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 adelfo@ibt.unam.mx M en B Martha Giles Gómez margiles@unam.mx

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)