NO314333B1 - Fremgangsmåte ved fremstilling av n¶ringsmiddel inneholdende ketosyrer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte ved fremstilling av et næringsmiddel inneholdende ketosyrer for å minske nitrogenutskillelsen fra mennesker med opprettholdelse av proteindannelse. Fremgangsmåten er sær-preget ved de trekk som går frem fra den karakteriserende delen av krav 1.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe et næringsmiddel med et redusert proteininnhold. Næringsmiddelet oppfyller kravet på tilgang til biomolekyler som stammer fra ikke-essensielle aminosyrer. Oppfinnelsen har videre til hensikt å redusere utsondringen av nitrogen fra organismen.

Det er velkjent at vannlevende kjøttetere, så som laks, samt landlevende kjøttetere, så som mink, under naturlige forhold lever av føde bestående av 30-55% protein (90% TS). Valg av føde er avhengig av livsfase og art. En stor del av dette protein kan oksyderes til å danne energigivende forbindelser, så som ATP (adenosintrifosfat), hvilket resulterer i at nitrogen avgis til omgivelsene. Ved intensiv odling av eksempelvisk fisk og mink, kan dette være et miljøproblem.

Under naturlige forhold lever omnivorer av føde som består av 15-30% protein (90% TS). Under visse forhold kan også dette protein anvendes for å danne energi.

Det mest energikrevende vev i kroppen er muskulaturen, som får sin karbohydratenergi fra føden direkte via blodet eller fra leveren via blodet i form av glukose. Glukose dannes i leveren av bl.a. nedbrytningsprodukter fra musk-lenes proteiner. De stoffer som herigjennom danner glukose er i hovedsak aminosyren alanin og dens tilsvarende ketosyre. Det er også vist at visse essensielle aminosyrers tilsvarende ketosyrer, så som alfaketoisokaproat (KIC), kan være forstadier til aminosyrer som for eksempel KIC til leucin.

Det er tidligere kjent fra EP-Al-0 237 061 og EP-Al-0 237 956 å tilføre alfaketoisokaproat (KIC) dels til eggprodu-serende høns for å øke antall egg og for å forbedre kvaliteten av de produserte egg, og dels til melkeproduserende husdyr for å øke mengden melk og forbedre kvaliteten av den produserte melk. KIC tilføres derved i en mengde på 0,01-2 vekt%, fortrinnsvis 0,05-1,5 vekt%, regnet på tørr forblanding. Av de ketosyrer som dannes fra aminosyrer, er KIC den eneste rent ketogene ketosyre.

Fra US-A-4.548.937 og US-A-4.645.764 er det kjent å admi-nistrere en terapeutisk effektiv mengde pyruvat til mennesker og dyr. Ved administrering av denne substans oppnås en redusert vektøkning, minskede fettlagre og en økt mengde glykogen i leveren. Ingen av disse patenter har påvist økt virkningsgrad av proteinet i føden.

Det er videre kjent fra US-A-4.361.570 å tilsette pyridoxin-alfaketoglutarat (PAK) til et for for behandling av hyperlakticacidemia, hvorved PAK består av et konjugat mellom pyridoxin og alfaketoglutarat. Dette molekyl kan ikke likestilles kjemisk med fritt alfaketoglutarat.

Aminosyrer som ikke anvendes til syntese av proteiner, kan ikke lagres i organismen. De omdannes da i hovedsak til fett, eller via ketosyrer til karbohydrater. Begge disse makrommolekyler kan delta i energimetabolismen. Den meta-bolske interaksjon (se fig. 1) mellom lever og muskel viser betydningen av karbonforbindelser (carbon bodies) fra aminosyrer. Av de ketosyrer som dannes fra aminosyrer, er KIC den eneste rent ketogene ketosyre. Alfaketoglutarat (KG) og pyruvat klassifiseres som glukogene ketosyrer. De sistnevnte ketosyrer har en sentral stilling i nevnte interaksjon. Katabolismen av KIC fremgår oversiktlig i fig.

2. I fig. 3 vises forbindelsene mellom de forskjellige aminosyrer og deres nedbrytningsprodukter i sitronsyresyklusen.

KG er en viktig del i metabolismen eksemplifisert ved føl-gende :

(i) NH4<+> kobles til aminosyrer ved reaksjonen:

NH4<*> + KG + NADPH -> Glutamat+ NADP<+> + H20 ;Glutamat bidrar med alfa-aminogruppen i syntesen av de fleste ikke-essensielle aminosyrer; ;(ii) karbonforbindelsene (carbon bodies) som inngår i syntesen av ikke-essensielle aminosyrer, er alle mellomprodukter i glykolysen, pentosemonofosfat-shunten eller sitronsyresyklusen og kan herigjennom avledes fra pyruvat eller KG (se fig. 5); (iii) ved fysiologisk stress, for store energiuttak, reproduktive tilstander og andre lavenergisituasjoner øker oksydasjonen av aminosyrer, hvorved en deaminering med KG eller PY som aminoreseptorer tilhører de inn-ledende prosesser (se fig. 6); (iv) ved kollagensyntesen er KG essensiell for hydroksyle-ringen av prolin. ;Pyruvat er et knutepunkt i metabolismen (se fig. 4) der følgende trinn kan ses: (i) laktatdannelse for å forsyne glykolysen med NAD<+ >under anaerobe forhold; (ii) acetyl-CoA-dannelse for fettsyresyntesen eller for-brenning i sitronsyresyklen. (iii) en høy konsentrasjon av acetyl-CoA øker dannelsen av oksaloacetat som enten forsyner sitronsyresyklen med mellomprodukter (ved lav konsentrasjon av ATP (ade-notrifosfat)) eller blir til substrat i glukoneogenesen (ved høy ATP-konsentrasjon); (iv) ved glukoneogenesen kan muligens pyruvat bidra til pentosemonofosfat-shunten der NADPH dannes (essensiell i flere anabole prosesser, blant annet syntesen av de ikke-essensielle aminosyrer) og også ri-bose-5-fosfat, som utgjør et substrat ved nukleotid-syntese; (v) dannelse av alanin samt andre ikke-essensielle aminosyrer der pyruvat bidrar med karbonforbindelser (carbon body). ;Det har nå overraskende vist seg mulig ved en bibeholdt proteindannelse å kunne redusere nitrogenutsondringen fra organismer ved å erstatte en del av proteinet i næringsmidler fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse. Dette blir oppnådd ved at inngående protein erstattes av alfaketoglutarsyre; en kombinasjon av alfaketoglutarsyre og pyrodruesyre; oksaloacetat eller oksaloacetat i kombinasjon med alfaketoglutarsyre eller pyruvat, eller en annen ketosyre ifølge formelen R-CO-COOX, hvori R er en del av en ikke-essensiell aminosyre og X er hydrogen, alkalimetall, jordalkalimetall eller en organisk base, eller ikke-toksiske forstadier eller mellomprodukter for slike ketosyrer av formel R-CO-COOX, hvorved ketosyren eller -syrene foreligger i en mengde på 1 til 20 vekt%, fortrinnsvis 1 til 10 vekt%, av den tilstedeværende proteintørrsubstans. ;Ketosyrene ovenfor kan generelt defineres ifølge formelen R-CO-COOX, hvor R er en del av en ikke-essensiell aminosyre og X er hydrogen, alkalimetall, jordalkalimetall, en organisk base, eller ikke-toksiske forstadier eller mellomprodukter til slike ketosyrer. Disse substanser kommer i det etterfølgende for enkelhets skyld å benevnes som ketosyrer. Disse ketosyrer foreligger i en mengde på 1 til 20 vekt%, fortrinnsvis 1-10 vekt%, av inngående protein i tørrvekten. ;Ytterligere særtrekk fremgår av de vedlagte patentkrav. ;Administrering kan gjøres til kjøttetere, omnivorer og planteetere for i passende tilfeller å redusere nitrogenutsondringen, men også for å oppnå en proteinbesparende effekt. ;Ved foreliggende oppfinnelse tilføres således substrat i form av ketosyrer til ikke-essensielle aminosyrer for dannelse av proteiner eller andre biomolekyler som stammer fra disse aminosyrer. Ketosyrer, som under aerobe forhold kan metaboliseres i cellenes mitokondrier, gir opphav til energigivende og reduserende forbindelser. Begge disse typer av forbindelser er nødvendige i aktive livsprosesser. I mitokondriene dannes mellomprodukter under metabolismen av ketosyrer, blant annet succinyl-CoA. Succinyl-CoA inngår i syntesen av porfyrinmolekylet i hemoglobin og myoglobin. Når ketosyrer tilføres organismen, oppnås en proteinsparende effekt ved at organismen i stedet får å utnytte aminosyrer til andre formål enn proteindannelse, og kan anvende ketosyrer til ikke-essensielle aminosyrer. Derved øker virkningsgraden hos det tilførte protein. KG, en av de ovenfor beskrevne ketosyrer, har en sentral stilling i koblingen av NH4<+> og senere ved syntesen av ikke-essensielle aminosyrer. Forskjellige ketosyrer til ikke-essensielle aminosyrer er videre et mer effektivt substrat enn aminosyrer i seg selv ettersom ingen deaminering be-høver å skje og den energikrevende nitrogenutsondringen fra organismen avtar. Som det vil fremgå av nedenstående eksempler, der fiskeyngel har mottatt et får supplementert med 10% ketosyrer, minsker nitrogenutsondringen med mer enn 20%. ;Foreliggende oppfinnelse kan også anvendes ved fremstilling av produkter for parenteral næring ved katabolske situasjoner, eksempelvis ved store trauma, som ved brannskader osv., men også ved nyreskader. ;Under den reproduktive fase, da fisken i hovedsak utnytter muskelproteiner, kan i stedet tilførte ketosyrer, eksempelvis pyruvat i kombinasjon med KG, utnyttes. På denne måte reduseres det ellers så store tap av muskelprotein. Videre reduseres nitrogenutsondringen. ;Foreliggende oppfinnelse vil nedenfor nærmere beskrives under henvisning til eksemplene, uten derved å begrense oppfinnelsens omfang. ;EKSEMPEL 1 ;Tilvekstforsøk ;1-sommers lakseyngel ble foret i 5 uker dels med et kontroll for beregnet på meget ung laks og dels med for ifølge foreliggende oppfinnelse basert på samme råvarer som kontroll fåret, men dessuten inneholdende 5% pyruvat Na-salt og 5% alfaketoglutarsyre (KG), hvorved 10% av det protein som foreligger i form av fiskemel og som inngår i kontroll-foret, erstattes med ketosyrer. Forsøket ble utført slik at 500 yngel i ett basseng mottok kontrollf6r, og 500 yngel i et annet basseng mottok for fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse. Lakseyngelen hadde en gjennomsnittsvekt ved forsøkets start på ca. 4 g/stk. Tilvekst, nitrogenutsondring, totalanalyse og proteinanalyse ble utført. Makroskopisk undersøkelse av yngelen ble også foretatt. ;;Ketosyrene i forsøksforet utgjorde således 10% av formate-rialet og erstattet 20% av aminosyrene og minsket således nitrogeninnholdet med ca. 16%. Aminosyreanalyser av for og fisk ble utført ifølge offisielle EF-metoder. ;Resultatene representerer den midlere verdi av tre analyser basert på 50 yngel hver. Forskjellene mellom gruppene er ikke signifikante. ;Nitrogenutsondrincrsf orsøk ;For å måle nitrogenutsondringen ble 10 fiskeyngel fra hver gruppe satt i et lukket basseng fylt med oksygenanriket vann. Yngelen befant seg i dette miljø i 90 minutter, hvorpå de ble avlivet, veid og dissekert. Samtlige yngel hadde så vel mage som tarm velfylt med for. Utsondringen av NH3 og NH4<*> ble analysert i vannprøver fra begge bassenger på en slik måte at tidsforskjellene mellom utfåring, avliving og endelig prøvetagning var likartet. Ammoniakk ble analysert ifølge Parsons et al., A Manual of Chemical and Biological Metnods for Seawater Analysis, Pergamon Press, s. 15-16 (ISBN-0-08-030288-2). Forsøket, som ble utført som en avslutning på tidligere tilvekstforsøk, ble utført når fiskene var ca. 20 uker gamle. Ingen forskjell i dødelighet mellom kontroll og forsøksgruppe kunne noteres i hele forsøksperioden.

Forskjellen i nitrogenutsondring mellom forsøksgruppene er 28%, og statistisk signifikans i henhold til students t-test er n=20, p<0,01.

Makroskopisk undersøkelse av fiskeyngelen Disseksjon av fiskeyngelen viste ingen forskjell mellom gruppene med hensyn til leverstatus, mage-tarmfylling og ansamling av visceralt fett.

Fiskeyngelen i kontrollgruppen hadde ved forsøkets begynnelse en midlere vekt på 3,40 g og ved forsøkets slutt en midlere vekt på 3,95 g, mens gruppen oppfødd på for fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse hadde en midlere vekt ved forsøkets begynnelse på 3,56 g og ved forsøkets slutt på 4,11 g. Tilveksten er således lik.

EKSEMPEL 2

I forsøk med nylig åresprengte rotter ifølge Eggum (Eggum, B.O.; A Study of Certain Factors Influencing Protein Uti-lization in Rats and Pigs. National Institute of Animal Science, (1973), s. 406), der et kontrollf6r bestående av kornprodukter, andre karbohydrater, fiskeprotein, fett, mineraler og vitaminer ble sammenlignet med et forsøksfor der 0,6 vekt% pyruvat og 0,8 vekt% alfaketoglutarat erstattet 1,4 vekt% fiskeprotein og der 0,15 vekt% soyaolje ble tilsatt i forsøksfdret for å eliminere den forskjell i fettinnhold som oppstod ved det minskede innhold av fiskeprotein, ble de følgende resultater erholdt:

Standardavvik i parentes.

Signifikant forskjell i henhold til Student's t-test p<0,02.

Forsøket, som ble gjennomført på en slik måte at den totale formengde (g TS) var lik for begge dyregruppene, viste ingen signifikante tilvekstforskjeller til tross for at 1,4 vekt% av proteinet i kontrollfåret ble erstattet med ketosyrer .

Nettoproteinutnyttelsen som viser dyrenes evne til å utnytte det tilførte protein til oppbygging av kroppseget protein viser, som fremgår av tabell 1, signifikante forskjeller, i hovedsak på grunn av en bedre biologisk verdi (BV) i forsøksgruppen. Den proteinforbedrende effekt forklares ved tilsetning av, i dette tilfelle, en kombinasjon av alfaketoglutarat og pyruvat.

Makroskopiske undersøkelser av lever, nyrer og andre indre organer påviste ingen forskjeller mellom dyregruppene.

Ved sammensetning av et for ifølge foreliggende oppfinnelse der store deler av proteinet erstattes med ketosyrer i henhold til ovennevnte, bør saltinnholdet begrenses for å unngå elektrolytiske forstyrrelser. Således kan andre salter enn natriumsalter av ketosyrene forekomme, så som kalium-, magnesium- og kalsiumsalter. Frie ketosyrer kan også anvendes.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av næringsmiddel inneholdende ketosyrer for å minske nitrogenutskillelsen fra mennesker med opprettholdelse av proteindannelse, karakterisert ved at protein i nærings-materialet erstattes med alfa-keto-glutarsyre; en kombinasjon av alfa-keto-glutarsyre og pyro-druesyre; oksaloacetat eller en kombinasjon av oksaloacetat og alfa-keto-glutarsyre eller pyruvat eller en annen ketosyre av formel R-CO-COOX, hvor R er en del av en ikke-essensiell aminosyre og X er hydrogen, et alkalimetall, et jordalkalimetall eller en organisk base, eller ikke-toksiske prekursorer eller mellomprodukter for slike ketosyrer av formel R-CO-COOX, hvorved ketosyren eller - syrene foreligger i en mengde på 1 til 20 vekt%, fortrinnsvis 1-10 vekt%, av den tilstedeværende protein-tørrsubstans.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at næringsmiddelet fremstilles i form av en parenteral næringstilsetning.