Produkty mleczne i ich działanie funkcjonalne: aktualne tendencje i perspektywy na przyszłość. Cykl: „Poznaj świat nauki o żywności”

Mleko jest niezwykle bogatym, w niezbędne dla organizmu składniki pokarmowe, produktem. Oprócz tego, że zawiera wszystkie niezbędne aminokwasy, co sprawia, że cechuje się wysoką wartością biologiczną.  Jest również źródłem składników mineralnych – wapnia, fosforu, potasu, magnezu, cynku, selenu, oraz witamin: A, D, E i z grupy B. Ogromna część populacji na świecie nie korzysta z tych składników jak i wysoce korzystnych białek mleka, takich jak kazeina, laktalbumina, laktoferyna z powodu nietolerancji laktozy. Wytworzenie żywności funkcjonalnej i peptydów bioaktywnych z mleka, z naturalnymi przeciwutleniaczami oraz dodatkiem probiotyków, może być najlepszą alternatywą, aby poszerzyć możliwości wykorzystania funkcjonalności mleka.

Naturalne antyoksydanty i bioaktywne składniki pochodzące z różnych źródeł spożywczych odgrywają istotną rolę w utrzymaniu funkcji organizmu, w tym w zapobieganiu różnym chorobom degeneracyjnym, takim jak rak, cukrzyca, choroby serca, stany zapalne czy nadciśnienie. W ostatnich latach rośnie zainteresowanie wykorzystaniem związków bioaktywnych w różnych produktach funkcjonalnych, które pomagają wzmocnić działanie antyoksydacyjne i są korzystne dla ludzkiego zdrowia. Ponadto, te związki są znane z wysokiej zdolności do hamowania procesów oksydacyjnych ze względu na ich silne zdolności do usuwania wolnych rodników.

Produkty mleczne fermentowane często określane są mianem „produktów mleczych z kulturami” wytwarzane są przemysłowo poprzez fermentację cukru mlecznego (laktozy) przy udziale różnych LAB (ang. Lactic Acid Bacteria), takich jak Lactobacillus spp., Leuconostoc spp. i Lactococcus spp. Saxelin et al. podzielili produkty mleczne na trzy grupy: “produkty podstawowe”, “produkty zwiększonej wartości” oraz “funkcjonalne produkty mleczne”. Produkty podstawowe obejmują zazwyczaj mleko, mleko fermentowane, sery, lody, itp. Produkty zwiększonej wartości są zwykle wytwarzane poprzez zmianę składu mleka, np. produkty o niskiej zawartości laktozy lub bez laktozy, mieszanki hypoalergiczne z hydrolizowanym białkiem dla niemowląt, mleczne produkty wzbogacone w wapń, witaminy, itp. Z kolei funkcjonalne produkty mleczne opierają się na mleku wzbogaconym w składniki funkcjonalne i bakterie probiotyczne. W ostatnich latach do mleka i produktów na bazie mleka dodaje się różne związki bioaktywne, aby zwiększyć ich funkcjonalność i aktywność biologiczną w organizmie człowieka.

Bakterie probiotyczne to żywe szczepy mające korzystny wpływ na zdrowie poprzez poprawę równowagi mikroorganizmów w przewodzie pokarmowym, gdy są spożywane w odpowiedniej dawce. W 2020 Chugh i Kamal-Eldin dokonali przeglądu bioaktywności probiotyków i żywności probiotycznej, gdzie wspomnieli o zdolności bakterii probiotycznych do produkcji różnorodnych metabolitów korzystnych dla ludzi. Różne związki bioaktywne, takie jak bakteriocyny, enzymy metaboliczne, aminokwasy i peptydy, krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, witaminy, przeciwutleniacze, przeciwzapalne i immunomodulujące substancje oraz egzopolisacharydy, są wytwarzane przez bakterie probiotyczne. Z kolei wzbogacanie żywności jest jednym z najważniejszych procesów poprawy jakości i ilości składników odżywczych w żywności. Ze względu na wysoki poziom spożycia produktów mlecznych, takich jak jogurty, wzbogacanie tych produktów może skutecznie zmniejszyć lub zapobiec chorobom związanym z niedoborami odżywczymi. W ostatnich latach do jogurtów dodaje się różne produkty spożywcze bogate w związki bioaktywne i naturalne antyoksydanty. Przykładem mogą być formuły spożywcze opracowane przez Karaca et al., którzy do jogurtu dodali proszek z suszonej khaki i jabłek, co zwiększyło aktywność probiotyczną, zawartość minerałów i błonnika przy zachowaniu właściwości sensorycznych. Inne badania wykazały, że wzbogacenie jogurtu ekstraktem z moringi zwiększa fermentację, wspierając wzrost bakterii LAB, poprawia teksturę i właściwości bioaktywne. W ich badaniu stwierdzono również, że dodanie moringi może zwiększyć aktywność pochłaniania wolnych rodników o 40% w sposób zależny od dawki.

W ciągu ostatnich kilku lat bioaktywne peptydy pochodzące z żywności funkcjonalnej zyskują zainteresowanie badaczy ze względu na ich właściwości przeciwcukrzycowe oraz regulujące wchłanianie cukru i poziom insuliny w organizmie. Peptydy inhibitorów ACE odgrywają kluczową rolę w regulacji ciśnienia krwi. Sekwencje peptydów znalezione w produktach mlecznych, takich jak kwaśne mleko, hydrolizaty białek serwatkowych, sery i niektóre produkty fermentowane, wykazały największe działanie inhibitora ACE. Współczesna nauka opracowała kilka technik służących do charakteryzowania bioaktywnych peptydów pochodzących z różnych produktów. Metody te obejmują elektroforezę dwuwymiarową czy chromatografię cieczową, które zostały wykorzystane do badania degradacji białek mleka przez różne enzymy. Wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) w połączeniu z masową spektrometrią została wykorzystana do identyfikacji biologicznie aktywnych peptydów, zwłaszcza peptydów inhibujących enzym konwertujący angiotensynę I (ACE) w wyniku fermentacji mleka. Z kolei magnetyczne rezonans jądrowy (NMR) jest używany do określenia struktury cząsteczek organicznych i biomolekuł w roztworze. Metoda ta może być stosowana do charakteryzowania bioaktywnych peptydów. Kilka badań zostało przeprowadzonych w celu zbadania struktury bioaktywnych peptydów pochodzących z mleka; jednakże tą techniką scharakteryzowano również naturalne bioaktywne peptydy oraz niektóre białka mleka.

Funkcjonalne produkty spożywcze, obfite w bioaktywne składniki, zajmują znaczące miejsce na dzisiejszych rynkach spożywczych, głównie ze względu na ich zdolność przeciwdziałania stresowi oksydacyjnemu oraz różnym zaburzeniom biofizjologicznym. Jogurt, znany jako produkt funkcjonalny, wyróżnia się wysoką zawartością odżywczą, a możliwość zwiększenia jego korzyści zdrowotnych poprzez dodatek probiotycznych szczepów bakterii oraz bioaktywnych substancji jest istotna. Wzbogacenie jogurtu naturalnymi związkami dodatkowo wzmacnia jego właściwości przeciwutleniające, co może znacząco wykorzystać naturalne zasoby. Białka mleka, takie jak laktotransferryna, kazeina czy laktoferyna, stanowią istotne źródło bioaktywnych peptydów o działaniu prozdrowotnym. Niektóre z tych peptydów, na przykład te z kazeiny, wykazują zdolność do hamowania enzymów zaangażowanych w regulację ciśnienia krwi, co może mieć korzystny wpływ na zdrowie serca i układu krążenia. Obecnie istnieje rosnące zainteresowanie wykorzystaniem białek mleka do produkcji funkcjonalnych produktów spożywczych. Dodatek bioaktywnych peptydów do takich produktów może przynieść korzyści zdrowotne, w tym wzmacnianie układu odpornościowego czy działanie przeciwwirusowe i przeciwbakteryjne. Mimo że bioaktywne peptydy wykazują potencjał do zastosowania w funkcjonalnych produktach spożywczych, niezbędne jest przeprowadzenie dalszych badań nad ich bezpieczeństwem i wpływem na zdrowie ludzi. Oceniając ich działanie prozdrowotne oraz biodostępność, możliwe będzie lepsze zrozumienie mechanizmów oddziaływania tych substancji na organizm człowieka.

Autor: dr inż. Jagoda Szafrańska
Katedra Technologii Żywności Pochodzenia Zwierzęcego

Referencje:

1. Aslam A., Mostafa K., Hafizur R., Nurealam S., Azizul H., Khokan K., S. Atikur R. (2022). Functional dairy products as a source of bioactive peptides and probiotics: current trends and future prospectives. J Food Sci Technol. 59(4):1263-1279. doi: 10.1007/s13197-021-05091-8.
2. Barros C.P., Guimaraes J.T., Esmerino E.A., Duarte M.C.K.H., Silva M.C., Silva R., Ferreira B.M., Sant’Ana A.S., Freitas M.Q., da Cruz A.G. (2020) Paraprobiotics and postbiotics: concepts and potential applications in dairy products. Curr Opin Food Sci 32:1–8.
3. Chugh B., Kamal-Eldin A. (2020) Bioactive compounds produced by probiotics in food products. Curr Opin Food Sci 32:76–82.
4. Hernandez-Ledesma B., Amigo L., Ramos M., Recio I. (2004) Application of high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry to the identification of biologically active peptides produced by milk fermentation and simulated gastrointestinal digestion. J Chromatogr A 1049:107–114.
5. Karaca O.B., Saydam I.B., Guven M. (2019) Physical, chemical, and sensory attributes of low-fat, full-fat, and fat-free probiotic set yogurts fortified with fiber-rich persimmon and apple powders J. Food Process. Preserv. 43, 6:
6. Karelakis C., Zevgitis P., Galanopoulos K., Mattas K. (2019) Consumer trends and attitudes to functional foods. J Int Food Agrib Market. https://doi.org/10.1080/08974438.2019.1599760.
7. Kaur A., Scarborough P., Rayner M. (2017) A systematic review, and meta-analyses, of the impact of health-related claims on dietary choices. Int J Behavioral Nutr Phys Act 14(1):93. https://doi.org/ 10.1186/s12966-017-0548-1.
8. Manso M.A., Leonil J., Jan G., Gagnaire V. (2005) Application of proteomics to the characterisation of milk and dairy products. Int Dairy J 15:845–855.
9. Saxelin M., Korpela R., Mayra-Makinen A (2003) Functional dairy products. Dairy Process Improv Qual 229–245.
10. Zhang T., Jeong C.H., Cheng W.N. et al (2019) Moringa extract enhances the fermentative, textural, and bioactive properties of yogurt. LWT Food Sci Technol 101:276–284.

* * *

[Cykl „Poznaj świat nauki o żywności” to seria artykułów popularnonaukowych przygotowywanych przez naukowców z Wydziału Nauk o Żywności i Biotechnologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie].