Wzbogacanie nabiału: Nabiał ze składnikami bioaktywnymi

Makroskładniki

Węglowodany, lipidy i białka są niezbędne dla zdrowia człowieka. W każdej z tych trzech kategorii makroskładników znajdzie się wiele przykładów substancji bioaktywnych. Węglowodany należą do grupy biopolimerów powszechnie występujących we wszystkich organizmach żywych, których podstawowym elementem są monosacharydy, głównie pentozy lub heksozy. Większość sacharydów występuje w naturze w formie łańcuchów o średniej (oligosacharydy) i dużej (polisacharydy) masie cząsteczkowej. Ich struktura może być liniowa lub rozgałęziona. Właściwości biologiczne polisacharydów są silnie skorelowane ze strukturą polimeru węglowodanowego, jego masą cząsteczkową, składem monosacharydów, rodzajem wiązań glikozydowych i stopniem rozgałęzienia. Funkcje fizjologiczne węglowodanów mogą być różnorodne: od funkcji energetycznych (skrobia, glikogen) do strukturotwórczych (chityna egzoszkieletów niektórych zwierząt i grzybów lub celuloza u roślin). Wśród tych składników zidentyfikowano również sacharydy bioaktywne, czyli takie, które wykazują biologiczne skutki dla organizmów żywych. 

Glikonauka skupia się coraz bardziej na identyfikacji natywnych funkcji biologicznych niektórych bioaktywnych polisacharydów. Wiele z nich zyskało uwagę ze względu na udokumentowane działania biologiczne, takie jak działanie przeciwnowotworowe, antyoksydacyjne, przeciwcukrzycowe, przeciwwirusowe, hipolipidemiczne i immunomodulacyjne. Właściwości funkcjonalne polisacharydów i oligosacharydów takich jak pektyna, inulina, beta-glukan wykorzystywane są od dawna w funkcji błonnika, prebiotyków lub czynników hipocholesterolemicznych i zostały zaakceptowane w formie oświadczeń zdrowotnych i umieszczone w Rozporządzeniu Komisji (UE) nr 432/2012, będącym wykazem oświadczeń zdrowotnych i żywieniowych. Aktualnie wiele sacharydów o potencjale nutraceutycznym stale wprowadza się na listę nowej żywności, w tym galaktooligosacharydy, izomaltooligosacharydy, ekstrakt z otrębów pszennych bogaty w oligosacharydy arabinoksylanowe i beta-glukany drożdżowe, a także oligosacharydy mleka ludzkiego, w tym kwas N-acetylo-D-neuraminowy, 2′-fukozylolaktoza i lakto-N-neotetraoza. Lipidy to kolejna grupa niezbędnych składników odżywczych występujących w różnych produktach – zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych. Wśród tych związków do wyjątkowo bioaktywnych należy zaliczyć niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe, fitosterole i triterpeny. Składniki te odgrywają istotną rolę w regulacji ciśnienia krwi, modulacji stanów zapalnych oraz utrzymania prawidłowego funkcjonowania układu sercowo-naczyniowego. Bioaktywne lipidy stanowią zróżnicowaną grupę związków o ogromnym potencjale terapeutycznym, co uwzględniono w szeregu oświadczeń żywieniowych i zdrowotnych, podkreślając znaczenie kwasów ALA, DHA, EPA, CLA, oleinowego, steroli i stanoli roślinnych. Rosnące znaczenie tych związków w promowaniu zdrowia przekłada się na poszukiwanie nowych źródeł bioaktywnych lipidów i technologii ich pozyskiwania. Wśród nowości znajdziemy olej algowy z mikroalg, olej z nasion Allanblankia, olej z kryla antarktycznego z Euphausia superba, olejek z nasion żmijowca Echium plantagineum, olej wzbogacany fitosterolami i fitostanolami. Oleje te są źródłem kwasów omega-3 lub składników będących substratem do ich biokonwersji w organizmie ludzkim i mogą być naturalnym nośnikiem niezbędnych kwasów tłuszczowych w procesie wzbogacania żywności. Bioaktywne białka i peptydy są kolejną, bardzo różnorodną grupą makroskładników, które mogą pochodzić z różnych źródeł (roślinnych, zwierzęcych i biotechnologicznych). Białka te mają różne funkcje fizjologiczne, w tym przeciwutleniające, przeciwdrobnoustrojowe (bakteriocyny, laktoferyna), immunomodulujące, hipocholesterolemiczne, przeciwcukrzycowe i przeciwnadciśnieniowe (kwas γ-aminomasłowy, czyli GABA) oraz opioidowe (beta-kazomorfiny). Postęp biotechnologiczny i biochemiczny daje nowe możliwości syntezy białek o specyficznych cechach biomedycznych i biofunkcjonalnych. W konsekwencji nowa gama bioaktywnych związków została wpisana na listę nowej żywności. Substancje takie jak L-alanylo-L-glutamina, przeznaczona dla osób poddanych intensywnemu wysiłkowi fizycznemu, laktoferyna bydlęca oraz peptydy rybne pochodzące z Sardinops sagax – przeznaczone do napojów mlecznych i jogurtów w celu wzmocnienia ich działania kardioprotekcyjnego i regeneracyjnego – zostały zatwierdzone do stosowania. 

Fitozwiązki

Potężną grupą składników bioaktywnych są fitozwiązki, czyli substancje naturalnie występujące w surowcu roślinnym. Potencjał prozdrowotny surowców roślinnych znamy od dawna, a mimo to nadal jest to istotne pole badawcze pod względem pozyskiwania i identyfikacji specyficznych substancji terapeutycznych. Flawonoidy (flawonole, flawony, izoflawony, antocyjany), lignany, kwasy fenolowe i stylbeny (np. resweratrol) są to cztery główne podgrupy polifenoli o działaniu antyoksydacyjnym. Polifenole pomagają poprawić profil lipidowy, regulować ciśnienie krwi, insulinooporność i przeciwdziałać przewlekłym stanom zapalnym. Kwercetyna (flawonoid) oraz resweratrol to związki o kluczowym znaczeniu dla prawidłowego funkcjonowania układu sercowo-naczyniowego. Polifenole kakaowe, głównie flawany, wykazują potwierdzone epidemiologicznie korzystne działanie na zdrowie układu sercowo-naczyniowego, immunologicznego i trawiennego. Nie bez powodu w wykazie nowej żywności umieszczono ekstrakt z odtłuszczonego proszku kakaowego przeznaczonego do napojów na bazie mleka, o potencjale antyoksydacyjnym, na liście tej wpisano również trans-resweratrol. 

Z kolei beta-karoten, likopen, luteina, zeaksantyna i kryptoksantyna należą do grupy związków karotenoidowych, powszechnie występujących w surowcu roślinnym oraz wtórnie w surowcu odzwierzęcym. Aktywność tej grupy substancji jest bardzo szeroka: od działań hipocholesterolimicznych, poprzez przeciwdziałanie złamaniom poosteoporotycznym, aż po wspomaganie funkcji poznawczych. Podstawową funkcją tych składników jest aktywność przeciwutleniająca wobec błon lipidowych, neutralizacja reaktywnych form tlenu i rodników tlenku azotu. Aktualnie preparaty likopenu i zeaksantyny są wykazane na liście nowej żywności. 

Alkaloidy to rozległa grupa związków organicznych, powszechnie występujących w świecie roślin, a także w niektórych gatunkach grzybów, bakterii i zwierząt. Z uwagi na ogromną różnorodność ich struktur klasyfikacja systematyczna alkaloidów okazuje się niezwykle złożona. Do najczęściej spotykanych należą morfina, efedryna i nikotyna. Zainteresowanie alkaloidami wynika z ich szerokiego spektrum działania na organizmy żywe.

Mikroelementy

Witaminy i składniki mineralne są to mikroelementy niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych. W przypadku witamin większość z nich nie jest syntetyzowana w organizmie człowieka, dlatego niezbędna jest ich podaż z zewnątrz. Największą ilość oświadczeń zdrowotnych i żywieniowych w wykazie oświadczeń przypisano właśnie do witamin i składników mineralnych. Bioaktywność witamin i minerałów jest ciągłym przedmiotem badań i stale potwierdza się ich znaczenie dla organizmów żywych. W celu efektywniejszego uzupełniania niedoborów tych składników poszukiwane są nowe formy oraz drogi pozyskania zapewniające efektywniejszą biodostępność tych składników. Dlatego wykaz nowej żywności jest rozszerzany również o kolejne formy witamin i składników mineralnych, w tym: witaminę K₂ (menachinon), pikolinian chromu, L-pidolan cynku, fosforan amonowo-żelazowy.

Biotyki

Są to składniki wchodzące w interakcje profilujące prawidłową mikroflorę jelit. Do biotyków zaliczyć należy probiotyki, prebiotyki i postbiotyki, a wzajemna zależność oraz wynikające z niej następstwa wpływają jednoznacznie na poprawę fizjologicznego stanu organizmu. Probiotyki jako żywe komórki bakterii promują wzrost prawidłowej mikroflory, tłumiąc wzrost mikroflory patogennej. Ponadto kształtują odpowiedź immunologiczną poprzez zwiększanie aktywności komórek odpornościowych i produkcję cytokin przeciwzapalnych oraz utrzymanie integralności bariery jelitowej. 

Prebiotyki jako niestrawna część włókna sacharydowego przyczyniają się do selektywnego odżywiania korzystnej mikroflory jelit. Zwiększają tym samym różnorodność i aktywność mikroflory jelitowej. To symbiotyczne działanie probiotyków i prebiotyków przekłada się na wzmocnienie odpowiedzi immunologicznej i jednoczesną redukcję stanów zapalnych. Połączenie synbiotyczne skutkuje syntezą postbiotyków, czyli produktów aktywności enzymatycznej i fermentacyjnej mikroflory jelit. Z kolei postbiotyki są to bioaktywne substancje chemiczne lub metabolity będące produktem ubocznym aktywności probiotycznej. Ze względu na szeroki zakres aktywności biologicznej postbiotyki zyskały zainteresowanie swym potencjałem terapeutycznym. 

Jednymi z najbardziej znanych i najlepiej zbadanych postbiotyków są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) takie jak kwas octowy, propionowy i masłowy. Kwasy te są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania jelit, ponieważ stanowią źródło energii dla kolonocytów, tym samym poprawiają integralność bariery jelitowej. Oprócz tego kwasy mlekowy i octowy są kwasami organicznymi warunkującymi utrzymanie odpowiedniego pH środowiska jelitowego, czym stymulują wzrost wyselekcjonowanej grupy mikroflory. Do istotnych postbiotyków zaliczyć należy również bakteriocyny, czyli peptydy przeciwdrobnoustrojowe o selektywnym odziaływaniu na mikroflorę jelit (takie jak nizyna i pediocyna). Doniesienia naukowe wykazują potencjalną aktywność przeciwnowotworową oraz immunomodulacyjną bakteriocyn. Poza bakteriocynami wybrane gatunki bakterii fermentacji mlekowej wytwarzają peptydy hamujące konwertazę angiotensyny (ACE). Substancje hamujące ACE są powszechnie stosowane w leczeniu nadciśnienia. ACE jest niezbędna do przekształcania angiotensyny 1 w angiotensynę 2, która zwęża naczynia krwionośne i może powodować podwyższenie ciśnienia. W literaturze opisano produkty mleczne zawierające peptydy hamujące ACE – produkty te cechują się wysokim stopniem proteolizy. Ponadto w mlecznych produktach fermentowanych wykazano obecność peptydów antyoksydacyjnych i ostatecznie potencjał oksydoredukcyjny produktów fermentowanych. Innym ciekawym postbiotykiem będącym efektem działań proteolitycznych mikroflory technologicznej są aminy biogenne, w tym kwas γ-aminomasłowy (GABA), który jest neuroprzekaźnikiem wpływającym na regulację ciśnienia krwi u pacjentów z łagodnym nadciśnieniem, a jednocześnie wykazuje potencjał przeciwnowotworowy. Egzopolisacharydy (EPS) są syntetyzowane przez bakterie fermentacji mlekowej. EPS działają analogicznie do prebiotyków i promują rozwój korzystnej mikroflory jelitowej. Poza tym mogą poprawiać funkcję barierową jelit oraz stymulować działanie układu odpornościowego. Innym przykładem postbiotyku z grupy węglowodanów są oligosacharydy mleka ludzkiego, których produkcję można również przypisać wybranym szczepom bakterii fermentacji mlekowej. Kolejnym przykładem sacharydu postbiotycznego o działaniu immunostymulacyjnym jest peptydoglikan – składnik błony komórkowej bakterii probiotycznych. Istotną grupę postbiotyków stanowią witaminy. Ponadto niektóre bakterie kwasu mlekowego wykazują zdolność do syntezy witamin, których ludzie nie są w stanie syntetyzować wewnątrzustrojowo, między innymi: kwasu foliowego (B₉), kobalaminy (B₁₂), ryboflawiny (B₂) i menachinonu (K₂). 

Analiza znaczenia terapeutycznego postbiotyków wykazuje ich wyższość w porównaniu z probiotykami ze względu na większą stabilność technologiczną, łatwe przechowywanie i aplikacje bez kontroli przeżywalności komórek bakteryjnych. Kwestie te wymagają dalszych badań i analizy, jednak dzięki szerokiemu zakresowi efektów biologicznych oraz bioróżnorodności postbiotyków należy zauważyć, że obecność prawidłowej mikroflory jelit i ich właściwa stymulacja może być gwarantem syntezy większości składników bioaktywnych. Większość bioaktywnych związków wymienionych powyżej jest syntetyzowana przez wybrane szczepy probiotyczne. Tym samym oferowanie produktów zapewniających bioróżnorodność mikroflory oraz procesy technologiczne wspierające aktywność enzymatyczną prozdrowotnej mikroflory mogą jednocześnie zapewniać podaż bioaktywnych funkcjonalnych składników w żywności. Rozwój badań molekularnych omicznych takich jak transkryptomika, metabolomika, genomika i proteomika może pomóc w dalszym zrozumieniu potencjału bioaktywnych składników żywności wytwarzanym przez komórki żywe (roślinne, zwierzęce, mikrobiologiczne) i próbę ich odtworzenia w warunkach kontrolowanych.