Нутрициологическое значение молочнокислой заквасочной микрофлоры в производстве ферментированных функциональных молочных продуктов

Официальное определение функциональных пищевых продуктов, включающее дополнительное понятие функциональных пищевых ингредиентов, узаконено документом «Термины и определения в области пищевой и перерабатывающей промышленности, торговли и общественного питания», 2007 г. Оно сформулировано следующим образом:

Функциональный пищевой продукт – пищевой продукт, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами населения, снижающих риск заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет включения в его состав физиологически функциональных пищевых ингредиентов

Физиологически функциональный пищевой ингредиент – вещество или комплекс веществ животного, растительного, микробиологического, минерального происхождения или идентичные натуральным, а также живые микроорганизмы, входящие в состав функционального пищевого продукта, обладающие способностью оказывать благоприятный эффект на одну или несколько физиологических функций, процессы обмена веществ в организме при систематическом употреблении в количествах, составляющих от 10 до 50% суточной физиологической потребности.

Таким образом, ФППобладают повышенной пищевой ценностью вследствие обогащения их биологически активными веществами (микроорганизмами, олигосахаридами, минеральными веществами, витаминами, аминокислотами и др.), и предназначенны для профилактики нарушений физиологических функций практически здорового человека.

В категорию ФПП следует включать [1]:

- продукты питания содержащие требуемые количества функционального ингредиента или их группы, в естественном виде;

- натуральные продукты, дополнительно обогащенные каким-либо функциональным ингредиентом или несколькими;

- натуральные продукты, из которых удален компонент, препятствующий проявлению физиологической активности присутствующих в них функциональных ингредиентов;

- натуральные продукты, в которых исходные потенциальные функциональные ингредиенты модифицированы таким образом, что они проявили свою физиологическую активность или эта активность усилилась;

- натуральные пищевые продукты, в которых в результате тех или иных модификаций биоусвояемость входящих в них функциональных ингредиентов увеличивается;

- натуральные или искусственные продукты, которые в результате применения комбинации вышеуказанных технологических приемов, приобретают способность сохранять и улучшать физическое и психическое здоровье человека и/или снижать риск возникновения риска инфекционных заболевнаий.

Принципиальным различием между ФПП и БП к пище является лишь форма, в которой недостающие организму человека функциональные ингредиенты доставляются в организм человека. Если в виде препарата или добавки, схожей с лекарством для орального применения (таблетки, капсулы, порошки и т. д.), то следует говорить БП как форме БАДа.

Хотя в настоящее время продукты функционального питания составляют не более 5% всех известных пищевых продуктов, судя по прогнозам, в ближайшие 15 лет их доля достигнет 30% всего продуктового рынка. При этом они на 35-50% вытеснят многие традиционные лекарственные препараты из арсенала средств сохранения здоровья. Если 15-20 лет назад ни одна из 250 самых крупных фармацевтических фирм мира не занималась БАДами и ПФП, то в 1993 году 2/3 из них имели отделы подобного направления. Схожие тенденции наблюдаются и в крупнейших фирмах - производителях традиционных пищевых продуктов [2].

В рамках программы ЕЭС на 2002-2006 годы, посвященной вопросам обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов, было выделено 685 миллионов евро на научные разработки в области продуктов функционального питания.

О беспечение современного человека в необходимых количествах хорошей с санитарно-гигиенической и физиологической точек зрения водой, биодоступными макро- и микроэлементами, «полезными» микроорганизмами или соединениями, обеспечивающими необходимый их баланс и жизнедеятельность, а также нутриентами, оптимизирующими работу оксидантно/антиоксидантной системы человека, ликвидация белковой недостаточности, обеспечение безопасности пищи и повышение уровня знаний населения в вопросах здорового питания - это первоочередные направления современной нутрициологии и восстановительной медицины, реализация которых позволит в 21 веке при минимальных экономических затратах за счет сбалансированного и правильно организованного питания создать реальные предпосылки увеличения средней продолжительности жизни россиян, длительного сохранения их физического и духовного здоровья, социального и нравственного удовлетворения, активной жизни у пожилых и рождения здорового поколения [3].

Значение молочнокислой (а также, не молочнокислой) микрофлоры, законы ее влияния и правил приготовления и приема на здоровье человека большей частью связаны с понятиями пробиотиков, пребиотиков и синбиотиков. Именно от состояния кишечника, его нормальной микрофлоры на 70–80% зависит сопротивляемость организма к болезням [3], которое, как доказано, может быть скорректировано перорально (через пищу, микробные препараты).

Одной из частых причин развития дисбактериоза кишечника является широкое применение антибактериальных средств в соответствии со структурой заболеваемости и современными лечебными стандартами. Как осложнение антибиотикотерапии в первую очередь развивается так называемая антибиотико-ассоциированная диарея [4]. По разным данным, ее диагностируют в 4,9 - 25 % случаев. Многочисленные проявления болезней, расстройства в функционировании тех или иных органов и систем часто напрямую связаны с нарушениями микробиоценоза ЖКТ. Увеличение частоты и тяжести острых инфекционных заболеваний, латентное течение воспалительных процессов, и переход их в хроническое состояние многими специалистами связываются с нарушениями качественного и количественного состава нормальной микрофлоры, что побуждает к поиску новых и эффективных приемов их коррекции.

Уже более 100 лет назад Илья Ильич Мечников выдающийся биолог и патолог, почетный член Петербургской АН Илья Мечников (Нобелевский лауреат 1908 г.) обобщил разрозненные экспериментальные данные в области изучения явления антагонизма молочнокислых бактерий [266, 267] и доказал, что употребление кисломолочных продуктов полезно для здоровья и долголетия. Основным средством в борьбе против самоотравления организма и старения человека Мечников считал болгарскую молочнокислую палочку —Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus – вид лактобацилл. Конечной целью борьбы с преждевременной старостью Мечников считал ортобиоз — достижение «полного и счастливого цикла жизни, заканчивающегося спокойной естественной смертью». И.И. Мечников ввел в оборот термин пробиозис (probiosis), обозначающий улучшение здоровья человека в процессе модификации (восстановления) собственной кишечной микрофлоры.

Феномен пробиозиза определяется как «ассоциация двух организмов, которая стимулирует жизненные процессы каждого из них», а «живая микробная кормовая добавка, которая оказывает полезное действие на человека или животное-хозяина путем улучшения его кишечного микробного баланса», получила название пробиотика. Термин «пробиотики», что означает «для жизни», был предложен в 1974 г. Р. Паркером [5]. По мнению Б.А. Шендерова, пробиотики – это препараты и продукты питания, в состав которых входят вещества микробного и немикробного происхождения, оказывающие при естественном способе введения благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма хозяина через оптимизацию его микробиологического статуса. Это определение предполагает, что любые живые или убитые микроорганизмы, их структурные компоненты, метаболиты, а также вещества другого происхождения, оказывающие позитивное влияние на функционирование микрофлоры хозяина, способствующие лучшей адаптации его к окружающей среде в конкретной экологической нише, могут рассматриваться как пробиотики.

Факторы, способствующие нарушению состава микрофлоры и приводящие к развитию дисбактериозов и распространенных инфекционных заболевании на их фоне, весьма многочисленны: это не только прием лекарственных препаратов различных групп, стрессы, неблагоприятная экологическая обстановка, неправильный рацион питания, голодание, стрессы. При антибиотикотерапии в первую очередь в нормальной микрофлоре уменьшается количество "нормальных" кишечные палочки, и их место занимают условно патогенные и патогенные эшерихии, способные вызывать как местные, так и генерализованные инфекционно-воспалительные процессы. Известен так же термин « Диарея путешественников ». Частота возникновения этого заболевания варьирует в пределах от 5 до 50% в зависимости от места путешествия. Основными в профилактике диареи являются диетические рекомендации. Комбинации L.acidophilus и В.bifidum достоверно предотвращают возникновение диареи и предложены в качестве эффективного и безопасного метода профилактики.

С учетом действующего начала, содержащегося в пробиотиках, их подразделяют на ряд групп: аутопробиотики - действующим началом являются штаммы нормальной микрофлоры, выделенные от конкретного животного или человека, которые используются для обеспечения собственного нормального микробиоценоза.

Гомобиотики – действующим началом являются штаммы, выделенные от конкретного вида животных, или человека и для них использующиеся.

Гетеропробиотики – предназначены для животных и человека без учета видовой принадлежности хозяина, первоначального носителя штамма пробиотических бактерий.

Существуют определенные требования к мироорганизмам - пробиотикам [6] (рис. 1.4.), которые необходимо соблюдать. Пробиотики должны:

1) выживать при пассировании через желудочный тракт, что предполагает их резистентность к кислоте и желчи;

2) адгезироваться на эпителиальных клетках кишечника с последующей колонизаци ей;

3) стабилизировать кишечную микрофлору;

4) не иметь признаков патогенности;

5) сохранять жизнеспособность как в пищевых продуктах, так и в процессе получения фармакопейных лиофилизированных препаратов;

6) быстро размножаться, колонизируя кишечный тракт.

Указанным критериям в наибольшей степени соответствуют группа микроорганизмов нормальной микрофлоры, включающая таких постоянных обитателей кишечной экосистемы, как лакто- и бифидобактерии, кишечная палочка.

Р и с. 1.4. Требования к микроорганизмам – пробиотикам

по-Шендерову [6]

Важнейшим фактором, определяющим приживление или элиминацию пробиотических микроорганизмов в кишечнике больного, является состояние колонизационной резистентности, что, в свою очередь, связано с биологическими свойствами пробиотических бифидо- и лактобактерий и других индигенных представителей кишечной микрофлоры. С одной стороны, между колониями микроорганизмов и кишечной стенкой складывается тесная взаимосвязь, объединяющая их в единый микробно-тканевой комплекс [7], а с другой — между самими микроорганизмами формируется определенный тип взаимоотношений и, как следствие, их конкурентоспособность или совместимость. Иммуномодулирующий эффект пробиотиков зависит от исходного иммунологического статуса больного. Предотвращение развития аллергических реакций гарантированно может быть достигнуто лишь при использовании аутопробиотиков. В данном случае штаммы нормальной микрофлоры изолируются от конкретного индивидуума и используются для коррекции его микроэкологии. Однако указанный способ неприемлем для массового применения в условиях пищевых или фармацевтических производств. Именно для профилактической коррекции микроэкологических нарушений в кишечнике и преодоления бионесовместимости предлагается производить новые поливалентные или комбинированные препараты с иммобилизованными бактериями различных таксономических групп [8] или использовать пробиотики, эффективность которых клинически доказана с участием широкомасштабного эксперимента, в частности в составе ферментированных молочных ФПП.

Ферментированные молочные продукты получают сквашиванием молока или сливок чистыми заквасочными культурами молочнокислых бактерий, иногда с участием дрожжей и уксуснокислых бактерий. В процессе сквашивания протекают сложные микробиологические и физико-химические процессы, в результате которых формируются вкус, запах, консистенция и внешний вид готового продукта. Качество и функциональные свойства кисломолочного продукта во многом определяются тем, насколько благоприятной является среда-молоко для развития культур молочнокислых бактерий [9].

Микроэлементы относятся к биологически активным веществам, входящих в состав активного центра многих ферментных систем. Они активизируют действие многих ферментов, или входят в их активные группы, участвуют в построении клеточных компонентов, а также влияют на создание в среде определенных физико-химических условий. В состав бактериальной клетки входят свыше 70 элементов, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности. Особенно важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов играют переходные элементы периодической системы, имеющие переменную валентность и отличающиеся высокой каталитической активностью.

Работами Банниковой Л.А.,Н.Гудкова А.В., Перфильева Г.Д., Кузина А.И. и др. исследователей показано, что среда для развития пробиотичеких микроорганизмов должна содержать макро- и микроэлементы (фосфор, серу, кальций, магний, железо, бор, молибден, кобальт, марганец, цинк, никель, медь, хлор, натрий, кремний и др.). Эти вещества необходимы для многих биосинтетических процессов у бактерий, однако потребность в них у разных видов микроорганизмов неодинакова. С учетом имеющегося недостатка в питании современного человека многих микронутриентов (железа, кальция, магния, иода, цинка, селена и др.) обогащение функциональных продуктов с пробиотиками является задачей вдвойне актуальной. При этом важно знать, какова должна быть степень обогащения ПФП для эффекивного стимулирования развития пробитической микрофлоры в нем и восполнения дефицита микронутриента у потребителей, для которых продукт предназначен.

С другой стороны, тяжелые металлы, попадая в молоко-сырье, тормозят развитие пробиотической заквасочной микрофлоры. Кроме того, тяжёлые металлы, в чатности кадмий и свинец, попадая в организм человека из многочисленных источников, оказывают мутагенное, канцерогенное, токсическое действие. Токсическое действие производных тяжелых металлов связано с тем, что, ионы этих элементов образуют прочные комплексы с белками, в т.ч. с ферментами, которые, вследтвие этого, уже не могут выполнять свои функции.

Содержание наиболее высокотоксичных элементов (ртути, свинца, кадмия, мышьяка) в продовольственном сырье и продуктах питания в недопустимых количествах выявляется на 15-20 территориях Российской Федерации [10]. При высоком содержании они оказывают сильное токсическое действие на живые организмы и могут аккумулироваться в органах или тканях человека. Тяжелые металлы не только негативно влияют на организм, но и часто ухудшают технологические свойства растительного и животного сырья, затрудняя или делая невозможным приготовление высококачественных продуктов питания [10]. Кроме того, было установлено, что молоко с содержанием кадмия, свинца и ртути в количестве ПДК и 1/2ПДК показывало высокую мутагенную активность и подострую или скрытую токсичность при значительном потреблении молочных продуктов. Другими словами, проявляя скрытую хроническую или подострую токсичность, образцы полностью соответствовали требованиям высококачественных продуктов.

Кадмий – сильнодействующее токсическое канцерогенный элемент, который коммулятивно накапливается в организме в течение всей жизни, в основном в печени и почках, и трудно поддаётся выведению из них. При сепарировании молока 95% кадмия переходит в обезжиренное молоко.

Свинец – сильнодействующий токсический элемент, также способный накапливаться в организме. Установлено, что 50% свинца, содержащегося в воздухе, переходит в сухое молоко. Значительная доля свинца попадает в организм с молоком. Свинец – главный антропогенный элемент из группы тяжёлых металлов из-за высокого индустриального загрязнения и выбросов автомобильного транспорта.

Отравление кадмием и свинцом обычно представляют собой хроническую форму у практически здоровых людей, с периодически проявляющимися симптомами (раздражительность, нарушения сна, головные боли), при этом высок риск отдалённых последствий, связанных с повреждениями мозга. Удаление токсичных металлов из организма человека представляет собой серьёзную проблему, поскольку действие связывающих агентов должно быть достаточно специфичным, не затрагивающим течение других естественных процессов в организме. Введение в продукты большого количества растительной клетчатки, необходимого для удаления тяжелых металлов, приводит к плохому усвоению из этих продуктов биологически важных кальция, магния, железа, цинка и других элементов [11].

Комплексообразующие медицинские препараты (пентацин, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, тримефацин, пеницилламин и аналогичные им. [12], в дозах 0,15÷4,00 г в сутки, применяемых в медицине при острых и хронических отравлениях тяжелыми металлами, имеют побочные эффекты в виде нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта и почек, анемии. Имеются противопоказания - нефриты, нефрозы, заболевания печени с нарушением её функции. Применение препаратов может вызывать нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта и почек, также может уменьшаться содержание в крови гемоглобина, железа, витамина В12, вводиться кальций, цинк и др. биоэлементы. Поэтому актуальна разработка мягких нутрициологических способов детоксикации тяжёлых металлов, в частности кадмия, свинца, меди и ртути.

Дойных коров, в молоке которых содержание тяжелых металлов (свинца, меди, ртути) на 100% превышало предельно допустимые концентрации (ПДК), выпаивали биомосом, представляющим собой раствор комплексообразователя [13], в дозе 10 мг/кг массы тела в четырех литрах слабого раствора патоки на корову. Воздействие биомосами приводило к снижению содержания тяжелых металлов в молоке до уровня ПДК. В молоке коров, получавших раствор патоки без биомосов, концентрация этих металлов не снижалась. Имевший место побочный эффект - снижение на 40% содержания кальция и магния в молоке получавших биомосы коров - может быть устранен путем дополнительного введения кальция и магния в пищу потребителя.

Известно, также, что для такой очистки применяют активированный уголь разных марок, полифепан, комплексные соединения, в частности производные этилендиаминтетрауксусной кислоты, графены.

Нами получено четыре патента на изобретение [14, 15, 16, 17] по очистке и детоксикации молока-сырья от тяжёлых металлов для функциональных продуктов питания с пробиотиками и один патент на способ обогащения минеральными веществами ПФП. [18].

Как недостаток, тех и избыток в среде тех или иных минеральных компонентов тормозит многие биохимические процессы в микробной клетке. Молоко, как питательная среда для развития молочнокислых бактерий, не содержит сбалансированный состав микроэлементов, необходимых для развития микроорганизмов (железо, медь, марганец, цинк и др.), содержание которых в основном определяется кормовыми рационами. Однако, учитывая то обстоятельство, что кормовоспроизводящие земельные ресурсы эксплуатируются без коррекции минерального состава, можно предположить дефицит важнейших минеральных элементов в кормах и, как следствие, недостаток их у самих животных, продуцирующих молоко, а также и в самом молоке. Следует отметить, что бактериальная клетка не способна синтезировать минеральные элементы и использует при своем развитии только содержащиеся в молоке. В связи с этим целенаправленное внесение в молоко дефицитных в кормах микроэлементов должно оказать положительное влияние на микробиологические и биохимические процессы при производстве продуктов. В ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академии имени Н.В. Верещагина» в результате многолетних исследований в области функционального питания разработан ряд способов производства продуктов с пробиотиками.

Таким образом, при дальнейшем развитии теоретического направления ФПП и практичекой реализации производства продуктов с пробиотиками необходимо:

- научиться преодолевать бионесовместимость пробиотических штаммов функциональных продуктов с индигенными представителями кишечной микрофлоры (нормофлоры);

- изучать молекулярно-генетические характеристики и пробиотический потенциал штаммов, с целью сохранения свойств выживания пробиотических микроорганизмов в неблагоприятных условиях микроэкологического окружения организма;

- использовать кишечно-бактериологические исследования как основу формирования представления об уникальности индивидуального микробного консорциума у людей и животных создавать индивидуальные пробиотики на основе аутоштаммов и аутоассоциаций симбиотических микроорганизмов для конкретных групп людей или животных;

- учиться компенсировать (отрицательные нивелировать, положительные оптимизировать) факторы нутриционного статуса молока-среды для молочных ПФП, в том числе с помошью очистки-молока сырья от тяжёлых металлов, обогащения нутриционными элементами и пребиотическими веществами, избирательно стимулирующими рост и/или активность пробиотических бактерий в толстой кишке.

Литература

1. Шендеров Б.А. Пробиотики и функциональное питание /Шендеров Б.А., Манвелова М.А., Степанчук Ю.Б. //Антибиотики и химиотерапия.— 1997.- №7.-С. 30-34.

2. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. 2002, Изд-во «ГрантЪ», 295 с.

3. Политика здорового питания. Федеральный и региональный уровень (под редакцией В.И.Покровского и др.). Новосибирск, Сиб. Унив. Из-во. 2002, 344 с.

4. Шевяков М.А. Антибиотик-ассоциированная диарея и кандидоз кишечника: возможности лечения и профилактики - Антибиотики и химиотерапия. – 2004. – Т. 49, № 10. – С. 26-29.

5. Шаззо, Р.И. Функциональные продукты питания / Р.И. Шаззо, Г.И. Касьянов. - М.: Колос, 2000. - 248 с.

6. Артюхова С.И., Гаврилова Ю.А. Использование пробиотиков и пребиотиков в биотехнологии производтва продуктов – Омск: ОмГТУ, 2010. – 112 с.

7. Кульчицкая М.А. Разработка пробиотического препарата окарин для медицины и ветеринарии Автореферат дисс. на соиск. ст. к.б.н. по специальности: 16.00.03, 03.00.07 «Микробиология», 2002, Нижний Новгород. – 25 с.

8. Дармов И.В., Чичерин И.Ю., Погорельский И.П., Лундовских И.А. Выживаемость микроорганизмов пробиотиков в условиях in vitro, имитирующих процесс пищеварения у человека / Кишечная микрофлора: взгляд изнутри. - 2012, с.3-7

9. Степаненко П.П. Микробиология молока и молочных продуктов. – М.: Подмсковье, 2006. – 415 с.

10. Забегалова Г.Н. Разработка технологических приемов детоксикации молока-сырья от солей тяжелых металлов автореферат диссертации Специальность ВАК РФ: 05.18.04 — Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств, 2004.

11 Капустин А.А. Разработка рациональных схем переработки молочного сырья с различнм содержанием тяжёлых металлов: Автореф. дисс. канд. техн. наук/Сев КавГТУ. – Ставрополь, 2002. – 24 c.

12. Машковский Д.М. Лекарственные средства, т. 2.– М.: Новая волна, 2003.– 608 с. Медицинская экология/ Под ред. А.А. Королева.– М.: Академия, 2003. – 192 с.

13. Биомос. - Режим доступа://www.biomos.com/biomos/chemistry.html, свободный.

14. Забегалова Г.Н., Охрименко О.В., Чекулаев Л.Н. Патент РФ № 2327357 от 20.02.2008. – Способ очистки молока-сырья от кадмия. - Заявитель ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академии имени Н.В. Верещагина».

15. Забегалова Г.Н., Охрименко О.В., Чекулаев Л.Н.Патент РФ № 2326549 от 20.06.2008. – Способ очистки молока-сырья от свинца. - Заявитель ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академии имени Н.В. Верещагина».

16. Полянская И.С., Топал О.И. Способ получения молока-сырья для производства функциональных продуктов. Патент № 2010123329 С2, кл. А23L1/30, 2011.

17. Полянская И.С., Топал О.И. Способ очистки молока-сырья от тяжёлых металлов Патент № 2010129412 С2, кл. А23L1/30, 2011.

18. Полянская И.С., Топал О.И., Чечулина О.В., Жмакина А.Ф. Способ обогащения минеральными веществами пищевого продукта. Патент № 2287302 С2, кл. А23L1/30, 2006.

Дата добавления: 2015-08-27