Probiotyki i prebiotyki w

mlecznych napojach

fermentowanych

Zdzisława Libudzisz

Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii

Politechnika Łódzka

Probiotyki

Preparaty lub produkty żywnościowe zawierające

pojedyncze lub mieszane kultury żywych

mikroorganizmów, które podane człowiekowi lub

zwierzętom w odpowiednich ilościach, wywierają

korzystny wpływ na ich zdrowie.

Preparaty lub produkty żywnościowe zawierające

pojedyncze lub mieszane kultury żywych

mikroorganizmów, które podane człowiekowi lub

zwierzętom w odpowiednich ilościach, wywierają

korzystny wpływ na ich zdrowie.

Określenie probiotyk jest zastrzeżone do
produktów lub preparatów, które spełniają
następujące kryteria:



Zawierają żywe komórki mikroorganizmów



Poprawiają stan zdrowia człowieka i zwierząt



Korzystny efekt wywierają w jamie ustnej bądź w

przewodzie pokarmowym (podawane jako dodatki do
żywności lub preparaty farmaceutyczne), w górnych drogach
oddechowych (stosowane w postaci aerozoli) lub w
przewodzie moczowo-płciowym (preparaty miejscowe).

Ogólna liczba mikroorganizmów zasiedlających organizm
człowieka

100 000 000 000 000 (100 bilionów) komórek

Występują :



na skórze



błonach śluzowych



w przewodzie pokarmowym

Powierzchnia jelit od 150 do ok. 400 m

2

Powierzchnia jelit od 150 do ok. 400 m

2

W 1 gramie treści jelita grubego znajduje się

do ok. 1 000 000 000 000 komórek mikroorganizmów

reprezentujących ponad 400-500 różnych gatunków

Łącznie biomasa mikroorganizmów zasiedlających

przewód pokarmowy wynosi 1-1.5 kg

W 1 gramie treści jelita grubego znajduje się

do ok. 1 000 000 000 000 komórek mikroorganizmów

reprezentujących ponad 400-500 różnych gatunków

Łącznie biomasa mikroorganizmów zasiedlających

przewód pokarmowy wynosi 1-1.5 kg

Mikroorganizmy a człowiek

Mikroorganizmy a człowiek

Hooper L.V., Gordon J.I., Science,
2001

Mikroflora jelitowa człowieka:

 prawdopodobnie liczy 500 - 1000 gatunków,
 z których około 50% nie potrafimy hodować ex vivo

Jeżeli:
rozmiar bakteryjnego genomu wynosi 5 000 000 pz
oraz 4 000 genów/genom, to oznacza, że:

łączny materiał genetyczny mikroflory jelitowej może

więc wynosić 2.5 – 5 bilionów pz i zawierać 2 – 4

milionów genów

Materiał genetyczny mikroorganizmów

jelitowych może więc być:~50 – 100 razy

większy niż gospodarza

Mikroorganizmy a człowiek



Ze względu na liczebność mikroorganizmów jelito grube jest

najaktywniejszym metabolicznie narządem.



Jego głównym zadaniem jest przetwarzanie resztek

niestrawionych składników pokarmowych.



Rodzaj produktów metabolizmu bakterii jelitowych ma

istotny wpływ na zdrowie człowieka, np. produkty fermentacji
sacharydów są dla człowieka korzystne, podczas gdy
metabolity przemian białek są z reguły toksyczne.



Stosowanie specyficznej diety, bogatej w niektóre gatunki

endogennych bakterii jelitowych (probiotyki) lub substraty
stymulujące ich rozwój (prebiotyki) jest podstawą koncepcji

żywności funkcjonalnej

.

Żywność 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).

Żywność 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.

Kolonizacja organizmu człowieka przez

mikroorganizmy

W macicy

– embrion jest jałowy

Poród

– nabywanie mikroorganizmów z dróg rodnych matki,

rąk położnej,

lekarza; skład mikroflory

zależy od rodzaju porodu (naturalny czy cesarskie cięcie),
poziomu higieny

Noworodek

– ze skóry okolic sutków karmiącej matki (dzieci

karmione

piersią

mają inny układ mikroflory

jelitowej niż karmione butelką

– ok. 10x więcej

bifidobakterii, mniej Clostridium i Enterococcus)

Małe dziecko

– mikroflora stopniowo staje się podobna do

mikroflory

dorosłego człowieka. Pełna stabilizacja

następuje między 3–7

rokiem życia.

Mikroflora jelit noworodków (kilka godzin

po porodzie)

12

Log jtk/g

6

8

10

4

2

Escherichia
coli

Roberfroid et al. 1995

Szkodliwy wpływ
na zdrowie
człowieka

Korzystny wpływ
na zdrowie
człowieka

P

ro

d

u

k

c

ja

t

o

k

s

y

n

,

s

u

b

s

ta

n

c

ji

k

a

n

c

e

ro

g

e

n

n

y

c

h

,

s

zk

o

d

li

w

y

c

h

e

n

z

y

m

ó

w

H

a

m

o

w

a

n

ie

r

o

zw

o

ju

i

a

k

ty

w

n

o

ś

c

i s

zk

o

d

liw

y

c

h

m

ik

ro

o

rg

a

n

iz

m

ó

w

, d

zi

a

ła

n

ie

im

m

u

n

o

m

o

d

u

la

c

y

jn

e

.

Mikroflora jelit kilkutygodniowego

dziecka

12

Log jtk/g

6

8

10

4

2

Escherichia
coli

Enterococcus

Bifidobacterium

Clostridium

Lactobacillus

Roberfroid et al. 1995

Szkodliwy wpływ
na zdrowie
człowieka

Korzystny wpływ
na zdrowie
człowieka

P

ro

d

u

k

c

ja

t

o

k

s

y

n

,

s

u

b

s

ta

n

c

ji

k

a

n

c

e

ro

g

e

n

n

y

c

h

,

s

zk

o

d

li

w

y

c

h

e

n

zy

m

ó

w

H

a

m

o

w

a

n

ie

r

o

z

w

o

ju

i

a

k

ty

w

n

o

ś

c

i s

z

k

o

d

liw

y

c

h

m

ik

ro

o

rg

a

n

iz

m

ó

w

, d

zi

a

ła

n

ie

im

m

u

n

o

m

o

d

u

la

c

y

jn

e

,

Układ mikroflory jelitowej dorosłego

człowieka

Szkodliwy wpływ
na zdrowie
człowieka

Korzystny wpływ
na zdrowie
człowieka

P

ro

d

u

k

c

ja

t

o

k

s

y

n

,

s

u

b

s

ta

n

c

ji

k

a

n

c

e

ro

g

e

n

n

y

c

h

,

s

z

k

o

d

li

w

y

c

h

e

n

z

y

m

ó

w

H

a

m

o

w

a

n

ie

r

o

zw

o

ju

i

a

k

ty

w

n

o

ś

c

i

s

zk

o

d

liw

y

c

h

m

ik

ro

o

rg

a

n

iz

m

ó

w

,

d

zi

a

ła

n

ie

im

m

u

n

o

m

o

d

u

la

c

y

jn

e

,

12

Bacteroid

es

Eubacteriu

m

Bifidobacteri

um

Lactobacillus

Escherichia
coli

Clostridium

Enterococcu
s

Log jtk/g

Veillonella

Staphylococcu
s

Proteu
s

Pseudomona
s

5

3

9

7

Układ immunologiczny
Nabłonek jelitowy
Pankreatyna i inne soki

trawienne
Enzymy
Kwasy żółciwe
Perystaltyka jelit
pH jelit
Potencjał redox

Człowiek

Wiek

Płeć

Stres

Choroby

•Skład i metabolizm mikroflory jelitowej
•Zależności ekologiczne (antagonizm,
synergizm)

Ekosystem jelitowy

Czynniki

środowiskowe

•Region

zamieszkania
•Klimat
•Nawyki kulturowe

•Dieta
•Antybiotyki i inne

leki
•Obce

mikroorganizmy

Czynniki wpływające na układ mikroflory
jelitowej

Dominujące mikroorganizmy w jelitach

człowieka

Mikroorganizmy

Zakres (log kom./g

s.m.)

Bacteroides
Eubacterium

Bifidobacterium

Clostridium

Lactobacillus

Ruminococcus
Peptostreptococcus
Peptococcus
Streptococcus

(beztlenowe)
Methanobrevibacterium
Desulfovubrio

9.2-13.5
5.0-13.3

4.9-13.4

3.3-13.1

3.6-12.5

4.6-12.8
3.8-12.6
5.1-12.9
7.0-12.3
7.0-10.3
5.2-10.9

Ziemer i Gibson, 1998

Produkty metabolizmu bakterii

fermentacji mlekowej o aktywności

antagonistycznej

Różne bakterie, zależnie od
rodzaju

Bakteriocyny

Wszystkie drobnoustroje

Kompetycja

(współzawodnictwo) o
substraty pokarmowe

Większość drobnoustrojów
(szczególnie bakterie gnilne,
gram-, nieliczne grzyby)

Niespecyficzne

Kwasy organiczne (mlekowy,
octowy, 2-pirolidono-5-
karboksylowy)

Różne gatunki i szczepy
bakterii, zależnie od
wrażliwości

Inne

Kwasy tłuszczowe
Reuteryna

(aldehyd -

hydroksypropionowy)

H

2

O

2

Spektrum aktywności

Produkt

Szczepy o udokumentowanych cechach
probiotycznych

Obniżanie aktywności enzymów fekalnych,
zapobieganie biegunkom po radioterapii, leczenie
obstrukcji

Lactobacillus
acidophilus
NCFB 1748

Ochrona przed zaburzeniami jelitowymi, leczenie
biegunek rotawirusowych, utrzymywanie w
równowadze mikroflory jelitowej, obniżanie
aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed
mutagenami pokarmowymi, pozytywne efekty w
leczeniu raka pęcherza moczowego,wspomaganie
układu odpornościowego we wczesnych stadiach
raka okrężnicy, brak wpływu na system
immunologiczny zdrowych osobników, leczenie
obstrukcji

Lactobacillus
casei Shirota

Kolonizacja przewodu pokarmowego, obniżenie
aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed
biegunkami po antybiotykoterapii, leczenie i
zapobieganie biegunkom rotawirusowym, leczenie
powracających biegunek spowodowanych przez
Clostridium difficile, ochrona przed ostrymi
biegunkami, leczenie choroby Crohna i dziecięcego
artretyzmu reumatoidalnego, właściwości
antagonistyczne w stosunku do bakterii
wywołujących próchnicę zębów.

Lactobacillus
rhamnosus GG
(ATCC 53013)

Efekty zdrowotne

Szczep

Stymulacja układu odpornościowego,
zapobieganie i leczenie infekcji jelitowych,
zmniejszenie częstości i skrócenie czasu trwania
ostrych biegunek u dzieci, dobra przeżywalność w
żołądku i dwunastnicy

Lactobacillus casei
Defensis DN 114
001

Wysoka przeżywalność w żołądku i dwunastnicy.
Pozytywne efekty w skróceniu pasażu jelitowego
pokarmu, szczególnie u osób starszych.

Bifidobacterium
animalis
DN 173 010

Adherencja do komórek ludzkiego jelita,
stymulacja układu odpornościowego, pozytywne
efekty w leczeniu nieżytów 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

Obniżenie aktywności enzymów fekalnych, wysoka
aktywność -galaktozydazy, dobra przeżywalność

w przewodzie pokarmowym

Lactobacillus
acidophilus NCFM

Szczepy o udokumentowanych cechach

probiotycznych

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

Mleczne napoje fermentowane

(fermentowane mleka)

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)”.

Generacje mlecznych napojów

fermentowanych

I generacja

Fermentacja spontaniczna, zapoczątkowana
kwaszącą mikroflorą zakażającą mleko (wiele
tysięcy lat temu)

I I generacja

Fermentacja w wyniku szczepienia bakteriami
mlekowymi (około 1900 roku)

I I I generacja

Fermentacja lub suplementacja jelitowymi
bakteriami mlekowymi (około 1980 roku)

I V generacja

Fermentacja bakteriami

probiotycznymi

o

udokumentowanych cechach zdrowotnych
(około 1990 roku)

Congrilait, 2002

Podział w oparciu o mikroflorę

odpowiedzialną za proces fermentacji

Mezofilne

Termofilne

Probiotyczne

Fermentowane mleka

Grzyby +

LAB

LAB

Drożdże +

LAB

Congrilait, 2002

Mleczne napoje fermentowane nowej

generacji

Lactobacillus casei defensis

(DN114001)
Lactobacillus delbrueckii ssp.

bulgaricus
Streptococcus thermophilus

Wiele krajów

Europy

Actimel®

Lactobacillus casei Shirota

Japonia,
Holandia,UK

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

Rodzaj Lactobacillus (pałeczki kwasu

mlekowego)

Do rodzaju

Lactobacillus

należy ok. 110 gatunków,

występujących pospolicie na roślinach, błonach śluzowych i w
mleku. Tworzą komórki proste o długości kilku m, pojedyncze

lub w łańcuszkach, nieruchliwe, gram+, katalazoujemne
względnie beztlenowe; lepiej rosną w atmosferze wzbogaconej w
10% CO

2

. Zależnie od gatunku zdolne do wzrostu w zakresie

temperatur od 10 do 55

o

C

Lactobacillus

casei

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

Gatunki stosowane w produktach i preparatach probiotycznych

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 krążenia, raka,
katarakty, zapaleń, uszkodzeń układu nerwowego
Zmniejszają ryzyko osteoporozy, wspomaga funkcje
serca oraz pracę mięśni i mózgu, wspomagają
system immunologiczny
Zmniejszają ryzyko chorób układu krążenia.
Niezbędne dla funkcjonowania układu nerwowego

Obniżają poziom cholesterolu, zapobiegają
pewnym typom nowotworów (jelita grubego)

Stymulują korzystną mikroflorę jelita grubego,
wspomagają zapobieganie próchnicy,
zmniejszają wykorzystanie energii

Korzystnie wpływają na układ mikroflory
jelitowej człowieka, stymulują system
immunologuiczny, zmniejszają ryzyko
zachorowania na nowotwory jelita, zmniejszają
częstotliwość i skracają czas trwania biegunek

Witaminy (E, C,
B6, biotyna, kwas
foliowy)
Składniki
mineralne
(wapń, magnez,
cynk)
Kwasy tłuszczowe,
wielonienasycone

Błonnik
pokarmowy

(prebiotyki)

Oligosacharydy

(prebiotyki)

Bakterie kwasu
mlekowego

(probiotyki

)

Korzyści zdrowotne

Składnik

Oligosacharydy (NDO)



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



-

glukany (produkty hydrolizy skrobi),

fruktooligosacharydy,
galaktooligosacharydy,
ksylooligosacharydy,
izomaltooligosacharydy, oligosacharydy
sojowe.

Funkcja:

Prebiotyczny wpływ oligofruktozy na

bifidobakterie

Rao, 2001

8

9

10

Log jtk/g
kału

star
t

21 dni
sacharoza*

Oligofruktoz

a**, 11 dni

14 po

zaprzestan

iu

*placebo; **5 g/dzień
Raftlilose®P95

Wpływ oligofruktozy na układ mikroflory

jelitowej

5g/dziennie oligofruktozy lub
inuliny

Materiały firmy Orafti,
2002

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.

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

Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji

A

B

Zakwasy

A –

zakwas tradycyjny, np.

jogurtowy

B –

zakwas bakterii probiotycznych

Produkt

System I. Oddzielna hodowla zakwasów

System I. Oddzielna hodowla zakwasów

Fermentac
ja

Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji

A

– zakwas tradycyjny, np.

jogurtowy

B

– zakwas bakterii probiotycznych

A

B

Zakwasy

Produkt

System II. Oddzielna fermentacja i mieszanie gotowych

System II. Oddzielna fermentacja i mieszanie gotowych

produktów

produktów

Fermentac
ja

Fermentac
ja

Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji

A

B

Zakwas
y

A –

zakwas tradycyjny, np.

jogurtowy

B –

szczepionka zagęszczona

bakterii

probiotycznych

Produkt

System III.

System III. Dodatek zagęszczonej szczepionki do produktu po

fermentacji

Fermentac
ja