Introduzione

Il latte bovino contiene proteine abbondanti ed è una fonte alimentare ideale per la salute umana e la crescita. Molti fattori possono influenzare le sue proprietà nutrizionali; negli ultimi decenni, diverse ricerche hanno valutato come i trattamenti industriali (ad esempio, temperatura e omogeneizzazione) influenzano le proprietà di digestione del latte. Tuttavia, l’effetto delle varianti genetiche delle proteine e di ulteriori modifiche post-traduzionali (PTM) non è stato ancora rivelato. Nei bovini, solo la κ-caseina (κ-CN) può essere glicosilata e si trova al di fuori della micella caseinica (CN) per mantenere la sua struttura, dimensione e stabilità. Pertanto, la κ-CN svolge un ruolo importante durante il processo di digestione del latte. Studi in vivo e in vitro hanno dimostrato che il latte bovino non riscaldato coagula rapidamente nei primi 30 minuti dopo essere arrivato alla fase gastrica. In quel momento, il pH ambientale nello stomaco è normalmente >5,5, e quindi le reazioni di destabilizzazione indotte dalla pepsina dovrebbero essere predominanti in relazione alla causa della coagulazione rispetto alle reazioni indotte dall’acido. La pepsina può idrolizzare il caseinomacropeptide (CMP) da κ-CN, portando alla coagulazione delle micelle CN. Questo processo è simile alla coagulazione indotta dalla chimosina durante la fabbricazione del formaggio. Alcune ricerche hanno riferito che gli isoformi CMP glicosilati avevano tassi di rilascio inferiori dopo l’aggiunta di chimosina per il latte bovino non trattato rispetto al CMP non glicosilato. Inoltre, alcuni hanno scoperto che la κ-CN isolata che rappresenta livelli di glicosilazione più elevati tra le varianti A, B ed E ha mostrato un grado inferiore di idrolisi (DH) dopo la digestione gastrointestinale in vitro. Pertanto, la glicosilazione influenza negativamente il tasso di idrolisi di κ-CN dalla chimosina e dalle proteasi digestive, probabilmente per ostacolo sterico, che possono influenzare ulteriormente la formazione del coagulo e il processo di digestione delle micelle CN. Le proprietà di coagulazione di CN durante la digestione gastrica potrebbero influenzare il processo di digestione del latte. Sebbene non vi siano prove dirette che dimostrino questa ipotesi, sono stati confermati molti fattori che influenzano le proprietà di coagulazione del latte durante la fabbricazione del formaggio. A parte la concentrazione di calcio ionico, sia il grado di glicosilazione di κ-CN che il contenuto di glicosilato κ-CN così come la dimensione della micella CN, in quanto sono correlati alle varianti genetiche κ-CN, influenzano le proprietà di coagulazione.

Tra le varianti κ-CN, A e B sono le varianti genetiche più comuni nelle razze bovine europee. Nelle vacche Holstein danesi, le varianti κ-CN A e B rappresentano rispettivamente circa il 70% e il 24%. La variante κ-CN A contiene residui idrofili o polari, Thr e Asn, rispettivamente alle posizioni 157 e 169, mentre la variante B contiene i residui più idrofobici di amminoacidi Ile e Ala in queste posizioni. Le varianti κ-CN A e B condividono 6 possibili siti per la glicosilazione O, a Thr142, Thr152, Thr154, Thr163, Thr166, e Thr186, con una posizione aggiuntiva a Thr157 nella variante A. Anche così, la variante B ha un grado di glicosilazione superiore alla variante A. Inoltre, alcune ricerche hanno rilevato che nella variante κ-CN B, una maggiore concentrazione relativa di glicosilato κ-CN era associata a dimensioni medie di micelle della CN inferiori. Di conseguenza, le varianti genetiche del κ-CN con i loro diversi gradi di PTM, in particolare la glicosilazione, possono influenzare la dimensione della micella CN e potenzialmente la sua struttura, che è rilevante per le proprietà di coagulazione del latte e può influenzare le capacità di digestione del latte. Per verificare l’effetto dei diversi fenotipi κ-CN sulla digeribilità del latte bovino, sono stati preparati 3 diversi pool di latte mescolando il latte di singole vacche, che rappresentano fenotipi κ-CN AA, BB e AB, che sono stati poi sottoposti a digestione in vitro mediante il protocollo INFOGEST 2.0. Questo metodo di digestione statica in vitro è adatto a valutare gli endpoint di digestione analizzando i digeriti in vitro ed è stato confermato per simulare efficacemente la digestione delle proteine del latte nel sistema gastrointestinale fisiologico umano. Il processo di digestione in vitro è stato valutato separatamente in fase gastrica e intestinale seguendo la degradazione delle principali proteine del latte mediante SDS-PAGE, cromatografia liquida-positiva a ionizzazione, ionizzazione-spettrometria di massa (LC-ESI/ MS) e DH. 

Abstract

La micella caseinica (CN) si coagula nello stomaco dopo l’ingestione, in modo simile al processo di caseificazione. Sebbene siano state confermate varianti genetiche delle proteine bovine, in particolare della κ-caseina, che influenzano le proprietà di coagulazione della micella della CN, la sua influenza sulla digeribilità del latte non è ancora stata rivelata. Questo studio mira a valutare come le varianti genetiche, il grado di glicosilazione di κ-CN e la dimensione della micella CN influenzano i tassi di digestione in vitro. Tre pool di latte, che rappresentano fenotipi κ-NC di composizione AA, BB o AB, sono stati preparati a partire da latte di singole vacche danesi Holstein che rappresentano questi diversi genotipi. La digestione in vitro dei 3 pool di latte, AA, BB, o AB, è stata studiata tramite sodio dodecil solfato-PAGE, cromatografia liquida-spettrometria di massa, e grado di idrolisi. I risultati hanno dimostrato che il latte κ-CN AA ha un tasso di digestione più rapido nella fase gastrica rispetto al latte BB e AB, mentre solo piccole differenze erano evidenti nella fase di digestione intestinale. I risultati hanno inoltre documentato che i pool di latte che rappresentano i fenotipi κ-CN BB e AB avevano gradi di glicosilazione complessivi comparabili (rispettivamente 50,9% e 50,0%) e superiori a quelli del pool di latte AA (46,9%). Inoltre, il pool di latte AA era associato a micelle CN più grandi. Queste differenze nelle dimensioni della micella NC e nei gradi di glicosilazione possono far parte delle spiegazioni di base per i tassi di digestione differenziale in vitro osservati tra i pool di latte AA, BB e AB κ-CN.

Differential in vitro digestion rates in gastric phase of bovine

Autori:

Bulei Sheng, Søren D. Nielsen, Nina A. Poulsen, and Lotte B. Larsen

Department of Food Science, Aarhus University, Aarhus, Denmark 

J. Dairy Sci. – 1 ottobre 2021

DOI: doi.org/10.3168/jds.2020-20073