Zastosowanie egzopolisacharydów syntetyzowanych przez Lactococcus lactis

Streszczenie

Lactococcus lactis należą do grupy bakterii kwasu mlekowego (LAB). Najbardziej charakterystyczną cechą tych mikroorganizmów jest wytwarzanie kwasu mlekowego, jako głównego produkt metabolizm węglowodanów. Lactococcus lactis są wykorzystywane do produkcji żywności fermentowanej, głównie dzięki dodatkowej zdolności do wytwarzania inhibitorów wzrostu bakterii chorobotwórczych oraz egzopolisacharydów (EPS). Egzopolisacharydy nie są wykorzystywane przez bakterie jako źródło węgla. Stanowią barierę ochronną przeciwko czynnikom środowiska zewnętrznego takim jak: fagocytoza, stres osmotyczny, susza, antybiotyki, toksyny, atak fagów. Mają duże znaczenie w tworzeniu biofilmów. EPS, uwalniane przez Lactococcus lactis w warunkach in situ, uważane są za naturalne zagęszczacze. Biopolimery te pełnią role stabilizatorów. W wyniku wiązania wody poprawiają teksturę, co prowadzi do zwiększenia lepkości końcowego produktu i ma duże znaczenie w produkcji fermentowanych produktów mlecznych: deserów, jogurtów, serów. Niektóre z EPS, ze względu na działanie immunostymulujące oraz przeciwnowotworowe, posiadają także właściwości prebiotyczne i prozdrowotne. Celem pracy jest przegląd aktualnie dostępnej literatury na temat biosyntezy oraz właściwości egzopolisacharydów u bakterii fermentacji mlekowej, w zakresie technologicznym, zdrowotnym i biologicznym.

Wstęp

W ostatnim czasie odnotowano znaczny wzrost świadomości konsumentów na temat wpływu odżywiania na prawidłowe funkcjonowanie organizmu (GORYŃSKA – GOLDMANN I RATAJCZAK, 2010). Na poszerzenie wiedzy w tym zakresie wpływa głównie rozwój gospodarczy oraz dynamiczny wzrost zachorowalności na choroby cywilizacyjne, takie jak: cukrzyca czy nadwaga. Jako przyczyny tych schorzeń można wymienić nieprawidłową dietę oraz wysoką zawartość substancji słodzących, sztucznych zagęszczaczy i stabilizatorów smaku w produktach spożywczych wytwarzanych na skalę masową (SZYMOCHA I IN., 2009). Coraz częściej stosuje się mniej szkodliwe i mniej kaloryczne zamienniki wyżej wymienionych substancji, takie jak egzopolisacharydy (ang. exopolisaccharides, EPS) syntetyzowane przez bakterie fermentacji mlekowej z rodzaju Lactococcus lactis. Egzopolisacharydy to wielocukry słabo związane lub niezwiązane ze ścianą komórkową, wydzielane do podłoża lub akumulowane na powierzchni komórki w formie śluzu. Badania rozpoczęte w połowie XIX wieku nad właściwościami EPS wykazały, że poprawiają one jakość żywności oraz zdrowie człowieka. Bardzo ważna jest również ich rola fizjologiczna, ponieważ zaliczane są do metabolitów wtórnych pozwalających na adaptacje mikroorganizmów do warunków panujących w środowisk (SAMASZKO – FIERTEK I IN., 2016).

Charakterystyka Egzopolisacharydów

Egzopolisacharydy (ang. extracellular polymeric substances) to długołańcuchowe, liniowe lub rozgałęzione biopolimery. Ich masa molekularna mieści się w zakresie 100 – 300 kDa. Zbudowane są z powtarzających się jednostek cukrowych, połączonych wiązaniami α- i β-glikozydowymi (WELMAN I IN., 2011).

Bakteryjne EPS mogą występować w formie otoczki (ang. capsular exopolysaccharide – CPS), która jest przyłączona do powierzchni komórki za pomocą wiązań kowalencyjnych, w postaci śluzu bezpośrednio wydzielanego do środowiska zewnętrznego lub osłonki luźno związanej z powierzchnią komórki (ang. slime exopolysaccharide) (NOWODO I IN., 2012).

W skład zewnątrzkomórkowych polisacharydów wchodzą głównie cukry obojętne, takie jak: pentozy (D-arbinoza, D-ryboza; heksozy: D-glukoza, D-galaktoza, D-mannoza) oraz ich pochodne (aminocukry: N-acetylo-D-galaktozaminy, N-acetylo-D-galukozoaminy; kwasy uronowe (D-galakturonian, D-glukuronian). Poza tym cząsteczki EPS, mogą w swojej budowie posiadać niecukrowe związki organiczne (np.: grupy O-acetylowe, glicerylowe, hydroksybutylowe, pirogronianowe, propionylowe, sukcynylowe) oraz nieorganiczne

(np. grupy fosforanowe lub siarczanowe) (POLI, 2010).

Egzopolisacharydy wydzielane przez Lactococcus lactis odgrywają ważną role w przemyśle spożywczym, ponieważ wpływają na właściwości organoleptyczne licznych produktów spożywczych. Wykorzystywane są jako substancje poprawiające strukturę, lepkość oraz ogólną konsystencję wielu produktów. Pełnią rolę środków słodzących oraz pochłaniających nadmierną ilość wody. Najczęściej stosowane są w przemyśle mleczarskim przy wyrobie mlecznych produktów fermentowanych, takich jak: jogurty, sery, śmietany, desery mleczne (MOLLET I DUBOC, 2001). Wykazano także korzystny wpływ egzopolisacharydów na zdrowie człowieka. Poprawiają perystaltykę jelit, mają właściwości immunomodulujące, obniżają ciśnienie krwi, poziom cholesterolu, wykazują działanie przeciwnowotworowe. Ponadto, związki te, chronią laktokokki przed fagami, toksynami i innymi niekorzystnymi warunkami środowiska zewnętrznego (WELMAN, 2015).

Właściwości reologiczne egzopolisacharydów są warunkowane składem poszczególnych monosacharydów, typem wiązań, stopniem rozgałęzienia oraz masą cząsteczkową. Właściwości oraz ilość produkowanych egzopolisacharydów zależą również od warunków hodowli szczepu, czyli: pH, temperatury, ciśnienia tlenu oraz czasu inkubacji (PATEL I IN., 2012).

Egzopolisacharydy ze względu na skład cukrowy dzielimy na dwie grupy: