ochudobnené o tuk; k takémuto oddeleniu dôjde pri akejkoľvek teplote a môže sa zdať, že je významnejšie a výraznejšie u MM ako u kravského mlieka, kvôli väčšiemu kontrastu medzi fázami (odstredené ľudské mlieko často vyzerá veľmi „vodnato“ kvôli slabej schopnosti veľmi malých ľudských kazeínových miciel rozptyľovať svetlo). Typický proces aplikovaný na kravské mlieko, aby sa zabránilo vyvstávaniu smotany t. j. homogenizácia, sa však v materskom mlieku používa len zriedka, ak vôbec, čiastočne kvôli nedostatku dostupného vybavenia; jednou z technológií, ktorá by mohla mať potenciál na použitie v tomto ohľade, je ošetrenie ultrazvukom. Vo všeobecnosti je však odporúčaným krokom na riešenie tohto javu dobré premiešanie pred kŕmením. Zmrazovanie ľudského mlieka môže občas viesť k narušeniu tukových guľôčok v dôsledku poškodenia membrány tukových guľôčok ľadovými kryštálikmi , najmä pri dlhšom mraziacom skladovaní a v takýchto prípadoch môže rozmrazené mlieko vykazovať tvorbu hrudiek tuku alebo príležitostne uvoľnený voľný tuk.
Tepelné ošetrenie:
Tak ako pri mlieku iných druhov, prvým prostriedkom mikrobiologickej stabilizácie materského mlieka je tepelné ošetrenie. Bežnou stabilizačnou technikou sú procesy ekvivalentné svojou intenzitou a účinnosťou konvenčnej pasterizácii mlieka v mliečnych bankách a možno v nemocniciach.
Krátkodobé vysokoteplotné procesy používané pri priemyselnom spracovaní kravského mlieka (zahŕňajúce zahrievanie mlieka na 72–75 °C počas 15–30 s), ktoré sa zvyčajne dosahujú použitím veľkokapacitných doskových výmenníkov tepla, sú jednoznačne nekompatibilné s malými objemami ľudského mlieka, ktoré si vyžadujú ošetrenie. Štandardná tepelná úprava materského mlieka je teda bližšia k staršiemu proces pasterizácie v malom meradle známom ako nízkoteplotný dlhodobý záhrev, zahŕňajúci zahrievanie na 62–65 °C počas 30 minút, ktorý sa aplikuje na maloobjemové vzorky vo vodnom kúpeli alebo v malých špeciálne navrhnutých vykurovacích jednotkách. Tepelná úprava materského mlieka bola jasne preukázaná ako účinná proti väčšine príslušných druhov baktérií, napr. očakáva sa, že baktérie tvoriace spóry, nebudú inaktivované, ale držanie ľudského mlieka pri chladiacich teplotách zabezpečí, že ich rast nenastane. Tento spôsob je účinný aj proti vírusom v ľudskom mlieku a nedávno sa uviedlo, že aj vírus SARS-CoV-2 v ľudskom mlieku môže byť takto inaktivovaný.
Uskutočnilo sa mnoho štúdií o vplyve tepelného spracovania na biologicky aktívne, a teda cenné zložky ľudského mlieko, najmä pokiaľ ide o denaturáciu a stratu funkcie špecifických proteínov, ako sú imunoglobulíny. Možno očakávať, že hlavné makroživiny ľudského mlieka nie sú ovplyvnené tepelným ošetrením. Avšak baktericídne zložky ľudského mlieka, ktoré pomáhajú odolávať rastu baktérií, ako je lyzozým a laktoferín, stratia aktivitu. Najcitlivejšie na teplo sú imunoglobulíny.
Vysokotlakové spracovanie a iné stratégie:
Vzhľadom na potenciálne negatívne dôsledky tepelného spracovania na biologicky cenné zložky, ako sú bielkoviny MM, existuje množstvo štúdií alternatívnych stratégií spracovania na dosiahnutie rovnakých cieľov bez nežiaducich následkov.
Kľúčová technológia v tejto súvislosti sa objavilo vysokotlakové (HP) spracovanie, ktoré aj keď nie je schopné inaktivovať spóry, sa ukázalo v mnohých krajinách a štúdiách na predĺženie trvanlivosti tekutých materiálov, ako sú ovocné a zeleninové šťavy a dokonca aj surové kravské mlieko, po kombinácii s jedným alebo ďalšími významnými prekážkami ako je pH (v prípade mnohých štiav) alebo chladenie (v prípade mlieka).
Nie je teda prekvapujúce, že sa uskutočnilo množstvo štúdií o aplikácii vysokotlakového spracovania ľudského mlieka. Účinky sú, ako sa dalo očakávať, odlišné a možno aj výhodné v porovnaní s tepelným spracovaním, s mikrobiálnou inaktiváciou, ale lepším zachovaním kritických enzýmových aktivít a natívnych imunoglobulínov. Ošetrenie hydrostatickým tlakom ovplyvňuje aj senzorické vlastnosti ľudského mlieka v závislosti od intenzity aplikovaného procesu. Hlavnými prekážkami spracovania pomocou hydrostatického tlaku, ktoré prijali potravinárske spoločnosti, boli vysoké kapitálové náklady na vybavenie a malý rozsah objemov, ktoré treba ošetrovať. Tieto bariéry nemusia byť také významné, keby sa aplikovali na centralizovaných miestach, ako sú mliečne banky.
Iné typy netepelných procesov, ktoré možno predpokladať ako použiteľné pre ľudské mlieko, zahŕňajú ošetrenie pulzným elektrickým poľom, kde sa používajú krátke intenzívne impulzy elektriny na zabíjanie bakteriálnych buniek vytvorením smrteľných pórov v bunkových membránach, pričom toto ošetrenie má malý alebo žiadny vplyv na ostatné zložky. Zdá sa však, že k dnešnému dňu neprebehli žiadne štúdie pulzným elektrickým poľom na ľudskom mlieku. Ošetrenie ultrafialovým žiarením (s použitím ultrafialového žiarenia C) bolo tiež hodnotené a zistilo sa, že je zaujímavé, aj keď zjavne s väčšími účinkami na ľudské mlieko ako ošetrenie hydrostatickým tlakom.
Iné prístupy, ktoré možno považovať za relevantné pre stabilizáciu materského mlieka na dlhé obdobie, môžu zahŕňať sušenie na prášok, pravdepodobne skôr sušenie vymrazovaním ako sušenie rozprašovaním, kvôli citlivosti materiálu na teplo a rozsahu spracovania. Dalo by sa predpokladať, že sušené ľudské mlieko by mohlo byť vysoko stabilným, skladovateľným a prepravovateľným materiálom, pripravený na rekonštitúciu v mieste použitia v sterilnej (napr. prevarenej a ochladenej) vode, akonáhle bol sušený materiál vynikajúcej mikrobiologickej kvality (keďže proces neinaktivuje mikroorganizmy). Existuje teda množstvo štúdií o vplyve lyofilizácie na ľudské mlieko. Bolo tiež navrhnuté, že lyofilizované ľudské mlieko by sa mohlo pridať do čerstvého ľudského mlieka, aby sa vyrobilo koncentrovanejšie krmivo, obzvlášť vhodné pre predčasne narodené deti s veľmi nízkou pôrodnou hmotnosťou.
Vývoj dojčenskej výživy pre ľudí:
Dojčenská výživa je upravená a obohatená z kravského alebo kozieho mlieka do približuje sa čo najviac ľudskému mlieku a poskytuje základné živiny pre rast a vývoj dojčiat. . Aj keď je dojčenská výživa navrhnutá tak, aby napodobňovala ľudské mlieko, zložky a teda chemické zloženie sú stále odlišné od tých v materskom mlieku. Zloženie laktózy a lipidov v komerčnej dojčenskej výžive a materskom mlieku je podobné, ale proteíny a oligosacharidy sú odlišné. Podiel bielkovín v dojčenskej výžive je vyšší, avšak podiel oligosacharidov v materskom mlieku je vyšší ako v dojčenskej výžive. Historicky vývoj dojčenskej výživy prešiel fázami základnej výživy a obohatenej výživy, zatiaľ čo nedávne štúdie sa väčšinou zameriavajú na funkčnú výživu, ktorá poskytuje zdravotné výhody pre dojčatá (obr. nižšie). Hoci zatiaľ nie je možné vyrobiť identickú dojčenskú výživu ako ľudské mlieko, s hĺbkovým výskumom zloženia, najmä bioaktívnych zlúčenín v ľudskom mlieku, sa zloženie súčasnej dojčenskej výživy približuje zloženiu materského mlieka.
Záver:
Štúdie okolo ľudského mlieka sú pravdepodobne menej rozsiahle ako štúdie kravského mlieka, keďže odrážajú jeho význam ako čisto zdroja výživy a nie ako suroviny na spracovanie a ako meradlo pre vývoj dojčenskej výživy. Preto stav vedomostí v mnohých oblastiach, (napr. štruktúra kazeínových miciel ľudského mlieka) je oveľa menej rozvinutá. Jedinečné (medzi cicavcami) vlastnosti ľudského mlieka sa teda postupne objasňujú a je pravdepodobné, že MM bude významnou témou štúdia v nasledujúcich rokoch, hlavne zvýšený záujem o jeho fyzickú a mikrobiologickú stabilizáciu.
Autorom článku je doc. Ing. Mária Greifová, PhD.
doc. Ing. Mária Greifová, PhD., je vzdelaním a zameraním potravinársky technológ so skúsenosťami v oblasti mliekarenstva. Doteraz bola vedúcou vyše 65 bakalárskych prác, 50 diplomových prác, 4 ukončených doktorandov a podieľa sa na školení ďalších doktorandov. Ťažiskom jej vedecko-výskumnej práce je širšia problematika potravinárskej mikrobiológie so zreteľom na technologický a hygienický význam Bacillus cereus vo vzťahu k mliekarenským technológiám, významnú časť vedeckej práce venovala novým metódam detekcie Listeria monocytogenes, ale aj izolácií, charakteristike a aplikácii vybraných baktérií produkujúcich kyselinu mliečnu v potravinách. Jej vedeckú činnosť dokumentujú aktivity: 24 článkov v časopisoch registrovaných v CC; 20 článkov v časopisoch abstrahovaných v FSTA; 24 príspevkov v iných recenzovaných časopisoch; 60 prác evidovaných v zborníkoch z vedeckých podujatí z toho 16 vo svetovom jazyku. Na vedeckú prácu je 223 ohlasov evidovaných v databáze SCI a 63 v iných zdrojoch.
V minulosti bola a aj teraz je ako zodpovedný riešiteľ VEGA projektov (2012-2014), (2016-2019), (2021-2024), APVV projektu (2007-2011), bola zástupcom vedúceho projektu pri riešení medzinárodného projektu IncoCopernicus (1999-2001), ako aj spoluriešiteľ niekoľkých VEGA projektov na FCHPT STU.
