Leidiane A. A. Menezes

1 Departamentul de Știință și Tehnologie Alimentară, Universitatea Federală Santa Catarina, Florianópolis, Brazilia

Fabio Minervini

2 Departamentul de Științe ale Solului, Plantelor și Alimentației, Universitatea din Bari Aldo Moro, Bari, Italia

Pasquale Filannino

2 Departamentul de Științe ale Solului, Plantelor și Alimentației, Universitatea din Bari Aldo Moro, Bari, Italia

Maria L. S. Sardaro

3 Departamentul de Științe Umane și Promovarea Calității Vieții, Universitatea San Raffaele, Roma, Italia

Monica Gatti

4 Departamentul pentru alimente și medicamente, Universitatea din Parma, Parma, Italia

Juliano De Dea Lindner

1 Departamentul de Știință și Tehnologie Alimentară, Universitatea Federală Santa Catarina, Florianópolis, Brazilia

Abstract

Fundal: Oligozaharidele fermentabile, dizaharidele, monozaharidele și poliolii (FODMAPs) sunt un grup eterogen de compuși care pot fi digerați prost și pot avea o serie de efecte asupra proceselor gastrointestinale. FODMAP-urile se găsesc într-o mare varietate de alimente, inclusiv în pâine. Aportul FODMAPs este asociat cu apariția simptomelor sindromului intestinului iritabil (IBS). Pe de altă parte, unele FODMAP contribuie la menținerea sănătoasă a microbiotei intestinale. Creșterea volumului aluatului de pâine se bazează în mod obișnuit pe utilizarea a doi agenți biologici de dospire, aluatul și drojdia de panificație și, în unele cazuri, o combinație a ambelor.

Domeniul de aplicare și abordarea: Obiectivul principal al acestei revizuiri este de a discuta asocierea dintre FODMAPs și IBS, efectele benefice ale FODMAPs asupra subiecților sănătoși și impactul potențial al agenților biologici de dospire asupra conținutului de FODMAPs al pâinii.

Constatări cheie și concluzii: Având în vedere că drojdiile și bacteriile lactice, microorganismele dominante din aluat, pot degrada FODMAP-urile, ar fi posibil să se modifice concentrația de FODMAP-uri din pâine, afectând astfel pozitiv sănătatea consumatorilor.

Introducere

În prezent, recomandări nutriționale adaptate pot fi concepute pentru a trata sau preveni bolile (Betts și Gonzalez, 2016). De exemplu, alimentele care conțin lactoză și gluten trebuie evitate de subiecții care suferă de hipolactazie și boală celiacă (De Toro-Martín și colab., 2017). Oligozaharidele fermentabile, dizaharidele, monozaharidele și poliolii (FODMAP) sunt un grup eterogen de compuși (dintre care majoritatea sunt carbohidrați cu lanț scurt) care pot fi digerați prost și pot avea o serie de efecte asupra proceselor gastrointestinale. Acest grup include lactoză, fructoză în exces de glucoză, fructani și fructooligozaharide (FOS, cum ar fi nistoză și kestoză), galacto-oligozaharide (GOS cum ar fi rafinoza și stachioza) și zahăr polioli (sorbitol și manitol) (Muir și colab., 2009).

Oligozaharidele fermentabile, dizaharidele, monozaharidele și poliolii se găsesc într-o mare varietate de alimente. Asimilarea lor dietetică rezultă în principal din miere și fructe, cum ar fi pepeni verzi, pere și mere (fructoză); lapte și produse lactate (lactoză); secară, grâu, anghinare, usturoi, ceapă și broccoli (fructani și FOS); impulsuri (GOS); fructe cu pietre și îndulcitori artificiali, ciuperci, broccoli și conopidă (polioli de zahăr) (Muir și colab., 2009; Shepherd și colab., 2013).

Oligozaharidele fermentabile, dizaharidele, monozaharidele și aportul de polioli pot fi dăunătoare sănătății, fiind asociate, de exemplu, cu apariția simptomelor sindromului intestinului iritabil (IBS) (Barrett, 2017). Pe de altă parte, s-a dovedit că unele FODMAP sunt prebiotice, contribuind la menținerea sănătoasă a microbiotei intestinale (Muir și colab., 2009; Halmos și colab., 2014). Produsele pe bază de grâu (de exemplu, pâine, cereale pentru micul dejun și paste) reprezintă o mare parte din FODMAP consumate zilnic, datorită consumului ridicat al acestora ca alimente de bază la nivel mondial (Verspreet și colab., 2015). În special, din epocile civilizațiilor antice (babilonieni, egipteni, greci și romani), pâinea a fost o componentă majoră a dietei zilnice a mai multor popoare (Chavan și Chavan, 2011). Creșterea volumului de aluat (făină și apă) care apare de obicei în timpul fabricării pâinii se bazează în mod obișnuit pe utilizarea agenților biologici de dospire. Aluatul este agentul de dospire tradițional, rezultat din fermentarea făinii și apei de cereale, în principal bacterii lactice (LAB) și drojdii (De Vuyst și colab., 2014; Gobbetti și colab., 2014; Minervini și colab., 2014).

Începând de la începutul secolului al XX-lea, aluatul a fost înlocuit treptat de drojdia de brutar (formată din biomasă celulară aparținând în principal speciei de drojdie Saccharomyces cerevisiae), o cultură microbiană de start produsă la nivel industrial și distribuită brutarilor, care o adaugă la procente mici (0,5-2,5%) în aluatul de pâine pentru a obține dospirea. Principala consecință a acestei revoluții a fost o aromă scăzută, datorită timpilor de fermentație reduși și activităților metabolice aproape exclusive ale drojdiei (Cauvain și Young, 2009). De asemenea, s-a emis ipoteza că fermentația scurtă ar fi putut contribui la intoleranța pâinii prin efectele sale asupra fermentației în colon (Costabile și colab., 2014). Cu toate acestea, în ultimele două decenii, un număr din ce în ce mai mare de consumatori solicită pâine tradițională dotată cu aromă și gust mai ridicate și principala replică industrială constă în redescoperirea fermentării aluatului (Decock și Cappelle, 2005; Cauvain și Young, 2009). Această revizuire se concentrează pe asocierea dintre FODMAPs și IBS, efectele benefice ale FODMAPs asupra subiecților sănătoși și impactul potențial al agenților biologici de dospire asupra conținutului de FODMAPs al pâinii.

IBS, FODMAP și dietă

IBS este unul dintre cele mai frecvente tipuri de tulburări funcționale ale intestinului, în care durerea abdominală este asociată cu o schimbare a obiceiurilor intestinale (Giorgio și colab., 2015). Simptomele includ diaree, constipație, balonare, distensie, disconfort abdominal și/sau durere și flatulență (Tuck și colab., 2014; Marsh și colab., 2016). Prevalența IBS este estimată între 7 și 21% la nivel mondial (Brandt și colab., 2009; Lovell și Ford, 2012).

Livrarea de FODMAP în lumenul intestinului subțire distal și intestinului gros proximal poate avea consecințe adverse la pacienții cu IBS (Figura Figura 1 1 ). Se crede că FODMAP induc simptome prin două mecanisme principale: (i) atragerea apei în intestinul subțire, provocând distensie, umflături și disconfort; (ii) fermentarea rapidă a FODMAP ar genera gaze, distențând colonul și provocând flatulență, umflături și disconfort. Primul mecanism este legat în principal de FODMAP cu greutate moleculară mică (de exemplu, fructoză), care sunt activi din punct de vedere osmotic în lumenul intestinal. Prin urmare, volumul de lichid care intră în intestin crește și acest lucru poate oferi un efect laxativ natural la persoanele sănătoase, dar poate contribui la diaree la pacienții cu IBS. În ceea ce privește al doilea mecanism, bacteriile intestinale fermentează rapid FODMAP (de exemplu, FOS) eliberând acizi grași cu lanț scurt (SCFA) și gaze (de exemplu, dioxid de carbon, hidrogen și metan) (Giorgio și colab., 2015). Prin urmare, malabsorbția FODMAPs și fermentarea lor în colonul proximal pot adăuga gaz și apă la conținutul luminal, ducând la distensie și la apariția altor simptome (Ong și colab., 2010). Mai mult, pacienții cu hipersensibilitate viscerală răspund exagerat la distensia de gaze și lichide cauzată de malabsorbția carbohidraților (Major și colab., 2017).

efectele

Carbohidrații cu lanț scurt și relevanța lor pentru sănătatea intestinului 1. 1 Bare mai mult deplasate spre stânga sau spre dreapta = efecte atribuite în principal mono-dizaharidelor/poliolilor sau oligozaharidelor, respectiv.

Deși toate FODMAP au efecte fiziologice similare, fiecare subgrup FODMAP are un răspuns gastrointestinal diferit, în funcție de masa moleculară, rapiditatea absorbției și osmolaritatea (Murray și colab., 2014). În general, fructoza și poliolii absorbiți lent au un efect osmotic mai mare pe moleculă decât fructanii. Dimpotrivă, oligozaharidele, fiind abia absorbite în intestinul subțire, vor avea efecte fermentative mai mari decât fructoza și poliolii (Giorgio și colab., 2015).

Un număr limitat de strategii eficiente de tratament sunt disponibile pentru IBS (Tuck și colab., 2014). Modularea aportului de volum și tip FODMAP ar putea fi un mijloc de control al simptomelor intestinale (Gibson și colab., 2015); de aceea este extrem de necesar să se cunoască concentrația de FODMAP prezente în cel mai mare număr posibil de alimente. Controlul FODMAP-urilor ingerate ca componente alimentare este cunoscut sub denumirea de „dieta scăzută FODMAPs” (Marsh și colab., 2016). Aportul zilnic total recomandat de FODMAP la pacienții cu IBS variază de la 5 la 30 g pe zi (Staudacher și colab., 2012; Böhn și colab., 2015). Reducerea simptomelor gastrointestinale și sistemice prin restricționarea ingestiei de FODMAP a fost observată de multe grupuri de cercetare (Roest și colab., 2013; Pedersen și colab., 2014; Böhn și colab., 2015; Barrett, 2017). Manipularea dietetică a ingestiei de FODMAP a reușit să aibă un impact asupra cantității totale de producție de gaze gastrointestinale și a spectrului de gaz produs (hidrogen vs. metan) la persoanele sănătoase și la pacienții cu IBS (Ong și colab., 2010). Pacienții supuși dietelor care conțin cantități mici de FODMAP prezintă simptome mai ușoare ale IBS, prin teste de restricție dietetică și re-provocări, utilizate pentru a determina toleranța individuală la diferiți carbohidrați cu lanț scurt (Halmos și colab., 2014; Tuck și colab., 2014).

Adoptarea unei diete cu conținut scăzut de FODMAP prezintă unele dificultăți legate de lipsa unor „niveluri limită” clare pentru conținutul de FODMAP din alimente și nu există informații disponibile cu privire la conținutul FODMAP de pe ambalajele cu alimente. Definiția valorilor limită ar trebui să ia în considerare cantitatea fiecărui FODMAP special prezent într-un aliment, dimensiunea tipică de servire a alimentelor consumate într-o singură ședință și simptomele declanșate frecvent la persoanele cu IBS. Construirea unei baze de date cuprinzătoare de compoziție pentru FODMAP în alimente, bazată pe studii „ad hoc”, este esențială pentru definirea valorilor limită (Muir și colab., 2009). În plus, pe termen lung, dieta scăzută FODMAP ar putea schimba microbiota gastrointestinală (Halmos și colab., 2014; Tuck și colab., 2014). Au fost descrise modificări în abundența totală a bacteriilor, abundența relativă a bifidobacteriilor (Staudacher și colab., 2012) și grupări clostridiale puternic producătoare de butirat sau Akkermansia muciniphila, asociate pozitiv cu sănătatea (Halmos și colab., 2014). Mai mult, dieta scăzută FODMAP ar putea reduce producția intestinală de SCFA (Ong și colab., 2010).

Efectele benefice ale Fodmap

Oligozaharidele fermentabile, dizaharidele, monozaharidele și poliolii sunt fermentate în colon până la SCFA, care exercită multiple efecte benefice asupra sănătății umane. În afară de a fi o sursă majoră de energie pentru colonocite, SCFA joacă un rol imunologic major în intestin și ajută la diverse funcții fiziologice, inclusiv mobilitatea colonului și fluxul sanguin și pH-ul gastro-intestinal, care poate influența absorbția și absorbția electroliților și a nutrienților (Den Besten et al., 2013; Tan și colab., 2014). Mai mult, fructanii de tip inulină și GOS au fost propuși pentru tratamentul endotoxemiei metabolice sau a inflamației de grad scăzut la persoanele supraponderale/obeze (Morel și colab., 2015; Fernandes și colab., 2017). Unele FODMAP sunt din ce în ce mai utilizate în industria alimentară ca prebiotice, fie ca ingrediente bioactive, fie ca suplimente, pentru a promova sănătatea colonului. Acest tip de alimente/suplimente ar trebui evitate în mod clar de pacienții cu IBS. Aportul mai mare de FODMAP comparativ cu cel al FODMAP-urilor scăzute sau dietelor obișnuite a fost asociat cu stimularea specifică a grupurilor bacteriene cu beneficii putative pentru sănătate (Halmos și colab., 2014).

Modul în care fabricarea pâinii poate schimba nivelul Fodmaps

Conținutul FODMAPs al pâinii depinde de natura ingredientului din cereale, precum și de parametrii de procesare (Biesiekierski și colab., 2011). În ciuda deficitului de hârtii care au cuantificat FODMAP în pâine, s-au raportat diferite concentrații de fructani (0,1-1,7% din greutatea uscată, dw) în pâinea de secară, spelta și grâu. De asemenea, s-au găsit fructoză (0,1-2,3% din greutatea uscată), GOS (0,1-0,4% din dw), FOS (0,05-0,15% din dw), sorbitol și manitol (în urme) (Biesiekierski et al., 2011; Whelan și colab., 2011; Laatikainen și colab., 2016). În plus, pseudo-cerealele și leguminoasele sunt utilizate pentru îmbogățirea/fortificarea pâinii cu componente importante din punct de vedere nutrițional (de exemplu, minerale, vitamine și compuși fenolici). Acest lucru ar crește aportul alimentar de FODMAP (în special GOS), deoarece pseudo-cerealele și leguminoasele conțin cantități remarcabile de rafinoză și stachioză (Muir și colab., 2009; Curiel și colab., 2015).

Așa cum se menționează în introducere, pâinea reprezintă o mare parte din FODMAP-urile consumate zilnic. Deși concentrația individuală a fiecărui subgrup de carbohidrați care cuprinde FODMAP poate fi scăzută - cu excepția fructanilor, care se găsesc în concentrații relativ mari - considerați că conținutul total al tuturor subgrupurilor de FODMAP este mai important decât nivelurile individuale ale fiecărui subgrup, deoarece principalele efecte ale aportului său pot fi sumative. Faptul că pâinea este una dintre cele mai importante surse de carbohidrați din dieta zilnică face ca cantitatea sa de FODMAP să fie relevantă pentru bolnavii de IBS.

Printre FODMAP, fructanii din grâu ar putea fi degradați la fermentarea aluatului. Într-adevăr, puține laboratoare de aluat, cum ar fi Lactobacillus amylovorus și Lactobacillus crispatus, sunt capabile să metabolizeze fructani (Loponen și Gänzle, 2018). Muller și Lier (1994) au descris că fructanii sunt transformați în fructoză și zaharoză, care sunt metabolizați în continuare în acid lactic prin LAB homofermentativ sau în acid lactic, acid acetic, etanol și CO2 prin LAB heterofermentativ. În plus, reducerea fructozei la manitol, un alt FODMAP, apare frecvent în aluatul fermentat de către laboratorul heterofermentativ (Gänzle, 2015). O β-fructozidază asociată peretelui celular a fost raportată la tulpinile de Lactobacillus paracasei ca fiind responsabile de degradarea fructanilor, ducând la acumularea extracelulară de zaharoză și fructoză (Makras și colab., 2005; Goh și colab., 2007).

Pe baza activităților enzimatice menționate mai sus, unele lactobacili cu aluat (L. plantarum, L. fermentum și L. brevis) ar putea fermenta GOS, FOS și fructani (Saulnier și colab., 2007; Pan și colab., 2009; Kunová și colab., 2011). La rândul său, când lactobacilii hidrolizează fructanii, se generează polioli și fructoză în exces. Tulpinile de L. plantarum și Lactobacillus curvatus izolate din aluat de secară au reușit să fermenteze fructoză, manitol și sorbitol (Bartkiene și colab., 2017). Germenii de grâu supuși unei fermentații îndelungate cu tulpini autohtone de L. plantarum și L. rossiae au prezentat o scădere cu 87 și respectiv 45% a fructozei și, respectiv, a rafinozei, comparativ cu concentrațiile inițiale (Rizzello și colab., 2010). În mod similar, utilizarea combinată a L. plantarum și L. brevis pentru a fermenta (la 30 ° C, timp de 24 de ore) făina de leguminoase a dus la o concentrație scăzută de rafinoză (de până la aproximativ 64%), cu privire la un aluat martor. (obținut fără inocul bacterian) (Curiel și colab., 2015).

Aspecte de viitor

După cum sa discutat în paragraful anterior, LAB și drojdiile pot degrada FODMAP-urile. Comparativ cu drojdia de brutar, aluatul are un potențial mare de a conduce concentrațiile de pâine FODMAP (și, în general, produse coapte cu dospire), deoarece include adesea atât populațiile microbiene. Prin urmare, cercetările viitoare ar trebui să se concentreze asupra modului de a combina activitățile enzimatice ale LAB și drojdiilor pentru a atinge obiectivul dorit. În acest context, având în vedere că unele enzime degradante ale FODMAP sunt destul de răspândite în LAB, un pilon este selecția tulpinilor microbiene care posedă astfel de enzime și utilizarea lor ca inițiale pentru aluatul acru.

În cele din urmă, ar trebui evaluat efectul degradării FODMAP asupra calității pâinii. De exemplu, zaharoza și fructoza, generate la hidroliza parțială a fructanilor, pot fi utilizate în continuare de bacterii pentru a sintetiza exopolizaharidele. Acești compuși protejează bacteriile împotriva diferitelor stresuri ale mediului, îmbunătățesc textura și întârzie stalizarea pâinii (Ketabi și colab., 2008; Dertli și colab., 2016). În plus, unele exopolizaharide au activitate prebiotică (Ketabi și colab., 2008; Torrieri și colab., 2014). Pe de altă parte, în cele din urmă, EPS produs poate fi un EPS compus din fructoză și degradarea acestuia în timpul preparării aluatului poate duce din nou la o creștere a concentrației de fructoză, ceea ce nu este favorabil bolnavilor de IBS. În plus, unele LAB reduc fructoza la manitol, ceea ce ar reduce nivelul de fructoză, dar ar crește celelalte FODMAP. În acest sens, efectele fermentației cu aluat acru asupra conținutului de FODMAP vor depinde de condițiile de fermentare și de speciile LAB care vor fi aplicate, oferind un câmp destul de neacoperit care trebuie clarificat. La fel ca și creșterea posibilă a nivelului de manitol poate afecta sănătatea bolnavilor de IBS necesită studii suplimentare.

Umplând aceste lacune de cunoștințe, va fi posibil să se moduleze tipul și concentrația FODMAPs în pâine, permițând atingerea a două obiective: (i) limitarea aportului de FODMAPs la pacienții cu IBS pentru a evita simptomele gastro-intestinale nedorite; (ii) încercarea de a crește aportul lor la subiecți sănătoși.

Contribuțiile autorului

LM, FM și PF au cercetat și au scris articolul. MS, FM, MG și JDDL au revizuit critic articolul.