Biochimica alimentare: introduzione ai prebiotici

• Il docente è Sara Baldelli.
• L'argomento della lezione è la biochimica degli alimenti, con particolare attenzione ai prebiotici.

Cosa sono i Prebiotici

• Un prebiotico è una sostanza alimentare che, non essendo assorbita dall'organismo, viene utilizzata dalla flora intestinale.
• I prebiotici sono stati identificati per la prima volta nel 1993 da Marcel Roberfoid.
• La maggior parte dei prebiotici sono carboidrati, specialmente oligosaccaridi.
• Il latte umano contiene elevate concentrazioni di oligosaccaridi (HMO, 12-15 g/l), mentre il latte artificiale ne contiene solo tracce.
• I prebiotici sono ingredienti non digeribili o assorbibili che stimolano lo sviluppo o l'attività di batteri benefici nell'intestino.
• Lo studio dei prebiotici è iniziato negli anni '90 per nutrire specificamente la flora batterica intestinale, stimolandone la crescita.
• Lo scopo è fornire sostanze nutritive per stimolare la crescita della microflora benefica, dopo aver riscontrato difficoltà nel far sopravvivere i fermenti lattici durante la digestione gastrica.
• Attualmente, i prebiotici sono sostanze che devono avere caratteristiche precise:
  • Sopravvivere ai processi digestivi nel tratto superiore del tubo digerente.
  • Essere un substrato fermentabile per la microflora intestinale, stimolando la crescita e/o il metabolismo di specie batteriche specifiche.
  • Modificare positivamente la flora microbica a favore di quella simbionte (bifidobatteri, lattobacilli).
  • Indurre effetti positivi luminali o sistemici per la salute umana.

Funzioni dei Prebiotici

• Promuovono l'aumento del numero e dell'attività metabolica dei batteri benefici.
• Sono la chiave centrale per la salute dell'ospite.
• L'assunzione di prebiotici mira ad aumentare il numero e l'attività di bifidobatteri e batteri lattici nel colon.
• Riducono i microrganismi putrefattivi o patogeni come clostridi ed enterobacteriacee.
• Tutti i prebiotici commerciali sono oligo- e polisaccaridi.
• I carboidrati prebiotici non vengono idrolizzati dagli enzimi umani e fungono da fonte di carbonio fermentabile per la microflora del colon.
• Molti prebiotici derivano da materie prime vegetali o sono prodotti enzimaticamente tramite idrolisi di polisaccaridi complessi o trans-glicosilazione di mono- o disaccaridi.
• Solo tre ingredienti alimentari sono considerati prebiotici a pieno titolo: inulina, FOS (frutto-oligosaccaridi) e galatto-oligosaccaridi.

Carboidrati Prebiotici

• Oligosaccaridi dal latte materno (HMO)
• Oligosaccaridi (FOS, inulina, GOS, MOS, XOS)
• Fibre alimentari fermentabili.
• Fenoli
• Composti vegetali biologicamente attivi
• PUFA
• CLA
• HMO: Human milk oligosaccharides
• FOS: frutto-oligosaccaridi
• GOS: galatto-oligosaccaridi
• MOS: mannano-oligosaccaridi
• XOS: xilo-oligosaccaridi
• PUFA: acidi grassi poli-insaturi (poly-unsaturated fatty acids)
• CLA: acido linoleico coniugato.

Frutto-oligosaccaridi e Inulina

• Sono catene di unità fruttosio legate ad un glucosio terminale (formula generale GFn).
• Le unità di fruttosio sono legate da legami ẞ-(1→2), il glucosio da legami α-(1→1) simili a quelli del saccarosio.
• FOS e inulina differiscono esclusivamente per il grado di polimerizzazione (DP).
• Sono presenti nei tessuti vegetali, soprattutto in cicoria, carciofo, cipolla, aglio e topinambur.
• Possono essere prodotti dal saccarosio (GF) tramite fruttosiltrasferasi, producendo oligomeri come chestosio (GF2), nistosio (GF3) e fruttosilnistosio (GF4).
• Possono essere ottenuti mediante idrolisi controllata dell'inulina estratta dalla cicoria.
• La fermentazione intestinale richiede la depolimerizzazione catalizzata dalla B-fruttofuranosidasi.
• L'enzima idrolizza le unità terminali di fruttosio e agisce come invertasi sul saccarosio.
• L'effetto prebiotico di FOS e inulina è ampiamente dimostrato e aumenta il numero dei bifidobatteri in vivo.

Oligosaccaridi della Soia

• Raffinosio e stachiosio sono i principali oligosaccaridi prebiotici di questa categoria.
• Sono presenti in concentrazioni elevate in molti legumi, soprattutto nella soia e nei suoi derivati.
• Entrambi contengono un'unità di saccarosio legata, mediante legame α-(1→6), rispettivamente ad una o due unità di galattosio.
• L'idrolisi richiede l'azione di α-galattosidasi (α-Gal) per i legami α glicosidici e di β-fruttofuranosidasi.

Galatto-oligosaccaridi

• Sono oligomeri di unità di galattosio legate ad un glucosio terminale.
• Il più leggero è il lattosio.
• I legami glicosidici che legano le unità monomeriche sono di tipo β-(1- 4).
• Sono presenti nel latte materno e possono essere prodotti dal lattosio tramite l'enzima β-galattosidasi (β-Gal).
• La β-Gal idrolizza i β-(1→4) galattosidi, ma agisce come galattosil-transferasi in presenza di alte concentrazioni di lattosio.
• La reazione enzimatica produce una miscela di oligosaccaridi, definiti transgalatto-oligosaccaridi (TOS), con un grado di polimerizzazione tra 3 e 6 (valore medio 3-4).
• I TOS non sono idrolizzati o assorbiti nell'intestino tenue e sono fermentati rapidamente nel colon prossimale.
• Particolarmente adatti all'utilizzo da parte dei bifidobatteri, il cui utilizzo porta alla proliferazione in vivo.

Isomalto-oligosaccaridi

• Gli isomalto-oligosaccaridi (IMOS) sono miscele di oligomeri del glucosio con diverso grado di polimerizzazione e ramificazione.
• I membri più semplici sono l'isomaltosio e il panosio.
• Sono caratterizzati da legami α-(1→4) e α-(1→6) glicosidici e sono prodotti tramite idrolisi enzimatica dell'amido o sintesi da saccarosio.
• Stimolano la proliferazione di bifidobatteri e lattobacilli nel colon, trovando applicazione come prebiotici.

Xilo-oligosaccaridi e Xilano

• Gli xilo-oligosaccaridi (XOS) sono formati da 2-6 unità monomeriche di xilosio legate da legami β(1→4).
• Gli XOS vengono idrolizzati a singole unità di xilosio dalle β-xilosidasi.
• Gli XOS sono prodotti per idrolisi dello xilano, polisaccaride vegetale, e trovano applicazione come prebiotici.
• Ci sono poche evidenze scientifiche sull'utilizzo dello xilano come prebiotico, probabilmente per l'incapacità di esprimere gli enzimi per idrolizzare tali catene.

Lattosaccarosio, Lattulosio, Lattitolo

• Sono oligosaccaridi semisintetici prodotti per via enzimatica.
• Resistenti alla digestione nel tratto gastrointestinale superiore, ma facilmente idrolizzati da un numero limitato di batteri intestinali.
• Aumentano il numero di Bifidobacterium, Lactobacillus e Streptococcus.
• Hanno una diminuzione della popolazione di Bacteroides, Clostridium, coliformi e Eubacterium.

Effetti dei Prebiotici sulla Salute Umana:

• Diminuzione del pH fecale con acidificazione del contenuto intestinale.
• Fermentazione di prebiotici da parte della microflora intestinale che produce acido lattico e acidi carbossilici a corta catena.
• In virtù della loro acidità, creano condizioni ambientali adatte alla crescita dei simbionti (Bifidobatteri, Lactobacillus Acidophilus) ed ostili ai microrganismi patogeni.
• Si osserva una diminuzione della flora "nemica" e dei suoi metaboliti tossici che, se eccessivi, causano infiammazione della mucosa e alterazione della permeabilità.
• Si riducono ammoniaca, ammine biogene, nitrosamine e acidi biliari secondari.
• Gli acidi grassi a corta catena proteggono dalle malattie infiammatorie intestinali.
• L'acido butirrico previene il cancro al colon. I - FOS migliorano la biodisponibilità degli isoflavoni nei legumi, con effetti protettivi verso cancro alla mammella e alla prostata.
• Gli acidi grassi a corta catena (butirrico) riducono la proliferazione di patogeni e sono nutrimento per le cellule della mucosa del colon.
• Migliorano il trofismo e l'efficacia della mucosa.
• Traduzione in un miglior assorbimento delle sostanze nutritive e riduzione delle tossine.
• Facilitano l'assorbimento di acqua e minerali ionizzati, come calcio e magnesio.
• Riducono la concentrazione plasmatica di colesterolo e, in misura minore, dei trigliceridi.
• L'efficacia dipende dal tipo di alimentazione, maggiore se ricca di grassi saturi e colesterolo.

Dosi d'Assunzione:

• Le dosi raccomandate per FOS e inulina variano da 2 a 10 grammi al giorno.
• Dosi elevate possono causare disturbi gastrointestinali (flatulenza, meteorismo, diarrea).
• Si consiglia di incrementare gradualmente la dose.
• I complementi dietetici prebiotici sono indicati per chi segue una dieta povera di frutta e verdura, deve riprendersi da una terapia antibiotica o soffre di disordini gastrointestinali.

Studi Scientifici:

• Studi sui prebiotici sono stati condotti su modelli murini per la vaccinazione antinfluenzale, l'asma allergico e l'allergia alle proteine del latte vaccino.
• La supplementazione con scGOS, IcFOS e pAOS induce una risposta Th1 pronunciata e aumenta la produzione di IgA secretorie nella mucosa intestinale.
• L'impiego di prebiotici prima e durante la sensibilizzazione alla caseina riduce la risposta allergica, con un importante effetto immunomodulatore sulle mucose.
• Latti in formula con scGOS e IcFOS portano a un microbiota simile ai lattanti allattati al seno, con elevata presenza di Bifidobacteria e Lactobacilli.
• Latti con pAOS o senza scGOS+IcFOS non migliorano pianto, vomito e rigurgiti rispetto al placebo.
• L'assunzione di prebiotici attraverso la dieta è importante, soprattutto in una dieta sana ed equilibrata, ma l'efficacia terapeutica o preventiva è ancora in fase di studio. È certo che l'utilizzo di prebiotici è controindicato in caso di sindrome dell'intestino irritabile, terapie radianti sul tratto gastrointestinale e intolleranza al lattosio.

Differenza tra Prebiotici e Probiotici:

• Il termine ‘probiotico' deriva dal greco "pro-bios" che significa 'a favore della vita'.
• I probiotici sono microrganismi (soprattutto batteri) viventi e attivi, in alimenti o integratori, che esercitano un effetto positivo sulla salute dell'organismo, rafforzando l'ecosistema intestinale.
• I probiotici sono aggiunti specificatamente agli alimenti e non vanno confusi con i fermenti lattici o i batteri dello yogurt.
• Anche se lo yogurt contiene dei batteri, questi non hanno la capacità di riprodursi nell'intestino, svolgendo funzioni ma diverse da quelle dei probiotici.

Simbiotici:

• Combinazione di probiotici e prebiotici con azione sinergica sulla salute.

• Migliorano la sopravvivenza dei probiotici e favoriscono la formazione di substrato specifico per la flora batterica intestinale.

• Migliorano l'intolleranza al lattosio, l'assorbimento di alcuni minerali (calcio, ferro e magnesio).

• Normalizzano la funzionalità intestinale (motilità, assorbimento, secrezione).

• Hanno un’azione protettiva contro le infiammazioni e infezioni a carico dell'intestino, soprattutto nelle forme diarroiche.

• Argomenti trattati: cosa sono i prebiotici, funzioni e classificazione, effetti sulla salute umana, dosi d'assunzione, probiotici e simbiotici.