Probiotyki a żywność pochodzenia roślinnego Wraz
advertisement
TECHNOLOGIA Probiotyki a żywność pochodzenia roślinnego JOANNA KRASZEWSKA, WIESŁAW WZOREK raz z rozwojem wiedzy o mikroflorze przewodu pokarmowego oraz mikroorganizmów probiotycznych definicja probiotyków ulegała wielu uzupełnieniom i modyfikacjom. Obecnie probiotyki są określane jako żywe mikroorganizmy, które - podawane w odpowiedniej ilości - korzystnie oddziałują na zdrowie gospodarza [11]. Należy zaznaczyć, że nie wszystkie mechanizmy korzystnego działania bakterii probiotycznych zostały poznane, a w przeprowadzonych badaniach efekty poprawy zdrowia stwierdzano nie u wszystkich osób. Streszczenie. Przedstawiono aktualną definicję probiotyków i uwarunkowania, jakie powinny być spełnione, aby dany szczep mógł być zaliczony do mikroorganizmów probiotycznych. Omówiono wpływ bakterii mlekowych na cechy produktów żywnościowych uzyskiwanych na drodze fermentacji surowców zbożowych. Przedstawiono niektóre produkty pochodzenia roślinnego zawierające bakterie fermentacji mlekowej (w tym kwas chlebowy oraz napój słodowy). Składnikiem żywności probiotycznej są zwykle bakterie fermentacji mlekowej z rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium [8]. Mimo że bakterie mlekowe mają status GRAS (Generally Recognized as Safe), nie wszystkie szczepy wywołują w organizmie człowieka jednakowy efekt poprawy zdrowia, bowiem nie wszystkie mają właściwości probiotyczne. Kryteria stosowane do selekcji szczepów probiotycznych są stale aktualizowane. szczepu zgodnie z aktualną nomenklaturą, liczbę żywych komórek każdego szczepu probiotycznego pod koniec okresu przydatności produktu do spożycia, zalecaną do spożycia dawkę powodującą poprawę zdrowia, informację o określonym działaniu prozdrowotnym, warunki przechowywania, a także nazwę i adres producenta. Wymagania dla szczepów probiotycznych W Europie (spośród produktów fermentowanych przy użyciu bakterii mlekowych) są spożywane fermentowane napoje mleczne (jogurty, kefiry), sery, śmietana, pasty rybne, niektóre kiełbasy, oliwki, kiszone ogórki i kapusta [18, 31]. Kultury bakterii mlekowych (w tym probiotycznych) są również stosowane do produkcji mrożonych jogurtów, deserów mlecznych, lodów, chleba [5, 28], napojów owocowych, mieszanek mlecznych dla niemowląt oraz niektórych wyrobów cukierniczych [23, 25]. Nadal prowadzone są badania nad otrzymaniem nowych wyrobów będących źródłem mikroorganizmów probiotycznych, np. koziego mleka fermentowanego przy udziale takich bakterii [20]. Niewiele jest jednak fermentowanych, probiotycznych produktów żywnościowych pochodzenia roślinnego, a zwłaszcza napojów. W Na zjeździe FAO/WHO w 2002 r. opracowano wstępny projekt wytycznych, jakie powinien spełniać szczep probiotyczny [11]. Powinien być on zidentyfikowany fenotypowo i genetycznie, nazwany zgodnie z najnowszą nomenklaturą oraz zdeponowany w międzynarodowej kolekcji kultur. W celu określenia potencjalnych właściwości probiotycznych należy stosować testy in vitro, a uzyskane wyniki powinny zostać potwierdzone w warunkach in vivo. Do cech, które powinny zostać przebadane, zalicza się: przeżywalność w niskim pH soku żołądkowego, przeżywalność w obecności kwasów żółciowych, adherencję (przyleganie) do śluzu lub komórek nabłonkowych człowieka i linii komórkowych (reprezentujących komórki nabłonka jelitowego), aktywność antymikrobiologiczna wobec bakterii potencjalnie patogennych, obniżanie zdolności adherencji patogenów do powierzchni śluzówki jelita, zdolność hydrolizy soli żółciowych. Ponadto mikroorganizmy potencjalnie probiotyczne powinny zostać ocenione pod względem bezpieczeństwa ich stosowania i w tym celu należy określić: oporność na antybiotyki, metaboliczną aktywność (np. produkcję formy D-mleczanu, dekoniugację, tzn. zdolność hydrolizy soli żółciowych), skutki uboczne podczas badań prowadzonych na ludziach, oddziaływania uboczne zaobserwowane u konsumentów (po wypuszczeniu produktu na rynek), zdolność do wytwarzania toksyn, aktywność hemolityczną. Potwierdzeniem wyników badań prowadzonych w warunkach in vitro powinny być wyniki uzyskane w badaniach klinicznych (na organizmie ludzkim). Zamieszczony na etykiecie opis produktu probiotycznego powinien zawierać następujące dane: nazwę rodzaju, gatunku i 32 Summary. The newest definition of probiotics was presented together with the conditions the strain must fulfill in order to be considered as probiotic microorganisms. The influence of lactic acid bacteria on properties of food products obtained by fermentation of cereals was discussed. Food of vegetable origin containing lactic acid bacteria (among other things: kvass and malt beverage) was reviewed in this paper. Zastosowanie probiotyków w produkcji żywności Fermentowana żywność pochodzenia roślinnego Według danych literaturowych [6, 25] odpowiednim substratem do produkcji żywności fermentowanej mogą być ziarna zbóż. Dla ludzi na całym świecie stanowią one jedno z ważniejszych źródeł białek pokarmowych, węglowodanów, witamin, minerałów oraz błonnika [3, 6]. Ponieważ zawierają na ogół większe ilości substancji odżywczych w porównaniu z mlekiem [21], w ostatnich latach stały się przedmiotem badań związanych z ich ewentualnym zastosowaniem w produkcji żywności funkcjonalnej, a w tym probiotycznej. Przemys³ Spo¿ywczy 6/2006 Rośliny zbożowe zawierają β-glukan, arabinoksylan, oligosacharydy (np. laktulozę, fruktooligosacharydy i transgalaktooligosacharydy), które jako prebiotyki, czyli nietrawione przez człowieka składniki żywności, selektywnie stymulują w jelicie grubym wzrost lub aktywność bakterii m.in. z rodzaju Bifidobacterium i Lactobacillus [6]. Ponadto fermentacja mlekowa powoduje zmniejszenie ilości ciężko strawnych poli- i oligosacharydów [3]. W produktach zbożowych bakterie mlekowe powodują zmniejszenie ilości kwasu fitynowego oraz tanin, co doprowadza do zwiększenia przyswajalności Fe, Zn, Mg i Ca [1, 18], a także wzrostu ilości witamin grupy B i wolnych aminokwasów [3, 32]. Podczas fermentacji ziaren zbóż, np. pszenicy, jęczmienia, kukurydzy, ryżu, wzrasta poziom aminokwasów egzogennych: lizyny, metioniny i tryptofanu [3, 6]. Udowodniono również zdolność bakterii mlekowych do obniżenia poziomu aflatoksyn, które wykazują właściwości kancerogenne [10]. Ponadto bakterie fermentacji mlekowej powodują zmiany cech sensorycznych w żywności, takich jak smak, zapach, struktura i konsystencja. Na cechy zapachowo-smakowe żywności mają wpływ produkty metabolizmu bakterii mlekowych, m.in. kwas mlekowy i octowy, aldehyd octowy, diacetyl, acetoina, etanol, dwutlenek węgla oraz lotne związki zapachowe [13, 18]. Bakterie fermentacji mlekowej produkują kwas mlekowy w jednej z form izomerycznych L(+), D(–) lub w obydwu formach [30]. Kwas L(+) mlekowy jest identyczny z powstającym w mięśniach (podczas procesu glikolizy glikogenu), dlatego jest w pełni metabolizowany przez człowieka i całkowicie nieszkodliwy [19]. Kwas D(–) mlekowy jest metabolizowany powoli, w związku z czym nie jest dopuszczony przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) do stoPrzemys³ Spo¿ywczy 6/2006 sowania w odżywkach dla niemowląt i dzieci. W przypadku osób dorosłych należy ograniczyć jego dzienne spożycie do 100 mg/kg masy ciała [9]. W ilościach wyższych od zalecanych kwas D(–) mlekowy może być kumulowany w osoczu i wywoływać acydozę (kwasicę) [4]. Również znany jest korzystny wpływ kwasu D(–) mlekowego. Forma D(–) kwasu mlekowego wykazuje zdolność przedostawania się w znacznych ilościach do jelita grubego i zakwaszania jego treści. Obniżenie pH w jelicie może powodować zahamowanie rozwoju bakterii chorobotwórczych, a także powodujących psucie się żywności [9]. Niektóre szczepy bakterii mlekowych wykazują zdolność produkcji substancji śluzowych, tzw. egzopolisacharydów, które jako związki zwiększające lepkość, żelujące lub wiążące wodę nadają produktom odpowiednią strukturę i konsystencję [7, 29]. Fermentowane produkty żywnościowe pochodzenia roślinnego są jednym z ważniejszych składników pożywienia ludności krajów azjatyckich i afrykańskich [3, 22]. Większość tych produktów ma znaczenie regionalne i jest uzyskiwana na drodze naturalnej fermentacji mlekowej, zachodzącej w niekontrolowanych warunkach czasami dodatkowo przy udziale drożdży lub pleśni [5]. Do najbardziej znanych produktów należą m.in. boza (z pszenicy, kukurydzy, prosa i innych zbóż), kenkey (z kukurydzy), kimchi (z kapusty, warzyw, orzechów), miso (z ryżu, ziarna soi lub ryżu i innych zbóż), ogi (z kukurydzy, sorgo lub prosa), a także sosy sojowe (z soi i pszenicy). Znana jest żywność fermentowana przy udziale bakterii mlekowych, w skład której oprócz roślin zbożowych wchodzi również mleko, np. tarhana (z mąki pszennej i jogurtu), kishk (z mleka 33 TECHNOLOGIA i pszenicy) [3]. Wśród polskich fermentowanych produktów mlecznych również znajdują się jogurty zawierające ziarna zbóż oraz owoce. Obecnie coraz więcej osób wykazuje nietolerancję laktozy i alergię na białka mleka [2, 26]. Osobom z nietolerancją laktozy zaleca się spożywanie produktów pochodzenia roślinnego lub mlecznych produktów fermentowanych, będących źródłem bakterii mlekowych. Bakterie te uwalniają w przewodzie pokarmowym β-galaktozydazę hydrolizującą laktozę do cukrów prostych, które bez przeszkód są wchłaniane przez ścianki jelita. Osoby wykazujące alergię na białka mleka muszą wyeliminować z diety produkty mleczne. Alternatywą dla tych osób mogą być produkty warzywne, a także produkty zbożowe fermentowane przy udziale bakterii mlekowych, np. kwas chlebowy lub napój podobnego typu (napój słodowy). Kwas chlebowy Kwas chlebowy jest napojem chłodzącym, popularnym w niektórych krajach byłego ZSRR. W Polsce produkowany był w dwudziestoleciu międzywojennym w warszawskim browarze Haberbusch i Schiele [12]. Jest to napój o ciemnobrązowej barwie, przyjemnym aromacie chleba żytniego i orzeźwiającym kwaśno-słodkim smaku. Użyte surowce oraz związki powstałe podczas fermentacji mlekowej i alkoholowej, m.in. melanoidy, kwas mlekowy, kwas octowy, dwutlenek węgla, lotne substancje zapachowe, np. estry, aldehydy, a także aminokwasy, witaminy grupy B (B1, B2) kształtują cechy organoleptyczne produktu. Kwas chlebowy ma również wartości odżywcze dzięki zawartości węglowodanów (glukozy, fruktozy, sacharozy, maltozy, dekstryn), białek oraz związków azotowych [17]. Skład chemiczny kwasu chlebowego zależy od warunków jego przygotowania, fermentacji i przechowywania. Nesterenko i Kebec [24] podają, że kwasy te zawierają 93-98% wody, 0,21-0,58% kwasu mlekowego, 0,04-0,09% kwasu octowego, 0,3-1,2% etanolu, 0,2-0,4% substancji azotowych, 0,03-0,35% kwasu węglowego, 0,20-5,21% cukrów, 0,3-0,8% dekstryn, 0,1-0,2% substancji mineralnych, a także witaminy i enzymy. Kwas chlebowy jest otrzymywany metodą ograniczonej fermentacji alkoholowej i mlekowej z brzeczki pochodzącej ze słodu żytniego lub jęczmiennego albo przez saturację dwutlenkiem węgla napoju sporządzonego ze słodu żytniego (bez fermentacji). Kwas chlebowy w Rosji i krajach wschodnich jest zwykle sprzedawany z beczkowozów, a jego okres trwałości wynosi ok. 2-3 dni, czyli jest zbyt krótki, aby sprzedawać go w butelkach [17]. W Polsce dostępny jest kwas chlebowy gazowany, sprzedawany w butelkach. Ma on dłuższy okres przydatności do spożycia, nie zawiera bakterii mlekowych, natomiast zawiera konserwanty. W Niemczech produkowany jest tzw. Brot Trunk, czyli napój chlebowy. Do jego otrzymywania stosowany jest pełnoziarnisty chleb oraz bakterie fermentacji mlekowej [27]. Napój słodowy środowiskiem bytowania są m.in. rośliny. W celu wyeliminowania drożdży zastosowano selektywną pasteryzację napoju słodowego [34]. Pozwalała ona na zachowanie żywych komórek bakterii fermentacji mlekowej, które dalej mogły się namnażać. Po upływie 48 h od zakończenia procesu pasteryzacji liczba żywych komórek bakterii mlekowych w napoju wynosiła 106-107 jtk/cm3. Prowadzone badania obejmowały również określenie wybranych właściwości probiotycznych badanych szczepów bakterii mlekowych pod względem ich dalszego zastosowania przy produkcji napoju słodowego. Stwierdzono, że badane szczepy należące do gatunku Lactobacillus plantarum są zdolne do pokonania bariery żołądka oraz jelita cienkiego, bowiem wykazują zdolność przeżywania w brzeczce słodowej o pH 2,0 oraz w 3 mmol/dm3 roztworze dezoksycholanu sodu, a także podczas inkubacji kombinowanej, tj. w środowisku o pH 2,5, a następnie w 3 mmol/dm3 roztworze dezoksycholanu sodu [14]. Badane szczepy L. plantarum charakteryzowały się także aktywnością antagonistyczną w porównaniu z wybranymi mikroorganizmami niepożądanymi w żywności oraz w organizmie człowieka [15]. Otrzymywano również napoje słodowe fermentowane jedynie przy użyciu bakterii mlekowych. Mimo że napoje te nie zawierały drożdży, charakteryzowały się dobrą jakością sensoryczną oraz wysoką liczbą żywych komórek bakterii mlekowych (>106 jtk/cm3) przez 4-5 tygodni przechowywania (w temp. 22 i 28°C) oraz przez 8 tygodni (w temp. 6°C) [16]. Stwierdzono, że uzyskane napoje słodowe pod względem ilości kwasu D(–) mlekowego są całkowicie bezpieczne dla konsumenta pod warunkiem ich umiarkowanego spożycia (nie więcej niż 1 dm3/dobę). Biorąc pod uwagę dzienne spożycie 1 dm3 napoju słodowego zawierającego największą ze stwierdzanych ilość kwasu D(–) mlekowego (2,68 g/dm3) obliczono, że wymagania stawiane przez WHO odnośnie do dopuszczonej ilości spożycia tej formy kwasu są spełniane już w przypadku osoby o masie 26,8 kg. Ze względu na zawartość izomeru D(-) kwasu mlekowego nie powinny być one podawane jedynie małym dzieciom [16]. Ponadto badano możliwość otrzymania napoju słodowego fermentowanego przy udziale pojedynczych oraz mieszanych kultur bakterii mlekowych, a także z dodatkiem emulsji kwasu chlebowego i karmelu (amoniakalnego lub naturalnego) zawierających odpowiednią liczbę żywych komórek bakterii mlekowych. Wyniki tych badań były pozytywne [16]. Ze względu na korzystne działanie produktów probiotycznych na organizm wskazane jest prowadzenie badań w celu pozyskania żywności probiotycznej otrzymanej w wyniku fermentacji mlekowej surowców zbożowych, co pozwoli na wzbogacenie rynku w tego typu produkty. Od redakcji: Wykaz literatury prześlemy zainteresowanym Czytelnikom e-mailem, faksem lub pocztą. Dr J. Kraszewska, prof. dr hab. W. Wzorek – Wydział Technologii Żywności, SGGW, Warszawa W Zakładzie Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności SGGW prowadzone były próby uzyskania bioaktywnego napoju pochodzenia roślinnego, tzw. napoju słodowego chłodzącego, przy udziale bakterii mlekowych i drożdży [33]. W napoju tym stosowano bakterie mlekowe z gatunku Lactobacillus plantarum, których naturalnym 34 Przemys³ Spo¿ywczy 6/2006
