Probiotyki i prebiotyki: Probiotyki i prebiotyki jako dodatki do żywności – co się zmieniło

Prebiotyki obecnie są definiowane jako „substancje, których selektywna fermentacja prowadzi do specyficznych zmian w składzie i/lub aktywności mikroflory przewodu pokarmowego, oddziałującej korzystnie na dobre samopoczucie i zdrowie gospodarza” (Roberfroid M.B. „Prebiotics: The Concept Revisited”. J. Nutr. 2007, 137, (3 Suppl 2), 830S-837S). Z powyższego wynika, że prebiotyk powinien ulegać fermentacji pod wpływem mikroflory jelitowej, a także pobudzać wzrost i/lub aktywność tych drobnoustrojów naturalnie zasiedlających różne rejony przewodu pokarmowego, które pozytywnie oddziałują na zdrowie i samopoczucie gospodarza (w szczególności szczepów probiotycznych z rodzajów Bifidobacterium i Lactobacillus). Aktualnie stosowanymi prebiotykami są przede wszystkim oligosacharydy (chociaż nie wszystkie) i niektóre disacharydy, a także wybrane skrobie naturalnie oporne. Oligosacharydy stanowią grupę krótkołańcuchowych polisacharydów, które przy zróżnicowanej budowie chemicznej nie są hydrolizowane przez układ trawienny człowieka, dlatego ich metabolizm w organizmie człowieka zachodzi dopiero pod wpływem drobnoustrojów w okrężnicy. Ze względu na strukturę chemiczną wśród oligosacharydów można wymienić: fruktooligosacharydy (FOS), galaktooligosacharydy (GOS), ksylooligosacharydy (XOS), izomaltooligosacharydy, mannanooligosacharydy (MOS), polidekstrozy (PDX), arabinogalaktany, glukooligosacharydy, gentiooligosacharydy, beta-glukany, oligosacharydy pektynowe, oligosacharydy sojowe, oligosacharydy z rodziny rafinozy itp. Niektóre z nich są wykorzystywane w produkcji żywności, szczególnie funkcjonalnej, a także preparatach medycznych, inne są stosowane w paszach i karmach dla zwierząt albo ogrodnictwie.

Fruktooligosacharydy

Są krótkołańcuchowymi fruktanami, czyli „polimerami” fruktozy, zawierającymi 2-4 jednostki fruktozylowe połączone wiązaniami β-(2,1)-glikozydowymi. Fruktany długołańcuchowe nazywane są inulinami. Występują one w przyrodzie jako zapasowe cukry roślinne, są też wytwarzane przez niektóre drobnoustroje. Fruktany są grupą heterogenną związków i można je klasyfikować według źródła pochodzenia (fruktany roślinne, bakteryjne, grzybowe), składu łańcucha (fruktany zawierające tylko fruktozę lub w większości fruktozę), występującego wiązania glikozydowego (β-2,1- lub β-2,6-), stopnia polimeryzacji (fruktany roślinne mają do 200, bakteryjne nawet do 100 000), struktury przestrzennej (fruktany liniowe, rozgałęzione, cykliczne), a także funkcjonalności (wpływ fizjologiczny, żywieniowy). Fruktany roślinne występują głównie w formie długich łańcuchów inuliny lub krótkołańcuchowych fruktooligosacharydów. Do roślin gromadzących znaczące ilości fruktanów należą: cykoria, topinambur, karczochy, banany, czosnek, jęczmień, pszenica, cebula, liście buraka, pomidory, ryż, a z kwiatowych – kłącza dalii. Także niektóre mikroorganizmy syntetyzują fruktany. Na przykład Pseudomonas, Xanthomonas, Bacillus, Streptococcus, Zymomonas, Lactobacillus, Aspergillus i Aureobasidium wytwarzają liniowe fruktany, których masa cząsteczkowa może wynosić ponad 2 mln Da. Dobrym przykładem jest lewan (por. Zaręba D., Ziarno M. 2017. Egzopolisacharydy bakteryjne. Forum Mleczarskie Biznes, 4, 48-51). Fruktany mają wiele zalet, między innymi należą do substancji słodzących niepowodujących próchnicy zębów (ich słodycz zmniejsza się wraz z wydłużaniem łańcucha fruktozy). Mogą stanowić doskonały zamiennik tłuszczu i skrobi w żywności dietetycznej, poprawiać strukturę i smakowitość produktów (uczucie pełności przy jedzeniu), stabilizować emulsje typu w/o, zapobiegać synerezie serwatki w jogurtach niskotłuszczowych, wykazywać właściwości żelujące. Są mniej słodkie niż sacharoza, są fermentowane przez bakterie z rodzajów Bifidobacterium i Lactobacillus – a ich metabolity stwarzają środowisko niekorzystne dla rozwoju patogenów.

Galaktooligosacharydy

Mają w składzie cząsteczek od 3 do 10 monomerów galaktozy i glukozy, połączonych wiązaniami glikozydowymi (ze względu na podobne właściwości funkcjonalne do GOS zalicza się także laktulozę i galaktobiozę). Są najpowszechniej wytwarzanymi prebiotykami na świecie. Są także naturalnymi składnikami mleka, a także niektórych owoców i warzyw. Do tej pory traktowano je jako mało ważne składniki żywności, m.in. ze względu na niewielką słodkość, słabą rozpuszczalność w wodzie i małą strawność, ale obecnie są zaliczane do prebiotyków. Laktuloza jest disacharydem (galakto-fruktoza, produkt izomeryzacji laktozy) 1,5 razy słodszym niż laktoza (w porównaniu do sacharozy słodycz wynosi 0,6). Laktuloza powstaje w małych ilościach podczas ogrzewania mleka i jest wskaźnikiem zakresu jego obróbki termicznej. Wedle niektórych wytycznych dietetycznych zaleca się spożywanie GOS w dawce około 3 g dziennie. Preparaty galaktooligosacharydów są od lat stosowane w produkcji odżywek dla dzieci, jogurtów, deserów, mleka lub maślanki w proszku. Produkty zawierające GOS zalicza się do żywności funkcjonalnej: odżywki dla niemowląt zawierają do 0,8 g GOS/100 ml, produkty funkcjonalne do 5 g GOS/100 g. GOS znajdują zastosowanie jako zamienniki sacharozy m.in. w produkcji gumy do żucia oraz żywności funkcjonalnej dla diabetyków i osób starszych, są także stosowane do preparatów farmaceutycznych wspierających wchłanianie wapnia, działanie przeciw próchnicy i zaparciom. Co ciekawsze, dla laktulozy zaakceptowano w UE oświadczenie zdrowotne (Rozporządzenie Komisji (UE) nr 432/2012 z 16 maja 2012 r. ustanawiające wykaz dopuszczonych oświadczeń zdrowotnych dotyczących żywności, innych niż oświadczenia odnoszące się do zmniejszenia ryzyka choroby oraz rozwoju i zdrowia dzieci), podające, że laktuloza przyspiesza pasaż jelitowy. Oświadczenie może być stosowane wyłącznie w odniesieniu do żywności zawierającej 10 g laktulozy na określoną ilościowo, pojedynczą porcję. Aby oświadczenie mogło być stosowane, podaje się informację dla konsumenta, że korzystne działanie występuje w przypadku spożywania jednorazowo dawki 10 g laktulozy dziennie.

Skrobie naturalnie oporne

Są to skrobie oraz produkty ich rozkładu, które nie są trawione i wchłaniane w jelicie cienkim zdrowego człowieka. Ze względu na oporność wobec enzymów trawiennych są zaliczane do składników nierozpuszczalnego błonnika pokarmowego (o kaloryczności na poziomie 1,7-2,0 kcal/g). Wyróżnia się cztery formy skrobi opornej: RS 1 – skrobia fizycznie niedostępna, RS 2 – ziarna skrobi surowej (nieskleikowanej), RS 3 – skrobia zretrogradowana (powstająca w czasie przetwarzania żywności) oraz RS 4 – skrobia chemicznie, fizycznie lub enzymatycznie zmodyfikowana.

RS 1, skrobia fizycznie niedostępna, jest to skrobia zawarta w komórkach roślinnych o nieuszkodzonych ścianach komórkowych, np. w ziarnie zbóż nie w pełni zmielonym. Jest niedostępna dla enzymów amylolitycznych, gdyż w przewodzie pokarmowym człowieka brak enzymów zdolnych do rozłożenia składników ścian komórek roślinnych. Skrobia ta, wraz z fragmentem tkanki roślinnej przechodzi przez jelito cienkie w stanie nienaruszonym.

RS 2, ziarna skrobi surowej (nieskleikowanej) są to surowe ziarna skrobi niektórych gatunków roślin, np. ziemniaka lub banana.

RS 3, skrobia zretrogradowana jest substancją wytrąconą z kleiku lub żelu skrobiowego w procesie retrogradacji. Roztwór koloidalny skrobi, powstały w czasie jej kleikowania, żeluje po obniżeniu temperatury, w wyniku tego stała faza skrobiowa tworzy strukturę siateczki, która w oczkach wiąże fazę wodną. Ułożone równolegle podwójne helisy łańcuchów skrobi podczas przechowywania żelu ulegają agregacji tworząc termostabilne struktury krystaliczne, wykazujące oporność na enzymy amylolityczne. Skrobia taka powstaje w czasie czerstwienia pieczywa, w schłodzonych ziemniakach po ugotowaniu i w innych produktach skrobiowych.

RS 4, skrobia chemicznie, fizycznie lub enzymatycznie zmodyfikowana, jest to skrobia świadomie modyfikowana czynnikami chemicznymi, fizycznymi (głównie obróbką termiczną) lub enzymatycznymi. Podczas modyfikacji chemicznej można wprowadzić do łańcuchów skrobi różne podstawniki, które wiążą się z resztami glukozowymi, co powoduje zmiany przestrzenne struktury łańcuchów skrobi i utrudnia dostęp enzymów. Przykładem jest hydroksypropylowy fosforan diskrobiowy wykazujący 2-krotnie niższą podatność na działanie amylazy niż skrobia naturalna. Po przejściu przez jelito cienkie niektóre rodzaje skrobi opornej trafiają do jelita grubego, gdzie ulegają selektywnej fermentacji przez mikroflorę jelitową, głównie bakterie z rodzajów Bifidobacterium i Lactobacillus. W wyniku fermentacji powstają kwasy organiczne i krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, głównie mlekowy, propionowy, octowy i masłowy. W efekcie tego treść jelita grubego zakwasza się bardziej niż w przypadku stosowania diety bez skrobi opornej. Pod wpływem niskiego pH i działania tworzących się kwasów następuje selekcja mikroflory jelitowej; zahamowanie lub ograniczenie rozwoju drobnoustrojów niekorzystnych, w tym patogenów. Mówiąc inaczej, takie rodzaje skrobi opornej spełniają definicję prebiotyku. Są dostępne dane naukowe wskazujące, że spożywanie skrobi opornej (nietrawionej w jelicie cienkim) powoduje obniżenie poziomu glukozy we krwi i zapotrzebowania na niezbędną do jej metabolizowania insulinę. Powstałe na skutek selektywnej fermentacji kwasy tłuszczowe korzystnie wpływają na przemiany związków lipidowych w organizmie, głównie cholesterolu i triacylogliceroli. Skrobia oporna może również powodować obniżenie zawartości cholesterolu w wątrobie (w wyniku zmian w składzie kwasów żółciowych wydzielanych do jelita grubego). Skrobia oporna wypełnia przewód pokarmowy w większym stopniu niż zwykła skrobia i obniża wartość energetyczną diety. Doświadczenia na zwierzętach wykazały, że zastąpienie zwykłej skrobi skrobią oporną powoduje zahamowanie przyrostu masy ciała. Zwierzęta doświadczalne, żywione dietą z dodatkiem skrobi opornej, odznaczały się również obniżonymi przyrostami masy ciała i mniejszą ilością tłuszczu podskórnego, niż karmione normalną dietą. Głównym surowcem w przemysłowej produkcji takich skrobi naturalnie opornych jest skrobia kukurydziana, a szczególnie jej odmiany o wysokiej zawartości amylozy, a także skrobia ziemniaczana, otrzymywane na drodze termicznej i enzymatycznej modyfikacji. EFSA pozytywnie zaopiniowała wniosek dotyczący oświadczenia zdrowotnego w odniesieniu do preparatów skrobi opornych, twierdzący, że zastąpienie w posiłku skrobi przyswajalnej skrobią oporną pomaga ograniczyć wzrost poziomu glukozy we krwi po tym posiłku. Oświadczenie może być stosowane wyłącznie w odniesieniu do żywności, w której skrobię przyswajalną zastąpiono skrobią oporną tak, by ostateczny udział skrobi opornej w całkowitej zawartości skrobi wynosił 14%.

Ksylooligosacharydy

Są to łańcuchy cząsteczek ksylozy połączone wiązaniami β-1,4, o stopniu polimeryzacji od 2 do 10. Naturalnie występują w owocach, warzywach, bambusie i miodzie. Mogą być produkowane na skalę przemysłową przez enzymatyczną hydrolizę ksylanów, które są głównym składnikiem hemiceluloz roślinnych (najczęściej surowcem w takiej produkcji są: kolby kukurydzy, drewno, słoma, skorupy i łupiny, odpady posłodowe i otręby). Po raz pierwszy były użyte jako składnik żywności w latach 90. ubiegłego stulecia w Japonii.

Monika Milej

Marketing Manager CEE w Chr. Hansen Poland

Probiotyki lub bardziej zrozumiale dla kupujących – dobre bakterie – to szansa dla mlecznych produktów fermentowanych. Promując te produkty możemy jeszcze raz zwrócić uwagę na właściwości prozdrowotne nie tylko samych szczepów probiotycznych, ale także mlecznych produktów fermentowanych w ogóle. Konsumenci chcą się odżywiać zdrowo, szukają informacji na ten temat. Rosnąca świadomość na temat kluczowej roli mikrobioty w zdrowiu człowieka sprzyja zainteresowaniu dobrymi bakteriami. Na razie korzystają na tym producenci suplementów diety, jednak to właśnie produkty mleczne są idealnym i naturalnym środowiskiem dla dobrych bakterii. Należy o tym mówić.

Kluczową rolę odgrywa tutaj kampania edukacyjna i niestandardowa kampania marketingowa. Młodzi konsumenci na zachodzie Europy coraz chętniej sięgają po napoje mleczne. Coca-Cola odniosła ogromy sukces ze swoimi mlecznymi napojami Fairlife, które trafiły w gusta młodego pokolenia. Wyraźny trend do redukcji zawartości cukru w napojach gazowanych otwiera nowe możliwości dla produktów mleczarskich również. Rośnie także kategoria napojów dla osób aktywnie uprawiających sport, gdzie mleko i bakterie probiotyczne mają wiele do zaoferowania.

Beta-glukany

Są polimerami glukozy syntetyzowanymi przez mikroorganizmy (czasami są określane jako „drożdżowa celuloza”), jak również występującymi w matrycy roślinnej. Są nazywane modyfikatorami odpowiedzi biologicznej, gdyż ludzki układ odpornościowy rozpoznaje je jako antygeny. Wiele badań dowodzi, że beta-glukany zwiększają odporność na zakażenia powodowane przez bakterie Gram-ujemne, mogą zwiększać skuteczność działania antybiotyków oraz obniżać poziom cholesterolu LDL w organizmie, dlatego są wykorzystywane jako środki służące obniżaniu cholesterolu. Wykazują również zdolność do wiązania wody i emulgowania, dlatego mogą być wykorzystywane w produkcji niskotłuszczowych sosów i majonezów. W przypadku beta-glukanów zaakceptowano w UE oświadczenie zdrowotne twierdzące, że pomagają w utrzymaniu prawidłowego poziomu cholesterolu we krwi. Oświadczenie takie może być stosowane wyłącznie w odniesieniu do żywności, która zawiera co najmniej 1 g beta-glukanów pochodzących z owsa, otrębów owsianych, jęczmienia, otrębów jęczmiennych lub mieszanek tych źródeł na określoną ilościowo porcję. Aby oświadczenie mogło być stosowane, podaje się informację dla konsumenta, że korzystne działanie występuje w przypadku spożywania dziennie 3 g beta-glukanów pochodzących z owsa, otrębów owsianych, jęczmienia, otrębów jęczmiennych lub mieszanek tych beta-glukanów. Osobno wydano pozytywną opinię dla beta-glukanów z owsa i jęczmienia: „spożycie beta-glukanów pochodzących z owsa lub jęczmienia w ramach posiłku pomaga ograniczyć wzrost poziomu glukozy we krwi po tym posiłku”. Oświadczenie może być stosowane wyłącznie w odniesieniu do żywności zawierającej co najmniej 4 g beta-glukanów z owsa lub jęczmienia na każde 30 g węglowodanów przyswajalnych, w określonej ilościowo porcji w ramach posiłku. Aby oświadczenie mogło być stosowane, podaje się informację dla konsumenta, że korzystne działanie występuje w przypadku spożycia beta-glukanów pochodzących z owsa lub jęczmienia w ramach posiłku.

Inne

W odniesieniu do oligosacharydów z rodziny rafinozy, takich jak rafinoza, stachioza, werbaskoza i ajugoza, występujące głównie w nasionach roślin strączkowych, to one z żywieniowego punktu widzenia stanowią problemy fizjologiczne, gdyż podczas trawienia w układzie pokarmowym człowieka wywołują efekt wydzielenia znacznych ilości gazów powodując silne, kłopotliwe wzdęcia. Oligosacharydy z rodziny rafinozy zbudowane są z łańcucha cukrowego, w którym do cząsteczki sacharozy przyłączone są wiązaniem α-l,6-glikozydowym od 1 do 4 cząsteczek galaktozy. W piśmiennictwie anglojęzycznym ta grupa oligosacharydów jest określana jako α-galaktozydy i trzeba ją odróżnić od galaktooligosacharydów, tym bardziej że ulegają nieselektywnej fermentacji w układzie pokarmowych człowieka i tym samym nie wykazują pełnych właściwości prebiotycznych.

Probiotyki

Z terminem „prebiotyki” związany jest termin „probiotyki”. Oba, jeśli są razem stosowane w żywności, stanowią symbiotyk wykazujący synergistyczny wpływ na organizm człowieka. Probiotyki są to żywe i przyjazne mikroorganizmy. W 2001 r. eksperci pracujący przy FAO/WHO przyjęli definicję probiotyku, wedle której są to żywe drobnoustroje, które podawane w odpowiednich ilościach, wywierają korzystne skutki zdrowotne. Komórki probiotyczne muszą pozostać żywe i nienaruszone w całym procesie trawienia w układzie pokarmowym i powinny wspierać florę jelitową. Ponieważ od probiotyków nie oczekuje się zdolności do zasiedlenia układu pokarmowego człowieka, wymagane jest regularne ich spożywanie. Od tamtej pory termin „probiotyk” jest niejednokrotnie nadużywany, gdyż wiele produktów wykorzystuje ten termin bez spełniania wymaganych kryteriów probiotyczności. Z tego powodu w 2013 r. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) zorganizowało spotkanie ekspertów w sprawie probiotyków (gastroenterologia, pediatria, medycyna rodzinna, mikroflora jelit, mikrobiologia bakterii, genetyka drobnoustrojów, immunologia i żywność), aby przeanalizować koncepcję probiotyków. Panel naukowy postanowił nie zmieniać zbytnio zakresu stosowania terminu „probiotyk” i zachować definicję opracowaną przez ekspertów FAO/WHO, z niewielką gramatyczną zmianą: „żywe mikroorganizmy, które po podaniu w odpowiedniej ilości, przynoszą korzyści dla zdrowia gospodarza”. Postanowiono jednocześnie zawrzeć w ramach definicji te gatunki bakterii, którym zostały udowodnione właściwości prozdrowotne w odpowiednio kontrolowanych badaniach, a także zawrzeć w ramach definicji nowe szczepy komensalne i konsorcja obejmujące określone szczepy pochodzące od ludzi, o potwierdzonym bezpieczeństwie i skuteczności. Tym samym stwierdzono, że poza definicją „probiotyku” pozostają pojęcia: „żywe kultury” (tradycyjnie związanymi z żywnością fermentowaną, dla których nie ma dowodów na właściwości prozdrowotne), „metabolity szczepów probiotycznych” (a także martwe komórki tych mikroorganizmów lub inne nieożywione produkty na bazie tych mikroorganizmów) oraz „niezdefiniowane przeszczepy mikroflory kałowej” (faecal microbiota transplants, FMT). Obecnie, na podstawie opinii naukowych przegotowanych przez EFSA i dotyczących oświadczeń zdrowotnych i żywieniowych, zastosowanie terminu „probiotyk” zostało ograniczone w krajach Unii Europejskiej, ponieważ uznaje się je za mylące konsumentów, w przypadku braku zatwierdzonego oświadczenia zdrowotnego. W rejestrze Komisji Europejskiej (http://ec.europa.eu/food/safety/labelling_nutrition/claims/register/public/?event=search) na bieżąco jest aktualizowany wykaz zatwierdzonych oświadczeń zdrowotnych i żywieniowych. I jak dotąd żaden szczep mikroorganizmu, powszechnie uznany za probiotyczny, nie otrzymał pozytywnej opinii EFSA. Co ciekawe, EFSA zaakceptowała oświadczenie zdrowotne dotyczące żywych kultur jogurtowych (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus i Streptococcus thermophilus). Oświadczenie to podaje, że żywe kultury w jogurcie lub mleku fermentowanym poprawiają trawienie zawartej w produkcie laktozy u osób mających trudności z trawieniem laktozy. Aby oświadczenie mogło być stosowane, jogurt lub fermentowane mleko powinny zawierać w jednym gramie co najmniej 100 mln żywych komórek kultur starterowych.