Principal components of buffalo and cow milk from Bangladesh : proteolysis and lipolysis of buffalo, cow and omega-3 enriched milk by ex vivo digestion

Abstract

The aim of the study was to characterize and compare the Bangladeshi buffalo, Holstein cross, Indigenous cattle and Red Chittagong Cattle milk based on milk’s principal components, and further to investigate the proteolysis and lipolysis of the milk with a focus on the degradation of the allergenic milk proteins, αs1-casein and β-lactoglobulin. Proteolysis was monitored by protein degradation and peptide generation and lipolysis by the generation of free fatty acids. Most of the principal milk components showed considerable variation. Higher protein, casein, whey protein, β-casein, lactose, total mineral and P were detected in Red Chittagong Cattle and Indigenous cattle milk. Most of the other components were almost similar in these two types of milk. The casein number, content of αs2-, and κ-casein, α-lactalbumin, fat, unsaturated fatty acids, Ca and Ca:P were higher in buffalo milk than the cow’s milk. Casein micelles and milk fat globules were also found larger in the buffalo milk. Lower casein to whey protein ratio, higher β-lactoglobulin content and richness in naturally occurring peptides were found in Holstein cross milk. Buffalo milk showed rapid and complete digestion of caseins and β-lactoglobulin during the ex vivo digestion. Milk fat, or added cod liver oil, had no effect on the buffalo milk protein degradation. Whereas, full fat Red Chittagong Cattle milk still showed intact β-lactoglobulin after 120 min duodenal digestion, but it was not shown in the full fat milk of Holstein cross and Indigenous cattle. Probably the genotype and β-lactoglobulin concentration in milk contribute to this variation. Considering the number of identified peptides, the descending order of the protein was β-, αs1-, κ- and αs2-casein and β-lactoglobulin. The presence of proline and/or hydrophobic amino acids in the identified peptides was remarkable. A sharp increase in the lipolysis (ca. 30%) was observed during the first 30 min duodenal digestion, thereafter, leveled off in buffalo milk fat and cod liver oil; while cow milk continued the lipolysis up to 60 min duodenal digestion. The lipolysis of total saturated fatty acids and unsaturated fatty acids were almost similar in cow milk and cod liver oil. However, 9% more lipolysis was observed in the saturated fatty acid than the unsaturated fatty acid of buffalo milk fat. More lipolysis was observed in short chain fatty acids followed by long chain and medium chain fatty acids. In the cod liver oil, monounsaturated fatty acids hydrolyzed more (7%) than the polyunsaturated fatty acids. The eicosapentaenoic acid (C20:5n-3) and docosahexaenoic acid (C22:6n-3), both the omega-3 fatty acids showed 23% lipolysis. The conclusion of the study is that the buffalo milk is preferable for individuals with cow milk allergy. Nevertheless, cow milk from/of certain genotype could also be useful in this regard. Enrichment of milk with cod liver oil could provide a good nutritional source of omega-3 fatty acids. Red Chittagong Cattle milk had a higher protein and casein content than buffalo and other cows’ milk. So, it may be the best choice for dairy product development.

Formålet med dette studiet var å karakterisere og sammenlikne melk og melke komponenter fra ulike ku- og bøffelraser i Bangladesh og undersøke proteolyse og lipolyse i denne type melk med fokus på nedbryting av de allergene melkeproteinene, αs1-kasein and β-Laktoglobulin. Rasene som ble benyttet var Bangladesh Bøffel, Holstein cross (krysning av Holstein og lokal rase), Indigenous (lokal rase) og Red Chittagong storfe. Proteolyse ble undersøkt ved protein degraderingsprofiler og peptidsekvenser, og lipolyse ved frigivelse av frie fettsyrer. Melkekomponentene i nevnte raser varierte betydelig. Høyere innhold av protein, kasein, myse protein, β-kasein, laktose, total mineral og fosfat ble observert i melk fra Red Chittagong og i den lokale rase, Indigenous. Innholdet av andre komponenter var omtrent likt mellom raser. Kasein tallet, innhold av αs2-, and κ-kasein, α-laktalbumin, fett, umettede fettsyrer, Ca og Ca:P var høyere i bøffel melk enn i ku melk. Kasein miceller og størrelser av fettglobuler ble også funnet å være høyere i bøffel-melk. En lavere ratio av kasein:myseprotein, samt høyere innhold av β-Laktoglobulin og naturlig forekommende peptider ble observert i melk fra Holstein cross. Med hensyn til proteolyse og lipolyse i ex vivo fordøyelse viste bøffel-melk en rask og fullstendig fordøyelse av alle kaseinene og β-Laktoglobulin, videre ble det ikke observert noen effekt fra melkefett eller tilsatt torskelever olje som kilde til omega-3 fettsyrer, på nedbryting av proteinene. I motsetning til H-melk fra bøffel, Holstein cross og Indigenous cattle var β- Laktoglobulin fremdeles intakt etter 120 min. duodenal fordøyelse i H-melk fra Red Chittagong Cattle. Det antas at genotypen og konsentrasjonen av β-lactoglobulin i melken bidrar til denne variasjonen. En rask økning i lipolyse ble observert i løpet av de første 30 min av duodenal fordøyelse, deretter var det ingen/liten økning i lipolyse. Lipolyse av de totale mettede fettsyrer og de umettede fettsyrer var omtrent likt i H-melk fra ku og i melk tilsatt torskelever olje. Derimot ble det funnet 9% høyere lipolyse i de mettede fettsyrer og de umettede fettsyrer fra bøffel melk. Høyere grad av lipolyse ble også observert av kortkjedede fettsyrer etterfulgt av langkjedede og medium kjedede fettsyrer. I bøffel-melk med tilsatt torskelever olje ble monoumettede fettsyrer hydrolysert i større grad (7%) enn polyumettede fettsyrer. Eicosapenten syre (C20:5n-3) og docosaheksen syre (C22:6n-3), hadde begge 23% lipolyse. Konklusjonen av dette studiet viser at bøffelmelk er å foretrekke på grunn av sine ernæringsmessige fordeler når det gjelder immunogene proteiner og som kilde for berikning med omega-3 fettsyrer. Melk fra Red Chittagong viste seg å ha et høyere innhold av proteiner og kasein enn fra ku, og kan derved være et bedre valg for produktutvikling.