DE69525947T3 - Probiotische zusammensetzungen - Google Patents

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J. Kenneth McNAUGHT
N. Robert GANLY
Lynne Patricia CONWAY
John Anthony Evans
Lloyd David TOPPING
Xin Wang
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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft Nahrungszusammensetzungen, insbesondere Zusammensetzungen für die Zufuhr und Erhaltung von probiotischen Mikroorganismen zum und im Magen-Darm-Trakt, besonders dem Dickdarm. Wie in dieser Beschreibung verwendet, sind Probiotika oder probiotische Mikroorganismen eine lebende mikrobielle Nahrungsergänzung, die dadurch nützliche Auswirkungen auf das Wirtstier hat, daß sie sein mikrobielles Darmgleichgewicht verbessert. Das ist die durch R. Fuller (AFRC Institute of Food Research, Reading Laborstory, Vereinigtes Königreich) in Journal of Applied Bacteriology, 1989. 66, S. 365–378. "Probiotics in Man and Animals – A Review" bereitgestellte Definition.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Viele Wissenschaftler behaupten, daß die Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen durch die Mikroorganismen, die den Magen-Darm-Trakt, und insbesondere den Dickdarm, besiedeln, positiv oder negativ beeinflußt werden können. Diese Mikroorganismen beeinflussen durch die Produktion von Toxinen, Stoffwechselnebenprodukten, kurzkettigen Fettsäuren und dergleichen den physiologischen Zustand des Wirts. Die Zusammensetzung und die Quantität der Darm-Mikroflora können durch Bedingungen oder Belastungen, die durch Erkrankung, Lebensweise, Reisen und andere Faktoren hervorgerufen werden, beeinflußt werden. Wenn Mikroorganismen, welche die Gesundheit und das Wohlbefinden des Individuums positiv beeinflussen, beim Besiedeln des Dickdarms gefördert werden können, sollte dies das physiologische Wohlbefinden des Wirts verbessern.
  • Das Einführen von nützlichen Mikroorganismen oder Probiotika wird normalerweise durch die Einnahme der Organismen in Getränken, Joghurts, Kapseln und anderen Formen auf eine solche Weise durchgeführt, daß der Organismus in einem lebensfähigen Zustand im Dickdarm ankommt.
  • Durch Englyst H. N. et. al (1987), "Polysaccharides breakdown by mixed populations of human faecal bacterial", EMS Microbiology Ecol 95: 163–71, ist gezeigt worden, daß die bakterielle Fermentation von resistenter Starke im Dickdarm erhöhte Gehalte von kurzkettigen Fettsäuren erzeugt, insbesondere nützliche Arten wie beispielsweise Propionat und Butyrat.
  • Der einreichende Erfinder hat erkannt, daß es wünschenswert wäre, dem Dickdarm nicht nur probiotische Mikroorganismen zuzuführen, sondern auch ein Medium bereitzustellen, das dazu dienen würde, das Wachstum der Mikroorganismen zu fördern, wenn sie den Dickdarm erreichen.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß modifizierte resistente Stärken sowohl als ein Mittel zum Transport der probiotischen Mikroorganismen in den Dickdarm als auch als ein Wachstumsmedium für den dem Zielbereich des Dickdarms zugeführten Mikroorganismus dienen kann. Wie in dieser Beschreibung verwendet, schließt „resistente Starke" diejenigen Formen ein, die als RS1, RS2, RS3 und RS4 definiert werden.
  • OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend bezieht sich diese Erfindung auf eine probiotische Zusammensetzung wie in Anspruch 1 definiert.
  • In einem allgemeinen Blickwinkel dient die resistente Stärke als ein Träger, um die probiotischen Mikroorganismen zum Dickdarm zu transportieren. Das Einführen dieser Mikroorganismen in den Dickdarm ist, wie zuvor erläutert, nützlich. Außerdem wird die resistente Starke, wenn sie im Dickdarm vorhanden ist, als eine Nahrungsquelle für bereits im Dickdarm vorhandene Mikroorganismen dienen.
  • In einem engeren Blickwinkel können einige probiotische Mikroorganismen gewählt werden derart, daß sie in der Lage sind, die resistente Stärke als Nahrungsquelle zu nutzen. Folglich wird die resistente Stärke sowohl als Träger als auch als Nahrungsquelle für diese Mikroorganismen dienen.
  • Es gibt eine Vielzahl von probiotischen Mikroorganismen, die für die Verwendung in dieser Erfindung geeignet sind, einschließlich von Hefen wie beispielsweise Saccharomyces und Bakterien wie beispielsweise die Gattungen Bifidobacterium, Bacteroides, Clostridium, Fusobacterium, Propionibacterium, Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus, Staphylococcus, Peptostreptococcus und Lactobacillus. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese besonderen Mikroorganismen beschränkt. Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen und diejenigen Mikroorganismen erkennen, die in die Zusammensetzungen der Erfindung eingeschlossen werden können.
  • Spezifische Stämme, die geprüft worden sind und sich für die Verwendung in dieser Erfindung geeignet gezeigt haben, werden in Tabelle 1 dargestellt. TABELLE 1
    Name des Bakteriums Nummer des Stamms
    Bifidobacterium adolescentis 248 UNSW 509400
    Bif. bifidum 248 UNSW 509800
    Bif. longum 248 UNSW 509700
    Bif. pseudolongum 248 UNSW 509500
    Bif. infantis 248 UNSW 510000
    Bacteroides fragilis NCTC 9343
    Bact. vulgatus 1ATCC 8482
    Lactobacillus viridescens 1ATCC 12706
    L. casei 1ATCC 25302
    L. acidophilus 1ATCC 4356
    L. plantarum 1ATCC 8014
    L. casei subsp. rhamnosus 1ATCC 7469
    L. fermentum 1ATCC 9338
    L. brevis 248 UNSW 055100
    L. salivarius 1ATCC 11741
  • Die probiotischen Mikroorganismen können in dieser Erfindung in einer Vielzahl von Formen verwendet werden, einschließlich von Konzentraten, gefrorenen Konzentraten und gefriergetrocknetem Material.
  • Bei einer bevorzugten Form können die probiotischen Mikroorganismen als eine Suspension mit der resistenten Starke gefriergetrocknet werden. Bei Zusammensetzungen dieser Art kann die resistente Starke als ein Tieftemperaturschutz wirken.
  • Typischerweise kann die resistente Stärke mit einem Gehalt von 2 bis 20 Gew.-% enthalten sein. In Abhängigkeit von der Menge zugegebener resistenter Starke werden die Trocknungsgeschwindigkeit und Konsistenz und Rehydrationseigenschaften des Endprodukts beeinflußt. Typischerweise wird ein Gesamtgehalt von etwa 5% an Trockensubstanz verwendet, obwohl höhere Konzentrationen verwendet werden können, um die Eigenschaften trockenen Kuchens zu verbessern.
  • Bei einer anderen Form können probiotische Mikroorganismen als gefriergetrocknetes Material mit resistenter Stärke in einem Extrusionsverfahren verwendet werden, um ein körniges Erzeugnis zu bilden. Um diese Form der Zusammensetzung zu bereiten, ist es wichtig, zu sichern, daß die Temperatur der Extrusion nicht so hoch ist, daß sie die Lebensfähigkeit der Mikroorganismen ungünstig beeinflußt. Ein Weg, das zu erreichen, ist, die resistente Stärke zusammen mit einem Fett mit hohem Schmelzpunkt in einen Extruder mit Zonen einzubringen, die bei einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden, um das Material in geschmolzener Form zu halten. In anschließende, kühlere Zonen des Extruders wird eine Suspension des probiotischen Mikroorganismus' zusammen mit einem Fett mit einem niedrigeren Schmelzpunkt eingebracht. Dies führt zu einer wirkungsvollen Mischung mit der Mischung aus Fett und resistenter Stärke. Die Extrusion geschieht danach durch eine entsprechend gekühlte Düse. Das geschmolzene Fett kann ein gehärtetes Pflanzenöl oder eine Mischung von gehärteten und ungehärteten Pflanzenölen, wie beispielsweise Palmöl, sein, das einen Schmelzpunkt von mehr als 50°C, aber eine hohe Plastizität im Bereich von etwa 35°C bis 40°C hat. Wünschenswerterweise sollte(n) das/die Öl(e) stabil und nicht-oxidierend sein.
  • Das Beimischungsverhältnis des Fetts oder Öls mit niedrigem Schmelzpunkt in den Extruder kann im Bereich von 0 bis 10% liegen. Höhere Mengen können verwendet werden, wenn besondere Eigenschaften, wie beispielsweise eine verbesserte Verteilung durch die Nahrungsmittelgrundmasse, erforderlich sind.
  • Weitere Bestandteile können zugegeben werden, um die Mischung zu stabilisieren.
  • Die Mischung von resistenter Stärke zum probiotischen Organismus kann in jedem Verhältnis erfolgen, vorzugsweise wenigstens 1:1:1 (resistente Stärke zu Bakterien in gefriergetrockneter Form zu Öl/Fett). Durch eine Veränderung des Verhältnisses von resistenter Stärke zu Öl/Fett kann die Fließfähigkeit der Mischung verbessert werden.
  • Bei einer anderen Form können die Mikroorganismen mit resistenter Stärke mikroeingekapselt werden. Ein typisches Mikroeinkapselverfahren erfordert das Vorwärmen eines Öls mit niedrigem Schmelzpunkt, typischerweise bei weniger als 50°C, vorzugsweise weniger als 40°C, über seinen Schmelzpunkt. Unter Bedingungen leichten Schubs wird eine Menge gefriergetrockneter probiotischer Mikroorganismen, beispielsweise 10%, zugegeben und verteilt. Resistente Stärke in einer Menge von beispielsweise 20% des Öls wird zusammen mit den anderen Bestandteilen und Bindemitteln, wie beispielsweise Gelatine und Gummis, zugegeben.
  • Danach wird die Dispersion in den Kopf eines Kühlturms gesprüht, um die Bildung und Aushärtung von gleichförmigen Teilchen mit einer typischen Durchschnittsgröße im Bereich von 20 bis 200 μm (abhängig von der Anwendung) zu ermöglichen.
  • Die Zahlen lebensfähiger Zellen des mikroeingekapselten Endprodukts können in der Größenordnung von 108 bis 1012 Mikroorganismen pro Gramm liegen. Zusätzlich zu den oben erwähnten Formen können die probiotischen Mikroorganismen in anderen Formen, einschließlich Mischen, Sprühkühlen, Einschließen, und In-Anhaftung-Bringen, angeboten werden.
  • Allgemein gesprochen, werden die probiotischen Mikroorganismen in der resistenten Stärke in einem Verhältnis von etwa 102 cfu pro Gramm resistenter Stärke oder mehr, vorzugsweise etwa 105 oder mehr, am bevorzugtesten etwa 107 oder mehr, enthalten sein. Als ein Maximum werden allgemein nicht mehr als etwa 1012 cm pro Gramm resistenter Stärke verwendet.
  • In dieser Erfindung werden chemisch modifizierte resistente Starken verwendet. Der Vorteil von resistenter Stärke in einer probiotischen Zusammensetzung ist, daß sie nicht verdaut wird, bevor sie den Dickdarm erreicht. Daher stellt sie ein leicht verfügbares Substrat für die Fermentation durch die probiotischen Mikroorganismen bereit, sobald sie im Dickdarm ankommen. Eine Stärke mit hohem Amylose-Gehalt ist eine bevorzugte Form resistenter Stärke, insbesondere die Stärken mit hohem Amylose-Gehalt, wie sie in WO94/03049 und WO94/14342 offengelegt und gelehrt werden.
  • In WO94/03049 and WO94/14342 werden Starken mit hohem Amylose-Gehalt offengelegt, die resistente Starken sind, und Maisstärke mit einem Amylose-Gehalt von 50 Gew.-% oder mehr, insbesondere 80 Gew.-% oder mehr, Reisstärke mit einem Amylose-Gehalt von 27 Gew.-% oder mehr einschließen, und besondere Korngrößenbereiche von Starken mit einem Amylose-Gehalt von 50 Gew.-% oder mehr und einem erhöhten Gehalt an resistenten Starken, wobei diese Starken Mais, Gerste, Weizen und Leguminosen einschließen. Diese Erfindung ist jedoch nicht auf diese Formen resistenter Starke beschränkt. Zum Beispiel werden andere Formen resistenter Starke von Quellen wie beispielsweise Bananen und Kartoffeln abgeleitet.
  • Die Zusammensetzungen der Erfindung können derart bereitet werden, daß die probiotischen Mikroorganismen und der Träger zusammen angeboten werden. Als Alternative dazu können die probiotischen Mikroorganismen und der Träger je in zwei getrennten Teilen angeboten werden. Bei dieser Form kann entweder der Teil, der die probiotischen Mikroorganismen enthält, oder der Teil, der den Träger enthält, zuerst konsumiert werden, kurz danach gefolgt von dem anderen Teil.
  • Es ist von Vorteil, die Stärke chemisch zu modifizieren, um, beispielsweise, die Ladungsdichte oder die Hydrophobie des Korns und/oder der Kornoberfläche zu verändern, um die Bindungskompatibilität zwischen dem Mikroorganismus und der resistenten Stärke zu erhöhen. Chemische Modifikationen, wie beispielsweise Veretherung, Veresterung, Ansäuerung und dergleichen sind auf diesem Gebiet als geeignete chemische Behandlungen gut bekannt.
  • Es kann außerdem nützlich sein, den Grad der Enzymempfindlichkeit der resistenten Stärke durch eine Veränderung der Konformation oder Struktur der Stärke zu modifizieren. Beispiele schließen Säure- oder Enzym-Verdünnung und Kreuzbindung unter Verwendung von difunktionellen Reagenzien ein.
  • Eine nützliche Modifikation ist die Amylolyse von Stärken mit hohem Amylose-Gehalt, um Stärkekörner zu ergeben, die durch Grübchen oder Erosionen gekennzeichnet sind, die von der Oberfläche bis zum Innern der Körner verlaufen können. Diese Grübchen ermöglichen den Eintritt von Enzymen zum enzymempfindlicheren Kern des Stärkekorns, der löslich gemacht wird.
  • Erodierte Stärkekörner haben nicht nur eine vergrößerte Oberfläche für die Bindung von Mikroorganismen, sie ermöglichen außerdem die Einkapselung und Einschließung von Mikroorganismen im Innern des Korns. Diese letztere Eigenschaft hilft beim Schutz von Mikroorganismen, wodurch der Transport in den Dickdarm erleichtert wird.
  • Es fällt auch in den Rahmen dieser Erfindung, enzymatisch behandelte resistente Stärke chemischer Modifikation, wie oben beschrieben, zu unterwerfen.
  • Zusätzlich zu den zuvor erwähnten chemischen, enzymatischen und enzymatisch-chemischen Modifikationen, die an der resistenten Starke vorgenommen werden können, können die probiotischen Mikroorganismen unter Verwendung von Materialien, wie beispielsweise difunktionellen Reagenzien oder polyfunktionellen Reagenzien, chemisch an die resistente Starke gebunden werden. Beispiele für Reagenzien dieser Arten sind Glutaraldehyd bzw. Natriumtrimetaphosphat.
  • Dieses letztere Reagens wird bevorzugt, da es eine lebensmitteltaugliche Chemikalie ist.
  • Obwohl die Zusammensetzungen der Erfindung unmittelbar eingenommen oder als ein Zusatz in Verbindung mit Nahrungsmitteln verwendet werden können, ist zu erkennen, daß sie in eine Vielzahl von Nahrungsmitteln und Getränken einbezogen werden können, einschließlich Joghurts, Eiskrems, Käse, Backerzeugnisse wie Brot, Keksen und Kuchen, Milch- und Milchersatzprodukte, Süßwaren, eßbare Ölzusammensetzungen, Aufstriche, Frühstücksflocken, Säfte und dergleichen, aber nicht darauf beschränkt. In den Rahmen des Begriffs „Nahrungsmittel" sind insbesondere Nahrungsmittel einzuschließen, die wahrscheinlich als funktionelle Nahrungsmittel zu klassifizieren sind, d. h. „Nahrungsmittel, die in der Erscheinung herkömmlichen Nahrungsmitteln ähneln und für den Konsum als Teil einer normalen Diät vorgesehen sind, die aber für physiologische Rollen modifiziert worden sind, die über die Befriedigung einfacher Ernährungsbedürfnisse hinausgehen" (NFA Policy Discussion Paper 7/94).
  • Die Zusammensetzungen der Erfindung können gleichermaßen in Dosierungsformen wie beispielsweise in einer Kapsel angeboten werden.
  • Allgemein gesprochen, wird die resistente Stärke zusammen mit den probiotischen Mikroorganismen in trockener Form angeboten. Geeignete, aber nicht einschränkende Trocknungsmittel schließen Sprühtrocknung, Gefriertrocknung und Wirbelstoßtrocknung ein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine lichtmikroskopische Fotografie von Bifidobacterium, assoziiert mit einer Quelle resistenter Starke (Stärkekörner mit hohem Amylose-Gehalt), vor der anaeroben Inkubation bei 37°C,
  • 2 ist eine lichtmikroskopische Fotografie wie in 1 nach der Inkubation,
  • 3 ist eine lichtmikroskopische Fotografie wie in 1 nach dem Abbau während der Inkubation,
  • 4 ist eine Rasterelektronenmikrofotografie, die intakte resistente Starke (Stärkekörner mit hohem Amylose-Gehalt) zeigt,
  • 5 ist eine Rasterelektronenmikrofotografie, welche die äußere Erosion des Stärkekorns im Ergebnis der Behandlung mit hitzestabiler bakterieller Alpha-Amylase und Pullulanase zeigt,
  • 6 ist eine Rasterelektronenmikrofotografie eines enzymbehandelten Stärkekorns, das um das Grübchen aufbricht,
  • 7 ist eine Rasterelektronenmikrofotografie eines aufgebrochenen enzymbehandelten Stärkekorns, das einen hohlen Kernbereich zeigt,
  • 8 ist eine graphische Darstellung der Produktion flüchtiger Fettsäuren für resistente Starke (Hi-Maize-Stärke) und Sigma-Amylose bei Fermentation mit einer Zahl von Bakterien,
  • 9 ist eine graphische Darstellung des Wachstumsprofils der Bifidusflora in der Zeit unter Verwendung einer Zahl von resistenten Stärkesubstraten, und
  • 10 ist eine graphische Darstellung des Wachstumsprofils von B. bifidum und Cl. butyricum in der Zeit unter Verwendung einer Zahl von resistenten Stärkesubstraten.
  • VERFAHREN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Form, welche die resistente Starke dieser Erfindung annehmen kann, ist, wenn sie erodiert oder mit Grübchen versehen ist. Ein Beispiel der Bereitung einer solchen Stärke wird nun mit Bezug auf 4 bis 7 beschrieben.
  • BEREITUNG VON AMYLOLYSEPRODUKTEN AUS MAISSTÄRKEKÖRNERN MIT HOHEM AMYLOSE-GEHALT
  • Ein Brei, der 2000 Gramm Maisstärke (12,5% Feuchtigkeit) mit hohem Amylose-Gehalt (Handelsmarke Hi-Maize-erhalten von der Starch Australasia Ltd) und Wasser (7000 ml) enthielt, wurde unter Verwendung von Natriumhydroxidlösung (0,65 M) auf pH 6,0 eingestellt. Der Brei wurde in einem Wasserbad auf 85°C erhitzt. An diesem Punkt wurde in den Experimenten 2, 5 und 6 die hitzestabile bakterielle Alpha-Amylase Termamyl zugegeben. Die Details der Experimente werden in Tabelle 2 bereitgestellt.
  • Nach 60 Minuten wurde die Temperatur des Breis auf 60°C verringert und entweder (i) der pH-Wert vor der Zugabe der Mischung Dextrozyme aus Pilz-Glucoamylase und bakterieller Pullulanase unter Verwendung von Salzsäure (10 M) auf 4,5 eingestellt, oder (ii) der pH-Wert wurde vor dem Einschluß der bakteriellen Pullulanase Promozyme auf 5,0 eingestellt (Tabelle 2). In beiden Fällen wurde der Brei für 20 Stunden bei 60°C gehalten.
  • Danach wurde der pH-Wert unter Verwendung von Natriumhydroxidlösung (0,65 M) auf 6,0 erhöht und der unlösliche Teil unter Verwendung eines mit Whatman-54-Filterpapier versehenen Büchner-Trichters gewonnen. Das gewonnene Material wurde mit 7 Liter destillierten Wassers gewaschen und danach in einem Gebläseofen bei 50°C getrocknet.
    • NB: Termamyl – hitzestabile Endo-Alpha-Amylase von Bacillus licheniformis
    • Pullulanase – hitzestabile Pullulanase von Bacillus sp.
    • Glucoamylase – von Aspergillus niger (alle Enzyme von der Novo Nordisk Bioindustrial Pty Limited)
    TABELLE 2
    BEI DER BEREITUNG VON AMYLOLYSEPRODUKTEN AUS MAISSTÄRKE MIT HOHEM AMYLOSE-GEHALT ANGEWENDETE BEDINGUNGEN
    Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4 Exp. 5 Exp. 6
    Verwendete Stärke (g) TSM 1750 1750 1750 1750 1750
    Wasser (ml) 7000 7000 7000 7000 7000
    PHASE EINS
    Temperatur (°C) 85 85 85 85 85
    pH-Wert 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0
    Reaktionszeit (min) 60 60 60 60 6,0
    Novo Termamyl 120 L (ml) 4,00 - - 2,00 2,00
    PHASE ZWEI
    Temperatur (°C) 60 60 60 60 60
    pH-Wert 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0
    Reaktionszeit (h) 20 20 20 20 20
    Novo Dextrozyme (ml) - - - 2,00 -
    Novo Promozyme 200 L (ml) - 10,00 2,50 - 2,50
    Gewonnene Menge (g) 735 1555 1549 1020 1012
    *Exp. = Experiment
  • Die Gehalte an Nahrungsballaststoffen und resistenter Stärke wurden für die Starken jedes dieser Experimente bestimmt, deren Ergebnisse in Tabelle 3 gezeigt werden. TABELLE 3
    GESAMTGEHALTE AN NAHRUNGSBALLASTSTOFFEN UND RESISTENTER STÄRKE IN AMYLOLYSEPRODUKTEN AUS MAISSTÄRKE MIT HOHEM AMYLOSE-GEHALT
    Nahrungsballaststoffe gesamt (%) TSM Resistente Starke McCleary et al (%) TSM
    MAISSTÄRKE MIT HOHEM AMYLOSE-GEHALT 33,4 18,1
    RÜCKSTÄNDE AN MAISSTÄRKE MIT HOHEM AMYLOSE-GEHALT NACH DER AMYLOLYSE
    Experiment 2 37,0 36,0±2,9
    Experiment 3 31,4 30,1±2,0
    Experiment 4 34,4 29,3
    Experiment 5 35,8 34,7
    Experiment 6 39,3 42,0 ± 0,9
    *TSM = Trockensubstanzmasse
  • In jedem Fall ist es offensichtlich, daß die Enzymbehandlung zu einer beträchtlichen Erhöhung des Gehalts an resistenter Starke geführt hat, während die Gehalte an Nahrungsballaststoffen wesentlich erhalten geblieben sind.
  • Die Ergebnisse solcher Enzymbehandlungen werden deutlich in den beigefügten 5, 6 und 7 gezeigt, insbesondere im Vergleich mit den unbehandelten Stärkekörnern von 4.
  • Auf diese Weise bereitete modifizierte Stärken können leicht mit probiotischen Mikroorganismen kombiniert werden, um Zusammensetzungen der Erfindung zu bilden.
  • Es wird nun ein Beispiel der Bereitung einer extrudierten Form der Zusammensetzungen der Erfindung beschrieben.
  • GERÄTEPROFIL
    • – Extruderschneckenprofil von 5FS, 3FP (30°), 2RP (30°), 2FS, 5FP (60°), 3RP (60°), 3FS, 3FP (30°), 2RP (30°), 2FS, 3FP (30°), 2RP (30°), 3SLS
    • – Temperaturprofil
  • Zone 1 (70°),
    Zone 2 (70°),
    Zone 3 (70°),
    Zone 4 (50°),
    Zone 5 (50°),
    Zone 6 (35°),
    Zone 7 (35°),
    Zone 8 (35°),
    Düse 20
  • VERFAHREN
  • Resistente Starke wird zusammen mit einem geschmolzenen Fett, Schmelzpunkt von > 50°C, mit einer Beschickungsgeschwindigkeit von angenommen 20 kg/h in einen Extruder APV MPF 50.20 eingespeist. Das Fett wird durch umgepumptes Warmwasser flüssig gehalten und in der zweiten Einspritzöffnung mit einer Geschwindigkeit von 2 kg/h in den Extruder eingespeist. Unter Verwendung eines Fetts mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. gehärteten Maisöls mit einem Schmelzpunkt von 35 bis 37°C, wird eine Suspension von gefriergetrockneten Bakterien, insbesondere Bifidobacterium bifidum oder Bif. longum, bereitet derart, daß das Fett gerade über seinen Schmelzpunkt, aber nicht darüber hinaus, erhitzt wird, und die gefriergetrockneten Bakterien zugesetzt und durchmischt werden. Diese Suspension wird danach in Zone 7 des Extruders eingespeist, wo sie mit der Fett-Stärke-Mischung gemischt und danach durch eine gekühlte Düse gepreßt wird, die mit Öffnungen von 2 mm Durchmesser versehen ist. Das Material wird granuliert und weiter gekühlt, um seine Form zu erhalten, bis es verwendet wird.
  • Es wird nun ein Beispiel einer gefriergetrockneten Form der Zusammensetzungen der Erfindung beschrieben.
  • Zellkulturen, insbesondere die von Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum oder Cl. butyricum werden mit herkömmlichen Mitteln hergestellt und durch Membranfiltrieren, vorzugsweise Ultrafiltration und/oder Zentrifugierung, wird eine konzentrierte Zellsuspension bereitet. Resistente Starke (0,10 bis 0,50 g/ml) wird zusammen mit einem anderen Tieftemperaturschutz, Saccharose (0,07 g/ml), vorsichtig in die Zellsuspension eingerührt. Das Produkt wird danach schnell auf –40°C gefroren und auf eine Wasseraktivität von aw 0,01 oder weniger gefriergetrocknet, um eine optimale Stabilität zu erreichen.
  • Die Kultur wird danach aus dem Trockner entfernt, vorsichtig pulverisiert und in luftdichte Behälter verpackt und bis zur Verwendung bei 4°C aufbewahrt. Einige Beispiele von Ernährungsprodukten, welche Zusammensetzungen der Erfindung enthalten, sind wie folgt:
    TROCKENMISCHUNG FÜR EIN GETRÄNK MIT ZITRUSGESCHMACK
    BESTANDTEILE Gew.-%
    Resistente Starke 9,00
    Gefriergetrocknetes Probiotikum 1,00
    Saccharose 68,00
    Maltodextrin Fieldose 17 13,83
    Dextrose 1,72
    Zitronensäure wasserfrei 1,00
    Aroma 0,20
    Gummi arabicum 0,25
    Tricalciumphosphat 0,10
    Farbstoff Passend
    100,00
  • VERFAHREN
  • 1. Alle Bestandteile durchmischen.
  • Bereitung
    • unter Rühren 30 Gramm Trockenmischung zu 337 ml Wasser zugeben.
  • LIEFERANT DER BESTANDTEILE
  • Resistente Stärke (Hi-maize) und Fieldose 17 werden von der Starch Australasia Limited, Australia, geliefert.
  • JOGHURT
  • Die folgende Formel wird als ein Start für die Herstellung von gerührten oder festen Joghurts angeboten.
    BESTANDTEILE %
    Resistente Stärke 10,0
    Vollmilch 33,0
    Zucker 10,5
    fettfreie 9,0
    Milchtrockenmasse
    MAPS 449 0,5
    Stabilisierungsmittel 0,5
    Kultur (probiotisch) 1,0
    Wasser zu 100,0
  • VERFAHREN
    • 1. Alle Bestandteile außer der Kultur verbinden, dabei sichern, daß das Stabilisierungsmittel gut verteilt wird.
    • 2. Die Mischung auf 88 bis 93°C erhitzen und für 30 Minuten bei dieser Temperatur halten.
    • 3. Auf 38 bis 45°C abkühlen.
    • 4. Die Fraktion resistenter Stärke zugeben.
    • 5. Mit der Kultur impfen und bei 42°C inkubieren.
    • 6. Fermentation des Joghurts durch die Kultur auf einen pH-Wert von 4,0 bis 4,2 ermöglichen.
    • 7. Bei 5°C kühlen.
  • ANMERKUNGEN:
    • 1. Es ist eine Vielzahl von Stabilisierungsmitteln erhältlich, die aus Gelatine, Mischungen aus Gelatine und Gummis oder Gummimischungen bestehen. Empfohlene Stabilisierungsmittel sind a) Gelatine, erhältlich von der Leiner Davis Gelatin (Australia) Co., b) Sta-Rite und Stabilizer Gemcol ADQ, erhältlich von der Germantown Australia Co.
    • 2. Die Kombination aus Stabilisierungsmittel und MAPS 449 sollte 1 Gew.-% der Endmischung ausmachen. Höhere Konzentrationen können, unter bestimmten Umständen, ungünstige Wirkungen haben.
    • 3. Bei gerührten Joghurts wird das Pumpen und Füllen der Behälter zwischen den Schritten 6 und 7 durchgeführt.
    • 4. Bei festen Joghurts wird das Einfüllen in die Behälter zwischen den Schritten 5 und 6 durchgeführt.
    • 5. Die Vollmilch kann durch Vollfett-Milchpulver ersetzt werden, verwendet mit einem Gehalt, der eine Trockensubstanz ergibt, die der durch die Vollmilch beigetragenen gleichwertig ist. Die erforderliche Wassermenge wird ebenfalls entsprechend eingestellt.
    • 6. Bei Joghurts mit Fruchtgeschmack werden handelsübliche Fruchtzubereitungen vor dem Füllen mit dem Joghurt verbunden. Ein typisches Verhältnis wäre 85 Teile Joghurt auf 15 Teile Fruchtzubereitung.
    • 7. Falls aus Gründen der Textur eine Homogenisierung erforderlich ist, wird empfohlen, nach Schritt 2, vor dem Kühlen, leicht bei 200 bis 250 Pfund/Quadratzoll zu homogenisieren. Eine Homogenisierung bei niedrigeren Temperaturen könnte zu einer Schädigung des Stabilisierungsmittelbestandteils führen.
  • LIEFERANT DER BESTANDTEILE
  • Resistente Stärke (Hi-maize) und MAPS 449 werden von der Starch Australasia Limited, Australia, geliefert.
    INSTANT-MOUSSE
    BESTANDTEILE GEWICHTSANTEILE
    Fraktion resistenter Stärke, Probiotikum, 15 Teile
    Maissiruptrockenmasse
    Fieldose 30 75 Teile
    Zucker 50 Teile
    Instant Gelatin 800 4 Teile
    Vorverkleisterte Stärke Instant FTD 176 10 Teile
    Wasser 150 Teile
    Farbstoff und Aroma Wie erforderlich
  • VERFAHREN
    • – Alle trockenen Bestandteile mischen.
    • – Unter Rühren die Trockenmischung in kaltes Wasser geben.
    • – Weiter schlagen, bis die Volumenzunahme 150% beträgt.
  • LIEFERANTEN DER BESTANDTEILE
  • Instant FTD 176, Fieldose 30 und resistente Stärke (Hi-maize) werden von der Starch Australasia Limited, Australia, geliefert.
  • Instant Gelatin 800 wird von der Leiner Davis Gelatin (Australia) Co geliefert.
  • Um das Verständnis dieser Erfindung weiter zu unterstützen, wird nun eine Reihe von Experimenten beschrieben, welche die Zweckmäßigkeit demonstrieren.
  • EXPERIMENT 1
  • Bei diesem Experiment wurde die Fähigkeit einer Reihe von koloniebildenden Bakterien, die aus Kulturensammlungen und Isolierungen aus menschlichem Stuhl gewonnen wurden, geprüft, eine resistente Quellenstärke als ein Fermentationssubstrat zu nutzen. In allen Fällen war die resistente Quellenstärke Maisstärke mit einem hohen Amylose-Gehalt (Handelsmarke Hi-maize, erhalten von der Starch Australasia Ltd) oder Derivate derselben.
  • In Tabelle 4 werden die Fermentierbarkeitsergebnisse gezeigt, die für eine Reihe resistenter Stärketypen und Bakterien gewonnen wurden. Die Bewertung erfolgte bezogen auf den Gesamt-Kohlenhydrat-Rückstand (mg/ml).
  • In 8 werden die für die Produktion flüchtiger Fettsäuren (VFA) erreichten Ergebnisse für Himaize-Stärke und Sigma-Amylose gezeigt, wenn diese mit einer Zahl von Bakterien fermentiert wurden.
  • In 9 wird das Wachstumsprofil der Bifidobacterium-Stämme X8 und X13 in der Zeit unter Verwendung einer Zahl von resistenten Stärkesubstraten gezeigt.
  • In 10 werden die Wachstumsprofile von B. bifidum und Cl. butyricum in der Zeit unter Verwendung der resistenten Stärkesubstrate von 9 gezeigt. TABELLE 4
    Figure 00110001
  • BEMERKUNGEN
  • Einige Stämme, insbesondere diejenigen der Gattungen Bifidobacterium, Bacteroides, Eubacterium und Clostridium, zeigten eine Fähigkeit, die granulierte Stärke abzubauen.
  • Die Produkte dieser In-vitro-Fermentationen schlossen kurzkettige Fettsäuren (VFA) wie Acetat, Propionat und Butyrat ein, die bei der Erhaltung und dem Schutz des Darms und des Körpers wichtig sind.
  • Aus 9 ist zu bemerken, daß jeder Bakterienstamm individuelle Wachstumsprofile zeigte, die demonstrierten, daß die Stärke oder chemisch derivatisierte Stärke als das Substrat der Fermentation wirken konnte.
  • In manchen Fällen, wie im vom Bifidobacterium-Stamm X8 gezeigten, spiegelte sich die Fähigkeit zur Nutzung der hydroxypropylierten Maisstärke mit hohem Amylose-Gehalt erst etwa 8 Stunden nach dem Beginn der Inkubation in einer Populationszunahme der Population des Bifidobacterium-Stamms X8, als die Population des Bifidobacterium-Stamms X8 nach 10 Stunden von etwa 4,2 log/ml auf 6,2 log/ml zunahm.
  • Dementsprechend können die Art oder das Maß der Modifikation der resistenten Stärke als ein Mittel genutzt werden, um entweder die Geschwindigkeit oder den Ort der Fermentation der resistenten Stärke im Magen-Darm-Trakt zu steuern.
  • Dies wird weiterhin demonstriert, wenn die in 10 gezeigten graphischen Darstellungen der Wachstumsleistung betrachtet werden.
  • Dies ermöglicht die Wahl eines modifizierten resistenten Stärketyps, um selektiv auf die Förderung des bakteriellen Wachstums in einem Bereich des Magen-Darm-Trakts zu zielen.
  • EXPERIMENT 2
  • Bei diesem Experiment wurde die Fähigkeit, beispielsweise von Bifidobacterium, geprüft, für die Zwecke des Transports oder der Fermentation an den Stärkekörnern von nativen und derivatisierten Maisstärkekörnern mit hohem Amylose-Gehalt zu haften. Die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse weisen auf einige Unterschiede hin, die auf dem modifizierten Stärketyp beruhen. TABELLE 5
    Figure 00120001
  • EXPERIMENT 3
  • Um zu demonstrieren, daß resistente Stärke bis zum Dickdarm passieren und das Wachstum von probiotischen Mikroorganismen fördern kann, wurden zwei Fütterversuche durchgeführt.
  • Der erste Fütterversuch betraf das Füttern von Mäusen, von denen bekannt ist, daß sie keine native Bifidusflora im Blinddarm haben, mit einer Diät, die, wie in 6 gezeigt, Bifidobacterium-Stämme einschloß. TABELLE 6
    Diäten für Probiotikum-Fütterexperimente an Mäusen
    Testgruppen A B C D E
    Stärke Wachs HA Carboxymethyl HA keine
    400 400 400 400
    Casein 200 200 200 200
    Rapsöl 25 25 25 25
    Sonnenblumenöl 25 25 25 25
    Saccharose 150 150 150 150
    Weizenkleie 100 100 100 100
    Gelatine 20 20 20 20
    Mineralmischung 67 67 67 67
    Vitaminmischung 13 13 13 13
    Methionin 2 2 2 2
    Bakterienstamm X8AT2 X8AT2 X8AT2 Bif. bifidum X8AT2
    * alle Gewichte in Gramm Wachs: Maiswachsstärke HA: Maisstärke mit hohem Amylose-Gehalt Carboxymethyl: carboxymethylierte Maisstärke mit hohem Amylose-Gehalt
  • Bakterienkulturen (200 Mikroliter) wurden mit den stärkehaltigen Mahlzeiten von den Mäusen oral eingenommen.
  • Der Konsum resistenter Starke führte zu einer Zunahme der Kotausscheidung und der Kottrockensubstanz und einer beträchtlichen Zunahme in der Menge von im Mäusekot entdeckter Stärke, wie das in Tabelle 7 gezeigt wird. TABELLE 7
    Stärkekonzentration in Mausekot
    Starke im Kotpool (% Trocken gewicht)
    Tag 3–4 Tag 5–6 Tag 7–8
    Gruppe A 1,80 –0,56 2,87
    Gruppe B 29,23 24,51 32,87
    Gruppe C 19,59 16,37 14,23
    Gruppe D 18,09 27,09 28,16
    Gruppe E 0,94 0,30 –1,63
  • Ein Vergleich der durchschnittlichen Zahlen lebensfähiger Bakterien im Mäusekot während des Fütterungszeitraums des Experiments, wie in Tabelle 8 gezeigt, offenbarte eine beträchtliche Zunahme der durch diejenigen Mäuse ausgeschiedenen Bifidusflora, die resistente Starke in der Form unmodifizierter Maisstärke mit hohem Amylose-Gehalt und modifizierter (carboxymethylierter) Maisstärke konsumierten.
  • Es ist außerdem von Bedeutung, daß es sich zeigte, daß im Vergleich mit der Maisstärke mit hohem Amylose-Gehalt im Kot weniger carboxymethylierte Maisstärke vorhanden war. Dies demonstriert weiter in vivo die unterschiedliche Nutzung von modifizierter zu unmodifizierter resistenter Starke, wie sie in Beziehung auf Tabelle 4 und die in 9 and 10 gezeigten Ergebnisse erwähnt wurde. TABLE 8
    Durchschnittliche Zahl lebensfähiger Bakterien im fortgesetzten Fütterungszeitraum
    Gesamtbakterienausscheidung/Tag/Maus Bifidusflora
    Mittelw.+-Std.-abw. Diff. Mittelw. F-Test
    Gruppe A 7,152+–0,96
    Gruppe B 7,965+–0,56
    Gruppen A-B –0,813 p < 0,05
    Gruppe C 8,007+–0,50
    Gruppen A-C –0,855 p < 0,05
    Gruppe D 9,434+–0,72
    Gruppen A-D –2,282 p < 0,05
    Gruppe E 7,159+–0,61
    Gruppen A-E –0,007 kein
  • Der zweite Versuch betraf das Füttern einer Diät, wie in Tabelle 9 gezeigt, an Schweine.
  • Die Formeln dieser Diät wurden dadurch bereitet, daß die Bestandteile bei niedriger Geschwindigkeit für etwa 60 Sekunden in einem Hobart-Mischer gemischt wurden, um jede Schädigung der Bakterien auf ein Minimum zu reduzieren.
  • Dieser Versuch (Kreuzgestaltung) wurde unter Einbeziehung von 12 männlichen Schweinen durchgeführt, wobei eine der zwei experimentellen Diäten, die das probiotische Bifidobacterium longum enthielt, über einen Zeitraum von einer Woche gefüttert wurde, gefolgt von einem Ausleerungszeitraum, bei dem eine antibiotische (Olaquindox Breitspektrum sowohl für Grampositiv als auch für Gramnegativ) Diät konsumiert wurde. TABELLE 9
    Experimentelle Diäten für die Schweine
    Bestandteil Menge (g)
    Casein 160 160
    Maiswachsstärke 498 -
    Maisstärke mit hohem Amylose-Gehalt - 498
    Saccharose 100 100
    Färberdistel 40 40
    Weizenkleie 200 200
    Bifidobacterium longum 1941 20 20
    Vitamine und Mineralien 2 2
  • Das Bifidobacterium longum 1941 wurde als ein gefriergetrocknetes Pulver mit einer Lebensfähigkeit von zwischen 5,48 × 109 cfu/mg und 1,02 × 1010 cfu/mg konsumiert.
  • Das Experiment zeigte eine Zunahme von 0,92 (log10) in den Zahlen der im Kot der einzelnen Schweine vorhandenen Bifidusflora, wie in Tabelle 10 gezeigt wird. TABELLE 10
    Übersicht der durchschnittlichen Bif.-longum-Zahlen in Schweinekot bei beiden Diäten
    Schwein Nummer Kontrollstärke + Bif. longum (cfu/Tag) Resistente Stärke + Bif. longum (cfu/Tag)
    4 1,14 × 1010 2,57 × 1010
    5 4,70 × 109 4,24 × 1010
    6 9,77 × 1010 1,35 × 1011
    7 4,67 × 109 6,43 × 1010
    8 1,02 × 1010 2,37 × 1011
    9 6,68 × 109 2,43 × 1010
    11 5,76 × 109 1,19 × 1011
    12 2,39 × 1010 2,60 × 1010
    13 4,59 × 108 4,69 × 1010
    14 3,28 × 1010 3,78 × 1010
    15 3,62 × 1010 6,69 × 1010
  • Der Gehalt an kurzkettigen Fettsäuren (Acetat, Propionat und Butyrat) im Kot nahm zu, wenn die resistente Stärke in der Diät enthalten war, nahm aber nicht weiter zu, wenn das Probiotikum zugegeben wurde. Die am Kot durchgeführte Stärkeanalyse ergab jedoch, daß bei den mit resistenter Stärke gefütterten Schweinen ein höherer Stärkeprozentsatz als bei der Kontrolldiät (die leicht verdauliche Maiswachsstärke enthielt) vorhanden war, aber wichtiger war die Beobachtung einer beträchtlichen Abnahme des Prozentsatzes vorhandener Stärke, wenn die resistente Stärke zusammen mit dem Bif. longum gefüttert wurde, was darauf hinweist, daß das Bif. longum die resistente Starke wahrscheinlich als ein Substrat nutzte.
  • Am Ende des letzten Umlaufs wurden die experimentellen Diäten beibehalten. Die probiotische Ergänzung hörte auf. Wenn der Kot über eine Periode von vier Tagen beobachtet wurde, erlebte der Gehalt an Bif. longum in den ersten zwei Tagen ein rapides Abfallen und schien danach ein Gleichgewicht zu erreichen. Dies legt nahe, daß die Diät die Koloniebildung der Bifidusflora im Darm fördert. Bei anderen veröffentlichten Experimenten ohne Einschluß resistenter Stärke zeigte sich, daß die Gehalte an Bifidusflora innerhalb von zwei Tagen nach der Beibehaltung der experimentellen Diät vollständig abfielen.
  • Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß vielfältige Variationen und/oder Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, wie sie in den spezifischen Ausführungsbeispielen gezeigt wird, ohne vom Geist oder Rahmen der Erfindung, wie allgemein beschrieben, abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten.

Claims (15)

  1. Probiotische Zusammensetzung, die einen oder mehrere probiotische Mikroorganismen und einen Träger, der dahingehend funktioniert, dass er den einen oder die mehreren probiotischen Mikroorganismen in den Dickdarm oder andere Bereiche des Magen-Darm-Trakts transportiert, umfasst, wobei der Träger eine chemisch modifizierte resistente Starke umfasst und als Wachstums- oder Erhaltungsmedium für Mikroorganismen im Dickdarm oder anderen Bereichen des Magen-Darm-Trakts wirkt.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Starke vom Typ RS1, RS2, RS3 oder RS4 ist.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, bei der die resistente Starke aus der Gruppe gewählt ist, die Mais mit hohem Amylose-Gehalt, Reis, Gerste, Weizen und Leguminosen aufweist oder aus einer Quelle abgeleitet ist, die Kartoffeln und Bananen enthält.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, bei der der Amylose-Gehalt 50 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 80 Gew.-% oder mehr oder, bei Reis-Stärke, 27 Gew.-% oder mehr beträgt.
  5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, bei der die resistente Stärke Maisstärke ist.
  6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die resistente Starke hydroxypropyliert, acetyliert, octenylsucciniert, carboxymethyliert oder succiniert ist.
  7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der probiotische Mikroorganismus in gefriergetrockneter Form, Konzentratform oder in Form gefrorenen Konzentrats vorliegt.
  8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die resistente Stärke, mit dem probiotischen Mikroorganismus gefriergetrocknet ist.
  9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, bei der die resistente Stärke in einer Konzentration von 2 bis 20 Gew.-% vorliegt.
  10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die resistente Starke erodiert oder Lochfraß unterworfen ist.
  11. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der probiotische Mikroorganismus aus der Gruppe gewählt ist, die Saccharomyces, Bifidobacterium, Bacteroides, Eubacterium, Clostridium, Lactobacillus, Fusobacterium, Propionibacterium, Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus und Staphylococcus, Peptostreptococcus aufweist.
  12. Nahrungszusammensetzung mit einer wirksamen Menge einer probiotischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Verfahren zum Bilden der probiotischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den Schritten des Trocknen, Mischen, Koextrudierens, Sprühkühlen, Einschließens, In-Anhaftung-Bringens oder Mikroeinschließens des einen oder der mehreren probiotischen Mikroorganismen mit der modifizierten resistenten Starke.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Trocknen durch Gefriertrocknen, Trocknen mit stoßendem Fließbett oder Sprühtrocknen erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Trocknen durch Gefriertrocknen erfolgt.
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