Józef Krzyżewski
Instytut Genetyki i Hodowli Zwierząt Polskiej Akademii Nauk w Jastrzębcu
Do niedawna uważało się, że mleko i produkty z niego otrzymywane odgrywają znaczącą rolę w żywieniu człowieka głównie ze względu na zawartość w nich podstawowych składników pokarmowych, tj. tłuszczu i białka. Dlatego też prowadzona przez wiele lat selekcja bydła mlecznego była ukierunkowana na uzyskanie wysokiej wydajności mleka, zawierającego dużo tłuszczu a w okresie ostatnich dziesięcioleci także zawartości białka.
Wraz z rozwojem wiedzy dotyczącej wpływu spożywanego pokarmu na zdrowie człowieka okazało się, że zawarte w mleku niektóre kwasy tłuszczowe, białka oraz powstające z nich peptydy i witaminy, charakteryzują się korzystnym wpływem na zdrowie konsumentów. Składniki te wywierają również korzystny wpływ na przydatność technologiczną oraz cechy smakowo-zapachowe mleka i produktów mlecznych. Określane są one mianem „składników funkcjonalnych”, posiadających udokumentowany z medycznego punktu widzenia korzystny wpływ na zdrowie konsumentów.
Kwasy tłuszczowe zawarte w tłuszczu mleka charakteryzują się właściwościami, które w największym stopniu mogą bardzo korzystnie wpływać na zdrowie konsumentów. Piszemy o tym na innych stronach niniejszego czasopisma.
Białko zawarte w mleku, podobnie jak tłuszcz, nie jest substancją jednorodną, składa się bowiem z około 30 różnych białek, charakteryzujących się zróżnicowanym oddziaływaniem na organizm człowieka (tabela 1.).
Proporcje występujące między poszczególnymi rodzajami białek w mleku w niewielkim stopniu zależą od rodzaju skarmianych pasz. Większe zróżnicowanie możnaby osiągnąć prowadząc selekcję z uwzględnieniem tzw. polimorfizmu białek mleka. Hodowcy bydła zapewne wiedzą, ze już od kilkunastu lat w katalogach buhajów można spotkać osobniki, które posiadają w swoim genomie określoną polimorficzną formę kappa-kazeiny. Najkorzystniejszy wariant BB tego białka jest związany z wyższą zawartością białek kazeinowych w mleku, które decydują o wydajności sera oraz o lepszej przydatności technologicznej mleka.
W mleku występują witaminy rozpuszczalne zarówno w wodzie jak i w tłuszczu. Do pierwszej grupy należy 8 witamin z grupy B oraz witamina C. Witaminy z grupy B w organizmie człowieka oraz zwierząt biorą aktywny udział w procesach przemiany tłuszczów, aminokwasów i białek, natomiast witamina C pełni funkcję odtruwającą organizm (przyczynia się do usuwania pierwiastków metali ciężkich), reguluje poziom cholesterolu (zapobiega miażdżycy), zapobiega szkorbutowi i pełni funkcje ochronne przed rozwijaniem się chorób nowotworowych. Bardzo ważną funkcję w organizmie pełnią również witaminy rozpuszczalne w tłuszczu (A, D, E i K) oraz karotenoidy. Uczestniczą w procesach wzrostu, w regeneracji nabłonka, w funkcjach związanych z rozrodem oraz pełnią rolę tzw. antyoksydantów, neutralizując szkodliwe dla organizmu reaktywne formy tlenu, które mogą sprzyjać występowaniu różnego rodzaju schorzeń.
W mleku wyprodukowanym przy pełnym pokryciu zapotrzebowania krów, składniki mineralne znajdują się w proporcjach, umożliwiających optymalne ich wchłanianie w przewodzie pokarmowym konsumentów. Jednym z najważniejszych składników jest wapń, który oprócz udziału w procesie tworzenia się kości i zapobieganiu ich odwapnieniu (osteoporoza) reguluje pracę mięśnia sercowego, uczestniczy w przewodzeniu bodźców nerwowych oraz w procesie trawienia. Także fosfor występujący w mleku bierze udział we wszystkich procesach, które zachodzą w organizmie. Najważniejsza jego funkcja jest związana z prawidłowym funkcjonowaniem mózgu i pracy serca. Mleko zawiera również stosunkowo dużo magnezu (150 mg w litrze), któremu przypisuje się również działanie prozdrowotne, związane z jego udziałem w prawidłowym funkcjonowaniu układu nerwowego, metabolizmie witaminy C, we wzmacnianiu układu odpornościowego oraz w syntezie insuliny.
Wyniki wielu eksperymentów naukowych dowodzą, że w pewnym zakresie można zmieniać zawartość składników funkcjonalnych w mleku krów. Istnieje co najmniej kilka powodów, dla których podejmowane są próby zmiany składu chemicznego mleka w pożądanym kierunku. Producenci mleka z przyczyn ekonomicznych są zainteresowani przede wszystkim zwiększeniem ilości produkowanego mleka i zawartości w nim białka oraz tłuszczu. Technolodzy mleczarstwa dążą do zwiększenia wydajności wytwarzanych produktów (głównie sera i masła) z jednostki przerabianego mleka, a ostatnio także i zwiększenia koncentracji nienasyconych kwasów tłuszczowych w tłuszczu mleka, w celu uzyskania masła o zmniejszonym stopniu twardości (o optymalnej „smarowalności”). Z kolei biolodzy molekularni marzą o pozyskiwaniu mleka od krów transgenicznych, o wysokiej zawartości substancji biologicznie czynnych, posiadających atrybuty farmaceutyków, które mogłyby mieć duże znaczenie w medycynie ludzkiej, żywiąc przy tym nadzieję, że transgeniczna krowa mleczna będzie cennym bioreaktorem, wytwarzającym unikalne związki chemiczne, niezbędne przy leczeniu niektórych schorzeń u ludzi. Konsumenci zaś oczekują przede wszystkim wysokiej wartości odżywczej mleka i uzyskiwanych z niego produktów mleczarskich, zwracając coraz częściej uwagę na zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych z rodziny omega-3 i omega-6, skonjugowanego kwasu linolowego (CLA), biologicznie czynnych peptydów, witamin oraz makro- i mikroelementów o dużej przyswajalności przez organizm człowieka.
W świetle przedstawionych informacji powstaje pytanie, czy każda partia mleka wyprodukowanego w dowolnych warunkach zawiera pożądaną ilość składników funkcjonalnych? Odpowiedź jest jednoznaczna – NIE! Zgodnie z szacunkami dokonanymi przez dietetyków w krajach rozwiniętych (w tym także i w Polsce) w standardowej diecie statystycznego konsumenta znajduje się około 50% niepożądanych, nasyconych kwasów tłuszczowych, sprzyjających powstawaniu schorzeń układu krążenia i zawałów mięśnia sercowego, dzięki gromadzeniu się złogów cholesterolowych w naczyniach krwionośnych, otyłości, cukrzycy a nawet chorób nowotworowych. Zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Organizacji Zdrowia (WHO) udział kwasów nasyconych w diecie człowieka nie powinien przekraczać 30%. Należy więc dążyć do zmiany struktury kwasów tłuszczowych w produkowanym mleku, którego udział wraz z produktami mlecznymi w diecie konsumentów stanowi znaczącą pozycję. Mleko aktualnie produkowane w stadach komercyjnych zawiera 70-75% kwasów tłuszczowych nasyconych, 20-25% kwasów jednonienasyconych (MUFA) oraz 5% kwasów tłuszczowych wielonienasyconych (PUFA). W skład tej ostatniej grupy wchodzą kwasy z rodziny omega-3, omega-6 oraz skonjugowany kwas linolowy (CLA). Z dietetycznego punktu widzenia należałoby zmienić strukturę kwasów tłuszczowych w mleku zgodnie ze schematem podanym w tabeli 2.
Mleko o pożądanym składzie w porównaniu z aktualnie produkowanym mlekiem w stadach komercyjnych powinno zawierać o 40% mniej kwasów nasyconych, o 40% więcej kwasu olejowego oraz 5-10-krotnie więcej kwasów z rodziny omega-3 (EPA i DHA). Najbardziej pożądanymi składnikami frakcji tłuszczowej mleka są kwasy wielonienasycone (C18: 3, EPA i DHA). Z kwasów C18: 3 i C18: 2 znajdujących się w paszy po jej spożyciu w organizmie krowy powstają kwasy z rodziny omega-3 (EPA i DHA) oraz kwas CLA, któremu przypisuje się najważniejszą funkcję w organizmie człowieka. Kwas ten cieszy się największym zainteresowaniem ze względu na jego wyjątkowo korzystny wpływ na zdrowie konsumentów, ponieważ wpływa na zmniejszenie niepożądanej frakcji cholesterolu (LDL), wykazuje działanie antyoksydacyjne, wpływa na wzmocnienie systemu odpornościowego oraz wykazuje wyraźne działanie antynowotworowe. Zdolność syntezy większych ilości CLA posiadają jedynie zwierzęta przeżuwające i dlatego w mleku i mięsie tych zwierząt jego koncentracja jest wielokrotnie wyższa w porównaniu z innymi produktami (tabela 3).
Zdaniem dietetyków gdybyśmy konsumowali dziennie szklankę mleka, zawierającego podaną w tabeli ilość CLA z jedną kromką chleba posmarowaną masłem i dwoma plasterkami żółtego sera, mielibyśmy pokryte ponad połowę dobowego zapotrzebowania na CLA, które wynosi 3 g/dobę; taka ilość CLA uważana jest za skuteczną w ochronie przed rozwojem chorób nowotworowych.
W praktyce zawartość składników biologicznie czynnych w produkowanym mleku jest wypadkową działania kilku czynników, spośród których największą rolę odgrywa żywienie krów. W tym obszarze istnieje dość znaczący potencjał, umożliwiający zmianę składu chemicznego produkowanego mleka. Składnikami najbardziej podatnymi na zmianę koncentracji są kwasy tłuszczowe zawarte w tłuszczu mleka, witaminy rozpuszczalne w tłuszczu oraz karotenoidy. Utrzymywanie tłuszczu w postaci płynnej w wymieniu odbywa się za pomocą zmiany proporcji kwasów nasyconych do nienasyconych. Zmiana ta może odbywać się tylko w pewnych określonych granicach, co stanowi barierę fizjologiczną, nie pozwalającą na przesunięcie tej proporcji w zbyt dużym zakresie. Synteza kwasów tłuszczowych w gruczole mlekowym odbywa się z prekursorów, które powstają w żwaczu w wyniku zachodzących tam procesów fermentacyjnych, bądź też z kwasów w gotowej postaci, znajdujących się w pobranej paszy lub z rozpadu tłuszczu zapasowego, pochodzącego z ciała krowy. Ilość kwasów tłuszczowych przechodzących z paszy do mleka zależy od stopnia biouwodorowania kwasów nienasyconych w żwaczu i od ilości kwasów tłuszczowych wchłanianych w jelicie cienkim. Głównymi czynnikami żywieniowymi, które wpływają na zawartość tłuszczu w mleku i strukturę zawartych w nim kwasów tłuszczowych są pasze objętościowe oraz dodatki do diet różnego rodzaju komponentów zawierających tłuszcz. Mimo, iż w zawartość tłuszczu w paszach objętościowych jest stosunkowo niska, bowiem rzadko przekracza 5% w suchej masie, pasze te w większości stosowanych diet w żywieniu krów są jedynym źródłem tego składnika. Zawartość kwasów tłuszczowych w roślinach nie jest wielkością stałą. Istnieje wprawdzie pewna genetyczna zmienność w koncentracji lipidów w roślinach, jednakże ich koncentracja w największym stopniu zależy od zabiegów agrotechnicznych (głównie nawożenia azotowego), stadium wegetacji roślin i metody konserwacji; w miarę upływu wegetacji i dojrzewania roślin zawartość kwasów tłuszczowych zmniejsza się, wzrasta natomiast w miarę wzrostu poziomu nawożenia azotowego. Najwyższa koncentracja lipidów znajduje się w liściach, jednakże zmniejsza się gwałtownie w miarę upływu wegetacji, jak również wskutek procesów enzymatycznych, zachodzących po ścięciu roślin w trakcie ich podsuszania przed zakiszaniem lub suszenia na siano. Koncentracja kwasów tłuszczowych w tłuszczu roślin zmniejsza się także w okresie letnim. Zmiany w koncentracji i profilu kwasów tłuszczowych zarówno w zielonkach jak i w kiszonkach znajdują odzwierciedlenie w składzie kwasów tłuszczowych w tłuszczu mleka krów. W przeprowadzonych doświadczeniach wykazano, że zawartość pożądanych kwasów z rodziny omega-3 w mleku krów żywionych dietami z udziałem kiszonki z koniczyny czerwonej jest 2-3 – krotnie wyższa w porównaniu z mlekiem krów żywionych dietami z udziałem kiszonki z traw.
Wpływ żywienia pastwiskowego na zawartość kwasów tłuszczowych w mleku krów
Generalnie żywienie krów na pastwisku wpływa na wzrost poziomu wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w mleku. Zawartość np. CLA w mleku krów żywionych wyłącznie porostem pastwiskowym wynosi 1,0-1,8 g/100 g kwasów tłuszczowych mleka. Przy stosowaniu dodatku paszy treściwej koncentracja tego kwasu zmniejsza się, ale tylko w przypadku, gdy stosowana ilość paszy treściwej powoduje obniżenie zawartości tłuszczu w mleku. Niezależnie od rodzaju porostu pastwiskowego występują wyraźne zmiany sezonowe w zawartości kwasów tłuszczowych mleku krów wypasanych na pastwisku. W Nowej Zelandii stwierdzono wzrost koncentracji PUFA i CLA w mleku krów w okresie wiosny i jesieni, podczas gdy w okresie letnim następuje wyraźne obniżenie koncentracji tych kwasów, co jest związane z pogorszeniem jakości porostu pastwiskowego. Zanotowano także obniżenie koncentracji kwasów wielonienasyconych, przy jednoczesnym wzroście zawartości kwasów nasyconych. Podobne zależności wykazano również w Wielkiej Brytanii. Zawartość CLA w mleku krów żywionych w okresie letnim na pastwisku a w okresie zimowym dietami z udziałem kiszonek z traw w porównaniu z zawartością tego kwasu w mleku krów żywionych w okresie całego roku wg systemu TMR z dużym udziałem kiszonki z kukurydzy jest wielokrotnie wyższa. Nawet częściowe zastąpienie kiszonki z kukurydzy (od 1/3 do 2/3) powoduje 2-3-krotny wzrost zawartości CLA w mleku krów. W badaniach nad porównaniem zawartości CLA w mleku krów żywionych dietą opartą na kiszonce z kukurydzy z żywieniem krów na pastwisku, którego porost pokrywał 1/3, 2/3 i całe zapotrzebowanie krów na składniki pokarmowe stwierdzono, że udział tego kwasu wzrastał w miarę wzrostu ilości porostu pastwiskowego w diecie krów. Zawartość CLA w mleku krów żywionych dawką z udziałem kiszonki z kukurydzy wynosiła 0,39 g/100 g kwasów tłuszczowych, podczas gdy przy korzystaniu z pastwiska zawartość tego kwasu wynosiła odpowiednio: 0,89; 1,43 i 2,21 g/100 g kwasów tłuszczowych. Tak więc przy pełnym pokryciu potrzeb pokarmowych krowy porostem pastwiskowym zawartość CLA w tłuszczu mleka była o 560% wyższa w porównaniu z mlekiem krów żywionych dawką opartą na kiszonce z kukurydzy.
Wyniki niektórych badań wykazały, że nawet częściowe wypasanie krów na pastwisku, umożliwiające pokrycie ok. 1/3 zapotrzebowania krowy porostem pastwiskowym, wpływa w podobny sposób na poziom C18:3 (n-3) i cis-9, trans-11 CLA jak wypasanie krów przez 8 godzin/dobę. Interesujące wyniki badań uzyskano przy porównywaniu składu kwasów tłuszczowych w mleku krów wypasanych na pastwisku lub żywionych tym samym porostem koszonym codziennie i dowożonym do obory. W mleku krów żywionych koszoną zielonką stwierdzono niewielkie obniżenie udziału C18:3 (n-3), natomiast koncentracja cis-9, trans-11 CLA i trans-11 c18:1 uległa wyraźnemu zmniejszeniu. Jedna z hipotez zakłada, że uzyskany mniej korzystny efekt w przypadku żywienia zielonką koszoną i dowożoną do obory mógł być spowodowany brakiem możliwości selekcji pobieranych traw, jak to ma miejsce przy wypasaniu na pastwisku.
Kwasy nienasycone zawarte w różnych komponentach roślinnych podlegają w zróżnicowanym stopniu procesom biouwodorowania w żwaczu. Kwas C18:3 (n-3) zawarty w trawach podlega w znacznie większym stopniu niepożądanemu biouwodorowaniu w porównaniu z C18:3 (n-3) zawartym w koniczynie białej lub czerwonej. Mniejsze tempo i zakres biouwodorowania c18:3 n-3 zawartego w koniczynie białej jest związane z szybszym przechodzeniem tej paszy przez przewód pokarmowy i tym samym skróceniem czasu ekspozycji na działanie lipazy i procesów biouwodorowania. Stopień biouwodorowania nienasyconych kwasów tłuszczowych w żwaczu zależy także od aktywności enzymów lipolitycznych, zawartych w poszczególnych roślinach. Aktywność lipolityczna w koniczynie czerwonej jest znacznie mniejsza w porównaniu z trawami, dzięki obecności oksydazy polifenolowej. Enzym ten powoduje m.in. denaturację lipazy roślinnej i tym samym jej inaktywację. Wykazano również, że mleko krów żywionych koniczyną czerwoną zawiera więcej C18:3 (n-3) w porównaniu z mlekiem krów żywionych trawą, mimo, iż ilość tego kwasu w obydwu paszach jest podobna. Na podstawie dokonanego przeglądu badań porównawczych nad żywieniem krów paszą świeżą i konserwowaną wykazano duże różnice w składzie kwasów tłuszczowych w mleku. Podsuszanie ściętych roślin na polu powoduje znaczne straty C18:3 (n-3) w przypadku suszenia na siano i średnie w przypadku podsuszania roślin przed zakiszaniem. Straty te są związane z procesami oksydacyjnymi.
Możliwość zwiększenia zawartości w mleku witamin rozpuszczalnych w tłuszczu
Wzrostowi nienasyconych kwasów tłuszczowych zarówno w roślinach jak i w mleku krów żywionych tymi roślinami towarzyszy z reguły wzrost zawartości witamin rozpuszczalnych w tłuszczu oraz beta-karotenu. Równolegle zwiększa się zawartość tych witamin w surowicy krwi krów, co wpływa korzystnie na zdrowie zwierząt, zwłaszcza na prawidłowy przebieg funkcji związanych z rozrodem, zdrowiem rodzących się cieląt i stanem zdrowotnym gruczołu mlekowego. W gospodarstwach niskonakładowych, w których krowy są żywione zielonkami i kiszonkami z traw lub mieszanek traw z roślinami motylkowatymi, produkowane mleko zawiera o około 50% więcej witaminy A i o 80% więcej beta-karotenu w porównaniu z mlekiem pochodzącym z gospodarstw tradycyjnych. Również w mleku krów z gospodarstw organicznych stosunek kwasu CLA do kwasu linolowego (z rodziny omega-6) jest dwukrotnie wyższy. Głównym czynnikiem odpowiedzialnym za zawartość beta-karotenu (prowitaminy A) i alfa-tokoferolu (prowitaminy witaminy E) w mleku jest zawartość tych składników w paszach objętościowych, zwłaszcza w zielonkach, ponieważ w procesie konserwacji zachodzą znaczne straty. I tak np. przeciętne straty karotenoidów przy suszeniu traw i koniczyny na siano wynoszą odpowiednio: 83 i 78%, natomiast w dobrze sporządzonych kiszonkach straty te nie przekraczają 20%. Wspomniana wcześniej dodatnia zależność między wzrostem koncentracji nienasyconych kwasów tłuszczowych oraz beta-karotenu i alfa-tokoferolu w roślinach i w mleku krów żywionych tymi paszami została potwierdzona także w najnowszych badaniach. Autorzy tych badań wykazali, że w miarę wzrostu w diecie krów udziału suchej masy z porostu pastwisk (od 30 do 70%), zarówno w surowicy krwi krów jak i w mleku wzrastała koncentracja EPA, DHA, CLA, beta-karotenu i alfa-tokoferolu, w porównaniu z mlekiem krów żywionych według systemu TMR z udziałem kiszonki z kukurydzy. Należy podkreślić, że zwiększenie koncentracji beta-karotenu i alfa-tokoferolu wpływa korzystnie na zdrowie zwierząt (zapobiega przede wszystkim występowaniu procesów zapalnych), wartość odżywczą mleka oraz stabilność biologicznie aktywnych kwasów tłuszczowych zawartych w mleku i w produktach mlecznych.
Podsumowując wyniki badań dotyczących wpływu kwasów tłuszczowych zawartych w paszach objętościowych na ich transfer do mleka krów, należy mieć świadomość, że na zawartość i strukturę kwasów tłuszczowych w mleku krów znaczący wpływ mają kwasy zawarte w paszach objętościowych, których koncentracja podlega znacznym wahaniom w zależności od genotypu roślin (gatunku, odmiany), długości okresu między kolejnymi pokosami lub terminami wypasania, poziomu nawożenia azotowego, sposobu konserwacji (suszenie, kiszenie) i aktywności enzymów zawartych w roślinach. Znajomość wpływu tych czynników na zawartość i profili kwasów tłuszczowych jest niezbędna przy wyborze optymalnej strategii postępowania, zmierzającej w efekcie do uzyskania mleka o wysokiej koncentracji pożądanych kwasów tłuszczowych, o udokumentowanym, korzystnym oddziaływaniu na stan zdrowotny organizmu konsumentów. Korzystny efekt dotyczący wpływu nienasyconych kwasów tłuszczowych zawartych w paszach objętościowych na ich transfer do mleka jest generalnie nieco mniejszy w porównaniu z wynikami uzyskanymi przy stosowaniu dodatku różnego rodzaju komponentów tłuszczowych do diet krów mlecznych, takich jak oleje roślinne lub całe pełnotłuste nasiona roślin oleistych. Jednakże efekt ten jest uzyskiwany przy nieporównywalnie niższych kosztach a w ten sposób wzbogacone mleko w nienasycone kwasy tłuszczowe i witaminy rozpuszczalne w tłuszczach jest chętniej akceptowane przez konsumentów.