Преглед на статията

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Лицензиране
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

РЕЗЮМЕ

Въведение

Във фармацевтичната индустрия щамовете LAB също имат ключово приложение в хранителните формулировки чрез няколко техники като микрокапсулиране и нанокапсулиране. Доказано е, че техниката на микрокапсулиране увеличава процента на оцеляване на чувствителните микроорганизми срещу редица неблагоприятни външни условия в гостоприемника [9]. Използването на полимерни микрокапсули като системи за доставка е докладвано и прегледано в по-нова литература, за да има желани фармацевтични приложения [10]. Колко гъвкави или твърди са те, играе важна роля в тяхната връзка структура-функция, както и в обхвата им на приложение в хранителната и биомедицинската индустрия [11, 12].

приложения

През последните години все повече научни интереси са насочени към използването на пробиотици при лечението на различни заболявания и заболявания с оглед на констатациите на различни in vivo и инвитро проучвания, които предполагат силна корелация между тези полезни микроби и човешките имуномодулаторни реакции. Необходимо е да се преразгледат някои области, в които пробиотичните LAB изследвания се прилагат интензивно през последните години, както и да се дадат значими прогнози с оглед на бъдещите приложения. Следователно целта на този преглед е да даде общ преглед на основните области на последните приложения на LAB като пробиотици за подобряване на човешкото здраве, някои от предизвикателствата, пред които все още е изправена тази изследователска технология, и да предостави някои перспективи относно ключовите роли, които те могат да играят в най-близкото бъдеще.

Пробиотична лаборатория и лечение на затлъстяването

Затлъстяването е сериозен проблем в индустриализираните и развиващите се страни по света. През 2008 г. над 1,4 милиарда възрастни на възраст над 20 години са с наднормено тегло. Двеста милиона от тях са мъже и приблизително 300 милиона са жени, а останалите са деца. Съобщава се, че детското затлъстяване и наднорменото тегло като цяло са се увеличили с 80% от 2000 до 2010 г. с над 40 милиона деца на възраст под 5 години с наднормено тегло. Световното ниво се е увеличило почти двойно от 1980 г. насам и това предизвиква безпокойство [13]. Тъй като разпространението на затлъстяването се е увеличило, нараства и разпространението на свързаните със затлъстяването заболявания. Те включват диабет тип 2, сърдечно-съдови заболявания, няколко вида рак (ендометриален, постменопаузален, рак на гърдата, бъбреците и дебелото черво), мускулно-скелетни нарушения, сънна апнея и заболявания на жлъчния мехур [14, 15]. По този начин затлъстяването има не само опустошително въздействие върху здравето, но и вредно въздействие върху икономиката на нацията. Затлъстяването може да бъде причинено от редица фактори, включително намаляване на енергийните разходи [16, 17] и увеличаване на енергийния прием [18]. Доказано е, че чревните фактори на околната среда са свързани със затлъстяването при мишки и хора [19, 20].

Предишни проучвания предоставиха някои доказателства за потенциала на LAB срещу затлъстяване.

Публикувано онлайн:

Таблица 1. Някои проучвания върху ефектите на млечнокиселите бактерии срещу затлъстяването.

Пробиотична лаборатория и лечение на диабет тип 2

Увеличението на нивата на затлъстяване в света се очаква да увеличи значително честотата на диабет тип 2 [43]. Диабет тип 2 (T2D) е група от метаболитни нарушения, която се характеризира с нискостепенно възпаление, инсулинова резистентност и ß-клетъчна недостатъчност, която става все по-разпространена в световен мащаб [44]. Прогнозният дял на диабета сред възрастните е 8,3% през 2010 г., сред които T2D представлява поне 90% [45, 46]. Очаква се този дял да се увеличи до 9,9% до 2030 г. [46].

Съобщени са няколко проучвания, изследващи антидиабетните ефекти на LAB през предходни години. Хранене на Лактобацилус GG щамове при плъхове показват значително забавяне на повишената непоносимост към глюкоза и хипергликемичните нива [47]. Предишно проучване показа, че пробиотикът дахи съдържа Lactobacillus acidophilus и Lactobacillus casei значително забави прогресията на диабета при диети с високо съдържание на мазнини, като показа биохимични промени [48]. Също така, Yun et al. [49] изследва ефекта на Lactobacillus gasseri BNR17 за нивата на кръвната глюкоза и телесното тегло при 6-седмични, мъжки мишки C57BL/KS/J db/db от диабет тип 2. Авторите съобщават, че прилагането на дози BNR17 от 1010 cfu понижава стойностите на HbA1c в сравнение с контролната група (съответно 4.34 ± 0.21% и 4.70 ± o.52% HbA1c), но това не е статистически значимо. HbA1c е важен фактор, използван за проследяване на дългосрочния баланс на кръвната захар, тъй като отразява броя на молекулите на глюкозата, прикрепени към хемоглобина в червените кръвни клетки. Въпреки че ефектите бавно намаляват на 12 седмици, те показват това L. gasseri BNR17 може да има положителен ефект върху лечението на диабет тип 2.

В проучване на Honda et al. [50], беше съобщено, че жизнеспособна L. rhamnosus GG клетките значително инхибират нивата на кръвната глюкоза след хранене при KK-Ay мишки, когато се прилагат със захароза или нишесте. Авторите също така съобщават, че жизнеспособните GG клетки са в състояние да намалят нивата на глюкозата инвитро и че евентуално подобряват инсулиновия дисбаланс. Този резултат е подобен на констатациите в по-ранно проучване [51]. По този начин беше предложено това L. rhamnosus GG клетките намаляват кръвната глюкоза след хранене чрез потискане на абсорбцията на глюкоза чрез намаляване на наличната глюкоза за смилане на захароза и нишесте при ICR мишки. Един от основните изводи от това проучване е, че антидиабетната активност на млечнокиселите бактерии върху KK-Ay мишки се различава в зависимост от бактериалния щам и дали бактериите са жизнеспособни, когато пристигнат в червата. По този начин се препоръчват допълнителни проучвания за определяне на основните механизми и за идентифициране на други такива щамове млечнокисели бактерии.

Публикувано онлайн:

Таблица 2. Някои изследвания за антидиабетни ефекти на млечнокиселите бактерии.

Пробиотична лаборатория и закваски с кисело мляко

Въпреки че е добре установено, че комбинация от Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbruekii subsp. bulgaricus имат синергична роля с традиционните закваски с кисело мляко, някои проучвания показват, че тази комбинация може също да антагонистично въздействие върху патогенни микроорганизми [71, 72]. Aslim и сътр. [72] разследва антагонистичните ефекти на L. bulgaricus и S. thermophilus (производство на бактериоциноподобни вещества) срещу H. pylori в един инвитро проучване. Резултатите от проучването показват, че супернатантните течности от тези щамове имат значителна антибактериална активност срещу H. pylori. Когато обаче рН беше коригирано на 7,0, само 10 щама от L. bulgaricus и S. thermophilus показа инхибиторна активност срещу H. pylori. Предишни проучвания показват, че инхибиторните дейности на LAB са свързани с производството на киселина (предимно се произвежда млечна киселина) и постигнатото ниско рН [73].

По-ранен доклад показа, че тъй като е доказано, че консумацията на кисело мляко носи ползи за здравето, свързани с наличието на живи непатогенни бактерии, културите в тях могат да се считат за „пробиотични“ [79]. Това засили научните интереси за по-нататъшно изследване на пробиотичните ефекти на киселото мляко и възможните модификации към подобряване. Mater и сътр. [80] показа това Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii подс. bulgaricus оцелял стомашно-чревен транзит на 13 здрави доброволци, консумиращи кисело мляко. Авторите съобщават, че от 39 анализирани фекални проби 32 и 37 фекални проби съдържат средни стойности от 6,3 × 104 CFU/g и 7,2 × 104 CFU/g жизнеспособни S. thermophilus и L. delbrueckii подс. bulgaricus съответно. В изчерпателен преглед Iyer et al. [81] съобщава, че други възможни пробиотични атрибути на S. thermophilus включително стимулиране на имунната система на червата, облекчаване на риска от някои видове рак, язви и възпаления, подобряване на храносмилането на лактозата и намаляване на разпространението на вагинални и чревни инфекции. Някои от последните проучвания, използващи нови закваски с кисело мляко, са обобщени в таблица 3.

Публикувано онлайн:

Таблица 3. Някои съобщават за пробиотични ефекти на културите кисело мляко през последните години.

Пробиотична лаборатория в сладолед

Сладоледът се определя като замразена млечна храна, направена чрез замразяване на пастьоризирана смес с разбъркване, за да се включи въздух и да се осигури еднаквост на консистенцията. Сместа обикновено се състои от млечни продукти, захар, декстроза, царевичен сироп (CS), вода, яйца или яйчни продукти, невредни ароматизанти, стабилизатор и емулгатор. Неговият хранителен състав и енергийната стойност обикновено са функция на хранителната стойност на продуктите, от които е направен [101]. Независимо от комбинацията, сладоледите обикновено са отлични източници на хранителна енергия и идеален субстрат за разпространението на пробиотици [102, 103].

Съобщава се, че използването на сладолед при пренасяне на пробиотични организми в човешкото тяло има повече предимства от другите ферментирали млечни продукти, тъй като неговото рН е близо до неутрално, което е благоприятно за оцеляването и метаболитната активност на пробиотичните бактерии [104]. Процесите на замразяване и размразяване обаче имат вредни ефекти върху пробиотиците, вариращи от прекъсване на метаболитните дейности и смърт на клетките [105]. Съобщени са проучвания, насочени към ограничаване на тези неблагоприятни ефекти. Leandro et al. [106] изучава оцеляването на Lactobacillus delbrueckii подс. bulgaricus UFV H2b20 в три формулировки за сладолед (с ниско съдържание на мазнини, без мазнини и с високо съдържание на мазнини), съхранявани при -16 ° C в продължение на 40 дни. Те съобщават, че въпреки че преживяемостта на този LAB не е била значително засегната (P> 0,05) в трите формулировки, Lactobacillus delbrueckii подс. bulgaricus UFV H2b20 оцеляването не се понижава от жлъчните киселини и соли. В допълнение, намаляването на съдържанието на мазнини във формулировките не повлиява броя на жизнеспособността, като по този начин се предполага, че пробиотичните LABs могат да бъдат включени в производството на сладолед и параметрите на преработка могат да бъдат манипулирани за различни категории потребители.

В скорошно проучване, използващо ферментирал и неферментирал пробиотичен сладолед, съдържащ Bifidobacterium bifidum (Bb-12), Aboulfazli et al. [107] съобщават, че ферментацията е увеличила привидния вискозитет, хистерезис, размер на частиците и вода, която може да се замразява, всички от които са жизненоважни параметри при производството на желани замразени десерти. Авторите обаче съобщават също, че ферментацията намалява скоростта на топене и пълната приемливост на сладоледите. В друго проучване, включващо заместване на краве мляко със соя или кокосово мляко в проби от сладолед, ферментирали с Lactobacillus acidophilus (La-5) и Bifidobacterium bifidum (Bb-12), Fatmeh et al. [108] освен това съобщава, че когато кравето мляко е заменено със соево или кокосово мляко, пробиотичният растеж (стр. 109 - 114].

Използването на синбиотици (пробиотици и пребиотици) при обработката на сладолед може също да отвори нови граници в неговата синергична употреба. Използване на комбинация от пробиотик лактобацилус ацидофилус La-5 и фруктоолигозахарид (FOS) в комбинация кисело мляко-сладолед, Ahmadi et al. [115] в скорошно проучване показа, че капсулираните с алгинат микрозърна предпазват клетките на пробиотичните бактерии от нараняване по време на процеса на замразяване и при замразено съхранение. Включването на FOS, от друга страна (8%) значително увеличава превишаването на приготвените процедури и намалява тяхната твърдост. Микрокапсулирането е подчертано тук като полезна технология за подобряване на приложимостта на „пробиотичния“ сладолед. Фенолното съдържание и антиоксидантните свойства на сладоледа също са показали значително подобрение (P 116].

Някои текущи предизвикателства в лабораторното приложение като пробиотици

И накрая, все още липсват подробни проучвания на физиологията на LAB по отношение на взаимодействието им с други микроби и тъй като те взаимодействат с храни. Те включват поредица от математически модели и технологии, изследващи биоинформатиката на LAB, които могат да се използват за разумно предсказване на реакциите на LAB в определени хранителни системи, както и за изследване на по-нататъшни приложения. За щастие, изследванията на omics и други аналитични технологии постепенно правят картината по-малко мъглява, но все още има какво да се направи [126]. Landete [127] наскоро изказа мнението, че докато генното инженерство на LAB може да има няколко положителни ефекти върху хранителната и фармацевтичната индустрия, то може да бъде ограничено от правни въпроси, свързани с използването на технологията, която все още е спорна в някои тримесечия. Това отчасти допринесе за по-малко проучвания, изследващи използването на GRAS рекомбинантни LAB щамове, които намаляват появата на затлъстяване и T2D биомаркери. Надяваме се, че когато се обърне внимание на някои от тези препятствия, в хоризонта трябва да има повече биотехнологични и свързани приложения.

Някои акценти върху пробиотичната лаборатория и бъдещите перспективи

Не може да има усещане за глобална сигурност, без първо да се гарантира продоволствена сигурност. Това включва, наред с други фактори, осигуряването на безопасна и питателна храна за пълното население на света. Предвид огромните възможности, които съществуват при използването на LAB като пробиотици, бъдещето наистина е обещаващо. Например една област, която в момента се използва, е изследването на пробиотичните склонности чрез пълна технология за секвениране на генома. Това, наред с други въздействия, ще увеличи функционалността на пробиотичните LAB и данните за тях могат да бъдат използвани като добра основа за допълнителна манипулация на LAB гени [8]. В момента се провеждат допълнителни изследвания за използването им като функционални хранителни съставки и се очаква да се увеличат в най-близко бъдеще. Вече има нарастващи изследвания на смекчаващите ефекти на пробиотичните LAB върху клетките на рака на гърдата и други подобни, като по този начин допълнително се преодолява разликата между хранителния, здравния и медицинския сектор в света [128]. Трябва обаче да се подчертае, че подобряването на безопасността на храните не е пробиотична характеристика на млечнокиселите бактерии (LAB).

Заключение

Прилагането на пробиотик LAB и изследванията получават голямо внимание в продължение на много години, което води до разработването на различни хранителни продукти, които имат различни ползи за здравето. Този преглед подчерта някои области, където тези полезни бактериални щамове са приложени, като по този начин увеличава перспективите за тяхното използване сега и в най-близко бъдеще. Анти-затлъстяването и антидиабетните ефекти на LAB са предложени в някои от прегледаните проучвания. Използването им като функционални закваски в млечни продукти като кисело мляко и сладолед показват обещаващи резултати в най-близко бъдеще. Някои по-съгласувани in vivo Проучванията могат значително да намалят настоящите етични, културни и религиозни тесни места при изследванията на пробиотични млечнокисели бактерии. Ключовите държавни и изследователски институти допълнително изследват механизмите зад атенюиращите ефекти на пробиотичните LAB, за да увеличат тяхната приложимост. Техниките за доставка като микрокапсулиране се нуждаят от допълнително фино регулиране, за да се оптимизира оцеляването на голям брой жизнеспособни пробиотични LAB клетки. Биоинформатиката на пробиотичните LAB щамове също се нуждае от допълнителни проучвания.

Таблица 1. Някои проучвания върху ефектите на млечнокиселите бактерии срещу затлъстяването.

Таблица 2. Някои изследвания за антидиабетни ефекти на млечнокиселите бактерии.

Таблица 3. Някои съобщават за пробиотични ефекти на културите кисело мляко през последните години.

Благодарности

Този преглед е част от дисертацията на D. E. Evivie в Ключовата лаборатория по млечни науки (KLDS), Колеж по хранителни науки, Североизточен земеделски университет (NEAU), Китай. Авторите биха искали да благодарят на китайското министерство на образованието (грант №: 2011AA100902) за финансирането на тази публикация. Правителството на Delta на Нигерия също е оценено за финансовата подкрепа на S. E. Evivie. Авторите също така искат да оценят всички рецензенти за техните безценни приноси в подобряването на този ръкопис.

Декларация за оповестяване

Авторите не съобщават за потенциален конфликт на интереси.

Конфликт на интереси

С настоящото авторите декларират, че няма конфликт на интереси.