MIKROORGANIZMY W PRODUKCJI KOSMETYKÓW I WYBRANYCH FARMACEUTYKÓW wykłady 1
PRODUKCJA PROBIOTYKÓW
BAKTERIE FERMENTACJI MLEKOWEJ TYP FIRMICUTES TYP ACTINOBACTERIA RZĄD LACTOBACILLALES RZĄD BIFIDOBACTERIALES Lactobacillus, Pediococcus, Lactococcus, Streptococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Tetragenococcus, Vagococcus oraz Weissella. Bifidobacterium
BAKTERIE FERMENTACJI MLEKOWEJ mikroorganizmy, niejednorodne pod względem morfologicznym i diagnostycznym: pałeczki, ziarniaki (dwoinki, łaocuszki, tetrady) nie wytwarzają przetrwalników nie są urzęsione katalazoujemne względne beztlenowce charakteryzują się metabolizmem fermentacyjnym, a głównym produktem przemian sacharydów jest kwas mlekowy (0,6-3%) tolerują niskie ph (3 4) optymalne temperatury wzrostu 20 28 0 C i 37 45 0 C naturalnym środowiskiem występowania bakterii mlekowych, poza przewodem pokarmowym człowieka i zwierząt, są rośliny, mleko oraz błony śluzowe ssaków
MEZOFILNE KULTURY STARTEROWE BAKTERII MLEKOWYCH Typ Gatunki bakterii Charakterystyka Zastosowanie O Kwaszące paciorkowce mlekowe: Lactococcus lactis subsp. lactis Lc. lactis subsp. cremoris brak fermentacji cytrynianów, nie wytwarzają sub. - sery twarogowe - serki wiejskie (typu cottage cheese ) - sery dojrzewające typu cheddar L D DL Lc. lactis subsp. lactis Lc. lactis subsp. cremoris oraz szczepy z rodzaju Leuconostoc: - Leuc. mesenteroides subsp. cremoris - Leuc. lactis - Leuc. mesenteroides subsp. dextranicum - Leuc. mesenteroides subsp. mesenteroides Lc. lactis subsp. lactis Lc. lactis subsp. cremoris szczepy Lc. lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis Lc. lactis subsp. lactis szczepy Lc. lactis subsp. cremoris szczepy Lc. lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis szczepy rodzaju Leuconostoc: - Leuc. mesenteroides subsp. cremoris - Leuc. lactis - Leuc. mesenteroides subsp. dextranicum - Leuc. mesenteroides subsp. mesenteroides aromatycznych powolną fermentację cytrynianów, wytwarzają nieznaczne ilości sub. aromatycznych. szybka fermentacja cytrynianów znaczne ilości sub. aromatycznych szybka fermentacja mleka wytworzenie aromatu - sery typu feta - twarogi - sery topione śmietana przeznaczona na wyrób masła większośd fermentowanych produktów mleczarskich: - masło - sery twarogowe - sery półtwarde (typu holenderskiego)
TERMOFILNE KULTURY STARTEROWE BAKTERII MLEKOWYCH Gatunki bakterii Charakterystyka Zastosowanie Lb. delbrueckii susp. bulgaricus Streptococcus salivarius subsp. thermophilus Lb. acidophilus Lb. helveticus Bif. longum Bif. bifidum Bif. infantis zróżnicowany stopieo fermentacji cytrynianów zależny od gatunku i szczepu mleczne napoje fermentowane sery dojrzewające
PRODUKTY KOOCOWE FERMENTACJI MLEKOWEJ kwas mlekowy kwas octowy aldehyd octowy CO 2 etanol diacetyl acetoina butanodiol
HOMOFERMENTATYWNA PRZEMIANA LAKTOZY Lactococcus lactis, Lactobacillus delbrueckii, Lb. plantarum, Lb. acidophilus
HETEROFERMENTATYWNA PRZEMIANA LAKTOZY Leuconostoc, Lactobacillus brevis, Lb. fermentum
LOTNE METABOLITY BAKTERII FERMENTACJI MLEKOWEJ diacetyl: Lactococcus lactis ssp. lactis i diacetylactis (10 mg/l), Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris (5mg/l) aldehyd octowy: Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus
PRZEMYSŁOWE WYKORZYSTANIE BAKTERII FERMENTACJI MLEKOWEJ
PROBIOTYKI Preparaty lub produkty żywnościowe zawierające pojedyncze lub mieszane kultury żywych mikroorganizmów, które podawane człowiekowi lub zwierzętom wywierają na ich organizmy korzystny wpływ.
ILIA MIECZNIKOV 1908 NAGRODA NOBLA Lactobacillus bulgaricus
MIKROFLORA CZŁOWIEKA Łączna liczba drobnoustrojów w organizmie człowieka 10 14 = 100 000 000 000 000 (100 bilionów) komórek Występują : na skórze powierzchnia ok. 2 m 2 drogi oddechowe powierzchnia ok. 80 m 2 w przewodzie pokarmowym powierzchnia od 150 do 400 m 2 W 1 gramie treści jelita grubego znajduje się do ok. 1 000 000 000 000 (1 bilion) komórek mikroorganizmów reprezentujących ponad 400-500 różnych gatunków Łącznie biomasa mikroorganizmów zasiedlających przewód pokarmowy wynosi 1-1.5 kg
MIKROFLORA PRZEWODU POKARMOWEGO CZŁOWIEKA Lactobacilli 1-100/g Lactobacilli 1x10 2 /g Streptococci 1x10 4 /g Lactobacilli Streptococci Enterobacteria Bifidobacteria Yeasts 1x10 5 /g 1x10 6 /g Odbyt Żołądek Dwunastnica Jelito czcze Jelito kręte Jelito grube Bifidobacteria Lactobacilli Streptococci Bacteroides Enterobacteria Bacteroides Eubacteria Bifidobacteria Anaerobic cocci Clostridia Lactobacilli Enterobacteria Streptococci Materiał genetyczny mikroorganizmów jelitowych może byd: ~50 100 razy większy niż gospodarza 1x10 5 /g 1x10 8 /g 1x10 9 /g 1x10 12 /g
MIKROFLORA JELIT NOWORODKÓW Szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka 12 Korzystny wpływ na zdrowie człowieka 10 Escherichia coli 8 6 4 Produkcja toksyn substancji kancerogennych szkodliwych enzymów 2 Log jtk/g Hamowanie rozwoju i aktywności szkodliwych mikroorganizmów, działanie immunomodulacyjne
MIKROFLORA JELIT KILKUTYGODNIOWEGO DZIECKA Szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka 8 12 10 Escherichia coli 6 Enterococcus Bifidobacterium Lactobacillus Korzystny wpływ na zdrowie człowieka Clostridium 4 2 Produkcja toksyn substancji kancerogennych szkodliwych enzymów Log jtk/g Hamowanie rozwoju i aktywności szkodliwych mikroorganizmów, działanie immunomodulacyjne
MIKROFLORA JELIT DOROSŁEGO CZŁOWIEKA Szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka 12 Bacteroides Eubacterium Korzystny wpływ na zdrowie człowieka 9 Bifidobacterium Lactobacillus Escherichia coli Clostridium 7 Enterococcus Veillonella 5 Produkcja toksyn substancji kancerogennych szkodliwych enzymów Staphylococcus Proteus Pseudomonas 3 Log jtk/g Hamowanie rozwoju i aktywności szkodliwych mikroorganizmów, działanie immunomodulacyjne
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SKŁAD MIKROFLORY czynniki środowiskowe region zamieszkania klimat nawyki kulturowe dieta antybiotyki i inne leki obce mikroorganizmy człowiek układ immunologiczny nabłonek jelitowy pankreatyna i inne soki trawienne enzymy kwasy żółciowe perystaltyka jelit ph jelit potencjał redox wiek płed stres choroby ekosystem jelitowy skład i metabolizm mikroflory jelitowej zależności ekologiczne (antagonizm, synergizm)
PRODUKTY METABOLIZMU LB O DZIAŁANIU ANTAGONISTYCZNYM Produkt Niespecyficzne Kwasy organiczne (mlekowy, octowy, 2-pirolidono-5-karboksylowy) Spektrum aktywności Większośd drobnoustrojów (szczególnie bakterie gnilne, gram-, nieliczne grzyby) Współzawodnictwo o substraty pokarmowe Bakteriocyny Inne Kwasy tłuszczowe Reuteryna (aldehyd b- hydroksypropionowy) Wszystkie drobnoustroje Różne bakterie, zależnie od rodzaju Różne gatunki i szczepy bakterii, zależnie od wrażliwości H 2 O 2
Szczep SZCZEPY BAKTERII PROBIOTYCZNYCH Efekty zdrowotne Lactobacillus rhamnosus GG (ATCC 53013) Kolonizacja przewodu pokarmowego, obniżenie aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed biegunkami po antybiotykoterapii, leczenie i zapobieganie biegunkom rotawirusowym, leczenie powracających biegunek spowodowanych przez Clostridium difficile, ochrona przed ostrymi biegunkami, leczenie choroby Crohna i dziecięcego artretyzmu reumatoidalnego, właściwości antagonistyczne w stosunku do bakterii wywołujących próchnicę zębów. Lactobacillus casei Shirota Ochrona przed zaburzeniami jelitowymi, leczenie biegunek rotawirusowych, utrzymywanie w równowadze mikroflory jelitowej, obniżanie aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed mutagenami pokarmowymi, pozytywne efekty w leczeniu raka pęcherza moczowego,wspomaganie układu odpornościowego we wczesnych stadiach raka okrężnicy, brak wpływu na system immunologiczny zdrowych osobników, leczenie obstrukcji Lactobacillus acidophilus NCFB 1748 Obniżanie aktywności enzymów fekalnych, zapobieganie biegunkom po radioterapii, leczenie obstrukcji
SZCZEPY BAKTERII PROBIOTYCZNYCH Lactobacillus casei Defensis DN 114 001 Stymulacja układu odpornościowego, zapobieganie i leczenie infekcji jelitowych, zmniejszenie częstości i skrócenie czasu trwania ostrych biegunek u dzieci, dobra przeżywalnośd w żołądku i dwunastnicy Bifidobacterium animalis DN 173 010 Wysoka przeżywalnośd w żołądku i dwunastnicy. Pozytywne efekty w skróceniu pasażu jelitowego pokarmu, szczególnie u osób starszych. Lactobacillus johnsonii (La1) (NCC533) Adherencja do komórek ludzkiego jelita, stymulacja układu odpornościowego, pozytywne efekty w leczeniu nieżytów przewodu pokarmowego, antagonizm w stosunku do Helicobacter pylori Bifidobacterium breve Yakult Lactobacillus acidophilus NCFM Ochrona przed mutagenami pokarmowymi, utrzymanie w równowadze mikroflory jelitowej, ochrona przed biegunkami Obniżenie aktywności enzymów fekalnych, wysoka aktywnośd β- galaktozydazy, dobra przeżywalnośd w przewodzie pokarmowym
BAKTERIE PROBIOTYCZNE Lactobacillus acidophilus, Lb. casei, Lb. johnsonii, Lb. rhamnosus, Lb. plantarum Bifidobacterium bifidum B. infantis, B. breve, B. longum
DOSTĘPNE NA RYNKU PREPARATY PROBIOTYKÓW
PREBIOTYKI Składniki żywności nie ulegające strawieniu przez enzymy jelitowe i które mogą korzystnie oddziaływad na organizm człowieka na drodze selektywnej stymulacji w okrężnicy, wzrostu i/lub aktywności jednego lub określonej liczby gatunków (szczepów) korzystnych dla zdrowia gospodarza bakterii. nie mogą byd hydrolizowane, ani wchłaniane w górnych odcinkach przewodu pokarmowego muszą podlegad selektywnej fermentacji przez potencjalnie korzystne bakterie bytujące w jelicie grubym muszą korzystnie modyfikowad układ mikroflory jelita grubego
OLIGOSACHARYDY α-glukany (produkty hydrolizy skrobi), fruktooligosacharydy, galaktooligosacharydy, ksylooligosacharydy, inulina oligosacharydy sojowe.
ZAWARTOŚD OLIGOSACHARYDÓW W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH Banany Szparagi Czosnek Por Cebula Cykoria Biała mąka 0.3 0.7g/100g 2.0 3.0g/100g 3.6 6.4g/100g 2.4 8.0g/100g 1.1 7.5g/100g 19.6 26.2g/100g 1.0 3.8g/100g
FUNKCJA OLIGOSACHARYDÓW stymulują wzrost bakterii fermentacji mlekowej (regulacja mikroflory jelitowej) obniżają wykorzystanie energii z pożywienia (leczenie otyłości) korzystnie wpływają na perystaltykę jelit nie powodują próchnicy zębów wspomagają adsorpcję wapnia z pożywienia (oligosacharydy sojowe)
SYNBIOTYKI Mieszanina probiotyków i prebiotyków korzystnie wpływających na zdrowie człowieka poprzez poprawę przeżywalności i kolonizacji żywych mikroorganizmów w przewodzie pokarmowym, osiągniętą na drodze selektywnej stymulacji ich wzrostu i aktywności. Żywnośd probiotyczna, prebiotyczna i synbiotyczna jest rodzajem ŻYWNOŚCI FUNKCJONALNEJ
SKŁADNIKI ŻYWNOŚCI FUNKCJONALNEJ Składnik Witaminy (E, C, B6, biotyna, kwas foliowy) Składniki mineralne (wapo, magnez, cynk) Kwasy tłuszczowe, wielonienasycone Błonnik pokarmowy (prebiotyki) Oligosacharydy (prebiotyki) Bakterie kwasu mlekowego (probiotyki) Korzyści zdrowotne Zapobiegawcze w chorobach układu krążenia, raka, katarakty, zapaleo, uszkodzeo układu nerwowego Zmniejszają ryzyko osteoporozy, wspomaga funkcje serca oraz pracę mięśni i mózgu, wspomagają system immunologiczny Zmniejszają ryzyko chorób układu krążenia. Niezbędne dla funkcjonowania układu nerwowego Obniżają poziom cholesterolu, zapobiegają pewnym typom nowotworów (jelita grubego) Stymulują korzystną mikroflorę jelita grubego, wspomagają zapobieganie próchnicy, zmniejszają wykorzystanie energii Korzystnie wpływają na układ mikroflory jelitowej człowieka, stymulują system immunologuiczny, zmniejszają ryzyko zachorowania na nowotwory jelita, zmniejszają częstotliwośd i skracają czas trwania biegunek
MLECZNE NAPOJE FERMENTOWANE Produkty otrzymane na drodze fermentacji mleka pod wpływem odpowiednich mikroorganizmów, które powodują obniżenie ph z lub bez koagulacji. Mikroorganizmy powinny byd żywe i aktywne w produkcie (w ilości powyżej 10 7 /g) do kooca okresu trwałości.
GENERACJE MLECZNYCH NAPOJÓW FERMENTOWANYCH I generacja Fermentacja spontaniczna, zapoczątkowana kwaszącą mikroflorą zakażającą mleko (wiele tysięcy lat temu) II generacja Fermentacja w wyniku szczepienia bakteriami mlekowymi (około 1900 roku) III generacja Fermentacja lub suplementacja jelitowymi bakteriami mlekowymi (około 1980 roku) IV generacja Fermentacja bakteriami probiotycznymi o udokumentowanych cechach zdrowotnych (około 1990 roku)
MLECZNE NAPOJE FERMENTOWANE NOWEJ GENERACJI