Skrobia modyfikowana fizycznie jako potencjalny prebiotyk

• Autorzy: Le Thanh J , Burchardt A , Manclewicz J , Sip A , Lewandowicz G

Warianty tytułu

EN

Physically modified starch as a potential prebiotic

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Żywność funkcjonalna czyli produkty spożywcze wykazujące pozytywny (ponad efekt odżywczy) wpływ na organizm człowieka budzą coraz większe zainteresowanie, zarówno konsumentów, jak i technologów żywności. Szczególną rolę odgrywają wchodzące często w jej skład substancje o charakterze prebiotycznym, tj. niestrawne węglowodany, które selektywnie stymulują wzrost i/lub aktywność jednego lub kilku szczepów bakterii probiotycznych (Bifidobacterium, Lactobacillus) obecnych w jelicie grubym. Przykładem produktów będących źródłem substancji prebiotycznych są produkty skrobiowe zawierające tzw. skrobię oporną. Wcześniejsze prace wykonane w Katedrze Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu wykazały, że skrobia modyfikowana fizycznie na drodze wysokociśnieniowej homogenizacji kleiku wykazuje strawność in vitro rzędu 50%. Celem pracy była ocena prebiotycznych właściwości skrobi modyfikowanej fizycznie otrzymanej na drodze wysokociśnieniowej homogenizacji kleików skrobiowych poprzez określenie zdolności mikroorganizmów z rodzaju Lactobacillus do wykorzystywania jej jako źródła węgla. Cztery probiotyczne szczepy bakterii z rodzaju Lactobacillus (L. acidophilus, L. casei, L. plantarum, L. ramnosus) hodowano w podłożach MRS zawierających jako źródło węgla zamiennie: glukozę, maltodekstrynę niskoscukrzoną, skrobię ziemniaczaną natywną, oraz skrobię modyfikowaną fizycznie na drodze homogenizacji wysokociśnieniowej. Zakres badań obejmował określanie intensywności wzrostu badanych mikroorganizmów oraz poziomu produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych metodą HPLC. Oznaczono ponadto rozkład mas cząsteczkowych wszystkich badanych preparatów skrobiowych. Stwierdzono, że wysokociśnieniowa homogenizacja kleiku powoduje częściową degradację makrocząsteczek skrobi oraz zmianę konformacyjną frakcji amylopektyny poprawiającą termodynamiczną zgodność polimer-rozpuszczalnik w układzie polimer-woda. Wprowadzenie skrobi modyfikowanej fizycznie do podłoża MRS zamiast glukozy powodowało zmianę przebiegu hodowli wszystkich badanych szczepów Lactobacillus. Użycie jako źródła węgla maltodekstryny zamiast glukozy nie wpłynęło zarówno na maksymalną szybkość wzrostu jak i na liczebność komórek Lactobacillus. Hodowlana w podłożu ze skrobią ziemniaczaną natywną charakteryzowała się niższą intensywnością wzrostu badanych bakterii oraz najdłuższym czasem trwania fazy wzrostu wykładniczego w odniesieniu do pozostałych źródeł węgla. W przypadku zastosowania podłoża ze skrobią modyfikowaną fizycznie jako źródłem węgla, maksymalna liczebność komórek Lactobacillus była niższa od uzyskiwanej w podłożach z formą natywną skrobi, natomiast szybkość wzrostu komórek była porównywalna dla obu substratów. Zastosowanie wysokocząsteczkowych źródeł węgla, takich jak naturalna skrobia ziemniaczana oraz skrobia modyfikowana na drodze wysokociśnieniowej homogenizacji powodowało intensywniejszą produkcję kwasu octowego niż mlekowego. Skrobia modyfikowana fizycznie na drodze wysokociśnieniowej homogenizacji wywołuje podobne zmiany metabolizmu bakterii probiotycznych jak znane substancje o charakterze prebiotycznym, tj. trans-galaktooligosacharydy, frukto-oligosacharydy oraz preparaty skrobi opornej.

EN

The identification and development of food ingredients that beneficially affect human organism have attracted much interest recently. Prebiotics i.e. nondigestible carbohydrates that selectively stimulate the growth and/or activity of one, or a limited number of probiotic bacteria (e.g. Bifidobacterium, Lactobacillus) present in the colon seem to be especially important. Several starch products, particularly the so called resistant starch, are recommended earlier as the health beneficial food ingredients. The earlier researches performed in the Department of Biotechnology and Food Microbiology of Poznań University of Life Sciences demonstrated that the process of high-pressure homogenization of starch pastes led to obtain a product characterised by the in vitro digestibility of about 50%. The aim of the work was to evaluate the prebiotic potential of this type of physically modified starch. In order to estimate the prebiotic potential of physically modified starch, the growth of four probiotic species of Lactobacillus (L. acidophilus, L. casei, L. plantarum, & L. ramnosus) was investigated. Maltodextrin (DE = 4.9), native potato starch, as well as the homogenised starch were applied as the alternative (instead of glucose) carbon source in the MRS fermentation broth. Moreover, the short chain fatty acids (SCFA) production was determined. Molecular mass distribution of all starch preparations was also analysed. It was found that a high pressure homogenisation of starch pastes resulted in partial degradation of macromolecules of this polysaccharide, as well as in conformational change which improved the thermodynamic compatibility in polymer-water system. The application of physically modified starch as a carbon source in the modified MRS broth affected the growth of all Lactobacilli strains not only in comparison to glucose, but also to maltodextrin and native starch. The application of maltodextrin as a carbon source resulted neither in the decrease of the maximal growth rate, nor the maximum cell vialibility. In the case of the Lactobacilus culture on the MRS broth containing native potato starch, the lowering of maximum cell population, the longest duration of exponential growth phase in comparison to other carbon source as well as the decrease of maximal growth rate were observed. If modified starch is used as an alternative carbon source, the decrease of maximum cell population in comparison to native starch is observed, but the maximal growth rate was the same. The application of high molecular weight carbon sources i.e. native potato starch and starch modified physically by a high pressure homogenisation causes more effective production of acetic rather than lactic acid. Physically modified starch applied as a carbon source in the MRS broth caused similar changes in the metabolism of Lactobacillus probiotic strains as popular prebiotic substances i.e. trans-galactooligosaccharides, fructo- oligosaccharides and resistant starch preparations.

Słowa kluczowe

PL

skrobia ziemniaczana; skrobia modyfikowana; modyfikacja fizyczna; kleik skrobiowy; homogenizacja wysokocisnieniowa; prebiotyki; bakterie; Lactobacillus; kwasy tluszczowe krotkolancuchowe; zywnosc funkcjonalna

EN

potato starch; modified starch; physical modification; starch pap; high-pressure homogenization; prebiotic; bacteria; Lactobacillus; short-chain fatty acid; functional food

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2008
• Tom: 530
• Opis fizyczny: s.405-418,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Le Thanh J

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Zywności, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul.Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan

autor

Burchardt A

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Zywności, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul.Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan

autor

Manclewicz J

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Zywności, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul.Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan

autor

Sip A

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Zywności, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul.Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan

autor

Lewandowicz G

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Zywności, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul.Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan

Bibliografia

• ASP, N-G. 1996. Dietary carbohydrates: classification by chemistry and physiology. Food Chem. 57(1): 9-14.
• Brouns F., Kettlitz B., Arrigoni E. 2002. Resistant starch and the butyrate revolution”. Trends in Food Sci. and Techn. 13(8): 251-261.
• Fooks L.J., Fuller R., Gibson G.R. 1999. Prebiotics, probiotics and human gut microbiology. Intern. Dairy J. 9: 53-61.
• Gibson G.R 2004. Prebiotics. Best Practice & Research Clinical Gastroenterology 18(2): 287-298.
• Gidley M.J., Cooke D., Darke A.H., Hoffmann R.A., Russell A.L., Greenwell P. 1995. Molecular order and structure in enzyme-resistant retrograded starch. Carbohydrate Polymers 28(1): 23-31.
• Grajek W., Jankowski T., Lewandowicz G. 2004. Sposób otrzymywania produktu skrobiowego o podwyższonej odporności na enzymy amylolityczne. Zgłoszenie patentowe RP nr P. 368472 z dnia 8 czerwca 2004.
• Le Thanh J., Lewandowicz G. 2007. Dietetyczne produkty skrobiowe. Przem. Spoż. 61(8): 54-58; 88.
• Leszczyński W. 2004. Resistant starch - classification, structure, production. Polish J. of Food and Nutrition Sci. 13/54(1): 37-50.
• Lewandowicz G. Soral-Śmietana M. 2004. Starch modification by iterated syneresis. Carbohydrate Polymers 56(4): 403-413.
• Libudzisz Z. 2006. Mikroflora przewodu pokarmowego człowieka i jej wpływ na organizm, w: Mikroorganizmy w żywności i żywieniu. Wydawn. AR w Poznaniu: 31-41.
• Vulevic J., Rastall R.A., Gibson G.R. 2004. Developing a quantitative approach for determining the in vitro prebiotic potential of dietary oligosaccharides. FEMS Microbiology Letters 236: 153-159.
• Soral-śmietana M., Wronkowska M., Biedrzycka E., Bielecka M., Ocicka K. 2005. Native and physically-modified starches-utilization of resistant starch by Bifidobacteria (In Vitro). Polish J. of Food and Nutrition Sci. 14(55): 3.273-279.
• Wronkowska M., Soral-Śmietana M., Krupa U., Biedrzycka E. 2006. In vitro fermentation of new modified starch preparations - changes of microstructure and bacterial end-products. Enzyme and Microbial Techn. 40: 93-99.