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INTRODUCCIÓN
El término alimento funcional (AF) surgió en Japón en la década de los 80's y a partir de entonces ha sido aceptado internacionalmente1, no existe una definición universal, una de las más utilizadas es: “Un alimento funcional es un alimento convencional, que hace parte de una dieta estándar en cantidades normales, además de aportar un valor nutritivo, ha demostrado tener un beneficio en la salud mediante un efecto fisiológico en la reducción del riesgo de enfermedades crónicas”2. En la actualidad, la gama de alimentos funcionales incluye: alimentos para bebés, productos horneados y cereales, productos lácteos, confitería, comidas preparadas, aperitivos, productos cárnicos, pastas para untar y bebidas3.
El mercado de alimentos funcionales está en continuo crecimiento al igual que los productos dirigidos a la salud gastrointestinal, en particular los probióticos y prebióticos son ampliamente estudiados4. Los prebióticos (oligosacáridos y polisacáridos), componentes bioactivos que generan sinergia con los microorganismos probióticos ofreciendo un beneficio a la salud del huésped4.
Las frutas son matrices alimenticias con contenido de micronutrientes, antioxidantes y fibra con un potencial para el desarrollo de alimentos funcionales5. Colombia es un país productor de frutas tropicales y las pérdidas poscosecha son altas (55% de la producción local para frutas y verduras)5, por lo tanto es imprescindible generar estrategias tecnológicas que permitan el desarrollo de nuevos productos aprovechando los recursos de la biodiversidad.
La inclusión de microorganismos probióticos en matrices vegetales es un desafío para la industria hortofrutícola. Existen diversos factores (composición fisicoquímica, bioactiva y sensorial) que limitan la viabilidad del microorganismo y la estabilidad del producto en almacenamiento. Aun así, estas matrices han demostrado ser excelentes sustratos para la síntesis celular y la producción de ácido láctico6. Con base en lo anterior, revisaremos las condiciones de adición de microorganismos probióticos y de agentes prebióticos en productos de origen vegetal y las características que permiten el uso de estas matrices alimentarias como vehículos de inclusión en el desarrollo de bebidas funcionales.
Probióticos
Estos ingredientes funcionales han sido definidos “Microorganismos vivos que confieren un beneficio a la salud del huésped en cantidades adecuadas”6. El término probiótico (del griego “para la vida”) incluye una amplia gama de microorganismos, principalmente bacterias y levaduras, sin embargo, el efecto en la salud humana es específico de la cepa7. El concepto de “probiótico” en los últimos años desde la divulgación de la Guía de Probióticos y Prebióticos publicada por la Organización Mundial de la Salud y la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO)8 ha sido malinterpretado, empleando el término en productos con insuficiente base científica6.
Los probióticos se han validado para aumentar la respuesta inmune contra las infecciones virales y reestablecer la homeostasis intestinal9. La evidencia de números estudios en humanos y modelos animales han demostrado la eficacia clínica de diversas cepas con capacidad probiótica sobre el tratamiento de enfermedades como cáncer de colon (efecto anticancerígeno), enfermedad inflamatoria intestinal, diarrea (actividad antimicrobiana), complicaciones postoperatorias e intolerancia a la lactosa10. Sin embargo, en el mercadeo de los probióticos existen generalizaciones relativas a los beneficios potenciales para la salud9. Los mecanismos moleculares que subyacen a la acción de estos microorganismos ingeridos siguen sin estar completamente claros, se presume que pueden ser mecanismos multifactoriales9–11. En la mayoría de los casos, el efecto es mediado a través de una interacción entre moléculas en la superficie del microorganismo probiótico y el sistema inmune del huésped, provocando una respuesta antiinflamatoria. El metabolismo bacteriano a menudo parece ser irrelevante, aunque en otros casos se presume que la eficacia se basa en la producción de metabolitos bacterianos (ácidos grasos de cadena corta)12. Las investigaciones recientes indican que la relación puede ser más compleja y residir en redes ecológicas microbianas dentro del intestino del huésped12.
Las especies de géneros Lactobacillus y Bifidobacterium son usadas frecuentemente como probióticos igualmente la levadura Saccharomyces cerevisiae13,14, varias especies de Pediococcus, Propionibacterium, Oenococcus, Bacillus, Faecalibacterium y Enterococcus se perfilan como candidatos probióticos9. Las bacterias ácido lácticas, entre las que se incluye el género Lactobacillus, tienen funciones como agentes para la fermentación de alimentos, herramienta tecnológica en la conservación de productos y pueden generar efectos fisiológicos benéficos al huésped mediante la capacidad probiótica4,6.
Para producción de bebidas probióticas no lácteas, la fermentación se realiza para prevenir el deterioro y proporciona un medio para obtener un producto seguro, como una alternativa para países en vía de desarrollo y con problemas de malnutrición15.
Con el objetivo de mantener la homeostasis intestinal la funcionalidad de las diferentes matrices alimentarias con inclusión de probióticos está determinada por la mínima concentración de microorganismos vivos al final de la vida útil del producto con valores mínimos de 107 UFC/g. Esta concentración se calculó sobre la base de la porción diaria de microorganismos probióticos viables que deben ser ingeridos para obtener efectos funcionales5,12.
Por estas razones, la industria de alimentos funcionales busca constantemente el desarrollo de cepas probióticas y agentes prebióticos con funcionalidades específicas y novedosas17,18. Para el año 2022 el mercado de probióticos a nivel mundial tiene proyecciones de ventas mayores a US$ 63 billones19. Los beneficios de los probióticos en leches fermentadas u otras bebidas, combinado con el uso extenso de suplementos probióticos, son los principales contribuyentes del crecimiento del mercado de probióticos15. Las bebidas funcionales se encuentran en auge considerando que en la última década los consumidores están orientados a productos funcionales con imagen “saludable”3.
En términos de bebidas funcionales (incluyendo productos con microorganismos probióticos) a nivel mundial presenta tendencias heterogéneas, evolucionando en diferentes países, por ejemplo, en Estados Unidos han experimentado tasas de crecimiento impresionantes en los últimos años en comparación con los mercados francés, alemán, español y británico3. Las características sociodemográficas y las diferencias socioculturales juegan un rol significativo, estos productos requieren en su desarrollo y almacenamiento tecnologías de alto costo que se traducen en el consumidor en alimentos de altor valor agregado diferenciando la aceptación en segmentos con mayor poder adquisitivo3.
Probióticos en matrices vegetales: criterios para la inclusión en productos hortofrutícolas
En la industria de alimentos la inclusión de cultivos probióticos se ha realizado tradicionalmente en productos lácteos (queso, yogur, helados, entre otros)20,21. La investigación en el desarrollo de soluciones alternativas a los productos probióticos derivados de la leche es una opción en crecimiento dentro de la industria de alimentos, especialmente el diseño de bebidas de frutas y/o vegetales como ingrediente principal es una iniciativa factible22. Los avances tecnológicos han permitido alterar algunas características estructurales de las matrices vegetales modificando los componentes de estos alimentos de una forma controlada23 y generando una serie de productos con valor agregado en el mercado de alimentos.
Con el fin de proporcionar los efectos funcionales, las cepas a menudo requieren una matriz específica que permita la supervivencia óptima del cultivo lo largo del tracto gastrointestinal24. El creciente número de personas con intolerancia a la lactosa, la dislipidemia y el vegetarismo refuerzan la importancia del desarrollo de los productos probióticos no lácteos20. Estas condiciones han permitido el lanzamiento de nuevos productos que contienen cepas probióticas, particularmente bebidas a base de frutas, verduras, cereales y soja3.
Las cepas de Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus y Bifidobacterium lactis son las más utilizadas en la formulación de nuevos productos probióticos de origen hortofrutícola20. Desde el punto de vista del desarrollo tecnológico, la inclusión de diferentes microorganismos para procesos fermentativos es un método biopreservación tradicional para la fabricación de alimentos, que puede ser considerado una herramienta biotecnológica sencilla, relativamente económica y valiosa para mantener o mejorar la seguridad, propiedades sensoriales y la vida útil de productos hortofrutícolas25. La información disponible sobre las matrices vegetales como fuente de aislamiento de microorganismos probióticos es menor en comparación con los utilizados en productos lácteos. Adicionalmente es necesario realizar nuevos estudios sobre microrganismo nativos de alimentos vegetales en relación a supervivencia, frente a los desafíos tecnológicos, criterios de fermentación, uso como cultivos iniciadores y relación ecológicas22.
Las matrices vegetales son fuentes fundamentales de agua, vitaminas (vitamina C vitaminas del grupo B, provitamina A), fibra dietaria, minerales y fitoquímicos significativos para la dieta humana y para los cultivos probióticos26,27. Especialmente las bebidas de fruta son consideradas vehículos de inclusión para estos microorganismos debido a las ventajas funcionales que presentan como fuente de micronutrientes, bajo contenido de alérgenos y su mayor digestibilidad22. En la actualidad existe una gran preocupación por el incremento de enfermedades asociadas con la obesidad, motivo por el cual se están considerando los beneficios de los probióticos en bebidas de fruta y/o vegetales en la prevención y el tratamiento de una serie de condiciones de salud15.
La inclusión de estos ingredientes funcionales en matrices de origen vegetal puede ser una alternativa para aumentar el bajo consumo de frutas y verduras que actualmente está presente a nivel mundial, sobre todo en países en vía de desarrollo, según reporta la Organización Mundial de la Salud (OMS), y la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO)27, además de generar un aprovechamiento tecnológico dentro de la cadena agroindustrial evitando pérdidas poscosecha. Sin embargo, en la generación de estos productos se deben considerar retos tecnológicos a nivel de viabilidad (vida útil del producto) y del impacto sensorial.
En la generación y diseño de alimentos con probióticos con diferentes funcionalidades, se deben considerar propiedades intrínsecas de la cepa como son sobrevivir y colonizar en el tracto gastrointestinal, ser tolerantes a un rango de pH (pH 2,5 a 3,5) y a la pepsina del estómago, sales biliares, pancreatina en la parte superior del intestino, y la capacidad de adherirse a la mucosa intestinal28. Recientemente se ha demostrado que estas propiedades pueden variar dependiendo de las condiciones de fabricación y procesamiento del producto29, por tanto es crítico la evaluación de estas características en el desarrollo de bebidas funcionales pre y post procesamiento.
En general, de acuerdo con los estudios realizados, el crecimiento y la viabilidad de las bacterias probióticas en bebidas de frutas y verduras depende de la especie y cepa de la bacteria utilizada, el pH y la concentración de ácido láctico y ácido acético del producto final, entre otros factores20. La adición de probióticos en estos productos es más compleja que la formulación en los productos lácteos porque las bacterias necesitan protección de las condiciones ácidas en las bebidas a base de frutas y/o vegetales30. Sin embargo, algunos estudios recientes han demostrado que algunas cepas son capaces de crecer y sobrevivir a niveles estables (densidad celular superior a 107 UFC/mL) en bebidas de fruta generando un aumento en el consumo como vehículos de inclusión para microrganismo probióticos23.
Avances sobre inclusión de probióticos en matrices vegetales: bebidas de frutas.
En todo el mundo se producen una variedad de bebidas tradicionales no lácteas fermentadas, como Boza, Bushera, Mahewu, Pozol, Togwa Hardaliye y Kinema, elaborado a partir de la fermentación de la soya utilizando Bacillus subtilis consumido por los habitantes de Nepal7. Otros productos de origen vegetal son los encurtidos fermentados de origen étnico como Tursu de Turquía (fermentación de repollo y tomate verde por bacterias ácido lácticas y levaduras como Torulopsis sp., Hansenula sp., y Saccharomyces sp.) y el Pak-Gard-Dong (fermentación de hojas de mostaza por bacterias autóctonas ácido lácticas).
El crecimiento positivo de bacterias ácido lácticas en estos tipos de alimentos muestra que es factible utilizar las matrices vegetales como sustrato para los probióticos, obteniendo todos los beneficios del proceso de fermentación, es por tanto que frutas y vegetales representan alimentos que promueven la salud gracias a la combinación de probióticos y prebióticos naturalmente presentes sus estructuras7.
La primera bebida de fruta sin leche con adición de probióticos fue Proviva® lanzada en Suecia en 1994 por la compañía Skane Lácteos31. El componente activo de este producto se compone de bacterias ácido-lácticas (L. plantarum 299v) crecidas en harina de avena. El producto final contiene concentraciones entre 5×107 y 1×1011 UFC/ml31. Otros ejemplos de productos disponibles en el mercado son: Rela® (Biogai, Suecia), un jugo de fruta con L. reuteri MM53; Geflius® (Valio Ltd., Finlandia) bebida de fruta con 7 semanas de vida útil en refrigeración; Bioprofit® (Valio Ltd.) con L. rhamnosus y Propionibacterium freuden- reichii ssp. shermanii JS y Biola® (Tiene BA, Noruega) una bebida con más del 95% de fruta sin adición de azúcar3. Varias frutas y verduras como manzanas, naranjas, grosella negra, plátano, arándano, piña, melón, frambuesa, granada, zanahoria, remolacha. han sido utilizadas para el diseño de diferentes productos enriquecidos con probióticos22,32.
En la tabla 1 se encuentra los estudios más recientes sobre la inclusión de probióticos en productos derivados de matrices vegetales. Según el análisis de los estudios presentados existen factores a considerar en el desarrollo matrices vegetales como vehículos de inclusión de probióticos. A continuación, se describen algunos de estos factores:
Tabla 1 Inclusión de probióticos en matrices vegetales
| Matriz alimentaria | Probiótico | Tipo de producto | Efecto sensorial | Viabilidad | Condiciones de inclusión | Referencia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ananá, Naranja, Melocotón, Manzana. | L. casei LC-01 L. casei BGP 93 | Bebidas (jugos) comerciales. | Los cambios sensoriales indicaron que la vida útil de jugo inoculado no excede 1 semana. | La viabilidad fue óptima con ananá, melocotón y manzana (108 UFC/mL sólo el jugo de naranja afectó la proliferación de ambas cepas. | Se estabilizó el pH en un rango entre 3,34 a 4,28. Almacenamiento a 5°C durante 4 semanas. | (49) |
| Manzana verde Naranja, Piña Frutos rojos | L. reuteri DSM 20016. | Bebidas (jugos) comerciales | L. reuteri no ejerció ningún efecto negativo en los atributos sensoriales de los jugos en refrigeración | Los resultados sugieren que la viabilidad de L. reuteri fue afectada por el tipo de jugo, la bacteria sobrevivió en jugos piña, naranja y manzana, mientras que experimentó una fuerte reducción de jugos de frutos rojos (menor a (107 UFC/mL). | Se estabilizaron los rangos de pH y se evaluó el contenido de sólidos totales y de azúcares. | (35) |
| Piña, Naranja, Arándano | L. salivarius ssp, L. paracasei ssp. paracasei NFBC43338. | Bebidas (jugos) comerciales. | No se evaluó el efecto sensorial, pero si el efecto a tratamientos térmicos (pasteurización). | Las cepas examinadas fueron viables durante más tiempo en el jugo de piña y en el de naranja en comparación con el de arándano. (107 UFC/mL). | Se ajustó el pH a 3,5, 4,5 y 5,0. Periodo de almacenamiento de 12 semanas a 4°C. |
(33) |
| Arándano, Grosella negra | L. plantarum NCIMB 8826 | Polvos liofilizados de frutas | No se evaluó el efecto sensorial. | El polvo de grosella negra fue el que mantuvo la viabilidad celular. (108 UFC/g). | Almacenamiento por 12 meses, reconstitución en agua. | (50) |
| Manzana | B. animalis. subsp lactis Bb-12 | Jugo de manzana | No se evaluó efecto sensorial. | Mutagénesis UV y la posterior incubación en medio ácido lograron mejorar la estabilidad de la cepa (107 UFC/mL), al incluirla en la matriz | El jugo se estabilizó a un pH 3,5. | (51) |
| Piña, manzana, naranja | L. acidophilus, L. brevis L. rhamnosus | Jugos comerciales (formulados con pulpas y purés) | No se evaluó el efecto sensorial. | Estabilidad de los probióticos (107 UFC/mL), durante el almacenamiento por 35 días a 4°C. | El pH de la bebida fue ajustado a 4,2. | (52) |
| Granada y arándano | L. plantarum B. longum | Jugos de Granada y arándano | No se evaluó el efecto sensorial. | La encapsulación mejoró la viabilidad con una concentración final de aproximadamente 108 UFC/mL y 106 UFC/mL. | Evaluación de la viabilidad de las células libres y encapsuladas en perlas de pectina y alginato. | (53) |
| Moras, ciruelas, kiwis y papaya. | L. plantarum, Lactobacillus pentosus | Diseño de bebida tipo smoothies de frutos verdes (GS) y rojos (RS). | ΔE * ab y el índice de pardeamiento se vieron afectados positivamente. | Los cultivos se mantuvieron viables a una concentración de (109 UFC/g) durante 30 días de almacenamiento a 4° C. | Se asilaron las cepas de las matrices vegetales y se realizó la identificación molecular | (54) |
| Naranja | L. rhamnosus GG, L. casei Imunitass | Jugo naranja (bebida comercia sin pulpa) | Jugos enriquecidos con probióticos fueron evaluados sensorialmente por un panel descriptivo | Para el jugo de naranja con L. paracasei NFBC 43338, se observaron 5 × 108 UFC / mL. | Los resultados mostraron que los jugos tenían significativamente (p<0,05) diferentes perfiles sensoriales. | (37) |
| Durazno | L. rhamnosus Cepas salvajes. | Mermelada comercial de durazno | Los cultivos probióticos añadidos a mermelada no cambiaron significativamente los parámetros de color. | Todas las cepas mostraron un mejor rendimiento en la mermelada, con valores superiores a (107 UFC/g), hasta los 78 días de almacenamiento a 5 °C. | Almacenamiento durante 78 días a 25 °C y 5 °C. Diseño de medio sintético de durazno (control). | (55) |
| Remolacha roja | L. acidophilus, L. casei, L. delbrueckii, L. plantarum | Jugo fermentado de remolacha | No se evaluó el efecto sensorial. | Los recuentos en placa de las bacterias de ácido lácticas, en el jugo de remolacha fermentado, se mantuvieron a 106-108 UFC/mL excepto para L. acidophilus después de 4 semanas de almacenamiento en frío a 4 °C. | Los cultivos lácticos en el jugo de remolacha fermentada perdieron gradualmente su viabilidad durante el almacenamiento en frío. | (56) |
| Mora | L. casei ATCC 393 | Láminas de mora | El análisis sensorial arrojó un puntaje de aceptación superior a 5 en una escala de 1 a 7. | La presencia de prebióticos sobre la viabilidad del microorganismo al permitir la supervivencia por más de 40 días, con recuentos superiores a 106 UFC/mL, mientras en la muestra control fue inferior luego de 25 días | Efecto de la fibra prebiótica en la supervivencia del probiótico en matrices de mora mediante un proceso de impregnación a vacío y posterior liofilización. | (57) |
• Composición de las matrices vegetales:
la naturaleza de los ácidos orgánicos desempeña un factor intrínseco a la matriz que puede presentar un efecto inhibidor en la viabilidad de las bacterias probióticos como lo señala Sheehan et al. (2007) quienes desarrollaron un jugo de arándano con probióticos con una alta concentración de ácido benzoico (Tabla 1). El contenido de compuestos fenólicos en frutos rojos (ácido benzoico y lactonas) presente en concentraciones de aproximadamente 34 mg/L en ciertas variedades de frutos rojos puede tener efectos nocivos en la viabilidad de los probióticos en este tipo de frutas debido a que están en el rango de concentración usado en la preservación de la mayoría de los alimentos perecederos33. Sin embargo, las fuentes no lácteas contienen acidulantes naturales, que aumentan la vida útil del producto creando un ambiente anaeróbico, óptimo para cultivos probióticos mediante la depuración del oxígeno disponible. También tiene contenido de azúcares naturales para apoyar el crecimiento de probióticos22,30. Se debe considerar el efecto en la viabilidad de los probióticos, presencia de sal, azúcar y productos químicos como peróxido de hidrógeno, bacteriocinas, saborizantes y colorantes artificiales34.
• Cepas probióticas (factores de crecimiento y viabilidad):
la viabilidad de los microorganismos durante las operaciones de procesamiento y el almacenamiento, la supervivencia durante el tránsito intestinal, y los potenciales beneficios de salud de los consumidores son los criterios principales para la selección de cepas adecuadas con capacidad probiótica. La selección de cepas de autóctonas de origen vegetal puede ayudar a superar los retos tecnológicos, algunas cepas de bacterias ácido lácticas aisladas de verduras y frutas fermentadas, se pueden utilizar como probióticos, ya que son capaces de resistir altos niveles de acidez y de sal durante el período de almacenamiento7. Numerosos factores influyen en el crecimiento microbiano como: concentración de oxígeno, acidez, pH, tipo de empaque, temperatura de producción y de almacenamiento, tecnologías de conservación como secado y congelación7. La ácido tolerancia de las bacterias ácido lácticas es un factor tecnológico en el desarrollo de estos productos, las bebidas de frutas tienen un pH inferior a 4, es un aspecto fundamental en la pérdida de viabilidad de los probióticos34. Los parámetros de producción de las bebidas de fruta con probióticos son claves como el pH del producto final que permita la supervivencia de los microorganismos; la temperatura de almacenamiento, preferiblemente en condiciones de refrigeración (4°C), logrando la estabilidad microbiobiológica, fisicoquímica y sensorial del producto, evitando la producción de metabolitos que impacten en la viabilidad de los probióticos, el perfil sensorial de la bebida; y la temperatura de crecimiento por encima de 45°C durante el procesamiento resulta ser perjudicial para la supervivencia probiótica34.
• Inóculo:
se debe considerar la concentración celular de los microorganismos a inocular debido a que la selección de las cepas probióticas apropiadas en la dosis adecuada es el primer requisito para el desarrollo de un producto alimenticio con características probióticas34. Los alimentos con probióticos deben contener altas dosis de microorganismos viables a lo largo de la vida útil del producto, sin embargo, no todas las cepas probióticas añadidas a las frutas y verduras dan buenos resultados en términos de supervivencia7,30. La adaptación a la matriz vegetal del inóculo mediante suplementación de la bebida para frutos rojos como lo sugiere Perricone et al. 201535 junto a la adición de prebióticos30 son estrategias efectivas para mejorar la estabilidad y la viabilidad de los probióticos en condiciones hostiles.
• Efecto sensorial:
el efecto sensorial derivado de la inclusión de probióticos en productos de origen vegetal es crítico en el desarrollo de bebidas funcionales. Este parámetro ha sido explorado por algunos autores, por ejemplo, se ha reportado sabores salados, agrios y olores perfumados en bebidas de fruta con adición de probióticos30. Luckow et al (2005)36 aroma, texture and flavour of probiotic fruit juices. Novel blackcurrant juices containing probiotic cultures (Lactobacillus plantarum 299v) concluyeron que los jugos de naranja con probióticos (Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus casei Imunitass®, Lactobacillus paracasei NFBC 43338) presentaban por parte de un panel descriptivo perfiles sensoriales poco agradables descritos como sabores medicinales y con toques lácteos, sin embargo estos autores sugieren que la exposición y la familiaridad con las bebidas probióticas ayuda a mejorar la aceptación y el gusto de los consumidores por las características sensoriales de las bebidas de fruta con probiótico37.
Las bebidas de fruta formuladas con probióticos y/o prebióticos con estabilidad microbiológica, proporcionan una forma conveniente de complementar las dietas diarias y de mejorar la salud e inmunidad digestivas15. Por lo tanto, las bebidas funcionales pueden servir como un medio exitoso para ofrecer beneficios para la salud, nutrición, amplios perfiles sensoriales y comodidad en el mundo exigente de hoy15.
Las bebidas de frutas y/o vegetales presentan perfiles sensoriales refrescantes y son una elección preferida para personas de todas las edades22. Una ventaja importante es que las bebidas de frutas permanecen menos tiempo en el estómago y por lo tanto las especies probióticas que transitan se tienen una menor exposición al ambiente ácido del estómago22, múltiples estudios muestran la factibilidad de desarrollar estos productos en mercados emergentes como respuesta a las necesidades cambiantes de los consumidores y al aprovechamiento tecnológico de estas matrices alimentarias.
Prebióticos
La definición de los prebióticos está relacionada con el concepto de fibra dietaria, excepto por la selectividad como sustrato para varios géneros de bacterias pertenecientes a la microbiota intestinal humana38. Los prebióticos son sustancias de la dieta, fundamentalmente carbohidratos no digeridos por enzimas humanas, una serie de di, oligo y polisacáridos, almidones resistentes y polioles de azúcar que nutren a grupos seleccionados de microorganismos que habitan en el intestino, favoreciendo la multiplicación de bacterias benéficas y disminuyendo la población de las patógenas4,35
La demanda mundial de prebióticos se estima en alrededor de 167.000 toneladas y 390 millones de euros para el año 201639. Los fructooliogosacáridos (FOS), inulina, isomalto-oligosacáridos (OMI), polidextrosa, lactulosa y el almidón resistente se consideran los principales componentes prebióticos23. Los oligosacáridos, tales como los oligosacáridos de soja (SOS), los galacolisacáridos (GOS) y los xiloligosacáridos (XOS), también se comercializan en Japón como agentes prebióticos23. Las fuentes de estos compuestos son variadas, están presentes naturalmente en las frutas, las verduras, el bambú, la miel y la leche, pueden ser producidos a partir de residuos lignocelulósicos40.
Actualmente, las mezclas de probióticos y prebióticos se utilizan a menudo con el fin de aprovechar sus efectos sinérgicos en la aplicación a productos alimenticios, estas mezclas se denominan simbióticos38. Por otra parte el diseño de productos simbióticos es el nuevo reto para las bebidas funcionales, ya que los prebióticos pueden mejorar la viabilidad de las bacterias probióticas y estimular activamente la microbiota beneficiosa en el tracto gastrointestinal humano3. El efecto fisiológico de los prebióticos parece estar relacionado con un aumento de la viscosidad del contenido del tracto gastrointestinal, reduciendo la tasa de vaciamiento gástrico y aumentando la absorción de nutrientes.
El patrón de producción de ácidos grasos de cadena corta tanto el colon como el efecto prebiótico son procesos dinámicos que varían con el tipo de oligosacárido y es afectado por el grado de polimerización, la naturaleza de los restos de hexosa, la duración del tratamiento prebiótico, la composición inicial de la microbiota o la dieta en la que se incorporan23.
Los prebióticos tienen actividades biológicas adicionales, a la influencia en la microbiota intestinal, específicamente, se ha sugerido que algunos prebióticos, como los galactooligosacáridos (GOS) pueden ser capaces de inhibir las infecciones gastrointestinales a través de actividades anti-adhesivas41, sin embargo, otros estudios también han reportado que ciertos prebióticos comerciales como Orafti GR®, Orafti P95®, y Orafti Sinergy® (Beneo GmbH, Mannheim, Alemania), y Vivinal® (Friesland Foods Domo, Holanda) pueden reducir la capacidad de adherencia de cultivos probióticos en estudios in vitro en líneas celulares (Caco-2)42.
Avances sobre prebióticos en matrices vegetales
En la Tabla 2, se describen estudios relacionados con la inclusión de prebióticos en matrices vegetales, los cuales pueden cumplir múltiples funciones más allá de la prebiótica, mejorando las características sensoriales y fisicoquímicas de las bebidas, como agentes edulcorantes para bebidas de fruta, como estabilizadores para evitar procesos de licuefacción y como componentes sinérgicos y protectores en las diferentes técnicas de encapsulación de microorganismos con capacidad probiótica, con el fin de favorecer las condiciones ambientales y de adaptabilidad a estas bacterias en diferentes clases de matrices35,36.
Tabla 2 Uso de prebióticos en matrices vegetales
| Prebiótico | Matriz vegetal/producto | Efecto evaluado | Referencia |
|---|---|---|---|
| Oligofructosa e Inulina de origen comercial | Néctar de papaya | Caracterización química y aceptación sensorial | (44) |
| Fructooliogosacáridos | Jugo de piña, mango y naranja | Parámetros de calidad | (48) |
| Polisacáridos de la harina de colza | Colza | Proliferación y actividad de acidificación de los probióticos in vitro | (58) |
| Galacto-oligosacáridos Inulina | Jugos de frutas | Agentes protectores en el proceso de encapsulación de Lactobacillus acidophilus y Lactobacillus casei | (59) |
| Oligo-fructosa Sucralosa (sustitutos de azúcar) | Jugo de manzana | Perfil sensorial y de aceptación. Efecto sinérgico con el probiótico. |
(60) |
| Oligosacáridos | Jugo de acerola | Síntesis sin adición en el jugo por medio de una reacción química | (61) |
| Oligosacáridos derivados de lactulosa | Jugo de manzana | Modificaciones fisicoquímicas de los agentes prebióticos durante el procesamiento del jugo de manzana | (62) |
| Oligofructosa (sustituto de azúcar y prebiótico) | Jugo clarificado de manzana | Evaluar el efecto sinérgico (probiótico y prebiótico) | (63) |
| Inulina lactulosa Ácido lactobiónico | Preparaciones simbióticas | Mejorar el crecimiento de los cultivos y proporcionar protección contra el estrés del ácido biliar. | (64) |
Los prebióticos tales como FOS, β- glucanos e inulina pueden ser una alternativa saludable al ser adicionados en bebidas funcionales3,30. Las bebidas probióticas no lácteas comercialmente disponibles son en su mayoría bebidas refrigeradas de frutas y/o vegetales que contienen cultivos de probióticos viables, últimamente estas bebidas probióticas se complementan con prebióticos15,43.
La adición de prebióticos a una dieta mediante el uso de bebidas funcionales es un reto de preocupación en el área nutricional3. A continuación, se describen algunos de las aplicaciones de los prebióticos en bebidas de fruta:
• Efecto sensorial:
y en las propiedades fisicoquímicas: se han realizado pocos estudios relacionados con el efecto sensorial de la adición de prebióticos en bebidas de frutas y vegetales44 sin embargo, estudios realizados en néctares de papaya con oligofructosa (Tabla 2) por Braga et al. 2015 han mostrado los análisis de preferencia que los néctares con adición de oligofructosa e inulina son apreciados con respecto al sabor y la aceptabilidad general en igual medida que los néctares que contiene solamente azúcar. Adicionalmente en otras bebidas no lácteas como batidos de frutas que contiene Bifidobacterium lactis HN019 y fructooliogosacáridos han demostrado que la formulación que contiene el prebiótico, contribuyen al perfil sensorial, la composición nutricional del batido y posiblemente cambian sus propiedades fisicoquímicas a través de la reducción de la actividad del agua45. También se ha reportado que los prebióticos pueden proporcionar atributos en la textura final del producto21.
• Agentes protectores en la microencapsulación:
para aumentar la supervivencia de los probióticos en estas nuevas bebidas funcionales15 las tecnologías de encapsulación han sido aplicadas (Tabla 2). Se ha sugerido a los prebióticos como agentes protectores en la microencapsulación de probióticos46. Varios estudios han demostrado que el uso de probióticos en los alimentos procesados a partir de frutas o verduras es posible. Sin embargo, se recomienda el uso de barreras protectoras y la microencapsulación para conservar estos microorganismos7. La microencapsulación ofrece el potencial de reducir los efectos adversos sobre la viabilidad de los probióticos en los alimentos y los efectos gastrointestinales en el huésped, así como durante el procesamiento, almacenamiento y consumo47. La coencapsulación con prebióticos, antioxidantes, péptidos o polímeros que mejoran el sistema inmunológico también podría explorarse más a fondo. Además, se necesita investigación sobre la estabilidad y liberación de probióticos micro encapsulados en productos alimenticios47.
• Sustitutos de sacarosa en bebidas de fruta:
los prebióticos también puede ser sustitutos de sacarosa como lo demuestran estudios realizados por Renuka et al. (2009) en los cuales se adicionó fructooliogosacáridos (FOS) a jugos de piña, mango y naranja. Los resultados indicaron que la sacarosa, que usualmente se usa como edulcorante en bebidas de jugos de frutas, puede ser parcialmente sustituida con FOS sin afectar significativamente la calidad global. Las bebidas de jugo de fruta fueron evaluadas para detectar cambios fisicoquímicos y sensoriales durante 6 meses de almacenamiento a temperatura ambiente (25°C) y refrigeración (4°C)48.
Como conclusión el uso de prebióticos en matrices vegetales es bastante amplio y prometedor en la industria de alimentos a nivel global por lo cual se considera a estos ingredientes funcionales son una de las estrategias aplicadas para mejorar la estabilidad y viabilidad de los probióticos en bebidas de fruta. igualmente se debe considerar en el desarrollo de estos productos, la selección y evaluación de la cepas y establecer la dosis adecuada de inoculación de las bacterias probióticas20,30.
CONCLUSIÓN
Existen grandes retos tecnológicos para asegurar la viabilidad, estabilidad en el almacenamiento y efectos sensoriales de productos a partir de matrices vegetales con potenciales características probióticas. En el mercado existe un gran interés por los alimentos funcionales en especial por el desarrollo en bebidas a base de frutas enriquecidas con probióticos y prebióticos, más aún cuando se ha encontrado que estas matrices son sustratos ideales para las cepas de probióticos y fuentes de prebióticos, debido a que contienen agua, minerales, vitaminas, fibra dietaria y antioxidantes, además de ser consideradas por los consumidores como bebidas refrescantes y saludables. Los estudios evidencian la tendencia y viabilidad de desarrollar estos productos con base en frutas exóticas o de origen tropical.
