mikroorganizmy w produkcji kosmetyków i wybranych farmaceutyków

MIKROORGANIZMY W PRODUKCJI
KOSMETYKÓW I WYBRANYCH
FARMACEUTYKÓW
wykłady
1
PRODUKCJA PROBIOTYKÓW
BAKTERIE FERMENTACJI MLEKOWEJ
TYP
TYP
FIRMICUTES
ACTINOBACTERIA
RZĄD
RZĄD
LACTOBACILLALES
BIFIDOBACTERIALES
Lactobacillus, Pediococcus, Lactococcus,
Streptococcus, Leuconostoc, Oenococcus,
Carnobacterium, Enterococcus,
Tetragenococcus, Vagococcus oraz Weissella.
Bifidobacterium
BAKTERIE FERMENTACJI MLEKOWEJ

mikroorganizmy, niejednorodne pod względem morfologicznym i
diagnostycznym: pałeczki, ziarniaki (dwoinki, łaocuszki, tetrady)

nie wytwarzają przetrwalników

nie są urzęsione

katalazoujemne

względne beztlenowce

charakteryzują się metabolizmem fermentacyjnym, a głównym produktem
przemian sacharydów jest kwas mlekowy (0,6 - 3%)

tolerują niskie pH (3–4)

optymalne temperatury wzrostu 20–28 0C i 37–45 0C

naturalnym środowiskiem występowania bakterii mlekowych, poza przewodem
pokarmowym człowieka i zwierząt, są rośliny, mleko oraz błony śluzowe ssaków
MEZOFILNE KULTURY STARTEROWE BAKTERII MLEKOWYCH
Typ
O
L
D
DL
Gatunki bakterii
Kwaszące paciorkowce mlekowe:
Lactococcus lactis subsp. lactis
Lc. lactis subsp. cremoris
Lc. lactis subsp. lactis
Lc. lactis subsp. cremoris oraz
szczepy z rodzaju Leuconostoc:
- Leuc. mesenteroides subsp. cremoris
- Leuc. lactis
- Leuc. mesenteroides subsp. dextranicum
- Leuc. mesenteroides subsp. mesenteroides
Lc. lactis subsp. lactis
Lc. lactis subsp. cremoris
szczepy Lc. lactis subsp. lactis biovar.
diacetylactis
Lc. lactis subsp. lactis
szczepy Lc. lactis subsp. cremoris
szczepy Lc. lactis subsp. lactis biovar.
diacetylactis
szczepy rodzaju Leuconostoc:
- Leuc. mesenteroides subsp. cremoris
- Leuc. lactis
- Leuc. mesenteroides subsp. dextranicum
- Leuc. mesenteroides subsp. mesenteroides
Charakterystyka
brak fermentacji
cytrynianów,
nie wytwarzają sub.
aromatycznych
powolną fermentację
cytrynianów,
wytwarzają
nieznaczne ilości sub.
aromatycznych.
Zastosowanie
- sery twarogowe
- serki wiejskie (typu „cottage cheese”)
- sery dojrzewające typu „cheddar”
- sery typu „feta”
- twarogi
- sery topione
szybka fermentacja
cytrynianów
znaczne ilości sub.
aromatycznych
szybka fermentacja
mleka
wytworzenie
aromatu
śmietana przeznaczona na wyrób masła
większośd fermentowanych produktów
mleczarskich:
- masło
- sery twarogowe
- sery półtwarde (typu holenderskiego)
TERMOFILNE KULTURY STARTEROWE BAKTERII MLEKOWYCH
Gatunki bakterii
Lb. delbrueckii susp. bulgaricus
Streptococcus salivarius subsp.
thermophilus
Lb. acidophilus
Lb. helveticus
Bif. longum
Bif. bifidum
Bif. infantis
Charakterystyka
Zastosowanie
zróżnicowany stopieo fermentacji mleczne napoje fermentowane
cytrynianów
sery dojrzewające
zależny od gatunku i szczepu
PRODUKTY KOOCOWE FERMENTACJI MLEKOWEJ
kwas mlekowy
kwas octowy aldehyd octowy
etanol
diacetyl
acetoina
CO2
butanodiol
HOMOFERMENTATYWNA PRZEMIANA LAKTOZY
Lactococcus lactis, Lactobacillus delbrueckii, Lb. plantarum, Lb. acidophilus
HETEROFERMENTATYWNA PRZEMIANA LAKTOZY
Leuconostoc, Lactobacillus brevis, Lb. fermentum
LOTNE METABOLITY BAKTERII FERMENTACJI MLEKOWEJ


diacetyl: Lactococcus lactis ssp. lactis i diacetylactis (10 mg/l), Leuconostoc
mesenteroides ssp. cremoris (5mg/l)
aldehyd octowy: Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus
PRZEMYSŁOWE WYKORZYSTANIE BAKTERII FERMENTACJI MLEKOWEJ
PROBIOTYKI
Preparaty lub produkty żywnościowe zawierające pojedyncze lub mieszane
kultury żywych mikroorganizmów, które podawane człowiekowi lub
zwierzętom wywierają na ich organizmy korzystny wpływ.
ILIA MIECZNIKOV – 1908 – NAGRODA NOBLA
Lactobacillus bulgaricus
MIKROFLORA CZŁOWIEKA
Łączna liczba drobnoustrojów w organizmie człowieka
1014 = 100 000 000 000 000 (100 bilionów) komórek
Występują :
 na skórze
 drogi oddechowe
 w przewodzie pokarmowym
powierzchnia ok. 2 m2
powierzchnia ok. 80 m2
powierzchnia od 150 do 400 m2
W 1 gramie treści jelita grubego znajduje się
do ok. 1 000 000 000 000 (1 bilion) komórek mikroorganizmów
reprezentujących ponad 400-500 różnych gatunków
Łącznie biomasa mikroorganizmów zasiedlających przewód
pokarmowy wynosi 1-1.5 kg
MIKROFLORA PRZEWODU POKARMOWEGO CZŁOWIEKA
Lactobacilli
1-100/g
Żołądek
Lactobacilli 1x102/g
Streptococci 1x104/g
Dwunastnica
Bifidobacteria
Lactobacilli
Streptococci
Bacteroides
Enterobacteria
1x105 /g
1x108 /g
Jelito czcze
Lactobacilli
Streptococci
Enterobacteria
Bifidobacteria
Yeasts
1x105/g
1x106 /g
Jelito kręte
Jelito grube
Odbyt
Bacteroides
Eubacteria
Bifidobacteria
Anaerobic cocci
Clostridia
Lactobacilli
Enterobacteria
Streptococci
1x109 /g
1x1012/g
Materiał genetyczny mikroorganizmów jelitowych może byd:
~50 – 100 razy większy niż gospodarza
MIKROFLORA JELIT NOWORODKÓW
Szkodliwy wpływ na
zdrowie człowieka
12
Korzystny wpływ na
zdrowie człowieka
10
Escherichia coli
8
6
4
2
Produkcja toksyn
substancji
kancerogennych
szkodliwych
enzymów
Log jtk/g
Hamowanie rozwoju i
aktywności szkodliwych
mikroorganizmów,
działanie
immunomodulacyjne
MIKROFLORA JELIT KILKUTYGODNIOWEGO DZIECKA
Szkodliwy wpływ na
zdrowie człowieka
12
Korzystny wpływ na
zdrowie człowieka
Bifidobacterium
10
Lactobacillus
8
Escherichia coli
6
Enterococcus
4
Clostridium
2
Produkcja toksyn
substancji
kancerogennych
szkodliwych
enzymów
Log jtk/g
Hamowanie rozwoju i
aktywności szkodliwych
mikroorganizmów,
działanie
immunomodulacyjne
MIKROFLORA JELIT DOROSŁEGO CZŁOWIEKA
12
Szkodliwy wpływ na
zdrowie człowieka
Bacteroides
Korzystny wpływ na
zdrowie człowieka
Eubacterium
9
Bifidobacterium
Lactobacillus
Escherichia coli
Clostridium
7
Enterococcus
Veillonella
Produkcja toksyn
substancji
kancerogennych
szkodliwych
enzymów
5
Hamowanie rozwoju i
aktywności szkodliwych
mikroorganizmów,
działanie
immunomodulacyjne
Staphylococcus
Proteus
Pseudomonas
3
Log jtk/g
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SKŁAD MIKROFLORY
czynniki
środowiskowe
człowiek
układ immunologiczny
wiek
nabłonek jelitowy
region zamieszkania
 klimat
 nawyki kulturowe

pankreatyna i inne soki trawienne
enzymy
kwasy żółciowe
stres
perystaltyka jelit
pH jelit
dieta
 antybiotyki i inne leki
 obce mikroorganizmy

choroby
potencjał redox
ekosystem jelitowy
skład i
metabolizm mikroflory jelitowej
zależności ekologiczne (antagonizm,
płed
synergizm)
PRODUKTY METABOLIZMU LB O DZIAŁANIU ANTAGONISTYCZNYM
Produkt
Spektrum aktywności
Niespecyficzne
Kwasy organiczne (mlekowy, octowy,
2-pirolidono-5-karboksylowy)
Większośd drobnoustrojów
(szczególnie bakterie gnilne, gram-,
nieliczne grzyby)
Współzawodnictwo o substraty
pokarmowe
Wszystkie drobnoustroje
Bakteriocyny
Różne bakterie, zależnie od rodzaju
Inne
Kwasy tłuszczowe
Reuteryna (aldehyd bhydroksypropionowy)
H2O2
Różne gatunki i szczepy bakterii,
zależnie od wrażliwości
SZCZEPY BAKTERII PROBIOTYCZNYCH
Szczep
Efekty zdrowotne
Lactobacillus
rhamnosus GG (ATCC
53013)
Kolonizacja przewodu pokarmowego, obniżenie aktywności enzymów
fekalnych, ochrona przed biegunkami po antybiotykoterapii, leczenie i
zapobieganie biegunkom rotawirusowym, leczenie powracających
biegunek spowodowanych przez Clostridium difficile, ochrona przed
ostrymi biegunkami, leczenie choroby Crohna i dziecięcego artretyzmu
reumatoidalnego, właściwości antagonistyczne w stosunku do bakterii
wywołujących próchnicę zębów.
Lactobacillus casei
Shirota
Ochrona przed zaburzeniami jelitowymi, leczenie biegunek
rotawirusowych, utrzymywanie w równowadze mikroflory jelitowej,
obniżanie aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed mutagenami
pokarmowymi, pozytywne efekty w leczeniu raka pęcherza
moczowego,wspomaganie układu odpornościowego we wczesnych
stadiach raka okrężnicy, brak wpływu na system immunologiczny
zdrowych osobników, leczenie obstrukcji
Lactobacillus
acidophilus NCFB
1748
Obniżanie aktywności enzymów fekalnych, zapobieganie biegunkom po
radioterapii, leczenie obstrukcji
SZCZEPY BAKTERII PROBIOTYCZNYCH
Lactobacillus casei
Defensis DN 114 001
Stymulacja układu odpornościowego, zapobieganie i leczenie infekcji
jelitowych, zmniejszenie częstości i skrócenie czasu trwania ostrych
biegunek u dzieci, dobra przeżywalnośd w żołądku i dwunastnicy
Bifidobacterium animalis
DN 173 010
Wysoka przeżywalnośd w żołądku i dwunastnicy. Pozytywne efekty w
skróceniu pasażu jelitowego pokarmu, szczególnie u osób starszych.
Lactobacillus johnsonii
(La1) (NCC533)
Adherencja do komórek ludzkiego jelita, stymulacja układu
odpornościowego, pozytywne efekty w leczeniu nieżytów przewodu
pokarmowego, antagonizm w stosunku do Helicobacter pylori
Bifidobacterium breve
Yakult
Ochrona przed mutagenami pokarmowymi, utrzymanie w
równowadze mikroflory jelitowej, ochrona przed biegunkami
Lactobacillus acidophilus
NCFM
Obniżenie aktywności enzymów fekalnych, wysoka aktywnośd βgalaktozydazy, dobra przeżywalnośd w przewodzie pokarmowym
BAKTERIE PROBIOTYCZNE

Lactobacillus acidophilus,



Lb. casei, Lb. johnsonii,
Lb. rhamnosus, Lb. plantarum
Bifidobacterium bifidum

B. infantis, B. breve, B. longum
DOSTĘPNE NA RYNKU PREPARATY PROBIOTYKÓW
PREBIOTYKI
Składniki żywności nie ulegające strawieniu przez enzymy jelitowe i
które mogą korzystnie oddziaływad na organizm człowieka na
drodze selektywnej stymulacji w okrężnicy, wzrostu i/lub
aktywności jednego lub określonej liczby gatunków (szczepów)
korzystnych dla zdrowia gospodarza bakterii.



nie mogą byd hydrolizowane, ani wchłaniane w górnych odcinkach przewodu
pokarmowego
muszą podlegad selektywnej fermentacji przez potencjalnie korzystne
bakterie bytujące w jelicie grubym
muszą korzystnie modyfikowad układ mikroflory jelita grubego
OLIGOSACHARYDY
α-glukany (produkty hydrolizy skrobi),
fruktooligosacharydy,
galaktooligosacharydy,
ksylooligosacharydy,
inulina
oligosacharydy sojowe.
ZAWARTOŚD OLIGOSACHARYDÓW W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH
Banany
0.3 – 0.7g/100g
Szparagi
2.0 – 3.0g/100g
Czosnek
3.6 – 6.4g/100g
Por
2.4 – 8.0g/100g
Cebula
1.1 – 7.5g/100g
Cykoria
19.6 – 26.2g/100g
Biała mąka
1.0 – 3.8g/100g
FUNKCJA OLIGOSACHARYDÓW

stymulują wzrost bakterii fermentacji mlekowej (regulacja mikroflory
jelitowej)

obniżają wykorzystanie energii z pożywienia (leczenie otyłości)

korzystnie wpływają na perystaltykę jelit

nie powodują próchnicy zębów

wspomagają adsorpcję wapnia z pożywienia (oligosacharydy sojowe)
SYNBIOTYKI
Mieszanina probiotyków i prebiotyków korzystnie
wpływających na zdrowie człowieka poprzez poprawę
przeżywalności i kolonizacji żywych mikroorganizmów w
przewodzie pokarmowym, osiągniętą na drodze
selektywnej stymulacji ich wzrostu i aktywności.
Żywnośd probiotyczna, prebiotyczna i synbiotyczna
jest rodzajem
ŻYWNOŚCI FUNKCJONALNEJ
SKŁADNIKI ŻYWNOŚCI FUNKCJONALNEJ
Składnik
Korzyści zdrowotne
Witaminy (E, C, B6,
biotyna, kwas foliowy)
Składniki mineralne
(wapo, magnez, cynk)
Kwasy tłuszczowe,
wielonienasycone
Zapobiegawcze w chorobach układu krążenia, raka, katarakty,
zapaleo, uszkodzeo układu nerwowego
Zmniejszają ryzyko osteoporozy, wspomaga funkcje serca oraz
pracę mięśni i mózgu, wspomagają system immunologiczny
Zmniejszają ryzyko chorób układu krążenia. Niezbędne dla
funkcjonowania układu nerwowego
Błonnik pokarmowy
(prebiotyki)
Obniżają poziom cholesterolu, zapobiegają pewnym typom
nowotworów (jelita grubego)
Oligosacharydy
(prebiotyki)
Stymulują korzystną mikroflorę jelita grubego, wspomagają
zapobieganie próchnicy, zmniejszają wykorzystanie energii
Bakterie kwasu
mlekowego
(probiotyki)
Korzystnie wpływają na układ mikroflory jelitowej człowieka,
stymulują system immunologuiczny, zmniejszają ryzyko
zachorowania na nowotwory jelita, zmniejszają częstotliwośd i
skracają czas trwania biegunek
MLECZNE NAPOJE FERMENTOWANE
Produkty otrzymane na drodze fermentacji mleka pod wpływem
odpowiednich mikroorganizmów, które powodują obniżenie pH z
lub bez koagulacji. Mikroorganizmy powinny byd żywe i aktywne w
produkcie (w ilości powyżej 107/g) do kooca okresu trwałości.
GENERACJE MLECZNYCH NAPOJÓW FERMENTOWANYCH
I generacja
II generacja
III generacja
IV generacja
Fermentacja spontaniczna, zapoczątkowana kwaszącą
mikroflorą zakażającą mleko (wiele tysięcy lat temu)
Fermentacja w wyniku szczepienia bakteriami
mlekowymi (około 1900 roku)
Fermentacja lub suplementacja jelitowymi
bakteriami mlekowymi (około 1980 roku)
Fermentacja bakteriami probiotycznymi o
udokumentowanych cechach zdrowotnych (około
1990 roku)
MLECZNE NAPOJE FERMENTOWANE NOWEJ GENERACJI