2009-10-16
Bakterie fermentacji mlekowej
w przemyśle spo\
ywczym
Dr in\
. Barbara Kwiatkowska
Dr in\
. Wojciech Sawicki
Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Stosowanej
L.brevis
L. bulgaricus
L.delbruecki
L.sakei
Bakterie fermentacji mlekowej
(LAB, ang. Lactic Acid Bacteria)
- gramdodatnie
- beztlenowe bÄ…dz
względnie beztlenowe
- katalazoujemne
- nie zawierają enzymów cyklu Krebsa i łańcucha
oddechowego, a energiÄ™ uzyskujÄ… na drodze fosforylacji
substratowej
- nieprzetwarnikujÄ…ce
- nieurzęsione
- pH 5,5-5,8 i ni\
sze
Naturalnym środowiskiem występowania bakterii
fermentacji mlekowej jest mleko, rośliny, a tak\
e
błony śluzowe oraz przewód pokarmowy człowieka
i zwierzÄ…t.
1
2009-10-16
Bakterie fermentacji mlekowej
ró\
niÄ… siÄ™:
ilością produkowanego kwasu
mlekowego zale\
nie od gatunku od 0,6
do 3%;
tolerancją na niskie pH środowiska;
optymalnymi temperaturami rozwoju;
sposobem metabolizowania cukrów;
środowiskiem bytowania.
Podział bakterii fermentacji mlekowej
pałeczki i paciorkowce
paciorkowce
termofilne
25°C do 1% kwasu mlekowego
45°C-50°C do 3% kwasu
mlekowego
mleko: Streptococcus lactis, S.cremoris
mleko: L.bulgaris,L.helveticus,
środowisko roślinne: Streptococcus
L.thermophilus
diacetylactis, L.citrovorum
środowisko roślinne: L.delbrueckii,
pałeczki
Streptococcus thermophilus
35°C do 2% kwasu mlekowego
mleko: Lactobacillus casei
środowisko roślinne: Lactobacillus
plantarum, Lactobacillus brevis
2
2009-10-16
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
3
2009-10-16
Homofermentacja mlekowa
Homofermentacja 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 powstajÄ… uboczne
metabolity węglowe i CO2.
Typowymi przedstawicielami sÄ…:
- Lactococcus lactis,
- Lactobacillus delbrueckii
- Lactobacillus plantarum,
- Lactobacillus acidophilus.
Homofermentacja mlekowa
Homofermentacja mlekowa
Podstawowym substratem jest laktoza.
Wolna laktoza (u bakterii termofilnych) hydrolizowana wewnÄ…trz
komórki do glukozy i galaktozy (²-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-²-galaktozydazÄ™ 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.
4
2009-10-16
Heterofermentacja mlekowa
Heterofermentacja 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 CO2.
Substratem jest laktoza, która do
komórek przechodzi w postaci
ufosforylowanej.
Typowymi przedstawicielami sÄ…:
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 najwa\
niejszych lotnych związków tworzonych
przez bakterie fermentacji mlekowej nale\
Ä…:
" diacetyl
" aldehyd octowy
" kwas octowy
" alkohol etylowy
" w mniejszych ilościach: kwasy lotne(propionowy,
mrówkowy), lotne kwasy tłuszczowe, alkohole,
aceton i estr
5
2009-10-16
Charakterystyka bakterii fermentacji mlekowej
Rodzaj Lactobacillus
Rodzaj Leuconostoc
Rodzaj Bifidobacterium
Rodzaj Lactococcus
Charakterystyka bakterii fermentacji mlekowej
Rodzaj Lactobacillus
Występowanie: rośliny,
kiszonki, błony śluzowe
L. acidophilus jamy ustnej, dróg
rodnych, przewodu
L. amylovorus
pokarmowego człowieka
L. casei
i zwierzÄ…t; stanowiÄ…
L. crispatus
zanieczyszczenia
L. gasseri
produktów fermentacji
L. johnsonii
alkoholowej
L. paracasei
(piwo, wino), produktów
L. plantarum
mleczarskich
L. reuteri
i przetworów mięsnych)
L. rhamnosus
Lactobacillus casei
6
2009-10-16
Charakterystyka bakterii z rodzaju Lactobacillus
Grupa I bezwzględnie homofermentatywne (fermentują
heksozy do kwasu mlekowego, pentozy i glukonian nie
fermentujÄ…).
Obejmuje 15 gatunków, z których tylko: L.delbrueckii,
L.helveticus, L.acidophilus sÄ… 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
(fermentujÄ… heksozy do kwasu mlekowego, kwasu
octowego lub etanolu i CO2; 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.
7
2009-10-16
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)
8
2009-10-16
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 niemowlÄ…t
i dzieci, a tak\
e Campylobacter i Helicobacter pylori
wywołujących stany zapalne i owrzodzenia \
ołądka i
dwunastnicy;
Regulują nieprawidłowości fizjologiczne;
Eliminują wzdęcia, zaparcia, niestrawność;
Obni\
ają zawartość cholesterolu we krwi;
Przywracają równowagę biologiczną po leczeniu
antybiotykami;
Nie wywołują reakcji alergicznych;
Nie syntetyzują związków toksycznych.
9
2009-10-16
Bakteriocyny produkowane przez bakterie fermentacji mlekowej
Lantybiotyki Polipeptydy nie zawierajÄ…
lantioniny
Nizyna A Laktokocyny A, B, M, F
Nizyna Z Leukocyna A
Laktycyna 481 Sakacyna A i P
Karnocyna UJ-49 Kurwacyna A
Laktocyna S Helwetycyna J i V-1829
Subtilina Acidofilina A
Epidermina 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,
metylolantioninÄ™, dehydroalaninÄ™, dehydrobutyrynÄ™.
10
2009-10-16
śywność probiotyczna, prebiotyczna
i synbiotyczna jest rodzajem \
ywności
funkcjonalnej.
Termin  \
ywność funkcjonalna pojawił się po raz pierwszy w Japonii
w 1984 roku.
W 1991 roku ustanowiono przepisy prawne i specjalnÄ… procedurÄ™
umo\
liwiajÄ…cÄ… przyznawanie produktom statusu \
ywności FOSHU (Foods
for Specified Health Use).
śywność FOSHU jest normalną \
ywnością, z której usunięto
szkodliwe składniki (np. alergeny), bądz
wzbogacono w
substancje aktywne fizjologicznie, tak aby otrzymać produkt
posiadający odpowiednią wartość od\
ywczÄ… i podnoszÄ…cy
kondycję człowieka.
Jest to \
ywność podobna wyglądem do \
ywności tradycyjnej
i przeznaczona do konsumpcji jako część normalnej diety.
11
2009-10-16
Prebiotyki
Składniki \
ywności nie ulegające strawieniu przez enzymy jelitowe i które
mogą korzystnie oddziaływać na organizm człowieka na drodze
selektywnej stymulacji w okrÄ™\
nicy, 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,
bytujÄ…ce w jelicie grubym,
Muszą korzystnie modyfikować układ mikroflory jelita grubego.
Uzyskany efekt musi być korzystny dla zdrowia gospodarza
Składniki \
ywności przebadane pod kątem ich
funkcjonalnych właściwości
Składnik Korzyści zdrowotne
Witaminy (E, C, B6, Zapobiegawcze w chorobach układu krą\
enia, raka, katarakty,
biotyna, kwas foliowy) zapaleń, uszkodzeń układu nerwowego
Składniki mineralne Zmniejszają ryzyko osteoporozy, wspomaga funkcje serca oraz
(wapń, magnez, cynk) pracę mięśni i mózgu, wspomagają system immunologiczny
Kwasy tłuszczowe, Zmniejszają ryzyko chorób układu krą\
enia. Niezbędne dla
wielonienasycone funkcjonowania układu nerwowego
BÅ‚onnik pokarmowy Obni\
ajÄ… poziom cholesterolu, zapobiegajÄ… pewnym typom
(prebiotyki) nowotworów (jelita grubego)
Oligosacharydy StymulujÄ… korzystnÄ… mikroflorÄ™ jelita grubego, wspomagajÄ…
(prebiotyki) zapobieganie próchnicy, zmniejszają wykorzystanie energii
Korzystnie wpływają na układ mikroflory jelitowej
Bakterie kwasu człowieka, stymulują system immunologiczny, zmniejszają
mlekowego ryzyko zachorowania na nowotwory jelita, zmniejszajÄ…
(probiotyki) częstotliwość i skracają czas trwania biegunek
12
2009-10-16
Oligosacharydy (NDO)
a-glukany (produkty hydrolizy skrobi),
fruktooligosacharydy, galaktooligosacharydy,
ksylooligosacharydy, izomaltooligosacharydy,
oligosacharydy sojowe.
Funkcje:
StymulujÄ… wzrost bakterii fermentacji mlekowej w
przewodzie pokarmowym (korzystna regulacja składu flory
jelitowej)
Obni\
ajÄ… wykorzystanie energii z po\
ywienia (leczenie
otyłości)
Wpływają korzystnie na perystaltykę jelit
Nie powodują próchnicy zębów
Oligosacharydy sojowe, takie jak rafinoza i stachioza,
wspomagajÄ… absorpcjÄ™ wapnia z po\
ywienia
Synbiotyki
Mieszanina probiotyków i prebiotyków korzystnie
wpływających na zdrowie człowieka poprzez poprawę
prze\
ywalności i kolonizacji \
ywych mikroorganizmów
w przewodzie pokarmowym, osiągniętą na drodze
selektywnej stymulacji ich wzrostu i aktywności.
13
2009-10-16
Przetwórstwo Dominujące gatunki bakterii fermentacji
mlekowej
Lactococcus lactis ssp.lactis
Lactoccocus lactis ssp.cremoris
Lactococcus lactis ssp.lactisbiovar.diacetylactis
Leuconostoc mesenteroides ssp.cremoris
Fermentowane
Streptococcus thermophilus
produkty
Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus
mleczarskie
Lactobacillus helveticus
Lactobacillus casei
Leuconostoc mesenteroides
Fermentowane
Lactobacillus plantarum
produkty
Lactobacillus brevis
owocowo-
Lactobacillus pentosus
warzywne
Lactobacillus plantarum
Lactobacillus brevis
Fermentacja mięsa
Pediococcus acidilactis
i ryb
Lactobacillus curvatus
Lactobacillus sakei
Przetwórstwo: Dominujące gatunki bakterii fermentacji
mlekowej:
Napoje: Oenococcus oeni, Lactobacillus delbrueckii
-alkoholowe
-kawa, kakao Ró\
ne gatunki bakterii mlekowych
Sosy sojowe Lactobacillus delbrueckii, Pediococcus sp.
Fermentowane Lactobacillus plantarum
pieczywo
Lactobacillus fermentum
Lactobacillus brevis
Lactobacillus sanfranciscensis
Produkcja kwasu Lactobacillus delbrueckii ssp.delbrueckii
mlekowego
Produkcja Leuconostoc mesenteroides ssp.dextranicum
dekstranu
Produkcja nizyny Lactococcus lactis ssp.lactis
Produkty Lactobacillus sp.
i preparaty Bifidobacterium sp.
probiotyczne
14
2009-10-16
Bakterie fermentacji mlekowej w produkcji \
ywności orientalnej
Sos sojowy  rodzaj hydrolizatu białkowego tworzącego się
podczas zacierania namoczonego ziarna soi. W wyniku działania
bakterii mlekowych
z rodzaju Lactobacillus, dro\
d\
y Zygosaccharomyces rouxii i
grzybów strzępkowych Aspergillus oryzae lub A.soyae powstają
substancje aromatyczne tworzÄ…ce specyficzny smak i zapach.
Pasta sojowa - otrzymywane z parowanego ziarna soi, ry\
u,
jęczmienia. Wykorzystuje się bakterie z rodzaju Lactobacillus
i dro\
d\
e Torulopsis etchellsi, oraz szczepy grzybów strzępkowych
Aspergillus oryzae lub Rhizopus oligosporus.
Bakterie fermentacji mlekowej
w produkcji \
ywności 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 uczestniczÄ… szczepy
bakterii Lactobacillus plantarum oraz dro\
d\
e Candida
mycoderma, Saccharomyces cereviseae
i Rhodotorula oraz grzyby z rodzaju: Fusarium,
Penicillium i Aspergillus.
15
2009-10-16
Mikroorganizmy wykorzystywane w produkcji
wędlin fermentowanych i ich funkcja
Grupa Gatunek Właściwości Znaczenie
Bakterie L.plantarum produkcja kwasu -hamowanie rozwoju
fermentacji mlekowego mikroflory chorobotwórczej
L.sakei
mlekowej i technologicznie szkodliwej,
L.curvatus
(LAB)
-wydłu\
enie okresu
Pediococcus
trwałości,
acidilactici
-przyspieszenie formowania
P.pentosaceus
barwy,
-przyspieszenie suszenia,
-tworzenie aromatu
i smaku
Katalazododatnie
S.carnosus Redukcja tworzenie i stabilizacja
ziarniaki
azotanów (V) barwy, usunięcie nadmiaru
S.xylosus
azotanów (III), opóz
nienie
Redukcja
Micrococcus
jełczenia, stabilizacja koloru,
azotanów (III)
varians
tworzenie aromatu i
Wykorzystanie O
2
smaku.
Mikroorganizmy wykorzystywane w produkcji
wędlin fermentowanych i ich funkcja
Grupa Gatunek Właściwości Znaczenie
Dro\
d\
e Debaryomyces Wykorzystanie O Opóz
nienie
2
hansenii jełczenia tłuszczu,
stabilizacja barwy,
Candida farnata
tworzenie aromatu
i smaku
Pleśnie Penicillium Porost Hamowanie
nalgiovense powierzchniowy, niepo\
Ä…danej
wykorzystanie O 2 mikroflory na
Penicillium
utlenianie powierzchni
chrysogenum
mleczanu, rozkład kiełbas, jednolite
białek i osuszanie kiełbas,
aminokwasów opóz
nienie
jełczenia,
stabilizacja barwy,
tworzenie aromatu
i smaku
16
2009-10-16
Mleczne napoje fermentowane
(definicja wg Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej)
Produkty otrzymane na drodze fermentacji mleka
pod wpływem odpowiednich mikroorganizmów,
które powodują obni\
enie pH z lub bez koagulacji.
Mikroorganizmy powinny być \
ywe i aktywne w
produkcie (w ilości powy\
ej 107/g) do końca
okresu trwałości.
Je\
eli produkt jest pasteryzowany lub termizowany
wymagania dla \
ywej mikroflory nie obowiÄ…zujÄ….
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 sÄ…:
-jogurt
-mleko jogurtowe
-mleko ukwaszone
-maślanka spo\
ywcza
-kefir.
17
2009-10-16
Mleczne napoje fermentowane nowej generacji
Produkt Kraj Mikroorganizmy
ABC®-Ferment, Niemcy, Norwegia, Lactobacillus acidophilus
Japonia, Szwajcaria
Miru-Miru Lactobacillus paracasei
bifidobakterie
Actimel® Wiele krajów Europy Lactobacillus casei defensis (DN114001)
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus
Streptococcus thermophilus
Activia ® Wiele krajów Europy Bifidobacterium animalis 173010
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus
Streptococcus thermophilus
Aktifit® Szwajcaria, Niemcy Lactobacillus rhamnosus GG
Lactobacillus acidophilus
Streptococcus thermophilus
Bifidobacterium bifidum
Gaio® Dania, UK, Finlandia, Streptococcus thermophilus
Niemcy
Enterococcus faecium K77D
Symbalance ® Szwajcaria Lactobacillus reuteri
Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus paracasei
Bifidobacterium longum Bb46 i 12
Vifit®, Gefilus® Finlandia, Holandia Lactobacillus rhamnosus GG
Yakult® Japonia, Holandia Lactobacillus casei Shirota
Klasyfikacja technologiczna wyró\
nia 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 znajdujÄ… siÄ™ tak\
e
aromatyzujÄ…ce szczepy z gatunku Leuconostoc
mesenteroides ssp.cremoris i Ln.mesenteroides
ssp.dextranicum.
18
2009-10-16
Klasyfikacja technologiczna wyró\
nia 4 typy szczepionek
mleczarskich
3. Szczepionki typu D o wysokiej aktywności
aromatotwórczej, przeznaczone szczególnie do produkcji
śmietany. W składzie, poza bakteriami kwaszącymi,
znajdujÄ… siÄ™ tak\
e 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
kwaszÄ…ce Lactococcus lactis, wraz z odmianÄ… diacetylactis,
jak i gatunków Leuconostoc cremoris ssp. cremoris
i ssp.dextranicum.
Skład szczepionek przeznaczonych do produkcji mleczarskiej
Produkt Stosowane bakterie
masło, śmietana, niektóre L.lactis ssp. lactis
mleczne napoje fermentowane,
L.lactis ssp. lactis cremoris
sery twarogowe, sery
L.lactis ssp. lactis var.disacetylactis
dojrzewające miękkie i
Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris
półtwarde (z oczkowaniem)
Leuconostoc mesenteroides ssp.
dextranicum
jogurt Streptococcus thermophilus
Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus
kefir Ziarna kefirowe
Szczepionka kefirowa
19
2009-10-16
FUNKCJA SZCZEPIONEK W PRODUKCJI MLECZNYCH
WYROBÓW FERMENTOWANYCH:
Wytworzenie kwasy mlekowego i innych metabolitów
nadajÄ…cych produktom odpowiednie cechy
organoleptyczne;
Koagulacja białek mleka;
Przyspieszenie synerezy skrzepu mleka;
Tworzenie gazu podczas produkcji serów (oczkowanie
serów);
Przemiany proteolityczne;
Hamowanie rozwoju mikroorganizmów niepo\
Ä…danych,
co warunkuje trwałość i bezpieczeństwo zdrowotne
produktów;
Ograniczenie zawartości laktozy oraz przemiany innych
składników mleka zwiększających wartość od\
ywczÄ… tego
surowca.
Probiotyki - \
ywe lub pozostajÄ…ce w stanie anabiozy
kultury z rodzaju Lactobacillus, Propionibacterium,
Pediococcus, Lactococcus, Enterococcus i Leuconostoc
oraz niektóre grzyby Aspergillus i dro\
d\
e, głównie
z rodzaju Saccharomyces, Candida, zdolne do trwałego
zasiedlania organizmu lub przechodzenia w stanie \
ywym
przez przewód pokarmowy.
20
2009-10-16
Niech \
ywność będzie twoim lekiem,
a lek twojÄ… \
ywnością. Jak mo\
e zrozumieć
choroby człowieka ten, kto nie bierze pod uwagę
tej zasady i ignoruje jÄ…?
Hipokrates, 460-377 BC
..... podawanie probiotyków ludziom lub
zwierzętom jest jak ubezpieczenie; niewiele
kosztuje, nie szkodzi, a w pewnych warunkach
mo\
e być korzystne.
Ewa Johnsson, 1985
Wiele firm na świecie jest w posiadaniu szczepów
mikroorganizmów o właściwościach probiotycznych.
Do najbardziej znanych nale\
Ä…:
L.acidophilus LA1, L.acidophilus NCFB 1748,
L.acidophilus NFCM, L.acidophilus Gilliland L-1,
L.casei shirota, L.rhamnosus GG, L.gasseri ADH
21
2009-10-16
Gatunki mikroorganizmów wykorzystywane
w preparatach i produktach probiotycznych
Rodzaj Rodzaj Inne bakterie fermentacji Inne
Lactobacillus Bifidobacterium mlekowej mikroorganizmy
L.acidophilus
B.adolescentis Enterococcus faecalis Bacillus cereus
L.amylovorus
B.animalis Enterococcus faecium E.coli Nissle 1917
L.casei
B.bifidum Sporolactobacillus Propionibacterium
L.crispatus
B.breve inulinus freudenreichii
L.gallinarium
B.infantis Saccharomyces
L.gasseri
B.longum boulardii
L.johnsonii
L.paracasei
L.plantarum
L.reuteri
L.rhamnosus
Warunki jakie spełniać powinny
szczepy probiotyczne:
- szczep jednoznacznie saprofityczny,
- zdolny do prze\
ycia niekorzystnych warunków
panujÄ…cych w przewodzie pokarmowym (niskie
pH, sole \
ółciowe),
- zdolny do produkcji egzogennych substancji
w organizmie konsumenta
- charakteryzuje się aktywnością
antagonistycznÄ… w stosunku do mikroflory
patogennej i toksynotwórczej,
22
2009-10-16
Szczepy o udokumentowanych właściwościach probiotycznych
Szczep Efekty zdrowotne
Lactobacillus Kolonizacja przewodu pokarmowego, obni\
enie
rhamnosus GG aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed
(ATCC 53013) biegunkami po antybiotykoterapii, leczenie i zapobieganie
biegunkom rotawirusowym, leczenie powracajÄ…cych
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 Ochrona przed zaburzeniami jelitowymi, leczenie biegunek
casei Shirota rotawirusowych, utrzymywanie w równowadze mikroflory
jelitowej, obni\
anie aktywności enzymów fekalnych,
ochrona przed mutagenami pokarmowymi, pozytywne
efekty w leczeniu raka pęcherza moczowego, wspomaganie
układu odpornościowego we wczesnych stadiach raka
okrÄ™\
nicy, brak wpływu na system immunologiczny
zdrowych osobników, leczenie obstrukcji
Lactobacillus Obni\
anie aktywności enzymów fekalnych, zapobieganie
acidophilus NCFB biegunkom po radioterapii, leczenie obstrukcji
1748
Szczepy o udokumentowanych właściwościach
probiotycznych
Lactobacillus casei Stymulacja układu odpornościowego, zapobieganie i
leczenie infekcji jelitowych, zmniejszenie częstości i
defensis DN 114 001
skrócenie czasu trwania ostrych biegunek u dzieci, dobra
prze\
ywalność w \
ołądku i dwunastnicy
Bifidobacterium Wysoka prze\
ywalność w \
ołądku i dwunastnicy.
animalis Pozytywne efekty w skróceniu pasa\
u jelitowego
pokarmu, szczególnie u osób starszych.
DN 173 010
Lactobacillus Adherencja do komórek ludzkiego jelita, stymulacja
johnsonii układu odpornościowego, pozytywne efekty w leczeniu
nie\
ytów przewodu pokarmowego, antagonizm w
(La1) (NCC533)
stosunku do Helicobacter pylori
Bifidobacterium Ochrona przed mutagenami pokarmowymi, utrzymanie w
breve Yakult równowadze mikroflory jelitowej, ochrona przed
biegunkami
Lactobacillus Obni\
enie aktywności enzymów fekalnych, wysoka
acidophilus NCFM aktywność ²-galaktozydazy, dobra prze\
ywalność w
²
²
²
przewodzie pokarmowym
(Salminen, 1996; Saxelin i Kopela, 1996; Mattila-Sandholm i Salminen, 1998; Dunne et al., 1999; Saarela et al., 2000, materiały
Danone Vitapole)
23
2009-10-16
Aby bakterie zaliczyć do probiotyków
powinny one odznaczać się:
Zdolnością do zasiedlania i namna\
ania w przewodzie
pokarmowym;
Synteza substancji antybiotycznych;
Odpornością na niskie pH i \
ółć;
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 od\
ywcze
Produkcja substancji antybakteryjnych
24
2009-10-16
Generacje mlecznych napojów fermentowanych
Generacja Opis
Fermentacja spontaniczna, prowadzona przez
I
mikroorganizmy stanowiÄ…ce zanieczyszczenie
mleka, stosowana od 4000 do 9000 lat, zale\
nie
od rejonu świata
Fermentacja w wyniku zaszczepienia mleka
II
szczepionką zawierającą określone
mikroorganizmy, stosowana od około 1900 r.
Fermentacja w wyniku zaszczepienia mleka
III
szczepionką zawierająca wyłącznie lub
dodatkowo bakterie izolowane z jelit i nale\
Ä…ce
do rodzajów Lactobacillus i Bifidobacterium,
stosowana od około 1980 r.
Fermentacja z udziałem bakterii probiotycznych
IV
o, udokumentowanych w badaniach klinicznych,
właściwościach poprawy zdrowia człowieka,
stosowana od około 1990 r.
Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji
System I. Oddzielna hodowla zakwasów
System I. Oddzielna hodowla zakwasów
A  zakwas tradycyjny, np. jogurtowy
B  zakwas bakterii probiotycznych
B
A
Fermentacja
Produkt
25
2009-10-16
Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji
System II. Oddzielna fermentacja i mieszanie gotowych produktów
System II. Oddzielna fermentacja i mieszanie gotowych produktów
Zakwasy
A  zakwas tradycyjny, np. jogurtowy
B  zakwas bakterii probiotycznych
A
B
Fermentacja
Fermentacja
Produkt
Technologia produkcji napojów fermentowanych IV
generacji
System III.
System III. Dodatek zagęszczonej szczepionki do produktu po
fermentacji
A  zakwas tradycyjny, np. jogurtowy
B  szczepionka zagęszczona bakterii
probiotycznych
Zakwasy
A
B
Fermentacja
Produkt
26
2009-10-16
Podział fermentowanych napojów mlecznych
w zale\
ności od wykorzystanej mikroflory czynnej:
TYP I produkowane z u\
yciem 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 zale\
ności od wykorzystanej mikroflory czynnej:
TYP III produkowane z u\
yciem 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 ró\
nych mezofilnych lub termofilnych bakterii
mlekowych w połączeniu z dro\
d\
ami (głównie nale\
Ä…
do rodzajów Kluyveromyces, Candida i Sacharomyces)
(kefir, kumys, brano, huślanka, \
ętyca).
27
2009-10-16
Funkcje bakterii fermentacji mlekowej
w wyrobach mleczarskich:
Obni\
enie zawartości laktozy;
Wzrost zawartości wolnych aminokwasów i witamin
z grupy B;
Zwiększenie przyswajalności białek, Ca, Zn, Fe, Cu i P;
Obni\
enie zawartości cholesterolu w wyrobach
mleczarskich do 50 %;
Obni\
enie własności immunogennych mleka.
Funkcje bakterii fermentacji mlekowej
w innych wyrobach spo\
ywczych:
Eliminowanie naturalnych związków
spo\
ywczych 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.
28
2009-10-16
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
prze\
ywalność bakterii probiotycznych,
zapewniając oprócz efektów zdrowotnych,
zwiększenie bezpieczeństwa higienicznego lodów
w całym łańcuchu chłodniczym
Podczas zamra\
ania lodów dochodzi do
powa\
nych zmian powodujących śmierć lub
zakłócenia subletalne skutkujące utratą
korzystnych cech metabolicznych!
29
2009-10-16
Krioprotektanty redukują uszkodzenia komórek
podczas ich zamra\
ania i rozmra\
ania.
Efekt ochronny polega na ograniczeniu krystalizacji wody i
przeciwdziałaniu wzrostowi stę\
enia soli w zamra\
anych
komórkach.
Do krioprotektantów nale\
Ä…:
-glukoza;
-disacharydy-sacharoza, laktoza, trehaloza;
-polisacharydy-skrobia, guaran, karagen, inulina,
-aminokwasy;
-kwasy karboksylowe-kwas cytrynowy
-syntetyczne polimery-polidekstroza.
Szanse, perspektywy i zagro\
enia stosowania
mikroflory przewodu pokarmowego w produkcji
\
ywności
Z dokonanej analizy danych dotyczących bezpieczeństwa
spo\
ywania produktów zawierających Lactobacillus i
Bifidobacterium wynika, \
e 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.
30
2009-10-16
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
\
ywności probiotycznej na organizm człowieka
powoduje, \
e producenci \
ywności wprowadzają na
rynek nowe produkty o właściwościach
prozdrowotnych.
W Polsce do niedawna w bakterie probiotyczne
najczęściej wzbogacane były mleczne napoje
fermentowane. Ostatnio probiotyki mo\
na znale\
ć w
sokach owocowych, mleku i kaszkach dla niemowlat, a
nawet czekoladzie.
31
2009-10-16
Dziękuję za uwagę!!!
32