ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: 445-457 WYKORZYSTANIE OPORNYCH DEKSTRYN PRZEZ BAKTERIE Z RODZAJU Lactobacillus 1 Janusz Kapuśniak 1, Renata Barczyńska 2, Katarzyna ŚliŜewska 2, Zdzisława Libudzisz 2 1 Instytut Chemii i Ochrony Środowiska, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie 2 Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii, Politechnika Łódzka w Łodzi Wstęp GIBSON i ROBERFROID [1995] zaproponowali określenie prebiotyk dla grupy składników Ŝywności, które nie ulegają strawieniu i korzystnie wpływają na organizm gospodarza poprzez selektywną stymulację wzrostu i aktywności jednego lub niewielkiej liczby gatunków bakteryjnych w okręŝnicy. Autorzy Ci stwierdzili, Ŝe takie składniki muszą charakteryzować się następującymi właściwościami: nie mogą ulegać hydrolizie i wchłanianiu w jelicie cienkim, powinny stanowić selektywny substrat dla jednego lub ograniczonej liczby poŝytecznych gatunków bakterii bytujących w okręŝnicy, powinny stymulować rozwój korzystnej dla zdrowia flory przewodu pokarmowego, powinny powodować wystąpienie korzystnych dla gospodarza skutków miejscowych w świetle przewodu pokarmowego, bądź efektów układowych. Prebiotyki mogą być równieŝ określane jako poŝywienie dla okręŝnicy, tzn. jako pokarm docierający do okręŝnicy, gdzie stanowią poŝywkę dla endogennych bakterii, które pośrednio zaopatrują organizm gospodarza w energię, substraty metaboliczne i niezbędne składniki pokarmowe [ROBERFROID 2000; CUMMINGS i in. 2001; MACFARLANE i in. 2006]. Do obecnie zidentyfikowanych prebiotyków zalicza się: laktulozę, lakcitol, inulinę i róŝne oligosacharydy. Najwięcej doniesień o stymulującym działaniu na korzystne dla człowieka bakterie jelitowe dotyczy oligosacharydów. Uznaje się je za najistotniejszą grupę substancji o właściwościach prebiotycznych [HOPKINS i in. 1998; GIBSON 1999; RASTALL i in. 2005; SWENNEN i in. 2006]. Wiele oligosacharydów spoŝywanych z Ŝywnością ulega jednak rozkładowi w górnych odcinkach przewodu pokarmowego ssaków pod wpływem enzymów hydrolitycznych, a powstałe monosacharydy są wchłaniane w jelitach. Jednak niektóre oligosacharydy, nie ulegające strawieniu, mogą docierać do jelita grubego i tam być fermentowane przez ograniczoną liczbę gatunków mikroorganizmów, wśród których znajdują się korzystne dla człowieka bakterie z rodzajów Bifidobacterium i Lactobacillus. Stąd teŝ oligosacharydy przechodzące do dolnych odcinków przewodu pokarmowego są nazywane czynnikami bifidogennymi. 1 Praca naukowa finansowana ze środków na naukę Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego jako projekt badawczy własny numer N N312 3261 33.
446 J. Kapuśniak i inni Ze względu na ograniczoną ilość substancji selektywnie wykorzystywanych przez korzystną dla człowieka mikroflorę jelitową, wciąŝ istnieje duŝe zapotrzebowanie na nowe prebiotyki, które moŝna by z powodzeniem wykorzystać w profilaktyce i kontroli funkcjonowania jelita grubego. DuŜe nadzieje wiąŝe się z zastosowaniem produktów skrobiowych, w szczególności skrobi opornej [ASP i in. 1996; CUMMINGS i in. 1996; TOPPING, CLIFTON 2001; NUGENT 2005] oraz produktów otrzymywanych w wyniku częściowej degradacji skrobi [LESZCZYŃSKI 2004]. Dekstrynizacja skrobi prowadzona w odpowiednich warunkach została zaproponowana jako metoda otrzymywania dekstryn o właściwościach skrobi opornej [OHKUMA i in. 1990]. Dekstryny te zostały nazwane opornymi mi. Są one definiowane jako krótkołańcuchowe polimery glukozy, które są oporne na działanie enzymów przewodu pokarmowego człowieka. Większość spośród handlowo dostępnych opornych dekstryn jest wytwarzanych ze skrobi poprzez działanie na nią temperaturą lub temperaturą i kwasem [Panel on the definition of dietary fiber 2001]. Oporne dekstryny są dostępne handlowo. Dobrze znaną rozpuszczalną oporną dekstryną jest Fibersol. Fibersol wykazuje szereg korzyści fizjologicznych: jest wolnofermentowany [FLICKINGER i in. 2000], reguluje poziom glukozy we krwi, a w konsekwencji takŝe poziom insuliny [UNNO i in. 2002], redukuje poziom trójglicerydów i cholesterolu [YAMAMOTO 2007], zmniejsza ilość tkanki tłuszczowej w trzewiach [OHKUMA i in. 2006], utrzymuje prawidłowy stan okręŝnicy, redukuje częstotliwość występowania chorób jelita grubego poprzez zwiększenie objętości stolca, wilgotności i zredukowanie czasu przejścia [TAKAGAKI i in. 2001]. Wykazano, Ŝe Fibersol stymuluje wzrost korzystnej flory jelitowej i szczepów bakterii terapeutycznie wprowadzanych do jelita grubego jako probiotyki. Z kolei metabolity korzystnej flory jelitowej hamują wzrost bakterii patogennych [MATSUDA, SATOUCHI 1997; HOPKINS i in. 1998]. Innym komercyjnym przykładem opornej dekstryny jest Nutriose. Nutriose charakteryzuje się wysoką tolerancją pokarmową potwierdzoną w badaniach klinicznych krótkoterminowych [VAN DEN HEUVEL i in. 2004] i długoterminowych [PASMAN i in. 2006]. Produkt spoŝywczy moŝe zawierać 20-25% wagowych preparatu. Nawet tak wysokie stęŝenie dekstryny w poŝywieniu nie powoduje dyskomfortu oraz pęcznienia brzucha. Około 15% preparatu Nutriose jest absorbowane w jelicie cienkim, około 75% jest fermentowane w jelicie grubym, a reszta (10%) - wydalane. Nutriose sprzyja rozwojowi bakterii probiotycznych, których metabolity hamują wzrost chorobotwórczych bakterii z rodzaju Clostridium w jelicie grubym [PASMAN i in. 2006; LEFRANC-MILLOT i in. 2006]. Ponadto Nutriose przyczynia się do obniŝenia ph kału, zwiększenia produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych [PASMAN i in. 2006; LEFRANC-MILLOT i in. 2006], wpływa na zwiększenie produkcji enzymów fekalnych pochodzenia mikrobiologicznego [VAN DEN HEUVEL i in. 2004; PASMAN i in. 2006; LEFRANC- MILLOT i in. 2006]. Preparat Nutriose znalazł szerokie zastosowanie jako składnik napojów wzbogacanych w błonnik pokarmowy [SERPELLONI 2007] oraz pokarmów stosowanych w tzw. Ŝywieniu dojelitowym [SANIEZ 2004], materiał wiąŝący do granulowania [SERPELLONI 2006], przy przygotowaniu Ŝywności niskokalorycznej [BRENDEL i in. 2006] i słodyczy pozbawionych cukru [SERPELLONI 2004]. Celem badań było określenie zdolności do metabolizowania przez bakterie o udokumentowanych i potwierdzonych w testach klinicznych właściwościach probiotycznych (Lactobacillus rhamnosus GG i Lactobacillus casei DN 114 001) opornych na trawienie enzymatyczne, chemicznie modyfikowanych dekstryn ze skrobi ziemniaczanej jako jedynego źródła węgla. Materiały i metody
WYKORZYSTANIE OPORNYCH DEKSTRYN... 447 Materiały Materiał biologiczny stanowiły czyste kultury bakterii probiotycznych Lactobacillus rhamnosus GG (ATCC 53 013) i Lactobacillus casei DN 114 001 pochodzące z Kolekcji Czystych Kultur ŁOCK. Do hodowli bakterii stosowano zmodyfikowane podłoŝe MRS C (BTL, Łódź), w którym zmniejszono zawartość ekstraktu droŝdŝowego z 4 g do 2 g, peptonu K z 10 g do 5 g, usunięto ekstrakt mięsny, cytrynian amonu i octan sodu. Źródło węgla stanowiły dekstryny, przygotowane w odpowiednich warunkach ze skrobi ziemniaczanej (tab. 1) [KAPUŚNIAK i in. 2008]. W hodowlach kontrolnych jako źródło węgla stosowano glukozę lub laktozę w takim samym stęŝeniu jak dekstryny. Warunki otrzymywania opornych dekstryn ze skrobi ziemniaczanej [KAPUŚNIAK i in. 2008] Conditions for preparation of resistant dextrins from potato starch [KAPUŚNIAK et al. 2008] Tabela 1; Table 1 Próbka Sample Skrobia Starch (g) Kwas solny Hydrochloric acid (ml) Kwas organiczny Organic acid (ml) Temperatura Temperature ( C) Czas ogrzewania Heating time (min) Dekstryna 0; Dextrin 0 80 13,38-130 180 Dekstryna 1; Dextrin 1 Dekstryna 2; Dextrin 2 Dekstryna 3; Dextrin 3 80 80 100 13,38 13,38 13,38 k. cytrynowy; citric acid 13,38 k. winowy; tartaric acid 13,38 k. winowy; tartaric acid 172 130 130 130 180 180 120 Metody Warunki hodowli bakteryjnych Hodowle 3% inokulum inkubowano w temperaturze 37 C. Bezpośrednio po zaszczepieniu oraz po 4, 8, 12, 24, 48, 72, 96 i 168 godzinach inkubacji wykonywano posiewy metodą płytkową Kocha stosując poŝywkę MRS i inkubując przez 24 godziny w temperaturze 37 C. Ponadto mierzono absorbancję hodowli oraz kwasowość metodą potencjometryczną i alkalimetryczną. Metoda płytkowa Kocha [LIBUDZISZ, KOWAL 2007] Z odpowiednio przygotowanego rozcieńczenia badanej zawiesiny (rozcieńczenia sporządzano w jałowym roztworze soli fizjologicznej - 0,85% NaCl) pobierano 1 ml próby (z dwóch kolejnych rozcieńczeń i w dwóch powtórzeniach), wprowadzano na płytkę i zalewano poŝywką ostudzoną do 45 C. Po zastygnięciu płytki odwracano dnem do góry zapobiegając w ten sposób rozmywaniu się kolonii przez wodę kondensacyjną. Tak przygotowane płytki inkubowano w cieplarce w temp. 37 C przez 24 godziny w warunkach tlenowych. Po inkubacji zliczano wyrosłe kolonie odrzucając płytki o niepoliczalnej liczbie (> 300 kolonii). Wynik podawano jako jednostki tworzące kolonie - jtk/ml.
448 J. Kapuśniak i inni Metoda spektrofotometryczna Badano wzrost bakterii metodą spektrofotometryczną wykorzystującą zaleŝność pomiędzy gęstością organizmów w hodowli płynnej, a gęstością optyczną. Im więcej drobnoustrojów w badanym środowisku, tym hodowla była bardziej mętna. Pomiarów gęstości optycznej dokonywano na spektrofotometrze SPEKOL 210 (Carl Zeiss, Jena, Niemcy) przy długości fali 540 nm. Próbę odniesienia stanowiło zmodyfikowane podłoŝe z dodatkiem 1% badanych dekstryn. Zmiany ph hodowli Zmiany ph hodowli mierzono metodą potencjometryczną przy uŝyciu potencjometru Elmetron CP - 401. Aktywność kwasząca Aktywność kwaszącą wyznaczano miareczkując 10 ml badanej próby za pomocą mianowanego roztworu NaOH o stęŝęniu 0,1 mol dm -3 wobec fenoloftaleiny jako wskaźnika. Wyniki i dyskusja Preparaty, które wykazywały oporność na działanie enzymów trawiennych człowieka [KAPUŚNIAK i in. 2008] zostały poddane badaniom mikrobiologicznym z wykorzystaniem bakterii probiotycznych o udokumentowanych w testach klinicznych efektach zdrowotnych. Hodowano bakterie Lactobacillus rhamnosus GG oraz Lactobacillus casei DN 114 001 w zmodyfikowanym podłoŝu MRS zawierającym dekstryny jako jedyne źródło węgla. W temperaturze 37 C, w zmodyfikowanym podłoŝu MRS C, niezaleŝnie od szczepu i zastosowanego źródła węgla, bakterie osiągnęły fazę stacjonarną po 24 godzinach hodowli. Faza stacjonarna w poŝywkach, w których źródło węgla stanowiły dekstryny trwała od 24 do około 96 godziny inkubacji, zaleŝnie od rodzaju dekstryny i szczepu probiotycznego. NajdłuŜszą fazę stacjonarną stwierdzono w hodowli, w której źródłem węgla była D1, a najkrótszą w hodowli z dodatkiem dekstryny D3. Faza stacjonarna w hodowlach kontrolnych, w których źródło węgla stanowiła glukoza lub laktoza była krótsza niŝ fazy w podłoŝach z mi. Czas trwania fazy stacjonarnej dla badanych szczepów Lactobacillus rhamnosus GG i Lactobacillus casei DN 114 001 był porównywalny (rys. 1, 2).
WYKORZYSTANIE OPORNYCH DEKSTRYN... 449 Rys. 1. Krzywe wzrostu bakterii Lactobacillus rhamnosus GG hodowanych na zmodyfikowanym podłoŝu MRS zawierającym jako jedyne źródło węgla dekstryny: D0 (A), D1 (B), D2 (C) i D3 (D) Fig. 1. Growth curves of Lactobacillus rhamnosus GG bacteria cultured in the broth containing dextrins: D0 (A), D1 (B), D2 (C) and D3 (D) as the only source of carbon
450 J. Kapuśniak i inni czas hodowli (godz.); culture time (h) czas hodowli (godz.); culture time (h) Rys. 2. Krzywe wzrostu bakterii Lactobacillus casei DN 114 001 hodowanych na zmodyfikowanym podłoŝu MRS zawierającym jako jedyne źródło węgla dekstryny: D0 (A), D1 (B), D2 (C) i D3 (D) Fig. 2. Growth curves of Lactobacillus casei DN 114 001 bacteria cultured in the broth containing dextrins: D0 (A), D1 (B), D2 (C) and D3 (D) as the only one source of carbon Liczba bakterii Lactobacillus rhamnosus GG wyhodowanych na zmodyfikowanym podłoŝu MRS zawierającym dekstryny jako jedyne źródło węgla z wykorzystaniem metody płytkowej Kocha Number of Lactobacillus rhamnosus GG bacteria cultured in the broth containing dextrins as the only source of carbon using Koch s plate method Tabela 2; Table 2 Czas hodowli (godz.) Culture time (h) Źródła węgla; Carbon source glukoza glucose laktoza lactose skrobia ogrzewana heated starch D0 dextrin D0 D1 dextrin D1 Liczba bakterii jtk/ml; Number of bacteria cfu/ml D2 dextrin D2 D3 dextrin D3 0 1,71 10 7 1,60 10 7 1,60 10 7 1,33 10 7 1,60 10 7 1,62 10 7 2,23 10 7 4 6,06 10 7 2,50 10 7 1,90 10 7 3,00 10 7 3,90 10 7 3,20 10 7 4,63 10 7 8 2,37 10 8 2,27 10 8 1,12 10 8 2,22 10 8 3,93 10 8 3,14 10 8 2,87 10 8 12 5,78 10 8 5,51 10 8 9,10 10 7 4,56 10 8 4,09 10 8 4,26 10 8 4,28 10 8 24 1,06 10 9 7,65 10 8 1,09 10 8 4,13 10 8 1,01 10 8 1,38 10 8 1,37 10 7 48 1,77 10 8 5,92 10 8 1,63 10 8 5,20 10 8 1,85 10 8 3,84 10 8 8,56 10 7 72 7,80 10 7 1,86 10 8 3,37 10 8 2,15 10 8 1,78 10 8 3,40 10 7 8,66 10 7 96 3,80 10 7 6,20 10 7 2,50 10 8 1,25 10 8 1,57 10 8 3,04 10 7 2,85 10 7 168 1,00 10 3 1,00 10 3 1,10 10 8 9,30 10 7 1,55 10 8 1,75 10 7 2,10 10 7
WYKORZYSTANIE OPORNYCH DEKSTRYN... 451 Rys. 3. Wzrost bakterii Lactobacillus rhamnosus GG w zmodyfikowanym podłoŝu MRS zawierającym dekstryny jako jedyne źródło węgla Fig. 3. The growth of Lactobacillus rhamnosus GG strain in the modified MRS broth containing dextrins as the only carbon source Po 168 godzinach inkubacji liczba Ŝywych komórek w poŝywkach z mi
452 J. Kapuśniak i inni i skrobią ogrzewaną była wyŝsza o trzy rzędy wielkości niŝ w poŝywkach kontrolnych z źródłami węgla w postaci glukozy lub laktozy. Po zakończeniu hodowli liczba Ŝywych komórek w podłoŝach z dodatkiem dekstryn D1 i D2 była wyŝsza niŝ w hodowlach z mi D0, D3 oraz skrobią ogrzewaną. Szczep Lactobacillus casei DN 114 001 wykazywał większą Ŝywotność niŝ szczep Lactobacillus rhamnosus GG (tab. 2, 3). Liczba bakterii Lactobacillus casei DN 114 001 wyhodowanych na zmodyfikowanym podłoŝu MRS zawierającym dekstryny jako jedyne źródło węgla z wykorzystaniem metody płytkowej Kocha Number of Lactobacillus casei DN 114 001 bacteria cultured in the broth containing dextrins as the only source of carbon using Koch s plate method Tabela 3; Table 3 Czas hodowli (godz.) Culture time (h) Źródła węgla Carbon source glukoza glucose laktoza lactose skrobia ogrzewana heated starch D0 dextrin D0 Liczba bakterii (jtk ml -1 ) Number of bacteria (cfu ml -1 ) D1 dextrin D1 D2 dextrin D2 D3 dextrin D3 0 1,80 10 7 1,43 10 7 1,70 10 7 1,66 10 7 1,87 10 7 1,73 10 7 1,66 10 7 4 7,23 10 7 4,35 10 7 6,40 10 7 7,40 10 7 7,56 10 7 7,20 10 7 6,70 10 7 8 9,87 10 7 8,80 10 7 7,40 10 7 8,10 10 7 8,75 10 7 9,40 10 7 8,20 10 7 12 1,03 10 8 9,80 10 7 8,50 10 7 9,50 10 7 9,00 10 7 9,75 10 7 8,75 10 7 24 1,09 10 9 5,65 10 8 4,91 10 8 2,48 10 8 4,22 10 8 4,60 10 8 2,32 10 8 48 4,79 10 8 3,87 10 8 4,12 10 8 2,76 10 8 4,32 10 8 4,36 10 8 3,03 10 8 72 3,05 10 7 3,00 10 8 4,04 10 8 1,61 10 8 4,44 10 8 5,05 10 8 2,48 10 8 96 1,55 10 7 5,50 10 7 2,38 10 8 1,08 10 8 4,64 10 8 5,20 10 8 9,70 10 7 168 2,00 10 2 1,00 10 2 8,90 10 7 1,30 10 7 6,35 10 7 2,08 10 8 5,50 10 7 Liczba badanych bakterii probiotycznych w fazie stacjonarnej wynosiła od 1,01 10 8 do 1,09 10 9 jtk ml -1, zaleŝnie od szczepu i stosowanego źródła węgla. W podłoŝach z testowanymi mi najwyŝszą liczbę komórek (od 4,60 10 8 do 5,20 10 8 jtk ml -1 ) stwierdzono w hodowlach, w których źródłem węgla były dekstryny D0 lub D2. Liczba komórek w podłoŝach kontrolnych zawierających glukozę lub laktozę była wyŝsza niŝ w hodowlach z mi i wynosiła od 7,65 10 8 jtk ml -1 do 1,09 10 9 jtk ml -1. Porównując szczepy Lactobacillus rhamnosus GG i Lactobacillus casei DN 114 001 stwierdzono, Ŝe plon komórek bakterii w fazie stacjonarnej był porównywalny i utrzymywał się w granicach od 1,01 10 8 do 4,91 10 8 jtk ml -1 (tab. 2, 3). Podobne wyniki uzyskano kontrolując wzrost bakterii metodą spektrofotometryczną (rys. 3, 4).
WYKORZYSTANIE OPORNYCH DEKSTRYN... 453 Rys. 4. Wzrost bakterii Lactobacillus casei DN 114 001 w zmodyfikowanym podłoŝu MRS zawierającym dekstryny jako jedyne źródło węgla Fig. 4. The growth of Lactobacillus casei DN 114 001 strain in the modified MRS broth containing dextrins as the only carbon source Jednocześnie obserwowano obniŝenie ph hodowli oraz wzrost kwasowości w
454 J. Kapuśniak i inni przeliczeniu na kwas mlekowy (rys. 3, 4). W początkowych godzinach inkubacji, tj. bezpośrednio po zaszczepieniu aŝ do 12 godziny inkubacji (faza logarytmiczego wzrostu), ph obniŝyło się do 6,4-6,8 jednostek. W fazie stacjonarnej ph badanych hodowli w poŝywkach z dodatkiem dekstryn D0, D1 i D2 obniŝyło się do poziomu około 5,40, podczas gdy w podłoŝach kontrolnych z glukozą i laktozą do około 3,5. Po zakończeniu hodowli ph wynosiło od 5,74 do 3,82. Wnioski 1. Dekstryny otrzymane ze skrobi ziemniaczanej były skutecznie wykorzystywane przez szczepy probiotyczne Lactobacillus rhamnosus GG i Lactobacillus casei DN 114 001. 2. ObniŜenie ph i wzrost kwasowości (w przeliczeniu na kwas mlekowy) świadczyło o produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych oraz kwasu mlekowego przez badane szczepy w podłoŝach zawierających źródła węgla w postaci opornych dekstryn. 3. Hodowle Lactobacillus casei DN 114 001 oraz Lactobacillus rhamnosus GG wykazywały większą Ŝywotność w poŝywkach zawierających oporne dekstryny niŝ w podłoŝach zawierających glukozę lub laktozę. Literatura ASP N.G., VAN AMELSVOORT J.M.M., HAUTVAST J.G.A.J. 1996. Nutritional implications of resistant starch. Nutr. Res. Rev. 9: 1-31. BRENDEL R., BOURSIER B., LEROUX P. 2006. Process for preparing a low-calorie food. U.S. Patent 7,138,154. CUMMINGS J.H., BEATTY E.R., KINGMAN S.M., BINGHAM S.A., ENGLYST H.N. 1996. Digestion and physical properties of resistant starch in the human large bowel. Br. J. Nutr. 75: 733-747. CUMMINGS J.H., MACFARLANE G.T., ENGLYST H.N. 2001. Prebiotic digestion and fermentation. Am. J. Clin. Nutr. 73 (suppl): 415S-419S. FLICKINGER E.A., WOLF B.W., GARLEB K.A., CHOW J., LEYER G.J., JOHNS P.W., FAHEY G.C. 2000. Glucose-based oligosaccharides exhibit different in vitro fermentation patterns and affect in vivo apparent nutrient digestibility and microbial populations in dogs, J. Nutr. 130: 1267-1273. GIBSON G. 1999. Dietary modulation of the human gut microflora using the prebiotics oligofructose and inulin, J. Nutr. 129 (7Suppl): 1438S-1441S. GIBSON G.R, ROBERFROID M.B. 1995. Dietary modulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics. J. Nutr. 125: 1401-1412. HOPKINS M.J., CUMMINGS J.H., MACFARLANE G.T. 1998. Inter-species differences in maximum specific growth rates and cell yields of bifidobacteria cultured on oligosaccharides and othe.r simple carbohydrate sources. J. Appl. Microbiol. 85: 381-386. KAPUŚNIAK J., JOCHYM K., BARCZYŃSKA R., ŚLIśEWSKA K., LIBUDZISZ Z. 2008. Otrzymywanie i charakterystyka opornych dekstryn ze skrobi ziemniaczanej. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 530: 427-444. LEFRANC-MILLOT C., WILS D., NEUT C., SANIEZ-DEGRAVE M.H. 2006. Effects of a soluble fiber, with excellent tolerance, NUTRIOSE 06, on the gut ecosystem: a review. Proc.
WYKORZYSTANIE OPORNYCH DEKSTRYN... 455 The Dietary Fibre Conference, Helsinki, Finland, June 2006. LESZCZYŃSKI W. 2004. Resistant starch - classification, structure, production. Pol. J. Food Nutr. Sci 13/54: 37-50. LIBUDZISZ Z., KOWAL K. 2007. Mikrobiologia techniczna. Tom I. Wyd. Nauk. PWN Warszawa: 110-111. MACFARLANE S., MACFARLANE G.T., CUMMINGS J.H. 2006. Review article: prebiotics in the gastrointestinal tract. Aliment. Pharmacol. Ther. 24: 701-714. MATSUDA I., SATOUCHI M. 1997. Agent for promoting the proliferation of Bifidobacterium. U.S. Patent 5,698,437. NUGENT A.P. 2005. Health properties of resistant starch, British Nutrition Foundation Nutrition Bulletin 30: 27-54. OHKUMA K., MATSUDA I., KATTA Y., HANNO Y. 1990. Pyrolysis of starch and its digestibility by enzymes-characterization of indigestible dextrin. Denpun Kagaku 37: 107-114. OHKUMA K., MATSUDA I., KATSUTA Y., KISHIMOTO Y., TSUJI K. 2006. Development of indigestible dextrin. J. Appl. Glycosci. 53: 65-69. Panel on the definition of dietary fiber, Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes, Food and Nutrition Board 2001. Dietary Reference Intakes: Proposed Definition of Dietary Fiber. The National Academies Press. PASMAN W.J., WILS D., SANIEZ M-H., KARDINAAL A.F. 2006. Long term gastro-intestinal tolerance of NUTRIOSE FB in healthy men. Eur. J. Clin. Nutr. 60(8): 1024-1034. RASTALL R.A. GIBSON G.R., GILL H.S., GUARNER F., KLAENHAMMER T.R. 2005. Modulation of the microbial ecology of the human colon by probiotics, prebiotics and synbiotics to enhance human health: An overview of enabling science and potential applications, FEMS Microbiol. Ecol. 52(2): 145-152. ROBERFROID M.B. 2000. Prebiotics and probiotics: are they functional foods? Am. J. Clin. Nutr. 71 (suppl): 1682S-7S. SANIEZ M-H. 2004. Fiber-containing enteral nutrients containing branched maltodextrin. U.S. Patent 6,737,414. SERPELLONI M. 2004. Sugar-free confectionery. U.S. Patent 6,767,576. SERPELLONI M. 2006. Use of branched maltodextrins as granulation binders. U.S. Patent 20060112956. SERPELLONI M. 2007. Fibre-enriched drinks. U.S. Patent 7,186,433. SWENNEN K., COURTIN CH.M., DELCOUR J.A. 2006. Non-digestible oligosaccharides with prebiotic properties. Crit. Rev. Food Sci Nutr. 46: 459-471. TAKAGAKI K., IKEGUCHI M., ARIURA Y., FUJINAGA N., ISHIBASHI Y., SUGAWA-KATAYAMA Y. 2001. The effect of AOJIRU drink powder containing indigestible dextrin on defecation frequency and faecal characteristics. J. Nutr. Food 4(4): 29-35. TOPPING D.L, CLIFTON P.M. 2001. Short-chain fatty acids and human colonic function: roles of resistant starch and nonstarch polysaccharides. Physiol. Rev. 81(3): 1031-1064. UNNO T., NAGATA K., HORIGUCHI T. 2002. Effects of green tea supplemented with indigestible dextrin on postprandial levels of blood glucose and insulin in human subjects. J. Nutr. Food 5(2): 31-39. VAN DEN HEUVEL E.G., WILS S.D., PASMAN W.J., BAKKER M., SANIEZ M.H., KARDINAAL A.F. 2004. Short-term digestive tolerance of different doses of NUTRIOSE FB, a food
456 J. Kapuśniak i inni dextrin, in adult men. Eur. J. Clin. Nutr. 58(7): 1046-1055. YAMAMOTO T. 2007. Effect of indigestible dextrin on visceral fat accumulation. J. Jpn. Soc. For the Study of Obesity 13: 34-41. Słowa kluczowe: oporne dekstryny, Lactobacillus casei DN 114 001, skrobia ziemniaczana, prebiotyki, Lactobacillus rhamnosus GG Streszczenie Oporne na trawienie enzymatyczne chemicznie modyfikowane dekstryny otrzymane w wyniku ogrzewania skrobi ziemniaczanej z kwasem chlorowodorowym jako katalizatorem oraz dodatkowo kwasami polikarboksylowymi (cytrynowym i winowym) testowano jako źródło węgla dla bakterii z rodzaju Lactobacillus o potwierdzonych właściwościach probiotycznych. Hodowano bakterie Lactobacillus rhamnosus GG i Lactobacillus casei DN 114 001 w podłoŝu zawierającym testowane dekstryny jako jedyne źródło węgla. Dynamikę wzrostu badano bezpośrednio po zaszczepieniu oraz po 4, 8, 12, 24, 48, 72, 96 i 168 godzinach inkubacji (37 C) metodami płytkową Kocha oraz spektrofotometryczną. Badano równieŝ ph i aktywność kwaszącą szczepu. Wykazano, Ŝe szczepy Lactobacillus rhamnosus GG i Lactobacillus casei DN 114 001 były zdolne do metabolizowania dekstryn ze skrobi ziemniaczanej, które w zastosowanym podłoŝu stanowiły jedyne źródło węgla. Najlepszym źródłem węgla okazały się dekstryny D1 i D2.
WYKORZYSTANIE OPORNYCH DEKSTRYN... 457 UTILIZATION OF RESISTANT DEXTRINS BY Lactobacillus BACTERIA Janusz Kapuśniak 1, Renata Barczyńska 2, Katarzyna ŚliŜewska 2 Zdzisława Libudzisz 2 1 Institute of Chemistry and Environmental Protection, Jan Długosz University, Czestochowa 2 Institute of Fermentation Technology and Microbiology, Faculty of Biotechnology and Food Sciences, Technical University, Łódź Key words: resistant dextrins, Lactobacillus casei DN 114 001, potato starch, prebiotics, Lactobacillus rhamnosus GG Summary Enzyme-resistant chemically modified dextrins resulting from heating potato starch with hydrochloric acid as the catalyst and additionally polycarboxylic acids (citric and tartaric acids) were tested as a source of carbon for Lactobacillus bacteria of well-documented and proved probiotic features. Lactobacillus rhamnosus GG and Lactobacillus casei DN 114 001 were cultured in the broth containing tested dextrins as the only source of carbon. The dynamics of bacterial growth was estimated directly after inoculation and after 4, 8, 12, 24, 48, 72, 96 i 168 h of incubation at 37 o C using Koch s plate and spectrophotometric methods. ph and acidifying activity were also determined. It was proved that Lactobacillus rhamnosus GG and Lactobacillus casei DN 114 001 strains might metabolize dextrins from potato starch, when they were applied as the only source of carbon in the medium. The best source of carbon proved to be dextrins D1 and D2. Dr Janusz Kapuśniak Instytut Chemii i Ochrony Środowiska Akademia im. Jana Długosza ul. Armii Krajowej 13/15 42-200 CZĘSTOCHOWA e-mail: j.kapusniak@ajd.czest.pl