Żywe kultury bakterii

Reklama dźwignią handlu. Reklama stanowi również źródło wiedzy o świecie, a wiedza ta, nieustannie i wciąż na nowo powtarzana w każdym paśmie reklamowym staje się dogmatem. Tak też dogmatem stała się obecność „żywych kultur bakterii” w jogurcie. Niegdyś tak często i tak usilnie powtarzano tę informację w każdej reklamie jogurtu, że obecnie nikt już nawet nie pyta, czy dany jogurt zawiera żywe kultury bakterii. Stało się oczywiste, że jeśli jogurt, to tylko z żywymi kulturami. Nikt również, ani wtedy, ani teraz nie starał się dowiedzieć, co to za bakterie, czemu mieszkają w naszych jogurtach i czy na pewno są kulturalne. Uśmiechnięte, zdrowe twarze powtarzające w nieskończoność  „zawiera żywe kultury bakterii”, upewniły nas, że jest to konieczne, pożądane i zdrowe. Nawet już samo słowo „bakteria”, kojarzone przecież z chorobą, przestało nas drażnić, tym bardziej, że po utrwaleniu w naszych umysłach informacji o zawartości „żywych kultur bakterii” w jogurcie, zaczęto udowadniać nam (również w reklamach), że spożywanie niektórych z nich przyczyni się do ogólnego dobrobytu naszego organizmu (zwiększy odporność, zagwarantuje regularne wypróżnienia itd.). Dlatego chciałbym zadać dwa pytania:

1. co to za bakterie? oraz
2. czy aby na pewno są żywe?

Produkcja jogurtu

Jogurt zaliczany jest do tzw. mlecznych napojów fermentowanych, choć nie zawsze przecież jest faktycznie napojem. Do wytwarzania mlecznych napojów fermentowanych stosuje się bakterie fermentacji mlekowej, czyli takie, które w wyniku swoich procesów metabolicznych wytwarzają z cukrów głównie kwas mlekowy[1]. Spośród nich wyselekcjonowano dwa gatunki, które najlepiej sprawdzają się przy produkcji jogurtu. Są to termofilne (lubiące ciepełko) gatunki:

• Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus oraz
• Streptococcus thermophilus.

Bakterie tych dwóch gatunków stanowią podstawowy składnik większość szczepionek jogurtowych (zwanych inaczej kulturami starterowymi). Szczepionki mogą być:

• jednoszczepowe – zawierające jeden szczep jednego gatunku bakterii,
• jednogatunkowe – zawierające wyłącznie bakterie jednego gatunku, np. tylko Str. thermophilus, lub
• wielogatunkowe – zawierające mieszanki gatunków baterii w różnych proporcjach.

W produkcji jogurtu najczęściej stosuje się szczepionkę wielogatunkową zawierającą obydwa gatunki baterii: Str. thermophilus i Lb. delbrueckii ssp. bulgaricus, ponieważ baterie te wykazują wobec siebie synergizm, co owocuje skróceniem czasu fermentacji i uzyskaniem produktu o wysokiej jakości sensorycznej.
Szczepionki (kultury starterowe) występują w postaci liofilizatów namnożonych komórek bakteryjnych (w praktyce wyglądają jak szarokremowy proszek). Porcję szczepionki należy rozprowadzić w pasteryzowanym mleku o temperaturze nie wyższej niż 45˚C i następnie inkubować przez kilka do kilkunastu godzin w temperaturze między 37 a 45˚C[2]. Inkubację prowadzi się w zbiornikach ze stali nierdzewnej z umieszczonym w środku mieszadłem (metoda zbiornikowa) lub zaszczepione mleko rozlewane jest od razu do opakowań jednostkowych i inkubowane bezpośrednio w nich (metoda termostatowa). Gdy jogurt w wyniku fermentacji osiągnie odpowiednią kwasowość (pH ok. 4,7 – 4,5) chłodzi się go. Teraz jest już gotowy do spożycia.

Zbiornik do fermentacji jogurtu (źródło: Internet)

Jogurty probiotyczne

Żywność probiotyczna (z greckiego: pro– ‘dla, w kierunku’, bios ‘życie’ – czyli probiotyczny to ‘korzystny dla życia’), to taka żywność, która zawiera żywe mikroorganizmy wykazujące korzystny wpływ na zdrowie poprzez utrzymywanie w równowadze mikroflory jelitowej (czyli eliminowanie złych baterii i umożliwianie wzrostu i utrzymania wysokiego poziomu dobrych).

Wśród produktów probiotycznych największą popularnością cieszą się oczywiście produkty mleczne z jogurtami na czele. Zawierają one szczepy bakterii fermentacji mlekowej, których tradycyjnie nie wykorzystuje się do produkcji mlecznych napojów fermentowanych, gdyż wykazują słabsze od bakterii jogurtowych zdolności fermentacyjne oraz nadają produktom mniej pożądane cechy sensoryczne, a stosowane są właśnie ze względu na korzystny wpływ na zdrowie i funkcjonowanie organizmu człowieka. (Tego, w jaki konkretnie sposób wpływają i czy faktycznie regularne jedzenie probiotyków daje deklarowane przez producentów efekty, nie będę w tej chwili omawiać, bo jest to dłuższy temat na inną okazję.) Jednak nie każda bakteria może być probiotyczna (znamy z praktyki te, które zupełnie probiotyczne nie są).

Przed organizmami, które mają pełnić rolę probiotyków, stawia się konkretne wymagania:

1. muszą zostać wyizolowane z przewodu pokarmowego człowieka (lub czasami zwierzęcia), a więc przewód pokarmowy musi być ich naturalnym ekosystemem,
2. muszą mieć zdolność zasiedlania jelit człowieka, z czego wynika, że muszą również przetrwać „podróż” przez przewód pokarmowy (poprzez przełyk, kwaśne środowisko żołądka, aż do jelit),
3. ich korzystny wpływ na zdrowie człowieka musi zostać potwierdzony badaniami klinicznymi.

Do najpopularniejszych bakterii probiotycznych, które spełniają wszystkie powyższe warunki, należą:

• Lactobacillus acidophilus (najstarszy znany gatunek probiotyczny),
• Lactobacillus casei oraz paracasei,
• Bifidobacterium spp. (lactis, animalis, bifidum i inne).

Je również często stosuje się nie jako monokultury, ale w postaci starterów wielogatunkowych. Korzystny synergizm między gatunkami uzyskuje się w szczepionkach zawierających Lb. acidophilus oraz Bifidobacterium spp. (określanych mianem szczepionek ‘AB’) lub w szczepionkach zawierających dodatkowo Lb. casei (szczepionki ‘ABC’).

Niektórzy wskazują, że także  tradycyjna mikroflora jogurtowa, Lb. delbrueckii ssp. bulgaricus i Str. thermophilus, wykazują prozdrowotne oddziaływanie, jednak ze względu, że gatunki te nie mogą trwale zasiedlać przewodu pokarmowego, nie zalicza się ich do probiotycznych.

„Zawiera żywe kultury bakterii”

Probiotyczne bakterie, aby wykazywały swoje korzystne działanie, muszą zachować się w jogurcie w stanie żywym, nieuszkodzone i zdolne do pełnienia wszelkich procesów życiowych. Wynika to nawet z ich definicji – nieaktywne lub uszkodzone, nie mogące rozmnażać się organizmy nie będą w stanie skolonizować naszego przewodu pokarmowego. Uznaje się, że również bakterie jogurtowe powinny być żywe. Nie tylko dlatego, że mogą mieć przypuszczalnie prozdrowotny wpływ, ale także ponieważ ich aktywność zabezpiecza jogurt przed psuciem, ograniczając rozwój flory niepożądanej (nieswoistej, gnilnej i patogennej). Co więcej, swoją żywotność bakterie powinny zachować przez cały okres przydatności do spożycia jogurtu. Ważne jest też, aby liczba zdrowych, aktywnych komórek utrzymywała się na odpowiednio wysokim poziomie – jeżeli będzie ich zbyt mało, może okazać się, że nie przetrwają podróży przez nasz układ trawienny i w ogóle nie dotrą do jelit. Dlatego jogurt, a w szczególności jogurt probiotyczny, powinien zawierać ok. 10⁵ – 10⁶ jtk[3] bakterii, którą chcemy wprowadzić do naszego organizmu. Sugeruje się również, że aby spełniony został efekt probiotyczności dzienna ilość bakterii zjedzonych z pokarmem powinna wynosić ok. 10⁸ jtk.

Tymczasem bakterie, jak każdy inny organizm, rozwijają się tylko w warunkach sprzyjających i tylko do pewnego momentu. Na ich przeżywalność w jogurcie wpływa cały szereg czynników.

Kwasowość środowiska. Istotnym czynnikiem wpływającym na przeżywalność bakterii, szczególnie probiotycznych, jest kwasowość środowiska. Jak wspomniałem wcześniej, fermentację jogurtu prowadzi się zazwyczaj do uzyskania pH na poziomie 4,7 – 4,5, a czasami nawet niższego osiągającego wartość 4,0. Wytwarzany przez bakterie jogurtowe w trakcie fermentacji kwas mlekowy oraz inne kwasy organiczne (np. octowy) w nadmiernym stężeniu zaczynają hamować rozwój bakterii, także dalszy rozwój samych producentów kwasów. Zarówno Bifidobacterium ssp., jak i Lb. acidophilus (wbrew nazwie[4]) nie są zbyt odporne na duże zakwaszenie środowiska. Teoretycznie rozwój Lb. acidophilus hamowany jest przy pH 4,0, a bifidobakterii przy 5,0. Jednak niektóre badania nad przeżywalnością bakterii jogurtowych i probiotycznych wykazały, że Lb. acidophilus również źle znosi niskie wartości pH. Dlatego sugeruje się, aby fermentację zatrzymywać przy wyższym pH (4,9 – 5,0).

Substancje bakteriostatyczne. Żywotność kultur bakteryjnych zawartych w jogurcie oznacza, że (nawet w temperaturach chłodniczych) komórki bakterii prowadzą procesy metaboliczne. W wielu przypadkach metabolity jednych bakterii są szkodliwe dla innych. Lb. acidophilus może, w warunkach tlenowych, produkować nadtlenek wodoru, który ma wpływ na przeżywalność wszystkich bakterii jogurtowych, a w szczególności w przypadku fermentacji prowadzonej w temp. poniżej 37°C.

Szczególny antagonizm pojawia się między bakteriami jogurtowymi a probiotycznymi. Zaobserwowano, że jeden ze szczepów Str. thermophilus wytwarza termostabilną bakteriocynę oddziałującą na 2 szczepy bifidobakterii.

Tlen. Lb. acidophilus jest mikroaerofilem, a bifidobakterie należą do anaerobów, dlatego ich przeżywalność zależy od ilości tlenu rozpuszczonego w środowisku (mleku) w trakcie prowadzenia fermentacji, a w szczególności w trakcie przechowywania gotowego wyrobu. Najczęściej w produkcji jogurtu stosuje się metodę zbiornikową, w której dochodzi do ciągłego natleniania środowiska. Przekłada się to na stan natlenienia gotowego, zapakowanego jogurtu. Wyniki badań wskazują, że bakterie pro biotyczne wykazują lepszą przeżywalność w przypadku produkcji jogurtu metodą termostatową.

Opakowanie. Także opakowanie ma wpływ na ilość zachowanych komórek bakteryjnych. Okazuje się bowiem, że produkcja jogurtu i jego przechowywanie w szklanym naczyniu pozwalają uzyskać (przy takiej samej temp. i kwasowości produktu) o 30-70% większą przeżywalność bakterii probiotycznych w stosunku do jogurtów pakowanych w kubeczki plastykowe. Związane jest to z poprzednio omawianą zawartością tlenu – jogurt produkowany w kubeczkach plastykowych wykazuje większe nasycenie tlenem niż ten produkowany w szkle.

Sposób prowadzenia fermentacji. Jak już wiadomo zaleca się zatrzymywanie procesu fermentacji przy pH 5,0 oraz prowadzenie jej metodą termostatową w celu uniknięcia nagromadzenia kwasów organicznych (hamujących wzrost bakterii) oraz rozpuszczonego w środowisku tlenu. Istotna jest także temperatura prowadzenia fermentacji. Zapewnienie bakteriom optymalnych warunków wzrostu umożliwia adaptację formy liofilizowanej do środowiska i dalszy, zdrowy rozwój komórek. Stwierdzono również, że na zwiększoną przeżywalność probiotyków wpływa prowadzenie fermentacji metodą dwustopniową. W pierwszym etapie mleko fermentowane jest wyłącznie bakteriami probiotycznymi, a dopiero w drugim etapie dodaje się bakterii jogurtowych, dla wytworzenia pożądanej konsystencji, smaku i zapachu.

Ilość szczepionki. Niezwykle istotnym czynnikiem przyczyniającym się do przeżywalności bakterii na odpowiednim poziomie jest odpowiednio wysoki dodatek szczepionki jogurtowej (lub probiotycznej). Jogurty, w których „oszczędzono” nieco szczepionki, wykazywały gorszą jakość mikrobiologiczną (znacznie niższą przeżywalność dodanych bakterii) w stosunku do jogurtów, w których zastosowano zalecaną ilość kultury starterowej.

Innymi istotnymi czynnikami są:

• jakość mleka, czyli dostęp do składników odżywczych, w tym przede wszystkim cukrów,
• stan i jakość użytych komórek bakteryjnych,
• szczep (a nie gatunek!) zastosowany w kulturze starterowej (przeżywalność jest całkiem różna dla np. różnych szczepów Lb. acidophilus).

Jak więc widzicie, zachowanie żywych bakterii w jogurcie nie jest wcale taką prostą sprawą. Nie da się też jednoznacznie przewidzieć, ile w danym przypadku bakterii się zachowa (choć istnieją metody prognozowania). Wielu czynników odpowiadających za przeżywalność lub jej zmniejszenia po prostu nie można regulować. Prowadzone są jednak testy przeżywalności bakterii w modelowych jogurtach. W jednym z takich testów stwierdzono, że w fermentowanym mleku przez cały okres jego chłodniczego przechowywania wynoszący 4 tygodnie, zachowane były wymagane poziomy użytych do badania bakterii jogurtowych: St. thermophilus oraz Lb. delbrueckii ssp. bulgaricus oraz większości bakterii probiotycznych: Lb. casei i Bifidobacterium lactis. Jedynie Lb. acidophilus, który należy do najczęściej stosowanych probiotyków, wykazał bardzo słabą przeżywalność i zmniejszenie ilości komórek poniżej wymaganego poziomu już w 2 tygodniu przechowywania.

Nie jest to bez znaczenia dla konsumenta spodziewającego się probiotycznego działania jogurtu. Bakterie, które mają nam pomagać, postawione są przed wyjątkowo trudnym zadaniem. Najpierw muszą ukwasić mleko, następnie przetrwać w swoich własnych metabolitach do momentu, w którym jej kupimy i zjemy, aby w końcu trafić do naszego przewodu pokarmowego, gdzie najpierw przejdą próbę wyjątkowo kwaśnego środowiska w żołądku, a następnie (te które przetrwały) zostaną zawieszone soku jelitowym, który również nie jest przyjaznym środowiskiem. Badania prowadzone w modelowym soku jelitowym wskazują, że na przeżywalność bakterii ma wpływ ich ilość do tego soku wprowadzona – im wyższa liczba bakterii dotrze do jelit, tym więcej ich tam przeżyje.

Jak więc my, konsumenci, może je wspomóc, a sobie zapewnić oczekiwane terapeutyczne działanie jogurtu? Zawsze, jak w przypadku wszelkich produktów żywnościowych, czytajmy etykiety. Nie znajdziemy na nich co prawda informacji o tym, jaki gatunek bakterii jogurtowych został użyty (w składzie będzie tylko napisane, że produkt zawiera bakterie jogurtowe), ale znajdziemy już informację o tym, czy jest to probiotyk z bifidobacteriami, Lb. casei lub paracasei, czy z Lb. acidophilus. W tym ostatnim przypadku koniecznie sprawdźmy termin przydatności do spożycia. Jogurty zazwyczaj ważne są 3 tygodnie, a więc jeśli termin zbliża się do końca, jogurt zawierający Lb. acidophilus może nie mieć już swoich prozdrowotnych właściwości. Lepiej też nie kupować jogurtów probiotycznych na zapas – świeższe na pewno będą miały wyższą liczbę faktycznie żywych komórek bakterii.

---

[1] choć nie tylko – w wyniku fermentacji mlekowej powstają także takie produkty, jak kwas octowy, etanol oraz szereg lotnych związków aromatycznych (w przypadku fermentowania mleka bakteriami jogurtowymi naliczono 33 lotne związki aromatyczne, z czego faktycznie za powstanie charakterystycznego aromatu odpowiada ok. 5 związków)

[2] w żadnym momencie temperatura nie może przekraczać 45˚C, gdyż może to uszkodzić komórki bakteryjne

[3] jtk – jednostki tworzące kolonię; objaśnienie znajdziesz we wcześniejszym tekście „L” jak listerioza oraz na Wikipedii.

[4] acidophilus oznacza ‘kwasolubny’

Literatura:

1. Shah, N. (2000). Probiotic Bacteria: Selective Enumeration and Survival in Dairy Foods Journal of Dairy Science, 83 (4), 894-907 DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(00)74953-8
2. Zaręba D., Ziarno M., Obiedziński M. (2008). Przeżywalność bakterii jogurtowych i probiotycznych w układach modelowych mleka niefermentowanego i fermentowanego. Medycyna Wet., 64 (8), 1007-1011
3. Zaręba D., Ziarno M., Strzelczyk B. (2008). Przeżywalność bakterii fermentacji mlekowej w warunkach modelowych jelita cienkiego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość (60), 197-205
4. Zaręba D. (2008). Przeżywalność probiotycznego szczepu Lactobacillus acidophilus w mleku niefermentowanym i fermentowanym. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość (60), 189-196