Vitamíny

Existuje 13 vitamínov, ktoré sa musia získavať exogénne kvôli neschopnosti ľudí ich syntetizovať; preto sú základnými živinami v ľudskej strave, a hoci v malých množstvách, ich denná potreba je nevyhnutná, aby sa predišlo nedostatkom. Hoci väčšina vitamínov je prítomná v rôznych potravinách, v mnohých krajinách sa stále vyskytuje nedostatok ľudských vitamínov, najmä v dôsledku podvýživy, nielen v dôsledku nedostatočného príjmu potravy, ale aj v dôsledku nevyváženej stravy ( LeBlanc et al., 2011 ).

Hoci mlieko obsahuje veľa vitamínov, fermentácia pomocou LAB a bifidobaktérie predstavujú účinný spôsob zvýšenia hladín vitamínov v mlieku ( Laiño et al., 2013 ). Niektoré bakteriálne kmene zahrnuté v rodoch Lactobacillus a Bifidobacterium môžu poskytnúť dodatočný zdroj vitamínov B (tiamín, riboflavín, kobalamín, folát a biotín) počas mliečnej fermentácie. Nedostatok riboflavínu (vitamín B ₂ ) alebo tiamínu (vitamín B ₁ ) môže viesť k poruchám pečene a kože a zmenám metabolizmu glukózy v mozgu ( Russo et al., 2014 ). V tejto súvislosti sa ukázalo , že L. casei KNE-1 produkuje tiamín a riboflavín vo fermentovaných mliečnych nápojoch ( Drywien et al., 2015 ). Bolo hlásené, že kmene B. infantis CCRC14633 a B. longum B6 produkujú riboflavín a tiamín počas fermentácie sójového mlieka ( Tamime, 2006 ). Nedávno sa ukázalo, že sójové mlieko fermentované kmeňom L. plantarum produkujúcim riboflavín CRL2130 bolo schopné zabrániť ariboflavinóze a experimentálnej kolitíde na myšom modeli ( Juarez del Valle a kol., 2016 ; Levit a kol., 2016 ). Niektoré propionibaktérie môžu produkovať kobalamín, kyselinu listovú a biotín ( Hugenholtz et al., 2002 ).

Folát (vitamín B ₉ ) sa podieľa na niekoľkých životne dôležitých procesoch a jeho nedostatok je vo všeobecnosti spojený s defektmi neurálnej trubice, určitými formami rakoviny, slabým kognitívnym výkonom a koronárnymi ochoreniami srdca. Aj keď sú vitamíny v potravinách vo veľkej miere prítomné, prevalencia nedostatku folátu – najmä u žien vo fertilnom veku – je čoraz väčším problémom, a preto sa v rôznych krajinách zaviedli programy na obohatenie folátmi ( Divya a Nampoothiri, 2015 ). Namiesto začlenenia syntetického folátu môžu byť potraviny prirodzene obohatené o folát syntetizovaný LAB a bifidobaktériami počas výroby fermentovaných potravín ( Lin a Young, 2000 ; Saubade et al., 2016 ). Uvádza sa, že kmene Streptococcus thermophilus CRL803/CRL415 a L. bulgaricus CRL871 sú vhodné na prípravu jogurtu prirodzene biologicky obohateného o tento vitamín ( Laiño et al., 2013 ). Vysoká koncentrácia folátu (až 150 μg/l) môže byť dosiahnutá v jogurte ako výsledok schopnosti S. thermophilus produkovať tento vitamín ( Hugenholtz et al., 2002 ). Z bifidobaktérií sa ukázalo, že B. catenulatum ATCC 27539 produkuje vysoké hladiny folátu in vitro ( D’Aimmo et al., 2012 ) a kmene B. lactis CSCC5127, B. infantis CSCC5187 a B. breve CSCC5181 zvýšili koncentráciu folátu počas fermentácia rekonštituovaného odstredeného mlieka ( Crittenden et al., 2003 ). Podobne možno L. amylovorus CRL887 použiť na prirodzené obohacovanie fermentovaného mlieka folátmi ( Laiño et al., 2014 ).

Nedostatok kobalamínu (vitamín B ₁₂ ) môže byť bežný, najmä u vegetariánov, ktorí sa vyhýbajú požívaniu živočíšnych bielkovín a používajú sójové mlieko ako alternatívu mliečneho mlieka ( Gu et al., 2015 ). Zvieratá, rastliny a huby nie sú schopné produkovať tento vitamín, a preto ho produkujú výlučne mikroorganizmy ( LeBlanc et al., 2011 ). Bolo preukázané, že kobalamín môžu syntetizovať niektoré baktérie, ako napríklad L. reuteri ZJ03, Propionibacterium freudenreichii , B. animalis Bb12 v sójovom jogurte, kefíre a fermentovanom mlieku ( Van Wyk a kol., 2011 ; Patel a kol. , 2013 , Gu a kol., 2015 ; Moslemi a kol., 2016 ). Mikroorganizmy môžu biosyntetizovať dve rôzne izoformy, vitamín a pseudovitamín. Napríklad v nedávnej práci bola špecificky kvantifikovaná produkcia vitamínu a pseudovitamínu B12 _P. freudenreichii a ukazuje, že v počiatočnej fáze fermentácie sú obe izoformy biosyntetizované na podobných úrovniach; avšak na konci fermentácie sa pseudovitamín nezistí, s najväčšou pravdepodobnosťou preto, že sa premení na vitamínovú formu ( Deptula et al., 2017 ). Zdá sa, že je kľúčové rozlišovať medzi dvoma izoformami tohto vitamínu, pretože transportný proteín v ľudskom GIT má veľmi nízku afinitu k pseudovitamínu, takže je pre ľudí nedostupný ( Varmanen et al., 2016 ).

Nedostatok biotínu (vitamínu B ₇ ) môže byť spôsobený nedostatočným príjmom stravy alebo niektorými vrodenými genetickými poruchami, ktoré ovplyvňujú jeho metabolizmus. Subklinický nedostatok môže spôsobiť mierne príznaky, ako je rednutie vlasov alebo kožná vyrážka typicky na tvári. Biotín môže byť syntetizovaný niektorými LAB v mliečnych výrobkoch, napr. L. helveticus MTCC 5463 so zvýšeným obsahom biotínu vo fermentovaných mliekach ( Patel et al., 2013 ). Niektoré propionibaktérie môžu tiež produkovať biotín ( Hugenholtz et al., 2002 ).

Vitamín K je dôležitým stimulátorom zdravia kostí a kardiovaskulárneho systému. Súvisí s inhibíciou kalcifikácie a stuhnutia tepien a so znížením vaskulárneho rizika. Tento vitamín sa v nezdravých potravinách takmer nevyskytuje, pričom sa ho málo konzumuje dokonca aj v zdravej západnej strave ( Maresz, 2015 ). Jeho nedostatok sa podieľa na niekoľkých klinických ochoreniach, ako je intrakraniálne krvácanie u novorodencov a možná zlomenina kostí v dôsledku osteoporózy ( LeBlanc et al., 2011 ). Vitamín K sa vyskytuje v dvoch formách: po prvé , fylochinón (vitamín K ₁ ), ktorý je prítomný v zelených rastlinách, a po druhé , menachinón (vitamín K ₂ ), ktorý produkujú niektoré črevné baktérie ( LeBlanc et al., 2011 ). Menachinón môže byť biosyntetizovaný niektorými druhmi LAB (hlavne Lactococcus lactis ), ktoré sa bežne používajú pri priemyselnej fermentácii syra, cmaru, kyslej smotany, tvarohu a kefíru ( Walther et al., 2013 ). Iné LAB boli testované na schopnosť produkovať menachinón; tieto zahŕňali kmene z rodov Lactococcus , Bifidobacterium , Leuconostoc a Streptococcus ( Morishita et al., 1999 ). Aj keď sú formy MK v baktériách všadeprítomné, treba poznamenať, že niektoré rody, ako napríklad Lactobacillus, stratili funkčnú schopnosť ich produkovať ( Lechardeur et al., 2011 ; Walther et al., 2013 ).

Kyselina gama-aminomaslová

Kyselina gama-aminomaslová (GABA) je hlavným inhibičným neurotransmiterom centrálneho nervového systému (CNS). Bolo charakterizovaných niekoľko dôležitých fyziologických funkcií GABA, ako je neurotransmisia, indukcia hypotenzie, diuretické účinky, antidiabetické, relaxačné a trankvilizérne účinky ( Inoue et al., 2003 ; Marques et al., 2016 ). V skutočnosti sú niektoré agonistické lieky GABA _A -receptora (napr. benzodiazepíny) dôležitými farmakologickými činidlami používanými na klinickú liečbu úzkosti ( Foster a Kemp, 2006 ).

Kyselina gama-aminomaslová sa biosyntetizuje prostredníctvom α-dekarboxylácie glutamátu, enzymatickej konverzie, ktorá je katalyzovaná glutamátdekarboxylázou (GAD) ( Tajabadi et al., 2015 ). Uvádza sa, že niekoľko potravinárskych LAB vykazuje schopnosť produkovať GABA. Medzi nimi väčšina kmeňov produkujúcich GABA sú laktobacily ( L. brevis , L. paracasei , L. delbrueckii, L. buchneri , L. plantarum , L. helveticus ), Streptococcus thermophilus a Lactococcus lactis ( Li a Cao, 2010 Dhakal a kol., 2012 ). Niektoré, Bifidobacterium spp. sa tiež uvádza, že produkujú GABA, aj keď s nižšou kapacitou ako LAB ( Park a kol., 2005 ; Barrett a kol., 2012 ).

Boli vyvinuté niektoré fermentované mliečne výrobky obohatené o GABA s použitím LAB produkujúceho GABA ako štartéry. Kmene L. casei Shirota, S. salivarius fmb5 a L. plantarum NDC75017 sa použili na fermentáciu a obohatenie mlieka v GABA ( Inoue a kol., 2003 ; Shan a kol., 2015 ; Chen a kol., 2016 ). Nedávno bol jogurt obohatený o 2 mg GABA/ml vyrobený pomocou kmeňa S. thermophilus APC151 ( Linares et al., 2016a , 2017 ). Tiež fermentované sójové mlieko (s použitím L. brevis OPY-1 ako zdroj GABA) ( Park a Oh, 2007 ) alebo syr ( Lactococcus lactis ako zdroj GABA) ( Nomura a kol., 1998 ; Pouliot-Mathieu a kol. , 2013 ) boli vyrobené. GABA má teda potenciál ako zdraviu prospešná bioaktívna zložka v potravinách ( Li a Cao, 2010 ).

Bioaktívne peptidy

Počas fermentácie mlieka môže LAB pomocou svojho proteolytického systému transformovať mliečne bielkoviny na biologicky aktívne peptidy. Tieto peptidy môžu mať širokú škálu účinkov, ako sú antimikrobiálne, antihypertenzívne, antitrombotické, imunomodulačné a antioxidačné ( LeBlanc et al., 2002 ; Nongonierma a FitzGerald, 2015 ). Najviac študovaným mechanizmom bioaktívnych peptidov je antihypertenzívny účinok, ktorý sa prejavuje inhibíciou enzýmu konvertujúceho angiotenzín-I (ACE; peptidyldipeptid hydroláza, EC 3.4.15.1), ktorý reguluje krvný tlak ( Fernanez et al., 2015 ). ACE inhibičné peptidy boli izolované z rôznych fermentovaných mliečnych produktov vrátane syra, fermentovaného mlieka a jogurtu ( Fitzgerald a Murray, 2006 ; Pritchard et al., 2010 ). Najznámejšie biopeptidy inhibujúce ACE, Val-Pro-Pro (VPP) a Ile-Pro-Pro (IPP), boli identifikované v mlieku fermentovanom L. helveticus ( Slattery et al., 2010 ). Okrem toho iné mliečne štartovacie kultúry priemyselne používané pri výrobe fermentovaných mliečnych výrobkov (napr. L. helveticus, L. delbrueckii ssp. bulgaricus, L. plantarum, L. rhamnosus, L. acidophilus, Lactococcus Lactis alebo S. thermophilus ) môže generovať bioaktívne peptidy ( Hajirostamloo, 2010 ; Hafeez et al., 2014 ). Ďalšie ACE-inhibičné peptidy, ako je p-kazeín f(72-81), Ser-Lys-Val-Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Pro-Ile (SLVYPFPGPI) boli produkované L. delbrueckii ssp. bulgaricus LB340 vo fermentovanom mlieku ( Qian et al., 2011 ).

V priemyselnom meradle boli dva fermentované mliečne výrobky s antihypertenzívnymi tvrdeniami, Calpis ^TM a Evolus ^® , rozsiahlo testované na potkanoch a v klinických štúdiách a sú komercializované ako funkčné potraviny ( Dziuba a Dziuba, 2014 ). Evolus ^® je dostupný na trhu ako fermentované mlieko L. helveticus – vyrábané vo Fínsku – preukázalo sa, že znižuje systolický krvný tlak u hypertonikov v dôsledku pôsobenia bioaktívnych peptidov L. helveticus ( EFSA, 2008 ). Calpis ^TM je definovaný ako mliečny výrobok predávaný v Japonsku (Calpis Co. Ltd.) s antihypertenzívnymi vlastnosťami. Pripravuje sa fermentáciou odstredeného mlieka s L. helveticus a Saccharomyces cerevisiae , ktoré produkujú VPP a IPP peptidy z β-kazeínu a κ-kazeínu ( Dziuba a Dziuba, 2014 ).

Bakteriocíny

Bakteriocíny sú ribozomálne syntetizované antimikrobiálne peptidy produkované konkrétnou baktériou, ktoré sú aktívne proti iným konkurenčným baktériám; preto tvoria dôležitú súčasť mikrobiálneho obranného systému ( Nes et al., 2007 ). Takéto kmene produkujúce bakteriocín môžu ponúkať potenciál ako alternatíva k antibiotikám a môžu byť užitočné ako prostriedok na kontrolu prenosu patogénov, preto sú veľmi vhodné ako mikrobiálne potravinové prísady ( Cotter et al., 2013 ) ( tabuľka​Tabuľka22). Bakteriocíny z LAB vzbudili veľký záujem, pretože sú často produkované komerčne užitočnými kmeňmi, ktoré sú všeobecne považované za bezpečné (GRAS) pre ľudskú spotrebu ( Nes et al., 2007 ). Tieto antimikrobiálne molekuly patria medzi prospešné peptidy prirodzene syntetizované niektorými LAB počas fermentácie mlieka a tradične sa používajú ako prirodzene vyrábané biokonzervačné látky v potravinách. Okrem toho môžu pôsobiť v GIT ako potenciálne prírodné bioterapeutické činidlá uľahčujúce konkurenciu probiotických kmeňov a/alebo inhibíciu patogénov; preto sú potenciálnymi prispievateľmi k rovnováhe mikrobioty a ľudského zdravia ( Dobson et al., 2012 ).

Nizín je najznámejší bakteriocín používaný ako konzervačná látka v potravinách vďaka svojmu antibakteriálnemu účinku proti listériám , spóram klostrídií a LAB spojeným s kazením. Nizín bol schválený ako potravinárska prídavná látka (E234) v Európskej únii podľa smernice 95/2/ES (ES, 1995) v nasledujúcich produktoch: krupica a tapiokové pudingy (3 mg/kg); zrejúci a tavený syr (12,5 mg/kg), zrazená smotana (10 mg/kg) a syr Mascarpone (10 mg/kg). Je tiež povolený vo viac ako 40 krajinách sveta vrátane USA, Austrálie, Južnej Afriky, Ruska a Indie na použitie ako antimikrobiálne činidlo v rôznych potravinách ( EFSA, 2006 ). Camembert a polotvrdé syry obsahujúce nizín s predĺženou trvanlivosťou boli vyrobené s použitím Lactococcus lactis (kmeň CNRZ150 alebo TAB50, v tomto poradí) ako producentov nizínu ( Arques et al., 2015 ). Plantaricíny sú okrem nizínu veľmi známe bakteriocíny. Napríklad plantaricín C je širokospektrálny bakteriocín produkovaný L. plantarum , izolovaný zo zrejúceho syra ( Gonzalez et al., 1994 ). Uvádza sa, že plantaricíny majú imunomodulačný účinok na dendritické bunky ( Meijerink et al., 2010 ). Bakteriocíny iné ako nizín však majú zatiaľ len málo a obmedzené povolené použitie v potravinách ( Yang et al., 2015 ). V dôsledku toho sa použitie baktérií produkujúcich bakteriocín ako štartovacej kultúry na biosyntézu in situ počas fermentácie mlieka stáva účinnou alternatívnou stratégiou na začlenenie bakteriocínov do mliečnych potravín. Podobne kmeň Lactococcus lactis DPC3147 produkujúci lakticín 3147 použitý ako ochranná kultúra v syre Cheddar znížil počet Listeria monocytogenes na <10 cfu/g do 5 dní pri 4 °C ( Ross a kol., 1999 ; Chen a Hoover, 2006 ). Iné bakteriálne druhy, ako napríklad L. acidophilus, môžu byť pridané ako doplnok v mnohých procesoch fermentácie potravín, aby prispeli k produkcii bakteriocínu a konzervácii potravín ( Anjum et al., 2014 ). Iné kmene LAB, ako napríklad L. plantarum WHE92 použité ako doplnok k štartovacej kultúre, znížili počet Listeria monocytogenes , Listeria innocua a Escherichia coli O157:H7 v syre v dôsledku produkcie plantaricínu ( Arques et al., 2015 ). Použitím podobného konceptu vyvinula spoločnosť Danisco lyofilizovanú kultúru Pediococcus acidilactici (predávaná ako CHOOZIT Flav 43) na použitie ako doplnok k produkcii bakteriocínu v čedare a polotvrdých syroch ( Mills et al., 2011 ).

Štúdie o priamom vplyve mliečnych potravín obsahujúcich bakteriocíny na ľudské zdravie a mikrobióm sú stále obmedzené. Antimikrobiálna aktivita nizínu a lakticínu 3147 in vivo bola nedávno preukázaná na myšacom infekčnom modeli. Lactococcus lactis CHCC5826 produkujúci nizín modifikoval zloženie mikroflóry potkanov spojených s ľudskou mikroflórou, čím sa zvýšili hladiny bifidobaktérií a znížili sa populácie Enterococcus/Streptococcus . Lacticin 3147 má potenciál na použitie pri liečbe hnačky Clostridium difficile a na elimináciu patogénu, keď sa pridá do anaeróbnej fekálnej fermentácie ( Arques et al., 2015 ).

Enzýmy

Baktérie mliečneho kvasenia spojené s mliečnymi fermentáciami majú enzýmy, ktoré môžu byť produkované in situ počas fermentácie mliečnych potravín a majú bioaktívny potenciál pre spotrebiteľa. Príkladmi sú hydrolytické enzýmy, ktoré môžu mať potenciálne synergické účinky na trávenie a zmierňovať symptómy intestinálnej malabsorpcie ( Patel et al., 2013 ). Dobre známym príkladom je β-galaktozidázová aktivita, ktorá môže dosiahnuť degradáciu laktózy a tým zlepšiť zdravie a znížiť symptómy konzumentov s intoleranciou laktózy. Jogurt a iné konvenčné štartovacie kultúry a probiotické baktérie vo fermentovaných a nefermentovaných mliečnych výrobkoch zlepšujú trávenie laktózy a zmierňujú príznaky intolerancie u malabsorbérov laktózy. Tieto priaznivé účinky sú spôsobené mikrobiálnou β-galaktozidázou ( de Vrese et al., 2001 ).

Konjugovaná kyselina linolová

Konjugovaná kyselina linolová (CLA) je polynenasýtená mastná kyselina (PUFA), ktorá môže byť biosyntetizovaná LAB a bifidobaktériami prostredníctvom biokonverzie kyseliny linolovej (LA; cis -9, cis -12 C18:2). Dva izoméry, u ktorých sa ukázalo, že majú bioaktívny potenciál, sú cis -9, trans -11 ( c 9, t11 ) a trans -10, cis -12 ( t10 , c12 ). K zdraviu prospešným vlastnostiam CLA patrí antikarcinogénna, antiaterogénna, protizápalová a antidiabetická aktivita, ako aj schopnosť znižovať telesný tuk ( Sosa-Castañeda et al., 2015 ). Hoci ide o prirodzenú zložku mlieka, množstvo skonzumované v potravinách nie je ani zďaleka také, aké je potrebné na dosiahnutie požadovaných priaznivých účinkov. Zvýšenie obsahu CLA v mliečnych potravinách fermentáciou mlieka so špecifickými LAB teda ponúka sľubnú alternatívu. Účinným spôsobom, ako zvýšiť príjem CLA u ľudí, je zvýšiť hladiny CLA v mliečnych výrobkoch pomocou kmeňov s vysokým produkčným potenciálom ( Lee et al., 2007 ). Uvádza sa, že množstvo potravinárskych LAB a bifidobaktérií produkuje CLA v mliečnych výrobkoch ( Sosa-Castañeda et al., 2015 ; Yang et al., 2015 ), ako je to v prípade Lactococcus lactis LMG, L. rhamnosus C14, L. casei CRL431, L. acidophilus Lac1, L. plantarum -2, B. bifidum CRL1399 a B. animalis Bb12 ( Van Nieuwenhove a kol., 2007a ; Florence a kol., 2009 ). Niektoré z týchto kmeňov sa tiež použili ako doplnkové kultúry na výrobu byvolieho syra s vysokým obsahom CLA ( Van Nieuwenhove et al., 2007b ). Štartovacia kultúra Lactococcus lactis CI4b produkujúca CLA zvýšila hladiny celkovej CLA v syre Cheddar ( Mohan et al., 2013 ). Podobne L. bulgaricus LB430 a S. thermophilus TA040 sú vhodné na výrobu jogurtu obohateného o CLA ( Florence et al., 2009 ).

Okrem toho sa ukázalo, že špecifické mikroorganizmy, ako napríklad L. plantarum PL60 alebo B. breve NCIMB702258, sú schopné produkovať CLA po diétnom podávaní na zvieracích modeloch ( Wald et al., 2009 , 2012 ) a po podaní formou zmrazenia. -sušený produkt u ľudí ( Lee a Lee, 2009 ). Črevná produkcia CLA baktériami teda môže prispieť k zvýšeniu ponuky CLA okrem CLA, ktorú poskytuje produkčný kmeň vo fermentovaných mliekach počas výroby ( Teran et al., 2015 ).