Biochimica degli alimenti: prebiotici PDF

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Docente Sara Baldelli Lezione Biochimica degli alimenti: prebiotici  Sara Baldelli Che cosa sono i prebiotici Biochimica degli alimenti: prebiotici 2 di 35  Sara Baldelli I prebiotici I prebiotici sono ingredienti non digeribili o assorbibili da parte dell’ospite che stimolano selettivamente lo sviluppo o l’attività di un numero limitato di batteri benefici a livello intestinale. La maggior parte dei prebiotici sono carboidrati, ma la definizione non esclude altre molecole che potrebbero essere utilizzate con lo stesso scopo. Biochimica degli alimenti: prebiotici 3 di 35  Sara Baldelli I prebiotici Lo studio dei prebiotici è iniziato negli anni '90 con lo scopo di fornire nutrienti specifici alla flora batterica intestinale, stimolandone la crescita. Dopo aver appreso le benefiche proprietà dei fermenti lattici vivi ed essersi scontrati con le oggettive difficoltà nel farli sopravvivere alla digestione gastrica, gli studiosi cercarono di fornire all'organismo sostanze nutritive ottimali per stimolare la crescita della microflora benefica. Biochimica degli alimenti: prebiotici 4 di 35  Sara Baldelli I prebiotici Tali studi diedero origine ai prebiotici, sostanze che, secondo l'attuale classificazione, devono avere caratteristiche ben precise, riassumibili nei seguenti punti: 1. devono superare, pressoché indenni, i processi digestivi che avvengono nel primo tratto del tubo digerente (bocca, stomaco e intestino tenue); 2. devono rappresentare un substrato nutritivo fermentabile per la microflora intestinale, in modo da stimolare selettivamente la crescita e/o il metabolismo di una o di alcune specie batteriche ; 3. devono modificare positivamente la flora microbica a favore di quella simbionte (bifidobatteri, lattobacilli); 4. devono indurre effetti luminali o sistemici positivi per la salute umana. Biochimica degli alimenti: prebiotici 5 di 35  Sara Baldelli Prebiotici: funzioni I prebiotici consentono l’aumento non solo del numero di questi batteri benefici ma anche delle loro attività metaboliche attraverso l’apporto di substrato fermentabile: è proprio questo aumentato metabolismo ad essere la chiave centrale dell’effetto dei prebiotici sulla salute dell’ospite. Infatti il principale obiettivo dell’assunzione di prebiotici è l’aumento del numero e dell’attività dei bifidobatteri e dei batteri lattici già presenti nel colon, con una riduzione dei microrganismi putrefattivi o potenzialmente patogeni quali clostridi e enterobacteriacee. Biochimica degli alimenti: prebiotici 6 di 35  Sara Baldelli Prebiotici: funzioni Tutti i prebiotici presenti in commercio sono costituiti da oligo- e polisaccaridi. I carboidrati prebiotici non sono idrolizzati dagli enzimi idrolitici dell’ospite e fungono da fonti di carbonio fermentabili per la microflora saccarolitica del colon. Molti prebiotici sono ottenuti a partire da materie prime vegetali, mentre altri sono prodotti per via enzimatica mediante l’idrolisi di polisaccaridi complessi o la trans-glicosilazione di mono- o disaccaridi. Biochimica degli alimenti: prebiotici 7 di 35  Sara Baldelli Carboidrati prebiotici A tutt’oggi solo 3 ingredienti alimentari possono essere effettivamente considerati prebiotici a pieno titolo: inulina, FOS e galatto-oligosaccaridi. Per la maggior parte degli altri substrati sono disponibili dati scientifici promettenti ma non ancora sufficienti per poterli considerare effettivamente prebiotici. Biochimica degli alimenti: prebiotici 8 di 35  Sara Baldelli Carboidrati prebiotici Biochimica degli alimenti: prebiotici 9 di 35  Sara Baldelli Frutto-oligosaccaridi e inulina I frutto-oligosaccaridi (FOS) e l’inulina sono catene di unità fruttosio legate ad un glucosio terminale (formula generale GFn). Le unità di fruttosio sono legate da legami β-(1→2); il glucosio è legato da un legame α-(1→1) analogo a quello presente nel saccarosio. Dal punto di vista chimico FOS e inulina differiscono esclusivamente per il grado di polimerizzazione (DP). Biochimica degli alimenti: prebiotici 10 di 35  Sara Baldelli Frutto-oligosaccaridi e inulina FOS e inulina sono presenti normalmente nei tessuti di molti vegetali, soprattutto cicoria, carciofo, cipolla, aglio, topinambur. Inoltre i FOS possono essere prodotti a partire dal saccarosio (GF) mediante fruttosiltrasferasi che produce oligomeri di lunghezza crescente, come chestosio (GF2), nistosio (GF3) e fruttosilnistosio (GF4), o mediante l’idrolisi controllata dell’inulina estratta dalla cicoria. Biochimica degli alimenti: prebiotici 11 di 35  Sara Baldelli Frutto-oligosaccaridi e inulina La fermentazione di FOS e inulina a livello intestinale ne richiede la depolimerizzazione, catalizzata dall’enzima β-fruttofuranosidasi (β-Fru) che idrolizza le unità terminali di fruttosio ed agisce come invertasi nei confronti del saccarosio. L’effetto prebiotico dei FOS e dell’inulina è stato ampiamente dimostrato e numerosi studi riportano che la somministrazione di questi carboidrati causa l’aumento del numero dei bifidobatteri in vivo. Biochimica degli alimenti: prebiotici 12 di 35  Sara Baldelli Oligosaccaridi della soia Raffinosio e stachiosio sono gli oligosaccaridi principali di questa categoria di prebiotici. Sono presenti in alte concentrazioni in molti legumi, in particolare nella soia e nei suoi derivati. Biochimica degli alimenti: prebiotici 13 di 35  Sara Baldelli Oligosaccaridi della soia Raffinosio e stachiosio contengono entrambi un’unità di saccarosio legata, mediante legame α-(1→6), rispettivamente ad una o due unità di galattosio. L’idrolisi degli oligosaccaridi della soia richiede quindi l’azione di una α- galattosidasi (α-Gal), per l’idrolisi dei legami α glicosidici, e di una β- fruttofuranosidasi Biochimica degli alimenti: prebiotici 14 di 35  Sara Baldelli Galatto-oligosaccaridi I galatto-oligosaccaridi sono oligomeri di unità di galattosio legati ad un glucosio terminale; il più leggero di questa famiglia di oligosaccaridi è il lattosio, disaccaride di glucosio e galattosio. I legami glicosidici che legano le unità monomeriche sono di tipo β-(1→4). Biochimica degli alimenti: prebiotici 15 di 35  Sara Baldelli Galatto-oligosaccaridi I galatto-oligosaccaridi sono normalmente presenti nel latte materno, ma possono essere prodotti a partire dal lattosio per l’azione dell’enzima β- galattosidasi (β-Gal). La β-Gal idrolizza i β-(1→4) galattosidi, ma si comporta da galattosil-trasferasi in presenza di elevate concentrazioni di lattosio. Biochimica degli alimenti: prebiotici 16 di 35  Sara Baldelli Galatto-oligosaccaridi La reazione enzimatica porta ad una miscela di oligosaccaridi, definiti anche transgalatto-oligosaccaridi (TOS), che presentano un grado di polimerizzazione variabile tra 3 e 6 con un valore medio di 3-4 unità zuccherine. I TOS non sono idrolizzati o assorbiti nell’intestino tenue umano ed è stato osservato che sono rapidamente fermentati nel colon prossimale. Sono utilizzati in particolare dai bifidobatteri ed è stato evidenziato che il loro utilizzo porta alla proliferazione in vivo di questo specifico genere Biochimica degli alimenti: prebiotici 17 di 35  Sara Baldelli Isomalto-oligosaccaridi Gli isomalto-oligosaccaridi (IMOS) sono miscele di oligomeri del glucosio di diverso grado di polimerizzazione e variamente ramificati, i cui membri più semplici sono isomaltosio e panosio. Sono caratterizzati da legami α-(1→4) e α-(1→6) glicosidici e sono prodotti attraverso l’idrolisi enzimatica dell’amido o la sintesi mediante destransucrasi a partire dal saccarosio. Poiché stimolano la proliferazione di bifidobatteri e lattobacilli nel colon stanno trovando crescente applicazione come prebiotici Biochimica degli alimenti: prebiotici 18 di 35  Sara Baldelli 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, un polisaccaride di origine vegetale e stanno trovando crescente applicazione come prebiotici Ci sono pochissime evidenze scientifiche sull’utilizzo dello xilano come prebiotico, probabilmente per l’incapacità di esprimere enzimi in grado di idrolizzare tali catene Biochimica degli alimenti: prebiotici 19 di 35  Sara Baldelli Lattosaccarosio, lattulosio, lattitolo Lattosaccarosio, lattulosio e lattitolo sono oligosaccaridi semisintetici prodotti per via enzimatica. Sono resistenti alla digestione nel tratto gastrointestinale superiore, ma sono facilmente idrolizzati da un numero limitato di batteri intestinali. Gli effetti sono un aumento nel numero di Bifidobacterium, Lactobacillus e Streptococcus e una diminuzione della popolazione di Bacteroides, Clostridium, coliformi e Eubacterium Biochimica degli alimenti: prebiotici 20 di 35  Sara Baldelli Effetti dei prebiotici sulla salute umana I prebiotici esercitano numerose funzioni benefiche per l'organismo umano: 1. Diminuzione del pH fecale con acidificazione del contenuto intestinale La fermentazione di prebiotici ad opera della microflora intestinale origina acido lattico e acidi carbossilici a corta catena che, in virtù della loro acidità, creano condizioni ambientali favorevoli per la crescita dei simbionti (Bifidobatteri, Lactobacillus Acidophilus) ed ostili per lo sviluppo di microrganismi patogeni. Biochimica degli alimenti: prebiotici 21 di 35  Sara Baldelli Effetti dei prebiotici sulla salute umana Si assiste, di conseguenza, ad una diminuzione della flora "nemica" e dei suoi metaboliti tossici che, quando presenti in concentrazioni eccessive, favoriscono l'infiammazione della mucosa e ne alterano la permeabilità, con ripercussioni negative sulla salute dell'intero organismo. Tra di esse ricordiamo l'ammoniaca (tossica per il cervello), le ammine biogene (altamente tossiche), le nitrosamine (epato-cancerogene) e gli acidi biliari secondari (potenti promotori del cancro del colon). Biochimica degli alimenti: prebiotici 22 di 35  Sara Baldelli Effetti dei prebiotici sulla salute umana Agli acidi grassi a corta catena prodotti dalla fermentazione dei prebiotici vengono attribuite anche funzioni protettive contro le malattie infiammatorie intestinali. L'acido butirrico sembrerebbe avere un effetto preventivo sullo sviluppo del cancro al colon; inoltre i FOS migliorano la biodisponibilità degli isoflavoni presenti nei legumi (sostanze a cui sono ascritti effetti protettivi verso diversi tipi di cancro, come quello alla mammella e quello alla prostata). Biochimica degli alimenti: prebiotici 23 di 35  Sara Baldelli Trofismo della mucosa e proliferazione cellulare 2. Gli acidi grassi a corta catena (in special modo il butirrico), oltre a ridurre la proliferazione di patogeni e ad avere proprietà antiputrefattive, sono un ottimo nutrimento per le cellule della mucosa del colon e contribuiscono a migliorarne trofismo ed efficacia. Tutto ciò si traduce in un migliore assorbimento delle sostanze nutritive a discapito di quelle tossiche. Biochimica degli alimenti: prebiotici 24 di 35  Sara Baldelli Aumento della biodisponibilità di minerali 3. I prebiotici facilitano indirettamente l'assorbimento di acqua e di alcuni minerali in forma ionizzata, in particolare Calcio e Magnesio. Biochimica degli alimenti: prebiotici 25 di 35  Sara Baldelli Azione ipocolesterolemizzante In alcuni studi i prebiotici si sono dimostrati utili nel ridurre la concentrazione plasmatica di colesterolo e, in misura minore, di trigliceridi. Probabilmente, come spesso accade quando si parla di colesterolo, l'efficacia di queste sostanze dipende dal tipo di alimentazione del soggetto: quanto più questa è ricca di grassi saturi e di colesterolo e tanto maggiore sono gli effetti dei prebiotici. Biochimica degli alimenti: prebiotici 26 di 35  Sara Baldelli Dosi d’assunzione Le dosi di assunzione consigliate dei due prebiotici più conosciuti e studiati (FOS e inulina) variano generalmente dai 2 ai 10 grammi al giorno. Solo se assunti a dosi elevate possono causare lievi disturbi gastrointestinali come flatulenza, meteorismo e diarrea; per evitare questi disturbi, si consiglia di incrementare gradualmente la dose di assunzione, fino a raggiungere quella di regime nell'arco di qualche settimana. Biochimica degli alimenti: prebiotici 27 di 35  Sara Baldelli Dosi d’assunzione I complementi dietetici prebiotici sono particolarmente indicati per chi segue una dieta povera di frutta e verdura, deve riprendersi da una terapia antibiotica o soffre di disordini gastrointestinali (in questo caso è bene parlarne prima con il proprio medico curante in quanto, a seconda dei casi, i prebiotici potrebbero avere effetti opposti a quelli sperati). Biochimica degli alimenti: prebiotici 28 di 35  Sara Baldelli Studi scientifici Biochimica degli alimenti: prebiotici 29 di 35  Sara Baldelli Studi scientifici Biochimica degli alimenti: prebiotici 30 di 35  Sara Baldelli Studi scientifici L'assunzione di prebiotici attraverso la dieta costituisce un fattore importante, soprattutto nell'ambito di una dieta sana, variata ed equilibrata, ma occorre molta cautela nell'attribuire loro un'efficacia terapeutica o preventiva sia sulla funzionalità intestinale o extra intestinale ad esempio nei confronti di forme allergiche o di alcuni tumori intestinali poiché ancora mancano conferme da parte di studi scientifici. È certo, invece, che l'utilizzo di alimenti o integratori contenenti prebiotici è controindicato in caso di sindrome dell'intestino irritabile, di terapie radianti sul tratto gastrointestinale e di intolleranza al lattosio. Biochimica degli alimenti: prebiotici 31 di 35  Sara Baldelli Differenza prebiotico-probiotico Il termine ‘probiotico’ deriva dal greco "pro-bios" che significa ‘a favore della vita’. E già nel nome vi è una prima indicazione poiché i probiotici sono microrganismi (soprattutto batteri) viventi e attivi, contenuti in determinati alimenti o integratori ed in numero sufficiente per esercitare un effetto positivo sulla salute dell’organismo, rafforzando in particolare l'ecosistema intestinale. Biochimica degli alimenti: prebiotici 32 di 35  Sara Baldelli Probiotici I probiotici sono aggiunti specificatamente agli alimenti, e non vanno confusi con i fermenti lattici o i batteri che sono contenuti nello yogurt i quali sono anch’essi vivi ma non vitali, ossia non hanno la capacità di riprodursi nell’intestino, svolgendo funzioni altrettanto importanti per l’organismo ma diverse da quelle dei probiotici. Biochimica degli alimenti: prebiotici 33 di 35  Sara Baldelli Simbiotici I simbiotici infine sono un mix tra probiotici e prebiotici, la cui azione sulla salute è sinergica e per questo definita simbiotica. Hanno capacità di migliorare da un lato la sopravvivenza degli organismi probiotici e dall’altro di favorire la formazione di un substrato specifico alla flora batterica intestinale già residente. Tra le potenzialità riconosciute ai simbiotici vi è il miglioramento dell’intolleranza al lattosio e di assorbimento di alcuni minerali (calcio, ferro e magnesio), ma anche la capacità di svolgere una azione normalizzante sulla funzionalità intestinale (motilità, assorbimento, secrezione), e protettiva contro infiammazioni e infezioni a carico dell’intestino, in particolare nelle forme diarroiche. Biochimica degli alimenti: prebiotici 34 di 35  Sara Baldelli Conclusioni In questa lezione abbiamo trattato di: Cosa sono i prebiotici; Funzioni e classificazione; Effetti dei prebiotici sulla salute umana; Dosi d’assunzione; Probiotici; Simbiotici Biochimica degli alimenti: prebiotici 35 di 35