Wykorzystanie wybranych bakterii kwasu mlekowego w mlecznych produktach fermentowanych

Wraz z odkryciem bakterii fermentacji mlekowej oraz poznaniem ich pozytywnego wpływu na zdrowie człowieka, podjęto próby stosowania konkretnych gatunków, a następnie szczepów bakterii w produkcji mlecznych napojów fermentowanych. Coraz większa świadomość konsumentów zwiększyła zainteresowanie produktami mlecznymi, które oprócz zaspokajania głodu, wpływają na poprawę zdrowia, czy zapobiegają niektórym chorobom.

Fermentowane produkty mleczne, w tym również mleczne napoje fermentowane można podzielić na cztery generacje (Libudzisz 2002, Defecińska i Libudzisz 2008):

Pierwszą generację stanowią wyroby, które powstały w wyniku ukwaszenia mleka przy wykorzystaniu naturalnie kwaszącej mikroflory (Lactococcus lactis ssp. lactis, Lac. lactis ssp. cremoris, Lac. lactis ssp. lactis var. diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris). W wyniku takiej fermentacji, zwanej spontaniczną, powstaje np. zsiadłe mleko.

Do II generacji należą mleczne napoje fermentowane takie jak kefir, czy jogurt, w których mleko fermentowane jest przez konkretne, celowo dodane gatunki mikroorganizmów (Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus). Ten układ bakterii stosowany jest od ok. 1900 roku.

Te uważane obecnie za tradycyjne fermentowane napoje mleczne mają obecnie ściśle określony skład mikroflory, który przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Mleczne napoje fermentowane o określonym składzie mikroflory wg FAO/WHO i IDF/FIL (Mojka 2013)

Napój Charakterystyczna mikroflora Liczba komórek

j.t.k/g
Jogurt Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus łącznie min. 107
Mleko acidoflne Lactobacillus acidophilus min. 107
Kefir Bakterie: Lactobacillus kefir, Leuconostoc, Lactococcus.

Drożdże: Saccharomyces cerevisiae,

Saccharomyces exiguus, Saccharomyces unisporus, Kluyveromyces marxianus

 min. 107

 

min. 104

 
Mleko fermentowane Mezoflne bakterie fermentacji mlekowej min. 107
Kumys Lactobacillus bulgaricus

Kluyveromyces marxianus

 min. 107

min. 104

Trzecia generacja mlecznych produktów fermentowanych (stosowana od ok. 1980 roku), w produkcji, których stosuje się typowe szczepy bakterii mlekowych oraz kultury bakterii jelitowych o potencjalnych właściwościach probiotycznych (Bifidobacterium, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus). Jednak te ostatnie należy stosować w odpowiedniej ilości (co najmniej 106 jtk/ml produktu), ze względu na ich słabe namnażanie podczas procesu fermentacji.

Ostatnią, IV generację mlecznych wyrobów fermentowanych, stanowią produkty z dodatkiem szczepów o udokumentowanych właściwościach probiotycznych. Są to szczepy bakteryjne, poddane kilkuletnim badaniom klinicznym, w trakcie których udowodniono ich korzystny wpływ na zdrowie pacjentów. Zalicza się tutaj takie szczepy bakteryjne jak np. Bifidobacterium animalis ssp. lactis Bb-12 czy L.  acidophilus La-5 (Libudzisz, 2002).

Probiotyki

W ostatnich latach nastąpił wzrost zainteresowania prozdrowotnym wpływem bakterii fermentacji mlekowej, w tym bakterii o właściwościach probiotycznych. Produkty takie, zawierające w swoim składzie szczepy bakterii probiotycznych, określane są mianem probiotyków (Nowak i in., 2010). Bakterie probiotyczne najczęściej stosowane są w produktach mlecznych.

Termin “probiotyk” pochodzi z języka greckiego i oznacza „dla życia”. Definicja probiotyku zmieniana była wielokrotnie począwszy od roku 1954. Najczęściej stosowana jest definicja wprowadzona w 2002 roku przez Organizację Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) oraz Światową Organizację Zdrowia (WHO). Probiotyki to „organizmy, które podawane w odpowiednich ilościach wywierają korzystne skutki zdrowotne” (FAO, 2002). Wyniki badań przeprowadzonych na zwierzętach, wskazują jednak na możliwość prozdrowotnego działania bakterii probiotycznych po podaniu martwych komórek takich drobnoustrojów, a nawet ich DNA (Bernardeau i in., 2002).

Istnieją różne sposoby wprowadzania szczepów probiotycznych do produktów mleczarskich. Najbardziej rozpowszechnioną metodą jest zaszczepianie mleka kulturami starterowymi oraz bakteriami probiotycznymi jednocześnie. Jednak stosowanie tej metody zazwyczaj nie stwarza dogodnych warunków do rozwoju szczepów probiotycznych. Podczas fermentacji, mikroorganizmy probiotyczne wykazują słaby wzrost w obecności tradycyjnych kultur starterowych. Innym sposobem jest prowadzenie oddzielnych hodowli mikroorganizmów probiotycznych i tradycyjnych kultur starterowych w mleku. Po zakończeniu procesu fermentacji, obie porcje fermentowanego mleka są łączone, w celu otrzymania produktu o właściwościach probiotycznych. Bakterie probiotyczne mogą być również stosowane jako kultury starterowe. Jednak w takim przypadku czas przebiegu fermentacji znacznie się wydłuża (Tamime i in., 2005).

Bakterie kwasu mlekowego (LAB)

Od wieków bakterie odgrywają znaczącą rolę w procesach zachodzących w żywności. Oprócz negatywnego wpływu bakterii na trwałość produktów żywnościowych, jak również na zdrowie człowieka, zaczęto zauważać pozytywny wpływ niektórych gatunków bakterii zarówno na zdrowie, jak również na przedłużanie trwałości żywności (Smolyansky, 2010).

Bakterie fermentacji mlekowej (LAB) są Gram dodatnią (G+), zróżnicowaną grupą  mikroorganizmów. Mogą prowadzić fermentację glukozy tylko do kwasu mlekowego (homofermentacja z wydajnością ≥ 85%) lub do kwasu mlekowego, etanolu (octanu) i CO2 (heterofermentacja z  wydajnością 50% produkcji kwasu mlekowego) (Gajewska i Błaszczyk 2012). Nie wytwarzają przetrwalników i nie są urzęsione. Bakterie fermentacji mlekowej, są względnymi beztlenowcami oraz mają duże wymagania pokarmowe. Do LAB zalicza się następujące rodzaje bakterii: Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Tetragenococcus, Vagococcus, Oenococcus, Weissella oraz Streptococcus. Ze względu na pewne wspólne cechy fizjologiczne i biochemiczne oraz zasiedlanie przewodu pokarmowego, również rodzaj Bifidobacterium jest bardzo często zaliczany do LAB. Ze względu na wysoki udział zasad G+C (54-67%), należą one do odrębnej filogenetycznie grupy. Reprezentują typ Actinobacteria, rząd Bifidobacteriales (Salminen i Wright, 1998; Picard i in., 2005; Libudzisz, 2008).

LAB podzielić można ze względu na optymalne temperatury wzrostu oraz ilość produkowanego kwasu mlekowego. Do pierwszej grupy należą mikroorganizmy termofilne, dla których optymalna temperatura rozwoju to 40-45 °C. Bakterie te to: S. thermophilus oraz L. delbrueckii, wytwarzające do 3% kwasu mlekowego. Drugą grupę reprezentują gatunki mezofilne, dobrze rosnące w 20-28 °C, produkujące mniejsze ilości kwasu mlekowego (do 1,5%). Należą do niej gatunki z rodzaju Leuconostoc oraz L. casei, L. plantarum, czy Lac. lactis (Libudzisz, 2008).

Głównym produktem, prowadzonej przez te bakterie fermentacji beztlenowej, jest kwas mlekowy. Zależnie od gatunku wytwarzają od 0,6 do 3% kwasu mlekowego. W mniejszych ilościach mogą produkować kwas octowy, aldehyd octowy, etanol, CO2 oraz diacetyl, acetoinę i butandiol (Libudzisz, 2008). W oparciu o metabolizm węglowodanów LAB podzielono na dwie grupy − homofermentatywne oraz heterofermentatywne. Pierwszą reprezentują Lac. lactis, L. delbrueckii, L. acidophilus i L. plantarum. Do bakterii heterofermentatywnych należą m. in. L. brevis i L. fermentum (Axelsson, 1998; Libudzisz, 2008).

Bakterie z rodzaju Lactobacillus

Rodzaj Lactobacillus jest niejednorodny filogenetycznie. Należą tutaj gatunki zarówno aerotolerancyjne jak i beztlenowe. Komórki bakterii z rodzaju Lactobacillus mają kształt, często połączonych w łańcuszki, regularnych pałeczek. Stąd ich nazwa − pałeczki mlekowe (Libudzisz, 2008).

Naturalnym środowiskiem występowania Lactobacillus spp. jest przewód pokarmowy zwierząt i człowieka, błona śluzowa jamy ustnej, drogi rodne oraz kiszonki i tradycyjne mleczne produkty fermentowane (Salminen i Wright, 1998; Libudzisz, 2008). U zdrowego dorosłego człowieka Lactobacillus spp. występują w jamie ustnej w ilości 103–107 jednostek tworzących kolonie jtk/ml, jelicie krętym w ilości 103–107 jtk/ml, w okrężnicy w ilości 104–108 jtk/ml. Zainteresowanie bakteriami z rodzaju Lactobacillus zwiększa się, głównie z  powodów biotechnologicznych, czego wyrazem są poszukiwania nowych gatunków. I tak w 1984 roku znano 44 gatunki Lactobacilli, 88 w 2003 a 135 gatunków 2007, zaś w następnym roku znaleziono i opisano kolejnych 10 gatunków (Gajewska i Błaszczyk 2012).

Gatunki usystematyzowane w rodzaju Lactobacillus, to mikroorganizmy zarówno mezo-, jak i termofilne. Zależnie od gatunku różnią się również sposobem fermentacji sacharydów i zdolnością wykorzystania pentoz (homofermentacja mlekowa, heterofermentacja mlekowa) (Libudzisz, 2008). W mleczarstwie najczęściej wykorzystywane są: L. delbrueckii, L. acidophilus, L. casei, L. paracasei, L. plantarum, L. helveticus, L. rhamnosus, L. fermentum (Georgieva i in., 2009; Bao i in., 2010; Wang i in., 2010).

Bakterie należące do rodzaju Lactobacillus są powszechnie uznawane za mikroorganizmy wywierające korzystny wpływ na zdrowie i coraz częściej stosowane w produkcji żywności probiotycznej. Wiele gatunków bakterii z rodzaju Lactobacillus wykorzystywanych jest w procesie fermentacji żywności, głównie ze względu na zdolność zakwaszania środowiska, ale również uzyskanie pożądanego smaku i konsystencji produktów (Kleerebezem i in., 2010).

W naturalnych zakwasach serowarskich przygotowanych tradycyjnie na bazie serwatki dominującym gatunkiem bakterii jest Lactobacillus helveticus. Bakterie te charakteryzują się najsilniejszymi właściwościami proteolitycznymi spośród wszystkich dotychczas poznanych LAB i są stosowane w produkcji serów dojrzewających. Ponadto, szczepy należące do L. helveticus wykazują także szereg właściwości prozdrowotnych, dlatego też wzrasta znaczenie omawianych bakterii w produkcji żywności funkcjonalnej oraz produktach nutraceutycznych (Taverniti i Guglielmetti, 2012; Giraffa, 2014). Zarówno badania
in vivo, jak i in vitro potwierdzają znaczny wpływ Lb. acidophilus na hamowanie rozwoju i obniżanie przeżywalności Helicobacter pylor, bakterii odpowiedzialnej za choroby wrzodowe układu pokarmowego człowieka. Szczepy Lb. acidophilus wykazują właściwości prozdrowotne, m.in. zmniejszają nietolerancję laktozy i stymulują układ immunologiczny. Udowodniono, że gatunek tej bakterii wykazuje aktywność przeciwnowotworową w stosunku do raka okrężnicy.

Bakterie z rodzaju Bifidobacterium

Po raz pierwszy bakterie z rodzaju Bifidobacterium wyizolował w 1899 roku Henry Tissier z kału niemowląt karmionych mlekiem matki. Zaobserwował on mniejszą częstotliwość występowania biegunek u dzieci karmionych piersią, co pozwoliło mu wysunąć hipotezę dotyczącą zastąpienia przez bakterie z rodzaju Bifidobacterium mikroorganizmów wywołujących biegunkę (Smolyansky, 2010).

Do rodzaju Bifidobacterium należy obecnie 29 gatunków. Komórki bakterii mają kształt, często zagiętych lub rozgałęzionych pałeczek. Mogą występować w postaci komórek pojedynczych, dwoinek, łańcuszków bądź palisad (Libudzisz, 2008). Bifidobakterie stanowią naturalną mikroflorę jelitową człowieka i zwierząt, gdzie występują w ilości około 108-1012 jtk/g treści jelitowej. Bakterie te, w przewodzie pokarmowym dzieci karmionych mlekiem matki, stanowią mikroflorę dominującą (Libudzisz, 2008). W przewodzie pokarmowym człowieka można spotkać takie gatunki jak: B. adolescentis, B. angulatum, B. bifidum, B. breve, B. catenulatum, B. dentium, B. infantis, B. longum, B. pseudocatenulatum. B. breve, B. infantis oraz B. longum (Shah i Lankaputhra, 2002).

Bifidobakterie najlepiej namnażają się w zakresie temperatur od 36 do 43 °C. Fermentują cukry do kwasu octowego i mlekowego, w stosunku molowym 3:2. Ponadto bakterie te mogą wytwarzać również etanol i kwas mrówkowy, natomiast nie wydzielają CO2 (Shah, 2000; Libudzisz, 2008). Syntetyzują także lantybiotyki, które należą do bakteriocyn o szerokim zakresie działania (Dylus i in. 2013). Hodowle rożnych gatunków bakterii z rodzaju Bifidobacterium wykazały, że poszczególne gatunki wytwarzały różne ilości metabolitów. B. longum, B. bifidum i B. breve produkowały ponad 70% kwasu mlekowego oraz octowego podczas fazy stacjonarnej, natomiast B. infantis wytwarzał w fazie stacjonarnej około 55% wyżej wymienionych związków (Desjardins i in., 1990).

Bakterie z rodzaju Bifidobacterium, ze względu na udowodnione właściwości prozdrowotne są wykorzystywane do produkcji preparatów farmaceutycznych oraz żywności (Libudzisz, 2008). Szereg przeprowadzonych dotychczas badań naukowych potwierdziło zdolność tych bakterii do obniżania poziomu cholesterolu we krwi. Naukowe badania potwierdzają, iż syntetyzowane przez bifidobakterie, metabolity np. fruktany, korzystnie wpływają na zdrowie gospodarza. Rafter i in. (2007) informują o antynowotworowym działaniu podawanej pacjentom chorującym na raka jelita grubego, mieszaniny B. animalis subsp. lactis, Lactobacillus rhamnosus oraz inuliny. Udowodniony został także korzystny wpływ bakterii z rodzaju Bifidobacterium na poprawę perystaltyki jelit. Znane są także doniesienia dotyczące stymulacji układu odpornościowego przez bakterie z rodzaju Bifidobacterium.

Białka serwatkowe jako czynnik stymulujący wzrost bakterii fermentacji mlekowej

Białka mleka mają bogaty skład aminokwasowy i zawierają w swoim składzie wszystkie niezbędne aminokwasy, które są źródłem azotu organicznego dla bakterii (Hajirostamloo, 2009). W celu stymulowania wzrostu LAB stosuje się różne preparaty białek mleka. Na rynku dostępne są preparaty zawierające pojedyncze białka mleka, takie jak: kazeina, kazeionomakropeptyd, α-laktoalbumina, β-laktoglobulina, laktoferyna. Poszczególne frakcje białek mleka charakteryzują się różnym składem aminokwasowym.

Jednym z częściej stosowanych dodatków wspomagających namnażanie się bifidobakterii jest kazeinomakropeptyd (CMP). Zawiera on w swoim składzie nie tylko aminokwasy, ale także aminocukry takie jak kwas sjalowy, które mogą być fermentowane przez bifidobakterie. Azuma i in. (1984) zaobserwowali stymulujący wpływ tego peptydu, wyizolowanego z mleka kobiecego na wzrost B. infantis, natomiast CMP z mleka krowiego nie miał takich właściwości. Inni naukowcy (Idota i in. 1994) z powodzeniem zastosowali CMP z mleka krowiego, jako promotor wzrostu bakterii z rodzaju Bifidobacterium. Odmienne wyniki prawdopodobnie spowodowane były różnicami w wymaganiach poszczególnych zastosowanych szczepów bakterii.  Pochodzenie CMP z mleka różnych ssaków nie miało znaczącego wpływu na wzrost bifidobakterii (Janer i in. 2004). Podobnie jak zawartość wolnego kwasu sjalowego w różnych preparatach CMP. W innych badaniach sprawdzono dostępne na rynku preparaty białek mleka pod kątem ich właściwości stymulujących wzrost pięciu szczepów bakterii z rodzaju Bifidobacterium (Kozioł i in. 2013). Zglikolizowana forma CMP w niewielkim stopniu poprawiała wzrost tych bakterii.

W różnych badaniach naukowych udowodniono stymulujący wpływ kazeinianu sodu na wzrost bakterii probiotycznych. Mleczne napoje fermentowane suplementowane tym dodatkiem charakteryzowały się większą liczbą komórek B. animalis ssp. lactis niż produkty, w których źródłem białka było odtłuszczone mleko w proszku. Kazeiniany sodu i wapnia najlepiej stymulowały wzrost wybranych szczepów, różnych gatunków Bifidobacterium (Kozioł i in. 2013). Określono również wpływ różnych kombinacji preparatów białkowych, z których najlepszymi stymulatorami wzrostu B. animalis ssp. lactis okazał się koncentrat białek serwatkowych (WPC), zastosowany wraz z kazeinianem sodu oraz odtłuszczonym mlekiem w proszku. Na tym podłożu liczba bifidobakterii wynosiła 7,8 log10 jtk/ml w porównaniu do 6,9 log10 jtk/ml w próbie kontrolnej (Marafon i in., 2011).

Laktoferyna jest białkiem, któremu przypisuje się właściwości antybakteryjne. Jednak w wielu badaniach wykazano, że może stymulować wzrost bifidobakterii. Bakterie należące do rodzaju Bifidobacterium wymagają do wzrostu jonów żelaza, których źródłem może być laktoferyna. Petschow i in. (1999) przebadali wpływ laktoferyny na wzrost kilku gatunków Bifidobacterium. Laktoferyna z mleka krowiego promowała namnażanie B. infantis oraz B. breve, natomiast w mniejszym stopniu wpływało na wzrost B. bifidum. Odwrotne wyniki uzyskano stosując laktoferynę z mleka ludzkiego. Rahman i in. (2009) analizowali wpływ laktoferyny z mleka krowiego na wzrost różnych szczepów B. longum. Wyniki badań wskazują na pozytywne działanie laktoferyny, która szczególnie przy zwiększonej koncentracji (2 mg/ml oraz 4 mg/ml), działała stymulująco na wzrost niektórych szczepów B. longum. Laktoferyna promowała wzrost nie tylko szczepów bakterii z rodzaju Bifidobacterium, ale również L. acidophilus (Kim i in., 2004).

Białka serwatkowe wykazują właściwości antybakteryjne, przykładem może być działanie hydrolizatu α-laktoalbuminy wobec E. coli (Pihlanto-Lappala i in., 1999). Wykazano spadek liczebności bakterii Salmonella w obecności α-laktoalbuminy, przy jednoczesnym wzroście liczebności bakterii z rodzaju Lactobacillus (Bruck i in. 2003). Alfa – laktoalbumina bardzo dobrze stymulowała wzrost bakterii z rodzaju Bifidobacterium, L. acidophilus oraz L. casei (Kozioł i in. 2014; Gustaw i in. 2015, Gustaw i in. 2016). Bakterie z rodzaju Lactobacillus charakteryzują się dużą aktywnością proteolityczną, co stwierdzono m.in. badając stopień hydrolizy białek serwatkowych a przede wszystkim β-laktoglobuliny (Pescuma i in. 2007).  Bakterie te mogą być używane w celu zwiększenia strawności i obniżenia alergenności produktów zawierających białka serwatkowe.

Wpływ dodatku białek serwatkowych na czas fermentacji produktów mleczarskich

Preparaty takie jak: serwatka w proszku, koncentraty białek serwatkowych, czy hydrolizaty kazeiny, dodawane są w celu skrócenia czasu fermentacji mlecznych wyrobów. Preparaty białek mleka są dobrym źródłem aminokwasów i węglowodanów potrzebnych do wzrostu komórek bakteryjnych. Dodatkowe źródło aminokwasów może stymulować wzrost bakterii probiotycznych, szczególnie w przypadku zastosowania kultur starterowych niezawierających w swoim składzie Lb. bulgaricus. Białka mleka zawierają wszystkie niezbędne aminokwasy, które są źródłem azotu organicznego dla bakterii.

Dodatek preparatów białek serwatkowych takich jak: izolat białek serwatkowych (WPI), serwatka w proszku demineralizowana (SPD), kazeinomakropeptyd (CMP) i α- laktoalbumina (α-la), miał korzystny wpływ na właściwości reologiczne mlecznych napojów fermentowanych. Skrzepy mlecznych napojów fermentowanych przez L. acidophils lub L. casei otrzymane z mleka odtłuszczonego, były twardsze i miały gęściejszą konsystencję (Kozioł i in. 2014; Gustaw i in. 2015). Wzbogacając mleko kozie dodatkiem 3% WPC, poprawiono zdolność namnażania B. animalis ssp. lactis Bb-12 oraz L. acidophilus LA-5. Napoje mleczne otrzymane z regenerowanego odtłuszczonego mleka w proszku z dodatkiem WPC zawierały więcej komórek B. animalis ssp. lactis (7,15 log10 jtk/ml) niż próba kontrolna bez dodatku WPC (6,89 log10 jtk/ml) (Marafon i in., 2011)

Izolat białek serwatkowych (WPI) może być prekursorem substancji bioaktywnych. Dodatek WPI, jak też jego hydrolizatów stymulowały namnażanie bakterii L. acidophilus. Podobne wyniki uzyskano podczas badania wzrostu różnych gatunków Bifidobacterium (B. longum, B. bifidum, B. breve, B. infantis) na podłożach z dodatkiem hydrolizatu pepsynowego WPI, w porównaniu do pozostałych stosowanych preparatów białkowych (Kafley i in., 2010). Dodatek WPI miał wpływ na właściwości reologiczne mlecznych napojów fermentowanych, uzyskanych przy udziale szczepu LA-5. Produkty mleczne otrzymywane z mleka odtłuszczonego a fermentowane przez ten szczep, miały bardziej zwięzły skrzep o gęściejszej konsystencji (Kozioł i in. 2014). Wraz ze wzrostem stężenia WPI wzrastała twardość żeli kwasowych otrzymanych przy użyciu szczepu Lb. acidophilus LA-5, przy jednoczesnym spadku wielkości wydzielanej serwatki podczas ich przechowywania w warunkach chłodniczych (Kozioł i in. 2014).

Dodatek hydrolizatów białek serwatkowych (WPH) do mleka odtłuszczonego stymulował wzrost  wybranych szczepów L. acidophilus oraz B. longum. Dodatek na poziomie 1% WPH powodował wyraźnie lepsze namnożenie obu szczepów z rodzaju Lactobacillus Jednocześnie stwierdzono, że suplement ten nie poprawiał wzrostu tradycyjnych szczepów jogurtowych tzn. L. delbrueckii ssp. bulgaricus i S. thermophilus (McComas i  Gilliland, 2003).

Wzbogacenie mleka w hydrolizat kazeiny wpływał na polepszenie właściwości proteolitycznych i fermentacyjnych bakterii z rodzaju Bifidobacterium. Dodatek ten poprawiał również właściwości proteolityczne potencjalnie probiotycznych szczepów L. plantarum, jak również wpływał na stabilność szczepów probiotycznych w mleku fermentowanym.

Hydrolizaty białek serwatki, pochodzące z proteolitycznego rozkładu kazeiny, wzmacniają funkcjonowanie układu odpornościowego poprzez zwiększenie proliferacji limfocytów oraz przeciwciał, jak również syntezę cytokin. Z tego powodu dodatek preparatów białek mleka wpływa na zwiększenie walorów prozdrowotnych mlecznych napojów fermentowanych (Kozioł i in. 2014).

Warto zapamiętać

Mleko i produkty mleczne tradycyjnie uznawane są za zdrowe pożywne dla ludzi i stanowią ważny element zróżnicowanej i zbilansowanej diety. Niestety mleko jest produktem bardzo nietrwałym, a jednym ze sposobów przedłużenia jego trwałości jest fermentacja mlekowa.

Fermentowane produkty mleczne zawierające żywe mikroorganizmy są stosowane w tradycyjnym żywieniu w celu poprawy i utrzymania równowagi w funkcjonowaniu układu pokarmowego. W ostatnich latach obserwuje się zwiększoną świadomość zdrowotną konsumentów i w związku z tym intensywniejsze zainteresowanie produktami spożywczymi zawierającymi prozdrowotne dodatki. Mleczne napoje fermentowane, takie jak jogurt, są najczęściej wykorzystywane jako źródło probiotycznych i prebiotycznych dodatków o korzystnych cechach zdrowotnych.

Szczepy bakterii należące do rodzajów Lactobacillus i Bifidobacterium są najczęściej stosowane w produkcji mlecznej żywności probiotycznej, ze względu na to, że bakterie tych właśnie rodzajów jako pierwsze zasiedlają przewód pokarmowy człowieka już w pierwszych dniach życia noworodka (Schmidt i Olejnik-Schmidt 2010). Mleko nie jest idealną pożywką dla bakterii probiotycznych, wynika to prawdopodobnie z niewielkiej zawartości wolnych aminokwasów jak i słabej aktywności proteolitycznej bakterii, szczególnie z rodzaju Bifidobacterium.

Jednym ze sposobów polepszenia składu mleka, jako pożywki dla bakterii kwasu mlekowego jest dodatek różnych substancji stymulujących ich wzrost. Najczęściej w tym celu stosowane są różnego rodzaju oligosacharydy ale i białka np. białka mleka. Białka mleka a przede wszystkim białka serwatkowe oprócz stymulowania wzrostu bakterii kwasu mlekowego w mlecznych napojach fermentowanych powodują poprawę ich wyglądu, konsystencji i innych właściwości fizykochemicznych. Dodatek białek mleka przyspiesza proces fermentacji mleka, ale przede wszystkim białka serwatkowe zwiększają wartość odżywczą i biologiczną produktów mlecznych.

Autor: prof. dr hab. Waldemar Gustaw,

Wydział Nauk o Żywności I Biotechnologii,

Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie

Literatura

  1. Axelsson, L., Lactic acid bacteria: classification and physiology. W: Salminen, S., von Wright, A. (Eds) Lactic acid bacteria. Microbiology and functional aspects. Marcel Dekker, Inc., New York, 1998.
  2. Azuma, N., Yamauchi, K., Mitsuoka, T.: Bifidus growthpromoting activity of a glycomacropeptide derived from human κ-casein. Agricultural and Biological Chemistry, 1984, 48, 2159–2162.
  3. Bao Y., Zhang Yanchao, Zhang Yong, Liu Y., Wang S., Dong X., Wang Y., Zhang H., Screening of potential probiotic properties of Lactobacillus fermentum isolated from traditional dairy products. Food Control, 2010, 21, 695–701.
  4. Bernardeau M., Vernoux JP., Gueguen M., Safety and efficacy of probiotic lactobacilli in promoting growth in post-weaning Swiss mice. Int J Food Microbiol 2002, 77, 19-27
  5. Bruck, W.M., Graverholt, G., Gibson, G.R.:A two-stage continuous culture system to study the effect of supplemental a-lactalbumin and glycomacropeptide on mixed cultures of human gut bacteria challenged with enteropathogenic Escherichia coli and Salmonella serotype Typhimurium. Journal of Applied Microbiology. 2003, 95, 44–53.
  6. Defecińska A, Libudzisz Z. Bakterie fermentacji mlekowej – wpływ na funkcje życiowe człowieka. Prz Mlecz 2008, 8 : 247-251.
  7. Desjardins M.-L., Roy D., Toupin C. Goulet J., Uncoupling of Growth and Acids Production in Bifidobacterium ssp., J. Dairy Sci., 1990, 73, 1478-1484.
  8. Dylus, E., Buda, B., Górska-Frączek, S., Brzozowska, E., & Gamian, A. Białka powierzchniowe bakterii z rodzaju Bifidobacterium. Post Hig Med Dosw, 2013, 402-412.
  9. FAO: Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food, Report of a Joint FAO/WHO Working Group on Drafting Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food. London, Ontario, Kanada, 30 kwietnia i 1 maja 2002, (http://www.who.int/foodsafety/fs_ management/en/probiotic_guidelines. pdf)
  10. Gajewska J.,  Błaszczyk M.  Probiotyczne bakterie fermentacji mlekowej (LAB), POST. MIKROBIOL., 2012, 51, 1, 55–65.
  11. Georgieva R., Iliev I., Haertlé T., Chobert J-M., Ivanova I., Danova S.: Technological properties of candidate probiotic Lactobacillus plantarum strains. International Dairy Journal. 2009, 19, 696-702.
  12. Giraffa, G. Lactobacillus helveticus: importance in food and health. Frontiers in Microbiology, 2014, 5, 1 – 2.
  13. Gustaw W., Kozioł J., Radzki W., Skrzypczak K., Michalak-Majewska M., Sołowiej B., Sławińska A., Jabłońska-Ryś E. (2016). The effect of addition of selected milk protein preparations on the growth of Lactobacillus acidophilus and physicochemical properties of fermented milk. Acta Sci.Pol. Technol. Aliment. 15 (1), 29-36.
  14. Gustaw, W., Koziol, J., Wasko, A., Skrzypczak, K., Michalak-Majewska, M., & Nastaj, M. Właściwości fizykochemiczne i przeżywalność Lactobacillus casei w mlecznych napojach fermentowanych otrzymanych z dodatkiem wybranych preparatów białek mleka. Żywność Nauka Technologia Jakość, 2015, 6 (103), 129 – 139.
  15. Hajirostamloo B.: Comparison of Nutritional and Chemical Parameters of Soymilk and Cow milk. World Academy of Science, Engineering and Technology, 2009, 57, 436-438.
  16. Idota, T., Kawakami, H., Nakajima, I.: Growth-promoting effects of N-acetylneuraminic acid-containing substances on bifidobacteria. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry, 1994, 58, 1720–1722.
  17. Janer C., Peléaz C., Requena T. Caseinomacropeptide and whey protein concentrate enhance Bifidobacterium lactis growth in milk. Food Chemistry, 2004, 86, 263 – 267.
  18. Kafley S., Woan-Sub K.I.M., Kumura H., Shimazaki K.-I.: Growth performance of whey protein hydrolysates in the media on different strains of probiotic bacteria. Milchwissenschaft. 2010, 65 (3), 245-248.
  19. Kim W. S., Ohashi M., Tanaka T., Kumura H., Kim G. Y., Kwon I. K., Goh J. S., Shimazaki K.: Growth-promoting effects of lactoferrin on L. acidophilus and Bifidobacterium spp. Biometals. 2004, 17(3), 279-83.
  20. Kleerebezem M., Hols P., Bernard E.,. Rolain T, Zhou M., Siezen R. J.,. Bron P. A,  The extracellular biology of the lactobacilli. FEMS Microbiol Rev. 2010, 34, 199–230.
  21. Koziol, J., Gustaw, W., Wasko, A., Skrzypczak, K., Slawinska, A., & Solowiej, B. Wpływ wybranych preparatów białek mleka na wzrost i przeżywalność Lactobacillus acidophilus oraz właściwości reologiczne mlecznych napojów fermentowanych. Żywność Nauka Technologia Jakość, 2014, 3 (94), 41 – 55.
  22. Koziol, J., Skrzypczak, K., Gustaw, W., Waśko, A. Wpływ preparatów białek mleka na wzrost bakterii z rodzaju Bifidobacterium. Żywność Nauka Technologia Jakość, 2013, 3 (88), 83 – 98.
  23. Libudzisz Z. Probiotyki i prebiotyki w fermentowanych napojach mlecznych. Pediatr Współcz Gastroenterol Hepatol Żyw Dziecka 2002, 4(1): 19-25
  24. Libudzisz Z., Bakterie fermentacji mlekowej w Mikrobiologia techniczna t.2., pod red. Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z., wyd. PWN, Warszawa, 2008.
  25. Marafon A. P., Sumi A., Alcântara M. R., Tamime A. Y., Oliveira M. N.: Optimization of the rheological properties of probiotic yoghurts supplemented with milk proteins. Food Science and Technology. 2011, 44, 511-519.
  26. McComas Jr. K. A., Gilliland S. E.: Growth of probiotic and traditional yogurt cultures in milk supplemented with whey protein hydrolysate. Journal of Food Science. 2003, 68(6), 2090-2095.
  27. Mojka K., Charakterystyka mlecznych napojów fermentowanych. Probl Hig Epidemiol 2013, 94(4): 722-729
  28. Nowak A., Śliżewska K., Libudzisz Z., Probiotyki – historia i mechanizmy działania, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2010, 4 (71), 5 – 19.
  29. Pescuma M., Hébert E.M., Mozzi F., Font de Valdez G., Hydrolysis of whey proteins by Lactobacillus acidophilus, Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus grown in a chemically defined medium. Journal of Applied Microbiology, 2007, 103, 1738–1746.
  30. Petschow B. W., Talbott R. D., Batema R. P.: Ability of lactoferrin to promote the growth of Bifidobacterium spp. in vitro is independent of receptor binding capacity and iron saturation level. J Med Microbiol. 1999, 48(6), 541-549.
  31. Picard C., Fioramonti J. ,A. Francois, Robinson T., Neant F., Matuchansky C., Review article: bifidobacteria as probiotic agents – physiological effects and clinical benefits, Aliment Pharmacol. Ther. 2005; 22: 495–512.
  32. Pihlanto A., Korhonen H., Bioactive peptides and proteins, Adv. Food Nutr. Res. 2003, 47, 176–275.
  33. Rafter J., Bennett M., Caderni G., CluneY., Hughes R., Karlsson P.C., Klinder A., O’Riordan M., O’Sullivan G.C., Pool-Zobel B., Rechkemmer G., Roller M., Rowland I., Salvadori M., Thijs H., Van Loo J., Watzl B., Collins J.K.: Dietary synbiotics reduce cancer risk factors in polypectomized and colon cancer patients. Am. J. Clin. Nutr., 2007; 85, 488-496.
  34. Rahman M. M., Kim W-S., Kumura H., Shimazaki K.: Growth promotional effects of bovine lactoferrin and its hydrolysate on bifidobacteria. Milk Sci. 2004, 53, 325–327.
  35. Salminen, S., Wright, A. Lactic acid bacteria: Microbiology and functional aspects,  Ed. Marcel Dekker, Inc. New York, USA, 1998., pp. 14-19.
  36. Schmidt M., Olejnik – Schmidt A., Metody selekcji mikroorganizmów o właściwościach probiotycznych. Przemysł Spożywczy, 2010, 64 (10), 40-44.
  37. Shah, N. P., Probiotic bacteria: selective enumeration and survival in dairy foods. Journal of Dairy Science, 2000, 83, 894–907.
  38. Shah, N., Lankaputhra, W., Bifidobacterium sp. – morphology and physiology. Elsevier Science Ltd., 2002, 141-146.
  39. Smolyansky J., Probiotics: A Historical Perspective w Bioactive Foods in Promoting Health: Probiotics and Prebiotics, pod red. Watson R., Preedy V., Wyd. Elsevier Inc., 2010.
  40. Tamime A. Y., Saarela M., Søndergaard A. K., Mistry V. V., Shah N. P., Production and maintenance of viability of probiotic micro-organisms in dairy products. Probiotic Dairy Products, red. Tamime A., 2005, Blackwell Publishing
  41. Taverniti, V. & Guglielmetti, S. Health-promoting properties of Lactobacillus helveticus. Fronteries in. Microbiology, 2012, 3, 1 – 13.
  42. Wang J., Guo Z., Zhang Q., Yan L., Chen Y.,. Chen X.,. Liu X-M., Chen W., Zhang H-P., Effect of probiotic Lactobacillus casei Zhang on fermentation characteristics of set yogurt. International Journal of Dairy Technology, 2010, 63, 1, 105-112.