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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
Lactobacilos
Nutrientes
Alteración de la
homeostasis del G.I.
Bifidobacterias
Promoción de una respuesta
inmune: rotavirus a nivel local y
sistémico
Balance de la
microbiota
Efecto de
barrera
Efecto
inmunorpomotor y
antitumoral
Fermentación
de prebióticos
Disminución de infecciones
gastrointestinales y prevención
(diarrea)
Bacterias probióticas utilizadas en productos comerciales
Fuente/producto
Cepa
Fuente/producto
Cepa
Chr. Hansen
Lactobacillus acidophilus LA1/LA5
L. delbrueckii ssp. bulgaricus
Lb12
L. paracasei CRL431
Bifidobacterium animalis ssp. lactis Bb12
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
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)
Bacterias pertenecientes a
dos grupos:
Lactobacillus spp
Bifidobacterium spp
(Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
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)
Prebióticos como alimentos funcionales
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
(Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
Tipos y fuentes de prebióticos
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
Al-Sheraji et al., 2013. Journal of Functional Foods 5:1542-1553
Efecto estimulante de probióticos sobre el crecimiento de
bacterias próbióticas
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)-Dglucitol
Bifidobacterium spp.
Promoción de crecimiento
Lactulosa (4-Ο-β-D-galactopiranosil)D-fructosa
Bifidobacterium spp.
Promoción de crecimiento
Evolución del desarrollo de las tecnologías en probióticos y
prebióticos
Probióticos
+
Prebióticos
Simbióticos integrados
Simbióticos
•Sinergia entre el efecto de
pro- y prebióticos en tracto
GI
•Especificidad limitada del
prebiótico por la cepa
probiótica
•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
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
Tipo de prebiótico
Fuentes
Fructo oligosacáridos
Bacterias lácticas del género Leuconostoc
Dextranas
Bacterias lácticas del género Leuconostoc
Búsqueda de probióticos y
prebióticos
Alimentos y bebidas lácteas tradicionales
Bacterias lácticas + levaduras + otros microorganismos
(cultivos mixtos)
Productos comerciales
Origen intestinal humano
cultivos puros
Funcionalidad de bebidas lácteas fermentadas
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.
Ellie Metchnikoff, 1900´s.
Instituto Pasteur, París.
Simultáneamente, Tissier aisló las
bifodobacterias (Lactobacillus bifidus) y
especuló sobre su papel en la salud de
infantes.
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.
Probióticos potenciales detectados/aislados en algunas bebidas tradicionales
fermentadas no destiladas no lácteas
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)
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
La afrenta de Quetzalcóatl
Pulque
Tezcatlipoca
Quetzalcóatl
Oliver G. 2012. Los Dioses ebrios del México
antiguo. De la transgresión a la inmortalidad.
Arqueología Mexicana. 19 (114):26-33
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)
Proceso espontáneo.
Microorganismos naturalmente asociados al aguamiel,
Incorporados durante el proceso de manipulación,
semilla, contenedores.
Producto final:
Bebida alcohólica, ácida y viscosa
Fermentación del pulque: Ambiente naturalmente
enriquecido
Fermentación
alcohólica:
Saccharomyces cerevisiae y
Zymomonas mobilis
PULQUE
Fermentación
Ácida:
Bacterias ácido lácticas y
acéticas
Fermentación
viscosa
(polisacáridos
extrcelulares):
Leuconostoc mesenteroides
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; GarcíaGaribay 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 (SánchezMarroquín 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; RamírezHiguera, 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-(16) con ramificaciones en α-(12) y α-(13).
Fracción soluble y asociada a células de EPSA
Dextrana
Dextrana tipo I con enlaces α-(16) D-Glcp y con pocas ramificaciones en α-(13)
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 (26) con conexiones β-(26) (79 %), y una
dextrana Tipo I (21 %).
Fracción asociada a células de EPSB
Dextrana
Dextrana lineal conformada por D-Glcp en α-(16) con ramificaciones en α-(13).
Producida por una la fracción asociada a células de L. mesenteroides cepa IBT-PQ,
Chellapandian et al., 1986.
EPSA
EPSB
5 000X
LAB del pulque:
Simbióticos integrados
(LAB productora de EPS)
10 000X
25 000X
50 000X
•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 [email protected]
M en B Martha Giles Gómez [email protected]
Efectos benéficos asociados al consumo de probióticos
Supresión de
patógenos
endógenos
Resistencia a la
colonización de
patógenos
Supresión de
patógenos
exógenos
Reducción de
cáncer de
colon
Control de
síndrome de
intestino
irritable
Control de
enfermedades
inflamatorias
intestinales
Disminuye los
síntomas de alergias
a alimentos en
infantes
Balance de la
microbiota
intestinal
Mejora de la
inmunidad
innata
Probióticos
Disminución
de colesterol
en suero
Efectos sobre
diversos procesos
metabólicos
Mejora de la
intolerancia a
lactosa
(Tripathi and Giry, 2014. Journal of Functional Foods 9:225-241)
Tratamiento de
encefalopatía hepática
Reducción de
amonio intestinal
Reducción de infecciones
intestinales por patógenos
exógenos
Resistencia a la colonización
Síntesis de proteínas
bacterianas
Reducción de proteínas y
metabolismo de aminoácidos
Mecanismos propuestos
de la acción de prebióticos
para mejorar la salud humana
Proliferación de
bacterias probióticas
Reducción de infecciones
de oportunistas comensales
Competencia
Fuentes de C y E
selectivas
Reducción de organismos
putrefactivos y patogénicos
Prebióticos
Fermentación
Inhibición
Baja concentración de metabolitos
tóxicos (aminas, indoles,
escatoles, etc)
Sustrato para colonocitos
Diferenciación celular
Incremento en la
solubilidad de minerales
Producción de AGCC
Baja concentración de
enzimas y metabolitos
tóxicos
Butirato
Disminución de pH
intestinal
Reducción formación de
ácidos biliares secundarios
Regulación de la
lipogénesis hepática
Disminución en el reciclaje de
ácidos biliares
Reducción de lípidos y
colesterol en suero
Mejora en la absorción de
minerales
Reducción de riesgo de
cáncer de colon
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)