Probióticos y prebióticos en leche y derivados. Alimentos, gicas,

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1 Probióticos y prebióticos en leche y derivados Dr. Humberto Hernández ndez Sánchez, Depto. Graduados e Investigación en Alimentos, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas gicas, IPN, México, M DF

2 Probióticos. Definición Los probióticos se definen como ingredientes para alimentos con microorganismos vivos que ejercen un efecto benéfico sobre la salud humana o de un animal (Salminen et al., 1998) La FAO/OMS (2001) los define como microorganismos vivos que cuando se administran en cantidades adecuadas confieren un beneficio al hospedador

3 Probióticos. Definición La International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) en 2009 agrega: Un probiótico debe estar vivo cuando se administra Un probiótico debe haber pasado por una evaluación controlada que documente los beneficios a la salud hacia un determinado hospedador Un probiótico debe ser un microorganismo o combinación de microorganismos taxonómicamente definidos a nivel de género, especie y cepa Un probiótico debe ser seguro para su uso

4 Beneficios de los Probióticos

5 PROBIÓTICOS Aspectos funcionales: 1. Viabilidad y persistencia en el tracto GI 2. Inmunomodulación 3. Actividad antagonista 4. Actividad antimutagénica

6 PROBIÓTICOS Aspectos de seguridad: 1. Origen humano (tracto GI sano) o de alimentos 2. No patógeno 3. Características de resistencia a antibióticos

7 PROBIÓTICOS Aspectos tecnológicos 1. Supervivencia y retención de la funcionalidad durante el almacenamiento 2. Supervivencia y retención de la funcionalidad en el alimento 3. Supervivencia y retención de la funcionalidad durante su tránsito por el tracto GI (resistencia a HCl y bilis) 4. No producir sabores desagradables o atípicos en el alimento

8 PROBIÓTICOS Se han sugerido otras funciones benéficas relacionadas para los microorganismos probióticos: 1. Producción de vitaminas 2. Producción de enzimas (lactasa) 3. Prevención de diarrea por rotavirus 4. Cura de diarrea por rotavirus o antibióticos

9 PROBIÓTICOS 5. Disminución de niveles de colesterol 6. Mejora de la motilidad intestinal (alivio de la constipación) 7. Adherencia intestinal inclusive desplazando patógenos 8. Mantenimiento de la integridad de la mucosa 9. Efecto hipolipidémico y antiateroesclerótico (Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus cepa GB N 1)

10 PROBIOTICOS

11 PROBIÓTICOS Algunas cepas de especies microbianas con propiedades probióticas: 1. Lactobacillus 2. Bifidobacterium 3. Otras bacterias lácticas 4. Otros organismos no lácticos

12 PROBIÓTICOS Especies de Lactobacillus 1. acidophilus 2. casei 3. crispatus 4. gallinarum a 5. gasseri 6. johnsonii 7. paracasei 8. plantarum 9. reuteri 10. rhamnosus 11. delbrueckii subsp. bulgaricus (algunas cepas)

13 PROBIÓTICOS Especies de Bifidobacterium 1. adolescentis 2. animalis subsp. animalis 3. bifidum 4. breve 5. infantis 6. animalis subsp. lactis 7. longum

14 PROBIÓTICOS Otras bacterias lácticas: 1. Enterococcus faecium 2. Enterococcus faecalis a 3. Sporolactobacillus inulinus 4. Lactococcus lactis subsp. lactis (algunas cepas)

15 PROBIÓTICOS Organismos no lácticos 1. Bacillus toyoi (cereus) 2. Bacillus clausii 3. Propionibacterium freudenreichii a 4. Saccharomyces boulardii (cerevisiae)

16 Crecimiento y metabolismos de microorganismos probióticos en leche Se usó como medio leche UHT suplementada con triptona (0.5%) inoculada con 1% de diferentes microorganismos probióticos Se incubó a 37ºC de 24 a 72 h

17 Probiótico Lb. acidophilus Crecimiento y metabolismos de microorganismos probióticos en leche Log (ufc/ml) Diacetilo (mg/l) Ácido Láctico (%) Ácido acético (%) ph Lb. rhamnosus Lb. reuteri B. animalis BB

18 Productos lácteos fermentados en el mercado nacional Lactobacillus casei Shirota

19 Productos lácteos fermentados en el mercado nacional Lactobacillus casei

20 Productos lácteos fermentados en el mercado nacional

21 Productos lácteos fermentados en el mercado nacional Lactobacillus johnsonii LA1

22 Productos lácteos fermentados en el mercado nacional Lactobacillus paracasei Bifidobacterium lactis CNCM I-2494

23 Microorganismos probióticos usados cotidianamente en la elaboración de quesos Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus en queso Mozzarella, Grana y Provolone Lactobacillus reuteri (fermentum) en queso Grana Lactobacillus casei en quesos Suizos y Cheddar

24 Incorporación de Bifidobacterias en Quesos El ph óptimo de crecimiento está entre 6.5 y 7. Disminuye por debajo de 5 y se inhibe por debajo de 4 La temperatura óptima de crecimiento está entre 36 y 38ºC para cepas de origen humano y de 41 a 43ºC para cepas de origen animal. No crecen por debajo de 20ºC y mueren arriba de 46ºC

25 Incorporación de Bifidobacterias en Quesos El yogurt no es el vehículo ideal para incorporación de bifidobacterias a menos que el ph se mantenga arriba de 4.6 o se les proteja de alguna manera Si el ph está entre 3.9 y 4, la cuenta baja de 10 9 a 0 en una semana (Modler, 1994)

26 Características únicas de los quesos que son benéficas para las bifidobacterias ph adecuado (generalmente ) Lípidos (protectores en el TGI) Niveles de oxígeno (anaerobiosis interna después de algunas semanas) Péptidos y amino ácidos liberados por el cuajo y enzimas de las BAL Los ácidos butírico, palmítico y esteárico son promotores del crecimiento de las bifidobacterias

27 Incorporación Exitosa de Bifidobacterias en Quesos Las bacterias deben permanecer viables durante toda la vida de anaquel No deben afectar adversamente el sabor, composición, aroma o textura La alteración (si la hay) del proceso de manufactura tradicional debe ser mínima para hacer la tecnología atractiva para producción comercial

28 Queso Cottage * Crema fermentada con B. infantis valores de ph de 4.5, 5 y 5.5 La cuenta bajó de 10 7 a 350 ufc/g en 2 semanas Sensorialmente se prefirió el queso con ph de 5.5 (más parecido al control) *Blanchette et al. 1996

29 Queso Cheddar * Se usaron una preparación comercial en polvo (Chr. Hansen) y una preparación inmovilizada en -carragenina y liofilizada de B. bifidum Las preparaciones se agregaron después de la molienda de la cuajada (después de la cheddarización) junto con la sal Los quesos se maduraron a 6ºC durante 6 meses *Dinakar y Mistry (1994)

30 Queso Cheddar La composición no se afectó por la adición de los probióticos: Componente Control Bífidos comerciales Bífidos inmovilizados Humedad Proteína Grasa Cenizas Sal

31 Queso Cheddar Las cuentas aumentaron ligeramente durante el tiempo de maduración manteniéndose a niveles adecuados Tiempo (semanas) a 7ºC Bífidos comerciales Bífidos inmovilizados X X X X X X X X X X 10 7

32 Queso Cheddar Sensorialmente los quesos fueron indistinguibles (sabor, textura y apariencia) Esto se puede deber a que a 7ºC el crecimiento, proteólisis y producción de ácido acético fueron bajos

33 Quesos con Probióticos Mixtos Queso Gouda Maduración: 9 semanas m.o.: Bifidobacterium sp. + Lb. acidophilus ph: 5.1 Humedad: 42 % Grasa: 29 % Sal: 1.7 % Gomes et al. (1995)

34 Queso Fresco Argentino Maduración: 12 días m.o.: B. longum, B. bifidum + Lb. acidophilus, Lb. casei + Lc. lactis, Str. thermophilus (14 combinaciones) ph: 5.29 Humedad: 58 % Grasa: 12 % Sal: 0.9 % Vinderola et al. (1995)

35 Queso Cheddar Lote 1: Lc. lactis Lote 2: Ll + Lb. acidophilus, Lb. casei, B. longum Lote 3: Ll + Lb. acidophilus, Lb. paracasei, B. animalis subsp. lactis Maduración: 6 meses a 4ºC Viabilidad final 3 X 10 7 ufc/g Proteólisis similar Ong et al. (2005)

36 Mejoramiento de la viabilidad de probióticos en productos lácteos Selección de cepas resistentes a ácido y a bilis Uso de envases impermeables al oxígeno (vidrio) y uso de cisteína Fermentación en dos pasos (para yogurt) Microencapsulación Adaptación al stress Incorporación de micronutrimentos (péptidos y aminoácidos)

37 Prebióticos. Definición Son ingredientes no digeribles para alimentos que afectan benéficamente al consumidor por medio de una estimulación selectiva del crecimiento y/o actividad de algunos microorganismos probióticos (Gibson & Roberfroid, 1995). Generalmente son oligosacáridos no digeribles.

38 Características de un Prebiótico (ISAPP) Resistencia a la degradación por el ácido del estómago, pepsina o enzimas pancreáticas Fermentación por la microbiota intestinal Estimulación selectiva del crecimiento o actividad de los microorganismos probióticos

39

40

41 Calificación de un Prebiótico

42 Simbióticos. Definición Es una mezcla de probióticos y prebióticos que afectan benéficamente la salud del consumidor mejorando la supervivencia e implantación de los primeros en el tracto gastrointestinal por medio de una estimulación selectiva de su actividad y/o crecimiento (Gibson & Roberfroid, 1995).

43 FOSHU (Japón) Las normas japonesas no incluyen en su terminología a los alimentos funcionales y utilizan en su lugar el término FOSHU Este término significa Foods of specific health use Este sistema está en vigor desde 1993 e incluye una gran cantidad de prebióticos

44

45 Lactulosa La lactulosa (4-O-b-D-galactopiranosil-D-fructosa) es uno de los productos que resulta de la acción alcalina y el tratamiento térmico de la lactosa. La lactulosa es cuatro veces más soluble y dulce que la lactosa, pero no más que la sacarosa

46

47 Composición de GOS comerciales

48

49 Fructooligosacáridos (1) Miles de plantas contienen fructooligosacáridos, ya que estos compuestos son constituyentes naturales de la inulina La inulina se encuentra en más de 36,000 plantas y es su reserva de energía Comercialmente, se extrae principalmente de la raíz de la achicoria

50 Fructooligosacáridos (2) La inulina está formada por cadenas lineales de fructosa conectada por enlaces b 2 1. Casi todas las cadenas tienen longitudes de 60 y terminan en una glucosa

51 Fructooligosacáridos (3) El término se ha usado para los 1-b-polifructofuranosil-sacarosa, excluyendo polifructanas y oligofructósidos

52 Fructooligosacáridos (4) Fuente Inulina (%) FOS (%) Cebolla Alcachofa de Jerusalén Achicoria Poro Agave tequilero (7 años) Aguamiel Ajo Alcachofa 3-10 < 1 Diente de león n. d. Salsifí Trigo

53 Fructooligosacáridos (5) En el alimento, los FOS proporcionan sabor y la inulina textura Síntesis enzimática: Fructosiltransferasas Presencia en m.o. y plantas ph óptimo entre 5 y 6.5 Temperatura óptima entre 50 y 60 C

54 Fructooligosacáridos (6). Funcionalidad Baja dulzura (1/3 de la de la sacarosa) Prácticamente no aportan energía No son cariogénicos Son bifidogénicos Disminuyen los niveles séricos de colesterol, fosfolípidos y triglicéridos En Japón se recomienda una ingesta diaria de 0.8 g / kg de peso / día

55 Lactosacarosa Es una triosa que consiste de una molécula de sacarosa con una galactosa unida por vía enzimática a la glucosa con un enlace b-1,4. Se vende como jarabe al 55% y es la mitad de dulce que la sacarosa Es indigerible y promueve el crecimiento de Bifidobacterium

56 Lactosacarosa

57 Humberto Hernández Sánchez

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