È risaputo che il latte è un alimento altamente specifico. Non è possibile, ad esempio, allattare un neonato con del latte vaccino e viceversa. Il latte umano ha mediamente più lattosio, un rapporto diverso tra i grassi (a favore di quelli insaturi) e meno proteine; inoltre, la composizione dei peptidi è altamente specifica.
Come ricorda il termine stesso, una parte di queste proteine non viene sintetizzata dalla ghiandola mammaria ma deriva dal siero, quindi dal sangue dell'animale, da cui filtra e passa nella secrezione lattea, così come i minerali e le vitamine.
Composizione delle Proteine del Latte
Il contenuto proteico del latte vaccino è caratterizzato da diversi tipi di proteine. Le più abbondanti, chiamate caseine (dal latino caseus "formaggio"), costituiscono l'80% della frazione proteica ed hanno una composizione aminoacidica ideale per la crescita e lo sviluppo. Nel latte troviamo due tipi principali di proteine del siero: la Β-lattoglobulina e l' α-lattoalbumina, entrambe di origine mammaria.
Nel latte sono presenti diverse proteine del siero. Le più conosciute sono le lattoalbumine e le lattoglobuline, che rappresentano un'eccezionale fonte di amminoacidi ramificati. Nel siero sono presenti anche immunoglobuline, che derivano direttamente dal plasma sanguigno dell'animale e svolgono un'importante funzione immunitaria. Le lattoglubuline contengono oligopeptidi facilmente digeribili dall'organismo.
Caseine
Le caseine sono composte da diversi tipi di proteine legate insieme ad acqua, enzimi e sali minerali (principalmente calcio e fosforo) sotto forma di aggregati sferici chiamati micelle. Pur non essendo particolarmente idrosolubili, nel latte le micelle caseiniche vengono mantenute in dispersione. Tuttavia è possibile farle aggregare tra loro (coagulare) per azione enzimatica o per acidificazione, ma non per riscaldamento.
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Le caseine coagulano invece per acidificazione o per l'azione di enzimi proteolitici. Nella preparazione dello yogurt, ad esempio, speciali batteri operano una fermentazione lattica che trasforma il lattosio del latte in acido lattico, abbassando il pH (fino a 4,6) e determinando la coagulazione caseinica. Nella preparazione del formaggio, invece, si sfrutta l'azione di speciali enzimi proteolitici che agiscono su un particolare tipo di caseina (porzione c-terminale della K-caseina) determinando la coagulazione delle micelle.
Le micelle sono una sorta di globuli contenenti vari tipi di caseine dispersi nella massa lattea; come tali vengono continuamente in collisione tra loro, ma non coagulano proprio grazie alla glicosilazione della parte c-terminale della k-caseina (che ha funzione colloidalprotettrice).
Proteine del Siero del Latte
Le proteine del siero rientrano nella classe delle proteine veloci in quanto altamente digeribili e molto veloci nell'entrata in circolo. Queste considerazioni derivano da uno studio che ha misurato i livelli ematici di leucina in due gruppi di soggetti sani che, dopo un digiuno di 10 ore, avevano rispettivamente assunto 30 grammi di proteine del siero del latte e 30 grammi di caseine.
La centrifugazione ad alta velocità del latte scremato consente di ottenere separatamente un aggregato colloidale, contenente le caseine, ed una soluzione, chiamata siero del latte, contenente acqua, lattosio, lattoglobuline e lattoalbumine (proteine del siero del latte).
Le proteine presenti nel latte vaccino sono responsabili di alcune delle più comuni allergie alimentari. Le tipiche manifestazioni allergiche sono causate soprattutto dalle beta-lattoglobuline ed in misura minore dalle caseine (le alfa-lattoalbumine sono più abbondanti nel latte umano, mentre in quello vaccino prevalgono le beta-lattoglobuline). Non si è quindi allergici al latte in sé ma soltanto ad una o più proteine in esso contenute.
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Proteine del Siero del Latte: Tipologie e Lavorazione
Le proteine del siero del latte sicuramente sono le proteine che ad oggi hanno maggiori diffusione nel mondo degli integratori alimentari. Salite alla ribalta negli anni 90 come sostituite di quelle delle uova o delle caseine, ad oggi sul mercato ne esistono di diversi tipi: concentrate, isolate, ottenute per micro-filtrazione a flusso incrociato, a scambio ionico, idrolizzate. Cerchiamo di comprendere le diversità nella tipologia e nella lavorazione e quale proteine acquistare eventualmente per integrare, qualora ce ne fosse bisogno, il nostro fabbisogno proteico.
La proteina del siero del latte o WP, dall’inglese whey protein, è una miscela di proteine isolate dal siero di latte, la materia liquida creata come sottoprodotto della produzione del formaggio. Il siero di latte è ciò che resta della coagulazione del latte, e contiene tutto ciò che è solubile al suo interno. Si tratta di una soluzione contenente il 5% di lattosio in acqua, con alcuni minerali e lattoalbumina. Questo viene rimosso dopo la lavorazione del formaggio. Il grasso viene rimosso e poi elaborato per essere riutilizzato in alimenti destinati al consumo umano.
La lavorazione può essere eseguita mediante essiccazione semplice, oppure il contenuto proteico può essere incrementato rimuovendo lipidi e altre sostanze non proteiche. Il siero di latte può essere denaturato dal calore. Elevate temperature (ad esempio le temperature costantemente elevate superiori ai 72 °C associate al processo di pastorizzazione) denaturano le proteine del siero. Mentre la proteina del siero del latte nativa non è aggregata al caglio o all’acidificazione del latte, la denaturazione delle proteine del siero di latte provoca interazioni idrofobiche con altre proteine, e la formazione di un gel proteico.
Le proteine del siero di latte sono formate da una serie di proteine globulari isolate dal siero di latte, un sottoprodotto del formaggio ottenuto dal latte di mucca. In realtà la proteina del siero non è una singola proteina, ma è composta da diverse frazioni proteiche. Il siero di latte può essere distinto nelle sue componenti individuali, ciascuna delle quali offre i propri benefici. Le proteine del siero sono in genere una miscela di β-lattoglobuline, α-lattoalbumine, sieroalbumine, e altre frazioni minori, che sono solubili nei loro forma nativa, indipendente dal pH. Le whey hanno un alto contenuto dell’amminoacido glutammina, sia nella forma libera di l-glutammina, sia sotto forma di peptidi. In realtà ne contengono meno della caseina e della soia.
In origine il siero di latte era un sottoprodotto della lavorazione del formaggio, e veniva scartato. Quando il latte viene trattato per causare un’alterazione del pH, la caseina coagula e si separa, mentre il siero di latte grezzo di accumula sopra di essa. Nella sua forma originale il siero del latte è liquido; viene poi raccolto subendo vari processi di lavorazione prima che venga ottenuta la polvere principalmente costituita da proteine e/o peptidi. Durante questi passaggi, i grassi e i carboidrati (lattosio), e altri compoenti a basso peso molecolare come i micronutrienti (vitamine e minerali), sono isolati dalla componente proteica al fine di aumentarne la concentrazione. Dopo la lavorazione, la proteina è pastorizzata, ne viene rimossa l’umidità, e viene quindi fatta essiccare. L’essiccazione viene effettuata a basse temperature per evitare la denaturazione della proteina. Naturalmente, maggiore è la concentrazione proteica, maggiori processi di filtraggio sono necessari, portando ad un costo finale del prodotto maggiore.
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Di seguito sono elencate le diverse categorie di proteine del siero ottenute in base a diversi metodi di lavorazione. Le proteine del siero del latte (whey) si suddividono in genere in tre forme principali: concentrate (WPC), isolate (WPI), e idrolizzate (WPH).
Proteine del Siero Concentrate (WPC)
Le proteine del siero concentrate (WPC) hanno in genere un basso (ma comunque significativo) contenuto di grassi e colesterolo, ma, in generale, hanno livelli più elevati di composti bioattivi, e carboidrati sotto forma di lattosio. Il loro contenuto proteico è per definizione inferiore al 90%, e può raggiungere una concentrazione proteica del 85-86%.
La concentrazione di proteine può essere compresa tra il 35 e l’85%, quindi può esserci una grande variabilità nella qualità di diverse polveri WPC. La maggior parte delle WPC diffuse sul mercato hanno generalmente un contenuto tra il 68 e l’80%. Sono la forma più economica delle proteine del siero e contengono maggiori quantità di lattosio e umidità. Infatti uno dei vantaggi delle WPC è proprio il trattamento meno elaborato di ultrafiltrazione, ciò significa che gran parte delle frazioni proteiche rimangono ancora integre. Inoltre, essendo meno lavorate, mantengono un maggior contenuto di contenuto di nutrienti utili come calcio e altri minerali.
Le proteine del siero concentrate sono per definizione ottenute con il processo di ultrafiltrazione. Questo è il primo metodo usato per la lavorazione della proteina, in cui viene separata più grossolanamente dal grasso e dal lattosio del latte attraverso una membrana porosa. Diversi gradi di pressione sono utilizzati per spingere la proteina liquida attraverso la membrana, provvista di minuscoli fori che consentono soltanto il passaggio di componenti idrosolubili e piccole molecole organiche e minerali. Proteine più grandi non possono penetrare attraverso la membrana e vengono raccolte per un’ulteriore elaborazione.
Proteine del Siero Isolate (WPI)
Nei primi anni novanta gli scienziati scoprirono una serie di nuovi sistemi per ottenere una polvere proteica maggiormente concentrata, in grado di riuscire ad isolarla quasi completamente da lipidi e lattosio; nascevano le proteine del siero del latte isolate (WPI, Whey Protein Isolate). Le whey isolate sono la forma più pura di whey, poiché contengono inferiori quantità di umidità, di grassi, e di lattosio rispetto alle concentrate. A parità di peso si riescono ad ottenere maggiori quantità proteiche che con le concentrate, ma hanno costi più elevati.
Tra questi processi può esserci una maggiore filtrazione, la microfiltrazione a flusso incrociato (CFM) o lo scambio ionico (IE). Questi metodi permettono di ottenere formule con un contenuto tra l’85-95% di proteine, e possono rendere le WPI adatte ad una dieta con ridotto apporto di grassi e carboidrati. Hanno un valore biologico (VB) tra 150 e 170. Non contengono colesterolo contro le concentrate, le quali ne contengono all’incirca 40 mg. Hanno una parcentuale lipidica inferiore, e una quantità di lattosio tra 0,1 e 0,3 % rispetto al 2-5 % delle concentrate. Questo le renderebbe adatte ai soggetti intolleranti al lattosio. Vengono assimilate in tempi brevi e liberano nel sangue gli amminoacidi che possono così essere utilizzati per la sintesi proteica. Hanno una capacità di innalzare i livelli di insulina maggiore rispetto alle altre fonti proteiche. Possono essere la scelta migliore per i soggetti con gravi intolleranza al lattosio.
Microfiltrazione (CFM)
La microfiltrazione è il processo più costoso tra quelli utilizzati per l’isolamento degli integratori proteici a base di siero proteine, ma è anche quello che in assoluto è in grado di meglio preservare l’integrità e presenza delle frazioni proteiche bio-attive che determinano la qualità della proteina stessa. Questo metodo è stato messo appunto per prevenire le problematiche di denaturazione proteica riscontrate con lo scambio ionico, risultando la modalità migliore per preservarne la qualità. Con questo sistema, vengono mantenute intatte tutte le frazioni proteiche principali (65% β-lattoglobuline, 25% α-lattoalbumine, 8% siero albumine, immunoglobuline, lattoferrine e molecole minori) nel loro stato bioattivo naturale, se questo avviene a freddo, cioè a basse temperature. Ciò implica un migliore profilo amminoacidico, e una preservazione delle microfrazioni che compongono il 2% circa del siero, molte delle quali utili per il sistema immunitario. Un basso contenuto di sodio, responsabile di una maggiore ritenzione di liquidi, è indice di una buona qualità della lavorazione; mentre il calcio si rivela utile per migliorare la mineralizzazione dell’osso e prevenire la sua disgregazione, oltre che per favorire i processi di dimagrimento. Al momento il CFM è il migliore metodo in assoluto tra quelli a disposizione per i processi sia di concentrazione quanto di isolamento proteico. Lo svantaggio principale delle proteine del siero microfiltrate in confronto allo scambio ionico è che i tipi filtrati in genere non raggiungono lo stesso livello di purezza, e il loro costo può arrivare al doppio delle WPC. Le proteine del siero isolate per microfiltrazione hanno di base una media dell’86,5% di contenuto proteico contro il 90% o superiore di quelle a scambio ionico.
Scambio Ionico (IE)
Questo metodo, il quale separa le proteine in base alle loro carica elettrica, prevede l’aggiunta del siero ad un bagno di resine dotate di una carica elettrica per isolare la proteina e correggere il pH durante il processo. Questo metodo produce la forma più pura di proteine del siero di latte isolato, eliminando le impurità come lattosio, minerali e grassi, e consentendo di arrivare a concentrazioni proteiche molto elevate, pari e perfino superiori al 90% sul prodotto totale, con meno dell’1% di lattosio. Lo svantaggio principale dell’isolamento per scambio ionico è che questo porta alla denaturazione della proteina, e quindi ad una perdita di importanti frazioni peptidiche bio-attive, cosa che viene evitata con l’isolamento per microfiltrazione. Le molecole proteiche infatti preservano la loro attività biologica solo in presenza di determinate temperature e valori di pH. Proprio per questi motivi, lo scambio ionico ha un costo di circa cinque volte inferiore alla microfiltrazione. Vengono persi o danneggiati alcuni componenti importanti particolarmente sensibili all’alterazione del pH, mentre alcuni amminoacidi sono denaturati. L’isolamento a scambio ionico quindi modifica il contenuto delle varie frazioni proteiche, come ad esempio le β-lattoglobuline, α-lattoalbumine; in alcuni casi possono contenere fino al 70% di β-lattoglobulina e appena il 10% di α-lattoalbumina.
Proteine del Siero Idrolizzate (WPH)
Non sarebbe propriamente corretto definire questo prodotto puramente come “proteina”, in quanto essa è per definizione formata da catene composte da più di 100 amminoacidi, mentre i peptidi sono per definizione composti da meno di 100 amminoacidi. Essendo le WPH formate per una parte consistente da oligopeptidi - molecole composte da catene formate da più di uno e meno di dieci aminoacidi - applicarne la definizione di proteina può essere improprio. Le WPH solitamente sono ottenute dalle WPI, e in realtà non sono composte interamente da proteine idrolizzate: possono contenerne mediamente il 20%, ma arriv...
Benefici delle Proteine del Siero del Latte e Ricerca Scientifica
Durante gli anni novanta gli integratori di proteine del siero di latte hanno iniziato ad essere molto in voga soppiantando il dominio sul mercato delle proteine dell’uovo. La ricerca indica che l’uso di proteine del siero di latte in combinazione con allenamenti di resistenza (pesi) offrono dei vantaggi sull’ipertrofia, incremento della massa magra e forza muscolare. Bisogna specificare che la tempistica di assunzione degli integratori (timing) può influenzare la risposta anabolica e gli eventuali benefici dati dall’intergatore. Ma mentre gli effetti dell’integrazione possono essere positivamente riscontrati in individui giovani e sani, alcune ricerche hanno dimostrato che non hanno gli stessi effetti sugli anziani.
Andersen et al. (2005) compararono gli effetti di un allenamento di resistenza rispettivamente con la supplementazione di soli carboidrati e sole proteine. La supplementazione era fornita subito prima e subito dopo l’allenamento, mentre nei giorni di riposo era assunta di mattina.
Kersick et al. (2006) esaminarono gli effetti della supplementazione di proteine del siero sulla composizione corporea, forza muscolare, resistenza muscolare e la capacità anaerobica nel corso di 10 settimane di allenamento di resistenza su 36 uomini allenati. Questi vennero suddivisi in 3 gruppi al quale vennero somministrati, prima della sessione di allenamento, rispettivamente, un placebo a base di carboidrati, whey+caseina, whey+BCAA+glutammina.
Nel 2006 Candow et al. somministrano a 27 soggetti sani non allenati (18 femmine, 9 maschi) rispettivamente proteine whey, proteine della soia, e un placebo. I risultati mostratrono che la supplementazione con proteine durante la fase di un programma di allenamento di resistenza, indipendentemente dalla fonte, incrementavano la massa magra e la forza rispetto al placebo.
Lacroix et al. (2006), comparando le whey, caseina micellare, e proteine del latte complete, concludono che, nonostante l’indice PDCAAS elevato, le whey garantiscono un tasso di disponibilità di amminoacidi troppo rapido per sostenere la richiesta anabolica durante il periodo post-prandiale.
Nello stesso anno Cribb e colleghi compararono i diversi effetti delle whey isolate idrolizzate (WPH) con la caseina sullo sviluppo della forza e composizione corporea ottenuti tramite un allenamento di resistenza di 10 settimane su 13 bodybuilder amatori.
Tipton e la sua squadra nel 2007 vollero constatare se la maggiore sintesi proteica era favorita dall’assunzione di whey subito prima o subito dopo l’allenamento di resistenza.
Tang et al. (2009), analizzarono gli effetti sulla sintesi proteica muscolare delle whey idrolizzate, proteine della soia, e caseina micellare. La sintesi proteica nella gamba non allenata era più alta dopo l’ingestione di proteine veloci (WPH e soia), e più bassa dopo l’assunzione di quelle lente (caseina micellare). Dopo l’allenamento, la sintesi proteica era maggiore di circa il 122% rispetto alla caseina, e del 31% rispetto alla soia.
In linea con i risultati di Tipton et al. (2007), Reitelseder et al.
Ballard et al. (2009) vollero stabilire se l’assunzione di proteine del siero del latte potessero avere un effetto sulla sintesi di ossido nitrico e sul conseguente miglioramento della vasodilatazione e della funzione vascolare. L’ossido nitrico è infatti un potente vasodilatatore in grado di inibire l’aggregazione delle piastrine, il deposito delle cellule infiammatorie sulle pareti dei vasi, e la proliferazione delle cellule muscolari lisce. I soggetti assunsero una soluzione di peptidi derivati dalle proteine del siero, dimostrando un aumento della dilatazione mediata dal flusso ematico a 30, 60 e 90 minuti dall’ingesione.
Considerazioni sull'Assunzione di Integratori di Proteine del Siero del Latte
Attualmente i maggiori esperti nel campo della supplementazione proteica consigliano di assumere proteine del siero del latte al mattino oppure nel post-workout. nello studio i soggetti erano stati tenuti a digiuno per dieci ore mentre la maggior parte degli individui che assume integratori di proteine del latte consuma almeno 4 pasti nell'arco della giornata. La presenza nello stomaco di cibo residuo non ancora completamente digerito influenza la digestione degli integratori proteici. Un ruolo ancor più importante è svolto dagli altri nutrienti con i quali vengono abbinati tali integratori. Assumendo proteine del siero insieme ad un bicchiere di latte intero o parzialmente scremato è possibile rallentare il processo digestivo mimando l'azione delle caseine.
L'integratore proteico ideale non esiste dato che varia in relazione a fabbisogni individuali specifici, allo sport praticato ed al periodo di allenamento. Il contenuto in amminoacidi essenziali della caseina non è di molto inferiore a quello delle proteine del siero. Le proteine del siero di latte microfiltrate possono avere un contenuto proteico variabile dalll'80 al 90%.
Tabella Comparativa delle Proteine del Siero del Latte
| Tipo di Proteina | Contenuto Proteico | Contenuto di Grassi e Lattosio | Processo di Produzione | Costo |
|---|---|---|---|---|
| Concentrate (WPC) | 35-85% | Più elevato | Ultrafiltrazione | Inferiore |
| Isolate (WPI) | 85-95% | Inferiore | Microfiltrazione, Scambio Ionico | Superiore |
| Idrolizzate (WPH) | Variabile | Variabile | Idrolisi | Elevato |