RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210399 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 373179 (51) Int.Cl. A23C 9/12 (2006.01) A23C 9/123 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 25.02.2005 (54) Zastosowanie kwasu L-askorbinowego w jogurtach, zwłaszcza do stabilizacji rozwoju bakterii jogurtowych i probiotycznych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 04.09.2006 BUP 18/06 (73) Uprawniony z patentu: BOREK-WOJCIECHOWSKA REGINA, Radom, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.01.2012 WUP 01/12 (72) Twórca(y) wynalazku: REGINA BOREK-WOJCIECHOWSKA, Radom, PL PL 210399 B1
2 PL 210 399 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest nowe zastosowanie kwasu L-askorbinowego w jogurtach, zwłaszcza do stabilizacji rozwoju bakterii jogurtowych i probiotycznych. Pod pojęciem bakterii jogurtowych rozumie się głównie Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophilus, a pod pojęciem bakterii probiotycznych rozumie się szczep żywych bakterii stanowiących naturalną mikroflorę jelitową człowieka dodawany do jogurtu w celu wywołania korzystnej równowagi mikrobiologicznej w organizmie konsumenta, na przykład Lactobacillus acidophilus NCFM. Jogurt to napój mleczny fermentowany, zawierający żywe kultury bakterii Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophilus, których ilość musi wynosić co najmniej 10 7 jtk/g w ostatnim dniu spożycia. W różnych krajach świata, jak również w Polsce spożywa się znaczne ilości jogurtów. Wiele Towarzystw Naukowych zaleca, że aby być zdrowym, należy spożywać co najmniej 2 pełne szklanki mleka lub tyle samo kefiru i jogurtu dziennie. Należy podkreślić, że aktywność drobnoustrojów podczas fermentacji w czasie produkcji jogurtu powoduje zmiany we wszystkich praktycznie składnikach mleka. Zmiany te to przede wszystkim: produkcja kwasów, głównie mlekowego, częściowy rozkład laktozy, zwiększenie ilości wolnych aminokwasów, wzrost zawartości niektórych witamin. Tworzony przez bakterie kwas mlekowy pobudza wydzielanie śliny oraz soków trawiennych w żołądku i trzustce, przyspiesza perystaltykę jelit. Obecność kwasu mlekowego przyczynia się do wzrostu wchłaniania fosforu, wapnia. Bakterie jogurtowe zawierają endogenną laktazę i w związku z tym rozkładają cukier mleczny do 20-30% stanu wyjściowego. W leczeniu nietolerancji laktozy niektórzy klinicyści zalecają jogurt, ponieważ nietolerancja laktozy jest spowodowana brakiem lub obniżeniem aktywności enzymu trawiącego laktozę laktazy. Proces technologiczny otrzymywania jogurtu zmienia także częściowo właściwości biologiczne białek mleka. Białko w związku z zaawansowanymi procesami proteolitycznymi w napojach fermentowanych, w porównaniu do mleka, charakteryzuje się wyższą strawnością oraz obniżoną alergennością. W wyniku fermentacji przebiegającej w mleku dochodzi do destabilizacji miceli kazeinowych. Efektem tego procesu jest powstawanie skrzepu. Startowe kultury jogurtowe uważane są za mocno proteolityczne, szczególnie Lactobacillus bulgaricus. Podczas fermentacji jogurtu obserwuje się wzrost zawartości wolnych aminokwasów. Są one składnikami smakowymi, bądź prekursorami składników smakowych, takich jak aldehyd octowy oraz powstające w wyniku dalszych jego przemian między innymi etanol, acetoina, diacetyl, kwas octowy. Bakterie kwasu mlekowego powodują obniżenie poziomu niektórych witamin. Kultury jogurtowe powodują jednak wzrost kwasu foliowego i witaminy B 12. Spożywanie jogurtu może oddziaływać także niezwykle korzystnie: na skład flory bakteryjnej jelit, hipocholesterolemicznie, a nawet hamująco w stosunku do niektórych nowotworów. Bardzo często jogurt wymieniany jest jako źródło bakterii rekolonizujących środowisko jelit po terapii antybiotykowej. Niestety ani Lactobacillus bulgaricus ani Streptococcus thermophilus nie osiedlają się ani nie namnażają w jelitach, ponieważ nie są odporne na żółć. Bakterie te mogą jednak zapewnić warunki stymulujące rozwój niektórych bakterii mlekowych w normalnej florze jelitowej. Codzienna konsumpcja dużych ilości jogurtu obniża poziom cholesterolu u ludzi. Postuluje się, że fakt ten jest skutkiem czynnika produkowanego lub zwiększonego przez aktywność kultur jogurtowych podczas fermentacji. Sugeruje się, że czynnikiem aktywnym jest glutaran hydroksymetylowy, który prawdopodobnie hamuje również syntezę cholesterolu w organizmie człowieka. Istnieją doniesienia o zabijaniu przez bakterie jogurtowe z tradycyjnych jogurtów bakterii Helicobacter pylori, których odkrycie zostało uznane za rewolucję w gastrologii w ostatnich 10 latach. Autorzy doniesienia sugerują, że taki jogurt powinien stać się prostą i niedrogą terapią w endemicznych rejonach występowania Helicobacter pylori. W Instytucie Żywności i Żywienia podjęto badania i uzyskano obiecujące wyniki, tak w skali laboratoryjnej jak klinicznej nad możliwością wykorzystania niektórych bakterii jogurtowych do eliminacji Helicobacter pylorii, które to bakterie są odpowiedzialne za wywoływanie stanów zapalnych i wrzodów żołądka, wrzodów dwunastnicy oraz są uznane za czynnik usposabiający do powstawania raka żołądka.
PL 210 399 B1 3 Bakterie fermentacji jogurtowej działają w sposób symbiotyczny. Czynnikami pobudzającymi wzrost Streptococcus thermophilus są uwolnione przy udziale Lactobacillus bulgaricus-aminokwasy. Z kolei Steptococcusr thermophilus stymuluje rozwój Lactobacillus bulgaricus wytwarzając wiele substancji niskocząsteczkowych, spośród których najaktywniejsze wydają się kwasy: mrówkowy, mlekowy i octowy. Bakterie fermentacji jogurtowej nie są typowymi probiotykami, ponieważ nie są odporne na żółć i w związku z tym nie mają zdolności przedostawania się w stanie żywym do jelita grubego człowieka, a więc nie kolonizują jego środowiska. Jednak ich metabolity mają działanie prozdrowotne. Wielu autorów podkreśla istotność zawartości żywych i aktywnych komórek bakteryjnych dla wspomagania właściwości terapeutycznych jogurtów. Z doniesień naukowych wynika, że wzbogacanie diety w 10 9-10 12 komórek bakterii probiotycznych już po kilku tygodniach może oddziaływać korzystnie na elementy morfologiczne krwi, zwiększyć aktywność makrofagów i limfocytów. Dla żywności funkcjonalnej przyjmuje się liczbę żywej mikroflory probiotycznej wynoszącą 10 5-10 6 komórek na ml lub g, wykazano bowiem, że dla uzyskania wyraźnych efektów zdrowotnych niezbędne jest spożywanie ok. 10 8-10 9 komórek żywych mikroorganizmów dziennie w mleku fermentowanym. Ze zdrowotnego punktu widzenia istotne jest więc utrzymanie bakterii fermentacji jogurtowej oraz probiotycznych na jak najwyższym poziomie. Określenie probiotyk po raz pierwszy zostało użyte w 1965 r do opisania substancji wydzielanych przez jeden mikroorganizm, a stymulujących wzrost innego mikroorganizmu. Jest ono przeciwieństwem określenia antybiotyk i w tłumaczeniu z języka greckiego oznacza dla zdrowia. Według prof. Bieleckiej M. probiotykiem jest preparat lub produkt zawierający wystarczającą ilość żywych, zdefiniowanych mikroorganizmów, które zmieniają mikroflorę (przez implantację lub kolonizację) w określonych segmentach organizmu gospodarza i w ten sposób wywierają korzystny wpływ na jego zdrowie. Jak wynika z przytoczonej definicji efekty zdrowotne powodowane przez probiotyki są wynikiem odpowiedniej ilości żywych bakterii. Kolonizacja przewodu pokarmowego człowieka dokonuje się, jak twierdzą naukowcy, do 2 roku życia. Po tym okresie mikroflora jelit składa się praktycznie z wszystkich podstawowych grup bakterii występujących w przewodzie pokarmowym dorosłego człowieka. Z doniesień naukowych wynika, że blisko 400 m 2 powierzchni nabłonka jelitowego, który stanowi największą powierzchnię kontaktu ciała ze środowiskiem, zasiedla aż 400-500 gatunków różnych bakterii, a ich liczba dochodzi do 10 14 komórek. Waga bakterii przewodu pokarmowego wynosi ok. 1,5 kg. W górnym odcinku jelita cienkiego znajdują się streptokoki, pałeczki kwasu mlekowego, w tym głównie Lactobacillus acidophilus oraz w małych ilościach bifidobakterie, drożdże, enterokoki, w dolnym odcinku jelita cienkiego pałeczki kwasu mlekowego, głownie Lactobacillus acidophilus, streptokoki, enterobacterie i drożdże, w jelicie grubym ważną grupę stanowią bifidobakterie. Skład i ilość mikroflory jelitowej w istotny sposób wpływają na zdrowie człowieka, ponieważ bakterie te uczestniczą w trawieniu pokarmu, wprowadzają do środowiska metabolity własnych procesów życiowych, które działają dobroczynnie bądź toksycznie, mogą chronić przewód pokarmowy przed zasiedlaniem przez florę patogenną oraz jej rozwojem. Skład mikroflory występującej w przewodzie pokarmowym nie jest stały i ulega zmianie. Zmiany te spowodowane mogą być np. możliwościami kolonizacji bakterii w jelicie grubym, ph treści jelit, perystaltyką jelit, wytwarzaniem metabolitów bakteryjnych, obecnością składników antybakteryjnych, interakcjami z układem immunologicznym, szybkością transportu treści pokarmowej w jelicie grubym, a także typem diety, ilością i składem chemicznym oraz dostępnością substratów do wzrostu mikroflory, potencjałem oksydoredukcyjnym, a także wiekiem człowieka. Wśród szczepów bakterii fermentacji mlekowej, którym przypisuje się właściwości probiotyczne, wymienia się najczęściej Lactobacillus acidophilus Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus plantarum. Istnieje wiele doniesień naukowych o korzystnym oddziaływaniu bakterii probiotycznych na organizm człowieka. Jak wynika z tych doniesień popartych badaniami klinicznymi bakterie probiotyczne spełniają cały szereg korzystnych dla organizmu człowieka funkcji. Bakterie te wykazują: działanie antybakteryjne, hipocholesterolemiczne, wzmacniają system odpornościowy organizmu, poprawiają absorpcję składników, zapobiegają lub łagodzą objawy biegunek, w tym ostrej biegunki u dzieci, biegunek po kuracji antybiotykami czy biegunki popromiennej, likwidują lub zmniejszają objawy nietolerancji laktozy, normalizują zaburzenia motoryki jelit u ludzi w podeszłym wieku, prawdopodobnie mogą zmniejszać problemy alergiczne. Pojawiają się doniesienia o pozytywnym oddziaływaniu probiotyków w zapobieganiu chorobie nowotworowej. Interesujące są także badania dotyczące antagonizmu bakterii probio-
4 PL 210 399 B1 tycznych w stosunku do Helicobacter pylori. Ze względu na wspomniane korzystne oddziaływanie, istotne jest wprowadzenie bakterii probiotycznych w takiej ilości i w taki sposób, aby zasiedliły one jelita i były w nich aktywne. Korzystne właściwości jogurtów które, jak wspomniano są efektem procesu fermentacji prowadzonego przez bakterie fermentacji jogurtowej, jak również wyjątkowo korzystne oddziaływanie bakterii fermentacji jogurtowej oraz bakterii probiotycznych na organizm człowieka powodują poszukiwanie rozwiązań, których celem byłoby uzyskanie oraz zachowanie w trakcie przechowywania jak największej ilości bakterii fermentacji jogurtowej oraz bakterii probiotycznych w gotowym produkcie. Niespodziewanie dotychczas nie wykorzystywano kwasu L-askorbinowego do kształtowania wartości odżywczej jogurtów, i w tym w aspekcie wpływania na bakterie fermentacji jogurtowej, a także bakterie probiotyczne. Kwas L-askorbinowy jest najbardziej czynną biologicznie formą witaminy C. Utlenia się odwracalnie do kwasu dehydroaskorbinowego, tworząc układ redoks. W związku z tym kwas ten ma możliwość wpływania na potencjał oksydacyjno-redukcyjny środowiska, do którego został wprowadzony. Dlatego też kwas L-askorbinowy znalazł dwojakie zastosowanie w przemyśle spożywczym: jako substancja wzbogacająca oraz jako antoksydant. Istnieją doniesienia o próbach wykorzystania tego kwasu do przedłużenia trwałości mleka surowego. Znane jest zastosowanie tego kwasu w mleczarstwie do konserwacji mleka w proszku. Istota wynalazku polega na nowym zastosowaniu kwasu L-askorbinowego w jogurtach, zwłaszcza do stabilizacji rozwoju bakterii jogurtowych i probiotycznych, głównie Lactobacillus bulgaricus, Strettococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus i kształtowania ich wartości odżywczej. Kwas L-askorbinowy wprowadza się w postaci wodnego roztworu. Najkorzystniejsze stężenie kwasu L-askorbinowego wynosi 8-10 mgaa/100 g jogurtu. Dzięki temu rozwój bakterii jogurtowych Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus oraz bakterii probiotycznych, np. Lactobacillus acidophilus NCFM może być utrzymany na poziomie wyższym niż w jogurtach bez wzbogacenia. Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania. P r z y k ł a d I Do badań użyto jogurty z mleka krowiego, które otrzymywano w laboratorium. Do produkcji tych jogurtów wykorzystano szczepionki TA 040 na 20U i LB 340 na 20U. Szczepionki te wprowadzano w stosunku 1:1. Uważa się, że jest to najlepsza proporcja dla zachowania odpowiednich cech jogurtów. Połowę otrzymanych jogurtów wzbogacano w kwas L-askorbinowy. Kwas ten wprowadzano w postaci wodnego roztworu, w ilości 9 mg kwasu na 100 g produktu. Jogurty przechowywano w lodówce w temp. 4 C i w określonych odstępach czasu oznaczano zawartość bakterii jogurtowych. Posiewów dokonywano na podłoża o sprawdzonej żyzności M-17, które stosowano do oznaczania ilości bakterii Streptococcus thermophilus i MRS, które stosowano do oznaczania Lactobacillus bulgaricus. Wyniki posiewów pozwoliły stwierdzić oddziaływanie dodatku kwasu L-askorbinowego na bakterie fermentacji jogurtowej. Ilość bakterii Streptococcus thermophilus po 1-ym dniu przechowywania w jogurtach, które nie były wzbogacane w kwas L-askorbinowy wynosiła 6,6x10 11 jtk/g, a w jogurtach wzbogacanych 6,9x10 11 jtk/g, po sześciu dniach przechowywania tendencja utrzymywała się i nadal w jogurtach wzbogacanych w kwas oznaczano więcej żywych bakterii, tj. w jogurtach bez kwasu ilość bakterii wynosiła 4,5x10 11 jtk/g, w jogurtach wzbogacanych w kwas odpowiednio 6,4x10 11 jtk/g, po szesnastu dniach zanotowano w jogurtach bez kwasu 3,6x10 11 jtk/g, a w jogurtach z kwasem 3,9x- 10 11 jtk/g. Ilość bakterii Lactobacillus bulgaricus wynosiła w badanych jogurtach otrzymywanych w laboratorium odpowiednio: po 1-ym dniu przechowywania 1,4x10 10 jtk/g w jogurtach nie wzbogacanych w kwas L-askorbinowy, i 2,4x10 10 jtk/g w jogurtach wzbogacanych, po 6-ciu dniach 1,1x10 10 jtk/g w jogurtach nie wzbogacanych i 7,3x10 10 jtk/g w jogurtach wzbogacanych w kwas, po 16-tu dniach 6,5x- 10 9 jtk/g w jogurtach bez kwasu oraz 4,2x10 10 jtk/g w jogurtach z kwasem. P r z y k ł a d II Wzbogacano w kwas L-askorbinowy jogurty przemysłowe, które pobierano bezpośrednio po wyprodukowaniu w zakładzie mleczarskim, wzbogacano je w kwas L-askorbinowy w ilości 9 mg kwasu 100 g produktu. Przechowywano w temp. 4 C w lodówce i oznaczano ilość bakterii Streptococcus thermophilus i Lactobacillus bulgaricus posiewając na podłoża M-17 i MRS. Uzyskane wyniki pozwoliły stwierdzić, że zarówno w przypadku jogurtów naturalnych jak i smakowych jogurtach truskawkowych kwas L-askorbinowy powodował zwiększenie ilości bakterii.
PL 210 399 B1 5 I tak w jogurtach naturalnych po 1-ym dniu przechowywania ilość bakterii Streptococcus thermophilus wynosiła: bez kwasu 4,3x10 11 jtk/g, z kwasem 9,1x10 11 jtk/g, po 6-ciu dniach przechowywania: bez kwasu 8,9x10 11 jtk/g, z kwasem 1,4x10 12 jtk/g, a po 16-tu dniach przechowywania bez kwasu 1,7x- 10 10 jtk/g, z kwasem 6,3x10 10 jtk/g. Ilość Lactobacillus bulgaricus wynosiła odpowiednio: 1,7x10 9 jtk/g w jogurtach bez kwasu i 6,0x10 9 jtk/g w jogurtach z kwasem po 1-szym dniu przechowywania, 1,8x- 10 9 jtk/g w jogurtach bez kwasu i 3,6x10 10 jtk/g z dodatkiem kwasu po 6-ciu dniach przechowywania, a także 8,5x10 9 jtk/g. W jogurtach bez wzbogacania i 1,9x10 10 jtk/g w jogurtach wzbogacanych po 16-tu dniach, przechowywania w jogurtach owocowych o smaku truskawkowym oznaczona ilość bakterii Streptococcus thermophilus była wyższa w jogurtach wzbogacanych i wynosiła: po 1-szym dniu 2,1x10 12 jtk/g w jogurtach bez dodatku kwasu i 5,2x10 12 jtk/g w jogurtach z kwasem, po 6-ciu dniach 2,3x10 12 jtk/g w jogurtach bez kwasu i 4,6xl0 12 jtk/g w jogurtach z kwasem, po 16-tu dniach 1,6x101 12 jtk/g w jogurtach bez kwasu i 3,4x10 12 jtk/g w jogurtach z kwasem. Ilość bakterii Lactobacillus bulgaricus wynosiła: po 1-szym dniu 7,8x10 9 jtk/g w jogurtach bez kwasu i 1,9x10 10 jtk/g w jogurtach z kwasem, po 6-ciu dniach 1,9x10 9 jtk/g w jogurtach bez kwasu i 3,1x10 10 jtk/g w jogurtach z kwasem, po 16-tu dniach 1,3x10 9 jtk/g w jogurtach bez kwasu i 9,2x10 10 jtk/g w jogurtach z kwasem. P r z y k ł a d III Celem wyjaśnienia wpływu kwasu L-askorbinoego na poszczególne szczepy bakterii posiano oddzielnie na pasteryzowanym mleku Streptococcus thermophilus (szczepionka TA 040 na 20U), Lactobacillus bulgaricus (szczepionka LB 340 na 20U), Lactobacillus acidophilus NCFM. Pierwsze dwa szczepy inkubowano przez 4 godziny w cieplarce w temp. 42 C, a trzeci w tem. 37 C. Lactobacillus bulgaricus i Lactobacillus acidophilus NCFM inkubowano w atmosferze beztlenowej. Połowę otrzymanych w ten sposób próbek wzbogacano w kwas L-askorbinowy w ilości 9 mg kwasu na 100 g. Próbki przechowywano w lodówce w temp. 4 C i oznaczano po 1-nej, 6-ciu i 16-tu dobach przechowywania ilość bakterii stosując metodę posiewów bezpośrednich na podłoża M-17 i MRS. Wyniki pozwoliły stwierdzić korzystne oddziaływanie kwasu L-askorbinowego na zastosowane w badaniach bakterie. W przypadku Lactobacillus bulgaricus odnotowano następujące wyniki: Po 1-szym dniu Próbki bez kwasu 1,3x10 10 jtk/g, z kwasem 1,8x10 10 jtk/g. Po 6-ciu dniach Próbki bez kwasu 3,9x10 9 jtk/g, z kwasem 8,6x10 9 jtk/g. Po 16-tu dniach przechowywania Bez kwasu 1,1x10 9 jtk/g, z kwasem 2,5x10 9 jtk/g. W przypadku Lactobacillus acidophilus NCFM po 1-szym dniu przechowywania zanotowano w próbkach: bez kwasu 1,9x10 11 jtk/g, z kwasem 2,2x10 11 jtk/g. Po sześciu dniach przechowywania ilość bakterii w próbkach bez kwasu była niższa i wynosiła 9,8x10 9 jtk/g niż w próbkach z kwasem 1,1x10 10 jtk/g. W szesnastym dniu przechowywania zanotowano 2,7x10 9 żywych bakterii Lactobacillus acidophilus NCFM w mleku ukwaszonym bez kwasu i 5,7x10 9 w próbkach z dodatkiem kwasu L-askorbinowego. W omawianym przykładzie także Streptococcus thermophilus zareagował na dodatek kwasu L-askorbinowego. W związku z tym odnotowano w próbkach z kwasem 1,3x10 12 jtk/g, a w próbkach bez kwasu 9,5x10 11 jtk/g. W trakcie przechowywania zaznaczył się spadek ilości bakterii, ale spadek ten był niższy w próbkach z kwasem, ponieważ oznaczona liczba bakterii wynosiła 7,0x10 11 jtk/g, a w próbkach bez kwasu 5,2x10 11 jtk/g. W szesnastym dniu przechowywania zanotowano: 1,1x10 10 jtk/g w próbkach bez kwasu i 4,1x10 10 jtk/g w próbkach z kwasem, co potwierdza korzystne oddziaływanie kwasu L-askorbinowego na badane bakterie.
6 PL 210 399 B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Zastosowanie kwasu L-askorbinowego w jogurtach, zwłaszcza do stabilizacji rozwoju bakterii jogurtowych i probiotycznych, głównie Lactobacillus bulgaricus. Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus i kształtowania ich wartości odżywczej. 2. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że kwas L-askorbinowy wprowadza się w postaci wodnego roztworu. 3. Zastosowanie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że stężenie kwasu L-askorbinowego wynosi 8-10 mgaa/100 g jogurtu. Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)