Лактоза и лактозопроизводные с пребиотическими и лечебными свойствами

Химик К. Шелле в 1780 г. установил, что молочный сахар по химическому составу является углеводом, и внес его в этот класс соединений под названием «лактоза» (lactose) от lacto – кормлю молоком. Таким образом, термины «молочный сахар» и «лактоза» синонимы [479]. По современной номенклатуре углеводов лактоза относится к классу полисахаридов. Молекулярная масса, структура и свойства лактозы полностью соответствуют классификации первой группы полисахаридов – олигосахаридам (от греч. олигос – немногий), а именно дисахаридам (биозам).

Как и все природные олигосахариды, лактоза, являясь гликозидом, имеет химическую формулу С₁₂ Н₂₂ О₁₁,идентичную сахарозе и мальтозе.

Структурная формула лактозы по Э. Фишеру:

В соответствии с теорией сбалансированного питания суточная потребность человека в углеводах составляет около 410 г, что значительно больше потребности в белках (102 г) и жире (97 г). Лактоза, как и все углеводы (сахара), служит в организме источником энергии, необходимой для осуществления биохимических процессов. Энергетическая ценность лактозы составляет 15 700 кДж/кг (3750 ккал/кг), т.е. равноценна энергетической ценности сахарозы, белковых веществ.

Рассматривая питательную ценность лактозы как комплекс свойств, включающих понятия пищевой, биологической и нутриционной ценности, необходимо отметить следующее: лактоза, поступающая в организм, практически полностью (99,7%) усваивается. Ей, как углеводу животного происхождения, присущи специфические функции. Считается, что лактоза является в большей степени структурным углеводом, тогда как другие – энергетическими.

Известный специалист в области гигиены питания проф. К.С. Петров­ский, рассматривая значение углеводов в питании, отметил, что лактоза может быть рекомендована для употребления от рождения до глубокой старости. Исключением являются противопоказания или так называемая непереносимость молока, которая по современным воззрениям приписывается составной части лактозы – галактозе.

Рассмотрим характеристику пищевой ценности лактозы. Методом предельных разведений установлено [480], что сладость лактозы в 6 раз меньше, чем сладость сахарозы, и в 4,6 раза – чем глюкозы. Сравнительная сладость углеводов по точечной шкале составляет (в ед.): сахароза – 100, фруктоза – 125, глюкоза – 72, лактоза – 38. Лактоза по сравнению с сахарозой примерно в 3 раза менее растворима в воде и практически нерастворима в спирте и эфире.

Отличительной особенностью лактозы является медленное всасывание (усвоение) стенками желудка и кишечника, что объясняется ее плохой гидролизуемостью. Поглощение углеводов в кишечнике в течение 1 ч составляет (в мг): глюкоза – 114, галактоза – 97, фруктоза – 90, сахароза – 78, лактоза – 42, ксилит – 15. Достигая отдела толстого кишечника, лактоза стимулирует жизнедеятельность бактерий, продуцирующих молочную кислоту, которая подавляет жизнедеятельность гнилостной микрофлоры. На этом принципе основана разработка и производство пребиотиков и синбиотиков.

Установлено, что лактозе присуща серологическая и бифидогенная активность, она оказывает остеогенное и гепазащитное действие. Способствуя усвоению кальция, а также магния и фосфора, лактоза препятствует декальцинированию костей, вследствие чего предупреждается развитие рахита у детей, что особенно важно для растущего организма.

Составная часть лактозы – галактоза необходима для синтеза церебро-зидов и мукополисахаридов, которые являются составляющими элементами тканей смутентной оболочки головного мозга. В организме ребенка глюкоза не может трансформироваться в галактозу. Следовательно, для обеспечения нормального физического и умственного развития детей раннего возраста лактоза должна поступать в организм с пищей (женское молоко или полноценные заменители). Взрослый организм сам обладает способностью синтезировать галактозу из глюкозы крови.

Физиологическое действие лактозы липотропно холину: увеличивая содержание лецитина, она тем самым уменьшает количество нейтральных жиров. Потребление лактозы не приводит к ожирению, как это имеет место при избыточном потреблении сахарозы.

При гидролизе лактозы не образуются токсичные вещества. В целом считают, что потребление лактозы благоприятно сказывается на углеводном, жировом и холестериновом обмене. Продолжительность жизни животных, которым с кормом давали молочный сахар, больше, чем животных, получавших сахарозу. Имеются сведения, что лактоза предохраняет организм от отравления, например аллоксаном, что было доказано на опыте с крысами.

Лактоза обладает также лечебной ценностью. Так, лактоза является мочегонным и послабляющим средством без побочных явлений. Слабительное действие лактозы проявляется при потреблении 2 г на каждый килограмм массы тела. Следовательно, взрослому человеку (80 кг) для этой цели необходимо потребить более 3 л молока в сутки, что значительно больше физиологической нормы (0,5 л молока).

Непосредственное употребление чистого препарата лактозы в пищу является нежелательным из-за незначительной сладости, малой растворимости и твердости кристаллов.

Наиболее целесообразный путь использования лактозы – с молоком и молочными продуктами, а также в качестве наполнителя или основы при производстве медицинских препаратов и продуктов для диетического и функционального питания [ 480 ].

Действующим отраслевым стандартом «Сахар молочный» ТУ 9229-128-04610209–2003 предусмотрен выпуск следующих видов и сортов молочного сахара: сахар молочный фармакопейный; сахар молочный рафинированный: обычный, мелкокристаллический; лактоза пищевая; лактоза пищевая распылительной сушки; сахар молочный пищевой; сахар молочный сырец: улучшенный, высшего сорта, первого сорта; молочный сахар кристаллизат.

Технология получения молочного сахара включает совокупность приемов и методов удаления из сыворотки балластных веществ. Для выделения молочного сахара необходимы перенасыщенные растворы лактозы, что достигается сгущением сыворотки. Кристаллизацией лактозы с обезвоживанием кристаллов, центрифугированием и сушкой получают готовый продукт. При необходимости проводят вторичную кристаллизацию или очистку для улучшения ее качества [479].

Из молочного сахара (лактозы) возможно получение целой гаммы производных: галактоза (медпрепарат), глюкозо-галактозный сироп, лактулоза, лактитол, этанол, метан, полиуретановые пены, лактобионовая кислота и др.

Дисахарид лактулоза (фруктозо-галактозид) – мощный пребиотик (промотор) бифидобактерий, обладающий рядом специфических уникальных свойств. Лактулозу широко используют также как профилактическое и терапевтическое средство при ряде заболеваний. Она считается классическим средством воздействия на метаболизм микрофлоры кишечника.

В последние годы лактулозу применяют при производстве продуктов детского питания, молочно-белковых паст, кисломолочных напитков, хлебобулочных изделий, безалкогольных и алкогольных напитков в качестве пищевых добавок и лечебных препаратов, а также как бифидогенные кормовые средства для молодняка сельскохозяйственных животных.

Органолептические показатели лактулозы и продуктов на ее основе приведены в табл. 1.11а.

Концентрат лактулозы «Лактусан»выпускают в виде сиропа с концентрацией сухих веществ 55%. В качестве сырья используют рафинированный молочный сахар или сахар-сырец не ниже высшего сорта.

Продукт предназначен для использования в качестве бифидогенной пищевой добавки при выработке продуктов питания.

Продукт вырабатывают по технологии, аналогичной технологии производства лактулозы.

 

Таблица 1.11а – Органолептические показатели лактулозы [479]

Продукт	Консистенция	Вкус и запах
Сироп лактолактулозы	Однородная, слегка вязкая жидкость. Допускается наличие кристаллического осадка лактозы, легко растворимого при нагревании до 60–70°С	Сладкий, чистый, без посторонних привкусов и запахов
Лактулоза пищевая
Концентрат лактулозы «Лактулак»:
«Лактулак-1»
«Лактулак-2»
«Лактулак-3»
Углеводный модуль «Алкософт»	Однородная, вязкая жидкость. Допускается небольшой осадок лактозы, растворяющийся при нагревании до 75–80°С	Кисло-сладкий, чистый, без посторонних привкусов и запахов
«Лактусан»	Однородная, вязкая жидкость. Допускается небольшой осадок молочного сахара	От кисло-сладкого до сладкого, чистый, без посторонних запахов и привкусов

 

Диапазон медицинского использования Лактусана очень широк и объясняется это его благотворным влиянием на общий обмен веществ, осуществляемым через толстый кишечник. Наиболее известны аспекты, связанные с его непосредственным влиянием на толстый кишечник (дисбактериозы, кишечные инфекции, запоры), в меньшей степени– опосредованные влияния (холестаз, атеросклероз, сахарный диабети др.).

В детском питании Лактусан используют в качестве высокоэффективной бифидогенной добавки для новорожденных детей, страдающих от дисбактериоза из-за отсутствия материнского молока, т.е. находящихся на искусственном вскармливании, также послетерапии антибиотиками, после перенесения инфекционных заболеваний [480].

При запорах, особенно хронических, из организма не выводятся шлаки и вредные вещества, предназначенные на выброс. Начинается гниение, образование газов, которые закупоривают и растягивают кишку, вызывая боли и спазмы. Кишечник теряет свою эластичность, становится вялым. Кроме того, нарушения стула часто сигнализируют о каком-то неблагополучии в организме, например, об опухоли или полипах в кишечнике, недостаточной работе щитовидной железы, обезвоживании, раздражении слизистой кишечника. Хронические запоры повышают риск развития патологии и злокачественных образований не только в кишечнике, но и в желчном пузыре, желудке, двенадцатиперстной кишке. По виду и консистенции испражнении иногда можно судить о заболеваниях. Например, обилие в них слизи говорит о раздражении кишечника, а черный дегтеобразный стул о язве или эрозии желудка. Еще полвека назад была поставлена задача заменить широко применяемые слабительные средства для лечения хронического запора на менее вредные. Применявшиеся препараты сенны, крушины нельзя признать полностью безвредными, т.к. действующее начало этих препаратов представлено антрахинонами, способными быть причиной колоректального рака. Запоры относятся не только к бытовым неудобствам в жизни человека. Они представляют потенциальную опасность ряда заболеваний. Запоры усиливаются у больных на постельном режиме, особенно у послеоперационных больных вследствие применения анестезии, а также у здоровых людей преклонного возраста.

Заболеванию портально-системная (печеночная) энцефалопатия бычно бывают подвержены люди преклонного возраста, и возникает оно при отказе работы печени. Циррозпечени, на фоне которого оно возникает, может наблюдаться и в молодом возрасте, соответственно и это нервное заболевание может развиться у молодых людей. Нарушения психической и нервной деятельности при этом заболевании могут носить тяжелый характер и быть причиной смерти больного. Механизм, лежащий в основе этого заболевания, состоит в медленном отравлении центральной нервной системы продуктами микробного метаболизма белковых веществ, образующихся в толстой кишке и проникающих в кровь. Здоровая печень обычно обезвреживает эти продукты и очищает от них кровь, потому их действие на центральную нервную систему не проявляется.

Среди токсичных продуктов, поступающих из толстой кишки в кровь,особое место занимает аммиак. Его влияние изучено в наибольшей степени, а состояние больного, выражающееся в избыточном накоплении аммиака в крови, соответственно именуют гипераммонизацией.

Для объяснения механизма действия лактусана в данном случае принимается в расчет его влияние по следующим направлениям:

- ферментация лактусана в толстой кишке под действием бактерий нормофлоры приведет к снижению рН ее содержимого, что затруднит всасывание аммиака из толстой кишки в кровь;

- в присутствии лактусана бактерии толстой кишки не будут использовать аминокислоты для извлечения из них энергии, что резко снижает накопление в толстой кишке токсичных продуктов метаболизма белков;

- лактусан стимулирует синтез бактериальной массы, что приводит к связыванию аммиака в клетках бактерий.

- лактусан может влиять на обмен холестерина, в частности на его уровень в печени и желчи.

Образование камней в печени есть результат нарушения жирового обмена. Механизм влияния лактусана основывается на его способности ускорять кишечный транзит. Профилактика образования камней в печени и желчевыводящих путях, а также лечение хроническою запора представляет собой фактически одно и то же действие на организм, т.к. фактором образования камней в печени являются частые или хронические запоры.

Известно, что при пониженном кишечном транзите происходит накопление в толстой кишке и всасывание в кровь так называемых вторичных желчных кислот. Так как желчные кислоты постоянно находятся в состоянии печеночно-кишечной циркуляции, то при запорах происходит значительное увеличение доли вторичных желчных кислот в составе желчи. Содержание дезоксихолевой кислоты, образующейся в толстой кишке под действием микроорганизмов из холевой кислоты, может достигать 30% от суммы желчных кислот в желчи. Такое высокое содержание дезоксихолевой кислоты в желчи является следствием кишечно-печеночной циркуляции желчных кислот, вызывающей многократное попадание одних и тех же кислот в толстую кишку в течение одного дня.

Нарушение статуса желчных кислот оказывается экологически неблагоприятным для здоровья человека, т.к. избыточное содержание дезоксихолевой кислоты в желчи приводит к повышенному удерживанию холестерина в растворенном состоянии и, следовательно, перенасыщение желчи холестерином. Дезоксихолевая кислота способна удерживать значительно больше холестерина в растворенном состоянии, чем холевая кислота. Перенасыщение холестерином желчи служит основной причиной его кристаллизации. Мелкие кристаллы могут выводиться из печени и желчного пузыря в кишку, но иногда возникают условия для роста отдельных индивидуальных кристаллов холестерина, т.е. образования камней и их роста.

При ускорении кишечного транзита и вследствие подкисления среды в толстой кишке трансформация первичных желчных кислот во вторичные приостанавливается, и через какое-то время анализ желчи показывает снижение уровня дезоксихолевой кислоты.

Этот аспект применения лактусана при почечной недостаточности и азотемии основывается на том, что часть азотистых шлаков, продуктов катаболизма белков, выделяетсяне через почки, а через кишечник.

Лактусан оказывает и общее оздоравливающее действие на стареющий организм. Один из факторов старения человека в современной жизни – его практика неправильного питания в течение многих лет. Это, прежде всего, относится к недостаточному потреблению пищевых волокон. Лактусан по своему действию представляет собой один из важнейших компонентов пищевых волокон – ферментируемые углеводы. Главное направление его действия – подкисление содержимого толстого кишечника.

Показано, также, что в качестве вещества, обладающего пребиотическим действием с успехом используется лактилол (4-О-бета-D-галакто-пиранозил-D-сорбит). Это связано с тем, что, попадая в толстую кишку без изменений, он используется микрофлорой кишечника как источник энергии [ 15, 285].

Лактитол

Ферментативное расщепление

Органические кислоты

Снижение рН

Осмотическое действие

- Усиление синтеза белка бактериями - Диффузия NH3 в толстую кишку NH3 => NH4+ - Ослабление протеолитической активности бактерий

Торможение образования NH3 Торможение образования токсинов

Увеличения содержания объема кишечника

Ускорение прохождения по кишечнику

Мягкий слабительный эффект

Рис. 1.16. Механизм позитивного действия лактитола в организме [15]

По типу метаболизма лактитол похож на пищевые волокна (рис. 1.16), он не гидролизуется и не всасывается в желудке и тонком кишечнике, а в толстом кишечнике ферментируется сахаролитической микрофлорой, преобразовываясь в низшие жирные кислоты, углекислый газ, водород и биомассу.

На основании результатов проведенных исследований [463] было доказано, что лактитол избранно действует на бифидобактерии и лактобациллы, это в целом вызывает понижение уровня рН толстой кишки за счет снижения роста гнилостных бактерий, отвечающих за синтез проканцерогенных ферментов.

Влияние лактитола на кишечную флору изучено in vitro и in vivo у человека и животных. При лечении печеночной энцефалопатии, цирроза и гепатита лактитол способен изменять соотношение протеолитических и сахаролитических бактерий в пользу последних, что приводит к значительному уменьшению концентраций эндотоксина у пациентов [569]. Образующиеся при ферментации лактитола жирные кислоты активно всасываются и метаболизируются в организме, не влияя на уровень глюкозы и инсулина в крови. Поэтому лактитол служит неинтенсивным сахарозаменителем в продуктах питания для больных сахарным диабетом.

Лактитол практически не окисляется бактериями, присутствующими в полости рта, что предотвращает образование зубного налета и кислотной среды. В этой связи он рассматривается как «дружественный по отношению к зубам» [285]. Лактитол не влияет на экскрецию мочи или кальциевый обмен, поэтому не препятствует всасыванию кальция, его обмену в костной ткани или удерживанию его в почках. Уровень кальция в плазме также остается неизменным [569].

В научной литературе [15, 597] имеются ссылки на сравнение лактитола с другими пребиотиками. Компанией «PURAC biochem bv» были проведены исследования для сравнения пребиотиков лактитола и инулина. По результатам исследований оба пребиотика оказали позитивное влияние на уменьшение скорости роста патогенной микрофлоры. Также было установлено, что по сравнению с инулином лактитол менее гигроскопичен. Главным преимуществом лактитола стала его устойчивость к воздействию высоких температур, низких значений рН, по сравнению с инулином. Эти свойства позволяют использовать лактитол для пищевых продуктов, подвергающихся воздействию высокотемпературной обработки, в то время как инулин претерпевает при этом значительные изменения (частично разрушается), что снижает пребиотический эффект [580].

В качестве вещества, обладающего пребиотическим действием, лактитол может использоваться как самостоятельно, так и для производства синбиотических продуктов. Исследования, проведенные на базе Стэндфордского университета (Великобритания), доказали, что пребиотический эффект лактитола усиливается при ежедневном приеме 20 г препарата, причем его можно вводить в рацион детей с 1 года, в количестве 2,5 г [579, 632, 638]. Доказано, что внесение лактитола увеличивает жизнеспособность микроорганизмов закваски в течение всего срока годности продукта.

Учитывая позитивное воздействие лактусана и лактитола на рост пробиотических культур, их целесообразно использовать при производстве кисломолочных продуктов для функционального питания [586].