Probiotika, was sind sie und welche Arten gibt es?

Veröffentlicht: 17 Januar, 2023 - Aktualisiert: 25 Oktober, 2023 | 10'

Was sind Probiotika?

Probiotika werden sowohl von der FAO¹ als auch von der WHO¹ als "lebende Mikroorganismen, die, wenn sie in angemessenen Mengen als Teil einer Nahrung aufgenommen werden, dem Gastgeber einen gesundheitlichen Nutzen verleihen" definiert.

Durch die Einnahme von Probiotika in unserer täglichen Ernährung erzielen wir direkte Vorteile für unsere Darmflora oder Mikrobiota, indem wir sie vor jeglichen Darmstörungen wie Durchfall, Blähungen, Bauchschwellung und Funktionsstörungen der Darmbarriere schützen, die das lokale Immunsystem beeinflussen^{(Immunsystem)}.

Wie unterscheiden sich Probiotika?

Von wissenschaftlicher Sicht aus ist die Klassifizierung von jedem biologischen Organismus unbedingt notwendig, um die Organismen in taxonomischen Gruppen (Taxa) basierend auf Ähnlichkeiten oder Beziehungen zu organisieren.

Taxonomie der Probiotika-Organismen.

Probiotika-Organismen werden gemäß ihrem Gattung, Spezies, Unterart und einer alphanumerischen Bezeichnung, die einen bestimmten Stamm identifiziert, nach den Richtlinien der World Gastroenterology Organization (WGO)² klassifiziert.

Bezeichnung der verschiedenen Mikroorganismen.

Ein Beispiel für die Nomenklatur von Mikroorganismen lautet: Lactobacillus (Gattung) casei (Art) DN-114 001 (Stamm).

Nach den Richtlinien der FAO/WHO¹ müssen Probiotika-Hersteller ihre Stämme bei einem internationalen Depositor registrieren lassen, der den Stämmen zusätzliche Bezeichnungen zuordnet.

Die folgende Tabelle, entnommen aus den Weltleitlinien der World Gastroenterology Organization², zeigt einige Beispiele für kommerzielle Stämme und die entsprechenden Namen.

Was ist ein probiotischer Stamm?

Ein Stamm wird als eine Gruppe von Mikroorganismen, wie probiotische Bakterien, definiert, die derselben Spezies angehören und bestimmte Eigenschaften teilen, die in anderen Mitgliedern der Spezies nicht vorhanden sind.

Diese Eigenschaften können sich von einer Spezies zur anderen unterscheiden, daher können ihre Effekte unterschiedlich sein.

Bedeutung der Stammbenennung.

Bei Probiotika ist es wichtig, die Stammbezeichnungen zu verwenden, da der robusteste Ansatz für die Evidenz von Probiotika darin besteht, bestimmten Stämmen oder Kombinationen von Probiotika bei einer wirksamen Dosierung Vorteile zuzuschreiben².

Die FAO und WHO schlagen vor, dass da probiotische Eigenschaften mit Stämmen zusammenhängen, sollte die Identifizierung der Stämme (genotypische Typisierung) mit Methoden wie gepulster Feldgelelektrophorese (PFGE), genetischer Identifizierung durch DNA oder RNA oder anderen international anerkannten Methoden durchgeführt werden.

KBE (Koloniebildeneinheit)

Ein KBE ist eine Maßeinheit zur Quantifizierung von Mikroorganismen, d.h. zur Zählung der Anzahl von lebensfähigen Bakterien in einer flüssigen oder festen Probe. Die Einheit der Koloniebildenden Einheit wird in Volumeneinheiten (KBE/ml) oder Masseeinheiten (KBE/g) angegeben.

Was ist die Lebensfähigkeit von Mikroorganismen?

Die Lebensfähigkeit eines Mikroorganismus wird als die Fähigkeit definiert, sich unter kontrollierten Bedingungen zu vermehren. Die probiotische Qualität wird hauptsächlich durch die Erhaltung der Lebensfähigkeit (ausgedrückt durch Koloniebildende Einheiten, oder KBE) bis zum Ende der Haltbarkeit des Produkts gemessen, und das Genus, die Art und der Stamm aller im Produkt enthaltenen Organismen sollten identifiziert werden.

Sind alle Probiotika gleich?

Die FAO und die WHO haben (siehe Abbildung von Pandey, 2015 ⁴) eine Liste von Parametern definiert, die einen systematischen Ansatz für eine wirksame Bewertung von Probiotika zur Überprüfung von Behauptungen und gesundheitlichen Vorteilen ermöglichen.

Diese Parameter legen die Verpflichtungen fest, um Probiotika-Produkte zu entwickeln, indem Folgendes durchgeführt wird:

1. Identifizierung des Stamms.
2. Funktionelle Charakterisierung des/der Stämme(s) in Bezug auf Sicherheit und probiotische Eigenschaften.
3. Nachweis der gesundheitlichen Vorteile in Studien mit Menschen.
4. Korrekte Kennzeichnung der Wirksamkeit und des Gehalts während der gesamten Haltbarkeit.
5. Die empfohlene Dosierung, die auf der Induktion der deklarierten physiologischen Wirkung basieren sollte.

Arten von Probiotika

Wie bereits erwähnt, ist das probiotische Potenzial von verschiedenen Bakterienstämmen, auch innerhalb derselben Spezies, unterschiedlich.

Dies bedeutet, dass probiotische Stämme derselben Spezies immer einzigartig sind und verschiedene Wirkorte, spezifische immunologische und unterschiedliche Wirkungen haben können sowohl in einem gesunden als auch in einem entzündeten Darmtrakt.

Die bekanntesten Stämme sind vertreten durch die folgenden Bakteriengattungen:

• Bifidobacterium
• Lactobacillus
• Streptococcus

Aber es wurden auch andere Organismen als Probiotika verwendet, einschließlich:

• Hefen
• Enterococcus

Bakterien als Probiotika

Gattung Bifidobacterium

Bifidobakterien sind anaerobe grampositive Stäbchen oder Kokken und wachsen in Abwesenheit von Sauerstoff. Sie produzieren kein Gas, bilden keine Sporen und sind nicht beweglich.

Diese Gattung umfasst 30 Arten:

• 10 davon stammen aus menschlichen Quellen (Karies, Kot und Vagina),
• 17 aus dem Tierdarm oder Pansen,
• 2 aus Abwasser und
• 1 aus fermentierter Milch.

Bifidobakterien sind Mikroorganismen von großer Bedeutung im Magen-Darm-Trakt und im Genitourinärtrakt, deren genaue Proportion hauptsächlich vom Alter und der Ernährung abhängt.

Die Anzahl an Bifidobakterien nimmt mit zunehmendem Alter ab und ist nach den Gattungen Bacteroides und Eubacterium das dritthäufigste Genus (sie machen etwa 25% der gesamten erwachsenen Darmflora aus).

Die klinischen Daten in der folgenden Tabelle zeigen einige positive Wirkungen von Bifidobakterien².

Gattung Lactobacillus

Lactobacilli sind grampositive Stäbchen oder Kokken, bilden keine Sporen und haben keine Flagellen. Sie können in Präsenz oder Abwesenheit von Sauerstoff wachsen und sind strikte Fermentierer.

Es wurden 56 Arten der Gattung Lactobacillus identifiziert.

Die Laktobazillen sind im Magen-Darm-Trakt und Genitaltrakt verteilt. Ihre Verteilung wird von verschiedenen Umweltfaktoren wie pH-Wert, Sauerstoffverfügbarkeit, Verfügbarkeit spezifischer Substrate, Vorhandensein von Sekreten und bakteriellen Interaktionen beeinflusst.

Positive Wirkungen von Laktobazillen:

In der untenstehenden Tabelle sind einige klinische Ergebnisse über die positiven Wirkungen von Laktobazillen dargestellt.^2,7

Andere probiotische Bakterien:

Gattung Bacillus.

Arten der Gattung Bacillus werden seit mindestens 50 Jahren als Probiotika verwendet. Ein italienisches Produkt mit dem Namen Enterogermina® (2x10⁹ Sporen) enthält diese Bakterien. Einige Vorteile von Bakteriensporen sind ihre Hitzebeständigkeit, wodurch sie bei Raumtemperatur und in getrockneter Form gelagert werden können.

Darüber hinaus können diese Bakterien den Dünndarm erreichen, da sie den sauren pH-Wert des Magens überleben.

Die am meisten untersuchte Art ist B. subtilis, da ihr Konsum in einigen probiotischen Produkten Hinweise auf eine Stimulation des Immunsystems gezeigt hat, indem sie auf das lymphoide Gewebe im Darm einwirkt und antimikrobielle Substanzen absondert.

Gattung Enterococcus.

Unter den Spezies von Enterococcus ist Enterococcus faecium das am häufigsten in Probiotika verwendete. Das Vorhandensein von E. faecium ist wichtig bei der Vorbeugung von Salmonella enterica-Infektionen.

Interessante Merkmale der Enterococcus-Gruppe sind das Überleben auf trockenen Oberflächen über längere Zeiträume und die Resistenz gegenüber Antibiotika.

Hefen als Probiotika

Sie sind eine Gruppe von einzelligen Pilzen, die hauptsächlich Zucker fermentieren. Es gibt verschiedene Familien, aber die wichtigste aus ernährungsphysiologischer Sicht sind die so genannten Ascomycetes, zu denen die Gattung Saccharomyces gehört. Es handelt sich um einzellige Pilze, die Sporen bilden und hitzebeständig sind. Beispiele sind die Hefen für Brot und Bier.

Bierhefe, Saccharomyces cerevisiae

Bei der Hefe S. cerevisiae und S. cerevisiae var. boulardii wurde das potentielle probiotische Potenzial gezeigt, da sie die saure Umgebung und die Galle tolerieren können und möglicherweise gegen bakterielle Infektionen wirken, indem sie die intestinale Entzündungsreaktion verringern.

In der untenstehenden Tabelle sind klinische Daten zu diesen Wirkungen aufgeführt.^2,4,7

* ESPGHAN: European Society for Paediatric Gastroenterology, Hepatology and Nutrition; ESPID: European Society for Paediatric Infectious Diseases.

Wie werden Probiotika hergestellt?

Der Herstellungsprozess von Probiotika umfasst eine Reihe von Stressfaktoren, die ihr potenzielles Nutzen beeinträchtigen können.

Einer der wichtigsten Faktoren ist die Gewährleistung einer hohen Mikrobenlast im Endprodukt während seiner gesamten Haltbarkeit. Zu diesem Zweck werden die Probiotika zunächst in großen Mengen auf industrieller Ebene unter Verwendung geeigneter Nährmedien kultiviert.

Der zweite Faktor besteht darin, dass die mikrobiellen Inokula häufig tiefgefroren gelagert werden, um niedrigen oder schwankenden Temperaturen ausgesetzt zu sein.

Trocknungstechniken

Angesichts dieser Faktoren werden in der Regel zwei Trocknungstechniken verwendet, das Sprühtrocknen und die Gefriertrocknung, um Probiotikapulver mit hoher Zelldichte zu erzeugen, die verschiedenen Lebensmitteln zugesetzt werden können, einschließlich Nahrungsergänzungsmitteln.

• Sprühtrocknung: Es handelt sich um eine kostengünstige Technik, die stabile mikrobielle Pulver mit hoher Zelldichte erzeugt. Es kann jedoch zu einer erheblichen Verminderung der Zellviabilität kommen, aufgrund des schweren Stresses, der insbesondere die Struktur und Funktionalität der probiotischen Zellen beeinträchtigt, aufgrund der hohen Lufttemperatur (Wasserverdunstung in der Trockenkammer) und des Wasserverlustes.

• Gefriertrocknung: Diese Technik erfordert mildere Bedingungen und wird von den Bakterien in der Regel besser vertragen. Der Prozess der Gefriertrocknung beinhaltet ein Einwirken der probiotischen Inokula auf sehr niedrigen Temperaturen und Dehydrierung, was sowohl die bakterielle oder pilzliche Integrität als auch ihre Lebensfähigkeit beeinflusst. Die anschließende Lagerung von getrockneten Biomassen führt oft zu einem Verlust von Lebensfähigkeit und Aktivität. Produkte mit Bifidobakterien werden mit einer dieser beiden Techniken hergestellt.

• Nahrungsmittelmatrix: Eine andere Technik zur Herstellung probiotischer Lebensmittel, insbesondere fermentierter Produkte und ihrer Derivate, besteht darin, eine direkte Inokulation in die Nahrungsmittelmatrix vorzunehmen, die das Wachstum probiotischer Arten durch Fermentation ermöglicht. Diese Technik hat den Vorteil, dass Schritte zur Dehydrierung und Inokulation in einer anderen Nahrungsmittelmatrix vermieden werden, aber das Endprodukt mit den zugesetzten Probiotika kann Variationen aufweisen, die von den spezifischen Zusammensetzungs- und intrinsischen physikochemischen Parametern der Nahrungsmittelmatrix sowie ihren Lagerbedingungen abhängen. Probiotika mit Laktobazillen werden in der Regel mit dieser Technik hergestellt.

Strategien zur Verbesserung der Lebensfähigkeit von Probiotika-Produkten.

Die Erkenntnis, dass Probiotika-Produkte einen Mangel an tatsächlich lebensfähigen Zellen aufweisen können, sowohl in Lebensmitteln als auch in Nahrungsergänzungsmitteln, hat zur Entwicklung neuer Strategien geführt, die die Eigenschaften und probiotische Reaktion auf Stressoren verbessern. Hier sind einige davon:

Einkapselung.

Die Einkapselung erfüllt zwei Ziele: den Schutz der Probiotika vor der Magensäure nach der oralen Einnahme und die Verbesserung der Lebensfähigkeit während des Trocknungsprozesses bei der Herstellung und der Stabilität während der Lagerung im Endprodukt. Chitosan und Alginat werden in der Regel als Kapselmaterialien verwendet.

Trägermedien und Schutzmittel.

Die Verwendung komplexer Matrices wie entrahmte Milch verbessert signifikant die Lebensfähigkeit und Stabilität der Probiotika, insbesondere nach der Trocknung und während der Lagerung.

Präbiotische Ballaststoffe.

Der Einsatz von Ballaststoffen pflanzlichen Ursprungs verschiedener Herkunft verbessert sowohl die Lebensfähigkeit der Probiotika während des Trocknungsprozesses der Inokulate als auch die Lagerstabilität der Zellen in Lebensmitteln. Fructooligosaccharide (FOS) werden am häufigsten als präbiotische Inhaltsstoffe für diesen Zweck verwendet.

Zusatz von Schutzmitteln zur Neutralisierung des sauren pH-Wertes.

Der saure pH-Wert wird als die Hauptbedrohung für Probiotika angesehen, insbesondere im Magen-Darm-Trakt. Die Zugabe von Sacchariden, Aminosäuren und Fettsäuren schützt die Probiotika effektiv vor der sauren Umgebung. Diese Strategie ist für Probiotika mit Hefen vorteilhaft.

Anpassung an Stress und Kreuzschutz.

Bei dieser Strategie werden die Bakterien zunächst Subtodesstufen des gegebenen Stressors ausgesetzt, was eine adaptive Reaktion zur erhöhten Resistenz gegenüber späteren Dosen des gleichen Stressors oder sogar gegenüber einem anderen Stressor auslöst. Dieser Prozess steigert die Lebensfähigkeit der Probiotika.

Nahrungsergänzungsmittel mit Probiotika

Es gibt auf dem Markt Nahrungsergänzungsmittel mit Probiotika, die hauptsächlich Stämme von Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium und Hefe (S. boulardii) enthalten.

Nahrungsergänzungsmittel mit Probiotika werden in der Regel als Sachet, Tabletten oder Kapseln angeboten. Es gibt drei Hauptfaktoren, die die Lebensfähigkeit der Probiotika in den Nahrungsergänzungsmitteln während der Lagerung beeinflussen: Temperatur, Sauerstoff und relative Luftfeuchtigkeit.

Es ist daher wichtig, drei Aspekte zu beachten, um die Lebensfähigkeit der Probiotika in den Nahrungsergänzungsmitteln zu gewährleisten:

• Die Produkte sollten kühl gehalten werden, auch wenn auf dem Etikett angegeben ist, dass die Kulturen bei Raumtemperatur stabil sind. In traditionellen Gefriertrocknungsverfahren führt die Erhöhung der Lagerungstemperatur von 4 auf 25 °C zu einer zehnfachen Abnahme der Stabilität.
• Das Gefäß sollte nach der Einnahme der Ergänzung schnell wieder verschlossen werden, um das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit zu reduzieren. Viele probiotische Produkte haben wasserfeste Behälter oder laminatähnliche Verpackungsfolien oder enthalten kleine feuchtigkeitsabsorbierende Beutel in den Behältern.
• Wenn das Gefäß Beutel zur Wasseraufnahme oder Sauerstoffabsorption enthält, sollten sie nicht entfernt werden. Sauerstoff ist für die Lebensfähigkeit von Probiotika während der Lagerung schädlich.