Nauka: Dobroczynne mikroorganizmy

Już od czasów starożytnych mikroorganizmy są wykorzystywane do biologicznego utrwalania produktów spożywczych: mleka, mięsa, ryb, warzyw i owoców, przy okazji nadając im nowe, pożądane, atrakcyjne cechy organoleptyczne. Postępy naukowe i technologiczne, obserwowane już od ponad stu lat, pozwalają znajdować kolejne argumenty dowodzące dobroczynności mikroorganizmów wykorzystanych w produkcji żywności, w tym produkcji mleczarskiej.

Produkcja mleczarska najczęściej kojarzona jest z wykorzystaniem bakterii kwasu mlekowego (LAB, Lactic Acid Bacteria). Bakterie kwasu mlekowego to grupa bakterii gram-dodatnich, które wykorzystują węglowodany jako jedyne lub główne źródło węgla. Stanowią wszechobecną grupę bakterii, która jest szeroko rozpowszechniona w przyrodzie w niszach mleczarskich (fermentowanych), pochodzenia mięsnego i roślinnego, w przewodzie pokarmowym i moczowo-płciowym ludzi i zwierząt oraz w glebie i wodzie. Pod względem morfologii komórki bakteryjne LAB to zazwyczaj paciorkowce lub pałeczki, wykazujące silną tolerancję na niskie wartości pH. 

Mikroorganizmy te są dobrze znane ze swojej zdolności do przekształcania substratów węglowodanowych w kwasy organiczne (głównie kwas mlekowy jako główny produkt końcowy ich metabolizmu beztlenowego) oraz do syntezy szerokiej gamy metabolitów (w tym krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, aminów, bakteriocynów, witamin i egzopolisacharydów), które korzystnie wpływają na odżywcze, sensoryczne i technologiczne właściwości fermentowanych produktów spożywczych. Z tych powodów LAB są szeroko stosowane:

• jako kultury starterowe,
• jako probiotyki,
• w produkcji interesujących związków (tj. nutraceutyków), ze względu na ich wszechstronny metabolizm. 

Wiedza o dobroczynnych właściwościach bakterii mlekowych wykorzystywanych w produkcji mleczarskiej jest oparta na doświadczeniach prowadzonych na różnych rodzajach, gatunkach i szczepach tych bakterii. Wielokrotnie całym grupom (rodzajom i gatunkom) tych bakterii przypisywano właściwości prozdrowotne, chociaż zostały one zbadane i udokumentowane tylko w odniesieniu do pewnych konkretnych szczepów (tzw. szczepów probiotycznych) LAB. Jednakże nie ulega wątpliwości, że wiele z korzystnych właściwości LAB wykazują nie tylko szczepy probiotyczne, ale także bakterie kwasu mlekowego tradycyjnie wykorzystywane w produkcji mleczarskiej.

W wyniku aktywności LAB również białka mleka ulegają nadtrawieniu, zwiększa się zawartość wolnych peptydów i aminokwasów (np. metioniny, lizyny, tryptofanu), dzięki czemu zwiększa się strawność białka w pożywieniu, co poprawia wartość odżywczą białka spożywczego, a także pomaga ludzkiemu przewodowi jelitowemu w absorpcji aminokwasów zawartych w produktach mlecznych. Enzymy bakteryjne zapoczątkowują także hydrolizę tłuszczu, dzięki czemu zwiększa się również jego przyswajalność. Ponadto kwasy organiczne, w tym kwas mlekowy, wytwarzane przez LAB mogą pobudzać wydzielanie śliny oraz soków trawiennych i tym samym przyczyniać się do poprawy perystaltyki jelit. Dlatego fermentowane produkty mleczarskie (głównie napoje fermentowane) są szczególnie polecane dla osób ze schorzeniami lub zaburzeniami pracy narządów układu pokarmowego oraz o słabej aktywności enzymatycznej układu trawiennego. Należy również zauważyć, że kwas mlekowy przyczynia się do zwiększenia przyswajalności wapnia, żelaza, fosforu i innych pierwiastków przez organizm człowieka, dzięki czemu pomaga zapobiegać osteoporozie i próchnicy zębów.

Bakterie kwasu mlekowego, rozkładając białka w żywności, wytwarzają różnorodne peptydy drobnocząsteczkowe (tzw. peptydy funkcjonalne) lub wolne aminokwasy mogące wykazywać specyficzne aktywności fizjologiczne w organizmie człowieka. Niektórym bakteriom mlekowym przypisuje się również zdolność do wytwarzania związków chemicznych mogących przyczyniać się do obniżania ciśnienia tętniczego krwi. Jak dotąd taki sposób oddziaływania bakterii mlekowych na ludzki organizm jest tylko przypuszczeniem, ale wyniki wstępnych badań in vitro są obiecujące. Na przykład bakterie kwasu mlekowego, takie jak L. delbrueckii, L. lactis, L. kefiri, S. thermophilus, L. acidophilus, L. casei i L. helveticus, mogą wytwarzać peptydy hamujące enzym konwertujący angiotensynę (ACE). Jest on odpowiedzialny za przekształcenie angiotensyny I do angiotensyny II, która jest substancją o silnych właściwościach powodujących kurczenie się drobnych naczyń tętniczych, co doprowadza do wzrostu ciśnienia krwi.

Innym interesującym metabolitem, który może być wytwarzany przez LAB (np. przez niektóre szczepy L. brevis), jest kwas gamma-aminomasłowy (kwas γ-aminomasłowy, GABA), aminokwas niebiałkowy, ważny neuroprzekaźnik w ośrodkowym układzie nerwowym, którego stężenie w ludzkim mózgu jest związane z wieloma chorobami. Obecnie w przemyśle fermentacyjnym L. brevis jest powszechnie stosowany do wytwarzania samego GABA. Przyszłościowo LAB, które mogą wytwarzać GABA, będą zapewne wykorzystywane do produkcji funkcjonalnych produktów żywnościowych. 

Wiele badań pokazuje obecnie, że bakterie kwasu mlekowego mogą syntetyzować różne witaminy, takie jak witaminy z grupy B (biotyna, ryboflawina, niacyna, kobalamina, pirydoksyna, folacyna, kwas pantotenowy), witaminy C, K, D. Na przykład L. lactis subsp. cremoris MG1363, prowadząc fermentację w obecności fruktozy lub trehalozy, może syntetyzować witaminę K2. Z kolei szczep L. sakei UONUMA syntetyzuje witaminy B2 (ryboflawinę), B3 (kwas nikotynowy i nikotynamid) oraz B6 (pirydoksynę), zaś L. reuteri CRL 1098 i L. coryniformis CRL 1001 to dobrze znane szczepy produkujące kobalaminę (B12). Synteza tych witamin przeprowadzona przez niektóre bakterie mlekowe w trakcie produkcji żywności fermentowanej może pokrywać część zapotrzebowania organizmu człowieka na te witaminy. W przemyśle spożywczym witaminy syntetyzowane podczas fermentacji bakterii kwasu mlekowego można uznać za wzbogacenie żywieniowe żywności.