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Probióticos y prebióticos
en leche y derivados
Dr. Dr. HumbertoHumberto HernHernáándezndez SSááncheznchez,,
DeptoDepto. . GraduadosGraduados e e InvestigaciInvestigacióónn en en
AlimentosAlimentos,,
EscuelaEscuela NacionalNacional de de CienciasCiencias BiolBiolóógicasgicas, ,
IPN, MIPN, Mééxico, DFxico, DF
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
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 eva-luación 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
Beneficios de los Probióticos
PROBIÓTICOS
Aspectos funcionales:
1. Viabilidad y persistencia
en el tracto GI
2. Inmunomodulación
3. Actividad antagonista
4. Actividad antimutagénica
PROBIÓTICOS
Aspectos de seguridad:
1. Origen humano (tracto GI sano) o de
alimentos
2. No patógeno
3. Características de resistencia a
antibióticos
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
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
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)
PROBIOTICOS
PROBIÓTICOS
Algunas cepas de especies
microbianas con propiedades
probióticas:
1. Lactobacillus
2. Bifidobacterium
3. Otras bacterias lácticas
4. Otros organismos “no
lácticos”
PROBIÓTICOS
Especies de Lactobacillus
1. acidophilus
2. casei
3. crispatus
4. gallinaruma
5. gasseri
6. johnsonii
7. paracasei
8. plantarum
9. reuteri
10. rhamnosus
11. delbrueckii subsp.
bulgaricus (algunas
cepas)
PROBIÓTICOS
Especies de
Bifidobacterium
1. adolescentis
2. animalis subsp. animalis
3. bifidum
4. breve
5. infantis
6. animalis subsp. lactis
7. longum
PROBIÓTICOS
Otras bacterias lácticas:
1. Enterococcus faecium
2. Enterococcus faecalisa
3. Sporolactobacillus inulinus
4. Lactococcus lactis subsp. lactis (algunas cepas)
PROBIÓTICOS
Organismos “no
lácticos”
1. Bacillus toyoi (cereus)
2. Bacillus clausii
3. Propionibacterium
freudenreichiia
4. Saccharomyces
boulardii (cerevisiae)
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
Crecimiento y metabolismos de
microorganismos probióticos en leche
Probiótico
Log
(ufc/ml) Diacetilo
(mg/L)
Ácido
Láctico
(%)
Ácido
acético
(%)
pH
Lb.
acidophilus 8.75 0.2 1.6 0.06 3.8
Lb.
rhamnosus 9.00 0.6 0.8 0.0 4.0
Lb. reuteri 8.6 0.8 1.3 0.1 4.0
B. animalis
BB12 8.75 0.0 0.6 0.7 4.0
Productos lácteos fermentados
en el mercado nacional
Lactobacillus casei Shirota
Productos lácteos fermentados
en el mercado nacional
Lactobacillus casei
Productos lácteos fermentados
en el mercado nacional
Productos lácteos fermentados
en el mercado nacional
Lactobacillus johnsonii LA1
Productos lácteos fermentados
en el mercado nacional
Lactobacillus paracasei Bifidobacterium lactis
CNCM I-2494
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
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
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 109 a 0 en una semana
(Modler, 1994)
Características únicas de los quesos que
son benéficas para las bifidobacterias
pH adecuado (generalmente 4.8 – 5.6)
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
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
Queso Cottage*
Crema fermentada con B. infantis valores de pH de 4.5, 5 y 5.5
La cuenta bajó de 107 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
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)
Queso Cheddar
La composición no se afectó por la adición de los probióticos:
Componente Control Bífidos
comerciales
Bífidos
inmovilizados
Humedad 37.4 37.9 38.0
Proteína 23.4 23.1 23.0
Grasa 33.2 33.1 32.5
Cenizas 3.1 3.1 3.3
Sal 1.32 1.04 1.28
Queso Cheddar Las cuentas aumentaron ligeramente durante el tiempo de
maduración manteniéndose a niveles adecuados
Tiempo (semanas)
a 7ºC Bífidos comerciales
Bífidos
inmovilizados
1 3.3 X 106 2.6 X 105
6 4.2 X 106 1.2 X 105
12 2.2 X 106 1.0 X 106
18 1.7 X 107 6.6 X 106
24 1.4 X 107 2.6 X 107
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
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)
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)
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 107 ufc/g
Proteólisis similar
Ong et al. (2005)
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)
Prebióticos. Definición
Son ingredientes no digeribles para
alimentos que afectan benéficamente
al consumidor por medio de una
estimulación selectiva del crecimien-
to y/o actividad de algunos microor-
ganismos probióticos (Gibson &
Roberfroid, 1995). “Generalmente”
son oligosacáridos no digeribles.
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
Calificación de un Prebiótico
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).
FOSHU (Japón)
Las normas japonesas no incluyen en su terminología a los “alimentos funciona-les” 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
Lactulosa
La lactulosa (4-O-b-D-galactopira-
nosil-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
Composición de GOS comerciales
Fructooligosacáridos (1) Miles de plantas
contienen fructooligo-
sacáridos, 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
Fructooligosacáridos (2) La inulina está formada por cadenas linea-
les de fructosa conectada por enlaces b
21. Casi todas las cadenas tienen lon-
gitudes de 60 y terminan en una glucosa
Fructooligosacáridos (3)
El término se ha usado para los 1-b-poli-
fructofuranosil-sacarosa, excluyendo
polifructanas y oligofructósidos
Fructooligosacáridos (4)
Fuente Inulina (%) FOS (%)
Cebolla 2 - 6 2 - 6
Alcachofa de Jerusalén 16 - 20 10 - 15
Achicoria 15 - 20 5 - 10
Poro 3 - 10 2 - 5
Agave tequilero (7 años) 22 – 30 3 - 8
Aguamiel 7 – 17 0.8-1.4
Ajo 9 - 16 3 - 6
Alcachofa 3 - 10 < 1
Diente de león 12 - 15 n. d.
Salsifí 4 - 11 4 - 11
Trigo 1 - 4 1 - 4
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
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
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
Lactosacarosa
