Nutraceutyki to zatem biosubstancje lub ich preparaty, wywodzące się z surowców pochodzenia zwierzęcego, roślinnego i biotechnologicznego, które zostały wytworzone z zastosowaniem innowacyjnych technologii. Wśród najczęściej stosowanych i najbardziej rozpoznanych surowców do wytwarzania nutraceutyków można wymienić m.in.: jaja, siarę, produkty pszczelarskie, ekstrakty roślin, w tym zioła, owoce itp. Wśród szerokiej palety nutraceutyków natomiast można wyróżnić: colostryninę (ekstrakt biopeptydów siary), ovofosfolipidy żółtka, bogate w n-3 kwasy tłuszczowe i witaminy czy preparaty aroniowe. Szczególnie interesujące są mieszanki nutraceutyków i ich interakcje, zwłaszcza na nośniku żywności funkcjonalnej. Lista produktów, należących do żywności funkcjonalnej, stale się powiększa. Colostrum również zyskuje na popularności, ze względu na swoje korzyści zdrowotne.

Pierwszy pokarm życia, siara, to czerwono-żółty, bogaty w składniki odżywcze płyn, wydzielany z gruczołu mlekowego ssaków po porodzie w ciągu 72 godzin. Główne składniki, które tworzą siarę bydlęcą (bovine colostrum, BC), są dzielone na związki odżywcze i biologicznie aktywne. Białka, witaminy (rozpuszczalne w tłuszczach i w wodzie), minerały (chlorki, cytryniany, fosforany), aminokwasy (endo- i egzogenne), kwasy tłuszczowe (długo- i rozgałęzione, kwasy tłuszczowe trans, sprzężony kwas linolowy – CLA) i węglowodany (laktoza, oligosacharydy) są składnikami odżywczymi. Biologicznie aktywnymi składnikami siary bydlęcej są: immunoglobuliny (IgG, IgA, IgE, IgD, IgM), czynniki wzrostu (insulinopodobne czynniki wzrostu [IGF] – I i II, transformujący czynnik wzrostu [TGF] – β1 i β2, naskórkowy, pochodzący z fibroblastów i płytek krwi), hormony (prolaktyna, estradiol, estriol), enzymy (proteazy, enzymy antyoksydacyjne, takie jak: dysmutaza ponadtlenkowa, lizozym, laktoperoksydaza), inhibitory (trypsyna, cysteina, proteazy) i inne, w tym: laktoferyna, cytokiny, leukocyty, nukleozydy i nukleotydy.

Colostrum, nazywane „płynnym złotem”, zostało określone jako „najważniejszy pokarm na świecie”. Substancje odżywcze i biologicznie czynne w siarze występują w różnych stężeniach, a każda z nich ma unikalną rolę w zależności od swojego charakteru i sposobu działania. Składniki odżywcze służą dostarczeniu energii, natomiast związki bioaktywne biorą udział w rozwoju i wzroście organizmu oraz pomagają w zwalczeniu infekcji. Zbadano, że bioaktywne składniki siary wykazują działanie ochronne przeciwko: nieswoistym zapaleniom jelit, hipercholesterolemii, chorobie Alzheimera, zaburzeniom związanym z odpornością, infekcjom mikrobiologicznym, infekcjom dróg oddechowych oraz poprawiają wyniki sportowe i wytrzymałościowe. Zawartość składników odżywczych i substancji biologicznie czynnych przedstawiono w tabeli poniżej.

Tab. Zawartość składników odżywczych i substancji biologicznie aktywnych w siarze bydlęcej

Substancje biologicznie aktywne

Przeciwciała

Immunoglobuliny są główną frakcją białkową siary bydlęcej. Białka te odgrywają kluczową rolę w przekazywaniu odporności biernej u noworodka. Przeciwciała są znane ze swoich korzyści zdrowotnych dla ludzi w zakresie odpowiedzi odpornościowej organizmu, narażonego na antygeny:

- IgG – to najliczniejsza klasa immunoglobulin – stanowi ok. 80% wszystkich przeciwciał w ustroju; ta grupa immunoglobulin jest także najtrwalsza ze wszystkich – czas utrzymywania się tych przeciwciał we krwi, po kontakcie z antygenem, to nawet kilkadziesiąt lat;

- IgM – jest elementem pierwotnej odpowiedzi immunologicznej, zatem stanowi pierwszą linię obrony organizmu; ta grupa przeciwciał jest stosunkowo nietrwała – utrzymuje się we krwi przede wszystkim we wczesnej fazie infekcji; w miarę postępu zakażenia przeciwciała IgM są zastępowane przez przeciwciała IgG;

- IgE – ma zdolność do aktywowania funkcji bazofili i komórek tucznych, co prowadzi do uwolnienia przez nie substancji, takich jak histamina, czyli hormon uruchamiający stan zapalny;

- IgD – jest najmniej poznanym rodzajem immunoglobuliny, jednak ostatnio wykazano, że aktywuje bazofile i komórki tuczne do produkcji czynników antymikrobiologicznych w obronie immunologicznej układu oddechowego;

- IgA – przeciwdziała przyleganiu bakterii do powierzchni błon śluzowych, neutralizacje wirusy, toksyny, enzymy, wydzielane przez bakterie oraz ich antygeny.

Immunoglobuliny, obecne jako główna grupa składników odpornościowych w siarze bydlęcej, są około 100-krotnie większe niż w mleku dojrzałym – przykładowo stężenie immunoglobulin IgG w BC i mleku dojrzałym wynosi odpowiednio 15 180 g/l versus 0,35 g/l.

Czynniki wzrostu

Są to stosunkowo wszechstronne polipeptydy, które powodują różnicowanie lub proliferację komórek poprzez receptory, występujące na powierzchni komórek. Udowodniono, że w siarze obecne są różne rodzaje czynników wzrostu, w tym odpowiednio: naskórkowy (EGF), transformujący (TGF-β1), pochodzący z płytek krwi (PGDF), betacellulina (BTC), czynnik wzrostu fibroblastów 1 i 2 (FGF1 i FGF2) oraz insulinopodobny (IGF-I). W BC insulinopodobne czynniki wzrostu występują w wyższym stężeniu niż pozostałe. Odpowiednie stężenia IGF-I i IGF-II w BC wahają się w granicach 50 2000 μg/l i 200-600 μg/l, natomiast stężenie IGF-I i IGF-II w mleku dojrzałym wynosi < 10 μg/l. Insulinopodobny wzrost-I (IGF-I) lub somatomedyna C ma podobną strukturę do insuliny. IGF-I wykazuje szereg korzyści w organizmie człowieka: reguluje wzrost komórek, syntezę DNA komórkowego, wzrost i rozwój komórek mięśniowych, gojenie się kości, regenerację nerwów, zwiększenie masy mięśniowej, rozwój jelit, stymulację w wykorzystaniu glukozy, wpływa na zmniejszenie wystąpienia ryzyka cukrzycy typu 2 i redukcję masy ciała. TGF-α i TGF-β utrzymują równowagę pomiędzy proliferacją i różnicowaniem komórek. TGF-α pomaga we wzroście i naprawie błony śluzowej przewodu pokarmowego i hamuje wydzielanie kwasu żołądkowego, a TGF-β wykazuje właściwości immunomodulacyjne i odgrywa rolę w proliferacji komórek (tkanki łącznej), naprawie i integralności przewodu pokarmowego, jak również rozwoju chrząstki i kości. Epidermalne (EGF) czynniki wzrostu są peptydami o długości 53 aminokwasów. EGF odgrywa istotną rolę w: gojeniu się ran, chorobach zapalnych, naprawie uszkodzonych tkanek przewodu pokarmowego, regeneracji uszkodzonych tkanek żołądka i jelit, różnicowaniu i proliferacji komórek naskórka. Płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF) jest stabilną cząsteczką, wydzielaną przez makrofagi, składającą się z dwóch łańcuchów polipeptydowych, połączonych disiarczkowymi wiązaniami. Czynnik wzrostu fibroblastów (FGF) wspomaga gojenie się wrzodów, ran, wpływa na utrzymanie prawidłowego stanu kości i ich odbudowę przy złamaniu.

Laktoferyna i laktoalbumina

Laktoferyna (LF) jest glikoproteiną o silnych właściwościach antyoksydacyjnych, przeciwzapalnych, przeciwnowotworowych i przeciwbakteryjnych. Stężenie laktoferyny w BC i mleku dojrzałym mieści się odpowiednio w przedziale 1,5-5 mg/ml i 0,02-0,75 mg/ml. LF jest doskonałym modulatorem immunologicznym i środkiem przeciwnowotworowym oraz posiada zdolności regeneracyjne tkanek. Może również hamować produkcję cytokin prozapalnych. Laktoalbumina jest obecna w serwatce i może wyraźnie poprawić odpowiedź immunologiczną i zwiększyć syntezę glutationu. W badaniach wykazano, że laktoferyna i laktoalbumina mogą indukować apoptozę w komórkach nowotworowych. Stwierdzono, że LF podnosi poziom kaspazy-1 i IL-18, a w konsekwencji – zmniejsza ogniska przerzutowe w jelicie. Zaobserwowano również indukowaną przez LF aktywność apoptotyczną cytotoksycznych komórek T i limfocytów NK (Natural Killer). Poza tym LF hamuje wątrobowy enzym CYP1A2, który jest odpowiedzialny za aktywację kancerogenów. LF może być stosowana jako nośnik dla środków chemioterapeutycznych, zwłaszcza w leczeniu guzów mózgu, ze względu na zdolność do przekraczania bariery krew-mózg. Wydaje się zatem, że LF i laktoalbumina serwatkowa mogą być stosowane jako terapie, łączone z chemio- i radioterapią w leczeniu nowotworów. Takie podejście pozwoliłoby nie tylko zwiększyć skuteczność chemioterapeutyczną leków, ale również ograniczyć stosowanie chemio- i radioterapii, co skutkowałoby zmniejszeniem częstości występowania niepożądanych skutków ubocznych, obserwowanych u pacjentów z chorobami nowotworowymi.

Nukleozydy, nukleotydy i leukocyty

Nukleozydy i nukleotydy to niebiałkowe frakcje azotowe naturalnych składników bioaktywnych w ilości submiligramów na litr. Nukleozydy obejmują nukleobazy, takie jak pirymidyna (cytozyna, tymina lub uracyl) lub puryna (guanina i adenina), połączone poprzez wiązanie glikozydowe z rybonukleozydami. Nukleotydy zaś to estry kwasu o-fosforowego nukleozydów, mające od 1 do 3 grup fosforanowych na C-2, 3 lub 5 do rybonukleotydów. Zarówno nukleozydy, jak i nukleotydy odgrywają kluczową rolę w wielu procesach biochemicznych, w tym metabolizmie komórkowym i sygnalizacji, działają jako prekursory kwasów nukleinowych, przenoszą energię chemiczną czy naprawiają uszkodzenia przewodu pokarmowego. Leukocyty (neutrofile, bazofile, eozynofile, limfocyty i monocyty) natomiast są podstawowym składnikiem układu odpornościowego człowieka. Ich główną funkcją jest obrona organizmu przed patogenami, takimi jak: wirusy, bakterie oraz grzyby. Ta jest realizowana w trzech specyficznych mechanizmach odpornościowych. Są to: fagocytoza, czyli wchłanianie i trawienie chorobotwórczych drobnoustrojów oraz martwych komórek, odporność swoista, czyli produkcja specyficznych przeciwciał skierowanych przeciwko konkretnym patogenom, a także produkcja wolnych rodników i wyrzucanie swoich ziarnistości, które w bezpośredni sposób niszczą obce i szkodliwe komórki.

Egzosomy

Siara i mleko mają duże ilości egzosomów, zawierających liczne mikroRNA i białka. Sekwencje i aktywność biologiczna cząsteczek mikroRNA są sukcesywnie poznawane. Badania te są prowadzone przede wszystkim z myślą o zrozumieniu roli mikroRNA w różnych stanach chorobowych, a przez to – wykorzystaniu jako biomarkerów, pozwalających na wczesną diagnostykę m.in. nowotworów, cukrzycy, chorób sercowo-naczyniowych oraz neurodegeneracyjnych. W kształtowaniu się mechanizmów wrodzonej i nabytej odporności oraz regulacji dojrzewania i różnicowania limfocytów B i T biorą udział tzw. immunologiczne mikroRNA. Kształtują u potomka odpowiedź immunologiczną po zetknięciu się z patogenami, takimi jak np. wirus grypy typu A, w ten sposób wzmacniając mechanizmy chronne organizmu, przeciwdziałające rozwojowi chorób górnych i dolnych dróg oddechowych. Cząsteczki mikroRNA mogą także przeciwdziałać rozwojowi chorób autoimmunologicznych u potomstwa.

Składniki odżywcze 

Witaminy

Siara bydlęca zawiera zarówno witaminy, rozpuszczalne w tłuszczach (A, D, E, K), jak i wodzie (z grupy B) w różnych stężeniach. Witamina A, w tym retinal, kwas retinowy, retinol, ester retinylu i beta-karoten, są głównymi metabolitami witaminowymi, występującymi w siarze bydlęcej. Witamina D w siarze występuje w dwóch różnych formach, które obejmują ergokalcyferol (D2) i cholekalcyferol (D3). Zarówno ergokalcyferol, jak i cholekalcyferol są syntetyzowane poprzez ekspozycję na promieniowanie ultrafioletowe odpowiednio w roślinach i skórze krowy. Witamina E występuje w dwóch formach, a mianowicie w postaci tokotrienoli i tokoferoli. Witamina K występuje również w dwóch różnych podtypach filochinonu i menachinonów. Kwas askorbinowy (witamina C) występuje w śladowej ilości i jest syntetyzowany w wątrobie krów. Siara z pierwszego udoju ma ok. 10 razy więcej karotenu, 6 razy więcej witaminy A i 3,3 razy więcej ryboflawiny w porównaniu z mlekiem dojrzałym. Stwierdzono, że stężenie niacyny jest mniej więcej takie samo w siarze i mleku dojrzałym. Stężenie witamin, rozpuszczalnych w tłuszczach w siarze, zależy od zawartości tłuszczu.

Główne i śladowe minerały

Siara bydlęca jest obfitym źródłem minerałów śladowych i głównych. Występują one w postaci jonów lub gatunków koloidalnych, skompleksowanych z białkiem kazeinowym. Na koncentrację składników mineralnych istotny wpływ mają zarówno warunki wewnętrzne, jak i zewnętrzne, w tym stres cieplny, warunki środowiskowe oraz pasza. Wapń i fosfor występują w 4-5-krotnie wyższych stężeniach w porównaniu z mlekiem dojrzałym. Siara krów wieloródek ma większą zawartość wapnia w porównaniu do krów pierworódek. Zawartość żelaza w siarze jest 10-17 razy większa niż w mleku dojrzałym. Ponadto ok. 20 makroelementów, w tym mangan, żelazo i cynk, występuje w śladowych ilościach zarówno w mleku, jak i siarze.

Aminokwasy

Aminokwasy są związkami organicznymi, które działają jako budulec białka i składają się głównie z wodoru, węgla i azotu. Zarówno siara, jak i mleko krowie zawiera wszystkie egzo- i endogenne białka. Kazeina jest głównym białkiem, występującym w mleku i siarze. Jest syntetyzowana w gruczole mlekowym i działa jako nośnik dla transferu aminokwasów od matki do noworodka. Aminokwasy te wspomagają wzrost i rozwój wszystkich grup wiekowych, aktywność enzymów, metabolizm komórkowy, sprawność umysłową czy wydzielanie hormonów anabolicznych.

Kwasy tłuszczowe

Jedną z siar jest tłuszcz, który odgrywa kluczową rolę we właściwościach odżywczych i utrzymaniu temperatury ciała (termogenezie). Kwasy tłuszczowe dzieli się na podstawie ich układów strukturalnych, a mianowicie na: krótko-, średnio-, długołańcuchowe, rozgałęzione i nieparzyste, tłuszcze trans oraz sprzężony kwas linolowy (CLA). Kwasy tłuszczowe (fatty acids – FA), zawarte w tłuszczu mlecznym, są uważane za ważne składniki odżywcze w dietach znacznej populacji ludzkiej. HDL może działać jako antyoksydant i zapobiegać utlenianiu cząsteczek LDL we krwi, a także chronić przed infekcjami i toksynami, pochodzącymi od drobnoustrojów. Kwas oleinowy jest drugim co do obfitości występowania kwasem tłuszczowym w mleku, stanowiąc 15-25% tłuszczu całkowitego. Jest znanym czynnikiem przeciwmiażdżycowym i pozytywnie wpływa na zdrowie człowieka. Kwasy tłuszczowe są głównym materiałem budulcowym błony komórkowej. Nienasycone kwasy tłuszczowe są reaktywne, gdyż mogą dawać stres oksydacyjny z udziałem wolnych rodników i wtórnych produktów peroksydacji. Mleko bydlęce i produkty są uniwersalnym źródłem kwasu masłowego, sprzężonego kwasu linolowego (CLA) i rozgałęzionych kwasów tłuszczowych (BCFA) w diecie człowieka. Korzyści kwasów tłuszczowych w kontekście zdrowia człowieka obejmują ich rolę w produkcji hormonów, wzroście i prawidłowym funkcjonowaniu układu odpornościowego, mózgu, wątroby i układu nerwowego, regulacji ciśnienia krwi, aktywności nadnerczy i tarczycy, krzepnięcia krwi i innych reakcji zapalnych.

Węglowodany

Węglowodany w siarze bydlęcej są obecne jako cukry złożone lub złożone z lipidami i białkami. Niektóre z tych złożonych węglowodanów to: oligosacharydy, glikoproteiny, cukry nukleotydowe lub mucyny. Laktoza jest głównym sacharydem, który jest obecny w siarze bydlęcej w ilości ok. 1,2%, a jej stężenie jest początkowo niskie i zaczyna wzrastać w miarę upływu czasu od wycielenia. Ze względu na tak niski poziom laktozy, siara wytwarza więcej lepkości i ma mniej wody w sobie, z powodu braku osmoregulatora laktozy. Laktoza składa się z glukozy i galaktozy, które są głównym źródłem energii dla prawidłowego funkcjonowania różnych organów ciała, w tym: serca, komórek nerwowych w mózgu, rdzenia kręgowego i innych. Średnie stężenie oligosacharydów w siarze wynosi od 0,7 do 1,2 g ml-1 i większość z nich ma charakter kwaśny. Do tej pory odkryto ok. 40 oligosacharydów w siarze bydlęcej.

Produkty na bazie colostrum

Suplementy na bazie siary są dostępne na rynku jako: pastylki, proszek, koncentrat, kapsułki, gumy do żucia, mleko uzupełnione siarą, napoje i inne. Wiele wariantów colostrum w proszku, dostępnych na rynku, jest wytwarzanych metodą liofilizacji, która jest jedną z najlepszych metod utrwalania żywności. Innymi metodami, używanymi do konserwacji tej substancji, są: mrożenie, suszenie rozpyłowe oraz nowe technologie, m.in. pulsacyjne pole elektyczne (PEF – Pulsed Electric Field) lub skoncentrowane pole mikrofalowe (CMF – Content Microvawe Field).

W dobie globalizacji konsumenci są bardziej świadomi swojego zdrowia. Aby spełnić to zwiększone zapotrzebowanie na naturalne suplementy, siara bydlęca i jej składniki odgrywają znaczącą rolę w dziedzinie żywności, nutraceutyków i rynku farmaceutycznego. Podczas gdy produkty BC są dobrze tolerowane, niektórzy pacjenci, uczuleni na białka mleka krowiego, mogą doświadczyć niepożądanych efektów ubocznych. Ogólnie rzecz biorąc, suplementy BC mogą być bezpiecznie stosowane przez dzieci i osoby dorosłe. Interakcje kliniczne BC, jeśli występują z doustnie podawanymi lekami na receptę lub dostępnymi bez recepty, powinny być zbadane pod kątem biodostępności i farmakokinetyki, a możliwość wystąpienia takich interakcji – monitorowana u pacjentów, stosujących leki syntetyczne w schorzeniach współistniejących.

Medyczne zastosowania siary bydlęcej

Spożywanie colostrum jest powszechnie uważane za bezpieczne dla człowieka. BC zawiera liczne bioaktywne składniki odżywcze, które mają potencjał w leczeniu dolegliwości, do których należą: zaburzenia związane z alergią i odpornością (np. reakcje alergiczne, anafilaksja, zaburzenia autoimmunologiczne, ból, zapalenie i obrzęki), schorzenia sercowo-naczyniowe (miażdżyca i choroby układu krążenia), choroby układu nerwowego (depresja, lęk, zaburzenia uwagi i nadpobudliwość), niedokrwienia mózgu (dysfunkcje neurobehawioralne), problemy z jelitami (zespół nieszczelnego jelita, zaparcia i biegunki) oraz infekcje mikrobiologiczne i przeciwwirusowe. Suplementy BC są również pomocne jako środki przeciwstarzeniowe (przeciwzapalne i antyoksydacyjne, stymulujące wzrost tkanek), a także naturalne źródła telomerazy – enzymu, który może spowalniać starzenie się DNA. BC pomaga w leczeniu infekcji dróg oddechowych (zaburzeń alergicznych i przewlekłego zapalenia oskrzeli, w tym infekcji górnych dróg oddechowych), wpływa na poprawę wyników sportowych, wytrzymałościowych i sprawność aerobową (prawidłowe dostarczanie tlenu podczas treningu), a wydolność wytrzymałościowa sprzyja gojeniu się więzadeł i mięśni, zwiększeniu beztłuszczowej masy mięśniowej i ogólnej wydajności sportowej. BC jest również pomocne w programach odchudzających (dzięki obecności leptyny pomaga zmniejszyć chęć jedzenia lub uczucie pełności), gojeniu się ran (czynniki wzrostu EGF, TGF, IGF i inne promują naprawę uszkodzonego DNA i RNA, komórek nerwowych, chrząstek), modulowaniu układu neuroendokrynnego (BC promuje dojrzewanie osi podwzgórzowo-przysadkowej [HPA]), immunomodulacji związanej z HIV (konkretnie CD4, T helper cells). BC posiada silną aktywność przeciwbakteryjną zarówno wobec szczepów Gram-dodatnich, jak i Gram-ujemnych. Minimalne stężenie hamujące (MIC) siary stwierdzono wobec E. coli, S. aureus, P. vulgaris, E. aerogenes i S. typhi. Jest możliwe, że BC może mieć działanie wirusobójcze wobec SARS-CoV-2. Szczególnie laktoferyna jest dobrze znana ze swoich właściwości przeciwbakteryjnych i przeciwzapalnych.

Kolejne nowe technologie są potrzebne, oprócz względów zdrowotnych, do odkrycia różnych metod wytwarzania żywności funkcjonalnej, opartej na siarze, aby ułatwić ich skuteczne wykorzystanie przez przemysł spożywczy. Dodatkowe wsparcie kliniczne poprzez sprawdzone metody badawcze, tj. randomizowane, podwójnie zaślepione, kontrolowane placebo, jest nieodzowne, aby zwiększyć zaufanie konsumentów do potencjału funkcjonalnych produktów spożywczych, opartych na colostrum.