COMPARATIVE ANALYSIS OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF BREAST MILK AND ITS SUBSTITUTES

Abstract


The article provides statistical data on the chemical composition of human milk of women, discusses the features of fatty acid composition of human milk in comparison with animal milk and artificial milk formulas. Methods of analysis and methods of quantitative determination of the main components of milk, which make it possible to distinguish human milk from animals, are discussed. It has been shown that there are correlations between the content of saturated and unsaturated fatty acids. Given that the total fat content of milk is a phenotypically dependent value and does not depend on the diet, but the ratio of milk fatty acids depends on the diet. Instrumental methods for determining the fatty acid composition, amino acids of milk protein, lactose are presented.

Full Text

Актуальность. Грудное молоко - природная основа жизни новорожденных детей, равно как животное молоко для всех млекопитающих. Чем же отличается по составу грудное молоко от различных видов животного и искусственных молочных смесей, и каким образом можно подтвердить его подлинность? Вопрос этот становится все более актуальным по мере того, как расширяется рынок продаж женского грудного молока. В интернете легко найти большое количество предложений, и стоимость этих услуг весьма внушительна. Но никаких гарантий подлинности продукта никто предъявить не может. Высокая цена порождает попытки фальсификации путем разбавления грудного молока животным и искусственными смесями или полной его заменой. Такой подход представляет угрозу не только кошельку покупателя, но, в первую очередь, здоровью ребенка. Полученные результаты и их обсуждение. Молоко представляет собой эмульсию, содержащую органические и неорганические вещества, а также глобулы жира и молочного белка. По содержанию белка грудное молоко уступает коровьему в 2-3 раза, жирность грудного молока лежит в диапазоне 2-5,5 %. Важным отличием является то, что в женском молоке в 1,5-2 раза больше ненасыщенных жирных кислот по сравнению с коровьим молоком. Характерной особенностью является высокая степень диспергированности жира грудного молока, обусловленная лучшим усвоением организмом ребенка. Причем содержание жира в грудном молоке меняется в процессе кормления, повышаясь к его концу. Интересным фактом является то, что общая жирность женского молока является величиной зависимой фенотипически и не зависимой от диеты кормящей матери. Но при этом, от питания женщины будет зависеть состав жирных кислот в молоке. Кроме жира и белка женское молоко содержит олигосахариды, лактозу, пептиды, неорганические соединения, которые растворяются с образованием истинного раствора. Лактозы в грудном молоке много, содержание может достигать до 7%, кроме того присутствуют другие олигосахариды (более 100 индивидуальных соединений). Лактоза является легко перерабатываемым источником энергии для растущего организма, важна для роста бифидобактерий, а также для усвоения кальция. Грудное молоко имеет плотность от 1026 до 1036 кг/м³ и кислотность в диапазоне рН от 6,8 до 7,4. На рис.1 приведены данные по содержанию основных компонентов в грудном молоке и молоке различных животных. Очевидно, что процент жирности, содержание белка и минеральных веществ в грудном молоке меньше. При этом лактозы заметно больше, чем в животном молоке любого из домашних животных. Рис.1. Соотношение основных компонентов в грудном молоке и молоке животных, % Производители реализуемых на сегодняшний день искусственных молочных смесей пытаются, снижая содержание жира и белка, а также повышая содержание лактозы, адаптировать их к натуральному грудному молоку. Однако их состав остается далеко не идентичным женскому молоку, в них отсутствует целый ряд жизненно важных компонентов [1-4]. Таблица 1. Содержание жирных кислот в молоке различного происхождения Жирные кислоты Молоко Грудное Коровье Козье Кобылье Оленье Овечье С4:0 - 2,0...4,2 - - 2,5 1,1-1,7 С6:0 - 13-3,0 2,9 - 13 1,4-1,9 С8:0 0J6...0.28 1,0-2,0 2,7 2,9-3,3 1,1 2,3 С10:0 1,46-2,35 2,0-33 8,4 5,1...6,4 1,9 5,6-7,9 С10:1 - 02-0,4 - - - - С12:0 4,24-13,82 2,0-4,0 3,1 6,2-7,3 2,3 2,2-3,7 С12:1 - 0,1.-0,3 0,28 - - - С14:0 3,61...12.12 8,0-13,0 10,3 4,9...6,3 10,1 4,8-8,9 С14:1 0,06-0,50 03-13 - - - - С16:0 18,67-23,02 22,0.-33,0 24,6 17,4-23,8 21,8 17,3-22,6 С16:1 2,64-4,59 13-2,0 2,2 4,9-7,8 2,7 2,9-3,1 С18:0 4,75-6,77 9,0-13,0 12,5 0,6... 1,9 18,8 11,3-14,1 С18:1 28,75-35,18 22,0-32,0 28,5 20,9-25,8 22,4 27,9-35,2 С18:2 7,90-17,75 3,0-53 2,2 14,0-18,5 4,1 23-3,4 С18:3 0,43-2,02 до 1,5 - 3,3-12,0 3,1 1,2-2,7 С20:0 0,18-0,20 до 0,3 - 0,4-0,8 0,4 0,2-03 С22:0 0,06-0,09 до 0,1 - - - - С24:0 0,05-0,08 - - - - - Исследования [5-7] показали, что для выявления фальсификации женского молока, а также оптимизации состава искусственных молочных смесей можно использовать данные по жирно-кислотному составу грудного молока, которые позволяют определить зависимость между содержанием ряда насыщенных, моно- и полиненасыщенных высших жирных кислот. Молочный жир содержит большой набор жирных кислот (больше двадцати), и их соотношение различно для молока различного происхождения. В табл. 1 приведено процентное содержание ряда жирных кислот молочного жира для грудного молока и молока домашних животных [1-4]. В табл. 2 приведен жирно-кислотный состав для грудного молока и некоторых молочных смесей [3]. Очевидно, что искусственные молочные смеси заметно отличаются по содержанию жирных кислот (в том числе и незаменимых) от грудного молока. Так количество линолевой, линоленовой, пальмитолеиновой кислоты отличается в разы. Таблица 2. Содержание жирных кислот в грудном молоке и в некоторых молочных смесях Жирные кислоты Грудное молоко Bona Pilti Tutteli PreTutteli С14:0 734 3,45413 157-3,50 624-1023 659-8,57 С16:0 28,4 30,97-33,72 24,76-26,15 243-3230 2558-30,90 С18:0 9,97 6,98-7,66 653-6,94 957-1225 1136-1226 С16:1 3.41 056-Q75 024-028 131-1,45 132-154 С18:1 38,69 36,14-3832 4052-4133 2339-28,15 2055-2539 С18:2 9.14 14,73-1659 2256-2320 20,05-22,44 1739-22,11 С18:3 0,90 157-2,12 035-1,96 352-3,78 256-3,78 Для упрощения визуализации и возможного контроля по жирно-кислотному составу удобно применять так называемые лепестковые диаграммы, которые позволяет строить стандартная программа Microsoft Excel. Если принять за идеальное соотношение жирных кислот усредненный состав грудного молока [4], то построенная по данным таблицы 2 диаграмма будет выглядеть следующим образом: Рис.2. Нормированные значенич содержания ряда жирных кислот в грудном молоке, коровьем и молочной смеси Bona. Рис.3. Нормированные значенич общего содержания компонентов грудного и козьего молока. Данные диаграммы позволяют оценить насколько тот или иной продукт близок по жирно-кислотному составу к грудному молоку. Очевидно, что коровье молоко и молочная смесь отличаются от грудного молока почти по всем критериям. Аналогичные диаграммы можно строить и по данным содержания основных компонентов молока. Их интерпретация не требует специальной профессиональной подготовки. Из рис. 3 очевидно следует, что козье молоко отнюдь не подобно грудному. При анализе жирных кислот проводят их хроматографическое разделение, используя газожидкостную хроматографию с капиллярными колонками достаточной длины, обеспечивающей хорошее разрешение хроматографических пиков. Наиболее надежную идентификацию жирно-кислотного состава молочного жира можно провести с применением двухмерной газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором. Анализ данных по жиро-кислотному составу грудного молока женщин разных стран [7,8-18] показал, что содержание насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот практически постоянно для грудного молока большинства женщин. Заметные отклонения наблюдаются в содержании полиненасыщенных кислот. Эти колебания могут быть обусловлены характером питания в различных странах и регионах. Еще один подход к анализу и определению фальсификации грудного молока - это определение аминокислот, связанных в молочном белке. Осуществлять анализ можно методом ионобменной и обращенно-фазовой жидкостной хроматографии [19]. Полученные результаты позволяют делать определенные выводы о природе молока. Например, в результате обязательной термической обработки, которой подвергается животное молоко, происходит высвобождение части аминокислот в результате денатурации белка. Данные аминокислоты могут вступать в реакцию с углеводами молока, что приводит к значительному снижению содержания аминокислот. По массиву хроматографических данных, также как и для жирно-кислотного состава, можно строить диаграммы или контрольные карты, отражающие с учетом относительных погрешностей коридоры допустимых значений содержания аминокислот в грудном молоке. Современные инструментальные методы аналитического контроля [20] позволяют определять и лактозу в грудном молоке. Например, может быть использован ферментативный метод, который основан на окислении в присутствии фермента галактозы, содержащейся в освобожденном от жира и белка водном экстракте пробы молока, с последующим спектрофотометрическим определением образующегося в результате окисления продукта. Например, данный метод позволяет определить продукты глубокого окисления лактозы, которые образуются при термической обработке и могут находиться только в сухом молоке. Их присутствие может указывать на фальсификацию молока. Однако, ферментативного анализ является не экономичным и требует дорогостоящих ферментов и других химических реагентов. Для идентификации натурального молока можно использовать ИК-спектроскопию в средней области ИК-спектра. Каждое органическое вещество имеет свой уникальный ИК-спектр, поскольку для определенных функциональных групп характерен свой набор полос поглощения в ИК-спектре. Данный метод позволяет определять содержание лактозы до 7 %. Перспективным инструментальным методом анализа, позволяющим определять углеводы является высокоэффективная жидкостная хроматография [21]. Хроматографически возможно определять моно-, ди- и олигосахариды при совместном присутствии, лактозу и продукты ее гидролиза. Как правило, используют для этого рефрактометрический детектор. В последнее время все чаще применяют ВЭЖХ, совмещенную с масс-спектрометрами [22-25]. Такой подход отличается высокой стоимостью единичного анализа, однако обеспечивает надежный контроль лактозы в самых различных матрицах. Выводы. Проведенный анализ данных по химическому составу грудного молока показал возможность использования наблюдающихся корреляций между содержанием основных компонентов грудного молока для выявления фальсифицированного женского молока, а также для оптимизации состава искусственных молочных смесей.

About the authors

L. V. Rudakova

Voronezh State Medical University


E. N. Vetrova

Voronezh State Medical University


M. S. Buksha

Voronezh State Medical University


References

  1. Handbook of Food Chemistry. Eds.: Cheung, Peter C. K., Mehta, B.M. Springer-Verlag. - Berlin-Heidelberg. - 2015. - Р. 511-553.
  2. Yuhas, R. Human milk fatty acid composition from nine countries varies most in DHA / Yuhas R., Pramuk K., Lien E. L. // Lipids. - 2006. - V. 41, № 9. - P. 851-858.
  3. Luukkainen, P. The fatty acid composition of banked human milk and infant formulas: The choices of milk for feeding preterm infants / Luukkainen P., Salo M. K., Nikkari T. // European Journal of Pediatrics. - 1995. - V. 154, № 4. - P. 316-319.
  4. Рудаков, О.Б. Жиры. Химический состав и экспертиза качества / О.Б. Рудаков, А.Н. Пономарёв, К.К. Полянский, А.В. Любарь. M.: Дели Принт, 2005. - 312 с.
  5. Рудаков, О.Б. Жирные кислоты грудного молока / Рудаков О.Б., Рудакова Л.В., Букша М.С. // Переработка молока. - 2018. - № 9 (227). - С. 46-49.
  6. Рудаков, О.Б. Чем грудное молоко отличается от коровьего? / О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова // Переработка Молока. - 2017. - № 1. - С.40-42.
  7. Рудаков, О.Б. Фенотипическая изменчивость жирно-кислотного состава грудного молока / Рудаков О.Б., Рудакова Л.В., Букша М.С. // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2019. -Т. 19. № 1. - С. 8-22.
  8. Yuhas R., Pramuk K., Lien E.L. // Lipids. 2006. Vol. 41. No 9. pp. 851-858.
  9. Jackson K.H., Polreis J., Sanborn L., Chaima D. et al. // International Humanfeeding Journal. - 2016. - Vol.11. - No 1.
  10. Haddad I., Mozzon M., Frega N.G. // Eur. Food Res. Technol. - 2012. - Vol. 235, No 2. - РР. 325-332.
  11. Nasser R., A.M. Stephen, Y.K. Goh, M. T. Clandinin // International Humanfeeding Journal. - 2010. - Vol. 5. No 3.
  12. Chen Z.Y., Kwan K.Y., Tong K.K., Ratnayake W.M.N et al. // Lipids. - 1997. - Vol. 32. No 10. - РР. 1061-1067.
  13. Harzer G., Haug M., Bindels J.G. // Zeitschrift fűr Ernährungswissenschaft. - 1986. - Vol. 25. No 2. - РР. 77-90.
  14. Zou X., Huang J., Jin Q., Guo Z. et al. // J. Am. Oil Chem. Soc. - 2014. - Vol. 91. No 3. - РР. 481-495.
  15. Haddad I., Mozzon M., Strabbioli R., Frega N.G. // Dairy Sci. & Technol. - 2012. - Vol. 92. No 1. - РР. 37-56.
  16. Samur G., Topcu A., Turan S. // Lipids. - 2009. - Vol. 44. No 5. - РР. 405-413.
  17. Jensen R.G. // Lipids. - 1999. - Vol. 34. No 12. - РР. 1243-1271.
  18. Koletzko B., Thiel I., Abiodun P.O. // Zeitschrift fűr Ernährungswissenschaft. - 1991. - Vol. 30. No 4. - РР. 289-297.
  19. Рудаков, О.Б. Аминокислотный анализ белков молока / Рудаков О.Б., Рудакова Л.В. // Переработка молока. - 2019. - № 12 (242). - С. 32-35.
  20. Рудаков, О.Б. Контроль лактозы в молочных продуктах / Рудаков О.Б., Рудакова Л.В., Полянский К.К. // Переработка молока. - 2019. - № 5 (235). - С. 24-26.
  21. Рудаков, О.Б. Современная жидкостная хроматография углеводов / Рудаков О.Б., Полянский К.К. // Молочная промышленность. - 1999. - № 4. - С. 25-27.
  22. Trani, A. Comparison of HPLC-RI, LC/MS-MS and enzymatic assays for the analysis of residual lactose in lactose-free milk / А. Trani, G. Gambacorta, P. Loizzo, et al. // Food chemistry. - 2017. - Vol. 233, No 10. - Р. 385-390.
  23. Raza, A. Enzymatic conversion of milk lactose to prebiotic galacto-oligosaccharides to produce low lactose yogurt / А. Raza, S. Iqbal, A. Ullah et al. // Journal of food processing and preservation. - 2018. - Vol. 42, No 4. - e13586.
  24. Garballo-Rubio A. Determination of residual lactose in lactose-free cow milk by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) coupled to tandem mass spectrometry / A. Garballo-Rubio, J. Soto-Chinchilla, A. Moreno, A. Zafra-Gomez. // Journal of food composition and analysis. - 2018. - Vol. 66, No 3. - P. 39-45.
  25. Ghosh, B.C. Enzymatic hydrolysis of whey and its analysis / B.C. Ghosh, L.N. Prasad, N. P. Saha // Journal of food science and technology-mysore. - 2017. - Vol. 54, No 6. - P. 1476-1483.

Statistics

Views

Abstract - 1

PDF (Russian) - 0

Article Metrics

Metrics Loading ...

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies