Postbiyotikler Para probiyotikler

 POSTBİYOTİKLER VE PARA PROBİYOTİKLER

 

Probiyotik Mikroorganizmalar:

Probiyotik mikroorganizmaların en yaygın kabul gören tanımı

“Yeterli miktarda alındığında konakçıya sağlık faydası olan  canlı mikroorganizmalardır. ”(FAO / WHO, 2001). Gastrointestinal mikrobiyota ile bağışıklık sistemi arasındaki olumlu etkileşimleri nedeniyle sağlık yararlarının sağlandığı bildirilmiştir.   Genel olarak, probiyotiklerin faydaları ile ilgili mekanizmalar bilinmemektedir, ancak çok faktörlü olduğuna inanılmaktadır. Genel olarak, probiyotikler tarafından sağlanan yararlı sağlık etkileri etki alanlarına göre üç seviyeye ayrılabilir.

•        Mikrobiyota veya insan bağırsağındaki enzim aktivitesi ile doğrudan etkileşim
• Bağırsak bariyeri fonksiyonunu etkileyen epitel ve bağırsak mukoza tabakası ile doğrudan etkileşim
• Bağışıklık sisteminde, karaciğer ve beyin gibi diğer organlarda olumlu etki .

Başta bakteri ve maya olmak üzere çeşitli mikroorganizmaların, probiyotik özellikler gösterdiği kabul edilmiştir ve bu mikroorganizmalar gıdalarda ve klinik tedavilerde kullanılmaktadır. Genel olarak probiyotikler; 

•        İshal
• Laktoz intoleransı belirtileri,
•   İrritabl bağırsak sendromu,
•    Belirli kanser türlerine karşı,
•     İnsülin direnci,
•   Kolesterolü kontrol etmek,
•   Kan basıncı seviyeleri ve
•    obezite hafifletmek için kullanılmıştır. [1]

Aşağıdaki türlere / türlere ait suşlar dünya çapında yaygın olarak  en fazla incelenen probiyotikler / potansiyel probiyotiklerdir.

 

Postbiyotikler ve Paraprobiyotikler:

Birçok çalışma yararlı  bağırsak bakterisi hücrelerinin bağırsak mikrobiyotasını geliştirmek, rekabetçi bir şekilde mukoza ve epitelyuma yapışmak, epitelyum duvarında bariyer oluşturmak, immün sistemini geliştirmek gibi sağlık üzerine olumlu etkilerini göstermiştir.  Yapılan çalışmalarda bu mekanizmalar açık bir şekilde yaşayan hücrelere dayandırılır. Güncel araştırmalar bu mekanizmanın sağlığı geliştirici etkisinin ve  klinik etkilerinin sadece yaşayan bakteri hücrelerine bağlı olmadığını göstermiştir.  Bu nedenle, fonksiyonel gıdalar alanında fırsat sağlayan bakteriyel canlılığın sağlık yararları için temel bir gereklilik olmadığını ima eden paraprobiyotik ve postbiyotik gibi yeni terimler ortaya çıkmıştır.

“Yaşamayan- probiyotikler” olarak da bilinen paraprobiyotikler, “inaktive probiyotikler ”veya“ hayalet probiyotikler ” olarak da isimlendirilir. Yeterli miktarda uygulandığında tüketicilere fayda sağlayan inaktive edilmiş (canlı olmayan) mikrobiyal hücrelere karşılık gelir. Probiyotiklerin kanıtlanmış sağlık yararlarına rağmen, cansız mikrobiyal hücrelerin probiyotiklere göre güvenlik avantajları olabilir. Örneğin  Bağışıklık sistemi dengesiz veya zayıflamış tüketicilerde, enfeksiyon riskini azaltma, iltihaplı rahatsızlıklara karşı gösterilen direnci arttırma ve immün sistemini geliştirme gibi konularda  probiyotiklere göre avantaj sağlamaktadır. Ayrıca probiyotiklerde bulunan direnç genlerinin, gen transferi gibi yollarla patojen mikroorganizmalara geçmesi gibi riskleri taşımamaktadırlar.

Bakteriyel hücre inaktivasyonları ; 

• ·  fiziksel (mekanik bozulma, ısıl işlem, veya UV ışınlaması, yüksek hidrostatik basınç, dondurarak kurutma, sonikasyon) veya 

• ·       kimyasal (asit deaktivasyon) yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilir,

Bu sayede  mikrobiyal hücre yapılarını veya fizyolojik fonksiyonlarını değiştirebilirken geriye çoğalma yeteneğini kaybetmiş ama sağlığa olumlu etkileri devam eden yapılar kalır.

Öte yandan, postbiyotikler terimi, biyogenik veya basit metabolitler / CFS (hücresiz süpernatanlar) olarak da bilinirler; Bakteriyel, yani canlı bakteriler tarafından salgılanan veya bakteriyel lizizden sonra salınan çözünür faktörleri (ürünler veya metabolik yan ürünler) belirtir. Bu yan ürünler ek biyoaktivite sağlayarak konakçıya fizyolojik faydalar sağlar.

Birçok bakteri suşundan toplanan ve postbiyotik olarak adlandırılan  bu çözünür faktörler;

·       Kısa zincirli yağ asitleri (SCFA'lar),

·       Enzimler,

·       Peptitler,

·       Teikoik asitler,

·       Peptidoglikan türevi

·       Muropeptitler,

·       Endo ve ekzo-polisakkaritler, h

·       Hücre yüzeyi proteinleri,

·       Vitaminler,

·       Plazmalojenler ve

·       Organik asitleri içerirler.

Postbiyotiklerin sağlığa yararlı etki gösteren  mekanizmaları tam olarak aydınlatılmamasına rağmen, bilimsel veriler postbiyotiklerin antimikrobiyal, antioksidan ve immünomodülatör gibi farklı fonksiyonel özelliklere sahip olduğuna dair kanıt sağlanmıştır.

Postbiyotiklerin elde edilmesi ve tanımlanmasında kullanılan yöntemler :

Genel olarak, postbiyotikler hücre bozulması kullanılarak elde edilmiştir.

·       Isı ve enzimatik işlemleri,

·       Çözücü ekstraksiyonunu

·       Sonikasyonu (ses enerjisi uygulaması)

·       Santrifüjleme,

·       Diyaliz

·       Dondurularak kurutma ve

·       Kolon saflaştırma gibi ekstraksiyon yöntemler kullanılmıştır.

Öte yandan postbiyotik tanımlama için farklı analitik yaklaşımlar önerilmiştir. Enstrümantal tekniğin seçimi, analitik hedeflere ve izlenen karakterizasyon türüne (nitel ve / veya nicel) bağlıdır.

•  MALDI-TOF  (matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight)  kütle  spektrometresi

• ·       HPLC ve proton nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (1H NMR) ikili numunelerde tandem kütle spektrometresi ve Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonans kütle spektrometresi ile birleştirilmiş kromatografi
  

• ·       Ultra Performance Sıvı Kromatografisi (UPLC) gibi yüksek hassasiyet ve doğruluk büyük ölçüde tercih edilir. 

• Benzer şekilde, Karbon-13 ve 1H NMR (Nükleer Manyetik Rezonans), kızılötesi ve elektrospreyiyonlaşma kütle spektrometrisi

• ·       İki boyutlu elektroforez (2-DE) ve sıvı kromatografi-kütle spektrometrisi 
•  
• teknikleri kullanılarak bileşenlerin, metabolitlerin tanımlanması , karakterize edilmesi, hücre içi bileşiklerin protein profillerinin tanımlanmasında  kullanılmaktadır.

 Postbiyotik biyoaktivite ve / veya etkileri:

Olguların çoğunda, postbiyotikler Bifidobacterium suşları ve Lactobacillus'tan türetilir; ancak Streptococcus ve Faecalibacterium türlerinin de postbiyotik kaynağı olduğu bildirilmiştir.

Çalışmalar, bağırsak mikrobiyotasının bağışıklık sisteminin gelişimi, patojenlere karşı savunma ve iltihaplanma da dahil olmak üzere gastrointestinal sistemi geniş bir fonksiyon aralığında etkilediğini göstermektedir. Postbiyotik kavramın son zamanlardaki gelişimi ile, esas olarak Lactobacilli suşlarının analizi ile elde edilen artan veriler, bu yararlı etkilerin salgılanmış faktörlere bağlı olabileceğine dair kanıtları desteklemektedir.

• ·       L. plantarum RG11, RG14, RI11, UL4, TL1 ve RS5 suşlarından elde edilen hücresiz  postbiyotikler;  Listeria monocytogenes L-MS, Salmonella enterica S-1000, Escherichia coli E − 30 ve vankomisine dirençli Enterokoklar gibi patojenlere karşı patojenik bakteri inhibitörleri olarak da tanımlanırlar.

 

• ·       Ayrıca spesifik ekzopolisakkaritlerin (EPS) in vitro ve in vivo çalışmalarda antioksidan aktivite gösteren  modeller bildirilmiştir.

 

• ·       Glutatyon  peroksidaz (GPx), Süperoksit dismutaz (SOD), Nikotinamid adenin dinükleotid (NADH) -oksidaz ve NADH-peroksidaz gibi sağlığa yararlı etki gösteren  hücre içi bakteriyel enzimler antioksidan özellikler gösterirler..

 

• ·       Bazı hücre duvarı bileşenleri, lipoteikoik asitler (LTA) ve S-tabakası proteinleri  in vitro immünomodülatör özelliklerle ilişkilendirilmiştir.

 

• ·       Birkaç postbiyotik birden fazla biyoaktivite gösterebilir ve aynı anda birden fazla fizyolojik yolu tetikleyebilir. Örneğin,  LTA ( lipoteikoik asit) gibi bazı hücre duvarı bileşenlerinin, antitümör, antioksidan ve immünomodülatör kapasiteler dahil olmak üzere çeşitli biyoaktiviteler sergilediği bildirilmiştir.

 

• ·       Birkaç Bifidobacterium suşunda plazmalojenler de dahil olmak üzere mikrobiyal membran sterol benzeri bileşikler, (endojen antioksidanlar olarak bilinir)   oksidatif strese direnç sağlamaları da önemlidir.

 

·       Postbiyotikler maya metabolik aktivitesi ile de üretilebilir. Saccharomyces boulardii'den elde edilen kültür süzüntülerinin , in vitro modeller kullanılarak α2β1 integrin kollajen reseptörlerinin aktivasyonu yoluyla yara iyileşme kapasitesini ve epitelyal hücre göçünü iyileştirdiğini bildirmişlerdir.

Postbiyotiklerde bulunan biyoaktif özellikler, bunların diğer biyolojik metabolitlerin  ve canlı mikroorganizmanın birleşik etkisi yoluyla daha iyi spesifik fizyolojik etkiler sağlayarak konakçı sağlığının iyileştirilmesine katkıda bulunabilir. Bu sinerji daha etkili koruyucu niteliklere neden olabilir. [2]

 

Paraprobiyotiklerin elde edilmesi:

Paraprobiyotikler probiyotik mikroorganizmaların çeşitli yöntemlerle inaktivasyonundan elde edilebilir:

·       Termal uygulamalar TT

                               Hücre zarı zarar görür

                               Besin ve iyon kaybı gerçekleşir

                               Ribozomların agregasyonu

                               RNA filamentlerinin kırılması

                               Yaşamsal enzimlerin inaktivasyonu

                               Protein koagülasyonu

 

·       İyonize radyasyon

                   Nükleik asitler zarar görür

 

·       Yüksek basınç HP uygulamaları

                   Hücre membranı zarar görür

                   Protein denaturasyonu

                   Hücre içi ph düşmesi

                   Enzimlerin inaktive olması

                   Ribozom ve nükleik asitlerdeki değişimler

 

·       Ultraviyole ışınları  UV

                               Protein denaturasyonu

                               DNA foto ürünlerinin oluşumu

 

·       Sonikasyon

                  Hücre memran hasarı

                  DNA hasarı

 

·       Darbeli elektrik alan  (PEF)

                   Hücre membran kaybı

  Ohmik ısıtma

                   Hücre membran hasarı

                   Besin ve iyon kaybı

                   DNA filamentlerinin kırılması

                   Esansiyel enzim inaktivasyonu

                   Proteinlerin çökmesi

 

·       Süperkritik CO2,

                   Hücre içi ph nın düşmesi

                   Hücre zarı hasarı

                   Hücre içi metabolizmanın bozulması

                   Elektrolit dengesinin bozulması

 

·       Kurutma

                   Hücre zarı hasarı

                   Protein, nükleik asit ve ribozomların zarar görmesi

 

·       pH değişimleri

                  Hücre Zarı hasarı

                  Protein, nükleik asit ve ribozomlardaki değişimler.

 

 

Paraprobiyotiklerin sağlık üzerine yararları:

 

Literatürde paraprobiyotiklerin tüketimiyle ilişkili sağlık yararları hakkında çeşitli raporlar bulunmaktadır. Paraprobiyotikler:

 

·        İshal, kolit, alkolün neden olduğu karaciğer hastalıkları,

·        Solunum yolu hastalıkları,

·        Bağırsak lezyonları,

·        Viseral ağrı (İç organlar nedeniyle kaynaklanan ağrılar)

·        İnflamasyon tedavi ederler,

·        Bağışıklık sistemini güçlendirip  bağırsak mikrobiyotasını düzenlerler,

·        Laktoz intoleransını azaltıp.

·        Diş çürümelerini,

·        Yaşlanma belirtilerini ve

·        Kanserin büyümesini kontrol altına alırlar. [1]

 

Postbiyotikler ve Paraprobiyotiklerin Gıdalarda kullanımı :

Teknolojik yönler :

Probiyotik bir ürünün geliştirilmesi, bakteri suşlarının büyük ölçekli endüstriyel üretime dayanabilmesi ve tüketime kadar yaşayabilmesi için katı kriterleri karşılanması gerekmektedir.

Ancak, endüstriyel olarak, gıda matrisinin bileşimi ile ilgili birçok faktör;

• ·       Protein, yağ ve karbonhidrat konsantrasyonu,
• ·       Su aktivitesi,
• ·       Doğal antibiyotiklerin varlığı
• ·       İşleme ve saklama koşulları
• ·       Zaman
• ·       Sıcaklık
• ·       Aşılama oranı
• ·       pH
• ·       Oksijen içeriği
• ·       Paketleme malzemeleri

probiyotik hücre canlılığını azaltmaya yol açabilir.

 

Buna karşılık, postbiyotikler ve paraprobiyotikler endüstriyel kullanımlar için daha kararlı ve daha güvenlidir, bu nedenle gıda ürünlerindeki uygulamalar, aynı canlı mikroorganizmalara kıyasla gıda üreticileri için çeşitli teknolojik avantajlar sunabilir.

Süt ve süt ürünleri , yüksek tamponlama kapasitesi ve gastrointestinal sistemden geçiş sırasında probiyotik bakterilere koruma sağlayan süt bileşenleri (yağ globülleri, kazein miselleri ve laktoz) ile ilgili ideal özelliklere sahip olduğu  için probiyotikleri içeren ana matrisler olmuştur.

Süt ürünü olmayan matrisler ve hatta süt ürünlerinin imalatında bazı bileşenlerin eklenmesi, depolama süresi boyunca probiyotik yaşayabilirliği kısıtlayan etmenlerden bazılarıdır. Bunlara örnek olarak ;   

• ·       susuz gıdalar ( hazır çorba, süt tozu, bebek maması)
• ·       yüksek asitli gıdalar (meyve suları, yoğurtlardaki meyve parçaları)
• ·       düşük su aktivitesi 
• ·       düşük pH     verilebilir.

 

Diğer yandan, Paraprobiyotikler ve postbiyotiklerle desteklenen süt ürünleri, probiyotik ürüne kıyasla endüstriyel kullanım ve ticarileştirme açısından daha basit ve kullanışlıdır. Paraprobiyotiklerin ve postbiyotiklerin probiyotik ürünlere göre avantajları aşağıda gösterilmiştir:

·       Gıda matrisi bileşikleriyle veya  raf ömrünü uzatan bileşenler ile çok az etkileşim gösterirler hiç etkileşmezler.

·       Geniş bir pH ve sıcaklık aralığında stabil kalırlar. Bu şekilde  yüksek asitli yiyeceklere / bileşenlere ve termal işlemden önce, işlevselliğinden ödün vermeyecek şekilde eklenmeleri mümkün olur.

·       İşleme sırasında mikrobiyal kontaminasyon olasılığını en aza indirgerler.

·       Ürüne bağlı olarak, paraprobiyotik ve postbiyotik ürünler soğuk zincirin kullanılmasını gerektirmeyebilir, bu da  depolama ve nakliye sırasında gıda üreticisi için büyük bir ekonomik avantaj sağlar  ayrıca bu ürünleri az gelişmiş bölgelere de ulaştırmak mümkün olur.

·       Bir başka büyük avantaj, ürünün, duyusal özelliklerini değiştirmeden uzatılmış raf ömrüne sahip olurlar. Örneğin paraprobiyotik ve postbiyotik içeren yoğurtların fermantasyonu sonrası yüksek asitlenme gibi istenmeyen değişiklikler yoktur.

·       Bu nedenle, süt ürünlerinin üretimi ve ticarileştirilmesi sırasında basitlik ve pratiklik sağlamanın yanı sıra, bu bileşenler aynı zamanda probiyotiklerin hayatta kalması için uygun olmadığı düşünülen gıdalara uygulanmasına izin vererek fonksiyonel ürünler pazarını genişletmektedir.

Bahsedilen avantajlara ek olarak, bazı postbiyotiklerden  ekzopolisakkaritlerin (EPS) kullanımı gibi teknolojik işlevleri nedeniyle gıdalara eklenmiştir. EPS’ ler  nihai ürünün duyusal ve fiziksel-kimyasal özelliklerini olumlu yönde etkileyen, daha iyi doku, stabilite ve daha iyi bir  ağız hissi sağlayan moleküllerdir. [3]

Lactococcus lactis subsp. Lactis  suşu tarafından üretilen Nisin, gıda koruyucu olarak kullanım için onaylanmış tek bakteriyosindir. Nisin kullanılan  gıda ürünlerine örnek olarak konserve çorbalar, taze balık depolamak için üretilen buzlar, bebek mamaları, fırın ürünleri, mayonez ,  süt ürünleri ve  özellikle de peynirler verilebilir.

Hayvan sağlığının iyileştirilmesi, gelecek vaat eden bir diğer uygulama alanıdır, postbiyotiklerin tavukların, piliçlerin ve domuz yavrularının büyüme performansını etkileyebileceği bildirilmiştir.

Piliçlerle ilgili yapılan bir çalışmada;  L. plantarum tarafından üretilen postbiyotiklerle beslenen piliçlerin önemli ölçüde daha yüksek son gövde geliştirdiğini belirledi, ağırlık ve toplam kilo alımı, postbiyotiksiz bazal diyetle beslenen piliçlerden daha fazla olduğu rapor edilmiştir. Postbiyotik takviye uygulandığında  tavukların günlük olarak daha yüksek yumurta üretimi bulmuşlardır.

Postbiyotikler, daha yüksek verimlilik ve daha iyi hayvan sağlığı için yem katkı maddeleri olarak potansiyel katkıda bulunanlar olarak düşünülebilir [1]

 

Probiyotik uygulamanın sınırlamaları göz önüne alındığında, paraprobiyotikler su ürünleri yetiştiriciliğinde balık ve kabuklu deniz hayvanlarının sağlığını iyileştirmek için alternatif strateji oluşturur. Paraprobiyotik kavramı, yüksek omurgalı modellerinde ve ilgili gıda üretim sektörlerinde nispeten kurulmuş olsa da, su ürünleri yetiştiriciliğinde uygulaması hala ilk aşamasındadır. Yapılan çalışmalarda paraprobiyotiklerin deniz ve kabuklu deniz canlılarının immün sistemlerini geliştirerek hastalığa karşı direnç kazandıklarını ortaya koymuştur. [4]

 

KAYNAKLAR

[1] Caroline N. de Almada, Carine N. Almada, Rafael C.R. Martinez. (2016) Paraprobiotics: Evidences on their ability to modify biological responses, inactivation methods and perspectives on their application in foods.  Trends in Food Science & Technology 58 (2016) 96-114

 

[2] J.E. Aguilar-Toalá, R. Garcia-Varela, H.S. Garcia. (2018) Postbiotics: An evolving term within the functional foods field . Trends in Food Science & Technology,  75 (2018) 105-114

[3] C´assia P Barros, Jonas T Guimar˜aes, Erick A Esmerino (2019)  Paraprobiotics, postbiotics and psychobiotics: concepts and potential applications in dairy products. Journal Pre-proof, 1-22

 

[4] Tanmoy G. C.  and Dibyendu K. (2018) Paraprobiotics: an aquaculture perspective. Reviews in Aquaculture (2019) 11, 1258–1270