Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология продуктов функционального питания. Учебное пособие.pdf
31
ли нормальной микрофлоры кишечника синтезируют витамины (витамин К, витамины группы В), аминокислоты и другие биологически
активные соединения, которые играют положительную роль в питании
организма-хозяина. Кроме того, они способствуют усвоению некоторых макро- и микроэлементов.
• Микроорганизмы представители нормальной микрофлоры
кишечника участвуют в процессе пищеварения. Они продуцируют
гидролитические ферменты (протеазы, пептидазы, амилазы и липазы)
которые способствуют дополнительному перевариванию соответствующих компонентов пищи. Микроорганизмы кишечника расщепляют
олиго- и полисахариды, которые не перевариваются пищеварительными ферментами ЖКТ. Заметную роль играют бактерии-симбионты и в
усвоении лактозы, особенно в случаях наличия лактазной недостаточности, которая достаточно часто наблюдается у взрослой части населения.
• Микроорганизмы симбионты осуществляют биосорбцию и
биотрансформацию эндо- и экзотоксинов, то есть выполняют антитоксическую функцию.
• Микроорганизмы представители нормальной микрофлоры
кишечника также участвуют в электролитном обмене, регулируют метаболизм желчных кислот и холестерина, стимулируют перистальтику
кишечника и эвакуацию кишечного содержимого.
• Микроорганизмы осуществляют стимуляцию роста собствен-
ных представителей эндогенной флоры в результате продукции витаминов и других ростостимулирующих факторов, нормализации рН,
нейтрализации токсинов.
По своей роли в поддержании гомеостаза макроорганизма кишечная микрофлора не уступает любому другому органу. Поэтому
некоторые исследователи рассматривают ее как самостоятельный орган.
Эффективность пробиотиков зависит от многих факторов:
от характеристик самого пробиотика: его состава, технологии
изготовления, способа назначения, количества живых микроорганизмов или действующего микробного компонента в единице вводимого
объема;
от состояния макроорганизма: микробной экологии хозяина,
его возраста, пола, условий проживания, рациона питания и т.д.
Многолетние клинические наблюдения за лечебной и профилактической эффективностью пробиотиков показали, что наименьшими
32
побочными эффектами при длительном их применении обладают те из
них, в состав которых входят бифидобактерии. Это дало основание
использовать бифидосодержащие препараты, биологически активные
добавки и продукты функционального питания, содержащие бифидобактерии, для систематического применения не только для медицинских целей, но и для ежедневного использования людьми всех возрастов вне зависимости от их физиологического или патологического состояния.
Бифидобактерии и их применение в функциональном питании
Среди различных представителей нормальной микрофлоры человека особое место занимают бифидобактерии. Они обнаруживаются
в количестве 10
8-11
КОЕ/г содержимого толстой кишки человека и, на-
ряду с Bacteroides, Clostridium, Eubacteria, Peptostreptococcus состав-
ляют основу облигатной микрофлоры его микроэкологической системы. Они на 99 % составляют микрофлору кишечника здорового грудного ребенка, и в больших количествах присутствуют в микробиоценозе толстого кишечника взрослых людей.
Род Bifidobacterium входит в семейство Bifidobacteriaceae, порядок Bifidobacteriales, класс Actinobacteria, тип (фила) Actinobacteria,
царство Бактерии.
Морфологическая характеристика бифидобактерий. Бифидобактерии (лат. Bifidobacterium) – это грамположительные анаэробные,
не образующие спор бактерии.
Бифидобактерии имеют форму немного изогнутых палочек длиной 2–5 мкм, концы клеток бифидобактерий могут быть раздвоены,
утончены или быть с бифуркациями (булавовидными или шаровидными утолщениями) на одном или двух концах (см. рис. 1). Бифуркации на концах могут отсутствовать. Морфология бифидобактерий изменяется в зависимости от состава среды и времени культивирования.
Клетки бифидобактерий в молодых культурах представляют собой
грамположительные, слегка изогнутые палочки с раздвоением или
утолщением на одном – двух концах, располагаются в мазке одиночно,
парами или группами, V, Y, T-образно, в виде китайских иероглифов,
могут образовывать короткие цепочки или розетки. На ранних стадиях
развития у бифидобактерий преобладают палочковидные формы, а
при дальнейшем культивировании образуются разветвленные нити с
многочисленными перегородками в основном стволе и ответвлениях.
33
В старых культурах бифидобактерии могут образовывать крупные
круглые клетки или клетки в виде запятой.
Рис. 1. Морфология
бифидобактерий
Среди штаммов, выделенных из кишечника взрослых людей,
преобладают палочковидные и булавовидные формы; ветвящиеся палочки чаще встречаются у детей грудного возраста.
Основные виды этого рода: B. adolescentis, B. animalis, B.
asteroides, B. bifidum, B. breve, B. catenulatum, B. choerinum, B.
coryneforme, B. cuniculi, B. dentium, B. gallicum, B. gallinarum, B.
indicum, B. longum, B. magnum, B. merycicum, B. pseudocatenulatum, B.
pseudolongum, B. psychraerophilum, B. pullorum, B. ruminantium, B.
saeculare, B. scardovii, B. simiae, B. subtile, B. thermacidophilum, B.
thermophilum.
Физиолого-биохимические свойства бифидобактерий. Все виды
бифидобактерий при первичном выделении являются строгими анаэробами. В присутствии углекислого газа они могут быть толерантными к кислороду. При лабораторном культивировании эти микроорганизмы приобретают способность развиваться в присутствии некоторого количества кислорода, особенно, в высокопитательных средах. Чувствительность к кислороду у многих штаммов бифидобактерий варьирует. Оптимальной для роста является температура 37 - 41 °С. Оптимальное значение рН 6,0 - 7,0, при рН ниже 4,5 и выше 8,5 рост микроорганизмов в большинстве случаев прекращается.
Для размножения бифидобактерий необходимы разнообразные
факторы роста. Многие виды нуждаются в биотине, пантотеновой кислоте, цистеине, лизине, пролине, рибофлавине, пуриновых и пиримидиновых основаниях, пептидах, аминосахарах, олигосахаридах и др.
Некоторые штаммы бифидобактерий растут при наличии олигосаха-
34
ридов – N-ацетил-глюкозамина, N-ацетил-галактозамина, N-ацетилманнозамина и других, которые содержатся в женском молоке. Бифидобактерии являются хемоорганотрофами, активно сбраживают сахарозу, галактозу, фруктозу, мальтозу, раффинозу, лактозу и др. с образованием в основном уксусной и молочной кислот в молярном соотношении 3:2. Образуются также примеси муравьиной и янтарной кислот, а также этанола. Масляную, пропионовую кислоты и СО
не об-
2
разуют. Подавляющее большинство бифидобактерий известных видов
имеет α,β-галактозидазы. Бифидобактерии не продуцируют каталазы,
не образуют индол и сероводород, не восстанавливают нитраты, не
разжижают желатин. Большинство штаммов бифидобактерий не
сквашивают стерильное молоко или сквашивают его медленно через 4
сут и более. Кроме кишечника теплокровных, бифидобактерии обнаружены в ротовой полости, а также у насекомых и в сточных водах.
Культуральные свойства. Бифидобактерии культивируют, создавая анаэробные условия или снижая окислительновосстановительный потенциал среды, на молоке, гидролизованном
молоке и гидролизате казеина, а также на печеночном бульоне с добавлением ростовых веществ (дрожжевого автолизата, кукурузного
экстракта, цистеина и др.). На плотных питательных средах бифидобактерии образуют разнообразные колонии: плоские, полушаровидные, блестящие, шероховатые, окруженные валиком, имеющие более
темный центр и т.д. Колонии часто напоминают по форме зерно гречихи, гвоздик, комету или усеченную треугольную пирамиду, на некоторых средах колонии имеют форму чечевичек. Цвет колоний изменяется от белого и серого до темно-коричневого. В молоке бифидобактерии развиваются медленно, так как коровье молоко не является естественной средой их обитания. Рост бифидобактерий в коровьем молоке стимулируют экстракты дрожжей, гидролизованное молоко, экстракт картофеля, тростниковый сахар, кукурузный экстракт, морковный сок, а также положительный эффект имеет увеличение соотношения белок:лактоза. Сильный стимулирующий эффект роста бифидобактрий получают при использовании гидролизатов казеина. В качестве стимуляторов роста применяют также соли железа, сорбит, микроэлементы в виде сернокислой меди и лактата железа. Для культивирования бифидобактерий наиболее распространенной считается печеночно-цистеиновая среда (среда Блаурокка). В молочной промышленности для выявления бифидобактерий рекомендована гидролизатномолочная среда (ГМС).
35
Роль бифидобактерий в организме человека. Исследования би-
фидофлоры у здоровых грудных детей находящихся на грудном
вскармливании показало, что их бифидофлора включает следующие
виды бифидобактерий: B. bifidum, B. longum, B. breve, B. infantis (35 %,
42 %, 17 %, 12 %), B. adolescentis выявляются редко или отсутствуют.
У детей на искусственном вскармливании в значительном количестве
обнаруживаются B. adolescentis (22 %). У взрослых в толстом кишеч-
нике обнаруживаются преимущественно – B. bifidum, B. longum, B.
adolescentis. В кишечнике лиц старше 35 лет представители B.
adolescentis начинают преобладать, достигая в пожилом возрасте 60-75
% от состава микрофлоры кишечника. Соответственно, создание пробиотиков для лиц различного возраста должно осуществляться с учетом этих данных.
Бифидобактерии, наряду с другими представителями нормальной кишечной микрофлоры, выполняют и регулируют многочисленные функции организма. В процессе жизнедеятельности они образуют
органические кислоты, которые угнетают размножение патогенной,
токсигенной и газообразующей микрофлоры кишечника. Бифидобактерии обладают выраженным микробным антагонизмом, регулируют
количественный и качественный состав нормальной микрофлоры кишечника, сдерживают рост и препятствуют размножению патогенных
и условно-патогенных микроорганизмов в кишечнике, что необходимо
для защиты организма от возникновения и развития кишечных инфекций, особенно в детском возрасте.
Наравне с другими представителями нормальной флоры кишечника, бифидобактерии принимают активное участие в пищеварении и
всасывании. Они способствуют ферментативному перевариванию пищи (усиливают гидролиз белков, сбраживают углеводы, омыляют жиры, частично гидролизуют пищевые волокна), стимулируют перистальтику кишечника, способствуя нормальной эвакуации кишечного
содержимого.
Бифидобактерии синтезируют и улучшают всасывание витаминов группы В, витамина К, фолиевой и никотиновой кислот, способствуют синтезу заменимых и незаменимых аминокислот, лучшему усвоению солей кальция, витамина D, обладают антианемическим, антирахитическим и антиаллергическим действием.
Важной функцией бифидобактерий является их участие в формировании иммунитета. Бифидобактерии стимулируют лимфоидный
аппарат, синтез иммуноглобулинов, повышают активность лизоцима и
36
способствуют уменьшению проницаемости сосудистых тканевых
барьеров для токсических продуктов патогенных и условнопатогенных организмов.
При разработке пробиотиков на основе бифидо- и лактофлоры
соотношение между этими микроорганизмами в препаратах и продуктах должно составлять 9:1, что соответствует соотношению этих микроорганизмов в составе микрофлоры кишечника здоровых людей.
Снижение количества бифидобактерий или даже их полное исчезновение является причиной длительных кишечных дисфункций у
детей и взрослых. Оно ведет к нарушению минерального обмена, процессов белкового и жирового обмена, кишечного всасывания, к формированию хронических расстройств пищеварения. Поэтому бифидобактерии рассматривают как основу для создания препаратов, обладающих многофакторным регулирующим и стимулирующим воздействием на организм.
Рассмотрим некоторые патологические состояния, назначение
при которых бифидосодержащих препаратов или продуктов питания
оказывало благоприятные профилактический и лечебный эффекты:
• Дисбактериозы (дисбиозы) желудочно-кишечного тракта
различного происхождения.
• Микроэкологические нарушения гениталий (дисбиозы) (ва-
гиниты, кольпиты и пр.).
• Препараты, содержащие бифидобактерии, используют при
предродовой подготовке беременных женщин, относящихся к группе
риска на инфекционные осложнения.
• Прием бифидосодержащих препаратов помогает при острых
кишечных инфекциях.
• Бифидобактерии применяют в комплексном лечении боль-
ных нематодозами.
• Препараты, содержащие бифидобактерии, применяют при
хронических воспалительных заболеваниях толстого и тонкого кишечника, при запорах.
• Прием бифидосодержащих препаратов также оказывает по-
ложительный эффект при гастритах, гастродуоденитах.
• Установлено улучшение состояния больных при аллергических заболеваниях, диабете, гиперхолестеринемие при приеме бифидобактерий.
37
• Имеются сведения о положительном действии бифидосо-
Страна-
производитель
Виды
микроорганизмов
1
2
3
Жидкое ацидофильное молоко,
продукты класса йогуртов
L. acidophilus, B.
bifidum,B. longum
«Биоград», «Бифийогурт Йога-
»,
«Симбиофлор», «Лактана-Б»
acidophilus, B. longum,
,
L. rhamnosum, L. casei,
Str. faecium
L. rhamnosum, L. casei,
B. cereus, L. sporogenes,
thermophilus, Str.
Bifidobacterium
L. acidophilus
держащих препаратов на состояние больных с раковыми заболеваниями.
Естественно, что указанные выше позитивные эффекты присутствия в организме человека бифидобактерий в значительной степени
зависят от индивидуальных особенностей штаммов бифидобактерий и
макроорганизма и количества этих бактерий в кишечном содержимом.
Создавая пробиотики и продукты функционального питания, содержащие живые бифидобактерий с определенным лечебнопрофилактическим эффектом на организм человека, невозможно подобрать какой-нибудь один штамм, который в естественных условиях мог
одновременно оказывать все выше описанные эффекты.
Некоторые современные препараты, содержащие бифидобактерии представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Пробиотические препараты, выпускаемые в странах –
членах ЕС и используемые в них виды микроорганизмов
Препарат
Повсеместно
Лайн»,«Лактоприв»,
«Коливит», «Омнифлора Мутафлор», «Витацидофилюс
«Гефилак», «Бактолак» Финляндия
«Йокульт», «Бифидер»,
«Тойоцерин», «Лакрис»,
«Грауген», «Кальспорин»,
«Миаризан», «Королак»,
«Биофермин», «Балантол»,
«Лактофед»
Германия
Япония
L.
S. thermophilus
Bifidobacterium ssp.,
B. bifidum,E. coli
E. coli,B. subtilis,
Bifidobacterium
faecalis,
pseudolongum, B. toyo,
38
Окончание табл.2
1
2
3
«Биокос» Чехия
«Ортобактер», «Бифидиген»,
«Биолакталь»
L. bulgaricus, E. coli,
thermophilus
B. bifidum, P. acidilactis,
L. acidophilus
«Лиобифидус», «Пробиомин»,
«Синелак», «Нормофлор»,
Живые бифидобактерий, присутствующие в пищевых продуктах, очень чувствительны к факторам окружающей среды (к низким
значениям рН, отсутствию тех или иных субстратов, поддерживающих
рост этих бактерий, изменению условий хранения, и т. д.), поэтому для
сохранения бифидобактерий в жизнеспособном состоянии при изготовлении продуктов функционального питания рекомендуют их комбинировать с другими микроорганизмами, прежде всего, с молочнокислыми бактериями, обладающими выраженными протеолитическими свойствами (например, S. thermophulis, L. acidophilus).
Первый лечебный коммерческий препарат, содержащий живые
бифидобактерии и получивший название «Эугалан», был разработан в
1956 году в Германии. Также в Германии в 1964 году был создан и
первый бифидосодержащий препарат для детей – «Лактана-Б-милк».
В России приоритетная роль в области многопланового изучения биологии и таксономии бифидобактерий, их роли в жизнеобеспечении человека, разработке средств бактериотерапии на основе бифидобактерий принадлежит Московскому научно-исследовательскому
институту им. Г. Н. Габричевского. Первый отечественный лечебный
препарат бифидобактерий – «Бифидумбактерин сухой» разработан в
Московском НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г. Н. Габричевского, а в 1972 начат его промышленный выпуск на базе предприятия МНИИЭМ им. Г. Н. Габричевского. Этот препарат представляет
собой лиофильно высушенную в среде культивирования во флаконах,
ампулах или спрессованную в таблетки микробную массу живых, антагонистически активных штаммов. «Бифидумбактерин сухой» предназначен для лечения детей и взрослых.
Детям (в том числе недоношенным) препарат во флаконах или
ампулах можно применять с первых дней жизни, в таблетках – только
с 3-х лет. «Бифидумбактерин сухой» при кишечных заболеваниях
Франция
L. acidophilus, B. bifidum
B. longum, Str.
39
применяют через рот, а в акушерско-гинекологической практике интравагинально.
В МНИИЭМ на базе лаборатории биологии бифидобактерий
была создана первая отечественная коллекция бифидобактерий. От
здоровых грудных детей первого года жизни и от взрослых детей было
выделено более 500 культур бифидобактерий, изучены их биохимические и морфологические свойства, проведена видовая идентификация,
динамика развития и активность кислотообразования при культивировании на различных питательных средах. Охарактеризован видовой
состав бифидофлоры у детей и взрослых. Целенаправленная селекция
позволила отобрать целый ряд штаммов, перспективных как по технологическим, так и медико-биологическим характеристикам. В этот период проведены все этапы клинических и производственных испытаний препаратов на основе штаммов вида Bifidobacterium bifidum (791 и
ЛВА-3), вида Bifidobacterium longum (В379М и Я-3) и Bifidobacterium
adolescentis (ГО-13). Эти исследования открыли перспективу разработки и внедрения в практику новых и усовершенствования существующих бактериальных препаратов.
Для повышения бактерицидно-иммуностимулирующей активности в России разработан сухой бифидумбактерин, обогащенный лизоцимом – «Бифилиз». «Бифилиз» обладает антиопухолевым действием,
повышает неспецифическую резистентность, способствует лучшей
переносимости противоопухолевой и рентгенорадиотерапии. Лизоцим
обладает бифидогенными характеристиками. Его присутствие увеличивает содержание бифидобактерий, например в специально изготовленных плавленых сырах, содержащих бифидобактерии и лизоцим.
У больных с длительными микроэкологическими нарушениями
кишечника часто отмечаются нарушения в структуре слизистой, нарушающие адгезию представителей нормальной микрофлоры к кишечному эпителию. В связи с этим применяют сорбированные формы
пробиотиков. Примером подобного пробиотика является «Бифидумбактерин форте». В качестве энтеросорбента в этом лекарственном
препарате используется косточковый уголь, к которому адгезированы
клетки бифидобактерий.
Новой российской разработкой в этом направлении является серия препаратов «Бифидумбактерин-Мульти» на основе мультипробиотических комплексов бифидобактерий, моделирующих микробиоценозы различных возрастных групп людей.
40
Перспективным направлением представляется создание новых
лечебно-профилактических средств на основе внеклеточных биологически активных субстанций, продуцируемых бифидобактериями, обладающих иммуномодулирующей активностью.
После того как в середине 60-х годов группа немецких исследователей установила, что бифидобактерии можно при определенных
условиях культивировать в молоке, началось история использования
этих микроорганизмов для создания ферментированных лечебных
продуктов питания. В настоящее время на рынках мира присутствует
многочисленные бифидосодержащие препараты и продукты питания,
включая молочнокислые продукты, сыры, десерты, мороженое, конфеты, напитки и другие. При этом в их изготовлении используются бифидобактерии разных видов и их сочетания с другими молочнокислыми бактериями.
Подавляющее большинство продуктов функционального питания на основе бифидобактерии готовятся на производственных штаммах, принадлежащих видам B. bifidum, B. infantis, B. breve, B.
adolescentis, B. longum, B. animals, B. thermophilum, реже B. sp (таксо-
номически неидентифицированных). С целью улучшения органолептических свойств и по технологическим причинам большее количество кисломолочных продуктов, содержащих бифидобактерии, готовятся с использованием комплексных заквасок, содержащих, наряду с
бифидобактериями ацидофильную и болгарскую палочки и термофильный стрептококк.
Молочнокислые бактерии как основа пробиотиков
и продуктов функционального питания
В последнее десятилетие применение пробиотических препаратов, содержащих молочнокислые бактерии (МКБ), приобретает широкое распространение для профилактики и лечения различных заболеваний. Также молочнокислые бактерии находят широкое применение
в пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях.
Традиционно к молочнокислым бактериям относят неподвижных, неспорообразующих кокковидных или палочковидных представителей отряда Lactobacillales (например, Lactococcus (Streptococcus)
lactis или Lactobacillus acidophilus). По современной классификации
род Lactobacillus входит в семейство Lactobacillaceae, порядок
Lactobacillales, класс Bacilli, тип Firmicutes, царство Бактерии.