Повышение уровня витамина B12 в зерновых материалах с помощью пропионовокислых бактерий
Более простой способ стать вегетарианцем: витамин В12 может вырабатываться во время брожения теста
Повышение уровня витамина B 12 в зерновых материалах in situ путем ферментации с помощью пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii
Примечание редактора: Данная новость была опубликована 4 августа 2020 г. по материалам, предоставленным Хельсинкским университетом, а именно докторантом Чонг Се (Chong Xie). Материал предоставлен на основе его докторской диссертации. На самом деле это давно не новость, т.к. речь пойдет о возможности получения зерновых продуктов (в т.ч., хлеба), обогащенных витамином В12 с помощью использования молочных пропионовокислых бактерий P. freudenreichii. Напомним, подобный прием давно был реализован на практике российскими специалистами (см.: Влияние пробиотических микроорганизмов на качество хлебобулочных изделий ). Тем не менее такие работы заслуживают внимания.
Зерновые продукты, ферментированные молочными пропионовокислыми бактериями Propionibacterium freudenreichii, содержат достаточно витамина B12, чтобы быть питательными. По данным Чонг Се добавление Lactobacillus brevis в процессе ферментации позволяет получить такой продукт, который может гарантировать всем веганам достаточное и безопасное потребление витамина B12 непосредственно из зерновой пищи, без таблеток (стоит отметить, что витамин В12 термоустойчив, и значительная его часть сохраняется после термообработки зерновых продуктов , например, при выпекании хлеба – ред.).
Витамин B12 является важным микронутриентом, который необходим для таких функций, как поддержание нервной системы и формирование клеток крови. Однако B12 в основном содержится в продуктах питания животного происхождения. Поэтому те, кто потребляет лишь небольшое количество продуктов животного происхождения или являются веганами, должны принимать B12 в форме таблеток или есть пищу, в которую был добавлен B12 промышленного производства.
«Обогащение B12 in situ посредством ферментации могло бы быть более рентабельной альтернативой. И как обычно потребляемый основной продукт питания, зерно является отличным средством для обогащения микроэлементами», — объясняет Чонг Се (Chong Xie) из факультета сельского и лесного хозяйства Хельсинкского университета о предыстории своей докторской диссертации.
Чонг Се использовал 11 различных зерновых материалов и ферментировал их с помощью Propionibacterium freudenreichii — единственного продуцирующего B12 микроорганизма, приемлемого для пищевых продуктов.
Propionibacterium freudenreichii, основной микроб, содержащийся в сыре Эмменталь, вырабатывает значительное количество витамина B12 в большинстве ферментированных зерновых материалов. Во время трехдневного процесса ферментации рисовые и гречневые отруби имели самое высокое производство B12. Дополнительное добавление Lactobacillus brevis позволило доминировать над местными микробами во время брожения и значительно повысило микробную безопасность в процессе ферментации.
Примечание редактора: Также как и в ранее упомянутом российском способе обогащения хлебобулочных изделий витамином В12 (где кроме Propionibacterium freudenreichii использовали Bifidobacterium longum ), в данной работе использовалась дополнительная культура молочнокислой бактерии L. brevis. Бифидобактерии и лактобациллы продуцируют молочную кислоту , что имеет значение как в антибиотическом (против посторонней флоры), так и в энергетическом действии лактата (для пропионибактерий со слабой энергией роста). Таким образом, клетчатка ( пищевые волокна ) зерновых наряду с лактатом оказывают рост-стимулирующее действие на P. freudenreichii, тем самым способствуя большему накоплению В12 в тестовой заготовке (полуфабрикате), количество которого коррелирует с наращиванием биомассы клеток P. freudenreichii в процессе ферментации, при этом повышается микробиологическая безопасность и срок хранения готового продукта.
Более подробно о результатах работы можно ознакомиться ниже из текста резюме к диссертации докторанта Чонг Се:
Витамин B12 — это микронутриент, который преимущественно присутствует в продуктах питания животного происхождения. Следовательно, разработка продуктов питания растительного происхождения с соответствующим питательным содержанием витамина B12 может увеличить потребление этого витамина с пищей среди людей с ограниченным потреблением продуктов животного происхождения. Поскольку его химический синтез слишком сложен и дорог, коммерческий витамин B12, используемый для обогащения пищевых продуктов, производится исключительно с помощью биотехнологического процесса. По сравнению с обогащением этой коммерческой формой витамина B12, обогащение на месте путем ферментации может быть более рентабельной альтернативой. Зерновые, как основной продукт питания, являются отличным средством обогащения питательными микроэлементами. Propionibacterium freudenreichii — единственный пищевой микроорганизм, способный вырабатывать витамин B12. Поскольку P. freudenreichii имеет низкую скорость роста и чувствителен к кислотным условиям, до сих пор для получения высокого содержания витамина В12 в основном использовались стерилизованные зерновые материалы. Однако процесс стерилизации изменяет технологические свойства зернового сырья, снижая целесообразность этого процесса. Настоящая диссертация посвящена обогащению in situ витамина В12 в нативных зерновых материалах путем ферментации с помощью P. freudenreichii.
Это исследование показало, что ферментация пшеничной муки, цельнозерновой муки и пшеничных отрубей с P. freudenreichii приводила к физиологически значимому уровню витамина В12 (до 155 нг / г сухого веса) через 7 дней. Цельнозерновая пшеничная мука и пшеничные отруби имели более высокое содержание витамина В12, чем рафинированная пшеничная мука. Однако размножение энтеробактерий показало, что монокультурное брожение с P. freudenreichii не может доминировать над микрофлорой, гарантировать микробиологическую безопасность и контролировать эндогенную микробиоту, присутствующую в зерновом материале.
Таким образом, эффективная совместная культура Lactobacillus brevis ATCC 14869 и P. freudenreichii была установлена путем предварительного скрининга для обеспечения микробной безопасности. Во время совместного брожения в пшеничных отрубях P. freudenreichii вырабатывал высокий уровень витамина В12 (» 183 нг / г сухого веса на 3-й день). Кроме того, контроль рН во время ферментации может значительно увеличить выработку витамина В12 (до 332 нг / г сухого веса на 3-й день). Между тем L. brevis показал сильное торможение размножения энтеробактерий во время брожения, как и ожидалось.
Более широкая применимость установленного совместного культивирования была продемонстрирована путем ферментации 11 типов зерновых материалов, включая зерновые, псевдозерновые и бобовые, с P. freudenreichii и L. brevis. Бактерии P. freudenreichii продуцировали значительный уровень витамина B12 в большинстве зерновых культур. Самая высокая продуктивность была обнаружена в рисовых отрубях (примерно 742 нг / г сухого веса), за которыми следовали гречневые отруби (примерно 631 нг / г сухого веса) после ферментации. Между тем, добавление L. brevis позволило доминировать над местными микробами во время ферментации и, таким образом, значительно повысить микробную безопасность во время ферментации различных зерновых материалов.
В целом, этот тезис демонстрирует, что ферментация зерновых материалов с P. freudenreichii и соответствующей совместной культурой, такой как L. brevis, является многообещающим способом обеспечения витамином B12 нестерилизованных материалов на основе зерна без ущерба для микробной безопасности. Между тем, выбор сырья, обеспечивающего наиболее оптимальные условия для P. freudenreichii, может значительно повысить эффективность синтеза витамина B12.
P.S. Нами уже была сделана попытка создания странички с рецептурами приговоления витаминизированного функционального хлеба на пробиотических заквасках. Она еще не доработана (требует корректирвки и пояснений). Однако многие наши клиенты уже готовят хлеб по собственным рецептурам с использование биоконцентратов ПКБ и бифидобактерий и отмечают высокое качество (вкус и текстуру) как бездрожжевого, так и дрожжевого варианта выпекаемого продукта.
Источник: Материалы предоставлены Хельсинкским университетом
Доп. источник: Резюме к докторской диссертации взято из HELDA (цифрового хранилища Хельсинкского университета)
Источник
Витамин В12
Витамин B12 — является водорастворимым витамином, который принадлежит к группе B. Другое название кобаламины. Кобаламины представляют целую группу витаминов, принимающих участие в метаболизме каждой клетки, оказывающих влияние на синтез и регуляцию ДНК.
Витамин B12 может быть синтезирован только бактериями и археи (одноклеточные микроорганизмы), которые обладают уникальными ферментами, необходимыми для его синтеза. Лучшие пищевые источники витамина B12 — продукты животного происхождения, поскольку в них присутствует бактериальный симбиоз.
Формы витамина В12
То, что обычно принимают за витамин B12 — это цианокобаламин. Эта форма встречается практически в большинстве витаминных продуктов. Цианокобаламин полностью синтетический, не встречается в природе, однако широко используется из-за своей низкой цены и простоты производства. Когда цианокобаламин попадает в организм, он должен быть преобразован в активные формы. В ходе преобразования выделяется токсичный цианид. Несмотря на токсичность, его количество пренебрежимо мало, чтобы иметь явные негативные последствия, и поэтому его не следует считать явным побочным эффектом.
Другая проблема с цианокобаламином возникает при его усвоении. Для того чтобы цианокобаламин мог быть использован организмом, он должен пройти через процесс, удаляющий молекулу цианида, для чего требуется антиоксидант глутатион. Минус реакции деацианирования заключается в ненужном использовании этого ценного антиоксиданта, а также зависимости метаболизма витамина В12 от доступности глутатиона.
В отличие от цианокобаламина, две коферментные формы витамина B12 — метилкобаламин и аденозилкобаламин — являются биологически активными. Они принимают активное участие в метаболических и ферментативных реакциях.
Метилкобаламин предварительно метилирован, что означает, что он готов к усвоению организмом. Метилкобаламин локализован в цитоплазме клетки, является кофактором в реакциях метилирования. Аденозилкобаламин важен в процессах окисления жирных кислот и основная точка его действия — митохондрии клеток.
Метаболизм и абсорбция витамина В12 в желудочно-кишечном тракте
Витамин B12 связан с белком пищи и становится доступным для поглощения после того, как высвободится. Процесс отщепления витамина происходит под действием соляной кислоты, вырабатываемой слизистой желудка. Высвобожденный кобаламин присоединяется к белку R и переходит в двенадцатиперстную кишку, после чего белок R удаляется, а свободный кобаламин связывается с внутренним фактором Касла. Внутренний фактор Касла образуется в железах дна и тела желудка, он помогает перевести В12 в легкоусвояемую форму. Комплекс витамин B12-фактор Касла — поглощается дистальным отделом подвздошной кишкой, и витамин поступает в кровоток.
Сывороточный витамин B12 связан с белками-переносчиками, известными как транскобаламины. Большая часть витамина, приблизительно 80%, связана с неактивным белком — гаптокорином. Активным транспортным белком для витамина B12, является транскобаламин II, который удерживает 20% витамина в кровотоке. Голотранскобаламин доставляет витамин B12 во все клетки. Низкая концентрация витамина B12 в сыворотке, может быть связана с дефицитом белка-транспортера, в то время как уровни транскобаламина и статус витамина B12 остаются нормальными.
Проблема дефицита витамина В12
Основная проблема с витамином B12 — трудное усвоение. Алиментраный дефицит витамина B12 встречается в группах людей, которые употребляют только растительную пищу, минимизируя продукты животного происхождения в своем рационе. Также распространен дефицит вследствие недостаточного усвоения витамина В12 или повышенных потребностей на фоне нормального усвоения.
Потенциальную группу риска составляют беременные женщины, находящиеся на вегетарианском, веганском или сыроедческом типе питания.
Пожилые люди также составляют группу риска. Они в большей степени подвержены риску недоедания из-за сопутствующих заболеваний, им присущи трудности в самообслуживании и приготовлении пищи и, как правило, они страдают в той или иной степени атрофическим гастритом. Воспалительным процессам в слизистой оболочке желудка свойственна тенденция к увеличению частоты с возрастом, что приводит к снижению выработки соляной кислоты — одного из факторов усвоения витамина В12.
Дефицит фактора Касла — одна из типичных причин недостатка витамина В12. Наличие аутоантител к фактору Касла, является ведущей причиной появления пернициозной анемии на фоне аутоиммунного гастрита. Резекция антрального отдела желудка также сопровождается дефицитным состоянием по витамину В12.
Всасывание витамина В12 может быть нарушено и при любых воспалительных заболеваниях кишечника. Например, болезнь Крона, паразитарные инвазии, синдром избыточного бактериального роста — лишь небольшой перечень из возможного списка недугов.
Последствия дефицитных состояний
Типичные проявления дефицита витамина В12. Нарушение процесса кроветворения с развитием мегалобластной анемии, а также неврологические расстройства.
Длительный и хронический дефицит витамина В12 рассматривается, как один из факторов ряда других глобальных медицинских проблем.
Активная форма витамина B12 непосредственно участвует в метаболизме гомоцистеина — независимого фактора развития сердечно-сосудистой патологии. Превращая гомоцистеин в метионин, он усиливает синтез SAMe (S-аденозилметионина), самого важного донора метильных групп в организме.
Оценка статуса витамина B12, является частью процесса скрининга на деменцию. Повышенные концентрации метилмалоновой кислоты (ММА) связаны со снижением когнитивных функций и болезнью Альцгеймера. У пожилых людей низкий уровень витамина B12 и высокие концентрации фолатов в сыворотке крови, ассоциированы с повышенными шансами когнитивных расстройств. Напротив, у пациентов с нормальным статусом витамина B12, высокий уровень фолиевой кислоты сыворотки обладает протективным действием в отношении сохранения памяти, внимания, способности к восприятию, интеллекту и прочее.
Недостаток витамина B12 связан с развитием возрастной макулярной дегенерации (ВМД) и риском хрупкости, которые являются основными причинами инвалидности у пожилых людей. ВМД является основной причиной потери зрения у пожилых людей. Повышенный риск слабости и инвалидности связан с плохим витаминным статусом В12.
Низкий уровень витамина B12 рассматривается, как потенциальный фактор риска развития дефекта нервной трубки. Витамин B12 действует как кофактор метионинсинтазы в цикле фолиевой кислоты. Когда запас витамина B12 низок, фолат остается в ловушке цикла метилирования, вследствие чего нарушается процесс репликации клеток.
Недостаток витамина В12можно заподозрить по таким неспецифическим симптомам, как:
- забывчивость;
- головокружение;
- бледность кожи;
- слабость и быстрая утомляемость;
- покалывание кончиков пальцев рук и ног.
Диагностировать и подтвердить дефицит и недостаток витамина В12 позволяют лабораторные исследования.
Определение дефицита витамина В12
Традиционно статус витамина B12 оценивается по его концентрации в сыворотке, однако только лишь измерение сывороточного уровня не всегда позволяет выявить субклинический дефицит или недостаточность витамина В12.
Метилмалоновая кислота и гомоцистеин являются признанными индикаторами статуса витамина В12. Их измерение имеет первостепенное значение при выявлении недостаточности витамина В12.
MMA считается специфическим индикатором метаболизма кобаламина, и отражает доступность аденозилкобаламина в клетке. Гомоцистеин повышается при дефиците витамина B12 наряду с недостатком фолатов и витамина B6. Именно недостаток такой коферментной формы, как метилкобаламин провоцирует увеличение уровня гомоцистеина.
Концентрации в плазме MMA повышается также при почечной недостаточности, полиморфизмах в метилентетрагидрофолатредуктазе (MTHFR) или при использовании некоторых лекарств. Концентрация ММА в плазме повышена при почечной недостаточности, что характерно для пожилых людей, поэтому этот маркер нецелесообразно использовать в этой группе пациентов.
Использование голотранскобаламина в качестве маркера статуса витамина B12, увеличивает прогностическую ценность определения субклинических дефицитных состояний. Уровень голотранскобаламина отражает доступность витамина В12 для всех клеток организма, и его определение желательно при оценке статуса витамина в организме.
Витамин B12 является особенно важным витамином для женщин детородного возраста и пожилых людей, однако для оптимального здоровья необходим адекватный статус витамина B12 на протяжении всего периода жизни.
Источник