Termin probiotyk pochodzi od greckich słów pro bios - dla życia. Według definicji zaproponowanej przez FAO (Food and Agricultural Organization of the United Nations) probiotyki to żywe mikroorganizmy, które mają zdolność przeżycia w układzie pokarmowym i wykazują pozytywny wpływ na zdrowie konsumenta. W praktyce są to specjalnie wyselekcjonowane szczepy bakterii kwasu mlekowego i zbliżonych do nich bifidobakterii. Większość szczepów probiotycznych nie zasiedla ludzkiego przewodu pokarmowego, ale nawet ich krótkotrwała obecność wywiera korzystny wpływ na organizm. Dlatego należy pamiętać, że produkty zawierające szczepy które nie zasiedlają w naturze naszego jelita trzeba spożywać z odpowiednią częstotliwością. Na początku XX wieku, rosyjski uczony Ilia Miecznikow, zauważył występowanie związku między mikrobami jelitowymi a zdrowiem człowieka. Obserwując zdrowych i długowiecznych wieśniaków bułgarskich stwierdził, że spożywają dużo jogurtu zawierającego pewien rodzaj bakterii, wytwarzających kwas mlekowy.
Na bazie własnych spostrzeżeń stwierdził, że w właściwy sobie sposób regulują równowagę biologiczną bakterii jelitowych przewodu pokarmowego i hamują rozwój wielu zakaźnych drobnoustrojów chorobotwórczych - szczególnie flory gnilnej. Zanim jednak wprowadzono na rynek pierwszy celowo wyprodukowany produkt probiotyczny upłynęło aż 70 lat.
Doustne podawanie antybiotyków, przyjmowanie niektórych środków hormonalnych (np. gestagenów ), terapia radiacyjna, stresy, niewłaściwa dieta mogą przyczynić się do zakłócenia równowagi mikroflory jelitowej czego skutkiem jest m.in. zniszczenie bariery dla bakterii chorobotwórczych, zaburzenia przepuszczalności śluzówki jelitowej. W takich sytuacjach jak również w profilaktyce (zabezpieczająco przed dysbakteriozą) pomocne okazują się probiotyki.
Zdolności bakterii probiotycznych do przejścia przez układ trawienny do jelit badano za pomocą różnorakich testów. Polegają one m.in. na podaniu grupie ochotników produktów spożywczych zawierających określoną ilość CFU- na podstawie oceny ilości CFU w stolcu można wnioskować o przeżywalności i długości pozostawania danego szczepu w oganizmie. Ważne jest to, że czas pozostania probiotyka w organizmie zależy od szczepu, ale i od formy w jakiej szczep podajemy.
Spożywanie probiotycznych produktów oznacza więc zwiększenie w jelicie grubym liczby bakterii kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus oraz z rodzaju Bifidobacterium (można je skrótowo nazwać bakteriami LB), a tym samym wzmocnienie ochronnej bariery jelitowej lub przywrócenie jej stabilności m.in. poprzez:
Ponadto kwas mlekowy spełnia w organizmie człowieka wiele innych korzystnych funkcji, np.
Do innych zdrowotnych właściwości probiotyków należą:
Aby probiotyk mógł spełnić swoje zadanie należy podawać go z prebiotykami. Są to nie ulegające trawieniu składniki pokarmowe, którymi odżywiają się bakterie probiotyczne. Najczęściej stosowanymi prebiotykami są rozpuszczalne frakcje błonnika pokarmowego - inulina i oligofruktoza, występujące w wielu roślinach, na przykład: pomidorach, cykorii, porach, cebuli, czosnku, szparagach, bananach czy orzechach ziemnych. Badania wykazują, że obecność tych substancji w organizmie polepsza wchłanianie wapnia z przewodu pokarmowego. Przeprowadzono badania (A combination of prebiotic short- and long-chain inulin-type fructans enhances calcium absorption and bone mineralization in young adolescents ) na grupie młodzieży – części z nich podawano mieszaninę długo- i krótko- łańcuchowych fruktanów a drugiej placebo - maltodekstrynę (grupa kontrolna). Przed i po roku podawania związków określono stopień mineralizacji kości jak również absorpcję wapnia (w momencie rozpoczęcia eksperymentu, po 8tygodniach i po roku). Okazało się, że w grupie w której podawano fruktany stopień absorpcji wapnia był wyższy po 8 tygodniach i po roku odpowiednio o: 8,5 ± 1.6% i 5.9 ± 2.8%.
Z powyższym zagadnieniem wiąże się pojęcie synbiotyka czyli produktu spożywczego zawierającego zarówno probiotyki, jak również prebiotyki. Produkty synbiotyczne określane bywają także mianem żywności funkcjonalnej, czyli takiej, która oprócz standardowych funkcji odżywczych organizmu posiada dodatkowo zdolność poprawy zdrowia, samopoczucia lub zmniejsza ryzyko występowania chorób. Musi być przy tym normalnym składnikiem codziennej diety, a więc nie występować w postaci tabletek, kapsułek, kropli czy innych farmaceutyków.
Pierwsza linia obrony przeciwko drożdżakom. Wspomaga układ krążenia poprzez obniżanie poziomu cholesterolu. Zapobiega uszkodzeniom ścian jelit przed działaniem czterochloroetylenu. Wytwarza: acidolinę, acidofilinę, laktacynę i laktocydynę.
bakterie Gram-dodatnie, anaerobowe – przy czym szczepy izolowane z organizmów ludzkich wykazują mniejszą wrażliwość na tlen niż szczepy pozyskiwane z organizmów zwierzęcych. Obecnie do rodzaju Bifidobacterium zalicza się 29 gatunków. Występują głównie w przewodzie pokarmowym człowieka jak również na błonach śluzowych jamy ustnej i dróg rodnych. W przypadku niemowląt to Bifidobacterium (B. infantis, B. brevi i B. longum) najliczniej zasiedlają jelita, wraz z wiekiem ich ilość spada stanowiąc u dorosłych ludzi dopiero czwarty pod względem liczności rodzaj bakerii jelit.
Bakterie zaliczane do rodzaju Bifidibacterium należą do grupy bakterii fermentacji mlekowej (obejmuje ona pałeczki i ziarenkowce Gram-dodatnie należące również do innych rodzajów, wśród których ważniejsze to: Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus, Enterococcus, Leuconostoc) – końcowym produktem ich metabolizmu jest kwas mlekowy.
Mają zdolność do wykorzystywania różnych oligosacharydów jako źródła energii (galakto-, mannano-, fruktooligosacharydy), dzięki czemu efektywnie współzawodniczą z innymi gatunkami bakterii o miejsce w układzie pokarmowym. Różne szczepy wykorzystują poszczególne oligosacharydy na różnym poziomie, z różną intensywnością (np. w przypadku fruktooligosacharydów jest to związane z różną ekspresją enzymów zaangażowanych w hydrolizę fruktanów). Interesująca wydaje się zdolność różnych szczepów Bifidobacterium do wykorzystywania nietypowych cukrów jako źródeł energii. Dla niektórych szczepów B.longum związkami wykorzystywanymi do fermentacji są arabinogalaktany, gumy roślinne(m.in. gumy arabskiej nie fermentowanej przez jakikolwiek inny gatunek). Z kolei B.bifidium i B.infantis mają zdolność do fermentacji kwasu D-glukuronowego, a B. breve czy B. pseudocatenulatum L-fukozy.
Hamuje rozwój patogennych gatunków bakterii w okrężnicy, jelitach poprzez takie mechanizmy jak:
Stymuje odpowiedź immunologiczną – wzmaga zdolności fagocytujące granulocytów, wzmaga syntezą przeciwciał IgA w odpowiedzi na rotawirusy. Ze względu na powyższe właściwości bakterie z rodzaju Bifdobacterium stosuje się przy łagodzeniu biegunek wywołanych rotawirusami, przyjmowaniem antybiotyków, stanach zapalnych jelit, zespole drażliwego jelita.
Charakteryzuje się zdolnością obniżenia poziomu cholesterolu we krwi
Wykazuje działanie przeciwutleniające, chroni jelita i organizm przed działaniem wolnych rodników, antybiotyków, cukru i skutkami picia wody chlorowanej. Wykazuje działanie przeciwnowotworowe. Zapobiega infekcjom jelit i pochwy.
Wykazuje korzystne działanie w stanach zapalnych odbytnicy,zapobiega rozwojowi rotawirusów oraz uaktywnia humoralny system odporności.
Ochrania przed bakteriami z grupy Listeria. Chroni przed rozwojem guzów nowotworowych. Wykazuje większe zdolności przylegania do nabłonka jelitowego niż inne szczepy.
Doskonała alternatywa w stosunku do antybiotyków. Ważne narzędzie w zwalczaniu i ochronie przed rozwojem bakterii patologicznych.
Jest przydatny z probiotycznego punktu widzenia nie tylko dlatego, że zapobiega kolonizacji jelit przez bakterie patogenne, ale także dlatego, że namnaża się w wyjątkowo wysokiej jak na drożdże temperaturze 37 stopni. Proteazy produkowane przez S. boulardi inaktywują toksyny Clostridium difficile, bakterię glównie odpowiedzialną za biegunki towarzyszące antybiotykoterapii. Wykazuje również zdolność do „przyczepiania” bakterii do swojej powierzchni, które zamiast bytować w jelicie są usuwane wraz z S. boulardi z przewodu pokarmowego. Dowiedziono, iż S. boulardi o połowę zmniejsza ryzyko wystąpienia nieswoistej biegunki spowodowanej poddawaniu się antybiotykoterapii. Badania przeprowadzono niezależnie na osobnikach różnej płci, w różnym wieku, a także poddawanym hospitalizacji lub też nie. Podczas żadnego z eksperymentów nie zanotowano ubocznych działań stosowana liofilizowanych drożdży tego gatunku. Wywnioskowano, iż mają one działanie osłonowe dla ludzkiego przewodu pokarmowego.
Dla producentów ważnym aspektem przy selekcji szczepu jest genetyczna stabilność i żywotność w danym produkcie. Szuka się tych które dobrze wzrastają na tanich i łatwo dostępnych podłożach. Jest to również ważne dla konsumentów, gdyż zwykle bywa tak, że im tańszy proces produkcji tym tańszy produkt.
Producent produktów probiotycznych napotyka na szereg problemów technologicznych, które uniemożliwiają lub ograniczają zastosowanie poszczególnych szczepów:
Produkt uznawany za probiotyczny powinien zawierać minimum 106 żywych komórek pożądanych drobnoustrojów w 1 cm3 produktu ( jest to jednak zależne od zastosowanego szczepu, na przykład dla Lactobacillus acidophilus jest to 107 na 1cm3 produktu). Niestety w skutek przechowywania ilość mikroorganizmów spada, a określona ich zawartość jest niezbędna do pożądanego działania produktu. Dlatego też narzuca się producentom, aby do końca daty przydatności produktu wartość mikroorganizmów probiotycznych nie spadała poniżej wartości minimalnej.
Do tej pory na rynku dostępne są głównie mleczne produkty fermentowane (np.: jogurty, kefiry) o statusie produktów probiotycznych. Jednak wiele firm proponuje nowe rozwiązania. Firma Chr. Hansen Poland proponuje system bezpośredniego szczepienia substancji płynnych (Direct Liquid Inoculation) opracowany wraz z firmą Tetra Pak, dzięki któremu będzie możliwe dodawanie mikroorganizmów probiotycznych bezpośrednio do gotowych produktów takich jak soki owocowe czy warzywne. Technika ta umożliwia wzbogacanie w takie szczepy również wody mineralnej. Tego typy produkty są nazywane produktami probiotycznymi drugiej generacji. Natomiast trzecia generacja to produkty mleczne zawierające bakterie jelitowe o udokumentowanych właściwościach probiotycznych z rodzaju Bifidobacterium czy Lactobacillus. Do tej ostatniej grupy należy m.in. Activia.
Również wiele firm farmaceutycznych i kosmetycznych (produkcja kremów do twarzy) wykorzystuje preparaty probiotyczne. Firmy farmaceutyczne proponują szereg preparatów, zwykle w postaci kapsułek, które zawierają mieszankę kilku szczepów probiotycznych. Są one zwykle zalecane po leczeniu antybiotykami, gdyż umożliwiają odbudowanie naturalnej flory bakteryjnej, zniszczonej przez działanie tego typu leków. Przykładem może być tutaj Lakcid - jeden z najskuteczniejszych na polskim rynku probiotyków. Zawarte w nim szczepy Lactobacillus rhamnosus pochodzą z przewodu pokarmowego zdrowych polskich dzieci.
Probiotyki mogą zatem służyć naszemu zdrowiu, poprawiając między innymi kondycję naszego układu pokarmowego. Należy jednak śledzić publikacje dotyczące tego tematu. W nich możemy znaleźć informacje dotyczące działania takich produktów, jak i norm, które muszą zostać zachowane. Należy pamiętać, że nie każdy pierwszy lepszy jogurt, który zawiera żywe kultury bakterii jest jogurtem probiotycznym.
LAKCID® – zawiera 3 szczepy Lactobacillus rhamnosus (szczepy 573L/1, 573L/2, 573L/3 ) oporne na penicyline, erytromycynę i neomycynę oraz na oksytetracyklinę. Występuje w postaci proszku do sporządzenia zawiesiny podawanej doustnie. Stosowany profilaktycznie dla utrzymania prawidłowego składu mikroflory jelitowej, wspomagająco w przypadku terapii antybiotykowej, zapobiega biegunce podróżnych, w postaci głównej terapii dla nawracającego, rzekomobłoniastego leczenia okrężnicy. Na rynku dostępny jest w postaci: LAKCID (2mld CFU/ampułka pałeczek L.rhamnosus), LAKCID FORTE (10mld CFU/ampułka pałeczek L.rhamnosus).
Lactovaginal® - zawiera szczepy Lactobacillus rhamnosus. Występuje w formie kapsułek dopochwowych. Stosowany profilaktycznie lub w stanach zapalnych dróg rodnych, ma na celu utrzymanie lub przywrócenie równowagi flory bakteryjnej pochwy. Jedna kapsułka zawiera 1010 CFU L. rhamnosus.
Zastosowanie niektórych szczepów Lactobacillus acidophilus i bulgaricus w leczeniu trądziku (już w 1964 roku opisano wpływ codziennego przyjmowania L. acidophilus L. bulgaricus na zahamowanie trądziku R.H. Siver „Lactobacillus for the Control of Acne”, Journal of the Medical Society of New Jersey) . Probiotyki podaje się kobietom w ciąży w celu zminimalizowania wystąpienia atopowego zapalenia skóry u niemowląt.
Sery, wędliny, owoce i różne inne produkty spożywcze są pakowane w folię lub foliowe torby. Takie rozwiązanie jest przede wszystkim tańsze, a produkty z tworzywa sztucznego charakteryzują się większą trwałością niż papier czy karton. Jednak jest również druga strona medalu. Na świecie rocznie przybywa około 290 mln ton zużytych opakowań z tworzyw sztucznych. Ekolodzy pouczają, że to grozi w niedługim czasie katastrofą i przy każdych zakupach powinniśmy próbować zastąpić produkt tak opakowany na inny w przyjaznym środowisku materiale. To praktycznie niewykonalne, bo żywność na sklepowych półkach w zdecydowanej większości owinięta jest w tworzywa sztuczne.
Zapotrzebowanie na opakowania z tworzyw sztucznych jest ogromne na całym świecie. Opakowania syntetyczne wytworzone z różnych rodzajów polimerów np. polietylenów lub polipropylenów są nie lada problemem. Szacuje się, że kilkanaście procent z odpadów produkowanych przez duże miasta to właśnie tworzywa sztuczne. Ich właściwości fizyko-chemiczne powodują, że są odporne na działanie enzymów co uniemożliwia ich biodegradację. Zwykle tego typu odpady po prostu się składuje co nie likwiduje problemu, tylko raczej odkłada go na później. Bardzo powszechne są również spalarnie. Dzięki takiemu procesowi masa odpadów maleje o 40-60%. Jednak podczas spalania wytwarza się szereg toksycznych związków takich jak tlenki węglowodorów (furanów i dioksanów), które przedostają się do atmosfery. Przyszłością w tej dziedzinie jest recykling, czyli powtórne wykorzystanie odpadów tworzyw sztucznych. Niestety wytwarzamy ich więcej niż moglibyśmy przetworzyć i zagospodarować.
Istnieją jednak sposoby na unikanie stosowania tworzyw sztucznych. Jednym z takich rozwiązań jest pullulan.
Jest to pozakomórkowy, naturalny glukan (tak jak amyloza, celuloza lub dekstran ). Jego struktura chemiczna zależy od źródła węgla które wykorzystuje mikroorganizm (w zależności od rodzaju pożywki jaka zostanie zastosowana Aureobasidium pullulans może syntetyzować pullulan o różnej masie cząsteczkowej wahającej się od 103 do 3*106 Da), producenta (różne szczepy Aureobasidium pullulans) oraz od warunków produkcji. Podstawową formą pullanu jest liniowy α-glukan, zbudowany z α-trisacharydów składających się z trzech cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami α-(1-4)-D glikozydowymi. Natomiast cząsteczki α-trisacharydów są połączone wiązaniami α-(1-6)-D-glikozydowymi.
Rys.1 wzór strukturalny pullulanu
Ten złożony wielocukier syntetyzowany jest przez grzyb należący do gatunku Aureobasidium pullulans. Jest to gatunek powszechnie występujący w przyrodzie głównie na owocach i roślinach.
Rys.2 pullulan
Po oczyszczeniu ma on postać białego proszku bez żadnego zapachu i smaku. Jest rozpuszczalny w wodzie ale nierozpuszczalny w substancjach organicznych. Wodne roztwory są stabilne i mało nie są lepkie w porównaniu do innych sacharydów. Rozkłada się w 250-280C. Tworzy termostabilne, elastyczne, przeźroczyste, antystatyczne filmy, które w porównaniu z PCV, celofanem polipropylenem itp.) charakteryzują się ultra niską przepuszczalnością dla tlenu. Polisacharyd ten jest nietoksyczny (spożycie 15 gram na kilogram masy ciała nie powoduje żadnych zmian w ludzkim organizmie), nie powodujący alergii, łatwo przylegający, przędny jadalny i co bardzo ważne w pełni ulega biodegradacji.
Aureobasidium pullulans jest roślinnym patogenem, powodującym stigmatomykozę. Może być hodowany na agarze dextrozowym gdzie produkuje gładkie, jasno różowe, podobne do drożdży kolonie, które pokryte są cienką warstwą spor. Te mikroorganizmy produkują chlamidospory, dlatego też z wiekiem kolonie stają się czarne (stąd potoczna nazwa – czarne drożdże). Grzyby te rosną w przedziale temperaturowym 10 - 35 ºC z optimum przy 30 ºC.
Rośnie szybko, dojrzewa w ciągu 7 dni (po 7 dniowej inkubacji na agarze z glukozą pochodzenia ziemniaczanego, w temperaturze 25°C kolonie osiągają rozmiar 1-3 cm). Kolonie są płaskie, świecące, wilgotne, śluzowate, swoim wyglądem przypominają kolonie drożdży. Na początku mogą przybierać kolor biały, jasnoróżowy lub żółty w trakcie rozwoju zmieniają barwę na brązowy lub czarny.
Gdy kolonie są młode jedynymi, obserwowanymi pod mikroskopem strukturami są pączkujące pojedyncze komórki (blastospory). W trakcie dojrzewania kolonii (gdy czernieją) można zobaczyć strzępki.
Blastospory mają blady kolor. Obserwuje się ich zsynchronizowany rozwój.
Strzępki początkowo są szklista lecz później przybierają ciemnobrązową, a nawet czarną barwę. Ich rozmiar mieści się w granicach 2-10µm ale mogą też być 15-20µm.
Zarodniki (4-6 x 2-3 µm) są jednokomórkowe, szkliste, przybierają owalny lub cylindryczny kształt. Tworzą skupiska lub grupują się wzdłuż strzępek. Dzielą się przez pączkowanie i tworzą blastospory.
Aureobasidium pullulans mogą wywołać grzybicę skóry oraz płucną odmianę, a także zapalenie otrzewnej. U ludzi mogą kolonizować włosy, skórę i paznokcie. Patogeneza tych mikroorganizmów jest ograniczona i nie do końca poznana, dlatego też uważa się je raczej za czynnik zanieczyszczający.
Obecnie na świecie są znane tylko dwa produkty komercyjne oparte na pullulanie. Proces technologiczny produkcji pullulanu obejmuje następujące kroki:
Jedną z możliwości wykorzystania pullulanu jest tworzenie cienkich błon, które stanowią świetną barierę dla tlenu, chroniąc produkty żywnościowe przed procesami oksydacyjnymi. W celu uzyskania takiej powłoki należy zanurzyć produkt w kilku procentowym roztworze wodnym pullulanu i wysuszyć.
Większość szczepów syntetyzuje melaninę o czarnej barwie, co powoduje, że pullulan ma czarny kolor, przez co konieczne jest jego dodatkowe oczyszczanie. Również ze względu na niską wydajność produkcji polisacharydu przez Aureobasidium pullulans wzrastają koszty, a co za tym idzie i cena.
obecnie pracuje się nad udoskonaleniem szczepów producenckich zarówno metodami klasycznymi (izolacja szczepów o zwiększonej wydajności i naturalnym brakiem zdolności do produkcji melatoniny), jak i udoskonalaniu szczepów metodami inżynierii genetycznej. Na przykład w wyniku mutagenizacji skojarzeniowej (UV i etylenoimina) uzyskano mutanty o wyższej wydajności.