Qualità del latte: peptidi bioattivi ed altri aspetti nutrizionali e nutraceutici

Transcript

1 Qualità del latte: peptidi bioattivi ed altri aspetti nutrizionali e nutraceutici S. Chessa Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria

2 Composizione del latte Sostanza chimicamente e fisicamente eterogenea le cui caratteristiche totali sono molto più complesse di quelle dei suoi singoli costituenti Circa l 88% del latte è acqua, con differenze fra specie ed in funzione di altri aspetti Il restante 12% è una miscela di elementi di diversa natura presenti in varie forme che lo rendono un alimento completo Bovino * Caprino * Ovino * Bufalino * Umano Solidi totali Acqua 100 g 12,5 g 87,5 g Grassi * 3,9 3,4 5,8 8,2 4,4 Proteine * 3,4 3,3 5,2 4,7 1,0 Zuccheri 4,7 4,4 5,1 4,4 6,9 Ceneri 0,7 0,8 0,9 0,8 0,2 Solidi tot. 12,7 11,9 17,0 18,1 12,5 Energia (Kcal) *Dati relativi alle principali razze da latte italiane

3 Qualità nutrizionale di latte e derivati Latte e derivati in discussione: responsabili di malattie degenerative dei paesi occidentali? Come tutti gli alimenti, hanno pregi e difetti corretto uso in diete equilibrate Decisamente utili (spesso indispensabili), soprattutto dove povertà e basso livello tecnologico non offrono adeguata varietà di cibi e necessaria cura nella preparazione Anche dopo lo svezzamento, resta una delle più importanti fonti di: calcio (soprattutto calcio bio-disponibile) proteine nobili micronutrienti essenziali tra cui vitamine idro- e lipo-solubili Contiene ~2.000 molecole minori con attività biologica particolare: favorire l'utilizzazione fisiologica di nutrienti essenziali esercitare un azione antinfiammatoria e antiossidante ormoni, enzimi, fattori di crescita

4 Le proteine del latte Altamente nutritive (contengono tutti gli aa essenziali) Caseine precipitano e sieroproteine in soluzione se acidificate a ph 4,6 a 20 C 95% delle proteine del latte dei ruminanti = 6 proteine (le 4 caseine + -lattoalbumina e β-lattoglobulina) -lattoalbumina maggiori β-lattoglobulina 75% sieroalbumina Sieroproteine minori immunoglobuline proteoso-peptoni 15% 10% Lattoproteine 20% Enzimi Sensibili al calcio S1 -caseina Caseine 80% Non sensibili al calcio β-caseina S2 -caseina -caseina

5 Le sieroproteine minori siero-albumina: non sintetizzata nella mammella (siero), funzione ignota (trasporto di acidi grassi e piccole molecole?) immunoglobuline: costituiscono l immunità passiva del neonato (elevate nel colostro) e il sistema immunitario della mammella proteoso peptoni: degradazione della β-caseina, correlabile alla freschezza del latte fresco pastorizzato lattoferrina: abbondante nel latte umano, scarsa nel latte bovino, ha la capacità di legare il ferro ed ha attività antibatterica e antiossidante enzimi del latte lattoperossidasi: attività antibatterica (streptococchi) con perossido di H lisozima: (nel latte umano ed equino, non in quello bovino) disgrega la parete dei batteri Gram+. fosfatasi alcalina: scinde i legami estere dell acido fosforico; estremamente termolabile, è indicatore dell eventuale trattamento termico subito dal latte lipasi

6 Bioattività delle proteine del latte Crescita e sviluppo del lattante Peptidi del latte Peptidi del latte Sviluppo lattotropo nell epifisi del lattante Prolattina Prolattina Traffico dei linfociti, sviluppo immunitario Fattori di crescita IGF-1, TGF-α, EGF Sviluppo, attività e funzioni del fegato PTHrP PTHrP Metabolismo del Ca ++ Prosaposina Prosaposina Sviluppo neurologico Caseina Effetti sul tratto gastroenterico Casomorfine Motilità intestinale, velocità del transito Velocità di svuotamento gastrico Assorbimento di aminoacidi ed elettroliti attraverso l epitelio intestinale Caseina Casochinine Flusso sanguigno nell epitelio intestinale Fattori di crescita Lattoferrina IGF-1, TGF-α, EGF Lattoferrina Accrescimento del tratto intestinale Proliferazione delle cellule dell epitelio

7 Bioattività delle proteine del latte Immunoglobulin e Citochine IgG, IgA IL-1, 2, 6 e 10, TNF-α, IFN-γ, TGF-α, TGF-β, PGE2, PGF22, Leucotriene B4 Risposta immunitaria Immunità passiva Circolazione dei linfociti, sviluppo immunitario Prolattina Prolattina Circolazione dei timociti, sviluppo immunologico Lattoferrina Lattoferrina Caseine Lattoferrina Lattoferricina e peptidi N- terminali Casomorfine, casochinine Risposta umorale ai globuli rossi ovini Sviluppo dei linfociti T-Helper (CD4+) Attività delle cellule Natural killer Attività di cellule Killer attivate da linfochinine IL-6 TNF-α Risposta immunitaria umorale Risposta infiammatoria a endotossine batteriche Risposta immunitaria e fagocitosi

8 Bioattività delle proteine del latte Controllo della fauna microbica Azione antibiotica Immunoglobuline IgG, IgA Immunità passiva contro virus e batteri Lattoferrina Lattoferrina Lattoferrina Lattoferricina Glicolipidi, oligosaccaridi Glicolipidi, oligosaccaridi Inibizione dei batteri ferro-dipendenti Attività delle cellule Killer attivate tramite linfochinine Attacco virale e infezione cellulare Attività battericida su enteropatogeni Gram +/- Attacco di batteri e virus alle cellule dell epitelio intestinale Colonizzazione batterica ed infezione virale Azione probiotica Lattoferrina Lattoferrina Crescita dei bifidobatteri nell intestino κ-caseina CMP Crescita dei bifidobatteri nell intestino Oligosaccaridi oligosaccaridi Crescita dei bifidobatteri nell intestino

9 Biopeptidi delle proteine del latte Alcune delle bio-attività sono svolte dai peptidi bioattivi Sono specifici frammenti proteici (noti dal 1979) con effetto sulle funzioni biologiche e potrebbero influenzare lo stato di salute Agiscono come degli ormoni su bersagli nel tratto gastroenterico periferici (passano intatti l epitelio intestinale e entrano nel torrente circolatorio) Ogni peptide lattoproteico può svolgere 1 o più attività

10 Biopeptidi delle proteine del latte Sono inattivi nella sequenza della proteina e devono essere rilasciati da proteolisi enzimatica durante la digestione durante la trasformazione dei prodotti alimentari La loro attività dipende da due fattori fondamentali disponibilità della proteina nativa e delle sue isoforme attività proteasica da enzimi endogeni (sistema digestivo) o esogeni (microflora intestinale) Svolgono diverse funzioni: Oppioidi (agonisti e antagonisti) Ad azione emodinamica (antiipertensivi e antitrombotici) Immunomodulatori Antimicrobici Trasportatori minerali o caseinofosfopeptidi (CFP)

11 Biopeptidi delle proteine del latte

14 Proteine del latte e allergie I principali alimenti che causano allergie sono Lattanti: latte, soia, uova, arachidi (USA) Bambini: pesce, crostacei, grano, noci (in aggiunta alle precedenti) Adulti: pesce, crostacei, grano, frutta a guscio L'allergia alimentare sopravvive: nel 71% degli individui allergici fino a 3 anni nel 50% degli individui allergici fino a 6 anni nel 28% degli individui allergici fino a 9 anni Il latte vaccino contiene più di 30 proteine; le più allergeniche sono: β-lattoglobulina Caseine (soprattutto le αs-caseine)

15 Il grasso del latte Influenza le caratteristiche organolettiche: cremosità, struttura, gusto, stabilità l'aspetto dietetico-nutrizionale: energia totale della dieta, salute umana le caratteristiche tecnologiche del latte È la componente più variabile del latte (stadio di lattazione, alimentazione, etc.) È composto da trigliceridi (98%) fosfolipidi (1%) steroli (1%) Acidi grassi >400 acidi grassi nell organismo umano, con concentrazioni e rapporti specifici; l equilibrio è garantito da ottimale apporto con la dieta Unici essenziali (no corredo enzimatico per sintetizzarli) ALA, acido α linolenico (C18:3 ω-3) LA, acido linoleico (C18:2 ω-6) Altri prodotti in quantità insufficiente L EPA Il DHA

16 Gli acidi grassi nel latte SFA (saturi) ~70% degli acidi grassi del latte Correlati con la comparsa di malattie cardiovascolari Influiscono sul livello di LDL e colesterolemia totale: il C14 determina forte aumento il C12 e il C16 moderato aumento C<10 e il C18 nessun effetto MUFA & PUFA (insaturi) ~30% (27% acido oleico): riduce il livello di colesterolo (HDL inalterato) favoriscono moltiplicazione cellulare garantendo alle membrane cellulari la necessaria fluidità Contiene i PUFA essenziali: ALA (C18:3 ω-3) LA (C18:2 ω-6) Rapporto ideale ω-6/ω-3 = 4 Nome Peso % Butirrico C4:0 3,32 Caproico C6:0 2,34 Caprilico C8:0 1,19 Caprico C10:0 2,81 Laurico C12:0 3,39 Miristico C14:0 11,41 Palmitico C16:0 29,53 Stearico C18:0 9,84 Nome Peso % Miristoleico C14:1 1,40 Palmitoleico C16:1 3,38 Oleico C18:1c9 27,39 Vaccenico C18:1t11 0,77 Rumenico C18:2c9t11 0,58 Linoleico C18:2c9c12 2,00 Linolenico C18:3c9c12c1 5 1,10 Arachidonico C20:4 0,20

17 Gli acidi grassi nel latte Prodotti alimentari dei ruminanti: il più elevato contenuto in CLA (AG TRANS isomeri del linoleico coniugato) Anticarcinogenica uniche sostanze per le quali prove su animali da esperimento hanno evidenziato effetti sui tumori di mammella, intestino e prostata Antiaterogenica azione anticolesterolemica e di protezione dalle coronaropatie cis-9, trans-11 CLA Antiadipogenica Immunomodulante Promotrice della crescita Antidiabetica (diabete di tipo II) Specie min. max. Bovina 0,5 2,0 Ovina 0,5 2,5 Caprina 0,5 3,0 trans-10, cis-12 CLA C 18:2 cis-9, cis-12 Acido linoleico

18 Come si può ottenere un latte con specifiche caratteristiche nutraceutiche?

19 Variabilità genetica 17,5 Kb 8,5 Kb 18,5 Kb 13 Kb 4,9 Kb 2 Kb Cromosoma 6 Crom Crom. 5-3 S1-CN b-cn S2-CN -CN b-lg -LA Totale Capra Pecora Bovino Bovino Caprino Ovino Bufalino Umano Caseine (g/100g) 2,46-2,80 2,81 4,18 4,0 0,17-0,32 Sieroproteine (g/100g) 0,55-0,70 0,69 1,02 1,0 0,68-0,83 Proporzione 80:20 80:20 80:20 80:20 40:60

20 Biopeptidi del latte Il polimorfismo genetico delle lattoproteine può modificare la sequenza dei peptidi e quindi l attività biologica e il valore nutrizionale (nutraceutico) Es. varianti A 1 e A 2 di β-caseina alterazione di un sito di taglio enzimatico peptide b-casomorfina 7 prodotto in quantità 4 volte in individui A 1 rispetto a A 2 b-casomorfina 7 (Allele A1) Val Tyr Pro Phe Pro Gly Pro Ile His Asn b-casomorfina 7 (Allele A2) Val Tyr Pro Phe Pro Gly Pro Ile Pro Asn

21 Allergia al latte bovino Epitopo α S1 -cn bovina α S1 -cn caprina Alleli α S1 -cn caprina 1^ mag. NENLLRFFVAPFPEVFGKEK NENLRFVVAPFPEVFRKEN A, B, C, D, E, F 2^ mag. KEDVPSERYLGYLEQLLRLK KEDVPSERYLGYLEQLLRLK A, B, D, F KEDVPSERYLGYLEQLLRLK KEDVPSERYLGYLEQLLKLK C KEDVPSERYLGYLEQLLRLK EQLLKLK E 3^ mag. LEIVPNSAEERL LEIVPKSAEEQL A, B, C, D, E, F 4^ mag. NQELAYFYPELFRQF NQELAYFYPQLFRQF A, B, C, D, E, F 5^ mag. YPSGAWYYVPLGTQY YPSGAWYYVPLGTQY A, B, C, D, E, F 6^ mag. YTDAPSFSDIPNPIGSENSEKT YTDAPSFSDIPNPIGSENSGK T YTDAPSFSDIPNPIGSENSEKT YTDAPSFSDIPNPIGSENSGK A A, B, C, D, F 1^ min. ELSKDIGSES ELSKDIGSES A, B, C, D, E, F 2^ min. EEIVPNSVEQ EEIVPNSAEQ B, C, D EEIVPNSVEQ EEIVPNSAQQ A EEIVPNSVEQ -EIVPNSAEQ F EEIVPNSVEQ E 3^ min. MKEGIHAQQK MKEGNPAHQK A, B, C, D, E, F E

22 Genetica e grasso del latte Geni coinvolti nel metabolismo dei grassi hanno varianti con effetti favorevoli che possono essere sfruttati (caseine, DGAT1, SCD, ecc.) Razza Camosciata Effetto significativo del genotipo CSN1S1 su acidi grassi C14:1, C17:0, C18:3 n3, C20:0, C21:0, C20:4 C18:3n3 e C20:4 di particolare interesse dal punto di vista 1.4 nutrizionale > C20:0 CSN1S1*F > C18:3n3 CSN1S1*A < C20:4 CSN1S1*E C14:1 C17 C18:3n3 C20 C21 C20:4 0 AA AE AF EE EF FF

23 Genetica e grasso del latte 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 50 SNP 1panel 30 SNP 2panel 45 SNP 3 panel 3-9 SNP 4 panel. Capric acid (C10:0) Myristic acid (C14:0) Palmitic acid (C16:0) Oleic acid (C18:1c9) Saturated fatty acids (SFA) Poly-unsaturated fatty acids (PUFA) Stearic acid (C18:0) Rumenic acid (C18:2c9-t11) Mono-unsaturated fatty acids (MUFA) Fig. 1A. Plots of CAN1 vs. CAN2 obtained as results of the canonical analysis for the analyzed traits Fig. 1B. Percentage of individuals correctly assigned for each trait to the three categories (minus, mean, plus) with the 4 SNP panels

24 Alimentazione e grasso del latte La ghiandola mammaria produce i lipidi partendo da: nelle sue cellule 40% da acidi grassi prelevati dal flusso Micelle caseiniche ematico e quindi dalla dieta dell animale 60% Globuli di grasso Effetti alimentari più studiati: diverso rapporto foraggi/concentrati della dieta presenza di fonti lipidiche nella dieta (olii ricchi in acido linoleico > oleico > semi interi > semi estrusi) la natura della componente foraggera della dieta (erba fresca, fieno, insilato) e stadio vegetativo (primi tagli > CLA)

25 In sintesi è possibile Sfruttare la variabilità genetica dei singoli animali per: produrre latte con maggiore o minore presenza di specifici biopeptidi produrre latte in grado di rispondere a specifiche esigenze di salute (acidi grassi e allergie) Sfruttare la diversità microbica per produrre prodotti con specifica bioattività (numerosi brevetti in campo ortodentistico) Gestire la dieta dell animale per migliorare le caratteristiche nutraceutiche di latte e derivati (grasso)

26 Ringraziamenti IBBA - CNR Stefano Biffani Bianca Castiglioni Paola Cremonesi Riccardo Moretti Alessandra Stella Federica Turri UNI-BS Anna Caroli Omar Bulgari Giovanni Tulipano UNI-PI Giuseppe Conte Marcello Mele