Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

BIOLOGICAL VALUE OF FERMENTED FOODS

Saubenova M.G. 1 Oleinikova Ye.A. 1 Amangeldi A.A. 1
1 LLP «Scientific Production Center of Microbiology and Virology»
Fermented foods are currently undergoing re-discovery due to new reliable data on their health benefits. Modern research in the development of fermented milk products are aimed at improving the bioavailability of milk components, as well as the use of bacterial starter components that increase the health benefits. Constantly, new functional properties of lactic acid bacteria are being identified. Of particular interest is the fact that the use of functional fermented milk products can help to reduce the drug load in a number of diseases and reduce the side effects of the use of medicines. It has been shown that the consumption of active probiotics contained in fermented foods significantly improves the balance of intestinal permeability and barrier function and affects all aspects of human health, including mental welfare. The potential for modulating the microbiome-intestine-brain axis and then restoring mental health through the use of functional foods is of great practical interest. There is a need for additional fundamental research the specificity of the strains associated both with the ability to transform the starting material to obtain one or another fermented product, and with their survival in the host organism and interaction with it.
fermentation
functional foods
dairy products
probiotics
prebiotics

Ферментированные продукты, такие как кисломолочные продукты, вино, пиво, квашеная капуста, бобовые, злаки, другие растительные продукты, а также мясо и рыба, были одними из первых обработанных пищевых продуктов, потребляемых человеком. Первоначально они были оценены за повышение срока годности и безопасности. Большим их преимуществом оказалось также изменение текстуры продукта, а главное, улучшение его органолептических показателей. С развитием научных знаний оказалось, что потребление ферментированных продуктов связано с многочисленными преимуществами для здоровья, обусловленными биохимическими изменениями компонентов пищи и повышением их пищевой и биологической ценности, а также введением жизнеспособных микроорганизмов, имеющих потенциал пробиотических. Контролируемый рост микроорганизмов в них позволяет проводить ферментацию в нужном направлении, варьируя и усиливая искомые свойства. В результате множества комбинаций пищевых микроорганизмов получают тысячи различных видов продуктов и напитков, характерных для разных культур в мире.

Процессы брожения классифицируют по основным метаболитам и продуцирующим их микроорганизмам: молочная кислота (молочнокислые бактерии), уксусная кислота (уксуснокислые бактерии), этиловый спирт и углекислый газ (дрожжи), пропионовая кислота (пропионовокислые бактерии), в отдельных случаях – аммиак и жирные кислоты (бациллы, плесени). Последние используются в основном как для осахаривания или протеолиза крахмала, так и в качестве вторичной микробиоты после первичной ферментации. Ферментацию описывают также по основным пищевым субстратам – молочные продукты, овощи, бобовые, злаки, виноград, фрукты или ягоды, а также мясо и рыба.

Одним из наиболее сбалансированных и полезных продуктов питания является молоко, что обусловлено наличием в нем белка, биологически активных пептидов, конъюгированной линолевой кислоты, омега-3 полиненасыщенных жирных кислот, витамина D, селена и кальция. Они играют ключевую роль в физиологической активности организма человека и действуют путем проявления антимикробной активности, противовоспалительной, противоопухолевой, антиоксидантной, гипохолестеринемической и иммунной стимуляции. Антиоксидантные свойства молока обеспечивают сохранность и безопасность полученных из него продуктов. Вместе с тем вопрос использования молока в питании взрослого населения во многом остается спорным и отмечается тенденция снижения его потребления во многих странах, что способствует возникновению необходимости более детального изучения этой проблемы.

Проведение исследований влияния молочных продуктов на сердечно-сосудистую систему и связи их с ишемической болезнью сердца, гипертонией, инсультами, метаболическим синдромом и диабетом 2 типа, показало, что их потребление демонстрирует либо благоприятные, либо нейтральные результаты [1–3].

Современные исследования в области разработки кисломолочных продуктов направлены на повышение биодоступности компонентов молока, а также использование бактериальных компонентов закваски, повышающих полезные для здоровья свойства. Это положило основу для создания так называемых дизайнерских молочных продуктов, содержащих меньше лактозы, больше белка, модифицированный уровень жирных кислот и желаемые аминокислотные профили, что может быть использовано для предотвращения и лечения некоторых хронических заболеваний [4]. Потребление молочных продуктов, обогащенных жирными кислотами, может снизить концентрацию триацилглицерола, а обогащение их еще и фитостеролами приводит к снижению уровня вредной фракции холестерина, что связывают со снижением кардиометаболического риска [5]. Оценка и обобщение научных данных о влиянии потребления молочных продуктов на здоровье и профилактику различных хронических заболеваний показали, что они могут снизить слабость и риск саркопении, а также уменьшить риск перелома позвоночника. Получены доказательства обратной связи между потреблением молочных продуктов и ишемической болезнью сердца и инфарктом миокарда. Кроме того, потребление молочных продуктов, особенно с низким содержанием жира, связано не только с более низким риском развития диабета 2 типа, но также с более низким риском развития колоректального рака и рака мочевого пузыря [6].

Пищевая и биологическая ценность молока еще больше повышается при его ферментации. Потребительский рынок функциональных продуктов в настоящее время более чем наполовину представлен молочнокислыми продуктами, антагонистическая активность заквасок у которых предотвращает дисбактериоз и интоксикацию организма. Бактериальные закваски, используемые при их приготовлении, фактически являются уникальными пробиотиками, адаптированными к пищеварительному тракту человека [7, 8]. В настоящее время постоянно выявляются новые функциональные свойства молочнокислых бактерий: противогрибковые [9–11], способность накапливать антиоксиданты [12], пептиды [13, 14], фибринолитическая активность [15], а также ряд других, способствующих поддержанию здорового состояния организма [16].

Оздоровительное действие молочнокислых продуктов позволяет нормализовать микрофлору желудочно-кишечного тракта человека с одновременным положительным влиянием на состояние его иммунного статуса.

Пищевые продукты, полученные путем брожения, благодаря наличию в них органических кислот, этанола и бактериоцинов, имеют меньший риск загрязнения. Микробные метаболиты способствуют также появлению новых органолептических показателей, отсутствующих у исходного сырья, и зачастую молочнокислые продукты содержат пробиотические культуры микроорганизмов.

В руководствах по питанию в ряде развитых стран, за редкими исключениями, не делается акцент на полезность использования ферментированных продуктов, и они не включены в категорию полезных, что отражает недооценку выгоды от процесса ферментации. Неоспоримую пользу от употребления йогурта связывают лишь с высоким уровнем кальция улучшенным усвоением лактозы [17].

Ферментированные продукты в настоящее время переживают повторное открытие, что обусловлено новыми достоверными данными об их пользе для здоровья. И если кисломолочные продукты, пиво и вино были предметом интенсивных исследований, ферментированные пищевые продукты на растительной основе, даже при их широком потреблении (квашеная капуста, соленые огурцы, кимчи, чайный гриб, или комбуча), получили меньше научного внимания. Кимчи – популярный гарнир в Корее, представляющий собой продукт кислой ферментации молочнокислыми бактериями, является из них наиболее изученным, и его потребление ассоциируется с многочисленными преимуществами для здоровья, включая профилактику рака и ожирения, снижение уровня холестерина и укрепление иммунной системы [18]. При употреблении пациентами с преддиабетом кимчи способствует снижению резистентности к инсулину и повышению на 33 % толерантности к глюкозе [19]. У кимчи, как и у других маринованных овощей, зарегистрированы антигипертонические свойства и благоприятное влияние на лечение ожирения. Чайный гриб, или комбуча, также является популярным безалкогольным ферментированным напитком. В его приготовлении участвуют все микроорганизмы, характерные для известных ферментированных продуктов: молочнокислые бактерии, уксуснокислые бактерии, грибы и дрожжи. [20]. Широкое разнообразие ферментированных продуктов питания отмечается в африканских странах, что свидетельствует о преимуществах, которые они получили на протяжении многих поколений [21].

Ферментированные продукты питания в течение тысячелетий получали путем самопроизвольного сбраживания, тогда как сегодня многие из них изготавливаются с использованием стартовых заквасок, и процесс их производства стал автоматизированным, более воспроизводимым и надежным. В разных странах и на разных континентах традиционно потреблялись различные виды сброженных продуктов, но благодаря процессам глобализации их популярность растет и потребление расширяется. Особый интерес при этом представляет тот факт, что их потребление может помочь снизить медикаментозную нагрузку при ряде заболеваний. Так предполагается, что побочные эффекты, вызванные препаратами, используемыми при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, могут быть снижены частичной заменой ферментированными продуктами, как известно, обеспечивающими преимущества для управления некоторыми сердечно-сосудистыми факторами риска [22] и даже потенциально улучшающими процесс выздоровления после инфаркта [23]. Их потребление позволяет снизить побочные эффекты применения лекарственных препаратов, в особенности антибиотиков, при лечении ряда заболеваний [24, 25]. Прием молочнокислых бактерий может помочь снизить даже колонизацию верхних дыхательных путей патогенными микроорганизмами [26].

В последние годы все больше отмечается перспективность исследования пищевой ценности и функциональности молочнокислых бактерий для выявления потенциальной пользы для здоровья потребителей [27–29].

Растет осведомленность населения о пользе ферментированных продуктов, таких их свойствах, как противовоспалительное, противоопухолевое, антиоксидантное, улучшение когнитивной функции и здоровья желудочно-кишечного тракта, а также снижение метаболических нарушений. Поскольку диабет является одной из основных угроз для здоровья человека, большое внимание уделяется разработке дополнительных и альтернативных лекарственных средств на основе ферментированных продуктов для улучшения стратегии лечения гипергликемии [30].

Ферментированные продукты питания и напитки обычно определяются как продукты, произведенные микроорганизмами и ферментативными превращениями основных и второстепенных пищевых компонентов. В дополнение к общепризнанным благоприятным последствиям питания для здоровья пищеварительной системы (а именно их значение для баланса кишечной микробиоты), в настоящее время получены убедительные доказательства воздействия ферментированных продуктов питания и напитков (например, йогурта, соленых огурцов, хлеба, кефира, пива, вина) на общее состояние здоровья и функций мозга. Показано, что употребление в пищу активных пробиотиков, содержащихся в ферментированных пищевых продуктах, значительно улучшает баланс кишечной проницаемости и барьерную функцию и отражается на всех аспектах здоровья человека [31].

Процесс микробной ферментации с использованием функциональных микроорганизмов (пробиотиков) превращает пищевые субстраты в более питательные и функционально богатые продукты (пребиотики), которые стимулируют размножение полезных бактерий в кишечнике, и накопление биоактивных компонентов (биогенных веществ). Эти функциональные ингредиенты обладают способностью модифицировать кишечную микробиоту, влиять на транслокацию эндотоксинов и последующую иммунную активацию. Функциональные компоненты, присутствующие в ферментированных продуктах, обладают теоретическим потенциалом воздействия на биологические механизмы, лежащие в основе проявления депрессии и тревоги. Доклинические исследования указывают на преимущества ферментированных пищевых продуктов в ослаблении процессов нарушения функций кишечника, вызывающих депрессии и тревоги у животных. Исследования значимости ферментированной пищи для лечения или предотвращения этих состояний у людей недостаточны и имеют значительные ограничения. Однако установлено, что и у людей психические расстройства, включая депрессию и тревогу, часто сочетаются с проблемами кишечника, что указывает на двунаправленную связь между психическим здоровьем и кишечной функцией. Потенциал модуляции оси микробиом – кишечник – мозг, а затем и восстановление психического здоровья посредством использования функциональных продуктов питания, представляет большой практический интерес [32].

Взаимосвязи между микроорганизмами, обитающими в кишечнике (желудочно-кишечная микробиота) и здоровьем человека уделяется все большее внимание. Появление оси микробиота – кишечник – мозг для описания сложных связей и взаимоотношений между желудочно-кишечной микробиотой и хозяином отражает основное влияние, которое микробная среда может оказывать на здоровье мозга и расстройства центральной нервной системы. Двунаправленная связь между ними происходит через пути вегетативной, нейроэндокринной, кишечной и иммунной систем. Потенциальные нейробиологические механизмы, посредством которых сбои в этой сети могут влиять на здоровье и болезни, включают в себя активацию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси и измененную активность нейротрансмиттерной и иммунной систем.

Интерес к изучению микроорганизмов, населяющих желудочно-кишечный тракт, и их влияние на здоровье и физиологию хозяина, в последние годы резко возрос [33]. Накопленные данные свидетельствуют о том, что измененная связь между микробиотой кишечника и системами организма может способствовать таким патологиям как ожирение, сахарный диабет, воспалительные и аутоиммунные заболевания, а также психоневрологические расстройства, включая аутизм, беспокойство и серьезные депрессивные нарушения. Концептуальное развитие оси микробиом – кишечник – мозг облегчило понимание сложных и двунаправленных сетей между желудочно-кишечной микробиотой и их хозяином, выделив потенциальные механизмы, посредством которых эта среда влияет на физиологию центральной нервной системы.

Описаны экспериментальные и клинические данные, касающиеся средств терапевтической манипуляции с микробиотой кишечника как нового варианта лечения психического здоровья, а также выявлены и обсуждены важные отдельные вопросы этой проблемы [34].

Диабет является одной из основных угроз для здоровья человека. Показано [29], что решающую роль в функциональных свойствах ферментированных продуктов играют методы ферментации и активные микробы, участвующие в них. Сообщается о нескольких исследованиях in vitro и in vivo в отношении свойств ферментированных продуктов, способствующих укреплению здоровья (противовоспалительные, противоопухолевые, антиоксидантные свойства, улучшение когнитивной функции и здоровья желудочно-кишечного тракта, а также снижение наличия метаболических нарушений). Ведутся работы в области разработки дополнительных и альтернативных лекарственных средств улучшения стратегии лечения гипергликемии.

Показано, что здоровый рацион питания, включающий высокое потребление молочных продуктов и особенно йогурта, может защищать от диабета второго типа пожилых людей с высоким сердечно-сосудистым риском [35, 36]. Ферментированные продукты рекомендуются к употреблению лицами с непереносимостью лактозы и пациентами, страдающими атеросклерозом [37]. Показаны возможные преимущества для здоровья ферментированных пищевых продуктов и напитков, включающие профилактику сердечно-сосудистых заболеваний, рака, заболеваний печени, желудочно-кишечного тракта и воспалительных заболеваний кишечника, гипертонии, тромбоза, остеопороза, аллергических реакций и диабета. Кроме того, эффекты ферментированных продуктов включают увеличение синтеза питательных веществ, сокращение ожирения, повышение иммунитета и снижение непереносимости лактозы, а также обладают антивозрастными и терапевтическими свойствами [38].

У ферментированных продуктов все чаще отмечаются свойства, далеко выходящие за пределы сохранности и улучшения органолептических показателей, а польза от их потребления значительно больше, чем сумма воздействия их отдельных микробных, питательных или биологически активных компонентов. Это вызывает интерес к особенностям микроорганизмов, осуществляющих ферментацию, и их метаболитов, попадающих в желудочно-кишечный тракт через продукты питания и напитки. Возникает необходимость дополнительных фундаментальных исследований специфики штаммов, связанных как со способностью к трансформации исходного сырья для получения того или иного ферментированного продукта, так и с их выживанием в организме хозяина и взаимодействием с ним. Исследуются различные типы микробных взаимодействий и описывается роль различных регулирующих их физических, химических, биологических и генетических факторов [39].

Исследования в странах, имеющих свою историю производства ферментированных пищевых продуктов, касаются свойств штаммов, участвующих в ферментации [40]. Было показано, что штамм Lactobacillus plantarum, выделенный из обычной индийской ферментированной пищи, ингибирует рост ряда пищевых патогенов [41]. Пробиотические йогурты и кисломолочные продукты, приготовленные с использованием L. casei/acidophilus, проявляют более высокий антиоксидантный потенциал, чем обычные йогурты и молоко, поскольку протеолиз, осуществляемый ими, высвобождает антиоксидантные пептиды, которые могут участвовать в заявленных защитных эффектах молочных продуктов против некоторых хронических заболеваний [42]. При проведении скрининга молочнокислых бактерий, включая виды, обычно используемые в качестве молочных заквасок, на способность продуцировать новые мощные ингибирующие антигипертензивные пептиды во время ферментации молока, было показано, что наиболее активными в этом плане оказались L. casei ATCC 7469 и культура чайного гриба (72-часовая) [43]. В качестве вспомогательной культуры для производства бифункционального йогурта может быть использован L. casei PRA205, обогащающий его биоактивными пептидами и жизнеспособными клетками, которые приносят пользу для здоровья хозяина в качестве пробиотиков [44, 45].

Вышесказанное открывает широкие возможности для производства функциональных ферментированных продуктов, которые могут быть использованы как диетические при тех или иных заболеваниях человека, так и в отдельных случаях даже заменяющие медикаментозное вмешательство.