Została ona określona w dokumencie końcowym programu badawczego FUFOSE (ang. Functional Food Science in Europe): „Żywność może być uznana za funkcjonalną, jeżeli udowodniono jej korzystny wpływ na jedną lub więcej funkcji organizmu ponad efekt odżywczy, który to wpływ polega na poprawie stanu zdrowia oraz samopoczucia i/lub zmniejszaniu ryzyka chorób. Żywność funkcjonalna musi przypominać postacią żywność konwencjonalną oraz wykazywać pozytywne oddziaływanie w ilościach, które oczekuje się, że będą normalnie spożywane z dietą – nie są to tabletki ani kapsułki, ale część składowa prawidłowej diety”. Podkreśla się, że korzystne oddziaływanie zdrowotne żywności funkcjonalnej powinno być udokumentowane badaniami naukowymi.

Według FAO/WHO i FIL/IDF mleczne napoje fermentowane są to produkty uzyskiwane z mleka pełnego, częściowo lub całkowicie odtłuszczonego, zagęszczonego albo regenerowanego w proszku, poddanego fermentacji przez mikroorganizmy fermentujące laktozę, obniżające pH i powodujące jego koagulacje. Wprowadzone wraz ze szczepionką mikroorganizmy muszą występować w napojach fermentowanych w odpowiedniej liczbie żywych i aktywnych komórek w ostatnim dniu przydatności do spożycia, tj. bakterie co najmniej 106-107/g produktu, drożdże ≥102/g produktu.

Mleczne napoje fermentowane charakteryzuje szeroki zakres składników pokarmowych, a ich wszechstronne i prozdrowotne zastosowanie znalazło uznanie już w starożytności i średniowieczu. Cieszą się one ogromną popularnością na całym świecie i są uważane za ważny składnik diety. Mają korzystny wpływ z racji swojej wysokiej wartości odżywczej, a w porównaniu z mlekiem cechuje je wyższa przyswajalność białek i tłuszczu oraz wyższa zawartość witamin. Działanie bakterii kwasu mlekowego umożliwia łagodzenie objawów nietolerancji laktozy. Jest to dolegliwość obserwowana po spożyciu produktów mlecznych niskoprzetworzonych, a obejmuje przede wszystkim bóle brzucha, wymioty, biegunkę. Jest to skutek ograniczonej aktywności enzymu rozkładającego dwucukier - laktazy. Suplementacja produktów w żywe bakterie dostarczające enzym w sposób korzystny wpływa na tolerancję produktu laktozowego. Z tego względu mleczne napoje fermentowane nie wywołują dolegliwości ze strony przewodu pokarmowego u osób nietolerujących tego cukru. Bakterie znajdujące się w napojach fermentowanych wykazują także właściwości lecznicze. Mają one zdolność do zasiedlania przewodu pokarmowego zapobiegając rozwojowi mikroflory allochtonicznej, zwłaszcza chorobotwórczej, dzięki czemu obniżają ryzyko zachorowania na nowotwór jelita, zmniejszają i regulują dolegliwości przewodu pokarmowego oraz obniżają poziom cholesterolu. Napoje fermentowane wzmacniają układ immunologiczny, a z racji dużej zawartości peptydów czynnościowych oddziałują na układ sercowo-naczyniowy i przewód pokarmowy. Możliwość spożycia produktów mlecznych niedających negatywnych skutków stanowi dodatkowo ważny element w profilaktyce osteoporozy [Ebringer i in. 2008, Kozłowska-Wojciechowska i in. 2004].

Podział mlecznych napojów fermentowanych

Produkcja napojów fermentowanych stanowi ważny kierunek przetwarzania mleka na artykuły o wysokiej wartości odżywczej, dietetycznej, a także terapeutycznej. Do wytwarzania napojów fermentowanych używa się zawsze mleka wysokiej jakości z uwagi na duże walory żywieniowe. Do najbardziej popularnych mlecznych napojów fermentowanych należą: mleko ukwaszone (zsiadłe), kefir, jogurt, kumys, mleko acidofilne. Produkowane są one pod wieloma postaciami jak: napoje, żele, pasty lub artykuły utrwalane poprzez mrożenie i suszenie różnymi metodami. Podstawowym kryterium podziału mlecznych napojów fermentowanych jest rodzaj zastosowanej mikroflory, która jest ściśle zastrzeżona dla danego produktu (tab. 1). 

Wśród napojów fermentowanych podzielonych, w zależności od mikroflory czynnej, wyróżnia się następujące grupy:

• fermentowane przez mikroflorę termofilną: jogurt,

• fermentowane przez mikroflorę mezofilną: maślanka, mleko ukwaszone,

• fermentowane przez mikroflorę pochodzenia jelitowego: mleko acidofilne,

• poddane fermentacji alkoholowej i mlekowej: kefir, kumys.

Przeprowadzone badania mikroflory przewodu pokarmowego wykazały, że szczepy jelitowe tj. Bifidobacterium ssp., Lactobacillus acidophilus i Lactobacillus casei oddziałują dobroczynnie na jego skład. Stało się to impulsem do uruchomienia produkcji napojów drugiej generacji zawierających bakterie jelitowe wraz ze szczepionkami tradycyjnymi oraz trzeciej generacji wytwarzanych wyłącznie z wykorzystaniem szczepów jelitowych. Bakterie te zwane probiotycznymi (od greckiego słowa probioticos - przyjazny dla zdrowia) są mikrobiologicznym uzupełnieniem żywności, wpływają korzystnie na stan zdrowia organizmu wskutek poprawy wzajemnych proporcji mikroflory jelitowej [Kozłowska-Wojciechowska i in. 2004, Kudełka 2005, Kunachowicz i Kłys 2002].

Jogurt - charakterystyka

Jogurt jest mlecznym napojem fermentowanym znanym od tysięcy lat. Jego nazwa wywodzi się od tureckiego słowa “ya-urt”, czyli kwaśne mleko. Zyskał on ogromną popularność na Bałkanach, gdzie przypisuje mu się właściwości odradzające. 

Według Polskiej Normy jogurt to napój wyprodukowany z mleka znormalizowanego, zagęszczonego poprzez dodatek odtłuszczonego mleka w proszku lub odparowanie części wody, poddanego procesowi homogenizacji, pasteryzacji, a następnie fermentacji w wyniku działalności mikroflory termofilnej, tj. Lactobacillus delbreuckii ssp. bulgaricus i Streptococcus thermophilus. Spośród wszystkich mlecznych napojów fermentowanych jest produktem, którego spożycie osiąga najwyższy poziom, a oferta rynkowa jest asortymentowo jedną z największych. Uważany jest za bardzo dobre źródło składników odżywczych przez większość konsumentów, a ich oczekiwania skierowane są w kierunku zwiększenia różnorodności tych produktów [Lourens-Hattingh i Viljoen 2001, Stankiewicz 2009].

Jogurt może być produkowany w wielu odmianach, które różnią się od siebie konsystencją, strukturą, przeznaczeniem i sposobem utrwalania. Podstawowe rodzaje to:

• jogurt płynny: produkowany metodą zbiornikową,

• jogurt stały: produkowany metodą termostatową. 

Jogurt jest ceniony przede wszystkim za swoje walory dietetyczne i smakowe. Cechuje go świeży, łagodny, delikatny smak oraz charakterystyczny jogurtowy aromat. Kwasowość tego napoju fermentowanego oscyluje w granicach 4,0-4,6 pH. Istotnym parametrem jest także zawartość suchej masy w produkcie. W jogurcie ilość suchej masy mieści się w granicach od 9% - w jogurcie chudym do ponad 20% - w jogurcie typu greckiego. Wysoka zawartość suchej masy, białka i fosforanów powoduje zwiększenie jego buforowości i podwyższenie zawartości mikroskładników stymulujących wzrost bakterii, co pociąga za sobą wytwarzanie większej ilości kwasu mlekowego. Kolejnym czynnikiem wpływającym na właściwości jogurtu jest zawartość białka. Dzięki wyższej ilości białka skrzep jogurtu stałego jest bardziej zwięzły, a jogurt mieszany ma wyższą lepkość. Obecność białka wpływa korzystnie na lepkość produktu. Białka mają zdolność wiązania wody, działają jako stabilizatory i ograniczą zjawisko synerezy w czasie przechowywania jogurtu w niskich temperaturach. Zwięzłość skrzepu jest najistotniejszą właściwością dla wszystkich typów jogurtów. Jest ona uwarunkowana m.in. rodzajem mleka, ogrzewaniem, homogenizacją, pH i stosowaniem różnych dodatków. Dojrzały jogurt ma silny, galaretowaty i spoisty skrzep, który da się kroić w kostkę.

Na skutek przeprowadzonego przez bakterie mlekowe procesu fermentacji wytwarzają się liczne związki mające wpływ na zapach i smak mlecznych napojów fermentowanych. Charakterystyczny smak i zapach jogurtu jest związany z obecnością w nim aldehydu octowego, dwuacetylu, kwasu mlekowego, acetoiny, lotnych kwasów tłuszczowych, 2-butanonu i etanolu. Najistotniejsze znaczenie ma ilość aldehydu octowego, który decyduje o natężeniu smaku jogurtu. Na cechy smakowo-zapachowe jogurtu ma wpływ przede wszystkim rodzaj użytych bakterii fermentacji mlekowej a także zawartość lotnych związków i ich wzajemny stosunek oraz proces produkcji. Bakterie jogurtowe Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus i Streptococcus thermophilus z uwagi na specjalną selekcję wytwarzają specyficzne dla jogurtu związki, a ponadto odznaczają się współzależnością symbiotyczną.

Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus został odkryty w 1905 roku przez bułgarskiego lekarza Stamena Grigorova. Bakterie z rodzaju Lactobacillus to Gram-dodatnie pałeczki. Stanowią najliczniejszą grupę bakterii kwasu mlekowego, rodzaj ten obejmuje bowiem 103 gatunki. Ich komórki są proste bądź nieco zgięte, występują pojedynczo lub w łańcuszkach. Mają wymiary 0,5-1,2 x 1,0-10,0 μm. Bakteria ta może występować w postaci długich nitek, jest nieruchliwa i nie wytwarza przetrwalników. Podczas fermentacji jogurtu Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus wytwarza aldehyd octowy, który jest jednym z głównych związków, decydujących o smaku i zapachu tego mleka fermentowanego. Niektóre szczepy tej bakterii mają także zdolność do wytwarzania bakteriocyn [Courtin i Rul 2000].

Bakterie z rodzaju Streptococcus to ziarniaki o okrągłych bądź owalnych komórkach. Występują w parach lub tworzą łańcuszki o różnej długości. Są organizmami beztlenowymi i homofermentatywnymi. Wytwarzają głównie kwas mlekowy o konfiguracji L(+). Streptococcus thermophilus to termofilna, Gram-dodatnia bakteria. Komórki tej bakterii są okrągłe bądź owalne, a ich średnica wynosi 0,7-0,9 μm.  Optymalna temperatura jej wzrostu to 45 °C. Po raz pierwszy została wyizolowana z jogurtu. 

Rysunek 1. Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus i  Streptococcus thermophilus – obraz mikroskopowy.

Jogurt od dawna jest znany ze swoich dobroczynnych cech lecz naukowcy starają się ulepszyć jego właściwości funkcjonalne, a także dostarczyć nowe produkty na bazie jogurtu. Z tego względu rozszerza się asortyment produktów mleczarskich o niekonwencjonalne  dodatki roślinne, będące źródłem licznych składników bioaktywnych, tym samym podnosząc walory zdrowotne produktu.

Dodatki roślinne

Herbata zielona

Pozytywne mechanizmy działania zielonej herbaty nie są jeszcze całkowicie jasne, jednak liczne badania in vitro wskazują na istotną rolę zawartych w niej polifenoli. Poza działaniem antyoksydacyjnym posiada także właściwości przeciwzapalne, antywirusowe, antybakteryjne. Wszystko to skutkuje dynamicznym wzrostem produkcji zielonej herbaty na świecie, która obecnie wynosi 22% całkowitej produkcji herbaty, a w ostatniej dekadzie obserwuje się 2,5% wzrost w porównaniu z herbatą czarną.

Herbata (członek rodziny Theaceae) jest najstarszym napojem na świecie i wraz z wodą zajmuje pierwsze miejsce wśród najczęściej spożywanych płynów. W medycynie chińskiej herbata zielona była stosowana jako lek wzmacniający odporność, uśmierzający bóle stawów, poprawiający przepływ krwi, a także jako lek odtruwający organizm. Herbata zielona pojawiła się po raz pierwszy w Europie w połowie wieku XVII.

Obecnie, na podstawie licznych badań naukowych uważa się, że zielona herbata przeciwdziała otyłości, chorobom układu krążenia, układu nerwowego, a także w pewnym stopniu działa przeciwnowotworowo, przeciwzapalnie i reguluje pracę mózgu. Ponadto obniża poziom cukru, cholesterolu LDL i ciśnienia krwi, usuwa toksyny, a także wzmacnia odporność, przyspiesza przemianę materii oraz poprawia pamięć i koncentrację [Sharma in. 2009, Stańczyk 2010, Wołosiak i in. 2008]. Jej właściwości są ściśle związane z czasem parzenia. Jeżeli jest parzona 3 minuty działa pobudzająco, a jeśli 8 minut - uspokajająco. Zawiera ona dużo większe ilości witaminy C niż inne herbaty, posiada też w swoim składzie witaminy B1, B2, B5, K, E, PP oraz magnez, wapń, fosfor, żelazo, sód, fluor, miedź, jod, krzem i mangan [Armoskaite i in. 2011].

Tabela 2. Skład chemiczny wybranych gatunków zielonej herbaty (w mg/100 g, wit. A w i.u.)

Rysunek 2. Pola herbaciane

Rokitnik zwyczajny (Hippophae rhamnoides L.)

Rokitnik jest pestkowcem. Owoce są miękkie, soczyste, drobne, o  żółto-pomarańczowej barwie i elipsowatym kształcie, aromatyczne, o specyficznym kwaśno-cierpkim smaku. Dojrzewają we wrześniu, a słodkie stają się dopiero po przemarznięciu. Ich intensywna barwa związana jest z obecnością karotenoidów (3-15 mg/100 g), szczególnie β-karotenu. Barwniki te znajdują się we frakcji olejowej i wodnej, a ich zawartość jest wyższa w owocach dojrzałych. Rokitnik dodatkowo charakteryzuje obecność w owocach lipidów (2,1-3,5% w całych owocach), co w przypadku roślin naszego klimatu jest rzadkością. Skład chemiczny tłuszczu uzyskanego z owoców jest ściśle powiązany z odmianą, stopniem dojrzałości oraz sposobem ich pozyskiwania. Owoce rokitnika bardzo gęsto pokrywają pędy, stąd jej rosyjska nazwa - „oblepicha” [Christaki 2012, Stobnicka i in. 2008]. Charakteryzuje je też specyficzny aromat, na który składa się ok. 45 lotnych związków. Wśród nich: estry, aldehydy, alkohole, ketony, terpeny i kwasy organiczne. Estry w ponad 70% odpowiadają za zapach owoców rokitnika. Mieszkańcy krajów skandynawskich porównują ten aromat z zapachem ananasa, dlatego rokitnik nazywany jest też ananasem rosyjskim, czy ananasem syberyjskim [Tiitinen 2005]. Główne związki fitochemiczne w rokitniku zwyczajnym to: tokoferole, karotenoidy, witamina K, witamina C, witaminy z grupy B, fitosterole, polifenole, wielonienasycone kwasy tłuszczowe (PUFA), kwasy organiczne, kumaryny i triterpeny, cynk.

Rysunek 3. Rokitnik zwyczajny

Czarny bez (Sambucus nigra L.)

Owoce czarnego bzu (Sambuci fructus) to małe, kuliste, prawie czarne jagody na szypułce. Dojrzałe owoce mają błyszczącą, czarną skórkę, krwistoczerwony sok i małe pestki. Zawierają, obok flawonoidów, znaczne ilości antocyjanów i witamin, dlatego też podobnie jak kwiaty mają działanie przeciwwirusowe i antybakteryjne [Wierzbicki 2002]. Ze względu na właściwości wzmacniające, przeciwbólowe, napotne oraz diuretyczne znalazły zastosowanie w przeciwdziałaniu infekcjom różnego pochodzenia, bólach reumatycznych i migrenowych oraz rożnego typu zapaleniach i obrzękach. Z kolei poprzez działanie odtruwające wspomagają usuwanie szkodliwych metabolitów z organizmu. Owoce czarnego bzu znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym, m.in.: w Stanach Zjednoczonych, Danii, Szwecji, Austrii, Włoszech oraz Niemczech i Anglii, a ich wykorzystanie nie ogranicza się już jedynie do aspektów związanych z zielarstwem czy lecznictwem. Owoce czarnego bzu zawierają antocyjany w ilości 0,2-1% oraz ok. 0,01% olejku eterycznego, w skład którego wchodzi ok. 53 związków [Kołodziej i Drożdżal 2011]. 

W przypadku owoców bzu czarnego głównymi składnikami bioaktywnymi są:

• antocyjany: zwłaszcza 3-glukozyd cyjanidyny, 3-sambubiozyd cyjanidyny, w mniejszych ilościach: 3,5-diglukozyd cyjanidyny, 3-sambubiozyd-5-glukozyd cyjanidyny, 3-rutynozyd cyjanidyny, 3-glukozyd pelargonidyny oraz 3-sambubiozyd pelargonidyny,

• kwasy organiczne: octowy, jabłkowy, walerianowy, winowy, benzoesowy,

• witamina C,

• witaminy z grupy B: B2, B6, niacyna, biotyna, kwas foliowy, kwas pantotenowy,

• potas, fosfor, wapń,

• węglowodany: cukry proste (glukoza, fruktoza), 

• pektyny, 

• β-katoten [Vulic i in. 2008, Wu i in. 2004, Wierzbicki 2002].

W niedojrzałych owocach występuje sambunigryna – glikozyd cyjanogenny, który może być w pewnym stopniu czynnikiem limitującym przemysłowe wykorzystanie tego surowca. Sambunigryna ma potencjalne działanie toksyczne, m in. wywołuje podrażnienia przewodu pokarmowego (biegunki, wymioty, bóle brzucha). Jednak badania duńskich naukowców wskazują, że dokonanie zbiorów owoców 14 dni po osiągnięciu fazy 10% dojrzałości baldachów oraz zastosowana obróbka termiczna całkowicie zabezpiecza konsumenta przed jego szkodliwym działaniem [Kaack 2008].

Rysunek 4. Czarny bez

Właściwości przeciwutleniające wybranych dodatków roślinnych

Badania epidemiologiczne wykazują wpływ spożywanej żywności bogatej w substancje o charakterze przeciwutleniającym na profilaktykę chorób cywilizacyjnych. Produkty spożywcze pochodzenia roślinnego dostarczają unikalnych składników niezbędnych podczas wielu reakcji metabolicznych zachodzących w ustroju. Wiele spośród nich wykazuje właściwości antyoksydacyjne polegające na zdolności neutralizowania reaktywnych form tlenu (RFT), dodatkowo mogą również podwyższać aktywność niektórych enzymów, m.in. peroksydazy glutationowej, reduktazy glutationowej, S-transferazy glutationowej, katalazy w jelicie cienkim, wątrobie i płucach. Polifenole posiadają silniejsze działanie przeciwutleniające niż witamina C, tokoferol czy karoten. Odpowiednia ilość przeciwutleniaczy w diecie pozytywnie oddziałuje między innymi na gospodarkę lipidową organizmu, obniża ciśnienie krwi, co ma istotne znaczenie w zapobieganiu chorobom serca i nowotworom oraz przeciwdziałaniu czynnikom ich ryzyka [Witowska i Zujko 2009]. Związki polifenolowe są szeroko rozpowszechnione w świecie roślinnym, a ich obecność wzbogaca produkty spożywcze w naturalne antyutleniacze. Należą do tej grupy m.in. antocyjany, flawonoidy, kwasy fenolowe oraz taniny [Leja i in. 2007].

Jednym z produktów odznaczających się wysoką reaktywnością przeciwrodnikową jest zielona herbata. Silne właściwości przeciwutleniające wykazują przede wszystkim katechiny. Obecność minimum pięciu grup hydroksylowych nadaje cząsteczce silne właściwości antyoksydacyjne. Ponadto dowiedziono, że działanie przeciwutleniające ekstraktu herbaty jest znacznie mocniejsze, niż wynikałoby to z działania pojedynczych związków, przy czym aż 90% zdolności antyoksydacyjnej ekstraktu zielonej herbaty stanowi aktywność katechiny. Badania pokazują również, że aktywność przeciwutleniająca jest zależna od sposobu przyrządzania naparu. Wydłużenie czasu parzenia zielonej i czarnej herbaty z 0,5 min do 10 minut spowodowało zwiększenie ilości polifenoli w ekstraktach z równoczesnym zwiększeniem aktywności przeciwutleniającej [Cieszyńska i in. 2011, Ostrowska 2008].

Również owoce rokitnika wykazują właściwości prozdrowotne wynikające przede wszystkim ze znacznej koncentracji związków o działaniu przeciwutleniającym, takich jak: polifenole (flawonoidy, kwasy fenolowe, proantocyjanidyny), karotenoidy, kwas askorbinowy, które występują też w innych częściach rośliny [Michel i in. 2013, Zu i in. 2006]. Należą do nich przede wszystkim kwasy fenolowe, wśród których zidentyfikowano kwasy: galusowy, protokatechowy, kumarowy, ferulowy, p-hydroksybenzoesowy i elagowy oraz flawonoidy, takie jak: izoramnetyna i jej pochodne, kemferol, kwercetyna oraz jej pochodne (rutynozyd, glukozyd, ramnozyd), mirycetyna oraz flawan-3-ole (katechiny, epikatechina). Istotna jest współzależność pomiędzy związkami fenolowymi, a występującym również w owocach rokitnika, kwasem askorbinowym. Obecność znacznych ilości polifenoli stabilizuje zawartość witaminy C, której ilość w owocach rokitnika jest znacznie większa, niż w przypadku innych roślin jagodowych i sadowniczych [Guliyev i in. 2006].

Tabela 3. Ilość ważniejszych przeciwutleniaczy obecnych w owocach rokitnika

Kolejnym źródłem przeciwutleniaczy są owoce czarnego bzu, które charakteryzuje wysoka zawartość antocyjanów (75-98% wszystkich antocyjanów obecnych w jagodach) [Seabra i in. 2008]. Przeciwzapalne flawonoidy i rutyna mają działanie uszczelniające naczynka włosowate i zwiększają elastyczność ich ścianek. Występujące w owocach czarnego bzu antocyjany odgrywają istotną rolę w przemyśle spożywczym. Z jednej strony są związkiem o charakterze prozdrowotnym, a z drugiej pełnią funkcję naturalnego barwnika produktów spożywczych nie budząc przy tym wątpliwości konsumentów. Barwniki z owoców czarnego bzu charakteryzują się wysoką odpornością w czasie obróbki termicznej. Przy niskiej wrażliwości na działanie podwyższonej temperatury, a także zmiany pH środowiska, zachowują pożądaną barwę dla produktów żywnościowych [Czapski i Walkowiak-Tomczak 2008, Mitka i in. 2003]. Dzięki dużej ilości kwasu askorbinowego owoce wykazują właściwości wzmacniające tkankę łączną i stymulujące produkcję włókien kolagenowych. Szklanka soku z czarnego bzu zawiera 75 mg witaminy C, co pokrywa dzienne zapotrzebowanie organizmu na tę witaminę [Radziewicz 2015]. Jak pokazują badania zarówno owoce czarnego bzu jak i kwiaty są bogate w polifenole. Wykazują wyższą zdolność antyoksydacyjną w porównaniu do innych małych owoców jagodowych (borówka, malina) i do różnych kwiatowych ekstraktów, a porównywalną do owoców morwy i żurawiny [Cejpek i in. 2009, Halvorsen i in. 2002]. Poniżej przedstawiono zdolności antyoksydacyjne wybranych owoców jagodowych.

                                                                      Rycina 1. Całkowita zdolność przeciwutleniająca drobnych owoców jagodowych, zmierzona metodą FRAP.

Katarzyna Liszka