Результаты двадцатилетних исследований свидетельствуют о том, что включение в рацион пептидов коллагена может привести к различным улучшениям здоровья.
В соответствии с текущим методом оценки качества белка PDCAAS (оценка аминокислот с поправкой на усвояемость белка), в коллагеновом белке отсутствует одна незаменимая аминокислота (триптофан), и поэтому он классифицируется как неполный источник белка.
Коллагеновый белок имеет низкий профиль незаменимых аминокислот, но в качестве функциональной пищи коллаген является источником физиологически активных пептидов и условно незаменимых аминокислот, которые могут улучшить здоровье и удовлетворить физиологические потребности, связанные со старением и физическими упражнениями.
Цель этого исследования состояла в том, чтобы определить максимальный уровень диетических пептидов коллагена, который может быть включен в диету по западному образцу, сохраняя при этом незаменимый аминокислотный баланс.
Повторяющиеся расчеты PDCAAS показали, что уровень пептидов коллагена до 36% можно использовать в качестве заменителя белка в ежедневном рационе, обеспечивая при этом удовлетворение незаменимых потребностей в аминокислотах.
Это исследование предполагает, что эффективное количество функциональных пептидов коллагена (от 2,5 до 15 г в день), наблюдаемое в литературе, ниже максимального уровня коллагена, который может быть включен в стандартную американскую диету.
1. Введение
Функциональные продукты обеспечивают пользу для здоровья помимо основного питания. Основная роль диеты заключается в обеспечении достаточного количества питательных веществ для удовлетворения пищевых потребностей человека. Однако наука о питании продвинулась от классических концепций предотвращения дефицита питательных веществ и базовой адекватности питания к концепции оптимального здоровья, при этом акцент исследований сместился на выявление биологически активных компонентов в пищевых продуктах с потенциальной пользой для здоровья или желаемыми физиологическими эффектами.
Биологически активные пептиды, полученные из пищевых продуктов, являются продуктом гидролиза исходного источника белка, в результате чего образуются определенные аминокислотные последовательности, которые оказывают положительное физиологическое воздействие на организм, часто отличное от действия отдельных аминокислот, которые они содержат. Биоактивные пептиды неактивны в нативном белке, но после отщепления от нативного белка путем переваривания, ферментации или специфической обработки показано, что они оказывают благотворное влияние на оптимальное физическое и психическое самочувствие, а также могут снижать риск заболевания.
Коллаген является хорошо зарекомендовавшим себя источником функциональных пептидов с биологической активностью. Было показано, что пептиды коллагена в качестве функциональных пищевых продуктов выполняют важные физиологические функции, оказывая положительное влияние на здоровье. Многочисленные исследования показали улучшение эластичности кожи, восстановление утраченной хрящевой ткани, уменьшение боли в суставах, связанной с физической активностью, укрепление сухожилий и связок, увеличение безжировая масса тела у пожилых мужчин и женщин в пременопаузе и повышенная минеральная плотность костей у женщин в постменопаузе. В этих исследованиях изучали добавки с дозами от 2,5 до 15 г биоактивных пептидов коллагена в течение периодов от трех до 18 месяцев. Преимущества объясняются способностью биоактивных пептидов коллагена усиливать синтез белков внеклеточного матрикса в различных тканях за счет стимулирующего клеточного эффекта, обеспечивая при этом специфические строительные блоки аминокислот для коллагенов организма.
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что польза пептидов коллагена для здоровья подтверждает принцип, согласно которому включение таких функциональных компонентов в ежедневный рацион будет улучшать обмен коллагена во всем организме и другие аспекты здоровья более эффективно, чем текущее среднее сочетание белков в обычных западных диетах. Несмотря на низкое соотношение незаменимых и заменимых аминокислот в коллагеновом белке, диета западного образца обычно содержит значительно большое количество незаменимых аминокислот из-за высокого потребления белка, полученного из источников пищи животного происхождения.
Текущий метод рутинной оценки достаточности незаменимых аминокислот для данного продукта питания или диеты — это PDCAAS (показатель аминокислот с поправкой на усвояемость белка), который должен быть заменен новым подходом DIAAS (показатель усвояемости незаменимых аминокислот). Несмотря на свои ограничения, PDCAAS был принят на международном уровне в законодательстве и политике в области пищевых продуктов. В нормативно-правовой базе США PDCAAS является одним из критериев для идентификации и сообщения о том, что пища является «источником» белка для целей маркировки пищевых продуктов и маркетинга.
Показатели качества белка на основе PDCAAS используются для корректировки потребления белка с пищей в соответствии с ежедневными потребностями в незаменимых аминокислотах. В идеале индекс аминокислот (AAS) белка или белковой смеси не должен превышать 1,0, т. е. удовлетворять 100% потребности в незаменимых аминокислотах при минимальном избытке. Это связано с тем, что метаболические потребности организма включают как незаменимые, так и незаменимые аминокислоты. Как следствие, если одна или несколько незаменимых аминокислот присутствуют в избытке, диета становится ограниченной по незаменимым аминокислотам, таким образом, несбалансированной, даже если PDCAAS остается равным 1,0. Основываясь на этих наблюдениях, включение функциональных пептидов коллагена в рацион без ущерба для достаточности незаменимых аминокислот может увеличить питательную ценность незаменимых аминокислот.
Цель этого исследования состояла в том, чтобы определить максимальный уровень, при котором пептиды коллагена могут быть включены в типичную белковую смесь стандартной американской диеты без снижения общего балла PDCAAS ниже 1,0.
2. Материалы и методы
2.1. Состав и усвояемость стандартной американской диеты
Аминокислотный состав стандартной американской диеты был получен из 10-го общенационального исследования USDA (Министерство сельского хозяйства США), 1994–1996, 1998 Continuing Survey of Food Intakes by Individuals (CSFII), которое было самым последним . отчет о среднем индивидуальном потреблении аминокислот.
Усвояемость стандартной американской диеты была установлена на уровне 96%, как описано в серии технических отчетов ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения).
2.2. Состав и усвояемость пептидов коллагена
Аминокислотный состав пептидов коллагена был выбран из общедоступных данных о шести широко потребляемых диетических источниках пептидов коллагена — четырех образцах из свиней, одном образце из крупного рогатого скота (GELITA AG, Эбербах, Германия) и одном образце из морских животных. Четыре гидролизата свиного коллагена были получены с использованием различных обработок протеазами. Образец, принятый в этом исследовании, представлял собой образец пептида коллагена, который дал самую низкую долю коллагена, которая может быть включена в стандартную американскую диету, при сохранении высокого качества диетического белка (PDCAAS равняется 1,0) после повторных расчетов PDCAAS для все шесть образцов. В качестве пептида коллагена был выбран образец D из Ao and Li (2012), и его незаменимый аминокислотный состав представлен вТаблице.
Таблица 1. Результаты итеративных расчетов PDCAAS, разработанных для определения наивысшего процента каждого типа коллагеновых пептидов, которые могут быть включены в стандартную американскую диету при сохранении качества диетического белка.
| Обычно потребляемые пищевые источники пептидов коллагена |
PDCAAS равен 1,0 («высокое» качество пищевого белка) |
PDCAAS равен 0,75 («хорошее» качество пищевого белка) |
||
|---|---|---|---|---|
| Коллаген (%) | Первая лимитирующая аминокислота | Коллаген (%) | Первая лимитирующая аминокислота | |
| Свининаобразец А [ 27 ] | 39% | Триптофан | 54% | Триптофан |
| Свининаобразец Б [ 27 ] | 39% | Триптофан | 54% | Триптофан |
| Свининаобразец C [ 27 ] | 39% | Триптофан | 54% | Триптофан |
| Свининаобразец D [ 27 ] | 36% | Цистеин + метионин | 54% | Триптофан |
| Крупный рогатый скот (GELITA AG) | 39% | Цистеин + метионин | 54% | Триптофан |
| Морской [ 28 ] | 39% | Триптофан | 54% | Триптофан |
Таблица 2. Расчет PDCAAS суточной белковой смеси, содержащей 36% пептидов коллагена и 64% смешанных белков из стандартной американской диеты, на основе данных CFSII Министерства сельского хозяйства США за 1994–1996, 1998 гг.
| Незаменимые аминокислоты | Эталонная модель потребности в аминокислотах * (мг/г) | Белковая смесь стандартной американской диеты | Коллагеновые пептиды (свиного происхождения, образец D) | Ежедневная белковая смесь, содержащая 36% пептидов коллагена и 64% стандартной белковой смеси американской диеты | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| г/100 г | г/100 г с поправкой на усвояемость 96% | ААС | г/100 г | г/100 г с поправкой на усвояемость 98,4% | ААС | г/100 г | мг/г | ААС | ||
| Цис+Мет | 25 | 3,68 | 3,53 | 1,41 | 0,72 | 0,71 | 0,28 | 2,50 | 25.00 | 1,00 ** |
| гистидин | 18 | 2,91 | 2,79 | 1,55 | 0,85 | 0,83 | 0,46 | 2.08 | 20,78 | 1,15 |
| изолейцин | 25 | 4,70 | 4,51 | 1,80 | 1,61 | 1,58 | 0,63 | 3,44 | 34,39 | 1,38 |
| Лейцин | 55 | 8.07 | 7,75 | 1,41 | 2,51 | 2,46 | 0,45 | 5,82 | 58.18 | 1,06 |
| лизин | 51 | 6,97 | 6,69 | 1,31 | 4.31 | 4.22 | 0,82 | 5,79 | 57,92 | 1.14 |
| Треонин | 27 | 4.00 | 3,84 | 1,42 | 1,96 | 1,92 | 0,71 | 3.14 | 31.37 | 1,16 |
| Триптофан | 7 | 1,20 | 1,16 | 1,65 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,73 | 7,34 | 1,05 |
| Тир + Фен | 47 | 8.19 | 7,86 | 1,67 | 2,97 | 2,91 | 0,62 | 6.05 | 60,55 | 1,29 |
| Валин | 32 | 5,28 | 5.07 | 1,58 | 3,22 | 3.16 | 0,99 | 4,37 | 43,70 | 1,37 |
- Cys + Met = цистеин и метионин;
- Tyr + Phe = тирозин и фенилаланин;
- AAS = индекс аминокислот;
- * Эталонная структура потребности в аминокислотах (мг/г) из DRI (Dietary Reference Intakes) 2005, для детей старше одного года и всех других старших возрастных групп.
- ** Этот AAS представляет собой рассчитанный PDCAAS для пищевой белковой смеси.
Предполагалось, что истинная усвояемость коллагена азотом с фекалиями не ниже, чем у желатина (98,4%).
2.3. Итерационные расчеты PDCAAS
Повторяющиеся расчеты PDCAAS были выполнены для каждого из шести пептидов коллагена в соответствии с рекомендациями, описанными в серии технических отчетов ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения). PDCAAS является самым низким значением среди всех показателей незаменимых аминокислот, с поправкой на усвояемость и усеченным до 1,0. Баллы незаменимых аминокислот получают путем деления содержания каждой незаменимой аминокислоты на грамм белка на соответствующее значение из эталонной модели потребности в аминокислотах. Эталонная модель потребности в аминокислотах, используемая в расчетах, была для детей старше одного года и всех других старших возрастных групп из DRI (Dietary Reference Intakes).
Повторяющиеся расчеты заключались в замене части типичной белковой смеси стандартной американской диеты произвольным процентным содержанием коллагеновых пептидов в качестве отправной точки, например 10%, и расчете соответствующего PDCAAS, равного 1,0. Процент пептида коллагена увеличивали с шагом 1% до тех пор, пока полученный PDCAAS поддерживали равным 1,0. Этот алгоритм определил максимальное количество пептидов коллагена, которое можно было бы включить в рацион, сохраняя при этом «высокое» качество пищевого белка [ 22] .] (стр. 43). В отдельном расчете процент пептидов коллагена был дополнительно увеличен до тех пор, пока соответствующий PDCAAS не упал до 0,75, что определило максимальное количество пептидов коллагена, которое могло быть включено в рацион при сохранении «хорошего» качества пищевого белка.
2.4. Потребление коллагена в стандартной американской диете
Среднесуточное потребление белка коллагена в стандартной американской диете было оценено путем анализа данных NHANES (Национальное обследование здоровья и питания) за 2001–2002 и 2003–2004 годы.
Рекомендуемые диетические нормы (RDA) белка для мужчин (56 г) и женщин (46 г) в возрасте от 19 до 50 лет использовались для оценки того, соответствует ли эффективное ежедневное количество функциональных пептидов коллагена (от 2,5 до 15 г), отмеченные в литературе, были ниже максимального уровня коллагена, который может быть включен в стандартную американскую диету.
3. Результаты
Расчеты PDCAAS определили, что уровень пептидов коллагена до 36% может использоваться в качестве замены белка при сохранении необходимого баланса аминокислот и высокого показателя качества белка стандартной американской диеты (PDCAAS равен 1,0). Расчет PDCAAS для суточной белковой смеси, содержащей 36% пептидов коллагена и 64% смешанных белков из стандартной американской диеты, показан на рис.Таблица 2. Первыми лимитирующими аминокислотами были суммы серосодержащих аминокислот метионина и цистеина. Расчеты PDCAAS также показали, что максимальная доля пептидов коллагена, которые могут быть включены в стандартную американскую диету, составляет 54% при сохранении хорошего качества пищевого белка (PDCAAS равен 0,75). При этом первой лимитирующей незаменимой аминокислотой для всех шести коллагеновых пептидов был триптофан.
В этом исследовании индивидуальные аминокислотные баллы стандартной американской диеты варьировались от 1,31 до 1,67, указывающий на избыток незаменимых аминокислот от 31% до 67%, что позволило заменить 36% коллагеновыми пептидами при сохранении PDCAAS рациона равным 1,0.
Рисунок иллюстрирует разницу в балансе между незаменимыми и незаменимыми аминокислотами, когда общий белок в стандартной американской диете заменяется на 36% пептидами коллагена. Эта цифра предполагает, что обогащение рациона эффективным количеством коллагеновых пептидов может способствовать лучшему питательному балансу двадцати диетических аминокислот, сохраняя при этом высокий показатель качества белка в рационе.
Иллюстрация баланса между незаменимыми и заменимыми аминокислотами при замене общего белка в стандартной американской диете 36% пептидами коллагена по сравнению с преобладанием незаменимых аминокислот в стандартной американской диете. Абсолютные значения основаны на аминокислотном составе стандартной американской диеты и коллагеновых пептидов образца D свиного происхождения.
Таблица 3 показывает расчетное среднее потребление белка коллагена с пищей, которое варьировалось от 3 г в день для тех, кто не потребляет колбасы или сосиски в больших количествах, до 23 г в день для тех, кто потребляет эти продукты в значительных количествах. Это указывает на то, что потребление белка коллагена широко варьируется в зависимости от выбора продуктов питания и диетических привычек, что может значительно повлиять на профиль аминокислот, получаемых из общего потребления белка.
Таблица 3. Расчетное среднесуточное потребление белка коллагена при стандартной американской диете мужчинами и женщинами с использованием данных NHANES за 2001–2004 годы.
| Основные пищевые группы Источники пищевого коллагенового белка (NHANES 2001–2004) | Средний коллагеновый белок (% сухой массы) | Среднее ежедневное потребление | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Мужчины | Женщины | ||||
| Группа продуктов (г) | Коллагеновый белок (г) | Группа продуктов (г) | Коллагеновый белок (г) | ||
| Говядина, свинина, телятина, баранина и дичь | 5.15 | 70,87 | 3,6 | 39,69 | 2.04 |
| Курица, индейка и другая птица | 1,40 | 42,52 | 0,6 | 34.02 | 0,48 |
| Морепродукты | 5,50 | 19,84 | 1.1 | 14.17 | 0,78 |
| Сосиски, сосиски и мясные закуски | 55,43 | 31.18 | 17,3 | 17.01 | 9.43 |
| Итого, высокие потребители сосисок, колбас и мясных полуфабрикатов | 22,6 | 12,7 | |||
| Итого, потребителей сосисок, колбас и мясных полуфабрикатов нет | 5.3 | 3.3 | |||
По сравнению как с минимальными RDA, так и с фактическим потреблением белка с пищей для мужчин и женщин в абсолютных значениях, эффективное суточное количество функциональных пептидов коллагена (от 2,5 до 15 г), наблюдаемое в литературе, уровень коллагена ниже максимального, который может быть включен в стандартную американскую диету.
Таблица 4. Эффективное суточное количество функциональных коллагеновых пептидов (от 2,5 до 15 г), наблюдаемое в литературе, выражено как (A) процент от рекомендуемой нормы потребления (RDA) как для мужчин, так и для женщин и (B) процент от среднего суточного потребления белка в стандартная американская диета *.
| Эффективное суточное количество функциональных пептидов коллагена | |||
|---|---|---|---|
| Мин. 2,5 г | Макс 15 г | ||
| (А) | RDA (г) | RDA (%) | RDA (%) |
| Люди | 56 | 4 | 27 |
| Женщины | 46 | 5 | 33 |
| (Б) | Потребление белка * (г) | Потребление белка (%) | Потребление белка (%) |
| Люди | 100 | 2,5 | 15 |
| Женщины | 67 | 4 | 22 |
* Ежедневное потребление белка в стандартной американской диете за 10-летний период с 1999 по 2008 год.
4. Дискуссия
В этом исследовании рассматривалась текущая проблема, с которой сталкиваются производители продуктов питания и специалисты в области здравоохранения при разработке пищевых продуктов и информировании о диетических практиках для оптимального здоровья с использованием функциональных пептидов коллагена в соответствии с нормативно-правовыми базами, которые подкреплены оценкой качества белка PDCAAS.
Исследование показало, что включение коллагеновых пептидов в количестве 36% от общего суточного потребления белка поддерживает оптимальный диетический баланс незаменимых и незаменимых аминокислот (PDCAAS равен 1,0). Любая более низкая доля коллагеновых пептидов будет поддерживать высокое качество белка в рационе (PDCAAS равен или выше 1,0). Принимая во внимание аминокислотные вариации в пептидной последовательности пептидов коллагена, которые вызваны различиями в пищевых источниках и обработке, расчетный диапазон замещения коллагена варьировался от 36% до 39%, исходя из аминокислотного состава шести белков. образцы пептидов коллагена, исследованных в этом исследовании.
Было обнаружено, что по отношению к общему суточному потреблению белка эффективное количество функциональных пептидов коллагена, наблюдаемое в литературе (от 2,5 г до 15 г), ниже максимального уровня коллагена, который может быть включен в качестве замены белка в рационы, отвечающие минимальным RDA для белка. На практике суточное потребление белка в стандартной американской диете превышает RDA, незначительно увеличившись за 10-летний период с 1999 по 2008 г. с 15,6% до 15,9% (100 г) у мужчин и с 15,2% до 15,5%.% (67 г) у женщин по отношению к общему потреблению энергии. Недавние исследования показывают, что потребление белка выше RDA способствует здоровому старению, контролю веса и адаптации к физическим упражнениям. Если рекомендуемое потребление белка увеличится, эффективное количество коллагеновых пептидов останется значительно ниже 36% доли коллагена, определенной в этом исследовании как замещение белка, гарантируя, что добавка функционального коллагенового пептида не создаст проблему чрезмерного потребления. Основываясь на этих наблюдениях, эффективное количество функциональных пептидов коллагена было бы лучше добавлять, а не заменять в рационе при потреблении белка на уровне RDA. Этот подход обеспечит все преимущества для здоровья, связанные с пептидами коллагена, при одновременном увеличении общего суточного потребления белка до более полезных уровней и улучшении баланса аминокислот в рационе.
Общепризнано, что баланс между незаменимыми и незаменимыми аминокислотами является более благоприятной метаболической ситуацией, чем преобладание незаменимых аминокислот, поскольку незаменимые аминокислоты, потребляемые сверх потребности, либо превращаются в незаменимые аминокислоты, либо непосредственно окисляются. В то время как физиология человека включает метаболические пути для синтеза незаменимых аминокислот из незаменимых аминокислот и других предшественников, до сих пор неясно, достаточно ли возможностей организма для удовлетворения незаменимых потребностей в аминокислотах для оптимального здоровья, которые могут стать еще более важными с возрастом, физическими упражнениями. и болезни. В настоящее время показатели качества белка определяются только содержанием незаменимых аминокислот, хотя в отчете Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО) за 2013 год об оценке качества пищевого белка в питании человека рекомендуется провести будущие исследования для определения важности незаменимых аминокислот в рационе. потребление кислоты, и если есть обстоятельства, при которых следует учитывать незаменимые аминокислоты при расчете DIAAS белка. Также неизвестно, как модель потребности в аминокислотах для оптимального здоровья отличается от текущей базовой модели, что требует дополнительной работы для улучшения общего понимания потребностей в аминокислотах на разных этапах жизни, физиологических условиях и оптимальном состоянии здоровья. Необходимы новые исследования в этой области, чтобы обеспечить современный взгляд на оценку качества белка и его классификацию, учитывающую дополнительные преимущества биоактивных пептидов для здоровья.
Самый низкий ААС стандартного американского рациона был оценен в 1,3, что указывает на содержание незаменимых аминокислот, которое как минимум на 30% превышает потребности. Большинство западных диет имеют AAS, равный или превышающий 1,0, из-за высокого содержания животных белков, которые содержат незаменимые аминокислоты, превышающие потребности, и потому, что диетические белки с ограниченным содержанием одной аминокислоты могут дополнять источники белка, которые ограничены другой аминокислотой. кислота.
Беспокойство, часто возникающее в связи с коллагеновым белком, заключается в том, что высокий уровень коллагена в рационе может привести к низкому уровню PDCAAS, в основном из-за полного отсутствия незаменимой аминокислоты триптофана. Теоретически PDCAAS равен нулю, если отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота, как в случае с коллагеновым белком. Однако, поскольку белок коллагена никогда не употребляется в качестве единственного или основного источника белка, его питательный вклад всегда должен оцениваться в контексте смешанной белковой диеты. Поскольку взрослая диета состоит из различных источников белка, использование отдельно значения PDCAAS для коллагена не имеет практического значения. Это исследование показало, что хотя пептиды коллагена не содержат триптофана и имеют низкое содержание цистеина и метионина, средняя диета в США содержит избыток этих аминокислот, что позволяет заменить общее потребление белка от 36% до 54% пептидов коллагена, сохраняя при этом «хорошее» или «высокое» качество диетического белка (PDCAAS составляет 0,75–1,0) . Дополнительным преимуществом этой замены может быть повышенное содержание в пище глицина, пролина и гидроксипролина, всех основных компонентов коллагена организма, которые, в свою очередь, составляют 25–30% от общего количества белков организма.
Анализ данных NHANES за 2001–2004 гг. показал, что среднее потребление коллагена варьировалось от 3 г в день для тех, кто не потреблял значительного количества колбасы и сосисок, до 23 г в день для тех, кто потреблял значительное количество этих продуктов. максимум 41–50% RDA для мужчин и женщин, соответственно, и ниже максимальной доли коллагена в 54%, которая может быть включена в рацион. По данным НАНЭС с 1999 по 2000 г., потребление, по-видимому, не изменилось у взрослых американцев. Другие пищевые источники коллагенового белка включают холодец, десерты, содержащие желатин, или супы с бульоном из костей или хрящей. Однако коллаген в этих продуктах не гидролизуется, поэтому маловероятно, что они обеспечивают достоверную концентрацию функциональных пептидов коллагена.
5. Выводы
Включение функциональных коллагеновых пептидов в состав ежедневного рациона белка целесообразно не только из-за их биоактивных свойств, но и из-за их богатой доступности условно незаменимых аминокислот, которые могут стать незаменимыми в определенных физиологических ситуациях и на определенных этапах жизни. Рекомендуемое количество пептида коллагена может варьироваться в зависимости от специфичности пептида (биоактивный или небиоактивный) и желаемой пользы для здоровья (например, здоровье кожи и ногтей, здоровье суставов или здоровье мышц и костей). Эффективное количество функциональных пептидов коллагена, наблюдаемое в литературе, предполагает потребление в диапазоне от 2,5 до 15 г в день. Эти количества ниже доли коллагена в 36%, определенной в этом исследовании как адекватная замена высококачественного белкового рациона.
