2009-10-16

1

Bakterie fermentacji mlekowej
w przemyśle spożywczym

L. bulgaricus

L.delbruecki

L.brevis

L.sakei

Dr inż. Barbara Kwiatkowska
Dr inż. Wojciech Sawicki

Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Stosowanej

Bakterie fermentacji mlekowej
(LAB, ang. Lactic Acid Bacteria)

-

gramdodatnie

-

beztlenowe bądź względnie beztlenowe

-

katalazoujemne

-

nie zawierają enzymów cyklu Krebsa i łańcucha
oddechowego, a energię uzyskują na drodze fosforylacji
substratowej

-

nieprzetwarnikujące

-

nieurzęsione

-

pH 5,5-5,8 i niższe

Naturalnym środowiskiem występowania bakterii

fermentacji mlekowej jest mleko, rośliny, a także
błony śluzowe oraz przewód pokarmowy człowieka
i zwierząt

.

2009-10-16

2

Bakterie fermentacji mlekowej
różnią się:

ilością produkowanego kwasu
mlekowego zależnie od gatunku od 0,6
do 3%;

tolerancją na niskie pH środowiska;

optymalnymi temperaturami rozwoju;

sposobem metabolizowania cukrów;

środowiskiem bytowania.

Podział bakterii fermentacji mlekowej

paciorkowce

25

°

C do 1% kwasu mlekowego

mleko: Streptococcus lactis, S.cremoris

ś

rodowisko ro

ś

linne: Streptococcus

diacetylactis, L.citrovorum

pałeczki

35

°

C do 2% kwasu mlekowego

mleko: Lactobacillus casei

ś

rodowisko ro

ś

linne: Lactobacillus

plantarum, Lactobacillus brevis

pałeczki i paciorkowce
termofilne

45

°

C-50

°

C do 3% kwasu

mlekowego

mleko: L.bulgaris,L.helveticus,
L.thermophilus

ś

rodowisko ro

ś

linne: L.delbrueckii,

Streptococcus thermophilus

2009-10-16

3

Podział bakterii fermentacji mlekowej ze
względu na wymagania temperaturowe:

mezofile - optymalna temp.20-28°C,
produkcja do 1,5% kwasu mlekowego;

Lactococcus lactis, Lactobacillus casei, Lactobacillus

plantarum, Leuconostoc.

termofile – optymalna temp. 40-45°C,
produkcja do 3% kwasu mlekowego;

Lactobacillus delbrueckii, Streptococcus thermophilus

Podział bakterii mlekowych ze względu na
szlaki przemian cukrów:

homofermentatywne (produkt końcowy: kwas mlekowy)

(Lactococcus lactis, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus

plantarum, Lactobacillus acidophilus).

heterofermentatywne (produkt końcowy: kwas mlekowy,
kwas octowy i alkohol etylowy)

(Leuconostoc, niektóre z rodzaju Lactobacillus,

np.:Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum).

Bakterie pseudomlekowe (Micrococcus i Microbacterium)

np.:

Bacterium gracile, Bacterium mannitopeum- biologiczne

odkwaszanie wina; zmętnienie, nieprzyjemny zapach i smak

2009-10-16

4

Homofermentacja

Homofermentacja mlekowa

mlekowa

Homofermentacja mlekowa jest procesem

przemiany glukozy w szlaku EMP, w wyniku

którego tworzone są 2 cząsteczki

pirogronianu.

Powstały kwas pirogronowy pod wpływem

dehydrogenazy mleczanowej i w obecności

NADH podlega redukcji do kwasu

mlekowego. Niewielka część pirogronianu

ulega dekarboksylacji i powstają uboczne

metabolity węglowe i CO2.

Typowymi przedstawicielami są:
- Lactococcus lactis,
- Lactobacillus delbrueckii
- Lactobacillus plantarum,
- Lactobacillus acidophilus

.

Homofermentacja

Homofermentacja mlekowa

mlekowa

Podstawowym substratem jest laktoza.
Wolna laktoza (u bakterii termofilnych) hydrolizowana wewnątrz
komórki do glukozy i galaktozy (β-galaktozydaza), glukoza
wchodzi w szlak glikolityczny (EMP) bezpośrednio, galaktoza jest
przekształcana w ufosforylowaną glukozę w szlaku Leloira.
Ufosforylowana laktoza (u bakterii mezofilnych) jest
hydrolizowana przez fosfo-β-galaktozydazę do glukozy i
galaktozo-6-fosforanu, który następnie jest przekształcany do
fosfodihydroksyacetonu i aldehydu trifosfoglecerynowego (szlak
tagatozowy) i w takiej postaci są włączane do szlaku EMP.

2009-10-16

5

Heterofermentacja

Heterofermentacja mlekowa

mlekowa

Jest procesem przemiany glukozy w

szlaku fosfoketolazy pentozowej, który

jest odgałęzieniem cyklu

heksozomonofosforanowego (HMP).

W wyniku tych przemian z 1 mola

glukozy powstaje 1 mol kwasu

mlekowego, 1 mol kwasu octowego

(warunki tlenowe) lub etanolu (warunki

beztlenowe) oraz 1 mol CO

2

.

Substratem jest laktoza, która do

komórek przechodzi w postaci

ufosforylowanej.

Typowymi przedstawicielami są:
Lactobacillus brevis,
Lactobacillus fermentumoraz
bakterie z rodzaju Leuconostoc.

Lotne metabolity

Lotne metabolity

Bakterie mlekowe oprócz kwasu mlekowego
produkują wiele związków nadających wyrobom
fermentowanym specyficzny aromat.
Do najważniejszych lotnych związków tworzonych
przez bakterie fermentacji mlekowej należą:
•diacetyl
•aldehyd octowy
•kwas octowy
•alkohol etylowy
•w mniejszych ilościach: kwasy lotne(propionowy,
mrówkowy), lotne kwasy tłuszczowe, alkohole,
aceton i estr

2009-10-16

6

Charakterystyka bakterii fermentacji mlekowej



Rodzaj Lactobacillus



Rodzaj Lactococcus

Rodzaj Leuconostoc

Rodzaj Bifidobacterium

Charakterystyka bakterii fermentacji mlekowej

Występowanie: rośliny,
kiszonki, błony śluzowe
jamy ustnej, dróg
rodnych, przewodu
pokarmowego człowieka
i zwierząt; stanowią
zanieczyszczenia
produktów fermentacji
alkoholowej
(piwo, wino), produktów
mleczarskich
i przetworów mięsnych)

L. acidophilus

L. amylovorus

L. casei

L. crispatus

L. gasseri

L. johnsonii

L. paracasei

L. plantarum

L. reuteri

L. rhamnosus

Rodzaj Lactobacillus

Lactobacillus casei

2009-10-16

7

Charakterystyka bakterii z rodzaju Lactobacillus

Grupa I bezwzględnie homofermentatywne (fermentują
heksozy do kwasu mlekowego, pentozy i glukonian nie
fermentują).

Obejmuje 15 gatunków, z których tylko: L.delbrueckii,

L.helveticus, L.acidophilus są wykorzystywane w mleczarstwie.

Grupa II względnie heterofermentatywne (fermentują
heksozy do kwasu mlekowego, pentozy do kwasu mlekowego
i kwasu octowego z udziałem indukowanej fosfoketolazy).

Obejmuje 11 gatunków, z których tylko L.casei jest

wykorzystywany w mleczarstwie.

Charakterystyka bakterii z rodzaju Lactobacillus

Grupa III bezwzględne heterofermentatywne
(fermentują heksozy do kwasu mlekowego, kwasu
octowego lub etanolu i CO

2

; pentozy do kwasu

mlekowego i kwasu octowego. W obu drogach
metabolicznych uczestniczy fosfoketolaza.

Obejmuje 18 gatunków, spośród których: L.brevis,

L.fermentum, L. kefir często wykorzystywane w
mleczarstwie.

2009-10-16

8

Charakterystyka bakterii fermentacji mlekowej

Rodzaj Lactococcus

Optymalna temp. wzrostu 20-30°C

Wykorzystanie:

-L.lactis ssp. lactis zdolne do fermentowania
cytrynianu i tworzenia diacetylu-istotne
znaczenie dla uzyskania aromatu masła.

-składnik szczepionek mleczarskich
wykorzystywanych w produkcji serów
dojrzewających, twarogowych, masła,
napojów fermentowanych.

Charakterystyka bakterii fermentacji
mlekowej

Rodzaj Leuconostoc

Optymalna temp.wzrostu 20-30°C;
heterofermentatywne (produkcja kwasu
mlekowego i etanolu)

Wykorzystanie:

-produkcja serów typu holenderskiego (edam,
gouda) - tworzenie CO, zdolność tworzenia
diacetylu

-produkcja kiszonek roślinnych- odpowiada za
pierwsze etapy fermentacji

-produkcja dekstranu (L.dextranicum)

2009-10-16

9

Charakterystyka bakterii fermentacji
mlekowej

Rodzaj Bifidobacterium

Naturalnym środowiskiem ich
występowania jest przewód
pokarmowy człowieka i zwierząt.

Wykorzystanie:

-składnik szczepionek

-do produkcji mlecznych napojów
fermentowanych, mieszanek
mlecznych przeznaczonych dla
dzieci.

Właściwości Bifidobacterium bifidum:

Hamują rozwój bakterii Salmonella
i Shigella, E.coli, odpowiedzialnych za biegunki u niemowląt
i dzieci, a także Campylobacter i Helicobacter pylori
wywołujących stany zapalne i owrzodzenia żołądka i
dwunastnicy;

Regulują nieprawidłowości fizjologiczne;

Eliminują wzdęcia, zaparcia, niestrawność;

Obniżają zawartość cholesterolu we krwi;

Przywracają równowagę biologiczną po leczeniu
antybiotykami;

Nie wywołują reakcji alergicznych;

Nie syntetyzują związków toksycznych

.

2009-10-16

10

Bakteriocyny produkowane przez bakterie fermentacji mlekowej

Lantybiotyki

Polipeptydy nie zawierają
lantioniny

Nizyna A

Nizyna Z

Laktycyna 481

Karnocyna UJ-49

Laktocyna S

Subtilina

Epidermina

Laktokocyny A, B, M, F

Leukocyna A

Sakacyna A i P

Kurwacyna A

Helwetycyna J i V-1829

Acidofilina A

Plantarycyna S

Nizyna

Wytwarzana przez Lactococus lactis

Aktywna przeciw Listeria, Bacillus, Clostridium,
Staphylococus

Hamuje kiełkowanie spor Clostridium

GRAS

Zawierają do 34 aminokwasów w tym lantioninę,
metylolantioninę, dehydroalaninę, dehydrobutyrynę.

2009-10-16

11

śywność probiotyczna, prebiotyczna

i synbiotyczna jest rodzajem żywności
funkcjonalnej.

Termin

„żywność funkcjonalna”

pojawił się po raz pierwszy w Japonii

w 1984 roku.

W 1991 roku ustanowiono przepisy prawne i specjalną procedurę

umożliwiającą przyznawanie produktom statusu żywności

FOSHU (Foods

for Specified Health Use).

śywność FOSHU

jest normalną żywnością, z której usunięto

szkodliwe składniki (np. alergeny), bądź wzbogacono w
substancje aktywne fizjologicznie, tak aby otrzymać produkt
posiadający odpowiednią wartość odżywczą i podnoszący
kondycję człowieka.
Jest to żywność podobna wyglądem do żywności tradycyjnej
i przeznaczona do konsumpcji jako część normalnej diety.

2009-10-16

12

Prebiotyki

Składniki żywności nie ulegające strawieniu przez enzymy jelitowe i które

mogą korzystnie oddziaływać na organizm człowieka na drodze
selektywnej stymulacji w okrężnicy, wzrostu i/lub aktywności jednego lub
określonej liczby gatunków (szczepów) korzystnych dla zdrowia
gospodarza bakterii.

Kryteria, które muszą spełniać substancje prebiotyczne









Nie mogą być hydrolizowane, ani wchłaniane w górnych odcinkach przewodu

pokarmowego,









Muszą podlegać selektywnej fermentacji przez potencjalnie korzystne bakterie,

bytujące w jelicie grubym,









Muszą korzystnie modyfikować układ mikroflory jelita grubego.









Uzyskany efekt musi być korzystny dla zdrowia gospodarza

Składniki żywności przebadane pod kątem ich
funkcjonalnych właściwości

Zapobiegawcze w chorobach układu kr

ąż

enia, raka, katarakty,

zapale

ń

, uszkodze

ń

układu nerwowego

Zmniejszaj

ą

ryzyko osteoporozy, wspomaga funkcje serca oraz

prac

ę

mi

ęś

ni i m

ó

zgu, wspomagaj

ą

system immunologiczny

Zmniejszaj

ą

ryzyko chor

ó

b układu kr

ąż

enia. Niezb

ę

dne dla

funkcjonowania układu nerwowego

Obni

ż

aj

ą

poziom cholesterolu, zapobiegaj

ą

pewnym typom

nowotwor

ó

w (jelita grubego)

Stymuluj

ą

korzystn

ą

mikroflor

ę

jelita grubego, wspomagaj

ą

zapobieganie pr

ó

chnicy, zmniejszaj

ą

wykorzystanie energii

Korzystnie wpływaj

ą

na układ mikroflory jelitowej

człowieka, stymuluj

ą

system immunologiczny, zmniejszaj

ą

ryzyko zachorowania na nowotwory jelita, zmniejszaj

ą

cz

ę

stotliwo

ść

i skracaj

ą

czas trwania biegunek

Witaminy (E, C, B6,
biotyna, kwas foliowy)
Składniki mineralne
(wap

ń

, magnez, cynk)

Kwasy tłuszczowe,
wielonienasycone

Błonnik pokarmowy

(prebiotyki)

Oligosacharydy

(prebiotyki)

Bakterie kwasu
mlekowego

(probiotyki

)

Korzy

ś

ci zdrowotne

Składnik

2009-10-16

13

Oligosacharydy (NDO)

a

-

glukany (produkty hydrolizy skrobi),

fruktooligosacharydy, galaktooligosacharydy,
ksylooligosacharydy, izomaltooligosacharydy,
oligosacharydy sojowe.

Funkcje:








Stymulują wzrost bakterii fermentacji mlekowej w

przewodzie pokarmowym (korzystna regulacja składu flory
jelitowej)









Obniżają wykorzystanie energii z pożywienia (leczenie

otyłości)









Wpływają korzystnie na perystaltykę jelit









Nie powodują próchnicy zębów









Oligosacharydy sojowe, takie jak rafinoza i stachioza,

wspomagają absorpcję wapnia z pożywienia

Synbiotyki

Mieszanina probiotyków i prebiotyków korzystnie

wpływających na zdrowie człowieka poprzez poprawę

przeżywalności i kolonizacji żywych mikroorganizmów

w przewodzie pokarmowym, osiągniętą na drodze

selektywnej stymulacji ich wzrostu i aktywności.

2009-10-16

14

Przetwórstwo

Dominujące gatunki bakterii fermentacji

mlekowej

Fermentowane
produkty
mleczarskie

Lactococcus lactis ssp.lactis
Lactoccocus lactis ssp.cremoris
Lactococcus lactis ssp.lactisbiovar.diacetylactis
Leuconostoc mesenteroides ssp.cremoris
Streptococcus thermophilus
Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus
Lactobacillus helveticus
Lactobacillus casei

Fermentowane
produkty
owocowo-
warzywne

Leuconostoc mesenteroides
Lactobacillus plantarum
Lactobacillus brevis
Lactobacillus pentosus

Fermentacja mięsa
i ryb

Lactobacillus plantarum
Lactobacillus brevis
Pediococcus acidilactis
Lactobacillus curvatus
Lactobacillus sakei

Przetwórstwo:

Dominujące gatunki bakterii fermentacji

mlekowej:

Napoje:
-alkoholowe
-kawa, kakao

Oenococcus oeni, Lactobacillus delbrueckii

Różne gatunki bakterii mlekowych

Sosy sojowe

Lactobacillus delbrueckii, Pediococcus sp.

Fermentowane
pieczywo

Lactobacillus plantarum
Lactobacillus fermentum
Lactobacillus brevis
Lactobacillus sanfranciscensis

Produkcja kwasu
mlekowego

Lactobacillus delbrueckii ssp.delbrueckii

Produkcja
dekstranu

Leuconostoc mesenteroides ssp.dextranicum

Produkcja nizyny

Lactococcus lactis ssp.lactis

Produkty
i preparaty
probiotyczne

Lactobacillus sp.
Bifidobacterium sp.

2009-10-16

15

Bakterie fermentacji mlekowej w produkcji żywności orientalnej

Sos sojowy

–

rodzaj hydrolizatu białkowego tworzącego się

podczas zacierania namoczonego ziarna soi. W wyniku działania
bakterii mlekowych
z rodzaju Lactobacillus, drożdży Zygosaccharomyces rouxii i
grzybów strzępkowych Aspergillus oryzae lub A.soyae powstają
substancje aromatyczne tworzące specyficzny smak i zapach.

Pasta sojowa

-

otrzymywane z parowanego ziarna soi, ryżu,

jęczmienia. Wykorzystuje się bakterie z rodzaju Lactobacillus
i drożdże Torulopsis etchellsi, oraz szczepy grzybów strzępkowych
Aspergillus oryzae lub Rhizopus oligosporus.

Bakterie fermentacji mlekowej
w produkcji żywności orientalnej

Tempeh - otrzymywany z odtłuszczonego ziarna soi lub
roślin strączkowych (fasola, groch). Proces fermentacji
z udziałem bakterii fermentacji mlekowych i pleśni
Rhizopus oligosporus, rzadziej Rhizopus oryzae lub Mucor
indicus.

Produkt o nazwie ogi – otrzymywany
z kukurydzy, w procesie fermentacji uczestniczą szczepy
bakterii Lactobacillus plantarum oraz drożdże Candida
mycoderma, Saccharomyces cereviseae
i Rhodotorula oraz grzyby z rodzaju: Fusarium,
Penicillium i Aspergillus.

2009-10-16

16

Mikroorganizmy wykorzystywane w produkcji
wędlin fermentowanych i ich funkcja

Grupa

Gatunek

Właściwości

Znaczenie

Bakterie
fermentacji
mlekowej
(LAB)

L.plantarum
L.sakei
L.curvatus
Pediococcus
acidilactici
P.pentosaceus

produkcja kwasu
mlekowego

-hamowanie rozwoju
mikroflory chorobotwórczej
i technologicznie szkodliwej,
-wydłużenie okresu
trwałości,
-przyspieszenie formowania
barwy,
-przyspieszenie suszenia,
-tworzenie aromatu
i smaku

Katalazododatnie
ziarniaki

S.carnosus

S.xylosus

Micrococcus
varians

Redukcja
azotanów (V)
Redukcja
azotanów (III)
Wykorzystanie O

tworzenie i stabilizacja
barwy, usunięcie nadmiaru
azotanów (III), opóźnienie
jełczenia, stabilizacja koloru,
tworzenie aromatu i
smaku.

2

Mikroorganizmy wykorzystywane w produkcji
wędlin fermentowanych i ich funkcja

Grupa

Gatunek

Właściwości

Znaczenie

Drożdże

Debaryomyces
hansenii
Candida farnata

Wykorzystanie O

Opóźnienie
jełczenia tłuszczu,
stabilizacja barwy,
tworzenie aromatu
i smaku

Pleśnie

Penicillium
nalgiovense
Penicillium
chrysogenum

Porost
powierzchniowy,
wykorzystanie O
utlenianie
mleczanu, rozkład
białek i
aminokwasów

Hamowanie
niepożądanej
mikroflory na
powierzchni
kiełbas, jednolite
osuszanie kiełbas,
opóźnienie
jełczenia,
stabilizacja barwy,
tworzenie aromatu
i smaku

2

2

2009-10-16

17

Mleczne napoje fermentowane
(definicja wg Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej)

Produkty otrzymane na drodze fermentacji mleka
pod wpływem odpowiednich mikroorganizmów,
które powodują obniżenie pH z lub bez koagulacji.
Mikroorganizmy powinny być żywe i aktywne w
produkcie (w ilości powyżej 10

7

/g) do końca

okresu trwałości.

Jeżeli produkt jest pasteryzowany lub termizowany
wymagania dla żywej mikroflory nie obowiązują.
Produkt taki powinien być jednak oznakowany
„fermentowane mleko poddane pasteryzacji (lub
termizacji)”.

Do mlecznych napojów fermentowanych (PN
83/A-86061 Mleko i przetwory mleczarskie
Napoje mleczne fermentowane) zaliczane są:

-jogurt
-mleko jogurtowe
-mleko ukwaszone
-maślanka spożywcza
-kefir.

2009-10-16

18

Mleczne napoje fermentowane nowej generacji

Lactobacillus casei defensis (DN114001)
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus
Streptococcus thermophilus

Wiele krajów Europy

Actimel®

Lactobacillus casei Shirota

Japonia, Holandia

Yakult®

Lactobacillus rhamnosus GG

Finlandia, Holandia

Vifit®, Gefilus®

Lactobacillus reuteri
Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus paracasei
Bifidobacterium longum Bb46 i 12

Szwajcaria

Symbalance ®

Streptococcus thermophilus
Enterococcus faecium K77D

Dania, UK, Finlandia,
Niemcy

Gaio®

Lactobacillus rhamnosus GG
Lactobacillus acidophilus
Streptococcus thermophilus
Bifidobacterium bifidum

Szwajcaria, Niemcy

Aktifit®

Bifidobacterium animalis 173010
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus
Streptococcus thermophilus

Wiele krajów Europy

Activia ®

Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus paracasei
bifidobakterie

Niemcy, Norwegia,
Japonia, Szwajcaria

ABC®-Ferment,

Miru-Miru

Mikroorganizmy

Kraj

Produkt

Klasyfikacja technologiczna wyróżnia 4 typy szczepionek
mleczarskich

1.

Szczepionki typu N (O) przeznaczone do produkcji sera
cheddar, feta i innych serów bez oczek, o zwartej
strukturze. W składzie tych szczepionek znajdują się
szczepy gatunku Lactococcus lactis ssp. cremoris oraz
ssp.lactis niezdolne do fermentacji cytrynianów.

2. Szczepionki typu B (L) przeznaczone do produkcji

twarogów, serów topionych i innych serów z niewielką
liczbą oczek lub bez nich. W składzie tych szczepionek
poza bakteriami Lactococcus lactis znajdują się także
aromatyzujące szczepy z gatunku Leuconostoc
mesenteroides ssp.cremoris i Ln.mesenteroides
ssp.dextranicum.

2009-10-16

19

Klasyfikacja technologiczna wyróżnia 4 typy szczepionek
mleczarskich

3.

Szczepionki typu D o wysokiej aktywności

aromatotwórczej, przeznaczone szczególnie do produkcji
śmietany. W składzie, poza bakteriami kwaszącymi,
znajdują się także szczepy odmiany diacetylactis.

4. Szczepionki typu BD (LD) przeznaczone do róznych

mlecznych produktów fermentowanych, szczególnie masła
oraz serów twarogowych i półtwardych.
W składzie tych szczepionek występują zarówno szczepy
kwaszące Lactococcus lactis, wraz z odmianą diacetylactis,
jak i gatunków Leuconostoc cremoris ssp. cremoris
i ssp.dextranicum.

Skład szczepionek przeznaczonych do produkcji mleczarskiej

Produkt

Stosowane bakterie

masło, śmietana, niektóre
mleczne napoje fermentowane,
sery twarogowe, sery
dojrzewające miękkie i
półtwarde (z oczkowaniem)

L.lactis ssp. lactis
L.lactis ssp. lactis cremoris
L.lactis ssp. lactis var.disacetylactis
Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris
Leuconostoc mesenteroides ssp.
dextranicum

jogurt

Streptococcus thermophilus
Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus

kefir

Ziarna kefirowe
Szczepionka kefirowa

2009-10-16

20

FUNKCJA SZCZEPIONEK W PRODUKCJI MLECZNYCH
WYROBÓW FERMENTOWANYCH:



Wytworzenie kwasy mlekowego i innych metabolitów
nadających produktom odpowiednie cechy
organoleptyczne;



Koagulacja białek mleka;



Przyspieszenie synerezy skrzepu mleka;



Tworzenie gazu podczas produkcji serów (oczkowanie
serów);



Przemiany proteolityczne;



Hamowanie rozwoju mikroorganizmów niepożądanych,
co warunkuje trwałość i bezpieczeństwo zdrowotne
produktów;



Ograniczenie zawartości laktozy oraz przemiany innych
składników mleka zwiększających wartość odżywczą tego
surowca.

Probiotyki

- żywe lub pozostające w stanie anabiozy

kultury z rodzaju Lactobacillus, Propionibacterium,
Pediococcus, Lactococcus, Enterococcus i Leuconostoc
oraz niektóre grzyby Aspergillus i drożdże, głównie
z rodzaju Saccharomyces, Candida, zdolne do trwałego
zasiedlania organizmu lub przechodzenia w stanie żywym
przez przewód pokarmowy.

2009-10-16

21

Niech żywność będzie twoim lekiem,

a lek twoją żywnością. Jak może zrozumieć
choroby człowieka ten, kto nie bierze pod uwagę
tej zasady i ignoruje ją?

Hipokrates, 460-377 BC

..... podawanie probiotyków ludziom lub

zwierzętom jest jak ubezpieczenie; niewiele
kosztuje, nie szkodzi, a w pewnych warunkach
może być korzystne.

Ewa Johnsson, 1985

Wiele firm na świecie jest w posiadaniu szczepów
mikroorganizmów o właściwościach probiotycznych.

Do najbardziej znanych należą:
L.acidophilus LA1, L.acidophilus NCFB 1748,
L.acidophilus NFCM, L.acidophilus Gilliland L-1,
L.casei shirota, L.rhamnosus GG, L.gasseri ADH

2009-10-16

22

Gatunki mikroorganizmów wykorzystywane
w preparatach i produktach probiotycznych

Rodzaj
Lactobacillus

Rodzaj
Bifidobacterium

Inne bakterie fermentacji
mlekowej

Inne
mikroorganizmy

L.acidophilus
L.amylovorus
L.casei
L.crispatus
L.gallinarium
L.gasseri
L.johnsonii
L.paracasei
L.plantarum
L.reuteri
L.rhamnosus

B.adolescentis
B.animalis
B.bifidum
B.breve
B.infantis
B.longum

Enterococcus faecalis
Enterococcus faecium
Sporolactobacillus
inulinus

Bacillus cereus
E.coli Nissle 1917
Propionibacterium
freudenreichii
Saccharomyces
boulardii

Warunki jakie spełniać powinny
szczepy probiotyczne:

- szczep jednoznacznie saprofityczny,
- zdolny do przeżycia niekorzystnych warunków
panujących w przewodzie pokarmowym (niskie
pH, sole żółciowe),
- zdolny do produkcji egzogennych substancji
w organizmie konsumenta
- charakteryzuje się aktywnością
antagonistyczną w stosunku do mikroflory
patogennej i toksynotwórczej,

2009-10-16

23

Obni

ż

anie aktywno

ś

ci enzymów fekalnych, zapobieganie

biegunkom po radioterapii, leczenie obstrukcji

Lactobacillus
acidophilus NCFB
1748

Ochrona przed zaburzeniami jelitowymi, leczenie biegunek
rotawirusowych, utrzymywanie w równowadze mikroflory
jelitowej, obni

ż

anie aktywno

ś

ci enzymów fekalnych,

ochrona przed mutagenami pokarmowymi, pozytywne
efekty w leczeniu raka p

ę

cherza moczowego, wspomaganie

układu odporno

ś

ciowego we wczesnych stadiach raka

okr

ęż

nicy, brak wpływu na system immunologiczny

zdrowych osobników, leczenie obstrukcji

Lactobacillus
casei Shirota

Kolonizacja przewodu pokarmowego, obni

ż

enie

aktywno

ś

ci enzymów fekalnych, ochrona przed

biegunkami po antybiotykoterapii, leczenie i zapobieganie
biegunkom rotawirusowym, leczenie powracaj

ą

cych

biegunek spowodowanych przez Clostridium difficile,
ochrona przed ostrymi biegunkami, leczenie choroby
Crohna i dzieci

ę

cego artretyzmu reumatoidalnego,

wła

ś

ciwo

ś

ci antagonistyczne w stosunku do bakterii

wywołuj

ą

cych próchnic

ę

z

ę

bów.

Lactobacillus
rhamnosus GG
(ATCC 53013)

Efekty zdrowotne

Szczep

Szczepy o udokumentowanych właściwościach probiotycznych

Szczepy o udokumentowanych właściwościach
probiotycznych

Stymulacja układu odporno

ś

ciowego, zapobieganie i

leczenie infekcji jelitowych, zmniejszenie cz

ę

sto

ś

ci i

skrócenie czasu trwania ostrych biegunek u dzieci, dobra
prze

ż

ywalno

ść

w

ż

oł

ą

dku i dwunastnicy

Lactobacillus casei

defensis DN 114 001

Wysoka prze

ż

ywalno

ść

w

ż

oł

ą

dku i dwunastnicy.

Pozytywne efekty w skróceniu pasa

ż

u jelitowego

pokarmu, szczególnie u osób starszych.

Bifidobacterium
animalis

DN 173 010

Adherencja do komórek ludzkiego jelita, stymulacja
układu odporno

ś

ciowego, pozytywne efekty w leczeniu

nie

ż

ytów przewodu pokarmowego, antagonizm w

stosunku do Helicobacter pylori

Lactobacillus
johnsonii

(La1) (NCC533)

Ochrona przed mutagenami pokarmowymi, utrzymanie w
równowadze mikroflory jelitowej, ochrona przed
biegunkami

Bifidobacterium
breve Yakult

Obni

ż

enie aktywno

ś

ci enzymów fekalnych, wysoka

aktywno

ść

ββββ

-galaktozydazy, dobra prze

ż

ywalno

ść

w

przewodzie pokarmowym

Lactobacillus
acidophilus NCFM

(Salminen, 1996; Saxelin i Kopela, 1996; Mattila-Sandholm i Salminen, 1998; Dunne et al., 1999; Saarela et al., 2000, materiały
Danone Vitapole)

2009-10-16

24

Aby bakterie zaliczyć do probiotyków
powinny one odznaczać się:



Zdolnością do zasiedlania i namnażania w przewodzie
pokarmowym;



Synteza substancji antybiotycznych;



Odpornością na niskie pH i żółć;



Aktywowaniem systemu immunologicznego;



Zdolnością usuwania mikroflory patogennej z przewodu
pokarmowego;



Powodować wzrost odporności na kolonizację przewodu
pokarmowego przez mikroflorę chorobotwórczą.

Mechanizm działania probiotyków:

Adhezja do nabłonka przewodu
pokarmowego

Konkurencja o substancje odżywcze

Produkcja substancji antybakteryjnych

2009-10-16

25

Generacje mlecznych napojów fermentowanych

Generacja

Opis

I

Fermentacja spontaniczna, prowadzona przez
mikroorganizmy stanowiące zanieczyszczenie
mleka, stosowana od 4000 do 9000 lat, zależnie
od rejonu świata

II

Fermentacja w wyniku zaszczepienia mleka
szczepionką zawierającą określone
mikroorganizmy, stosowana od około 1900 r.

III

Fermentacja w wyniku zaszczepienia mleka
szczepionką zawierająca wyłącznie lub
dodatkowo bakterie izolowane z jelit i należące
do rodzajów Lactobacillus i Bifidobacterium,
stosowana od około 1980 r.

IV

Fermentacja z udziałem bakterii probiotycznych
o, udokumentowanych w badaniach klinicznych,
właściwościach poprawy zdrowia człowieka,
stosowana od około 1990 r.

Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji

System I.

System I. Oddzielna hodowla zakwasów

Oddzielna hodowla zakwasów

A

B

Fermentacja

Produkt

A – zakwas tradycyjny, np. jogurtowy
B – zakwas bakterii probiotycznych

2009-10-16

26

Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji

System II. Oddzielna fermentacja i mieszanie gotowych produktów

System II. Oddzielna fermentacja i mieszanie gotowych produktów

Fermentacja

A

B

Fermentacja

Produkt

Zakwasy

A – zakwas tradycyjny, np. jogurtowy
B – zakwas bakterii probiotycznych

Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji

System III.

System III. Dodatek zagęszczonej szczepionki do produktu po
fermentacji

A

Fermentacja

B

Produkt

A –

zakwas tradycyjny, np. jogurtowy

B –

szczepionka zag

ę

szczona bakterii

probiotycznych

Zakwasy

2009-10-16

27

Podział fermentowanych napojów mlecznych
w zależności od wykorzystanej mikroflory czynnej:

TYP I produkowane z użyciem mezofilnych paciorkowców z
rodzaju Lactococcus (produkcja kwasu mlekowego) i
Leuconostoc (biosynteza związków aromatu, głównie
diacetylu); (kwaśne mleko, maślanka, skandynawskie napoje
fermentowane).

Produkty typowe dla krajów skandynawskich oraz Europy Środkowej i

Wschodniej. Charakteryzują się łagodnym, lekko kwaśnym smakiem,
maślanym aromatem, konsystencją zwartą, niekiedy ciągliwą.

TYP II szczepy wykorzystywane w ich produkcji to

najczęściej Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus izolowane
ze spontanicznie ukwaszonego mleka.

Produkty popularne w Bułgarii i w Azji Mniejszej (bułgarskie kwaśne

mleko, syuzuma).

Podział fermentowanych napojów mlecznych
w zależności od wykorzystanej mikroflory czynnej:

TYP III produkowane z użyciem termofilnych
paciorkowców i pałeczek mlekowych (Lactobacillus
bulgaricus, Streptococcus thermophilus).
Napoje tego typu były tradycyjnie produkowane w
Azji Wschodniej i południowo-wschodniej Europie
(jogurt, leben, ayran, dahi, gioddu itp.).

TYP IV produkowane z wykorzystaniem mieszanych

populacji różnych mezofilnych lub termofilnych bakterii
mlekowych w połączeniu z drożdżami (głównie należą
do rodzajów Kluyveromyces, Candida i Sacharomyces)
(kefir, kumys, brano, huślanka, żętyca).

2009-10-16

28

Funkcje bakterii fermentacji mlekowej
w wyrobach mleczarskich:

Obniżenie zawartości laktozy;

Wzrost zawartości wolnych aminokwasów i witamin
z grupy B;

Zwiększenie przyswajalności białek, Ca, Zn, Fe, Cu i P;

Obniżenie zawartości cholesterolu w wyrobach
mleczarskich do 50 %;

Obniżenie własności immunogennych mleka.

Funkcje bakterii fermentacji mlekowej
w innych wyrobach spożywczych:

Eliminowanie naturalnych związków
spożywczych w surowcach; hemaglutynina
fasoli

Rozkład oligosacharydów powodujących
wzdęcia np. stachioza roślin strączkowych

Wzrost zawartości wit. B2 i niacyny

Wzrost zawartości wolnych aminokwasów

Poprawa przyswajalności Fe, Zn, Ca.

2009-10-16

29

Lody jako nośnik dla probiotycznych

bakterii mlekowych

Skład mieszanki lodowej powinien być tak

dobrany, aby po okresie przynajmniej 12 miesięcy
przechowywania uzyskać wysoką aktywność i
przeżywalność bakterii probiotycznych,
zapewniając oprócz efektów zdrowotnych,
zwiększenie bezpieczeństwa higienicznego lodów
w całym łańcuchu chłodniczym

Podczas zamrażania lodów dochodzi do

poważnych zmian powodujących śmierć lub
zakłócenia subletalne skutkujące utratą
korzystnych cech metabolicznych!

2009-10-16

30

Krioprotektanty redukują uszkodzenia komórek
podczas ich zamrażania i rozmrażania.

Efekt ochronny polega na ograniczeniu krystalizacji wody i
przeciwdziałaniu wzrostowi stężenia soli w zamrażanych
komórkach.

Do krioprotektantów należą:

-glukoza;

-disacharydy-sacharoza, laktoza, trehaloza;

-polisacharydy-skrobia, guaran, karagen, inulina,

-aminokwasy;

-kwasy karboksylowe-kwas cytrynowy

-syntetyczne polimery-polidekstroza.

Szanse, perspektywy i zagrożenia stosowania
mikroflory przewodu pokarmowego w produkcji
żywności

Z dokonanej analizy danych dotyczących bezpieczeństwa
spożywania produktów zawierających Lactobacillus i
Bifidobacterium wynika, że bakterie te mają małe zdolności
patogenne (brak jakichkolwiek sygnałów o wywoływaniu
infekcji).

Na rynku jest coraz więcej produktów probiotycznych. Są
one powszechniej akceptowane przez konsumentów jako
nieodzowny składnik diety współczesnego człowieka.

2009-10-16

31

Znaczenie bakterii fermentacji mlekowej

:

1.

Antagonizm w stosunku do patogenów człowieka

2.

Znoszenie nietolerancji laktozy

3.

Działanie antycholesterolowe

4.

Aktywność antynowotworowa

5.

Działanie immunomodulacyjne

6.

Działanie antyalergiczne

7.

Zapobieganie osteoroporozie

8.

Zapobieganie próchnicy

Przekonanie konsumentów o korzystnym wpływie

ż

ywności probiotycznej na organizm człowieka

powoduje, że producenci żywności wprowadzają na
rynek nowe produkty o właściwościach
prozdrowotnych.

W Polsce do niedawna w bakterie probiotyczne

najczęściej wzbogacane były mleczne napoje
fermentowane. Ostatnio probiotyki można znależć w
sokach owocowych, mleku i kaszkach dla niemowlat, a
nawet czekoladzie.

2009-10-16

32

Dziękuję za uwagę!!!