Roel Van der Meulen voerde een screening uit van een aantal in het menselijke colon vaak voorkomende bacteriën. Hieruit bleek dat niet alleen bifidobacteriën maar ook stammen behorend tot het genus Bacteroides in staat waren om het prebioticum oligofructose, dat vaak gebruikt wordt in functionele levensmiddelen, in vitro te metaboliseren. Bovendien slaagden deze Bacteroides-stammen erin om deze inuline-type fructanen sneller te metaboliseren dan de bifidobacteriën. Na gedetailleerde kinetische analyse van groei en suikerconsumptie bleek dat het degradatiemechanisme evenwel verschillend was tussen Bifidobacterium-stammen enBacteroides-stammen. Daar waar deze laatste geen voorkeur hadden voor oligomeren met een bepaalde ketenlengte en alle verschillende oligomeren simultaan afbreken, bleken bifidobacteriën zeer specifiek de korte fructose-oligomeren (bijvoorbeeld F3) preferentieel te verbruiken. Pas wanneer deze korte oligomeren opgebruikt waren, schakelden de bifidobacteriën over op de langere oligomeren. De groei op deze langere oligomeren verliep evenwel een heel stuk trager.
De dikke darm, een complex bacterieel ecosysteem In de dikke darm (colon) zijn een factor 10 meer micro-organismen aanwezig dan het aantal cellen waaruit ons lichaam is opgebouwd. Als volwassen mens dragen wij zo’n 100 à 200 gram aan bacteriën in onze dikke darm. Het is een van de meest complexe bacteriële ecosystemen tot op heden bekend omwille van de interactie tussen voedselcomponenten, darmepitheelcellen en micro-organismen. In het menselijke colon zouden naar schatting enkele honderden verschillende soorten bacteriën voorkomen die bijdragen tot de metabolische capaciteit van het colonecosysteem. Tijdens het laatste decennium werd veel aandacht besteed aan een mogelijke impact op de samenstelling van de colonmicrobiota, onder meer door het gebruik van functionele levensmiddeleningrediënten zoals probiotica en prebiotica. |
De ontdekking van deze verschillende degradatiemechanismen leidde tot nieuwe inzichten in het bifidogeen effect van inuline-type fructanen. Tot op heden werd aangenomen dat alleen bifidobacteriën in staat waren om deze inuline-type fructanen te metaboliseren, daar zij over het vereiste enzym (b-fructofuranosidase) beschikken. In deze studie werd echter aangetoond dat andere bacteriën eveneens hiertoe in staat zijn, maar dat bifidobacteriën toch competitiever zijn voor dit substraat dankzij hun aangepast metabolisme. Specifieke opname en intracellulaire afbraak van de korte fructose-oligomeren bevoordeelt de bifidobacteriën namelijk in de strijd voor deze energiebron in het colon.
Inuline-type fructanen en oligofructose Inuline is een verzamelterm voor alle lineaire fructanen waarbij verschillende fructosemoleculen via β-(2-1)-bindingen een keten vormen die aan het reducerende uiteinde afgesloten wordt met een glucosemolecule (GFn-type) of met een fructosemolecule (Fm-type). De polymerisatiegraad kan variëren van twee fructosemoleculen (kestose) tot meer dan vijftig fructosemoleculen. Als reservepolymeren komen ze in verschillende gewassen voor (o.a. ui, prei, tarwe, gerst, banaan, schorseneer en aardpeer), maar vooral cichorei blijkt een bijzonder rijke bron te zijn. Dankzij hun wateroplosbaar karakter kunnen (polydisperse) inulines via extractie met heet water uit cichoreiwortels gewonnen worden. Enzymatische hydrolyse van hoogmoleculaire inulines leidt vervolgens tot de productie van oligofructose (ook wel fructo-oligosachariden genoemd, waarbij de keten uit minder dan 10 fructose-eenheden bestaat). De ketenlengte bepaalt niet enkel de technologische karakteristieken (zoals zoetkracht, oplosbaarheid en waterbindend vermogen) en het directe gezondheidsbevordend effect (o.a. verhoging van calcium- en magnesium-beschikbaarheid en demping van de bloedsuikerspiegel) van deze producten maar, zo blijkt uit het doctoraatswerk, ook hun prebiotische functionaliteit. De structuur van inuline–type fructanen. Het Fm-type is uitsluitend opgebouwd uit fructosemoleculen, daar waar het GFn-type eindstandig een glucosemolecule bevat. |
Opmerkelijk was ook dat er een omschakeling van het metabolisme gebeurde bij bifidobacteriën wanneer de snelheid van het suikerverbruik daalde. Zo produceerden deze bifidobacteriën relatief meer azijnzuur, mierenzuur en ethanol en relatief minder melkzuur wanneer de suikerverbruiksnelheid laag was en omgekeerd. Naast de productie van melkzuur of ethanol voor de equilibratie van de redoxbalans, werd tijdens dit onderzoek aangetoond dat hiervoor tevens een kleine hoeveelheid barnsteenzuur geproduceerd werd tijdens het suikermetabolisme.
Bifidobacteriën Bij de mens zijn er een vijftiental soorten bifidobacteriën aangetroffen, welke verder kunnen worden onderverdeeld in verschillende stammen (of isolaten) met een verschillende biologische werking. Deze familie van micro-organismen groeit pas goed in de afwezigheid van zuurstof. Daardoor komen ze voornamelijk voor in de dikke darm en niet in de andere delen van het maag-darm kanaal. Er dient wel opgemerkt te worden dat ze blootstelling aan zuurstof verdragen en dat is maar goed ook, anders zouden ze nooit op grote schaal in de voedingsindustrie gebruikt kunnen worden. De stimulatie van de Bifidobacterium-populatie in het menselijk colon is interessant omwille van hun gezondheidsbevorderende eigenschappen. De aanwezigheid van bifidobacteriën zorgt er eerst en vooral voor dat andere (ziekteverwekkende) micro-organismen niet of minder goed kunnen groeien. Ze produceren namelijk azijnzuur en melkzuur die de zuurtegraad in de dikke darm lokaal verlagen en ook nog eens rechtstreeks de groei van pathogenen afremmen (doctoraat Eleftherios Makras, Vrije Universiteit Brussel). Bovendien leidt hun aanwezigheid tot een verhoogde boterzuurproductie via cross-feeding. Met andere woorden, bifidobacteriën zijn zelf niet in staat om boterzuur te maken, maar het door bifidobacteriën geproduceerde azijnzuur en melkzuur kan wel verder omgezet worden door andere colonbacteriën naar boterzuur (publicatie Gwen Falony, Vrije Universiteit Brussel). Dit boterzuur speelt een belangrijke rol in het metabolisme van de darmepitheelcellen en is noodzakelijk voor een gezonde darm. Verder zijn er aanwijzingen dat bepaalde stammen van bifidobacteriën kunnen helpen om ontstekingsziektes of kanker in de dikke darm te verminderen en blijken ze immunologische processen te beïnvloeden ter bevordering van de weerstand. |
De nieuwe inzichten in het metabolisme van prebiotica enerzijds en de regulatie van het suikermetabolisme bij bifidobacteriën anderzijds kunnen gebruikt worden voor de ontwikkeling van nieuwe, specifieke functionele levensmiddelen met gezondheidsbevorderende eigenschappen voor de mens.
Bronnen
- doctoraat ir. Roel Van der Meulen: ‘Population dynamics and metabolite target analysis of the sourdough and human colon fermentation process’ – promotor Prof. Dr. ir. Luc De Vuyst (Vrije Universiteit Brussel)
- doctoraat ir. Eleftherios Makras: ‘Antibacterial function of probiotic lactobacilli and bifidobacteria and of prebiotic inulin-type fructans’ – promotor Prof. Dr. ir. Luc De Vuyst (Vrije Universiteit Brussel)
- publicatie ir. Gwen Falony: ‘Cross-feeding between Bifidobacterium longum BB536 and acetate-converting, butyrate-producing colon bacteria during growth on oligofructose’ – Applied and Environmental Microbiology 72, 7835-7841 – promotor Prof. Dr. ir. Luc De Vuyst (Vrije Universiteit Brussel)
- boek: ‘Voedingsingrediënten: een stand-van-zaken’ – Annelies Vandamme & Katelijne Strubbe
- http://www.orafti.com
- http://www.kennislink.nl
Interessante links
- Onderzoeksgroep Industriële Microbiologie en Voedingsbiotechnologie, VUB:http://imdo.vub.ac.be
- Producenten inuline en oligofructose: www.orafti.com, www.cosucra.com, www.cosun.nl
