Využití dextrinů jako prebiotik pro bifidobakterie

Hana Ludvíková

Bachelor's thesis

Use of dextrins as prebiotics for bifidobacteria

Abstract:

Bifidobakterie jsou komenzální, grampozitivní, sacharolytické mikroorganismy. Patří mezi probiotické bakterie díky prokázaným pozitivním vlastnostem na zdraví hostitele. K podpoře jejich mnoţství, metabolické aktivity a proliferace v tlustém střevě slouţí prebiotika. Důleţité je, aby tyto látky byly selektivní a podporovaly pouze prospěšné bakterie, jako jsou bifidobakterie. Najít vhodné látky odpovídající poţadavkům prebiotik je sloţité. Aktuálně se hojně pouţívají fruktooligosacharidy (FOS), galaktooligosacharidy (GOS), inulin, laktulóza a alternativy oligosacharidů mateřského mléka (OMM). Další z moţností je rezistentní dextrin. Ten je obsaţen v komerčním produktu NUTRIOSE®, který byl testován v této bakalářské práci. Cílem bylo otestovat růst bifidobakteriálních kmenů typických pro člověka na komerčním produktu NUTRIOSE®. Tento produkt měl 4 varianty, které se lišily ve zdroji škrobu (pšeničný, kukuřičný), obsahu redukujících sacharidů a úpravě. Dále byl do testování zařazen dextrin (kukuřičný), běţný pšeničný a kukuřičný škrob. Substráty byly testovány vţdy jednotlivě jako jediný zdroj uhlíku v médiu. Indikátorem pH byla bromkresolová violeť, která umoţňovala vizuální vyhodnocení na základě barevné změny v důsledku produkce metabolitů při růstu na daném substrátu. Testování bylo provedeno ve dvou esejích. V první metodice bylo testováno 62 kmenů na mikrotitračních destičkách na médiu API 50 CH, které obsahovalo substráty o koncentraci 1 g/l, objem reakce byl 200 μl. Uvedená esej nebyla po vyhodnocení výsledků shledána jako optimální. Z tohoto důvodu byl pokus proveden ve velkém objemu (10 ml) v médiu podle Pechara a bylo testováno 54 kmenů. Zvýšila se koncentrace substrátů na 10 g/l a bylo zajištěno lepší anaerobní prostředí. Při kontrole se hodnotila změna zabarvení a hodnota pH. Pozitivní vzorek byl zbarven ţlutě a pH kleslo pod 5,5. Tento výsledek reflektoval růst bifidobakterií a následnou produkci metabolitů, jeţ sníţily pH. Negativní vzorky byly tmavě fialově zbarvené bez změny pH. Bylo zjištěno, ţe utilizace běţných škrobů a dextrinu korelovala s růstem Bifidobacterium adolescentis, B. breve, B. gallicum a B. pseudolongum na všech testovaných komerčních produktech NUTRIOSE® (FB 06 a 10, FM 06 a 10). Ostatní testované kmeny jako B. animalis subsp. lactis, B. longum a B. catenulatum/ pseudocatenulatum kromě zástupců B. bifidum rostly jen na variantách NUTRIOSE® FB 10 a FM 10, na coţ mohl mít vliv vysoký obsah redukujících sacharidů. Podobných výsledků bylo dosaţeno i u dextrinu. Bylo prokázáno, ţe bifidobakterie pocházející z trávicího traktu člověka byly schopny růst v přítomnosti NUTRIOSE® jako jediného zdroje uhlíku v in vitro podmínkách. Utilizace uvedeného substrátu byla však druhově a kmenově specifická. NUTRIOSE® je tedy moţným prebiotikem pro některé bifidobakteriální druhy a kmeny.

Abstract:

Bifidobacteria are commensal, gram-positive, saccharolytic microorganisms. They exhibit several health-promoting effects for the health of the host and consequently they are classified as probiotic bacteria. Prebiotics help to probiotic bacteria to enhance the growth, they support metabolic activity and they improve the proliferation of bacteria in the large intestine. Prebiotics have to be selectively utilized by host microorganisms conferring a health benefit to the host as the genus Bifidobacterium, for example. To find a suitable substance which meets the demands of prebiotics is very difficult. Currently, fructooligosaccharides (FOS), galactooligosaccharides (GOS), inulin, lactulose and alternatives of breast milk oligosaccharides are used abundantly. Another option is resistant dextrin. It is included in the commercial product NUTRIOSE® which was tested in this bachelor thesis. The aim of the bachelor thesis is to test the growth of bifidobacterial strains typical for humans in the commercial product NUTRIOSE®. This product has 4 variants, which differ in the source of starch (wheat, maize), the content of reducing sugars and in modification. Further, maize dextrin was tested, ordinary wheat and maize starch. The substrates were always tested separately as a single source of carbon in a medium. The indicator of pH was bromocresol purple which facilitated visual evaluation on the basis of colour change due to the production of metabolites from the growth in a given substrate. The experiment was carried out in two assays. In the first methodology, 62 strains in well microtiter plates were tested. The medium API 50 CH, which contained substrates in concentration 1 g/l, was used. The volume of the reaction was 200 μl. This assay was not seen as optimal after the evaluation of the results. Consequently, the experiment was carried out in a big volume (10 ml) and in the vial sensored anaerobic ambience. The medium by Pechar was used with the concentration of 10 g/l substrates and 54 strains were tested. The change of colour and the value of pH were evaluated. The positive culture sample has changed its colour to yellow because of the formation of metabolites and the decrease in pH to 5,5. Negative samples were dark purple without a decrease in pH. The evaluation of the tests revealed that the utilization of ordinary starch and dextrin correlated with the growth of Bifidobacterium adolescentis, B. breve, B. gallicum a B. pseudolongum in all the commercial products NUTRIOSE® (FB 06 and 10, FM 06 and 10). The other strains as B. animalis subsp. lactis, B. longum and B. catenulatum/ pseudocatenulatum with the exception of B. bifidum only grew in the varieties NUTRIOSE® FB 10 and FM 10. It might be caused by the content of reducing sugars. Similar results have been manifested in the case of dextrin. It was proven that bifidobacterial strains coming from the human gastrointestinal tract are able to grow in the presence of NUTRIOSE® as the only source of carbon in in vitro conditions. The ability of substrate utilization was species-specific and strain-specific. Therefore, NUTRIOSE® can be used as prebiotics for some bifidobacterial species and strains.

Keywords

Bifidobakterie, dextrin, Nutriose, prebiotikum, MALDI TOF MS

Keywords

Bifidobacteria, dextrin, Nutriose, prebiotic, MALDI TOF MS

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 6. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Věra Neužil Bunešová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Agriculture, Horticulture and Rural Development / Nutrition and Foodstuffs