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Funcionales de origen mexicano: Productos tradicionales con base probiótica y su aplicación en la industria
Dr. Adelfo Escalantea
MB Martha Giles Gómezb
aDepartamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis, Instituto de Biotecnología, UNAM bDepartamento de Biología, Facultad de Química, UNAM
¿Qué es un alimento funcional un alimento funcional? Alimento funcional
Alimentos funcionales son aquellos que poseen efectos promotores de la salud, y que son distintos a las propiedades nutricionales de éstos. (Griffiths et al., Journal of Functional Foods 2009. 1: 128–130)
Probióticos como alimentos funcionales
Los probióticos se definen como bacterias vivas que cuando son administradas en cantidades adecuadas confieren un beneficio a la salud del hospedero (FAO/WHO, 2001) (Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
Probióticos (alimento funciona
Nutrientes
Bifidobacterias
Lactobacilos
Fermentación de prebióticos
Balance de la microbiota
Alteración de la homeostasis del G.I.
Efecto de barrera
Promoción de una respuesta inmune: rotavirus a nivel local y sistémico
Disminución de infecciones gastrointestinales y prevención (diarrea)
Efecto inmunorpomotor y antitumoral
Fuente/producto Cepa
Chr. Hansen
Lactobacillus acidophilus LA1/LA5 L. delbrueckii ssp. bulgaricus Lb12 L. paracasei CRL431 Bifidobacterium animalis ssp. lactis Bb12
Danisco L. acidophilus NCFMs L. acidophilus La L. paracasei Lpc B. lactis HOWARUTM/Bl
DSM Food Specialties L. aidophilus LAFTIs L10 B. lactis LAFTIs B94 L. paracasei LAFTIs L26
Nestlé L. johnsonii La1
Snow Brand Milk L. acidophilus SBT-20621 Products Co. Ltd. B. longum SBT-29281
Institute Rosell L. rhamnosus R0011 L. acidophilus R0052
Yakult L. casei Shirota B. breve cepa Yakult
Foneterra
B. lactis HN019 (DR10) L. rhamnosus HN001 (DR20)
Probi AB
L. plantarum 299V L. rhamnosus 271
Danone L. casei Immunitas B. animalis DN173010 (Bioactiva)
Fuente/producto Cepa
Essum AB
L. rhamnosus LB21 Lactococcus lactis L1A
Biogaia L. reuteri SD2112
Morinaga Milk Industry Co. Ltd. B. Longum BB536
Lacteol Laboratory L. acidophilus LB
Medipharm L. paracasei F19
Bacterias probióticas utilizadas en productos comerciales
(Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
Bacterias pertenecientes a dos grupos:
Lactobacillus spp Bifidobacterium spp
Mercado de productos probóticos
• De forma generalizada el consumo de bacterias probióticos se realiza a través de alimentos y bebidas
• Muchos de los alimentos probióticos se ubican como una categoría de alimentos funcionales y representan una parte muy importante de este grupo de productos.
• Sector de rápido crecimiento: El mercado global de alimentos funcionales y bebidas ha crecido de USD $33 billones de dólares (2000) a USD $176.7 billion en 2013: 5% del mercado total de alimentos.
• Se ha estimado que el mercado de probióticos comprende 60% - 70% del total del mercado de alimentos funcionales.
(Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
Los prebióticos son carbohidratos de cadena pequeña, no digeribles por las enzimas digestivas del humano y que mejoran de forma selectiva la actividad de algunos grupos de bacterias benéficas
Prebióticos como alimentos funcionales
(Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
Tipo de prebiótico Fuentes
Fructo oligosacáridos (inulina) Espárragos, remolacha, ajo, achicoria, cebolla, alcachofa de Jerusalén, trigo, miel, plátano, cebada, tomate, centeno y agave azul
Isomaltulosa Miel, jugo de la caña de azúcar
Xilo oligosaccharides
Brotes de bambú, frutas, verduras, leche, miel y salvado de trigo
Galacto oligosacáridos Leche humana y la leche de vaca
Ciclodextrinas Glucanas solubles
Oligosacáridos de la rafinosa Semillas de legumbres, lentejas, guisantes, habas, garbanzos, compuesta malva, y mostaza
Oligosacárdios de la soja
Soja
Lactulosa Lactose (Milk) Lactosa (leche)
Lactosacarosa Lactosa
Isomaltulosa, palatinosa Sacarosa
Malto oligosacáridos, isomalto oligosacáridos Almidón
Arabino xilo oligosacáridos Salvado de trigo
Dextrinas resistentes a hidrólisis enzimática Almidón de papa
Tipos y fuentes de prebióticos
Al-Sheraji et al., 2013. Journal of Functional Foods 5:1542-1553
Prebiótico Microorganismo estimulado Efecto
Oligosacáridos Bifidobacterium spp. Incrementa el número de bifidobacterias, supresión de bacterias putrefactivas, prevención de constipación y diarrea
Fructo-oligosacáridos, inulina, oligofructosa
Bifidobacterium spp. Lactobacillus acidophilus, L. casei, L. plantarum
Crecimiento de bifidobacterias
Fructanas Bifidobacterium spp. Crecimiento de bifidobacterias
Caseína kappa humana y derivados Bifidobacterium bifidum Crecimiento de bifidobacterias
Estaquiosa y rafinosa Bifidobacterium spp. Factor de crecimiento
Macropéptidos de caseína Bifidobacterium spp. Promoción de crecimiento
Lactitol (4-Ο-β-D-galactopiranosil)-D-glucitol
Bifidobacterium spp. Promoción de crecimiento
Lactulosa (4-Ο-β-D-galactopiranosil)-D-fructosa
Bifidobacterium spp. Promoción de crecimiento
Efecto estimulante de probióticos sobre el crecimiento de bacterias próbióticas
Evolución del desarrollo de las tecnologías en probióticos y prebióticos
Probióticos
Prebióticos
Simbióticos
•Sinergia entre el efecto de pro- y prebióticos en tracto GI •Especificidad limitada del prebiótico por la cepa probiótica
Simbióticos integrados
•Amplio efecto sobre probiótico en el tracto GI
•Prebióticos que adicionalmente protejan al probiótico durante la manufactura, almacenamiento, formulación y tránsito intestinal (acarreador/encapsulación)
•Prebióticos más grandes, más lentamente fermentables con la producción de AGCC en el colón más distante
+
Tipo de prebiótico Fuentes
Fructo oligosacáridos Bacterias lácticas del género Leuconostoc
Dextranas Bacterias lácticas del género Leuconostoc
Tipos y fuentes de prebióticos ¿origen microbiano?
Los polisacáridos extracelulares (EPS) producidos por bacterias ácido lácticas (Leuconostoc spp.) han recibido particular atención debido a sus posibles aplicaciones comerciales como son: -Aditivos naturales, -Reemplazar o disminuir el uso de hidrocoloides -Seguros para su uso en alimentos -Productos funcionales: fibra soluble y prebióticos (Giraffa 2004; Tieking et al. 2005; Vu et al. 2009; Leemhuis et al. 2013) en Torres–Rodríguez et al., Aceptado. SpringerPlus
Alimentos y bebidas lácteas tradicionales Bacterias lácticas + levaduras + otros microorganismos
Productos comerciales
cultivos puros
(cultivos mixtos)
Origen intestinal humano
Búsqueda de probióticos y prebióticos
Ellie Metchnikoff, 1900´s. Instituto Pasteur, París.
Simultáneamente, Tissier aisló las bifodobacterias (Lactobacillus bifidus) y especuló sobre su papel en la salud de infantes.
Promovió el uso de lactobacilos (Thermobacterium bulgaricum), en la dieta humana: promoviendo la teoría de la longevidad humana asociada a la bacterioterapia a través del consumo de yogurt de Bulgaria.
Funcionalidad de bebidas lácteas fermentadas
Rahe en 1915, demostró que los lactobacilos del yogurt no sobreviven el paso a través del estómago y del intestino. M. Shirota, aisló el Lactobacillus casei Shirota (lactobacilo Yakult) e inicia (1935) la comercialización de Yakult. Gurr , 1984: los microorganismos endógenos del tracto intestinal humano son aquellos con la mejor posibilidad de pasar a través del estómago, del intestino delgado y colonizarlo. → Investigación sobre Bifidobacterium
Búsqueda, aislamiento y caracterización de lactobacilos y bifidobacterias nativas de humanos ¿y de otros ambientes?
Uso en la elaboración de nuevos productos probióticos.
Funcionalidad de bebidas lácteas fermentadas
Producto Microorganismo Substrato
Boza tradicional (bebida popular fermentada de los Balcanes)
Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus, Leuconostoc, levaduras
Cereales
Bushera (bebida fermentada tradicional de Uganda)
Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus, Streptococcus, Weissella
Sorgo y mijo
Hardaliye (bebida fermentada tradicional de Tracia)
Lactobacillus, levaduras yeast, mohos
Uvas rojas y semillas de mostaza
Kombucha (China, Rusia) Acetobacter, Gluconobacter, Lactobacillus, levaduras
Té verde o negro
Mahewu (Sudáfrica) Lactobacillus, Lactococcus Maíz
Pozol (México) Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, levaduras, mohos
Maíz y cacao
Pulque (México) Lactobacillus, Leuconostoc, Citrobacter, Zymomonas mobilis, levaduras
Savia de maguey (aguamiel)
Probióticos potenciales detectados/aislados en algunas bebidas tradicionales fermentadas no destiladas no lácteas
Soccol et al. 2012. Probiotic nondairy beverages. In: Handbook of Plant-Based Fermented Food and Beverage Technology. CRC Press.
Bebidas probióticas alternativas
Existe una gran diversidad de productos comerciales con diferentes presentaciones preparados con microorganismos probióticos, sin embargo y a pesar de una mayor conciencia y evidencias sobre el efectos de éstos sobre la salud humana, existen sectores muy amplios de la población (zonas rurales), que no tiene acceso a estos productos, pero que hace uso de (posibles) “fuentes naturales” de bacterias probióticas: Alimentos y bebidas fermentados tradicionales mexicanos. Pulque/aguamiel: Presencia de bacterias naturalmente tolerantes a acidez, consumo arraigado, farmacopea tradicional: diversos beneficios
¿Pulque como alimento funcional?
Oliver G. 2012. Los Dioses ebrios del México antiguo. De la transgresión a la inmortalidad. Arqueología Mexicana. 19 (114):26-33
Oliver G. 2012. Los Dioses ebrios del México antiguo. De la transgresión a la inmortalidad. Arqueología Mexicana. 19 (114):26-33
La afrenta de Quetzalcóatl
Quetzalcóatl Tezcatlipoca
Pulque
Pulque: Bebida fermentada alcohólica no destilada elaborada a partir de a savia del maguey (aguamiel).
Recolección del aguamiel fresco
Fermentación: Acelerada por la adición de semilla (tiempo variable, temperatura ambiente)
Producto final: Bebida alcohólica, ácida y viscosa
Proceso espontáneo. Microorganismos naturalmente asociados al aguamiel, Incorporados durante el proceso de manipulación, semilla, contenedores.
PULQUE
Fermentación Ácida:
Bacterias ácido lácticas y acéticas
Fermentación alcohólica:
Saccharomyces cerevisiae y Zymomonas mobilis Fermentación
viscosa (polisacáridos extrcelulares):
Leuconostoc mesenteroides
Fermentación del pulque: Ambiente naturalmente enriquecido
Estudio de la diversidad bacteriana en el pulque
1. No había estudios “recientes” sobre la diversidad
bacteriana del pulque: ¿Microorganismos no reportados previamente?
2. La diversidad bacteriana es la misma entre muestras de diferente origen geográfico
3. Cambios en la diversidad bacteriana durante la fermentación del pulque
4. Diversidad de polisacáridos extracelulares: ¿Solo dextrana = glucana?
Características del aguamiel
• Aguamiel es la savia de diversas especies de agave pulquero. Líquido blanco, lechoso, ligeramente turbio, espeso, dulce, sabor fresco y ligeramente ácido. Contiene agua, gomas, proteínas y sales minerales (Ramírez et al. 2004; Ortiz-Basurto et al. 2008; Escalante et al. 2008).
Importancia del aguamiel
• Constituye un sustituto de agua o una alternativa alimenticia en lugares donde existe agua potable o es de mala calidad y donde no hay una gran disponibilidad de proteína.
(Sánchez-Marroquín and Hope 1953; Ortiz-Basurto et al. 2008; García-Garibay and López-Munguía 1993; Steinkraus 1996; Lappe-Oliveras et al. 2008).
Importancia del aguamiel
• La composición del aguamiel varía dependiendo de las especies de Agave, condiciones de cultivo, estación del año, humedad relativa, propiedades del suelo (Sánchez-Marroquín 1970).
• Sin embargo, el análisis FQ del aguamiel de A. mapisaga cosechado durante 5 meses (Ortiz-Basurto et al. 2008), no mostró cambios significativos en la acidez titulable, pH (> 4.5) y contenido de materia seca, aunque se observó una disminución en el contenido de fructosa después de 3.5 meses.
• La calidad del aguamiel permanece constante durante todo el período de obtención de aguamiel.
Pulque: aspectos nutricionales
• Considerado tradicionalmente como una bebida saludable por su contenido nutricional.
• Con base en su consumo es considerado como una fuente importante de E, vitaminas, aminoácidos esenciales (aportando el contenido de Lys y Trp, deficientes en la dieta basada en maíz)
• Sustituto de agua debido a su bajo contenido de alcohol y disponibilidad (Vargas 1999).
Pulque: aspectos nutricionales
• Parte de la dieta básica de Otomíes (Valle del Mezquital): representa la segunda fuente de E (después de la tortilla) y la tercera fuente de proteína, fuente de vitamina C, tiamina, riboflavina, Ca y Fe (Vargas et al. 1998).
• En comunidades montañosas del Estado de México, se estableció que un consumo diario de 500 mL aporta 215 kcal, 45% of vitamina C, 10% of niacina, 7% of tiamina, 6% riboflavina, 15% de Fe y proteína unicelular (c/ adecuada proporción de Lys y Trp) (Backstrand et al. 2002)
¿Aguamiel y pulque como un agente probiótico y prebiótico (simbiótico)?
Probiótico: Presencia de LAB, como L. acidophilus y L. mesenteroides (Escalante et al. 2004, 2008, Campos 2010). Z. mobilis, el cual presenta actividad antagónica vs bacterias patógenicas y algunas especies de hongos y levaduras (Wuanick 1970; Gonçalves de Lima 1978; Steinkraus 1996). Prebiótico: Contenido de fructanos y oligofructanos (Ortiz-Basurto et al. 2008; Ramírez-Higuera 2009).
Aguamiel y pulque como un agente probiótico y prebiótico (simbiótico)
Aislamiento de diversas especies de Leuconostoc de pulque con actividades probióticas potenciales: resistencia a pH ácido y sales biliares y actividad antimicrobiana in vitro e in vivo vs bacterias patogénicas.
Actividad prebiótica de inulina presente en
aguamiel al incrementar el crecimiento de LAB (Mancilla-Margalli and López, 2006; Ramírez-Higuera, 2009).
Aislamiento de bacterias lácticas del pulque productoras de EPS
Leuconostoc kimchii
Torres-Rodríguez et al. Screening and characterization of extracellular polysaccharides produced by Leuconostoc kimchii isolated from traditional fermented pulque beverage. Aceptado para publicación en SpringerPlus
Dextrana Cadena lineal conformada por D-Glcp en α-(16) con ramificaciones en α-(12) y α-(13).
Fracción soluble y asociada a células de EPSA
Dextrana Dextrana tipo I con enlaces α-(16) D-Glcp y con pocas ramificaciones en α-(13)
Fracción soluble de células de EPSB
Mezcla de levana y dextrana Mezcla de polímeros compuesta por una fructana conformada por cadenas lineales de
residuos β-D-fructofuranosil con enlaces (26) con conexiones β-(26) (79 %), y una
dextrana Tipo I (21 %).
Fracción asociada a células de EPSB
Dextrana Dextrana lineal conformada por D-Glcp en α-(16) con ramificaciones en α-(13).
Producida por una la fracción asociada a células de L. mesenteroides cepa IBT-PQ,
Chellapandian et al., 1986.
EPSA EPSB
5 000X
10 000X
25 000X
50 000X
LAB del pulque: Simbióticos integrados (LAB productora de EPS)
•Prebióticos que adicionalmente protejan al probiótico durante la manufactura, almacenamiento, formulación y tránsito intestinal (acarreador/encapsulación)
Sin embargo…
Considerando que el pulque es una bebida alcohólica, su consumo prebiótico y como posible fuente de bacterias con potencial probiótico conlleva los mismos problemas asociados a un consumo excesivo de una bebida alcohólica. Beneficios a la salud asociados a su consumo ampliamente arraigados (farmacopea tradicional)
Conclusiones
Aislamiento de LAB con potencial actividad probiótica (Leuconostoc mesenteroides P45).
Posible capacidad de producción de EPS: impacto positivo en capacidades probióticas, “auto-encapsulación” y simbiótico.
Estamos convencidos que si bien el pulque/aguamiel no pueden ser considerados como un producto simbiótico, SÍ lo son diversas especies de bacterias lácticas: L. mesenteroides P45 y Lactobacillus spp. (próximamente…)
http://www.smbb.com.mx/
¡¡¡Gracias por su atención!!!
Dr. Adelfo Escalante [email protected] M en B Martha Giles Gómez [email protected]
Probióticos
Balance de la microbiota intestinal
Efectos sobre diversos procesos
metabólicos
Resistencia a la colonización de
patógenos
Mejora de la inmunidad
innata
Disminución de colesterol
en suero
Mejora de la intolerancia a
lactosa
Reducción de cáncer de
colon
Supresión de patógenos exógenos
Supresión de patógenos endógenos
Disminuye los síntomas de alergias
a alimentos en infantes
Control de enfermedades inflamatorias intestinales
Control de síndrome de
intestino irritable
Efectos benéficos asociados al consumo de probióticos
(Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
Prebióticos
Reducción de infecciones intestinales por patógenos
exógenos
Proliferación de bacterias probióticas
Reducción de infecciones de oportunistas comensales
Reducción de organismos putrefactivos y patogénicos
Tratamiento de encefalopatía hepática
Reducción de amonio intestinal
Reducción de proteínas y metabolismo de aminoácidos
Baja concentración de metabolitos tóxicos (aminas, indoles,
escatoles, etc)
Baja concentración de enzimas y metabolitos
tóxicos Producción de AGCC
Disminución de pH intestinal
Reducción formación de ácidos biliares secundarios
Reducción de riesgo de cáncer de colon
Incremento en la solubilidad de minerales
Mejora en la absorción de minerales
Reducción de lípidos y colesterol en suero
Sustrato para colonocitos Diferenciación celular
Regulación de la lipogénesis hepática
Disminución en el reciclaje de ácidos biliares
Síntesis de proteínas bacterianas
Resistencia a la colonización
Competencia
Inhibición
Fermentación
Fuentes de C y E selectivas
Butirato
Mecanismos propuestos de la acción de prebióticos
para mejorar la salud humana
Sin embargo…
Evidencia limitada sugiere que el consumo elevado de pulque durante la lactación (mes 1 al 57) esta asociada con una alteración del crecimiento postnatal, patrones de sueño y psicomotores alterados Correlación entre niños con una mayor talla y peso nacidos de madres que consumen bajas cantidades o no consumen pulque (50 a 500 mL) durante la lactación temprana y durante el embarazo. El consumo elevado de pulque durante la lactación esta asociado a individuos con pesos bajos. (http://www.nel.gov/evidence.cfm?evidence_summary_id=250334)