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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
probiotisch aktiven Zubereitung.
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Derartige
Zubereitungen und Verfahren zu ihrer Herstellung sind allgemein
bekannt und umfassen oft das Züchten
eines probiotischen Mikroorganismus auf einem Medium, das ein flüssiges Substrat,
wie beispielsweise ein Molkereiprodukt, enthält. Die Zubereitungen werden
zur Verhinderung oder zur Unterstützung der Genesung von Darmbeschwerden
eingenommen. Noch spezifischer offenbart das an Hakalehto E. et
al vergebene WO 97/29640 ein Verfahren zum Ansäuern von Milch durch Zusetzen
eines Mikroorganismus zu Milch. Es wird offenbart, einen Behälter zu
verwenden, der eine Oberfläche
aufweist, in die ein pH-Wert eingearbeitet ist, was es einem Verbraucher
erlaubt, zu sehen, dass das Produktgereift verzehrbar ist.
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Aufgrund
der zentralen Herstellung im technischen Maßstab ist der probiotische
Mikroorganismus in der Zubereitung nicht ganz wirksam, wenn er vom
Verbraucher verzehrt wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,
durch das eine probiotische Zubereitung mit einem wirksamer funktionierenden
probiotischen Mikroorganismus hergestellt werden kann.
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Zu
diesem Zweck ist das Verfahren, das der vorliegenden Erfindung entspricht,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammensetzung umfassend einen
probiotischen Organismus, ein metabolisierbares Substrat und einen Wachstumsindikator
mit einer nichtsterilen wässrigen
Flüssigkeit
in Kontakt gebracht und mindestens fünf Minuten lang und bis der
Wachstumsindikator eine Farbänderung
anzeigt, inkubiert wird, wobei die Zubereitung für den Verzehr den probiotischen
Mikroorganismus in einem nichtdormanten Zustand enthält.
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Die
Inkubierung des probiotischen Organismus in Gegenwart eines Substrats
bewirkt, dass der Mikroorganismus, der gewöhnlich dormant ist, in eine
Teilungsphase eintritt. Die Zusammensetzung kann daraufhin von einem
Verwender verzehrt werden und die Mikroorganismen können ihre
günstige
Aktivität
im Magen-Darm-Kanal besser ausführen.
Die Dauer der Inkubation beträgt
geeigneterweise mindestens fünf
Minuten, bevorzugt mindestens 20 Minuten und noch bevorzugter mindestens
1,5 Stunden. Anders ausgedrückt findet
die Inkubation so lange statt, wie sie für die Aktivierung nach der
Dormanz erforderlich ist, und bevorzugt bis eine oder mehrere Teilungen
des probiotischen Mikroorganismus stattfinden. Das Verfahren der
vorliegenden Erfindung gemäß ermöglicht es
auch, Wasser einer biologisch zweifelhaften Qualität zu verwenden.
Unterstützt
durch das Reduzieren des pH-Werts, das durch das Fermentieren verursacht
wird, hemmt, inaktiviert oder tötet
die probiotische Zusammensetzung sogar eventuelle krankheitserregende
Mikroorganismen, die im Wasser vorliegen. In der Praxis findet die
Inkubation unter nichtsterilen Bedingungen, wie beispielsweise in
einem nichtsterilen Behälter
und in einer nichtsterilen wässrigen,
Flüssigkeit
statt. Nach der Inkubation ist die Zubereitung verzehrfertig und,
im Gegensatz zu bekannten handelsmäßigen Zubereitungen, die nach
der Herstellung verpackt werden, wird diese Zubereitung in der Praxis
nicht verpackt. „Substrat" soll so verstanden werden,
dass es ein Substrat ist, das durch probiotische Mikroorganismen
metabolisiert werden kann und umfasst beispielsweise Maltodextrin,
Fructooligosaccharide oder dergleichen. Wahlweise können Spuren
von Mineralien, wie beispielsweise Kalium, Mangan und Magnesium,
ebenfalls vorliegen, um das Wachstum der probiotischen Mikroorganismen
zu fördern.
Wenn in der vorliegenden Anmeldung auf eine wässrige Flüssigkeit Bezug genommen wird,
so ist darunter irgendeine Flüssigkeit
zu verstehen, die ausreichend Wasser enthält, um es dem probiotischen
Mikroorganismus zu ermöglichen,
sich zu teilen. Falls die Zusammensetzung mehrere Bestandteile,
unter anderem insbesondere einen oder mehrere probiotische Mikroorganismen
und Substrat umfasst, so können
diese getrennt in Form eines Kits verpackt werden. Eine erste Packung
kann beispielsweise einen oder mehrere probiotische Mikroorganismen
zusammen mit einem inerten Träger
umfassen und die zweite Packung kann das Substrat umfassen. Beide
Packungen werden der wässrigen
Flüssigkeit
zugegeben. Jedoch umfasst die Zusammensetzung bevorzugt eine Kombination,
wie beispielsweise eine Mischung, von Substrat und probiotischem
Organismus, welche Kombination aus diesem Grund nur eine einzige Packung
erfordert. Bevorzugt ist die Zusammensetzung als „Einheitsdosen" verpackt, wobei
die Packung, wie beispielsweise ein Beutel, eine Menge an Zusammensetzung
enthält,
die mit einer vorbestimmten Menge wässriger Flüssigkeit in Kontakt gebracht
werden soll. Auf diese Weise wird eine Dosis der Zubereitung verzehrbar
hergestellt. Wie oben schon erwähnt,
können
das Substrat und der Mikroorganismus für die Zusammensetzung getrennt
verpackt werden, das heißt
jedes bzw. jeder kann als Einheitsdosis verpackt werden. Die probiotische
Zusammensetzung der Erfindung gemäß ist gewöhnlich ein Getränk. Bei
Verwendung des Ausdrucks „nichtsteril" bei der vorliegenden
Erfindung werden die probiotischen Mikroorganismen dieser Zusammensetzung
nicht in Betracht gezogen.
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Bevorzugt
ist die nichtsterile wässrige
Flüssigkeit
Wasser, insbesondere Wasser, das als solches keine organische Kohlenstoffquelle
als Substrat enthält,
wie beispielsweise Mineralwasser, Leitungswasser oder Naturwasser.
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Aufgrund
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die nichtsterile wässrige
Flüssigkeit
für den
Verzehr geeigneter und sogar unbedenklich gemacht werden. Das kann
auch indirekt erfolgen, wenn das Wasser zum Waschen von frischen
Gemüsen
und Obst verwendet wird, was in manchen Ländern ein erhöhtes Risiko des
Verursachens von Darmbeschwerden wie Diarrhö mit sich bringt. Es ist gezeigt
worden, dass das erfindungsgemäße Verfahren
die Bakterienzahl potentiell gesundheitsschädlicher Mikroorganismen wie
E. coli. reduziert. Für
diese spezifische Anwendung ist die Inkubationszeit bevorzugt länger als
6, noch spezifischer länger
als 10 Stunden. Für
diese Anwendung ist es nicht wichtig, ob die Mikroorganismen nach
der Inkubation in einem stationären,
dormanten Zustand zurückgekehrt
sind, obwohl es erfindungsgemäß immer
noch vorzuziehen ist, dass sie nicht in einem dormanten Zustand
vorliegen.
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Einer
wichtigen Ausführungsform
gemäß umfasst
die Zusammensetzung einen Wachstumsindikator und die Inkubation
dauert an, bis der Wachstumsindikator eine Farbänderung aufzeigt.
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Auf
diese Weise können
eine Reihe verschiedener Faktoren in Betracht gezogen werden, wie
beispielsweise die sich ab und zu verändernden Inkubationsbedingungen,
die Lebensfähigkeit
der probiotischen Mikroorganismen usw. Ein Wachstumsindikator zeigt
zumindest, dass der Mikroorganismus aus der Dormanz heraus und beim
Verzehr deshalb in der Lage ist, sofort eine günstige probiotische Wirkung
zu erzeugen. Im Falle des Reduzierens der Bakterienzahl möglicher
krankheitserregender Mikroorganismen wird es vorgezogen, einen Wachstumsindikator
zu verwenden, der eine verzögerte Änderung
aufweist.
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Der
bei einer bevorzugten Ausführungsform
verwendete Wachstumsindikator ist ein pH-Indikator.
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Auf
diese Weise wird eine geeignete Inkubationslänge aufgezeigt. Dies ist unter
Bedingungen besonders wichtig, wo die Inkubationstemperatur nicht
eingestellt oder reguliert werden kann. Der Indikator zeigt an, wenn
die Mikroorganismen sich ausreichend oft geteilt haben oder der
pH-Wert des Wassers ausreichend reduziert worden ist, um anwesende
krankheitserregende Mikroorganismen möglicherweise zu töten. Einer
alternativen Ausführungsform
gemäß kann der
verwendete Wachstumsindikator ein Substrat sein, das durch Spaltung
einen Farbstoff erzeugt, wie auf dem Gebiet der Mikrobiologie allgemein
bekannt ist. Ein Beispiel eines derartigen Wachstumsindikators ist
ein Indikatorsubstrat für
Beta-Galactosidase, wie beispielsweise Orthonitrophenyl-b-D-Galactopyranosid.
Obwohl dies gut funktioniert und in gepufferten Lösungen bevorzugt
ist, wird vom wirtschaftlichen Standpunkt und bei vielen praktischen
Anwendungen die Anwendung eines pH-Indikators in nichtgepufferten
oder nur leicht gepufferten Lösungen
wie Wasser bevorzugt. Der Ausdruck „gepuffert" bezieht sich in diesem Fall auf im
pH-Bereich gepuffert, der in Abwesenheit der Puffersubstanz durch
den probiotischen Mikroorganismus vor der Bildung von Säure oder
nach der Bildung von Säure
erreicht werden kann.
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Bevorzugt
wird ein pH-Indikator, der einen Änderungspunkt bei pH = 5 oder
weniger, noch bevorzugter bei einem pH-Wert zwischen 3,5 und 4,5
aufweist, verwendet.
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Bei
einem derartigen pH-Wert wird eine wirksame Abtötung oder Inaktivierung möglicherweise
vorliegender krankheitserregender Mikroorganismen erreicht. Eine Änderung
eines derartigen pH-Werts bietet auch eine gute Anzeige einer ausreichenden
Teilung des probiotischen Organismus. Beim Wählen eines Indikators um einen
pH-Wert von 4 oder weniger herum, findet die Änderung später statt, was für eine Anwendung
wie die Reduzierung der Bakterienzahl möglicherweise krankheitserregender
Mikroorganismen günstig
ist.
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Es
wird vorgezogen, mindestens einen probiotischen Mikroorganismus
als probiotischen Mikroorganismus zu verwenden, der aus Lactobacillus,
Lactococcus, Propionibacterium, Pediococcus, Bifidobacterium, Enterococcus
und Streptococcus ausgewählt
wird.
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Mikroorganismen,
wie beispielsweise Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei,
Lactobacillus salivarius, Lactobacillus plantarum, Lactococcus lactis,
Propionibacterium freudenreichli, Pediococcus acidilactici, Bifidobacterium
lactis, Enterococcus faecium und Streptococcus lactis ermöglichen
es, eine wirksame probiotische Zubereitung herzustellen. Es ist
natürlich
möglich,
eine Mischung von mehr als einem probiotischen Mikroorganismus zu
verwenden, indem man sicherstellt, dass jedem probiotischen Mikroorganismus
ein Substrat zur Verfügung
steht, um es ihm zu ermöglichen,
den Mikroorganismus in eine sich teilende (log-) Phase zu bringen.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
gemäß ist die
Zusammensetzung eine trockene Zusammensetzung.
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Im
Gegensatz zu vielen der gewöhnlichen,
im Handel erhältlichen
probiotischen Zubereitungen, kann eine derartige Zusammensetzung
für lange
Zeit gelagert werden und braucht wenig Platz. Außerdem ist die Gebrauchsfähigkeitsdauer
wesentlich verlängert,
ohne die Wirksamkeit zu gefährden.
Das ist in Gegenwart eines Wachstumsindikators besonders der Fall.
Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung bedeutet „trocken" die Abwesenheit
von so viel Wasser, dass der Mikroorganismus dormant gemacht wird.
Die Herstellung trockener Zusammensetzungen, die Mikroorganismen
umfassen, ist im Stand der Technik allgemein bekannt. Es lässt sich
beispielsweise durch Sprühtrocknen
oder Lyophilisieren durchführen.
Eine derartige Zusammensetzung erfordert keine kühle Lagerung. Das metabolisierbare
Substrat kann mit dem Mikroorganismus entweder vor, jedoch bevorzugt
nach dem Trocknen des Mikroorganismus gemischt werden. Die Zusammensetzung
kann einen Träger
wie beispielsweise Maisstärke
umfassen.
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Die
Erfindung betrifft auch eine probiotisch aktive Zusammensetzung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zusammensetzung einen probiotischen
Organismus, ein metabolisierbares Substrat für den Mikroorganismus und einen
Wachstumsindikator und wahlweise einen pharmazeutisch akzeptablen
Träger
oder ein pharmazeutisch akzeptables Vehikel umfasst.
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Bevorzugt
ist die Zusammensetzung eine trockene Zusammensetzung.
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Im
Gegensatz zu bekannten probiotischen Zusammensetzungen, die sich
zur Zeit auf dem Markt befinden, besitzt eine derartige Zusammensetzung
eine sehr lange Gebrauchsfähigkeitsdauer.
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Es
wird dem normalen mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann
offensichtlich sein, dass die Erfindung auf eine Reihe verschiedener
Arten und Weisen angewendet werden kann. Beispielsweise ist es möglich, eine
Zubereitung, der Wasser zugegeben worden ist, in einem Behälter, wie
beispielsweise einem flachen Kolben, gegen den Körper zu tragen, um eine Umgebung
erhöhter
Temperatur zu bieten, die es dem probiotischen Mikroorganismus ermöglicht,
schneller zu wachsen und die fertige Zubereitung schneller zu verwenden.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele
erläutert.
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Beispiel 1
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Als
Modellkeimerreger wurde E. coli ATCC 25922 verwendet, das in Hirn-Herz-Infusions-(HHI-)
Bouillon durch Inkubieren für
18 Stunden bei 37°C
gezüchtet
wurde. Dieses stellte reife Kulturen bereit, die circa 108 koloniebildende Einheiten (KbE) pro ml
umfassten. Aus dieser Lösung
wurde eine Verdünnungsreihe
in einer sterilen physiologischen Pepton (pfz) Lösung deriviert.
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Daraufhin
wurden verschiedene Proben (100 ml) von Leitungswasser von Amsterdam
mit verschiedenen Konzentrationen von E. coli ATCC 25922 beimpft,
nämlich:
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Daraufhin
wurde eine bekannte Konzentration (4,8 × 107 KbE/ml)
der probiotischen Zusammensetzung zugegeben, die aus 1% Lactobacilli
(L. plantarum, L. casei, L. acidophilus und L. salivarius in ungefähr gleichen
Mengen) bestand, 20% Maltodextrin, 5% Dextrose, 5% Mineralmischung
(gleiche Mengen von Kaliumchlorid, Magnesiumsulfat und Mangansulfat),
64% Maisstärke
(Träger)
und 5% Caranthopulver als Farbindikator bestand.
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Im
Laufe des Versuchs wurden alle Wasserproben bei 37°C (ohne Schütteln) stehengelassen.
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Nach
6 und 24 Stunden wurde die Bakterienzahl von E. coli ATCC 25922
bestimmt. Unter Anwendung steriler pfz wurden dezimale Verdünnungen
der Proben hergestellt, die daraufhin auf Medien inkubiert wurden, die
für die
jeweiligen Mikroorganismen geeignet waren. Ein E. coli Test wurde
mit Hilfe von Eosin-Methylenblau-Agar (EMB, Petrischalen) durchgeführt. Nach
24 Stunden langer (aerobischer) Inkubation bei 37°C wurden
diese Schalen beurteilt (gezählt).
Der Test auf Lactobacilli wurde mit Hilfe von Man-, Rogosa-, Sharp-Agar (MRSA,
Petrischalen) durchgeführt.
Diese Platten wurden nach 48stündiger
(anaerobischer) Inkubation bei 37°C
beurteilt.
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Außerdem wurde
der pH-Wert bei t = 0, t = 6 und t = 24 Stunden gemessen.
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Kontrolle (Proben F und
G):
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Als
Kontrollversuch wurden keine probiotischen Bakterien zwei verschiedenen
Ausgangskonzentrationen von E. coli (106 und
104, Kontrolle F bzw. G) zugegeben, während die
anderen Komponenten der Zusammensetzung, wie Nährstoffe, zugegeben wurden.
Um den Einfluss ausschließlich
der Säureerzeugung
zu bestimmen, wurde der pH-Wert durch Ansäuern (0,1 M HCl) auf den gleichen
pH-Wert eingestellt, der in dem Versuch mit der probiotischen Zubereitung
gemessen wurde.
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An
verschiedenen Zeitpunkten wurde eine Probe genommen, um die Bakterienzahl
von E. coli zu bestimmen. Bei t = 6 Stunden wurde die Bakterienzahl
der probiotischen Bakterien des Versuchs 1 bestimmt.
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Ergebnisse
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Die
Ergebnisse der Studie sind in den unten aufgeführten Tabellen und der grafischen
Darstellung gezeigt.
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Bei
den probiotischen Mikroorganismen, die sich auf den Versuch A und
6 Stunden beziehen, wurde eine Erhöhung auf 1,1 × 108 KbE/ml gemessen. Die pH-Werte betrugen
6,3, 4,1 und 3,7 bei t = 0, t = 6 bzw. t = 24. Nach 6 Stunden wurde
ein Farbumschlag von purpurrosa auf dunkelrosa beobachtet.
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Schlussfolgerung
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Die
probiotische Zubereitung hemmt das Wachstum von E. coli ATCC 25922
in Wasser. Das Inkubieren einer anfänglichen Konzentration von
3,8·102 KbE/ml E. coli für 24 Stunden mit der probiotischen
Zubereitung führte
sogar dazu, dass kein E. coli in dem Wasser erfasst wurde. Die beiden
Kontrollversuche, bei denen der pH-Wert eingestellt wird, jedoch
keine probiotischen Bakterien zugegeben werden, zeigen, dass E.
coli ATCC 25922 nicht gehemmt wird und dass sogar ein gewisses Wachstum
stattfindet. Das zeigt, dass die Hemmung von E. coli ATCC 25922
nicht oder nicht ausschließlich
durch den pH-Abfall, sondern auch durch einen anderen vom probiotischen
Mikroorganismus abhängigen
Faktor verursacht wird.
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Beispiel 2
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Bei
einem Versuch, der demjenigen von Beispiel 1 ähnlich war, wurde der Einfluss
einer probiotischen Zubereitung auf eine Reihe von Krankheitserregern
untersucht, die (durch Zugeben) sowohl zu Leitungswasser aus Wageningen
(einer Stadt in den Niederlanden) als auch entmineralisiertem Wasser
vorlagen. Die probiotische Zusammensetzung war die gleiche wie in
Beispiel 1.
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Material und Verfahren
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Mikroorganismen
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Die
folgenden drei Krankheitserreger wurden bei der Studie verwendet:
- 1. Shigella flexneri (Stammsammlung der Universität Wageningen,
Niederlande);
- 2. Salmonella typhimurium (Stammsammlung der Universität Wageningen,
Niederlande);
- 3. Escherichia coli (Stamm H03-50 von RiVM, Leiystad, Niederlande,
von Faeces eines an (blutiger) Diarrhö leidenden Patienten isoliert).
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Zur
Verwendung wurden die Stämme
in Hirn-Herz-Infusion- (HHI-) Bouillon durch 18 Stunden langes Inkubieren
bei 37°C
gezüchtet.
Auf diese Weise wurden reife Kulturen von circa 108 koloniebildenden
Einheiten (KbE) pro ml erhalten.
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Wasser
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Zwei
Arten von Wasser wurden bei dieser Studie verwendet:
- – Leitungswasser
(als Trinkwasser geeignetes Leitungswasser)
- – entmineralisiertes
Wasser (entmin. Wasser)
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Messkolben
wurden mit Wasser (100 ml Wasser pro Kolben) gefüllt und 15 Minuten lang bei
121°C sterilisiert.
So ist das Wasser ausschließlich
mit dem Testkrankheitserregern kontaminiert.
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Versuchsaufbau
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Den
verschiedenen Maßen
von Wasser, mit Ausnahme der blinden Serie, wurden 6,0 Gramm der
probiotischen Zubereitung (Anfangskonzentration 3 × 107 KbE/ml) zugegeben. Diese Proben wurden
daraufhin mit den Krankheitserregerbakterien (1 Typ Bakterie pro
100 ml Wasser) in verschiedenen Anfangskonzentrationen (104 KbE/ml und 106 KbE/ml)
geimpft. Die 106 KbE/ml Wasser wurden durch
Anwendung von 0,1 ml einer reifen Kultur zum aseptischen Beimpfen
von 100 ml Wasser in einem Messkolben erhalten. Um eine Anfangskonzentration
von 104 KbE/ml Wasser zu erhalten, wurde
eine reife Kultur (dezimal) mit einer sterilen physiologischen Pepton-
(pfz-) Lösung
verdünnt,
woraufhin 0,1 ml einer geeigneten Verdünnung zum Beimpfen von 100
ml in einem Messkolben verwendet wurden.
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Bei
t = o (nach Zugabe von probiotischen Substanzen und Beimpfen mit
einem Bakterium), t = 6, t = 11 und t = 24 Stunden wurden Proben
entnommen, um sie auf die Anzahl von Krankheitserregern zu untersuchen.
Unter Anwendung von steriler pfz wurden dezimale Verdünnungen
der Proben hergestellt, die daraufhin (in Duplikat) auf als solche
bekannte Weise mit Hilfe eines geeigneten Mediums untersucht wurden.
Mit Hilfe von Violettrot-Gallenglukose (VRGG) Agar (Gießplatten)
wurde auf Shigella und Salmonella getestet, mit Violettrot-Gallenlactose (VRGL)
Agar (Gießplatten)
wurde auf E. coli getestet. Die Platten wurden nach 24stündiger Inkubation
bei 37°C
beurteilt (gezählt).
Als Kontrolle wurden 0,1 ml einer geeigneten Verdünnung der
Proben auf dem selektiven Medium Xyloselysindextrose- (XLD-) Agar
ausgebreitet, um das typische Kolonieauftreten von Salmonella und
Shigella zu bestimmen (um eine Kontamination auszuschließen).
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Im
Laufe des Versuchs wurden alle Wasserproben bei 37°C (ohne Schütteln) beiseitegestellt.
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Die
Ergebnisse der Studie sind unten in Tabelle 2 aufgeführt. Es
wurde wiederum ein Farbumschlag beobachtet, was anzeigt, dass die
probiotischen Mikroorganismen aktiv waren.
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Schlussfolgerung
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Es
wurde gezeigt, dass die Zugabe der probiotischen Zubereitung sowohl
zu Leitungswasser als auch zu entmineralisiertem Wasser, in dem
Keimerregerbakterien vorliegen, eine inaktivierende Wirkung auf
die Keimerreger ausübt.
Nach 24 Stunden sind die Keimerreger in Leitungswasser nicht mehr
erfassbar. Zu diesem Zeitpunkt sind geringe Anzahlen der Bakterien
Salmonella und E. coli in entmineralisiertem Wasser immer noch erfassbar.