Латкулоза: новые перспективы молочной промышленности
Академик, д-р техн. наук В.Д. Харитонов, ГУ ВНИМИ,
Академик, д-р техн. наук А.Г. Храмцов, Сев.-Кав ГТУ,
Академик, д-р техн. наук Н.Н. Липатов, ВНИИ ДП,
Канд. техн. наук Г.Ю. Сажинов, Минсельхозпрод,
канд. техн. наук В.В. Ким, ЗАО «Фелицата».
канд. техн. наук С.А. Рябцева Сев.-Кав ГТУ
Совершенно очевидно, что стратегический путь развития молочной промышленности связан с производством так называемых «функциональных продуктов», то есть продуктов, которые кроме своей пищевой (энергетической, физиологической и проч.) ценности, оказывают еще и положительное влияние на здоровье человека (иммуностимуляция, гепатопротекция, антиканцерогенное действия и проч.)
В этом нет сомнения и на этом, так или иначе, сходятся все исследователи анализирующие перспективы развития молочной промышленности. Разночтения, как впрочем, это и всегда бывает, возникают, когда от вопросов стратегии, от общих подходов мы переходим к частностям, к вопросам тактического порядка, а именно к вопросу о том, что в составе молочных продуктов может играть роль агента (носителя) положительного влияния на здоровье человека.
В мировой практике молочной промышленности объективно сформировались два подхода, своего рода два ответа на этот сугубо теоретический вопрос. Но прежде, чем перейти к их анализу, необходимо сделать одно предварительное замечание, которое бы прояснило, что собственно является объектом воздействия молочных функциональных продуктов питания, что может быть названо их специфической «мишенью».
Вторая печень
Общепризнанна та роль, которую играют в поддержании здоровья человека бифидобактерии. Этому вопросу посвящена обширная литература (см. например [15]) и мы, поэтому, лишь вкратце перечислим здесь те положительные воздействия, которые оказывают бифидобактерии (пробиотики) на организм «хозяина».
Итак, жизнедеятельность бифидобактерий:
1. подавляет активность гнилостных и патогенных бактерий,
2. тормозит рост раковых клеток кишечника,
3. стимулирует продуцирование витаминов,
4. активизирует иммунные процессы,
5. обеспечивает защиту от кишечной инфекции,
6. способствует усвоению минералов
7. активизирует кишечные функции.
Здесь нам важно отметить, что все эти положительные воздействия на организм являются результатом метаболической деятельности бифидофлоры толстого кишечника, точнее действием конечных продуктов метаболизма - конститутивных и индуцирующих ферментов: гликозидазы, уреазы, декарбоксилазы, азоредуктазы, нитроредуктазы и деаминозы. Фактически, кишечная микрофлора имеет более высокую ферментативную активность, чем печень и поэтому она иногда рассматривается как своего рода анаэробный орган «хозяина», его «вторая печень». [15]
Эта «вторая печень» в норме формируется, начиная с третьего-четвертого дня жизни младенца, когда начинается заселение кишечника микробами, в течение всего первого года жизни, по завершении которого состав и удельной масса полезной микрофлоры кишечника практически идентичны составу и массе микрофлоры взрослого организма. Подчеркнем, что речь в данном случае идет именно о норме, то есть о формировании микрофлоры младенца питающегося материнским молоком. У искусственно вскармливаемых младенцев формирование микробного пула кишечника протекает несколько иначе и зачастую сопровождается разного рода недомоганиями, такими как дисбактериоз, аллергические реакции и проч. То есть, еще на этапе формирования бифидофлоры кишечника было отмечена ее зависимость от фактора питания «хозяина», от состава материнского молока.
С течением жизни, микробный пул кишечника меняется и, как правило, не в пользу бифидобактерий, количество которых под воздействием ряда негативных факторов (антибиотики, экология, стрессы и проч.) постоянно сокращается и можно даже сказать, что в отсутствии специальных корректирующих мероприятий, наша «вторая печень» со старением организма постепенно умирает. Но для наших целей здесь важно отметить иное, а именно, отсутствие фатальной зависимости состояния бифидофлоры от физического возраста организма. Более того, в многочисленных исследованиях сформулирована зависимость такой функциональной системы, какой является микробный пули кишечника, внешним воздействиям, как положительным, так и отрицательным.
Итак, исходя из вышесказанного мы можем сформулировать следующее: объектом специфического воздействия (мишенью) молочных функциональный продуктов может быть признана микрофлора толстой кишки в составе которой преобладают бифидобактерии.
Интервенция или поддержка
Теперь вернемся к вопросу о том, что же собственно в составе молочных функциональных продуктов может являться агентом, или носителем положительных воздействий на сформулированную выше мишень – микрофлору кишечника.
Первый ответ лежит на поверхности: если в составе микробного пула кишечника есть недостаток бифидобактерий, то этот недостаток должен быть восполнен с помощью молочных продуктов обогащенных бифидобактериями. То есть, в этом случае агентом воздействия на микрофлору кишечника, являются внешние, чужие по отношению к организму «хозяина» бифидобактерии, которые призваны своего рода методом интервенции, изменить состав микробного пула в пользу бифидофлоры. Это самый распространенный в молочной промышленности подход, который породил целую гамму молочных функциональных продуктов: биойогурты, биокефиры и прочие продукты конкурирующие между собой лишь по количеству «живых клеток».
Ни в коем случае, не принижая роль бифидобактерий в производстве функциональных продуктов питания, позволим себе, тем не менее, усомниться в физиологической эффективности метода интервенции внешней бифидофлоры в кишечный микробный пул «хозяина». Усомниться, поскольку есть как минимум три вопроса, на которые не отвечают ни многочисленные публикации в пользу этого подхода, ни, тем более, та агрессивная реклама «живых йогуртов», которая свалилась на голову несведущего потребителя.
Общеизвестно, что бифидобактерии, это анаэробные микроорганизмы, то есть бактерии, живущие в бескислородной среде. Кроме того, бифидобактерии весьма чувствительны к кислой среде и температурным воздействиям. И, наконец, бифидобактерии, занимают весьма определенную экологическую нишу в биоценозе кишечника «хозяина». Из перечисления этих свойств бифидобактерий перед практиками молочной промышленности встают три проблемы:
1. проблема способности клеток бифидобактерий, вносимых в молочные продукты, к выживанию в процессе производства этих продуктов и их хранения. Выживание в больших количествах при низких значениях рН кисломолочных продуктов необходимо для попадания жизнеспособных бифидобактерий в организм потребителей;
2. проблема выживаемости бифидобактерий по пути к толстому кишечнику, то есть в кислой среде человеческого желудка и при контакте с солями желчных кислот в верхнем отделе тонкого кишечника. Опять же выживание бифидобактерий необходимо в больших количествах для их положительного воздействия на весь бактериальный пул кишечника;
3. проблема приживаемости бифидобактерий-интервентов в большом кишечнике, где они должны выдержать конкуренцию с «родной» микрофлорой «хозяина» за питание и месторасположение (нишу) в колонии.
Нам известно всего два исследования так или иначе разбирающиеся с этими проблемами. Исследовалась [10,11], например, выживаемость некоторых видов бифидобактерий в йогурте с низким (4,2) рН. В йогурт вносили приблизительно 107 жизнеспособных клеток/г и определяли их выживаемость при 4-6о С. Было доказано, что B. B. adolescentis и B. longum выживали хорошо в то время, как клетки B. bifidum и B. breve были неустойчивы к низким значениям рН. Исследование выживаемости культур бифидобактерий в сливочном масле и сметане [13] привели к аналогичным результатам.
Далее исследовалась транзитная выживаемость бифидобактерий [6]. Понятно, что если клетки не могут пройти неповрежденными через желудок и тонкий кишечник, то не будет наблюдаться и желаемый пробиотический эффект бифидобактерий. Так вот, моделировалась кислая среда желудка со значениями рН 1,0; 2,0; 3,0, и наблюдалась устойчивость тех видов бифидобактерий, которые лучше всех выживали в йогурте (B. adolescentis, B. longum и B. infantis). Было установлено, что клетки B. adolescentis, B. longum и B. infantis достаточно хорошо выживали при рН 2,0-3,0, (но не при рН 1,0) более 1 часа, в то же время даже при рН 1,0 после 3 часов жизнеспособными оставались только 102-103 КОЕ/мл клеток B. longum.
Затем оценивалась [7] выживаемость этих же бифидобактерий в среде имитирующей среду тонкого кишечнике человека, то есть приблизительно 107-109 клеток/мл выдерживались в растворе бычьей желчи с концентрацией 2% в течение 12 часов, после чего определялось количество жизнеспособных клеток. И было установлено, что клетки B. adolescentis, B. bifidum, B. infantis не выживают при 2% концентрации желчи, что является нормой для человека, после 12 часов. А количество B. longum оставаясь неизменным при 2% концентрации желчи сокращается при 4% с 109 КОЕ/мл до 107 КОЕ/мл.
На базе вышеприведенных исследований авторы утверждают, что «в настоящее время имеется достаточно информации, позволяющей рекомендовать выбранные культуры B. longum как наиболее вероятный вариант для использования в качестве пищевой добавки в молочных продуктах». [10]
Отметим, что из всего многообразия бифидобактерий речь идет только об одном виде, как о способном к выживанию в процессе хранения функциональных продуктов и в среде желудочно-кишечного тракта человека. При этом исследователи отдают себе отчет в том, что речь идет о максимально щадящих условия, в то время как «при неблагоприятных условиях[1], имеющих место в кисломолочных продуктах и пищеварительной системе потребителей, даже количество наиболее устойчивых культур, вероятно понижается до уровня при котором их полезное влияние на здоровье человека находится под вопросом.» [10]
Итак, учитывая все выше сказанное, мы должны констатировать, что метод интервенции бифидобактерий в составе молочных продуктов питания в организм хозяина весьма ограничен, и что разработчики кисломолочных продуктов вынуждены подбирать не наиболее необходимые человеку культуры бифидобактерий, а их наиболее устойчивые культуры. Наапример, клетки B. breve обладающие выраженной антимикробной активностью в отношении стрептококков, устойчивых к антибиотикам являются наименее устойчивыми, наименее выживаемыми в процессе интервенции и, соответственно, обогащение ими молочных продуктов малоэффективно с точки зрения воздействия на «мишень» - микрофлору кишечника.
Что же в этом случае делать? К счастью есть иной подход, как к производству функциональных молочных продуктов, так и к способу воздействия на микрофлору кишечника. Это подход базируется на свойствах некоторых пищевых материалов, достигать в неизмененном виде толстого кишечника, где они служат питательной средой бифидофлоры. Вещества эти называются бифидогенными, а метод воздействия с их помощью на флору кишечника мы назовем методом поддержки.
В отличие от метода интервенции, когда чужие бифидобактерии внедряются в организм «хозяина», при методе поддержки делается ставка на собственные («родные») бифидобактерии хозяина, пусть даже и находящиеся в угнетенном состоянии.
Бифидус фактор
Те пищевые материалы, которые полностью или частично не подвержены процессу метаболизма в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, из-за отсутствия специфических ферментов и поэтому достигают толстой кишки, где используются бифидобактериями как источник углерода и энергии, определяются как бифидогенные факторы. Из всех бифидогенных пищевых материалов сегодня наиболее изучена и распространена лактулоза [1,2,3].
Обогащение молочных продуктов лактулозой представляется наиболее эффективным подходом в производстве функциональных молочных продуктов. Полагаясь, на опыт зарубежных производителей (прежде всего Morinaga Milk Industry Co) мы можем уже сегодня перечислить ряд полезных эффектов, которые оказывают функциональные молочные продукты обогащенные лактулозой [12,14].
- жизнедеятельность Bifidobacterium и подавление вредных бактерий.
При употреблении молочных продуктов с лактулозой наблюдается активизация жизнедеятельности бифидобактерий и подавление вредных бактерий. Было установлено, что при ежедневном употреблении с молоком в течение 2 недель 3 г лактулозы, отношение бифидобактерий к общему количеству бактерий увеличилось с 8,3% перед употреблением до 47,4% после. А количество лектиназо-положительных клостридий, включая Clostridium pеrfinges и Bacteroidaceae, значительно снизилось.
- подавление токсичных метаболитов и вредных ферментов.
При употреблении человеком лактулозы наблюдалось подавление токсичных метаболитов и вредных ферментов. Было установлено, что после употребления лактулозы значительно снизилось содержание в фекалиях токсичных метаболитов (аммиака, скатола, индола и др.) и вредных ферментов (b-глюкуронидаза, нитроредуктаза, азоредуктаза) или же просматривалась тенденция к уменьшению.
- способствуют абсорбции минералов и укреплению костей.
Было изучено влияние лактулозы на твердость костей. Полученные данные позволили предположить, что употребления лактулозы способствует абсорбции кальция, посредством чего повышается прочность костей.
- облегчение запора.
Употребление продуктов обогащенных лактулозой приводит к размягчению фекалиев. Лактулоза, под действием бифидобактерий кишечника, разлагаются до коротко-цепочных жирных кислот, которые снижают рН кишечника, стимулируют перистальтику, повышают влажность фекалиев и их осмотическое давление.
- ингибирование образования вторичных желчных кислот.
Трансформация первичных жирных кислот во вторичные зависит от рН кишечника. Наблюдалось подавление вторичных желчных кислот в кишечнике после употребления лактулозы.
- антиканцерогенный эффект
Ряд исследований показали наличие антиканцерогенного эффекта от употребления лактулозы. Данный эффект связан с активизацией иммунной системы клетками бифидобактерий, компонентами клеточных стенок и межклеточными компонентами. Оценивались иммунологические свойства и антибактериальные действия лактулозы на пациентах с циррозом печени. Было предположено, что активизировалась межклеточная иммунная система, которая была подавлена во время цирроза печени.
Кроме всего вышеперечисленного, лактулоза в составе лечебного питания предупреждает послеоперационные осложнения, связанные с закупоркой желчного пузыря, активизирует иммунную систему и предотвращает инфекционные заболевания, включая инфекции мочеиспускательной системы, респираторные заболевания, а также препятствует появлению рецидивов аденомы толстой кишки.
Внедрение лактулозы
Сегодня, бесспорно, только Япония может претендовать на лидирующие позиции в использовании лактулозы в молочной промышленности. Японское министерство здоровья и благосостояния еще в 1992 году рассмотрело и идентифицировало 12 классов ингредиентов пищевых продуктов, способствующих улучшению здоровья нации. Включение лактулозы в этот «золотой список», гарантирующее ко всему прочему правительственную поддержку, разумеется, активизировало производителей. И сегодня известная Morinaga Milk Industry Co. производит несколько молочных продуктов содержащих лактулозу и пользующихся популярностью не только в Японии, но и во Франции, Германии и др. странах.
При этом Morinaga Milk Industry Co. диверсифицирует свои продукты по возрастным категориям потребителей. Так, принимая во внимание исследования, свидетельствующие, что детское питание с лактулозой влияет на организм ребенка аналогично действию женского молока, был разработан и предложен рынку продукт «LF-P Infant formula» с содержанием 0,5% лактулозы[2]. [14]
Важное значение также придается потреблению молочных продуктов обогащенных лактулозой («Sawayaka milk» с содержанием 4% лактулозы) в ежедневной диете стареющего населения страны, которая по продолжительности жизни находится на первом месте в мире.
Что же касается России, то с сожалением мы должны констатировать, что в настоящее время, в отечественной молочной промышленности лактулоза не применяется и ее свойства практически не известны технологам производственникам. И вместе с тем, сказать, что нашей молочной промышленности придется начинать внедрение лактулозы с «белого листа» тоже нельзя. В разных научных заведениях страны велись исследования и создавались технологии продуктов питания с лактулозой. Во ВНИИ детского питания, например, создан сухой молочный продукт, обогащенный лактулозой «Бифилак». Продукт прошел клиническую апробацию и получены положительные результаты. Во ВНИМИ создан кисломолочный продукт с лактулозой «Бимол-А». А в Сев.-Кав ГТУ (Ставрополь) еще в 80-х годах разработана технология Вполучения бифидогенных кормовых добавок с лактулозой «Бикидо».
Так, что нам есть с чего стартовать и есть опыт, на который можно опереться. Единственно, чего никогда не хватало нашей молочной промышленности, чтобы приступить к производству высокоэффективных молочных функциональных продуктов обогащенных лактулозой, так это.... самой лактулозы. Запроектированные еще при Советской власти многотоннажные производства лактулозы исчезли не родившись и почти два десятилетия Россия, прежде всего ее фармацевтика, закупали лактулозу за рубежом. В 1998 году ситуации кардинально изменилась, инновационный внедренческий холдинг «Фелицата» сообщил о начале промышленного производства российской "Лактусана" - пищевой лактулозы. Два года шли клинические исследования отечественного продукта, доказавшие его высокую бифидогенность и гепатопротективные свойства [4,5]. И только сегодня можно утверждать, что ученые сделали свое дело – дело за практиками. Исследователи ответили на социальный заказ, сформулированный в государственной концепции "Политика здорового питания в России» и надеются, что промышленники продолжат их дело.
* * *
В целях полемичности данной статьи мы несколько заострили противоречие двух подходов в создании функциональных молочных продуктов. Разумеется, мы отдаем себе отчет в том, что обогащение молочных продуктов бифидофлорой (метод интервенции) не является антагонистом методу поддержки, то есть обогащению продуктов лактулозой. Скорее здесь речь должна о дополнительности двух подходов, о комбинированном использовании пробиотиков и пребиотиков в производстве функциональных молочных продуктов.
Библиогафия
1. Конн Г.О., Либерталл М.М. Синдромы печеночной комы и лактулоза.- М.: Медицина, 1983.
2. Российская лактулоза. Чудо из молока (сб. статей). Москва 1999 г.
3. Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Рябцева С.А., Серов А.В. Лактулоза: мифы и реальность. Ставрополь, СевКавГТУ, 1999 г.
4. Щербакова Э.Г. Отчет "Изучение бифидогенного и гепатопротективного действия концентрата лактулозы “Лактусан”. По заказу министерства науки и технологии РФ ПНИЛ медицинской цитологи Российской медицинской академии последипломного образования Минздрава РФ. Москва 98 г.
5. Щербакова Э.Г. Щербаков И.Т., Липатов Н.Н., Ким В.В. Экспериментальное обоснование применения лактусана в качестве биологически активной добавки. Питание детей XXI век. Материалы I Всероссийского конгресса. Москва. 14-17 марта 2000 г.
6. Clark, P.A. Cotton, L.N. & Martin, J.H. Selection of bifidobacteria for use as dietary adjuncts in cultured dairy foods: II- Tolerance to simulated pH of human stomachs. Cult. Dairy Prod. J. 28 (4): 11 (1993).
7. Clark, P.A. & Martin, J.H. Stltction of bifidobacteria for use as dietary adjuncts in cultured dairy foods: III- Tolerance to simulated bile concentralions of human small intestines Cult. Dairy Prod. J 29 (3): 18 (1994).
8. Chou, K.M. Selection jf bifidobacteria for use as dietary adjuncts in cultured dairy foods. M.S. Thesis, Jhe Onio state University, Onio (1995).
9. Lankaputhra, W.E.V. & Shah, H.P. Survival of Lactobacillus acedophilus and Bifidobacterium spp. in the presence of acid and bile salts Cult. Dairy Prod J 30 (3): 2 (1995).
10. Martin J.H. Technical consideration for incorporating bifidobacteria and bifidogenic factor into dairy products. Bulletin of the IDF 313, ch. 6.
11. Martin, J.H. & Chou, K.M. Selection of bifidobacteria for use as dietary adjuncts in cultured dairy foods: 1 - Tolerance to pH of yogurt. Cult Dairy Prod. J. 27 (4): 21 (1992).
12. Mizota T. Functional and nutritional food containing bifidogenic factors. Bulletin of the IDF 313, ch. 3.
13. Rushing, L.A. Utilization, survival, and effects of bifidobacteria in buttermilk and sourcream. M.S. Thesis, Mississippi State University, Mississippi (1995).
14. Tamura Y., Mizota T., Shimamura S., Tomita M. Lactulose and its application to the food and pharmaceutical industries. Bulletin of the IDF 289, ch. 10.
15. Yaeshima T. Benefits of bifidobacteria to human health. Bulletin of the IDF 313, ch. 4.
[1] Под неблагоприятными условиями здесь необходимо понимать, не только агрессивную среду желудка и кишечника, но и дефицит питательной среды в толстой кишке, но и конкуренцию со стороны прочих микроорганизмов кишечника.
[2] Кроме Японии продукты детского питания с лактулозой производятся: во Франции – «Альфалак», в Чехии «Релактан», в Швеции «Семпер-бифидус» и др. Мировой объем производства лактулозы еще в 1990 году был равен 20 000 тонн в год
БИФИДОБАКТЕРИИ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Эти бактерии живут в здоровом кишечнике и способствуют синтезу витаминов группы В и витамина К. Прием БАПД, содержащих бифидобактерии, особенно важен при лечении антибиотиками. На его фоне улучшается состояние микрофлоры кишечника. Нарушенное состояние флоры приводит к появлению большого количества аммиака при переваривании белковой пищи, это вызывает раздражение оболочек кишечника. К тому же аммиак всасывается в кровь и вызывает дополнительную нагрузку на печень, так как возникает необходимость его обезвреживания, или он будет вызывать тошноту, снижение аппетита, рвоту и другие токсические реакции.
За счет улучшения переваривания пищи, дружественные бактерии также предотвращают развитие запоров и метеоризма, а также пищевой аллергии. Прием бифидобактерий очень помогает при лечении кандидозов пищеварительного тракта. При применении в клизмах бифидобактерий улучшают функцию кишечника, стимулируя перистальтику и способствуя образованию каловых масс нормальной консистенции.
Бифидобактерий применяют при циррозе печени и хроническом гепатите.
Иногда после неэффективного применения ацидофильных палочек бифидобактерий оказываются полезными. Многие врачи считают, что взрослым с заболеваниями печени и детям следует назначать бифидобактерий.