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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein neues Verfahren zur Isolierung
von Milchproteinen, die daraus resultierende Zusammensetzung, ein
Isolat von Milchproteinen oder eine Milchproteinfraktion, und ihre Anwendungen,
insbesondere alimentäre
und pharmazeutische Anwendungen.
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Es
sind mehrere Dokumente des Standes der Technik bekannt, die die
Reinigung von Milchproteinen beschreiben.
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Das
Dokument EP-253395 beschreibt den Erhalt eines Rinderlactoferrins
purer Reinheit (> 80%
in einer Stufe oder > 98%
in zwei Stufen) durch Adsorption von Milch oder Molke bzw. Lactoserum
an einem Kationenaustauschharz, das Carboxymethylreste umfasst,
dann Spülen
und Desorption des Lactoferrins.
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Das
Dokument EP-348508 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung
eines Rinderlactoferrins hoher Reinheit (> 95%) durch Adsorption von Milch oder
Molke bzw. Lactoserum an einem Kationenaustauschharz vom Polysaccharidtyp,
das Schwefelsäureesterfunktionen
umfasst, und Elution durch eine wässrige Salzlösung.
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Das
Dokument EP-298875 beschreibt ein Verfahren, das es ermöglicht,
bestimmte Proteine der Molke durch Adsorption an einem porösem mineralischen
Träger
in Form von Körnern
zu isolieren; diese Körner
sind mit einer Schicht aus aminiertem Polysaccharid, das an der
Oberfläche
funktionelle Säuregruppierungen
aufweist, wie zum Beispiel Carboxyl- oder Sulfongruppierungen, überzogen.
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Das
Dokument EP-418704 beschreibt ein Verfahren zur sequentiellen Reinigung
von Lactoferrin und Lactoperoxidase durch Elution an einer Säule, die
mit einem Polysaccharidharz beschickt ist, welches mit Sulfonsäuregruppen
gepfropft ist.
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Das
Dokument US-6,096,870 beschreibt ein Verfahren zur sequentiellen
Trennung von Proteinen der Molke („petit lait") durch Elution an
kationischen Harzen.
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Das
Dokument EP-1017286 beschreibt ein Verfahren zur sequentiellen Trennung
von Proteinen der Molke durch Radialchromatographie.
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Das
Lactoferrin und die Lactoperoxidase sind Proteine der Milch, die
mit interessanten Eigenschaften ausgestattet sind: Ihr Vermögen, Eisen
zu binden, verleiht ihnen die Rolle eines antibakteriellen Mittels
gegen Bakterien, deren Metabolismus bedeutende Eisenmengen erfordert.
Die Lactoperoxidase ist für
die Proteinmarkierung durch Iod unverzichtbar. Das Lactoferrin begünstigt das
Wachstum der Lymphozyten und begünstigt
die Adsorption des Eisens durch den Organismus, es reguliert die
Differenzierung der Leukozyten und inhibiert die Peroxidation der
Lipide.
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Jedenfalls
betreffen alle diese Dokumente Verfahren, die darauf gerichtet sind,
ein Lactoferrin und/oder eine Lactoperoxidase zu erhalten, die möglichst
rein sind, das heißt
Verfahren, die darauf gerichtet sind, den Anteil der anderen Proteine,
die anfangs in der Milch oder der Molke vorliegen, möglichst
zu reduzieren. Außerdem
sind die Bedingungen der Fixierung des Ausgangsmaterials und der
Elution der Proteine milde Bedingungen mit langsamen Materialströmen. Dagegen
hat sich die Anmelderin die Aufgabe gestellt, eine Milchproteinfraktion
zu erhalten, die außer
anderen Bestandteile Lactoferrin und Lactoperoxidase umfasst, aber
insbesondere einen Verhältnisanteil
an anderen Proteinen umfasst, der höher ist als der in Milch oder
Molke als Ausgangsmaterial. Daher hat die Anmelderin ein Verfahren
mit viel höheren
Durchflussraten als die, die in den oben analysierten Dokumenten
beschrieben sind, ausgearbeitet, wobei dieses Verfahren eine selektivere
Fixierung für
bestimmte Proteine ermöglicht.
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Das
Dokument WO93/13676 offenbart ein Verfahren, das es ermöglicht,
ausgehend von Molke Lactoferrin und Lactoperoxidase durch Passage über ein
Kationenaustauschharz mit erhöhtem
Durchfluss zu isolieren. Dieses Verfahren unterscheidet sich von
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Tatsache, dass der Durchfluss höher ist
als in den erfindungsgemäßen Verfahren
(über 5
m/h) und dass es darauf gerichtet ist, Lactoferrin und Lactoperoxidase
zu reinigen, und nicht darauf, eine bestimmte Milchproteinfraktion
zu erhalten, die einen erhöhten
Gehalt an anderen Proteinen enthält
und mit verbesserten biologischen Eigenschaften versehen ist.
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Aus
dem Dokument EP-704218 ist auch ein Mittel bekannt, das zur Verstärkung der
Knochen bestimmt ist, wobei dieses Mittel eine basische Proteinfraktion
oder eine basische Peptidfraktion umfasst, die aus Milch stammt
und durch Leiten der Milch über
ein kationisches Harz und Elution erhalten wird. Jedenfalls sind die
in diesem Dokument beschriebenen Adsorptions- und Elutionsbedingungen
anders als die, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden,
und sie erlauben es, eine Proteinfraktion zu isolieren, die sich von
der, die gemäß der Erfindung
erhalten wird, unterscheidet.
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Die
Dokumente JP-8165249, JP-9187250, JP-9294537 und EP-1010430 beschreiben
Zusammensetzungen, die zur Verstärkung
der Knochen und/oder der Prävention
von parodontalen Krankheiten bestimmt sind; diese Zusammensetzungen
umfassen eine basische Proteinfraktion, die aus Milch stammt und
durch Adsorption der Milch an einem kationischen Harz und Elution
erhalten wird. Jedenfalls unterscheiden sich die in diesen Dokumenten
beschriebenen Adsorptions- und Elutionsbedingungen von denen, die
in dem Verfahren gemäß der Erfindung
verwendet werden, und erlauben es, eine Proteinfraktion zu isolieren,
die sich von der unterscheidet, die erfindungsgemäß erhalten
wurde.
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Mit
Erstaunen hat die Anmelderin ein neues Verfahren zur Isolierung
von Milchproteinen entdeckt, das es ermöglicht, eine Milchproteinfraktion,
die mit verbesserten biologischen Eigenschaften ausgestattet ist,
insbesondere eine Milchproteinfraktion, die das Wachstum der Osteoblasten
und die Inhibierung der Proliferation der Präosteoklasten und der Osteoklasten
fördert,
zu erhalten.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Isolierung von Milchproteinen
ausgehend von Milch oder einer Molke bzw. Lactoserum, umfassend
die folgenden Stufen:
- a) die Milch oder die
Molke wird sterilisiert und entfettet;
- b) die Milchfraktion der Stufe a) wird über ein konditioniertes Kationenaustauschharz
in einer Elutionssäule geführt;
- c) die auf dem Harz zurückgehaltene
Fraktion wird durch eine wässrige
Salzlösung
eluiert;
- d) das aus Stufe c) resultierende Eluat wird entsalzt, vorzugsweise
durch Ultrafiltration und Diafiltration, danach sterilisiert, vorzugsweise
durch Mikrofiltration.
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Dieses
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass:
- α) das Kationenaustauschharz
ein Harz ist, das mit stark sauren Funktionen gepfropft ist; der
Parameter BV das Verhältnis
des Volumens an Ausgangsmaterial zu dem Volumen des feuchten Harzes
in der Säule bezeichnet;
der
Parameter SV das Verhältnis
der Durchflussmenge der Säule
zum Volumen des feuchten Harzes in der Säule bezeichnet;
der Parameter
LV das Verhältnis
der Durchflussmenge der Säule
zum Querschnitt der Säule
bezeichnet;
- β) im
Verlauf der Stufe b) die Fixierungsparameter die folgenden Werte
haben:
– BVf liegt zwischen 50 und 400, vorzugsweise
zwischen 80 und 300;
– SVf liegt zwischen 2 und 40 h–1;
– LVf ist höher
oder gleich 1 m/h und unter oder gleich 5 m/h;
- γ) im
Verlauf der Stufe c) die Elutionsparameter die folgenden Werte haben:
– BVe liegt zwischen 1,5 und 7;
– LVe liegt unter 1 m/h, vorzugsweise unter 0,5
m/h.
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Als
Ausgangsprodukt kann man im Verfahren gemäß der Erfindung Milch oder
Molke bzw. Lactoserum, vorzugsweise von der Kuh stammend, verwenden.
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Die
Molke bzw. das Lactoserum ist eine Restflüssigkeit, die nach Extraktion
der Proteine und der Fettmasse der Milch oder von „petit-lait" erhalten wird. Man
unterscheidet im Allgemeinen drei Kategorien von Molke. Die beiden
ersten Kategorien werden entsprechend der Azidität der Molke bzw. des Lactoserums
klassifiziert, die unter oder über
1,8 g Milchsäure/l
liegen kann: Die Süßmolke,
die aus der Herstellung von Hartkäse aus gekochter oder nicht
gekochter Milch (Emmentaler, Saint-Paulin usw.) stammt und Sauermolke
(bzw. saures Lactoserum), die aus Casein und Käsen, die durch gemischte Coagulation
oder Milchsäurecoagulation
erhalten werden (Weichkäse,
Frischkäse),
stammt. Die mittlere Zusammensetzung der Süßmolke bzw. des süßen Lactoserums
ist typischerweise für
61 g Trockensubstanz pro kg Lactoserum bzw. Molke, 42 bis 48 g Lactose,
8 g Proteine, 2 g Fett, 5 bis 7 g Mineralstoffe, 1 bis 5 g Milchsäure und
als Rest Mineralstoffe und Vitamine.
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Man
kennt auch das ideale Lactoserum bzw. die ideale Molke, die durch
Mikrofiltration der Milch an einem Träger mit einer mittleren Porosität von 0,1 μm erhalten
wird.
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Nach
einer ersten Variante der Erfindung verwendet man als Ausgangsprodukt
Milch und vorzugsweise Kuhmilch, deren Zusammensetzung den Erhalt
eines Isolats von Proteinen mit interessanteren biologischen Eigenschaften
durch das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht.
Diese Variante ermöglicht
es auch, eine höhere
Ausbeute an Proteinen zu behalten als bei Varianten, die Molke bzw.
Lactoserum als Ausgangsprodukt verwenden.
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Nach
einer zweiten bevorzugten Variante der Erfindung verwendet man als
Ausgangsprodukt Casein-Sauermolke. Diese Variante stellt einen bedeutenden
wirtschaftlichen Vorteil dahingehend dar, dass das Ausgangsprodukt
ein Nebenprodukt aus der Industrie ist und es damit kostengünstig ist.
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In
der ersten Stufe des Verfahrens wird die Milch oder die Molke bzw.
das Lactoserum in bekannter Art sterilisiert und durch Entrahmen
entfettet:
Die Entrahmung der Milch bezeichnet die Trennung
der Sahne von der Milch, unabhängig
davon welches Verfahren zur Erreichung dieser Trennung verwendet
wird.
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In
traditioneller Weise erfolgt die Herstellung der Sahne nach einem
natürlichen
Prozess: Wenn die Milch ruht, trennen sich die Elemente, die sie
bilden, in Funktion ihrer Dichte. Die Fettkügelchen, die leichter sind
als Wasser, steigen an die Oberfläche, um eine Sahneschicht zu
bilden. Bei der industriellen Produktion wird die Bildung der Sahne
durch Durchgang der Milch durch eine Zentrifugen-Entrahmungs-Vorrichtung
beschleunigt.
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Üblicherweise
erfolgt die Pasteurisierung durch kontrolliertes Erhitzen mit kurzer
Dauer, um so die gegebenenfalls in der Sahne vorliegenden pathogenen
Keime zu eliminieren. Vorteilhafterweise wird die Pasteurisierung
bei einer Temperatur zwischen 65 und 95°C, vorzugsweise zwischen 80
und 95°C
durchgeführt.
Beispielsweise kann man die Milch oder das Lactoserum bzw. die Molke
während
15 Sekunden bei einer Temperatur zwischen 65 und 82°C behandeln.
Man kann die Ausgangsmilch oder die Ausgangsmolke auch durch Mikrofiltration über ein
Filter sterilisieren, welches Poren mit einem Durchmesser von 0,1
bis 2 μm
hat.
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Das
sterile und entfettete Ausgangsmaterial wird dann über ein
Kationenaustauschharz geleitet. Erfindungsgemäß ist das Kationenaustauschharz
ein Harz, das mit stark sauren Funktionen gepfropft ist und das eine
Ionenaustauschkapazität
zwischen 200 und 1.000 μe/ml,
vorzugsweise zwischen 400 und 700 μe/ml hat. Mit stark saurer Funktion
ist eine dotierte Säurefunktion
mit einem pKa ≤ 2
gemeint. Das Harz kann insbesondere mit Sulfonsäurefunktionen gepfropft sein,
im Allgemeinen in Form von Sulfonatsalzen für seine Verwendung, wobei die
Natur des Salzes durch die Lösung
bestimmt wird, die zum Konditionieren der Säule vor Durchführung des
Verfahrens dient. Vorzugsweise wählt
man ein Pfropfen durch aromatische oder aliphatische Gruppen, die
Träger
der Sulfonsäurefunktionen
sind, bevorzugter in Form ihrer Propylsulfonatsalze. Das Harz, auf
das Sulfonsäurefunktionen
gepfropft sind, kann jeglicher Natur sein, insbesondere Polyacryl
oder Polystyrol. Die Granulometrie des Harzes liegt vorzugsweise
zwischen 100 μm
und 900 μm,
bevorzugter zwischen 200 und 750 μm,
noch bevorzugter zwischen 250 und 600 μm. Das erfindungsgemäß verwendbare
Harz muss vorzugsweise eine Dichte von über 1,15 aufweisen.
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Unter
den Harzen, die im Handel verfügbar
sind und in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, kann man
insbesondere nennen: das Harz Trisacryl SP®, im
Handel von der Firma BIOSEPRA, das Harz MacroPrep HighS®, im
Handel von der Firma BioRad. Vorzugsweise wählt man ein Polystyrolharz,
das mit Alkyl- oder Arylsulfonat-Funktionen gepfropft ist.
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Das
Harz wird vor seiner Verwendung in einer dem Fachmann bekannten
Art durch Behandlung mit einer desinfizierenden Lösung und
Spülung,
um eine Kontamination durch Mikroorganismen zu vermeiden, konditioniert.
Es wird dann gegebenenfalls durch Passage einer Puffer- und Spüllösung äquilibriert.
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Die
Stufe b) der Fixierung des Ausgangsmaterials, Milch oder Lactoserum
bzw. Molke, das steril und entfettet ist, erfolgt unter den folgenden
bevorzugten Bedingungen: Das Harz wird in einer Säule konditioniert, deren
Temperatur zwischen 2 und 15°C,
vorzugsweise zwischen 4 und 12°C,
gehalten wird. Vorzugsweise wird die Säule von unten mit Ausgangsmaterial
gespeist. Man arbeitet vorzugsweise in einem Wirbelbett. Die Fixierungsparameter
werden so eingestellt, dass eine oder mehrere der folgenden Bedingungen
verifiziert werden:
- – BVf liegt
zwischen 80 und 150, vorzugsweise zwischen 80 und 120;
- – SVf lieg zwischen 5 und 40 h–1,
vorzugsweise zwischen 8 und 20 h–1,
noch bevorzugter zwischen 8 und 15 h–1;
- – LVf liegt zwischen 3 und 4,8 m/h, vorzugsweise
zwischen 3,2 und 4 m/h.
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Vorzugsweise
wird die Gesamtheit der folgenden Bedingungen im Verlauf der Stufe
b) verifiziert:
- – BVf liegt
zwischen 80 und 120;
- – SVf liegt zwischen 8 und 15 h–1;
- – LVf liegt zwischen 3 und 4,8 m/h;
im Verlauf
der Stufe c):
- – BVe liegt zwischen 3 und 7;
- – LVe liegt unter 1 m/h.
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Durch
Ionenaustausch werden sich die Proteine der Milchfraktion, die als
Ausgangsprodukt verwendet wird, an den sauren Funktionen des Harzes
fixieren. Die Wahl der Fixierungsparameter gemäß der Erfindung erlaubt es
eine selektive Fixierung der Proteine an der Säule durchzuführen. Unter
den klassischen Bedingungen zur Fixierung der Milch an einem kationischen
Harz fixieren sich hauptsächlich
Lactoferrin und Lactoperoxidase an dem Harz. In dem Verfahren gemäß der Erfindung
werden die anderen Proteine, die in geringeren Mengen vorliegen,
durch die oben definierten Fixierungsbedingungen begünstigt,
und ihre Verhältnismenge
in dem Gemisch an Proteinen, die an dem Harz fixiert sind, liegt
deutlich über
ihrem Verhältnisanteil
im Ausgangsprodukt. Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es
somit eine Milchfraktion zu isolieren, die eine neue Zusammensetzung
an Proteinen im Vergleich zu Milchproteinzusammensetzungen des Standes
der Technik hat und die interessante biologische Eigenschaften aufweist.
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Die
Stufe c) der Elution von fixierten Proteinen erfolgt unter den folgenden
bevorzugten Bedingungen:
Das Harz wird bei einer Temperatur
zwischen 2 und 15°C,
vorzugsweise zwischen 4 und 12°C
gehalten. Vorzugsweise wird die Säule mit Ausgangsmaterial (wässrige Salzlösung) von
oben beschickt. Die wässrige Kochsalzlösung, die
zur Durchführung
der Erfindung verwendet wird, ist im Allgemeinen eine Lösung eines Chlorids
eines Alkalimetalls wie K+, Na+, Ca+, Mg+. Vorzugsweise verwendet
man eine wässrige
Natriumchloridlösung.
Vorteilhafterweise hat die wässrige
Salzlösung
eine Konzentration zwischen 2 und 25%, vorzugsweise von 5 bis 15
Gew.-% Salz pro Gewicht an Flüssigkeit.
Vorzugsweise ist die Ionenstärke
der wässrigen Salzlösung zwischen
1 und 2 M. Der pH der Elutionslösung
liegt im Allgemeinen zwischen 6 und 7, vorteilhafterweise zwischen
6,5 und 7.
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Vorzugsweise
verifizieren die Elutionsparameter eine oder mehrere der folgenden
Bedingungen:
- – BVe liegt
zwischen 3 und 7 und vorzugsweise zwischen 3 und 5;
- – LVe liegt unter 0,5 m/h.
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Die
Harzsäule
wird in bekannter Weise vor einer neuen Verwendung gewaschen.
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Nach
dieser Stufe wird das erhaltene Eluat, das das Gemisch aus Milchproteinen
enthält,
in bekannter Art einer Stufe oder mehreren Stufen der Ultrafiltration
und Diafiltration unterworfen, die dazu bestimmt sind, die Salze
zu eliminieren. Andere Mittel, die dem Fachmann bekannt sind, zum
Beispiel Elektrodialyse oder Leiten über schwache anionische und
kationische Harze, können
in dieser Stufe als Ersatz für
die Ultrafiltration und Diafiltration verwendet werden. Vorzugweise
wird diese Behandlung bis zum Erhalt eines Permeats, das eine Leitfähigkeit
von unter 15 mS hat, durchgeführt.
Es kann jedes andere Verfahren, das es ermöglicht, die Salze zu eliminieren,
wie insbesondere Elektrodialyse, als Ersatz für diese Stufe verwendet werden.
Die Lösung
wird dann einer Mikrofiltration unterworfen, die dazu bestimmt ist,
das Ultrafiltrationsretentat vor einer Trocknung zu sterilisieren.
Es können
andere technische Mittel verwendet werden, um die in dieser Stufe
erhaltene Milchfraktion zu sterilisieren, insbesondere eine angepasste
thermische Behandlung, Ultraschallbehandlung oder Behandlung mit
gepulsten elektrischen Feldern.
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Vorzugsweise
wird das entsalzte und sterilisierte Produkt so getrocknet, dass
die Milchfraktion aus dem erfindungsgemäßen Verfahren in Form eines
Pulvers erhalten wird, das dann einer Konditionierung und Lagerung
unterzogen wird. Die Trocknung kann in bekannter Art durch Lyophilisierung
oder durch Atomisierung durchgeführt
werden.
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Die
Milchproteinfraktion, vorzugsweise aus Kuhmilch und erhalten nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren,
ist neu. In trockener Form ist sie dadurch gekennzeichnet, dass
sie ausgestattet ist mit:
- – einem Proteingehalt von über 90%,
- – einem
Gehalt an Mineralsalzen unter 1%,
- – einem
Fettgehalt unter 1%,
- – einem
Lactosegehalt unter 1%,
- – einem
Feuchtigkeitsgehalt unter 5%,
- – einem
Gehalt an Lactoferrin unter 80%,
- – einem
pH in Lösung
mit 2% zwischen 6 und 7,5,
- – einer
spektralphotometrischen Reinheit im UV-sichtbaren Bereich, definiert
durch das Verhältnis OD412/OD280 < 0,15,
- – wenigstens
1% Proteine mit einem isoelektrischen Punkt über oder gleich 8, wobei die
Prozentangaben als Gewicht bezogen auf das Gewicht der Trockensubstanz
der Milchfraktion gemäß der Erfindung
angegeben sind.
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In
dem Fall, dass das verwendete Ausgangsprodukt Milch und keine Molke
bzw. kein Lactoserum ist, wird das durch das Verfahren der Erfindung
erhaltene Produkt durch die zusätzlichen
Bedingungen gekennzeichnet:
- – Vorliegen
von wenigstens 40% Proteinen mit einem isoelektrischen Punkt über oder
gleich 8,
- – der
Gehalt an Lactoferrin liegt über
30% und unter 80%,
- – die
Lactoperoxidase-Aktivität
ist über
oder gleich 120 Einheiten ABTS pro mg Isolat (ABTS = 2,2'-Azino-bis-(3-ethyl-benzo-thiazolin-6-sulfonsäure).
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Die
Messung der OD bei 412 nm liefert eine quantitative Evaluierung
des Lactoferrins und der Lactoperoxidase, die in der Milchproteinfraktion
vorliegen.
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Die
Messung von OD bei 280 nm liefert eine quantitative Evaluierung
der Gesamtheit der Proteine, die in der Milchproteinfraktion vorliegen.
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Das
Verhältnis
OD412/OD280 < 0,15 zeigt, dass
das Lactoferrin und die Lactoperoxidase bezüglich der anderen Proteine
in der Zusammensetzung gemäß der Erfindung
verglichen mit den Verhältnissen,
in denen sie in der Milch und in den Milchproteinfraktionen des
Standes der Technik vorliegen, unterrepräsentiert sind.
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Vorzugsweise
entspricht die durch das Verfahren gemäß der Erfindung erhaltene Milchproteinfraktion wenigstens
einem der folgenden Charakteristika:
- – ein Proteingehalt über 95%,
- – ein
Gehalt an Mineralsalzen unter 0,5%,
- – ein
Fettgehalt unter 0,5%,
- – ein
Lactosegehalt unter 0,5%,
- – ein
Feuchtigkeitsgehalt unter 4%,
- – ein
pH in Lösung
mit 2% zwischen 6 und 7,2,
- – eine
spektralphotometrische Reinheit im UV-sichtbaren Bereich, definiert
durch das Verhältnis OD412/OD280 < 0,1,
- – enthält wenigstens
1% Proteine mit einem isoelektrischen Punkt zwischen 8,2 und 8,7.
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In
dem Fall, in dem das verwendete Ausgangsprodukt Milch und keine
Molke bzw. kein Lactoserum ist, wird das durch das Verfahren der
Erfindung erhaltene Produkt durch den vorteilhaften zusätzlichen
Zustand gekennzeichnet:
- – der Gehalt an Lactoferrin
liegt über
50% und unter 80%.
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Die
Milchproteinfraktionen gemäß der Erfindung
weisen vorteilhafte Eigenschaften auf: Sie begünstigen insbesondere das Wachstum
der Osteoblasten und das der Intestinalzellen.
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Die
Milchproteinfraktionen der Erfindung sind auch wirksam, um das Wachstum
der Osteoklasten und der Präosteoklasten
zu inhibieren.
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Diese
Eigenschaften sowie die bereits bekannten Eigenschaften der Milchproteinfraktionen
des Standes der Technik erlauben es, die Verwendung dieser Zusammensetzungen
in zahlreichen Anwendungen, insbesondere auf alimentärem und
pharmazeutischen Gebiet, ins Auge zu fassen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist auch jede alimentäre,
pharmazeutische Zusammensetzung und jedes Hygieneprodukt, die/das eine
Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung
umfasst.
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Eine
alimentäre
Zusammensetzung gemäß der Erfindung
kann zum Beispiel eine alimentäre
Milch sein, insbesondere eine Milch, die für Kinderernährung bestimmt ist, die durch
einfache Rehydratisierung des Pulvers der Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung
erhalten wird. Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung
einer Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung
zur Herstellung einer alimentären
Milch.
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Gegenstand
der Erfindung sind auch alimentäre
Zusammensetzungen, die eine Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung
und andere alimentäre
Ingredienzien umfassen. In Betracht ziehen kann man insbesondere
die Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung
zu Kuhmilch zu geben, um diese mit bestimmten Proteinen anzureichern.
Das Vorliegen von Calcium in den Lebensmitteln, die die Milchproteinfraktion
gemäß der Erfindung
umfassen, wird insoweit besonders günstig sein, als diese Milchproteinfraktion
die Absorption des Calciums durch den menschlichen Organismus, insbesondere
die Fixierung des Calciums in den Knochengeweben, verbessert.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch die Kombination einer Milchproteinfraktion
gemäß der Erfindung mit
Calcium. Die Erfindung bezieht sich auch auf alimentäre Kits,
die mehrere konditionierte Bestandteile in isolierter Form umfassen,
die zu einer extemporären Herstellung
des Nahrungsmittels bestimmt sind, und das Pulver der Milchproteinfraktion
gemäß der Erfindung
umfassen.
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Derartige
Lebensmittel können
zur Prävention
von Pathologien wie zum Beispiel: Wachstumsretardierung, Osteoporose,
Knochenbrüchigkeit,
Knochenbrüche,
Rheumatismus, Arthrose, periodontale Krankheiten, Defizienz der
Intestinalbarriere... verwendet werden.
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Eine
pharmazeutische Zusammensetzung gemäß der Erfindung, die wenigstens
eine Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung
und einen pharmazeutisch annehmbaren Träger umfasst, kann in der Behandlung
einer oder mehrerer der folgenden Pathologien verwendet werden:
Wachstumsretardierung, Osteoporose, Knochenbrüchigkeit, Knochenbrüche, Rheumatismus,
Arthrose, periodontale Krankheiten, Defizienz der Intestinalbarriere...
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Selbstverständlich kann
eine derartige Zusammensetzung auch einen oder mehrere andere Therapeutika
umfassen. Calcium kann vorteilhafterweise mit der erfindungsgemäßen Milchproteinfraktion
kombiniert werden. Eine derartige Kombination ist Teil der vorliegenden
Erfindung. In der Tat ermöglicht
eine Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung
die Verbesserung der Absorption von Calcium im Organismus, insbesondere
die Fixierung des Calciums im Knochengewebe, was es ermöglicht,
den Verstärkungseffekt
für die
Knochen zu verbessern.
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Calcium
mit Vitamin D kann auch vorzugsweise mit der Milchproteinfraktion
gemäß der Erfindung
kombiniert werden. Eine derartige Kombination ist ebenfalls Teil
der vorliegenden Erfindung. In der Tat verbessert das Vitamin D
die intestinale Absorption von Calcium, und eine Milchproteinfraktion
gemäß der Erfindung
ermöglicht
es, die Fixierung von Calcium im Knochengewebe zu verbessern. Dieser
synergistische Effekt ermöglicht
insbesondere eine Verbesserung der Gesundheit der Knochen.
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Pharmazeutische
Zusammensetzungen oder Nahrungsergänzungsmittel gemäß der Erfindung
können
in jeder geeigneten Form verabreicht werden, wie zum Beispiel in
Form von Pulver, Granulat, Tabletten, Kapseln, Getränken wie
als Lösung
oder als Sirup. Die Verabreichungshäufigkeit und die zu verabreichende Dosis
werden als Funktion des Gewichts und des Alters der Person angepasst.
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In
der vorliegenden Erfindung enthalten sind auch Hygieneprodukte,
insbesondere Produkte, die für die
Hygiene der Mundhöhle
bestimmt sind, wie zum Beispiel Zahnpasta in Form von Gel oder Paste,
Mundspülungen,
Kaugummis, die eine Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung umfassen.
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BEISPIELE:
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I – Herstellung von Isolaten
von Milchproteinen
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Allgemeine Bedingungen
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Das
in den Beispielen unten verwendete Harz ist ein Trisacryl SP®-Harz.
Es macht die folgenden Konditionierungsbehandlungen vor einer Anfangsverwendung
durch:
Inkontaktbringen mit einer 0,4%igen wässrigen
Lösung
des Desinfektionsmittels ASEPTO®, und
zwar mit 3 Litern Desinfektionsmittel pro kg feuchtes Harz, gefolgt
von einer Spülung. Äquilibrierung
durch Durchleiten eines Acetatpuffers (80 mM, pH = 5,3), der Calciumchlorid
(33 g/l) und Kaliumchlorid (50 g/l) enthält, und zwar mit 4 Litern dieses
Puffers pro kg feuchtes Harz. Schließlich wird das Harz mit Wasser
bis zum Erhalt eines Eluats, das einen pH zwischen 6 und 7 und eine
Leitfähigkeit
von niedriger als 5 mS hat, gespült.
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Nach
jeder Sequenz der Fixierung von Ausgangsmaterial und der Elution
wird das Harz durch enzymatische Behandlung mit alkalischer Protease
von Bacillus licheniformis in Puffer mit pH = 8 bei 60°C während 2
Stunden gereinigt, und dann folgt eine Behandlung mit einer NaCl-Lösung mit
100 g pro Liter während
dreißig Minuten
(wird zweimal wiederholt). Vor seiner Wiederverwendung wird es einer
Konditionierungsbehandlung, die oben beschrieben ist, unterzogen.
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Mit
dem Eluat wird eine Ultrafiltration bei einer Temperatur zwischen
5 und 10°C
an organischen Membranen, deren Ausschlussgrenze 10 kD ist, durchgeführt. Der
Volumenkonzentrierungsfaktor, der durchgeführt wird, liegt zwischen 10
und 60, um so ein Retentat zu erhalten, das einen möglichst
hohen Trockenextrakt hat, vorzugsweise zwischen 15 und 20%. Die
Diafiltration wird bei einer Temperatur zwischen 15 und 25°C mit denselben
Membranen durchgeführt,
wobei ein Volumen an endmineralisiertem Wasser verwendet wird, das
zwischen dem 8- und 10-fachen des Retentatvolumens, das aus der
Ultrafiltration erhalten wurde, liegt, bis eine Leitfähigkeit
von unter 15 mS erreicht ist.
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Die
Mikrofiltration wird bei 35°C
ausgehend von dem Retentat, das aus der Ultrafiltration/Diafiltration erhalten
wurde, an Keramikmembranen mit einer Ausschlussgrenze von 1,4 μm durchgeführt.
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Die
Trocknung des Mikrofiltrationspermeats wird mit einem Atomisierungsturm
mit Turbine durchgeführt,
und zwar mit einer Eingangstemperatur von 140°C und einer Ausgangstemperatur
von 80°C.
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Merkmale des Harzes:
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Das
Harz SPEC 70 besteht aus einem chemisch inerten und mechanisch beständigen Träger.
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Chemisch
wird der Träger
durch Polymerisation von AMPS:2-Acrylamid-2-methylpropan-sulfonsäure hergestellt.
Das Harz hat eine Ionenaustauschkapazität zwischen 400 und 700 μe/ml und
eine Proteinfixierungskapazität,
gemessen mit Lactoferrin (Minimum 20 mg/ml) oder Lactoperoxidase
(Minimum 40 mg/ml) oder Lysozym (Minimum 70 mg/ml); seine Dichte
liegt über
1,15 und seine Granulometrie liegt zwischen 250 und 560 μm.
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Beispiel 1:
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300.000
Liter Milch, die entrahmt und bei 68°C während 15 Sekunden thermisch
behandelt worden war, werden bei 10°C über 3.000 Liter Kationenaustauschharz
(Referenz SPEC 70, geliefert von der Firma BIOSEPRA) mit einem Durchfluss
von 14.000 Liter/h in aufsteigendem Strom in zwei Säulen bzw.
Kolonnen, die parallel arbeiten und jeweils einen Radius von 1 Meter
haben, geleitet.
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Die
an dem Harz fixierten Proteine werden durch 9.000 Liter 10%iger
Natriumchloridlösung
in absteigendem Strom eluiert.
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Das
erhaltene Eluat weist einen pH von 6,5 und einen Trockenextrakt
von 80 g/kg auf. Es wird über Ultrafiltrationsmembranen
mit einer Ausschlussgrenze von 10 kD und 17 m2 Oberfläche, geliefert
von DSS, bei 11°C
mit einem Permeationsfluss von 16 l/h/m2 geleitet,
bis ein Volumenkonzentrierungsfaktor von 7 erreicht ist.
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Das
Retentat hat einen pH von 5,9 und einen Trockenextrakt von 170 g/kg;
um das Salz zu eliminieren, wird dieses Retentat dann an denselben
Membranen bei 25°C
mit Wasser in einer Menge von 70% des Volumens an verwendetem Eluat
bis zur Erreichung eines Volumenkonzentrierungsfaktors von 9,5 am
Ende mit einem Permeationsfluss von 16 l/h/m2 diafiltriert.
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Das
diafiltrierte Retentat hat einen pH von 6,5 und einen Trockenextrakt
von 95 g/kg; es wird dann über Mikrofiltrationsmembranen
mit einer Porosität
von 1,4 μm
bei 30°C
mit einem Permeationsfluss von 320 l/h/m2 gekühlt. Das
Permeat dieser Mikrofiltration weist einen pH von 6,6 und einen
Trockenextrakt von 75 g/kg auf.
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Dieses
Permeat wird dann in einem Atomisierungsturm, der mit einer Turbine
ausgestattet ist, getrocknet; die Eintrittstemperatur in den Turm
ist 140°C
und die Austrittstemperatur ist 80°C.
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Das
so erhaltene pulverförmige
Isolat weist die folgenden Charakteristika auf:
- – Feuchtigkeit:
4,7%,
- – Proteine
(N × 6,38):
96,2%, davon:
Lactoferrin: 54%
Lactoperoxidase: 125 ABTS-Einheiten/mg
- – Asche:
0,1%, davon:
Na: 0,02%
Cl: 0,44%
- – spektralphotometrische
Reinheit: OD412/OD280 =
0,06.
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Das
elektrophoretische Profil, das durch Isofokussierung unter Entwicklung
mit Silbernitrat erhalten wurde, ist in 1 dargestellt.
In 1 vergleicht man die Verteilung der isoelektrischen
Punkte der Milchproteinfraktion gemäß der Erfindung (LN06 genannt)
und ein Referenzprodukt, Std genannt, das ein Proteineichungskit
ist, das von der Firma Pharmacia unter der Bezeichnung 1747101 und
dem Namen „Isoelectric
Focusing Calibration Kit Broad PI 3–10" im Handel ist. Man stellt fest, dass
in erster Linie Proteine mit erhöhten isoelektrischen
Punkten (um 8,4) vorliegen. Dieses Produkt umfasst etwa 50 Gew.-%
Lactoferrin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Isolats.
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Beispiel 2:
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4,4
Liter native Casein-Sauermolke (pH 4,7, Trockenextrakt 65 g/kg)
werden bei 10°C über 22 ml
Kationenaustauschharz (Referenz SPEC 70, geliefert von der Firma
BIOSEPRA) geleitet, und zwar mit einem Durchfluss von 400 ml/h in
absteigendem Fluss in einer Säule
mit einem Durchmesser von 15 mm.
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Die
an dem Harz fixierten Proteine werden mit 90 ml einer 10%igen Natriumchloridlösung in
absteigendem Fluss eluiert.
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Nach
Eliminieren des Salzes wird das erhaltene Eluat (100 ml) während 48
Stunden bei 4°C
gegen entmineralisiertes Wasser dialysiert.
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Das
dialysierte Produkt weist die folgenden Charakteristika auf:
- – Trockenextrakt:
1,5 g/kg,
- – pH:
5,4,
- – Leitfähigkeit:
24 μS,
- – OD412 < 0,005,
- – OD280 = 4,6 (0,46, 10-fach verdünnt).
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Das
elektrophoretische Profil erlaubt es, festzustellen, dass wenigstens
1% der vorliegenden Proteine einen isoelektrischen Punkt über oder
gleich 8 haben. Dieses Produkt enthält etwa 3 Gew.-% Lactoferrin,
bezogen auf das Gesamtgewicht des Proteinisolats.
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II – Biologische
Tests
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A – Allgemeine Verfahren
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1. Tests auf Proliferation
der MC3T3-Zellen (Osteoblasten-Zelllinie)
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Die
MC3T3-Zellen werden bei 37°C
in feuchter Atmosphäre,
die 5% CO2 enthält, kultiviert. Das verwendete
Kulturmedium ist das ⎕-MEM (alpha-modifiziertes Eagle-Medium), supplementiert
mit 10% fötalem Kälberserum
und 50 U/ml Penicillin und 50 μg/ml
Streptomycin.
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Um
die Wirkung der verschiedenen Proteine auf das Zellwachstum zu untersuchen,
werden die Zellen auf Platten mit 48 Vertiefungen in einer Dichte
von 5 × 104-Zellen/cm2 geimpft.
48 Stunden nach der Impfung werden die Proteine den Zellen zugesetzt.
Die Proteinlösungen
werden in Kulturmedium in einer Konzentration von 10 mg/ml hergestellt,
dann über
ein 0,02 μ-Filter
filtriert und unmittelbar vor der Verwendung in dem Kulturmedium
zu der gewünschten
Konzentration verdünnt.
Die Zellen werden nach 72 h Kultur gezählt, indem die DNA-Menge evaluiert
wird.
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2. Test auf Proliferation
der RAW 264.7-Zellen (Präosteoklasten-Zelllinie)
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Die
RAW 264.7-Zellen werden bei 37°C
in feuchter Atmosphäre,
die 5% CO2 enthält, kultiviert. Das verwendete
Kulturmedium ist DMEM (Dubelccos modifiziertes Eagle-Medium), das 25 mM
Glucose, 4 mM Glutamin und 1,5 g/l Bicarbonat enthält, supplementiert
mit 10% fötalem
Kälberserum
und 50 U/ml Penicillin und 50 μg/ml
Streptomycin.
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Um
die Wirkung der verschiedenen Proteine auf das Zellwachstum zu untersuchen,
werden die Zellen auf Platten mit 48 Vertiefungen in einer Dichte
von 5 × 104 Zellen/cm2 ausgesät. 48 Stunden
nach der Impfung bzw. der Aussaat werden die Proteine den Zellen
zugesetzt. Die Proteinlösungen
werden in dem Kulturmedium in einer Konzentration von 10 mg/ml hergestellt,
dann mit einem 0,22 μm-Filter
filtriert und unmittelbar vor der Verwendung in dem Kulturmedium
zu der gewünschten
Konzentration verdünnt.
Die Zellen werden nach 72 Stunden Kultur gezählt, indem die DNA-Menge evaluiert
wird.
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3. Test auf Proliferation
der Caco-2-Zellen (Intestinal-Zelllinie)
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Die
Caco-2-Zellen werden bei 37°C
in feuchter Atmosphäre,
die 5% CO2 enthält, kultiviert. Das verwendete
Kulturmedium ist DMEM (Dubelccos modifiziertes Eagle-Medium), enthaltend
25 mM Glucose, supplementiert mit 15% fötalem Kälberserum, 1% nicht-essenziellen
Aminosäuren,
6 mM Glutamin und 50 U/ml Penicillin und 50 μg/ml Streptomycin.
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Um
die Wirkung der verschiedenen Proteine auf das Zellwachstum zu untersuchen,
werden die Zellen auf Platten mit 48 Vertiefungen in einer Dichte
von 4 × 104 Zellen/cm2 geimpft.
48 Stunden nach der Beimpfung werden die Proteine zu den Zellen
gegeben. Die Proteinlösungen
werden in einer Konzentration von 10 mg/ml in dem Kulturmedium hergestellt,
dann mit einem 0,22 μ-Filter
filtriert und unmittelbar vor der Verwendung in dem Kulturmedium
zur gewünschten
Konzentration verdünnt.
Die Zellen werden nach 72 h Kultur gezählt, indem die DNA-Menge evaluiert
wird.
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B-Resultate
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Die
oben beschriebenen Tests wurden unter Verwendung von drei Produkten
durchgeführt:
- – ein
Isolat von Proteinen aus Kuhmilch, bestehend aus 90% Lactoferrin
(Vergleichsprodukt): T1,
- – ein
Isolat von Proteinen der Kuhmilch, dessen Gehalt an Lactoferrin
weniger als 0,01% ist (Vergleichsprodukt): T2,
- – das
in Beispiel 1 hergestellte Produkt: P1,
- – das
in Beispiel 2 hergestellt Produkt: P2.
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Die
Resultate dieser Tests sind in Tabelle I angegeben:
TABELLE
I
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Die
Konzentration bezeichnet die Konzentration des Isolats der Milchproteine
im Kulturmedium.
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Der
Stand der Technik tendiert dazu, zu beweisen, dass die Aktivität eines
Isolats von Milchproteinen auf dem prozentualen Lactoferringehalt
basiert, den es enthält
(siehe Resultate für
T2).
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Im
Gegensatz zu diesem Vorurteil des Standes der Technik zeigen die
Resultate der oben dargelegten Tests, dass die Isolate von Milchprotein
gemäß der Erfindung,
obgleich sie wenig Lactoferrin im Vergleich zum Vergleich T1 enthalten, eine beachtliche Aktivität in den
Tests auf zelluläres
Wachstum bei den Osteoblasten und bei den Intestinalzellen und Aktivität der Inhibierung
der Proliferation der Präosteoklasten
aufweisen.