Els prebiòtics es defineixen com un substrat que s'utilitza selectivament pels microorganismes hostes que ofereixen un benefici per a la salut. Es va arribar a aquesta definició a partir del consens d'un grup d'experts en microbiologia, nutrició i investigació clínica convocats per l'ASsociació Científica Internacional de Probiòtics i Prebiòtics (ISAPP, de l'anglès International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics) el 2016. Aquesta definició també considera la utilització de prebiòtics en animal no humans.
Segons la seva definició, un prebiòtic és un ingredient selectivament fermentat que permet canvis específics en la composició i/o l'activitat dins la microbiota gastrointestinal que confereix beneficis en el benestar i la salut de l'hoste.Gibson GR, Roberfroid MB. Dietary modulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics. J Nutr. 1995 Jun;125(6):1401-12. PMID Són considerats aliments funcionals.
Concepte Al llarg dels anys s'han proposat diferents definicions. La primera definició van fer-la, el 1995, Glenn Gibson i Marcel Roberfroid com a «ingredient alimentari no digerible que afecta de manera beneficiosa l'hoste estimulant selectivament el creixement i /o l'activitat d'un o d'un nombre limitat de bacteris ja residents al còlon i millorar així la salut de l'hoste».
L'any 2004, la definició de prebiòtic va passar a ser «ingredients fermentats selectivament que permeten canvis específics, tant en la composició com/o en l'activitat de la microbiota gastrointestinal que proporciona beneficis al benestar i la salut de l'hoste».
El 2016 es va arribar a la definició acceptada actualment de substrat que és utilitzat selectivament per microorganismes hostes que ofereixen un benefici per a la salut.
Els criteris per poder designar una substància com a prebiòtics són: a) ha de ser resistent a l'acidesa gàstrica i a la hidròlisi per enzims de mamífers i no pot ser absorbit pel tracte gastrointestinal; b) pot ser fermentat per la microbiota intestinal i c) ha d'estimular selectivament el creixement i/o l'activitat dels bacteris intestinals associats a la salut i el benestar.
Introducció El tracte gastrointestinal dels mamífers està habitat per microorganismes des del moment del naixement. Tot i que hi ha estudis que suggereixen que la colonització es produeix a l'úter, durant el desenvolupament fetal, ja que s'ha trobat presència de microorganismes a la placenta, el líquid amniòtic i al cordó umbilical, en contraposició al que es pensava de que el tracte intestinal del fetus era estèril a l'úter. A més, també s'ha suggerit que el meconi (primera mostra de femta infantil) tampoc no és estèril; per tant, això demostraria que la colonització del tracte intestinal per part dels microorganismes es produeix abans del naixement. Amb aquesta colonització s'estableix una relació de simbiosi amb l'hoste que desenvolupa una funció clau per al benestar i la salut. El conjunt d'aquests microorganismes es coneix com a microbiota o microbiota intestinal. Es va estimar que el nombre de microorganismes que componen la microbiota supera 10¹⁴, i porta a terme una sèrie de funcions molt importants per a l'organisme. La majoria de les seves funcions estan relacionades amb la digestió, el manteniment de l'epiteli intestinal, l'exclusió de patògens potencials, la transformació de xenobiòtics (infinitat de compostos sintètics elaborats per l'ésser humà), la maduració i manteniment del sistema immunitari i fins i tot el funcionament del comportament, el maneig de les emocions i la gestió de l'estrès.
Són múltiples els factors que afecten a la composició de la microbiota intestinal: localització geogràfica, la dieta —com un dels factors destacats i de major importància en la seva composició; de fet, una dieta variada i complexa s'associa amb una major diversitat a la microbiota—, l'estrès, estrès associat a l'exercici fisiològic, malalties crítiques que causen estrès fisiològic, estrès fisiològic, fàrmacs, supressió de l'àcid gàstric i antibiòtics. A més, cada persona té una microbiota intestinal diferent, susceptible en tot moment a canvis, tant endògens com exògens.
Composició de la microbiota La microbiota que es pot considerar més saludable, la més diversa, és aquella que tenen les persones de poblacions nòmades, que no estan exposades als fums contaminants de la ciutat, que no prenen medicaments ni, per descomptat, antibiòtics, i que tampoc estan sotmesos a un estrès crònic. Quan això passa, a la microbiota predominen els microorganismes amb beneficis potencials per a la salut (especialment els gèneres/espècies sacarolítiques, com els bifidobacteris), en detriment dels perjudicials (especialment els gèneres/espècies proteolítiques o putrefactives). Però si es produeix una alteració en la microbiota es produeix el que es coneix com la disbiosi, on la presència d'un o de diversos microorganismes amb un efecte potencialment nociu per a la salut són dominants respecte als beneficiosos. Aquesta situació pot desembocar en una malaltia, ja que la microbiota intestinal està íntimament lligada amb la funció immunitària. Per això és important mantenir un equilibri saludable dels microorganismes presents.
Els fílums microbians predominants a l'intestí ón Firmicutes, Bacteroïdetes, Actinobacterias, Proteobacteries, Fusobacteria i Verrucomicrobia. Firmicutes i Bacteroidetes, representen el 90 per cent de la microbiota intestinal.
Fonts Les fonts tradicionals de prebiòtics inclouen la soia, la inulina obtinguda de diverses plantes com ara la civada, el blat, l'ordi o la nyàmera. La llet materna té oligosacàrids molt importants per a la salut de l'infant.
Els deu aliments amb més contingut de prebiòtics:Alanna J. Moshfegh2, James E. Friday, Joseph P. Goldman and Jaspreet K. Chug Ahuja, Presence of Inulin and Oligofructose in the Diets of Americans, Journal of Nutrition. 1999;129:1407S-1411S
Aliment Contingut de fibra prebiòtica per pes Arrel de xicoira crua 64,6% Nyàmera crua 31,5% Brots crus de dent de lleó 24,3% All cru 17,5% Porro cru 11,7% Ceba crua 8,6% Ceba cuita 5% Espàrrecs crus 5% Segó cru de blat 5% Farina de blat integral, Cuita 4,8% Banana crua 1%
Producció miniatura|LactobacillusEls prebiòtics són components alimentaris funcionals procedents de la ingesta per part de l'hoste. Majoritàriament són carbohidrats o fibres dietètiques solubles que són metabolitzats pels microorganismes presents a la microbiota intestinal, afavorint així la proliferació d'aquells microorganismes que aporten un benefici per a la salut de l'hoste. Modifiquen la composició intestinal, augmentant els nivells de Bifidobacterium i Lactobacillus, i disminuint Clostridium i Bacteroides i, fins i tot, poden augmentar l'absorció de calci, minerals i altres components essencials.
miniatura|Bifidobacterium
Pel que fa a la seva producció, els prebiòtics es poden obtenir de forma natural per extracció directa de les plantes (arrels, espàrrecs, soja, blat, alls, etc. o es poden sintetitzar per la conversió enzimàtica de sucres. Aquesta conversió pot ser per hidròlisi enzimàtica dels polisacàrids de les plantes o mitjançant reaccions de transgalactosilació o transfructosilació, utilitzant un monosacàrid o un disacàrid com a substrat. També és possible la producció de prebiòtics mitjançant una combinació d'aquests mètodes.
Una alternativa a aquestes tècniques és la producció a gran escala dels prebiòtics gràcies a processos biotecnològics. D'aquesta manera, a través de fermentacions, que posen ser per un sistema semicontinu (fed-batch) o per fermentació sòlida estàtica, i a partir de diferents substrats com ara el xarp d'atzavara (aguamiel) o sacarosa per a produir frutoologosacàrids que es desenvolupen en les condicions òptimes, es pot aconseguir abaratir costos i augmentar la producció.
La següent taula mostra els mètodes de producció dels diferents tipus de prebiòtics: +Mètode de produccióTipus de prebiòticExtracció directa de les plantesInulinaOligosacàrids de rafinosaOligosacàrids de sojaXilooligosacàridsHidròlisi enzimàticaXilooligosacàridsFructooligosacàridsIsomaltotriosaTransgalactosilacióGalactooligosacàridsLactulosaTransfructosilacióFructooligosacàridsLactosucrosaCombinació de mètodesMaltooligosacàridsOligosacàrids d'isomaltosa
Tipus Hi ha diferents tipus de prebiòtics, el grup més nombrós són els oligosacàrids amb una DP (nombre de monòmers per cadena) entre 4-10. D'aquest grup en formen part els galactooligosacàrids, els fructooligosacàrids, els xilooligosacàrids i les fibres solubles de blat de moro, entre d'altres. A més, també hi ha disacàrids i monòmers com el lactitol o la lactulosa; i polisacàrids com la inulina.
Fructans miniatura|Estructura química de la inulina Els fructans són un grup de carbohidrats molt divers format per homopolímers de fructosa i caracteritzat per tindre enllaços glicosídics de tipus β fructosil-fructosa. Segons la seva estructura es poden classificar els fructans en inulina (β 2→1), levans (β 2→6) i graminan (β 2→1 i β 2→6). Sovint, es poden tindre fructans amb una glucosa terminal, tot i que també es poden tindre neofructans amb una glucosa en posició interna. esquerra|miniatura|Estructura química dels fructooligosacàrids (FOS) Els fructans poden ser d'origen vegetal (present en tubercles, arrels, fulles o bulbs) on hi haurà una competència amb el midó per l'emmagatzematge depenent de la temperatura, així com del tipus de planta. També poden ser d'origen microbià, on la fructosiltransferasa de bacteris patògens o de la microbiota intestinal/bucal fan de barrera contra la deshidratació i eviten el reconeixement per part de l'hoste. Generalment tots els fructans i els seus productes de fermentació (àcids grassos) estimulen la resistència immunitària contra microorganismes patògens, actuen d'antiinflamatoris, prevenen malalties, etc.
Hi ha dos grans tipus de fructans: la inulina i els fructooligosacàrids. La principal font d'inulina s'extreu de l'aigua de les arrels de xicoira, tot i que després es poden perfeccionar amb separacions físiques o amb hidròlisi enzimàtica parcial. La inulina no és del tot hidrolitzada per la qual cosa entra al còlon com una fibra dietètica soluble disminuint el contingut calòric. Pel que fa als fructoligosacàrids, es poden produir per la conversió de la sacarosa en el fong Aspergillus niger a partir de l'enzim fructosiltransferasa, amb la glucosidasa i glicosiltransferasa, entre altres tècniques.
Galactooligosacàrids (GOS) miniatura|Estructura química dels galactooligosacàrids (GOS). Els galactooligosacàrids són oligosacàrids de galactosa units a monòmers de glucosa o lactosa i sintetitzats a partir de soja o de lactosa. A partir de la lactosa es dona una reacció de transgalactosilació mitjançant la β-galactosidasa on hi ha una hidròlisi de l'enllaç glicosídic i la cadena resultant de galactoses-glucosa es dona per enllaços β(1→2), β(1→3), β(1→4) i β(1→6). Tot i que els galactooligosacàrids són molt estables, no eren aliments funcionals gaire utilitzats per la seva poca digestibilitat i dolçor. Posteriorment, es va veure que estimulaven el creixement de Bifidobacterium i Lactobacillus en nadons, per tindre una gran similitud als oligosacàrids de la llet materna. Els GOS estimulen el sistema immunitari i la salut intestinal, redueixen la susceptibilitat a malalties infeccioses, disminueixen el nombre de bacteris patògens, milloren les activitats fisiològiques, disminueixen el contingut lipídic, no causen intolerància a la lactosa i ajuden a l'absorció de calci i minerals.
Xilooligosacàrids (XOS) miniatura|Estructura química dels xilooligosacàrids (XOS)