Microorganismos. y alimentos. Probióticos, prebióticos y simbióticos UNIVERSIDAD DE MAYORES. PROGRAMA DE CIENCIAS

Transcripción

1 Microorganismos y alimentos Probióticos, prebióticos y simbióticos UNIVERSIDAD DE MAYORES. PROGRAMA DE CIENCIAS José Manuel Hernández Ros Dpto. Biomedicina y Biotecnología (UAH)

2 Lo que sabemos Se sabe que la microflora normal humana es importante como una barrera contra la colonización de los microorganismos patógenos exógenos y que las bacterias potencialmente patógenas están presentes en pocas cantidades en la microflora. La microflora normal (particularmente la flora gastrointestinal) influye en varias características inmunológicas, fisiológicas y bioquímicas del huésped. Los desórdenes en la microflora normal pueden ser causadas por varias causas: stress, dieta, administración de agentes antimicrobianos, infecciones o inflamaciones en el tracto gastrointestinal (colitis ulcerosa, enfermedad de Crohn, pouchitis crónica).

3 Ciertos microorganismos actúan como neutralizadores de estos desórdenes, reduciendo el riesgo de la colonización por bacterias patógenas mediante la producción de sustancias antimicrobianas como los ácidos orgánicos, bacteriocinas y péptidos o por su interferencia en la adhesión de los patógenos gastrointestinales. También han demostrado efectos adyuvantes sobre la inmunidad intestinal y sistémica. Para un óptimo «balance de la flora intestinal» las bacterias beneficiosas tales como los lactobacilos gram positivos y bifidobacterias, deberían predominar para presentar una barrera contra la invasión de organismos. Cerca del 85% de la microflora intestinal en una persona sana debe estar constituida por bacterias buenas y un 15% por bacterias malas.

4 La bactoterapia por definición general es el uso inofensivo y beneficioso de las bacterias para desplazar organismos patógenos. Es una alternativa y una manera prometedora para combatir infecciones.

5 Antecedentes En 1857, Pasteur descubre a las bacterias del ácido láctico (BAL). En 1878, Lister las aísla a partir de la leche fermentada y posteriormente las aísla del tracto intestinal. En 1906, Tissier aisló por primera vez una Bifidobacteria de un lactante alimentado a pecho, a la que denominó Bacillus bifidus communis. Tissier postulaba que las bifidobacterias desplazarían a las bacterias proteolíticas que provocan la diarrea y recomendó la administración de bifidobacteria a lactantes que padecían de este síntoma. En 1917, antes del descubrimiento de Alexander Fleming de la penicilina, el profesor alemán Alfred Nissle aisló una cepa no patógena de Escherichia coli de las heces de un soldado de la Primera Guerra Mundial que no había desarrollado enterocolitis durante un brote grave de shigellosis. Los trastornos del tracto intestinal frecuentemente eran tratados con bacterias no patógenas viables, para cambiar o reemplazar la microflora intestinal. La cepa de Escherichia coli de Nissle es uno de los pocos ejemplos de un probiótico no BAL. En 1930, el Dr. Minoru Shirota logra el primer cultivo estable del Lactobacillus casei en los laboratorios de la Universidad de Kyoto en Japón, aislándolo del intestino humano. Este microorganismo era resistente a los ácidos gástricos y biliares, por tanto, alcanzaba al intestino delgado después de la ingesta oral.

6 El término probiótico fue introducido por primera vez en 1965 por Lilly y Stillwell; a diferencia de los antibióticos, se definió al probiótico como aquel factor de origen microbiológico que estimula el crecimiento de otros organismos. En 1989, Roy Fuller enfatizó el requisito de viabilidad para los probióticos e introdujo la idea de que tienen un efecto beneficioso para el huésped.

7 A comienzos del siglo pasado, el inmunólogo y premio Nobel ruso, Profesor Elías Metchnikoff sostenía que la duración de la vida se relacionaba con el consumo del yogur. Desarrolló entonces una dieta con leche fermentada por la bacteria, a la que denominó bacilo búlgaro. La longevidad reconocida en pobladores de muchos países (Bulgaria, Rusia, los Balcanes, Armenia, Grecia y otros del Asia) apuntaban a un efecto positivo sobre la longevidad, de alimentos producidos a partir de la leche fermentada, los cuales contenían lactobacilos: Estreptococcus thermophillus y Lactobacillus bulgaricus. El ácido láctico que producen estos microorganismos podría explicar las diferencias en el tiempo de vida entre grupos étnicos. La idea era que las bacterias en los productos fermentados compiten con los microorganismos que son perjudiciales para la salud.

8 Origen del yogur El origen del yogur se sitúa en Turquía aunque también hay quien lo ubica en los Balcanes, Bulgaria o Asia Central. Los pueblos nómadas transportaban la leche fresca que obtenían de los animales, en bolsas de piel de cabra. La leche se convertía en una masa semisólida y coagulada.

9 Alimentos funcionales Nutracéutico Nutracéutico, palabra derivada de nutrición y farmacéutico, hace referencia a todos aquellos alimentos que se proclaman como poseedores de un efecto beneficioso sobre la salud humana. Estos alimentos a menudo se denominan también alimentos funcionales. Del mismo modo, el término puede aplicarse a compuestos químicos individuales presentes en comidas comunes como algunos fitoquímicos. 9

10 Producción del yogur El yogur es un producto lácteo fermentado, levemente ácido, de cultivo semisólido que es producido por homogeneización y pasteurización. Para su elaboración se puede partir no solo de leche vacuna sino también de cabra u oveja, entera, parcial ó totalmente desnatada, previamente hervida ó pasteurizada. El tipo de leche utilizada para su elaboración depende del lugar donde se elabora y consume. Composición Calcio Proteínas Grasas Hidratos de carbono (con predominio de la lactosa) Vitaminas del tipo A y B Niacina y ácidos pantoténico y fólico Minerales, además de fósforo, potasio, magnesio, zinc y yodo Durante la fermentación se consumen las vitaminas B12 y C y se forma ácido fólico,no se alteran las vitaminas B1, B2, B6, PP, biotina y ácido pantoténico, y la composición mineral permanece estable.

11 Leche fermentada Producción del yogur Lactobacillus casei Bifidobacterium bifidum Si la leche está libre de inhibidores, la actividad microbiana está determinada principalmente por la temperatura de incubación y la cantidad de inóculo agregado. Cuanto mayor sea la diferencia con la temperatura óptima y menor la cantidad de inóculo agregada, mayor será el tiempo de fermentación.

12 Producción de yogur Streptococcus thermophilus En un principio el ph (comúnmente de 6,8) es favorable para el crecimiento de Streptococcus termophilus que se desarrolla más rápido produciendo ácido fórmico y dióxido de carbono y bajando así el ph hasta 5 aproximadamente. De este modo se estimula el crecimiento del Lactobacillus bulgaricus. Al mismo tiempo, el desarrollo del L. bulgaricus favorece el crecimiento del S. termophilus por la producción de nutrientes como ácido láctico, péptidos y aminoácidos como la valina. El efecto sinérgico del crecimiento conjunto son los responsables finales de la formación de aromas y texturas típicos del yogur. Entre los componentes responsables del aroma se encuentran el acetaldehido, acetoína y diacetilo. Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus

13 Producción de yogur Streptococcus thermophilus + Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus Sobre una producción total de unas t de todo tipo de yogures, las ventas del yogur pasteurizado después de la fermentación se sitúan solamente en el entorno de las t millones de!! Alimentos funcionales son aquellos alimentos que son elaborados no sólo por sus características nutricionales sino también para cumplir una función específica como puede ser el mejorar la salud y reducir el riesgo de contraer enfermedades.

14 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO INDUSTRIAL La leche entera o descremada, fresca o en polvo, puede ser utilizada para producir yogur. 1. La leche es bombeada a un tanque de almacenamiento. Luego es bombeada a través de un filtro hacia el clarificador que va a utilizar una fuerza centrífuga para obtener algunas impurezas insolubles en la leche. 2. Luego la leche es pasteurizada y desinfectada en un sistema de pasteurización de temperaturas muy altas (UHT) el cual además disminuye el crecimiento de las bacterias de ácido láctico a un nivel aceptable.

15 3. Los cultivos de S. thermophilus y L. bulgaricus, que crecen en un ambiente controlado, son añadidos a la leche esterilizada y luego pasan a los tanques de fermentación donde son fermentados a una temperatura de 40 C durante 30 horas. 4. Saborizantes y algunos aditivos son mezclados y esterilizados en un sistema de esterilización de altas temperaturas y corto tiempo (HTST).

16 5. El yogur fermentado y los aditivos esterilizados son mezclados y homogenizados. 6. Finalmente, el yogur es colocado en cajas de polipropileno o poliestireno por una máquina rellenadora. 7. Los envases de yogur son empaquetados en cajas y colocados en el almacén de refrigeración.

17 El proceso de fermentación se puede lograr de dos maneras distintas, según se quiera obtener yogur firme o yogur batido. El yogur firme se envasa inmediatamente a la adición del iniciador en vasitos o tarritos y son llevados de esta forma a una estufa donde se produce la fermentación hasta el punto deseado y luego se refrigera en cámaras o en túneles de refrigeración. En cambio, en el yogur batido la fermentación se produce directamente en el reactor, se homogeneiza, se enfría en un intercambiador entre 22 y 24 ºC (para retardar el desarrollo de las bacterias) y se termina por envasar en recipientes que son inmediatamente refrigerados.

18 Producción de yogur casero 1. Añadir 100 ml de leche desnatada a un matraz de 250 ml. Pasteurizar la leche desnatada por tratamiento térmico a 85 C durante 15 min, utilizando para ello un baño termostatizado con agitación. Añadir a la leche pasteurizada 3 g de leche desnatada en polvo y agitar suavemente. 2. Enfriar la leche a C y añadir el cultivo iniciador a razón de dos cucharadas de moka por cada 100 ml de leche. Depositar el producto en un vaso de precipitados de 100 ml y mezclarlo con una varilla de vidrio. Tapar el vaso con una placa Petri e incubarlo a 40 C durante h. Tras este tiempo, enfriarlo bruscamente.

19 Es el yogur un probiótico? La palabra probiótico deriva del griego: «por la vida». Un probiótico por definición general es un «suplemento alimenticio vivo microbiano el cual tiene efectos beneficiosos mejorando el balance microbiano intestinal del huésped». La microflora predominante en el tracto gastrointestinal es como sigue: En el intestino delgado proximal: lactobacilos + Enterococcus faecalis ( UFC/ml). En el intestino delgado distal: lactobacilos + Enterococcus faecalis + Coliformes + bacteroides (10 8 UFC/ml). Colon: bacteroides + bifidobacterias (10 11 UFC/ml).

20 Según la FAO, los probióticos son microorganismos vivos que cuando son administrados a un huésped en cantidades adecuadas, le confieren beneficios a la salud. Según la ISAPP (Asociación Científica Internacional para Probióticos y Prebióticos) esta definición deja lugar a malas interpretaciones, considerándolos como: Un probiótico debe: Componentes bacterianos Bacterias muertas Bacterias cuyos efectos no han sido caracterizados para la salud Estar vivo cuando es administrado Haber sido sometido a una evaluación controlada que permita documentar los beneficios en la salud del huésped al que estará dirigido. Ser un microbio o combinación de ellos definido/s taxonómicamente (género, especie y cepa de cada microbio) junto con la cantidad (UFC) Ser seguro para el uso especificado

21 La ingestión de probióticos afecta beneficiosamente al huésped por: Reemplazar la microflora intestinal disminuida, tras el uso de antibióticos, diversas enfermedades, estrés, viajes o cambios de estilos de vida. Mejora las propiedades de la microflora nativa. Las bacterias probióticas son generalmente, aunque no exclusivamente, bacterias acido lácticas e incluyen: Especies de Lactobicillus como L. acidophilus, L. casei, L. bulgaricus, L. plantarum, L. salivarius, L.rhamnosus, L. reuteri, Especies bifidobacterianas como B. longum, B. infantis Saccharomyces boulardii (levadura) Streptococcus thermophilus El ácido láctico ayuda a reducir el ph en el intestino y de esta manera, crean un ambiente que evita el crecimiento de organismos patógenos (los organismos intestinales patógenos prefieren un ambiente alcalino para su proliferación y crecimiento).

22 Una cepa probiótica se cataloga de acuerdo a su género, especie y a una designación alfanumérica. En la comunidad científica se ha acordado una nomenclatura para los microorganismos: Género Especie Designación de la cepa Lactobacillus rhamnosus GG Lactobacillus casei DN Los nombres comerciales no están sujetos a regulación, y las compañías pueden ponerle el nombre que quieran a los probióticos que ponen en sus productos

23 Lactobacilos Se encuentran en ambientes que contienen substratos ricos en carbohidratos tales como la membrana mucosa intestinal humana. Colonizan predominantemente la parte alta y baja del intestino delgado. Lactobacilos tradicionalmente usados en la industria dietética, que incluyen L. casei, L. bulgaricus y L. acidophilus, no poseen las necesarias características para implantarse consistentemente en el intestino humano. Gorbach y Goldin colectaron cepas de lactobacilos desde especímenes de muestras de heces obtenidas de voluntarios humanos sanos (estables en el ácido gástrico y bilis). En 1985, identifican la cepa con una rápida tasa de crecimiento y que denominan Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) desarrollando de esta manera una nueva generación de probióticos; entre ellas se encuentran también Lactobacillus sporogenes, localizado predominantemente en el intestino delgado y ayuda en la síntesis del complejo vitamínico B y de la vitamina K. También produce enzimas que facilitan la digestión. La OMS ha recomendado su uso para fórmulas nutricionales del infante.

24 Bífidobacterias Bifidobacterium longum puede ser considerada como la más común de las especies de las bifidobacterias, Localizada tanto en heces adultas como en la de niños. Constituyen la mayor parte de la microflora intestinal normal en humanos a lo largo de la vida. Su número tiende a decrecer con la edad. Predominantemente colonizan el intestino grueso. Algunas cepas de bífidobacterias son capaces de sintetizar vitaminas del complejo B y vitamina K.

25 Saccharomyces boulardii Es considerada una levadura migratoria en el intestino humano, lo cual significa que no establece residencia en la membrana mucosa del tracto intestinal como los lactobacilos o las bífidobacterias. Al pasar por el intestino compite con otras especies de levadura y bacterias patógenas, al mismo tiempo que no daña la flora intestinal normal. Streptococcus thermophilus Son encontrados en la parte alta y baja del intestino delgado y producen β- galactosidasas, que ayudan en la digestión de la lactosa.

26 Ejemplos de cepas de probióticas en productos comerciales:

27 Leche fermentada y enriquecida con Lactobacillus Casei DN Actimel ayuda a mantener las defensas de tus hijos, hecho científicamente probado En 2010, la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), presenta un informe demoledor: rechazó los más de 20 trabajos de investigación que pretendían avalar los beneficios del Actimel para reducir las toxinas producidas por la especie bacteriana Clostridium difficile, toxinas responsables de diferentes enfermedades gastrointestinales como puede ser la diarrea. El panel de expertos de la EFSA destacó que las toxinas sólo se habían medido en aquellos pacientes que habían desarrollado diarrea asociada a los antibióticos y que no se habían dado datos sobre los efectos de Actimel contra las toxinas de la Clostridium difficile. También la EFSA destacó errores de procedimiento en algunos estudios.

28 El Consejo para la Ciencia y Tecnología Agrícolas ( ha publicado un trabajo sobre los probióticos que manifiesta lo siguiente: Es desafortunado que en la actualidad se pueda rotular productos como probióticos sin estar ni bien definidos ni probados con estudios controlados en humanos. El ritmo de la investigación sobre los probióticos se ha acelerado en los últimos años: en se publicó un número cuatro veces mayor que el número de ensayos clínicos en humanos publicados en el período Para algunos productos hay importantes diferencias entre la eficacia demostrada en la investigación y lo que se afirma en el mercado. Se han documentado casos en los que los productos no cumplen con los postulados que figuran en sus etiquetas en relación con el número y tipo de microbios viables presentes, y sobre la cantidad que hay que consumir para que se vea un beneficio para la salud. Al diseñar sus políticas sobre las nuevas cepas probióticas que se pueda introducir para uso en humanos, los gobiernos deberían examinar la evidencia científica sobre los aspectos funcionales y la inocuidad de los probióticos en los alimentos siguiendo las pautas establecidas por el grupo de trabajo de FAO/OMS en 2002 ( Se sugiere que los fabricantes declaren en la etiqueta el género, especie y cepa de cada probiótico en un producto, junto con el número de células viables de cada cepa probiótica que quedará al final de la vida útil.

29 Propiedades deseables de un suplemento dietético probiótico: Debe ser de origen humano y debe ser capaz de habitar el intestino grueso y delgado. Ejercer un efecto beneficioso en el huésped: ayudándolo a una digestión apropiada, a la asimilación de nutrientes y a la síntesis de complejos vitamínicos B y vitamina K. No ser ni patógeno ni tóxico. Contener un gran número de células viables. Ser capaz de sobrevivir (las bacterias no deben ser eliminadas por el jugo gástrico ni los ácidos biliares). Permanecer viable durante su almacenamiento y uso. Ser antagónicos a los patógenos. Beneficios ofrecidos por los probióticos: Incrementar la resistencia al establecimiento de infecciones por organismos potencialmente patógenos en el intestino. Disminuir la duración de la diarrea (asociada a antibióticos e infecciones del viajero). Promueven la digestión de la lactosa. El incremento del valor nutricional (mejor digestión, incremento de la absorción de vitaminas y minerales). Regulación de la motilidad intestinal (constipación, síndrome del intestino irritable). Mantenimiento de la integridad de la mucosa intestinal. Reducción de la concentración del colesterol sérico. Reducción de las alergias. Prevención de cáncer de colon. Reducción de la producción de carcinógenos / cocarcinógenos.

30 La investigación sobre los probióticos sugiere que estos tendrían una serie de beneficios potenciales para la salud. Sin embargo, los efectos descritos solo pueden ser atribuidos a la/las cepas analizadas en cada estudio y no se pueden generalizar a toda la especie ni a todo el grupo de BAL u otros probióticos. Deben documentarse los efectos sanitarios de cada cepa específica presente en el producto en venta. Los resultados y los artículos de revisión provenientes de estudios realizados con cepas específicas no pueden ser utilizados como prueba para avalar los efectos sobre la salud de cepas que no han sido incluidas en el estudio. Los estudios que documentan la eficacia de cepas específicas a una determinada dosis no constituyen evidencia suficiente como para respaldar los efectos sobre la salud a una dosis más baja.

31 No es posible establecer una dosis general para los probióticos; la dosificación tiene que estar basada en estudios en humanos que muestren un beneficio a la salud. Por ejemplo, Bifidobacterium infantis fue eficaz para aliviar los síntomas del SII a dosis de 100 x 10 6 UFC/día, mientras que hay estudios con VSL#3 que han utilizado dosis con x 10 9 UFC tres veces por día. Los criterios mínimos exigidos para los productos probióticos son que el probiótico debe: Estar especificado por género y cepa. La investigación sobre cepas de probióticos específicos no puede aplicarse a cualquier producto comercializado como probiótico. Contener las bacterias vivas. Ser administrado en dosis adecuada hasta el final de su vida útil (con variabilidad mínima de un lote a otro). Haber demostrado ser eficaz en estudios controlados en humanos.

32 La industria debe mantener la integridad en la formulación y el rotulado para que los consumidores puedan confiar en esta categoría de productos. Información sobre los proveedores de probióticos y prebióticos:

33 Qué son los prebióticos? Los prebióticos son suplementos de la dieta no digeribles (substratos para ser fermentados por la flora), que modifican el balance de la microflora intestinal, estimulando el crecimiento y/o la actividad de organismos beneficiosos y suprimiendo potencialmente bacterias nocivas. Estos suplementos incluyen lactulosa, lactitol, una variedad de oligosacáridos (especialmente fructoligosacáridos o FOS y galactoligosacáridos o GOS extraidos de varios alimentos como la achicoria, ajos, cebollas, alcachofas, etc) e inulina. La fermentación de oligosacáridos en el colon da lugar a un gran número de efectos fisiológicos: Aumento del número de bifidobacterias en el colon Aumento de la absorción de calcio Aumento del peso fecal Acortamiento de la duración del tránsito gastrointestinal Posiblemente, reduciendo los niveles de lípidos en sangre

34 A diferencia de los probióticos, la mayoría de los prebióticos se utilizan como ingredientes de alimentos como: galletas, cereales, chocolate, cremas de untar, productos lácteos Específicamente, los prebióticos promueven la proliferación de las bifidobacterias en el colon. Algunos también ayudan, hasta cierto punto, a promover la proliferación del lactobacilos en el intestino delgado. Algunas fórmulas de leche incluyen FOS y GOS para tratar de producir una flora intestinal similar al de los infantes alimentados con leche materna. Para ser efectivos, los prebióticos deberían escapar a la digestión en la parte alta del intestino y alcanzar el intestino grueso.

35 Los prebióticos tienen importantes funciones en el organismo: Son esenciales para el funcionamiento y crecimiento de la mucosa intestinal Mantener el balance hidroelectrolítico, Proveer energía y nutrientes al huésped por la flora, Alivian el estreñimiento o diarrea, Reducen los triglicéridos séricos, colesterol y muchas lipoproteínas de baja densidad y Reducen la glucemia en respuesta a la comida. Una dieta rica en grasas o una obesidad inducida genéticamente, puede dar lugar a una disbiosis que altere la barrera intestinal e inicie inflamación leve, resistencia a insulina y diabetes tipo 2, en músculo, hígado y tejido adiposo. El tratamiento con prebióticos puede disminuir la permeabilidad intestinal y la endotoxemia metabólica.

36 Qué son los simbióticos? Es el término ideado para designar el tratamiento combinado con bacterias ácido lácticas, bioactivas y específicas, con prebióticos específicos con capacidad para estimular el crecimiento de ciertas bacterias ácido lácticas, de modo que se promueve beneficiosamente la salud por acción sinérgica. Una condición para tales efectos, es que las bacterias ácido lácticas usadas tengan una documentada habilidad para metabolizar simultáneamente los prebióticos suplementarios, que casi siempre no es el caso, especialmente cuando se suman diferentes oligosacáridos.

37 Cómo influyen los prebióticos y los probióticos sobre la flora intestinal

38 En los últimos años se están ofertando comercialmente combinaciones de prebióticos y probióticos, con diferentes tipos de formulaciones: Probióticos con una simple cepa Prebióticos multicepas Simbióticos con cepa única / fibra única Simbióticos multicepa / multifibra Reemplazo total de flora a partir de flora de individuos sanos Hoy en día se abren múltiples alternativas terapéuticas: Diarrea infecciosa Diarrea asociada a antibióticos y colitis por Clostridium difficile Colitis necrotizante Enfermedad de Crohn Colitis ulcerativa Pouchitis Síndrome de intestino irritable Infección por Helicobacter pylori Encefalopatía hepática Enfermedad atópica y alérgica. Retos: La composición óptima, las dosis y el tiempo de tratamiento para cada entidad clínica está por determinarse. Las múltiples especies de probióticos y sus combinaciones no son todas intercambiables; contienen «cepas específicas» con mecanismos de acción o eficacia particulares. Modificaciones genéticas de las bacterias, «probióticos de diseño», con los cuales e obtener propiedades de mayor potencia antimicrobiana y antiinflamatoria.

39 Muchas gracias