مقاله پرو ، پری ، سین بیوتیک و خواص عملکردی آن ها

بخشی از مقاله

پرو، پري، سین بیوتیک و خواص عملکردي آن ها

چکیده :

مطالعاتی که در چند دهه ي اخیر صورت گرفته نشان می دهد استفاده از پروبیوتیک ها در حفظ سلامت و قدرت بدن، مبارزه با مشکلات روده اي و سایر بیماري ها تاثیر گذار است . پري بیوتیک ها نوع بسیار خاصی از مواد غذایی غیر قابل هضم در بدن بوده که داراي خواص سلامتی بخش براي انسان می باشند. تنها پروبیوتیک ها قادر به هضم پري بیوتیک ها بوده و کاملا مشخص است که ارتباط معنی داري بین عملکرد آن ها وجود دارد. با توجه به نحوه ي فعالیت پروبیوتیک ها در بدن و نیز تاثیر پري بیوتیک ها در تغذیه ي این میکروارگانیسم ها اصطلاح سین بیوتیک مطرح می گردد. سین بیوتیک متشکل از پرو و پري بیوتیک بوده که خصوصیات هر دو را در برمی گیرد. هدف از این مقاله بررسی باکتري هاي پروبیوتیک و مکانیسم عمل آن ها، کاربردي ترین پري بیوتیک هاي صنعت غذا و جدیدترین مطالعات انجام شده در زمینه ي محصولات غذایی سین بیوتیک می باشد.

واژه کلیدي : پروبیوتیک، پري بیوتیک، سین بیوتیک، خواص عملکردي

-1 مقدمه

امروزه مهم ترین شاخص مصرف کنندگان براي انتخاب محصولات غذایی، علاوه بر سالم بودن و ارزش تغذیه اي بالاي آن، اثرات سلامتی بخش نیز می باشد. چنین خصوصیاتی را در گروه جدیدي از محصولات تحت عنوان سین بیوتیک1 ها می توان یافت، که به طور هم زمان حاوي پروبیوتیک2 و پري بیوتیک3 می باشند.[1]

باکتري هاي پروبیوتیک، به عنوان منابع زنده اي که می توانند باعث بهبود تعادل فلور میکروبی روده در بدن میزبان شوند، تعریف می گردند.[2] فعالیت و زنده مانی پروبیوتیک ها هنگام رسیدن به روده، شرط لازم براي بروز اثرات سلامتی بخش می باشد. از اثرات مفید آن ها می توان به حفظ میکروفلور طبیعی روده، ارتقاء سیستم ایمنی بدن، کاهش عدم تحمل لاکتوز در افرادي که نمی توانند لاکتوز را هضم کنند، کاهش سطح کلسترول خون، خواص ضد جهش زایی و ضد سرطانی آن ها اشاره کرد. بر حسب استانداردها، براي ایجاد این ویژگی ها باید تعداد 106 -107 cfu/gr از این باکتري ها در هر گرم محصول پروبیوتیکی وجود داشته باشد.[3] عوامل متعددي بر زنده مانی و نحوه ي فعالیت این باکتري ها تاثیر گذار است از جمله می توان به دماي نگهداري، شرایط محیط، pH فرآورده، میزان اکسیژن مولکولی، مقدار نمک، میزان کربوهیدرات هاي قابل تخمیر و شرایط فرآوري و انبارمانی اشاره کرد.[4]

پري بیوتیک ها ترکیباتی غیر قابل هضم بوده که به صورت انتخابی تخمیر شده و باعث تغییرات مشخصی در ترکیب و یا فعالیت میکروارگانیسم هاي بیفیدوباکتریوم (Bifidobacterium) و لاکتوباسیلوس هاي (Lactobacillus) موجود در دستگاه گوارش گردیده و فواید زیادي براي میزبان به ارمغان می آورند. در صنعت غذا، به طور معمول از این ترکیبات براي بهبود ارزش تغذیه اي و یا فراوري محصول استفاده می شود.[5]

اصطلاح سین بیوتیک به ترکیب سینرژیستی4 پروبیوتیک و پري بیوتیک اطلاق می گردد، که باعث افزایش زنده مانی باکتري هاي پروبیوتیک در طی مدت زمان انبارمانی فراورده و همچنین هنگام عبور از دستگاه گوارش می شود.[6]

-2 باکتري هاي پروبیوتیک

پروبیوتیک ها در تغذیه ي انسان این گونه بیان می شوند "میکروارگانیسم هاي زنده و یا اجزاي باکتري ها که به عنوان مکمل هاي غذایی استفاده شده و اثرات مفیدي بر روي سلامت انسان دارند".[7]
جهت در نظر گرفتن میکروارگانیسمی به عنوان پروبیوتیک، باید شاخص هاي زیر را دارا باشد:
1. ایزوله شده از گونه ي میزبان
2. غیر بیماري زا
3. قابلیت زنده مانی در طی عبور از دستگاه گوارش
4. داراي اثرات سلامتی بخش بر روي میزبان
5. زنده مانی در طی مدت زمان طولانی ذخیره سازي.[7]
به طور کلی پروبیوتیک ها شامل دو دسته هستند متداول (بدون تغییر ژنتیکی) و نوترکیب.5 هرچند پروبیوتیک هاي متداول مورد استفاده گسترده اند اما براي بهره گیري بهتر، پروبیوتیک هاي نوترکیب مورد توجه قرارگرفته اند. اهداف ایجاد پروبیوتیک هاي نوترکیب شامل بهبود ویژگی هاي پروبیوتیک ها (چسبندگی به مخاط، مقاومت به اسید و غیره)، تهیه واکسن، انتقال دارو و کاهش حساسیت می باشد. دستکاري ژنتیکی در پروبیوتیک ها می تواند باعث بهبود تخمیر کربوهیدراتی، افزایش تولید متابولیت هاي خاص، تولید یا افزایش فعالیت آنزیم ها (پروتئولیتیک6، آلفا آمیلاز7، بتاگالاکتوزیداز(8 و یا افزایش ظرفیت تولید مواد سودمند از قبیل باکتریوسین9، ویتامین ها10، مواد ضدالتهابی و آنزیم هاي آنتی اکسیدانی شود8] و .[9

مهمترین پروبیوتیک هایی که تا کنون براي انجام نوترکیبی مورد استفاده قرار گرفته عبارتند از :
لاکتوکوس لاکتیس (Lactosoccus lactis)، لاکتوباسیلوس پاراکازئی (Lactobacillus paracasei) ، لاکتوباسیلوس کازئی
(Lactobacillus casei) ، بیفیدوباکتریوم بروه (Bifidobacterium breve) ، ساکارومایسس سروزیه (Sacchiromyces cerevisiae) ، اشرشیا کلی غیر بیماري زا 8](Escherichia coli) و .[9

به منظور استفاده از پروبیوتیک ها براي انسان موارد ذیل باید در نظر گرفته شود:

1. توانایی تولید مواد ضد میکروبی و اثر پاد زیستی در برابر میکروب هاي بیماري زا را داشته باشند.

2. در شرایط آزمایشگاهی و بدن انسان به سهولت و سرعت تکثیر شوند.
3. توانایی چسبیدن به دیواره ي روده را دارا باشند.
4. سویه هاي مصرفی در محصولات نباید بیماري زا، سمی، آلرژیک، جهش زا و یا سرطان زا باشند.

2

5. از نظر ژنتیکی پایدار بوده و انتقال پلاسمید اتفاق نیفتد.

6. داراي قابلیت تولید در مقیاس صنعتی باشند.
7. باعث بهبود و تقویت سیستم ایمنی بدن گردند.
8. باید در طی فرایند تولید و متعاقبا ذخیره سازي، بقا و خواص عملکردي خود را حفظ نموده، همچنین تاثیر منفی بر روي خواص حسی محصول غذایی تولیدي نداشته باشند.

9. در مقابل آنتی بیوتیک هاي متداول مقاوم باشند7] و .[10

به طور کلی مواد ترشح شده از پروبیوتیک ها شامل اسید هاي چرب آزاد کوتاه زنجیر، ویتامین هاي گروه B، کوفاکتورهاي ضروري و سایر مواد شامل بنزوات ها11، آب اکسیژنه12، استالدهید13، آنزیم هاي تجزیه کننده ي باکتري ها و دي اکسید کربن می باشند.[11] مکانیسم هاي مختلفی براي عملکرد و فعالیت پروبیوتیک ها پیشنهاد شده که از این طریق در بدن میزبان از آسیب ها جلوگیري می نمایند:

1. با تولید مواد پیشگیري کننده اي مانند اسیدلاکتیک، باکتریوسین، پراکسید هیدروژن و غیره با قابلیت مهار میکروارگانیسم ها، از بروز برخی بیماري هاي عفونی جلوگیري به عمل می آورند.

2. با قرار گرفتن و پوشاندن نقاط اتصال میکروارگانیسم هاي بیماري زا، از کلونیزه شدن و رشد آن ها جلوگیري می کنند.

3. پروبیوتیک ها، مواد غذایی موجود را قبل از این که توسط میکروارگانیسم هاي بیماري زا مصرف شود مورد استفاده قرار می دهند.

4. ایمنی اختصاصی و غیر اختصاصی را در مقابل بیماري هاي روده اي تحریک می کنند.[12]

اکثر محصولات غذایی پروبیوتیکی و فرآورده هاي دارویی حاوي لاکتوباسیلوس (Lactobacillus) و بیفیدوباکتریوم (Bifidobacterium) می باشد. با این حال اشرشیا (Escherichia) غیر بیماري زا، انتروکوکوس (Enterococcus)، استرپتوکوکوس (Streptococcus)، ساکارومایسس (Sachccharomyces) پروپیونی باکتریوم (Propionibacterium) نیز به عنوان پروبیوتیک در عرصه ي محصولات تجاري شناخته می شوند4]و.[7

محصولات غذایی مختلفی به عنوان حامل هاي پروبیوتیک در نظر گرفته می شوند که در این بین مصرف کنندگان بیشتر از فرآورده هاي لبنی تخمیري مانند ماست و پنیر استفاده کرده[13] و بیشترین سهم را در زمینه تحقیقاتی و بازار تجاري به خود اختصاص می دهند.[7] در این میان ماست به عنوان محبوب ترین محصول پروبیوتیک شناخته شده که در مجموع %78 از فروش این میکروارگانیسم ها را در بر می گیرد.[13] اما در مطالعات جدید از آب پرتقال، غلات، شکلات و سایر محصولات نیز به عنوان حامل استفاده می شود.[7]
کلاد و همکاران در سال 2015 به مقایسه قابلیت زنده مانی دو گونه ي لاکتوباسیلوس رامینوس R0011

(Lactobacillus rhamnosus) و بیفیدوباکتریوم لانگوم (Bifidobacterium longum) R0175 پرداختند، که یک بار به طور مستقیم به بستنی و بار دیگر به داخل ذرات شکلات تلقیح شدند. زنده مانی پروبیوتیک ها زمانی در بیشترین سطح خود قرار داشت که باکتري ها به داخل ذرات شکلات اضافه و در نهایت به بستنی افزوده گردیدند .[14] در پژوهشی که توسط کنت و همکاران در سال 2014 صورت پذیرفت با توجه به اثرات سلامتی بخش پروبیوتیک ها، غالبا به عنوان افزودنی به فرمول شیر نوزاد در نظر گرفته شده و باعث اصلاح فلورمیکروبی روده می گردند.[15]

ژوانکا و همکاران در سال 2015 از دو گونه ي لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس NCTM و بیفیدوباکتریوم لاکتیس HN019 در شکلات تلخ و شیري استفاده کرده و خواص حسی و قابلیت زنده مانی باکتري ها را در مدت زمان 90 و 180 روز و تحت

3

درجه حرارت هاي متفاوت 4) و 20 درجه سانتی گراد) بررسی نمودند. لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس نسبت به بیفیدوباکتریوم در هر دو نوع شکلات داراي بقاء بیشتري بوده و هر دو گونه داراي تعداد بیشتري سلول فعال و زنده در حرارت 4 درجه سانتی گراد می باشند. همچنین از نظر خواص حسی در مدت زمان ذخیره سازي تغییر قابل ملاحظه اي در شکلات ها رخ نداد.[16]

مشکل موجود در رابطه با محصولات پروبیوتیک این است که میکروارگانیسم هاي مفید اغلب نمی توانند در محصول غذایی به مدت طولانی زنده بمانند. لذا استفاده از مواد پري بیوتیکی به ماندگاري بهتر باکتري ها در طی نگهداري محصول کمک می کند.[1]

-3 پري بیوتیک ها

در سال هاي اخیر تحقیقات فراوانی بر روي ترکیبات و مکمل هاي غذایی که در بالا بردن سلامت و کارایی تغذیه نقش دارند انجام شده، از جمله ي این ترکیبات می توان به پري بیوتیک ها اشاره کرد .[17] پري بیوتیک ها معمولا به عنوان سوبسترا براي رشد فلور میکروبی روده عمل کرده و از طریق حذف رقابتی سبب تکثیر باکتري هاي مفید آن می شوند. همچنین سبب اصلاح و تعدیل جمعیت میکروبی روده، تقویت سیستم ایمنی، جلوگیري از تجمع پاتوژن ها و افزایش تولید اسیدهاي چرب می گردند.[18]
پري بیوتیک هاي مفید داراي خواص زیر هستند:
1. در غلظت هاي پایین مورد استفاده قرار می گیرند.

2. داراي خواص چند منظوره باشند.
3. به راحتی به ماده ي غذایی افزوده گردند.
4. هدف نهایی آن روده ي بزرگ باشد
5. به عنوان یک نگهدارنده و خشک کننده ي مناسب عمل کنند.
6. داراي ارزش گرمایی پایین باشند.[7]

فیبرهاي رژیمی طبق تعریف انجمن شیمی غلات امریکا14 ، به بخش خوراکی گیاهان یا کربوهیدرات هاي مشابه که نسبت به عمل هضم و جذب در روده ي کوچک مقاوم و به طور کامل یا نسبی در روده ي بزرگ تخمیر شده گفته می شوند. [19] فیبرهاي رژیمی و ترکیبات پري بیوتیک هر دو جزء فیبرهاي غیرقابل هضم بوده با این تفاوت که پري بیوتیک به صورت انتخابی، سبب تحریک رشد میکروب هاي روده ي بزرگ می گردد. به عبارت دیگر پري بیوتیک ها قطعا در گروه فیبرهاي رژیمی قرار می گیرند در حالی که فیبرهاي رژیمی ممکن است پري بیوتیک نباشند20] و.[21

-1-3 کاربردي ترین پري بیوتیک هاي صنعت غذا -1-1-3 الیگوساکارید هاي غیر قابل هضم(NDOs)15
کربوهیدرات هاي کوتاه زنجیر غیر قابل هضم با درجه ي پلیمریزاسیون و وزن مولکولی پایین بوده، از 20-2 واحد مونو ساکارید به صورت خطی یا شاخه دار تشکیل شده که به آسانی در آب قابل حل و داراي طعم شیرینی می باشند، اما با افزایش طول زنجیر از حلالیت آن ها کاسته می شود.[7]

4

از الیگوساکارید هاي غیر قابل هضم که به عنوان پري بیوتیک در نظر گرفته می شود به فروکتوالیگوساکارید(FOS) 16، گالاکتوالیگوساکارید(GOS) 17، زایلوالیگوساکارید (XOS)18، ایزومالتوالیگوساکارید(IMO)19 ، الیگوساکارید سویا(SOS)20، لاکتولوز(Lu) 21 و اینولین(IN) 22 می توان اشاره کرد.[22]

-3١-١-١- فروکتوالیگوساکارید (FOS)

کربوهیدراتی کوتاه زنجیر که از واحدهاي فروکتوز تشکیل شده و از طریق پیوندهاي گلیکوزیدي به هم متصل، که در انتها داراي واحد D-glucose می باشد و به عنوان شیرین کننده در صنایع غذایی از آن استفاده می شود.[7] راجام و همکاران (2015) در پژوهشی از پروبیوتیک لاکتوباسیلوس پلانتاریوم MTCC5422 و پري بیوتیک فروکتوالیگوساکارید در فرمولاسیون نودل استفاده کردند. نتایج تحقیق حاکی از آن بود که زنده مانی باکتري ها نسبت به نمونه شاهد %98 بیشتر بوده، همچنین از نظر خواص حسی قابل قبول و بر روي رنگ آن تاثیر بسزایی ندارد.[23] تانجا و همکاران در سال 2014 از لاکتوباسیلوس کازئی و پري بیوتیک FOS در آب هویج استفاده نموده و مدت ذخیره سازي 6 هفته اي در یخچال را بهینه ي زمان زنده مانی باکتري ها اعلام کردند.[24]

-2-1-1-3 گالاکتوالیگوساکارید (GOS)

در دماهاي متفاوت و بازه ي وسیعی از pH پایدار بوده و در صنعت غذا و دارو کاربرد وسیعی دارد. در محصولات غذایی مانند غذاي نوزاد، نوشیدنی ها (آبمیوه ها و نوشیدنی هاي اسیدي)، شیر هاي تخمیري و نان مورد استفاده قرار گرفته و به دو صورت شربت و پودري موجود می باشد25] و .[26

لی و همکاران در سال 2015 به تاثیرات GOS و FOS با ساختمان هاي متفاوت در بدن انسان تحت شرایط آزمایشگاهی پرداختند و این گونه بیان کردند که GOS نسبت به FOS بیفیدوباکترها را بیشتر تحریک کرده و داراي PI23 (معادله اي جهت محاسبه ي تاثیرات پري بیوتیک ها) بیشتري می باشد، همچنین GOS با پیوند (1-6) ، PI بالاتري نسبت به پیوند (1-4) از خود نشان داده در حالی که FOS بیشترین تاثیر را بر روي لاکتوباسیلوس ها داشته است.[27]

-3-1-1-3 اینولین

پلی ساکاریدي خطی با پیوندهاي (2-1) فروکتوز و داراي یک مولکول گلوکز در انتهاي زنجیر بوده که با یک پیوند α (1-2) به آخرین فروکتوز متصل شده است. اینولین معمولی درجه ي پلیمریزاسیونی 2 تا60 دارد و محصولات تجاري شامل اینولین کوتاه زنجیر (الیگوفروکتوز2-7) (24 واحد) و اینولین بلند زنجیر 22-25) واحد) است که درصنعت از اینولین معمولی تولید می شوند. [28] لازم به ذکر است که اینولین کوتاه زنجیر در شرایط pH پایین و دماي بالا 120) درجه سانتی گراد) و به ویژه ترکیب این دو پایداري کمتري دارد و ممکن است بخشی از آن تجزیه شود، در حالی که نوع بلند زنجیر آن در این شرایط مقاومت بیشتري دارد.[5] براگا و همکاران در سال 2015 نکتار پاپایا را توسط پري بیوتیک هاي اینولین و FOS فرموله کرده و اعلام نمودند نکتارهاي شامل مخلوط اینولین و FOS از نظر طعم بیشتر مورد توجه قرار گرفته و به طور کلی داراي مقبولیت بیشتري نسبت به نکتار شاهد ( نمونه داراي شکر) می باشد.[29]