FOS
I FOS e l’inulina rappresentano catene lineari (legami β, 1à2) di fruttosio legate (legame α, 1à2) a un glucosio terminale. Chimicamente i FOS differiscono dall’inulina esclusivamente per il grado di polimerizzazione (DP), compreso tra 3 e 10 per i primi e tra 10 e 60 per l’inulina. I FOS e l’inulina sono estratti da diversi vegetali (soprattutto cicoria e topinambur) nei quali vengono sintetizzati a partire dal saccarosio per successive aggiunte di unità di fruttosio, da cui deriva la presenza del glucosio terminale. La quantità e il DP variano notevolmente in funzione del vegetale di origine e del suo grado di maturazione.
FOS vengono preparati anche a partire dal saccarosio mediante fruttosiltransferasi (ad es. da Aspergillus niger) che produce oligomeri di lunghezza crescente (DP = 2-4) o mediante idrolisi controllata dell’inulina. FOS e inulina costituiscono i composti maggiormente studiati in termini di prebioticità, dimostrata anche in vivo soprattutto in termini di stimolazione della crescita dei bifi dobatteri. La depolimerizzazione di questi substrati, necessaria alla loro fermentazione, è operata dalla β-fruttofuranosidasi espressa dai bifi dobatteri che idrolizza le unità terminali di fruttosio.
GOS
I GOS sono oligomeri di unità di galattosio legate a un glucosio terminale; da questo punto di vista, il lattosio rappresenta il più semplice GOS del latte dei mammiferi. A partire da soluzioni concentrate di lattosio estratto da siero di latte, i GOS possono essere prodotti mediante l’azione di enzimi di origine batterica (Bacillus circulans, Cryptococcus laurentii o Streptococcus thermophilus), lieviti (Kluyveromyces lactis) o muffe (Aspergillus orizae). I GOS formati sono costituiti da più unità di galattosio e una terminale di glucosio unite attraverso legami variabili in funzione del microrganismo utilizzato e del relativo patrimonio enzimatico, ma preferenzialmente rappresentati da legami β, 1à4 e/o β, 1à6.
Per esempio, Kluyveromyces lactis produce prevalentemente β, 1à6 oligosaccaridi, Bacillus circulans legami β, 1à4 mentre Streptococcus thermophilus e Aspergillus orizae formano prevalentemente legami β, 1à6. Sempre in relazione al microrganismo, la reazione enzimatica porta a una miscela di oligosaccaridi che presentano un DP da 3-10, e che vengono separati dai monosaccaridi derivanti dall’idrolisi di lattosio e GOS (questa reazione avviene sempre contemporaneamente alla loro sintesi) per cromatografi a o nanofiltrazione. Anche i GOS non sono idrolizzati o assorbiti e vengono rapidamente fermentati nel colon prossimale dai bifi dobatteri.
Di- e tri-saccaridi
Anche di- e tri-saccaridi con un legame -glicosidico possono essere considerati potenzialmente prebiotici, come il lattulosio e il lattosaccarosio. Il lattulosio, composto da galattosio e fruttosio, viene prodotto in ambiente alcalino per riscaldamento del lattosio; in queste condizioni la metà glucosidica del lattosio isomerizza a fruttosio dando origine al lattulosio. Alcuni effetti esercitati dall’assunzione del lattulosio sono noti da tempo in quanto utilizzato come lassativo e per il trattamento dell’encefalopatia epatica. Negli anni ‘50 gli effetti prebiotici del lattulosio sono stati associati al suo potere bifi dogenico e, in seguito, confermati mediante studi sul riequilibrio della microfl ora intestinale e sulla produzione di SCFA.
Recentemente, il lattulosio è stato impiegato per la preparazione di GOS (DP fi no a 7) utilizzando enzimi da Aspergillus orizae. Questi GOS risultano perciò costituiti da più unità di galattosio e, a differenza di quelli precedentemente descritti, da una terminale di fruttosio. I GOS da lattulosio si sono dimostrati capaci di promuovere la crescita di bifi dobatteri e di resistere meglio alla digestione gastrointestinale rispetto ai GOS derivati dal lattosio. Il lattosaccarosio è un trisaccaride (galattosio- glucosio-fruttosio) prodotto da una miscela di lattosio e saccarosio per azione dell’enzima β-fruttofuranosidasi capace di legare un residuo di fruttosio alla molecola del lattosio. Anche per il lattosaccarosio è stata evidenziata un’attività bifi dogenica.
IMO
Gli IMO sono oligosaccaridi con diverso DP, variamente ramifi cati e composti da unità glucosidiche unite da legami α, 1à6. Vengono preparati a partire da amido inizialmente idrolizzato a maltoligosaccaridi per azione di α-amilasi (ad es. Bacillus stearothermophilus) e pullulanasi (ad es. Aureobasidium pullulans). La successiva aggiunta di α-glucosidasi (ad es. da Aspergillus niger) determina la trasformazione dei legami β, 1à4 dei maltoligosaccaridi in legami α, 1à6 specifi ci degli IMO.
A differenza di altri oligosaccaridi prebiotici, gli IMO vengono in parte idrolizzati durante il transito gastrointestinale. La parte non idrolizzata è comunque in grado di esercitare un effetto positivo sulla crescita dei bifi dobatteri e lattobacilli nel colon. Altri composti potenzialmente prebiotici sono gli XOS, il raffi nosio e lo stachiosio. I primi costituiscono oligosaccaridi (DP = 2-4) di xilosio con legami β, 1à4 prodotti per idrolisi dello xilano mediante enzimi batterici. Raffi nosio e stachiosio, presenti in molti legumi come la soia, sono costituiti da una molecola di saccarosio legata (α, 1à6), rispettivamente ad una o due molecole di galattosio.
Applicazioni
Ad oggi, FOS, GOS e lattulosio sono i composti per i quali esiste una convincente letteratura scientifi ca a supporto del loro effetto prebiotico nel tratto gastrointestinale umano. La prebioticità di IMO, XOS, raffi nosio e stachiosio non appare ancora supportata da suffi cienti evidenze scientifi che. Sono quindi soprattutto i primi ad aver maggiormente suscitato l’interesse dell’industria alimentare. Come detto, la stimolazione della proliferazione di specifi ci batteri intestinali è la caratteristica fondamentale dei prebiotici, tuttavia il loro utilizzo come ingredienti (non sono considerati additivi) alimentari richiede un’attenta valutazione anche delle proprietà tecnologiche. Ad esempio, FOS e inulina sono solubili in acqua e possono essere utilmente incorporati negli alimenti anche per modifi carne le proprietà reologiche e l’apporto calorico.
I FOS presentano un potere dolcificante ridotto rispetto al saccarosio e, non essendo degradati, sono a basso contenuto calorico e non cariogenici. In genere, presentano una notevole termostabilità mentre sono idrolizzati in condizioni di bassa acidità, temperatura elevata e lunga conservazione. Le proprietà e le limitazioni all’utilizzo dei FOS e dell’inulina sono legate al DP e all’impatto che quest’ultimo ha sulle proprietà citate. Diversi FOS sono oggi disponibili in commercio e utilizzati nella preparazione di yogurt e latte alimentare arricchito. I GOS presentano un potere dolcifi cante paragonabile al saccarosio, non sono cariogenici; sono stabili al calore e a bassi valori di pH, ciò che li rende utilizzabili nella preparazione di molti più prodotti alimentari rispetto ai FOS.
I principali prodotti commerciali sotto forma di sciroppi o formulati in polvere contenenti percentuali diverse di GOS. Ovviamente, ognuno di questi prodotti si differenzia anche per il tipo di GOS presente in termini di DP e tipo di legame β glicosidico nell’oligosaccaride. L’interesse rivolto ai GOS risiede soprattutto nella loro potenziale attività bifi dogenica e nella capacità di competere con i patogeni per l’adesione all’epitelio intestinale. Su queste basi, la ricerca si è orientata verso la defi nizione di processi produttivi in grado di determinare strutture chimiche dei GOS capaci di “mimare” l’effetto fisiologico operato dagli oligosaccaridi del latte umano; per la stessa ragione i GOS sono preferenzialmente utilizzati (in combinazione anche con FOS) nella preparazione di latti per la prima infanzia. Le evidenze scientifi che rispetto ad alcuni potenziali effetti prebiotici sono comunque contrastanti.
Basti ricordare il parere negativo espresso nel 2010 dall’EFSA sulle proprietà immnumodulatorie e di protezione da manifestazioni allergiche di Immunofortis®, un ingrediente per latti per la prima infanzia contenente una miscela (9:1) di GOS e FOS che simula la distribuzione dei pesi molecolari, ma non la struttura, degli oligosaccaridi del latte materno. Più di recente, una revisione sistematica pubblicata sulla Cochrane Library afferma che gli integratori prebiotici negli alimenti per lattanti possono aiutare a prevenire l’eczema nei bambini fi no a due anni di età, ma non hanno effetto sui fenomeni allergici in generale. Nel 2011, l’European Society of Paediatric Gastroenterology Hepatology and Nutrition analizzando gli effetti di formule per l’infanzia addizionate in prebiotici ha comunque confermato che la somministrazione di formule con FOS e GOS è in grado di incrementare la quantità di bifi dobatteri fecali.
Sebbene meno caratterizzati in termini di prebioticità, gli IMO rappresentano comunque prodotti largamente utilizzati nell’industria alimentare (soprattutto in Giappone); presentano indubbiamente alcuni vantaggi legati alla economicità di produzione e ad alcune caratteristiche tecnologiche come gusto neutro, bassa viscosità e limitato potere dolcifi cante. Per questa ragione sono stati utilizzati oltre che per la loro potenziale prebioticità, quali dolcifi canti non cariogenici e a basso indice glicemico. In conclusione, la modifi cazione del microbiota intestinale mediante l’uso di prebiotici rappresenta la motivazione strategica per il loro utilizzo in formulazioni alimentari potenzialmente utili per migliorare la salute umana. Su queste basi, il mercato nel settore dei prebiotici appare molto attraente anche per le positive aspettative che il consumatore nutre in riferimento a tale effetto.
Per contro, la ricerca scientifica deve ancora risolvere diverse problematiche legate alla:
1) migliore identificazione delle variazioni quali-quantitative del microbiota intestinale in seguito all’assunzione di specifici prebiotici;
2) dimostrazione in vivo degli effetti fisiologici dei prebiotici;
3) messa a punto di processi in grado di produrre prebiotici a basso costo e funzionalizzati rispetto a caratteristiche chimiche, strutturali e tecnologiche.
Ulteriore impulso a tali ricerche potrà arrivare dagli studi di glicobiologia del latte umano e bovino così come dalla ricerca genetica in campo zootecnico per massimizzare il contenuto e le proprietà funzionali degli oligosaccaridi del latte e del colostro bovino.
