Функциональные продукты питания

Пробиотики на основе компонентов микробных клеток или метаболитов реализуют свое положительное влияние на физиологические функции и биохимические реакции организма хозяина либо непосредственно вмешиваясь в метаболическую активность клеток соответствующих органов и тканей, либо опосредованно через регуляцию функционирования биопленок на слизистых макроорганизма. Помимо восстановления микроэкологического статуса и связанного с ним повышения колонизационной резистентности и предотвращения транслокации потенциально патогенных микроорганизмов через слизистые, многие пробиотики могут оказывать положительный эффект на организм хозяина в результате модуляции аутоиммунных реакций, изменения функций макрофагов, продукции цитокинов, активации иммунной системы, связанной со слизистыми. Таким образом, позитивный эффект пробиотиков и продуктов функционального питания на основе живых микроорганизмов на человека реализуется через нормализацию его кишечной микрофлоры, модуляцию биохимических реакций и физиологических функций клеток, а также опосредованного воздействия на иммунно-эндокринно-нервные системы регуляции механизмов поддержания гомеостаза.

При создании пробиотиков для лечебно-профилактического применения рекомендуется использовать единые приемы селекции производственных штаммов по критерию антагонистической активности в условиях культивирования смешанных популяций, близких к естественным экологическим. При отборе производственных штаммов следует отдавать преимущество умеренным кислотообразователям в расчете на продукцию отобранными штаммами истинных антибиотико-схожих субстанций. При этом необходимо обязательно учитывать генетические особенности этих штаммов, включая наличие у них вне хромосомных факторов наследственности, а также их адгезивную способность на субстрате естественных биотопов. Конструирование поликомпонентных пробиотиков следует проводить с учетом природного синергизма видов, путем оценки накопления биомассы отдельными культурами при совместном их выращивании.

К микроорганизмам, используемым в качестве основы пробиотиков и продуктов функционального питания предъявляются следующие требования:

· Они должны быть изолированы из организма тех видов животных и человека, для которых Они и будут предназначены

· Они должны обладать полезным воздействием на организм хозяина, подтвержденным лабораторными исследованиями и клиническими наблюдениями

· При длительном использовании они не должны вызывать побочные эффеты

· Они должны обладать колонизационным потенциалом, то есть сохраняться в пищеварительном тракте до достижения максимального положительного действия {быть устойчивыми к низким значениям рН, желчным кислотам, антимикробным субстанциям, продуцируемым индигенной микрофлорой; хорошо адгезироваться к эпителию соответствующих слизистых оболочек)

· Они должны обладать стабильными характеристиками как в клиническом, так и в технологическом плане

· Они должны обладать высокой скоростью роста и размножения в условиях, близким таковым в кишечном тракте; при их культивировании in vitro для накопления биомассы следует создавать условия, максимально приближающие таковым микроокружения просвета кишечника

· При введении в больших количествах они должны обладать минимальной способностью к транслокации из просвета пищеварительного тракта во внутреннюю среду макроорганизма.

· Они должны иметь четкую физиолого-биохимическую и генетическую маркировку как для исключения фальсификации, так и для периодического контроля идентичности исходных пробиотических штаммов и производственных культур в процессе их эксплуатации

Эффективность пробиотиков и продуктов функционального питания, приготовленных с использованием живых микроорганизмов или их структурных компонентов, зависит от многих факторов: их состава, технологии изготовления, способа назначения, количества живых микроорганизмов или действующего микробного компонента в единице вводимого объема, состояния микробной экологии хозяина, его возраста, половой и видовой принадлежности, условий проживания и т. д.

Микроорганизмы, используемые для применения в качестве лекарственных препаратов, биологически активных добавок к пище или в форме продуктов функционального питания, оказывают свое действие на организм через различные медиаторы, которые представляют собой либо компоненты микробной клетки, либо продукты метаболической активности пробиоти-ческих штаммов или нормальной микрофлоры кишечника. Эти медиаторы, достигая места своего приложения в нервной, гормональной, иммунной или иных тканях, органах и системах организма хозяина, прямо или опосредованно взаимодействуют в них с соответствующими рецепторами, структурами или ферментами, следствием чего являются благоприятные для макроорганизма изменения в его биохимических, поведенческих реакциях или физиологических функциях. Таким образом, «дружественные» для человека живые микроорганизмы, используемые для изготовления пробиотиков и продуктов функционального питания, можно рассматривать, как небольшие фабрики, производящие множество разнообразных биологически активных соединений — медиаторов, участвующих в восстановлении и поддержании здоровья человека и снижающих риск возникновения заболеваний.

Таблица 1 Антимикробные соединения, продуцируемые пробиотическими микроорганизмами

Антагонистическая активность пробиотических микроорганизмов при изготовлении продуктов функционального питания снижается, если:

· в продукте появляются бактериоциноустойчивые микроорганизмы

· бактериоцины связываются с другими компонентами пищевого продукта

· микробные соединения инактивируются различными пищевыми добавками

· нарушение условий для оптимального роста стартерных культур и продукции ими антимикробных соединений

· Спонтанная утрата стартерными культурами генетических детерминант продукции бактериоцинов

· Зараженность стартерных культур бактериофагами

· Антагонистическая активность микроорганизмов при использовании комплексных заквасок

· Антагонистическая активность посторонней микрофлоры в отношении бактериоцинопродуцирующих стартерных культур.

Бифидо- и лактобациллосодержащие пробиотики и продукты функционального питания.

В настоящее время род Bifidobacterium включает 32 вида, из которых три новых (В. lactis, В. inopintanum, В. denticolens) были включены в этот род лишь в последние годы. Впервые эти микроорганизмы были изолированы из фекалий грудных детей учеником И. И. Мечникова французским исследователем Henry Tissier в 1899 году. В последующем было установлено, что эти микроорганизмы на 99% составляют микрофлору кишечника здорового грудного ребенка и в больших количествах присутствуют в микробиоценозе толстого кишечника взрослых людей. Детальное исследование биологии этих микроорганизмов показало, что при микроскопическом исследовании бифидобактерии представляют собой слегка изогнутые палочки с булавовидными или шаровидными утолщениями на одном или двух концах. Морфология бифидобактерии изменяется в зависимости от состава среды и времени культивирования. Среди бифидобактерии встречаются виды как с низкой ферментативной активностью (Б. bifidum), так и сбраживающие разнообразные углеводы (6. adolescentis, В. breve). Некоторые культуры бифидобактерии при выращивании в стерильном молоке сквашивали его к 16—30 часам с образованием нежного по консистенции сгустка и умеренной кислотностью (70—90Т). Фруктозо-6-фосфа-таза — ключевой фермент в метаболизме углеводов бифидо-бактериями Бифидобактерии образуют уксусную и молочную кислоты в молярном отношении 3 : 2, не образуют углекислый газ. Оптимум температуры для роста этих бактерий 37—40°С, оптимум рН 6.5

Будучи облигатно-анаэроб-ными бактериями, бифидобактерии не растут в атмосфере, содержащей кислород, и на средах с повышенным окислительным потенциалом. Хорошо растут в присутствии таких редуцирующих агентов, как аскорбиновая кислота, цистеин или тиогликолат. Для своего роста бифидобактерии нуждаются в источнике углерода (различные углеводы, бикарбонат или углекислый газ). Цистеин или цистин служат необходимым источником азота для этих микроорганизмов.

Антагонистическая активность бифидобактерий, связанная с продукцией органических кислот (ацетата и лактата) и бакте-риоцинов с широким спектром антимикробного действия (ин-гибирование роста кишечных палочек, клостридий, сальмонелл, шигелл, листерий, кампилобактеров, вибрионов и других микроорганизмов), также как и блокирование рецепторов на слизистой кишечника, предотвращающая фиксацию на них потенциально патогенных микроорганизмов, определяют важнейшую роль этих микроорганизмов в колонизационной резистентно-сти. Снижение количества бифидобактерий или даже их полное исчезновение является одним из патогенетических механизмов длительных кишечных дисфункций у детей и взрослых. Оно ведет к нарушению минерального обмена, процессов кишечного всасывания, белкового и жирового обмена, к формированию хронических расстройств пищеварения. Имеются сведения, что бифидобактерий являются «поставщиком» ряда незаменимых аминокислот, в том числе триптофана, витаминов, установлена их антикарциногенная и антимутагенная активность, способность снижать уровень холестерина в крови, нормализовать продукцию в кишечнике летучих жирных кислот, метаболизм желчных кислот и утилизацию муцина, активно участвующих в регуляции водного и электролитного обмена, проявлять иммунопотенцирующую активность и другие позитивные эффекты.

В России к началу 90-х годов лишь 4 штамма бифидобактерий были разрешены к использованию для производства лечебных препаратов, в том числе в форме продуктов лечебно-профилактического назначения — Bifidobacterium bifidum 1, В. bifidlim 791, В. bifidum ЛВА-3, В. longum B379M. В последующие годы были выделены и охарактеризованы по биологическим и технологическим свойствам ряд других культур бифидобактерий, относящихся как к перечисленным видам бифидобактерий, так и к В. adolescentis, В. Breve.

Ограничен спектр производственных штаммов бифидобактерий и за рубежом. Ограниченность числа производственных культур бифидобактерий обусловлена тем, что при отборе будущих пробиотических стартерных культур требуется проводить огромную селекционную работу, прежде чем удается изолировать штамм, обладающий требуемыми позитивными стабильными характеристиками (медицинскими, технологическими, токсикологическими и т. д.). В связи с этим уместно привести мнение одного из ведущих специалистов в области функционального питания шведского исследователя Stig Bengmark, заметившего, что генетические различия между отдельными штаммами молочнокислых бактерий могут быть больше, чем различия между рыбой и человеком.

Из лактобацилл особую роль отводят L.acidophilus.

Процесс производства пробиотиков и функциональных продуктов на основе бифидо и лакто микроорганизмов:

1-й этап — приготовление заквасочных культур. Для этого используют производственные штаммы микроорганизмов, которые предварительно прошли тщательную проверку на безопасность и имеют клинически доказанный позитивный эффект на организм человека. Для изготовления каждой серии проби-отика или продукта функционального питания следует использовать новую ампулу лиофильно высушенных или хранящихся в условиях низких температур (-40°С или в жидком азоте) бактерий. Это предотвращает возможность гибели стартерных культур или возникновение в популяции клонов с измененными отличными от исходных характеристиками. Желательно, чтобы производственные культуры обладали способностью в течение 6—18 часов наращивать биомассу в таком количестве, чтобы к завершению процесса содержание микроорганизмов было не менее 10⁷ КОЕ/г готового продукта.

2-й этап — подготовка сырья и материалов. Используемое сырье и материалы также должны проходить тщательную проверку в соответствии с регламентируемыми Госсанэпиднадзором России требованиями к сырью и материалам, используемым для изготовления детских и лечебных продуктов питания. С микробиологической точки зрения наиболее целесообразно использовать в технологическом процессе стерильное сырье и материалы.

3-й этап — заквашивание питательной основы путем внесения в асептические танки производственной закваски в необходимом объеме и контроль за процессом по регламентированным параметрам (количество жизнеспособных клеток, рН, температура, содержание кислорода, время ферментации и т. д.).

4-й этап — асептический розлив. Асептически расфасованный продукт следует охлаждать с температуры 20—25° до 6°С в течение 8—10 часов, поскольку ускоренное охлаждение может вызвать нарушение структуры кисломолочного продукта.

5-й этап — контроль готовой продукции по органолептическим, микробиологическим и другим показателям.

Важным моментом получения высококачественных пробиотических продуктов с использованием микроорганизмов является необходимость обеспечения высокой эффективности всех стадий технологического процесса. При этом уже сегодня на некоторых современных зарубежных предприятиях в процессе изготовления каждая партия пробиотического кисломолочного продукта исследуется по более чем 200 показателей.

Живые бифидобактерий, присутствующие в пищевых продуктах, очень чувствительны к факторам окружающей среды (к низким значениям рН, отсутствию тех или иных поддерживающих рост этих бактерий субстратов и т. д.) Для удлинения сроков сохранения бифидобактерий в жизнеспособном состоянии при изготовлении продуктов функционального питания рекомендуется их комбинировать с другими микроорганизмами, прежде всего с культурами обладающими выраженными протеолитическими свойствами (например. L acidophilus или/и S. thermophilus). Согласно рекомендациям International Dairy Federation [1992] и Fermented Milks and Lactic Acid Bacteria Beverages Association of Japan [1997] положительный эффект на организм человека оказывают продукты, содержащие живые бифидобактерии в количестве не менее 10⁷ КОЕ в 1 г продукта.

Таблица 2. Количество микроорганизмов.