Published June 3, 2024 | Version v1
Publication Open

Recent Advances in the Understanding of Stress Resistance Mechanisms in Probiotics: Relevance for the Design of Functional Food Systems

  • 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 2. Technological Educational Institute of Peloponnese
  • 3. Centre of Biotechnology of Sfax
  • 4. University of Sfax
  • 5. University of Technology Malaysia

Description

Abstract In recent years, more and more scientific community, food producers, and food industry show increased interest in functional foods containing probiotics, which is a big challenge. The consumption of probiotics in the context of a balanced diet through the consumption of functional foods or through the intake of pharmaceutical preparations has proven to contribute to the improvement of human health, even contributing to the prevention of diseases. In order for probiotics to be considered suitable for consumption, they must contain a minimum concentration of viable cells, namely, at least 10 7 colony forming units of beneficial microbes per gram. Ensuring the viability of bacterial cells until the moment of consumption is the overriding priority of functional probiotic food manufacturers. Probiotic bacteria are subject to stress conditions not only during food manufacturing but also during gastrointestinal passage, which limit or even compromise their functionality. This paper first examines all the stressful conditions faced by probiotic cells in their production stages and related to the conditions present in the bioreactor fermentation and drying processes as well as factors related to the food matrix and storage. The stress situations faced by probiotic microorganisms during the gastrointestinal transit especially during stomach and intestinal residence are also analyzed. In order to understand the adaptation mechanisms of probiotic bacteria to gastrointestinal stress, intrinsic and adaptive mechanisms identified in probiotic strains in response to acid stress and to bile and bile acid stress are analyzed. In addition, improvement strategies for multiple stress tolerance of lactic acid bacteria through directions dealing with stress, accumulation of metabolites, use of protectants, and regulation of technological parameters are examined. Finally, the definition of postbiotics, inanimate microorganisms and/or their components conferring health benefits, is also introduced. Postbiotics include cell lysates, enzymes, and cell wall fragments derived from probiotic bacteria and may represent an alternative to the use of probiotics, when they do not tolerate stressful conditions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في السنوات الأخيرة، أظهر المزيد والمزيد من المجتمع العلمي ومنتجي الأغذية وصناعة الأغذية اهتمامًا متزايدًا بالأطعمة الوظيفية التي تحتوي على البروبيوتيك، وهو ما يمثل تحديًا كبيرًا. أثبت استهلاك البروبيوتيك في سياق نظام غذائي متوازن من خلال استهلاك الأطعمة الوظيفية أو من خلال تناول المستحضرات الصيدلانية أنه يساهم في تحسين صحة الإنسان، بل ويساهم في الوقاية من الأمراض. لكي تعتبر البروبيوتيك مناسبة للاستهلاك، يجب أن تحتوي على الحد الأدنى من تركيز الخلايا القابلة للحياة، أي ما لا يقل عن 10 7 وحدات تشكيل مستعمرة من الميكروبات المفيدة لكل جرام. إن ضمان بقاء الخلايا البكتيرية حتى لحظة الاستهلاك هو الأولوية القصوى لمصنعي أغذية البروبيوتيك الوظيفية. تخضع بكتيريا البروبيوتيك لظروف الإجهاد ليس فقط أثناء تصنيع الأغذية ولكن أيضًا أثناء مرور الجهاز الهضمي، مما يحد من وظائفها أو حتى يضر بها. تبحث هذه الورقة أولاً في جميع الظروف المجهدة التي تواجهها خلايا البروبيوتيك في مراحل إنتاجها والمتعلقة بالظروف الموجودة في عمليات تخمير وتجفيف المفاعل الحيوي وكذلك العوامل المتعلقة بمصفوفة الطعام وتخزينه. كما يتم تحليل حالات الإجهاد التي تواجهها الكائنات الحية الدقيقة بروبيوتيك أثناء عبور الجهاز الهضمي وخاصة أثناء إقامة المعدة والأمعاء. من أجل فهم آليات تكيف بكتيريا البروبيوتيك مع الإجهاد المعدي المعوي، يتم تحليل الآليات الجوهرية والتكيفية المحددة في سلالات البروبيوتيك استجابة للإجهاد الحمضي وإجهاد الصفراء والحمض الصفراوي. بالإضافة إلى ذلك، يتم فحص استراتيجيات التحسين لتحمل الإجهاد المتعدد لبكتيريا حمض اللاكتيك من خلال التوجيهات التي تتعامل مع الإجهاد، وتراكم المستقلبات، واستخدام المواد الواقية، وتنظيم المعلمات التكنولوجية. أخيرًا، يتم أيضًا تقديم تعريف ما بعد الأحياء، والكائنات الحية الدقيقة غير الحية و/أو مكوناتها التي تمنح فوائد صحية. تشمل البوستبايوتكس المحللات الخلوية والإنزيمات وشظايا جدار الخلية المستمدة من بكتيريا البروبيوتيك وقد تمثل بديلاً عن استخدام البروبيوتيك، عندما لا تتسامح مع الظروف المجهدة.

Translated Description (French)

Résumé Au cours des dernières années, de plus en plus de membres de la communauté scientifique, de producteurs alimentaires et de l'industrie alimentaire ont manifesté un intérêt accru pour les aliments fonctionnels contenant des probiotiques, ce qui constitue un grand défi. La consommation de probiotiques dans le cadre d'une alimentation équilibrée par la consommation d'aliments fonctionnels ou par la prise de préparations pharmaceutiques s'est avérée contribuer à l'amélioration de la santé humaine, voire contribuer à la prévention des maladies. Pour que les probiotiques soient considérés comme propres à la consommation, ils doivent contenir une concentration minimale de cellules viables, à savoir au moins 10 7 unités de microbes bénéfiques formant des colonies par gramme. Assurer la viabilité des cellules bactériennes jusqu'au moment de la consommation est la priorité absolue des fabricants d'aliments probiotiques fonctionnels. Les bactéries probiotiques sont soumises à des conditions de stress non seulement lors de la fabrication des aliments, mais également lors du passage gastro-intestinal, ce qui limite voire compromet leur fonctionnalité. Cet article examine d'abord toutes les conditions stressantes rencontrées par les cellules probiotiques dans leurs étapes de production et liées aux conditions présentes dans les processus de fermentation et de séchage du bioréacteur ainsi que les facteurs liés à la matrice alimentaire et au stockage. Les situations de stress auxquelles sont confrontés les micro-organismes probiotiques pendant le transit gastro-intestinal, en particulier pendant l'estomac et la résidence intestinale, sont également analysées. Afin de comprendre les mécanismes d'adaptation des bactéries probiotiques au stress gastro-intestinal, les mécanismes intrinsèques et adaptatifs identifiés dans les souches probiotiques en réponse au stress acide et au stress biliaire et acide biliaire sont analysés. En outre, les stratégies d'amélioration de la tolérance au stress multiple des bactéries lactiques par le biais de directives traitant du stress, de l'accumulation de métabolites, de l'utilisation de protecteurs et de la régulation des paramètres technologiques sont examinées. Enfin, la définition des postbiotiques, des micro-organismes inanimés et/ou de leurs composants conférant des bienfaits pour la santé, est également introduite. Les postbiotiques comprennent les lysats cellulaires, les enzymes et les fragments de paroi cellulaire dérivés de bactéries probiotiques et peuvent représenter une alternative à l'utilisation de probiotiques, lorsqu'ils ne tolèrent pas les conditions stressantes.

Translated Description (Spanish)

Resumen En los últimos años, cada vez más la comunidad científica, los productores de alimentos y la industria alimentaria muestran un mayor interés en los alimentos funcionales que contienen probióticos, lo cual es un gran desafío. El consumo de probióticos en el contexto de una dieta equilibrada a través del consumo de alimentos funcionales o a través de la ingesta de preparados farmacéuticos ha demostrado contribuir a la mejora de la salud humana, incluso contribuyendo a la prevención de enfermedades. Para que los probióticos se consideren aptos para el consumo, deben contener una concentración mínima de células viables, a saber, al menos 10 7 unidades formadoras de colonias de microbios beneficiosos por gramo. Garantizar la viabilidad de las células bacterianas hasta el momento del consumo es la prioridad primordial de los fabricantes de alimentos probióticos funcionales. Las bacterias probióticas están sujetas a condiciones de estrés no solo durante la fabricación de alimentos sino también durante el paso gastrointestinal, lo que limita o incluso compromete su funcionalidad. Este artículo examina en primer lugar todas las condiciones estresantes a las que se enfrentan las células probióticas en sus etapas de producción y relacionadas con las condiciones presentes en los procesos de fermentación y secado del biorreactor, así como los factores relacionados con la matriz alimentaria y el almacenamiento. También se analizan las situaciones de estrés a las que se enfrentan los microorganismos probióticos durante el tránsito gastrointestinal especialmente durante la residencia estomacal e intestinal. Con el fin de comprender los mecanismos de adaptación de las bacterias probióticas al estrés gastrointestinal, se analizan los mecanismos intrínsecos y adaptativos identificados en las cepas probióticas en respuesta al estrés ácido y al estrés biliar y de ácidos biliares. Además, se examinan las estrategias de mejora para la tolerancia al estrés múltiple de las bacterias del ácido láctico a través de instrucciones que abordan el estrés, la acumulación de metabolitos, el uso de protectores y la regulación de los parámetros tecnológicos. Finalmente, también se introduce la definición de postbióticos, microorganismos inanimados y/o sus componentes que confieren beneficios para la salud. Los posbióticos incluyen lisados celulares, enzimas y fragmentos de pared celular derivados de bacterias probióticas y pueden representar una alternativa al uso de probióticos, cuando no toleran condiciones estresantes.

Files

s12602-024-10273-9.pdf.pdf

Files (1.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9d455c81928804224d480ec44e11051d
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التطورات الأخيرة في فهم آليات مقاومة الإجهاد في البروبيوتيك: أهمية تصميم النظم الغذائية الوظيفية
Translated title (French)
Progrès récents dans la compréhension des mécanismes de résistance au stress chez les probiotiques : pertinence pour la conception de systèmes alimentaires fonctionnels
Translated title (Spanish)
Avances recientes en la comprensión de los mecanismos de resistencia al estrés en los probióticos: relevancia para el diseño de sistemas alimentarios funcionales

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4399290326
DOI
10.1007/s12602-024-10273-9

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1007128859
  • https://openalex.org/W1521772023
  • https://openalex.org/W1936431928
  • https://openalex.org/W1965143585
  • https://openalex.org/W1965434356
  • https://openalex.org/W1969817622
  • https://openalex.org/W1969883021
  • https://openalex.org/W1970510658
  • https://openalex.org/W1975500258
  • https://openalex.org/W1976651965
  • https://openalex.org/W1977831877
  • https://openalex.org/W1986816311
  • https://openalex.org/W2000447434
  • https://openalex.org/W2002004928
  • https://openalex.org/W2005037882
  • https://openalex.org/W2008954206
  • https://openalex.org/W2014448306
  • https://openalex.org/W2015979290
  • https://openalex.org/W2022691623
  • https://openalex.org/W2025076160
  • https://openalex.org/W2028669364
  • https://openalex.org/W2030863157
  • https://openalex.org/W2031377675
  • https://openalex.org/W2035629622
  • https://openalex.org/W2035779227
  • https://openalex.org/W2037936792
  • https://openalex.org/W2039333719
  • https://openalex.org/W2040011766
  • https://openalex.org/W2041788423
  • https://openalex.org/W2045866280
  • https://openalex.org/W2046085440
  • https://openalex.org/W2051583472
  • https://openalex.org/W2056738596
  • https://openalex.org/W2056950107
  • https://openalex.org/W2062995199
  • https://openalex.org/W2069413998
  • https://openalex.org/W2069484799
  • https://openalex.org/W2069644790
  • https://openalex.org/W2071549561
  • https://openalex.org/W2079166934
  • https://openalex.org/W2080055518
  • https://openalex.org/W2081170911
  • https://openalex.org/W2082462951
  • https://openalex.org/W2082593289
  • https://openalex.org/W2083424039
  • https://openalex.org/W2085058369
  • https://openalex.org/W2086916482
  • https://openalex.org/W2087741619
  • https://openalex.org/W2089735240
  • https://openalex.org/W2097367003
  • https://openalex.org/W2098724827
  • https://openalex.org/W2099941883
  • https://openalex.org/W2104143047
  • https://openalex.org/W2107600545
  • https://openalex.org/W2110462332
  • https://openalex.org/W2115554726
  • https://openalex.org/W2122052326
  • https://openalex.org/W2124677303
  • https://openalex.org/W2138615625
  • https://openalex.org/W2143546461
  • https://openalex.org/W2158278267
  • https://openalex.org/W2162904770
  • https://openalex.org/W2163109978
  • https://openalex.org/W2195327808
  • https://openalex.org/W2273761917
  • https://openalex.org/W2322991753
  • https://openalex.org/W2400845922
  • https://openalex.org/W2405895004
  • https://openalex.org/W2409355687
  • https://openalex.org/W2415422344
  • https://openalex.org/W2426632426
  • https://openalex.org/W2434085078
  • https://openalex.org/W2499564842
  • https://openalex.org/W2516811335
  • https://openalex.org/W2552757356
  • https://openalex.org/W2558771427
  • https://openalex.org/W2565198244
  • https://openalex.org/W2565659762
  • https://openalex.org/W2569232816
  • https://openalex.org/W2604523989
  • https://openalex.org/W2605116785
  • https://openalex.org/W2624451534
  • https://openalex.org/W2625882925
  • https://openalex.org/W2769622412
  • https://openalex.org/W2783457909
  • https://openalex.org/W2787854015
  • https://openalex.org/W2789723066
  • https://openalex.org/W2790152302
  • https://openalex.org/W2790681228
  • https://openalex.org/W2800164454
  • https://openalex.org/W2806149007
  • https://openalex.org/W2808975724
  • https://openalex.org/W2885746441
  • https://openalex.org/W2888694050
  • https://openalex.org/W2890701742
  • https://openalex.org/W2897321601
  • https://openalex.org/W2903002157
  • https://openalex.org/W2907009484
  • https://openalex.org/W2910689573
  • https://openalex.org/W2918234729
  • https://openalex.org/W2921063545
  • https://openalex.org/W2941892873
  • https://openalex.org/W2947276266
  • https://openalex.org/W2955747298
  • https://openalex.org/W2957585395
  • https://openalex.org/W2968331797
  • https://openalex.org/W2968972887
  • https://openalex.org/W2972420773
  • https://openalex.org/W2972657207
  • https://openalex.org/W2988645245
  • https://openalex.org/W2990412816
  • https://openalex.org/W2990434592
  • https://openalex.org/W2995522736
  • https://openalex.org/W2998968401
  • https://openalex.org/W3001000734
  • https://openalex.org/W3004972406
  • https://openalex.org/W3012358740
  • https://openalex.org/W3017331219
  • https://openalex.org/W3031483540
  • https://openalex.org/W3043545455
  • https://openalex.org/W3045711723
  • https://openalex.org/W3059301501
  • https://openalex.org/W3080574829
  • https://openalex.org/W3084314795
  • https://openalex.org/W3087601640
  • https://openalex.org/W3093473324
  • https://openalex.org/W3097267592
  • https://openalex.org/W3097383952
  • https://openalex.org/W3106801364
  • https://openalex.org/W3110703906
  • https://openalex.org/W3120942096
  • https://openalex.org/W3121077444
  • https://openalex.org/W3121621633
  • https://openalex.org/W3127164857
  • https://openalex.org/W3129186896
  • https://openalex.org/W3133004736
  • https://openalex.org/W3134565848
  • https://openalex.org/W3137258771
  • https://openalex.org/W3155616884
  • https://openalex.org/W3170424130
  • https://openalex.org/W3188448538
  • https://openalex.org/W3197246098
  • https://openalex.org/W3198244997
  • https://openalex.org/W3199002559
  • https://openalex.org/W3205986519
  • https://openalex.org/W3208261418
  • https://openalex.org/W4205566432
  • https://openalex.org/W4206967156
  • https://openalex.org/W4210337452
  • https://openalex.org/W4211099982
  • https://openalex.org/W4211138637
  • https://openalex.org/W4213129183
  • https://openalex.org/W4213310550
  • https://openalex.org/W4220720071
  • https://openalex.org/W4221089471
  • https://openalex.org/W4223459480
  • https://openalex.org/W4224237295
  • https://openalex.org/W4229005152
  • https://openalex.org/W4251813733
  • https://openalex.org/W4289525562
  • https://openalex.org/W4289928112
  • https://openalex.org/W4290744625
  • https://openalex.org/W4293012988
  • https://openalex.org/W4294605398
  • https://openalex.org/W4296640581
  • https://openalex.org/W4306411778
  • https://openalex.org/W4308309308
  • https://openalex.org/W4312415583
  • https://openalex.org/W4313328242
  • https://openalex.org/W4313398127
  • https://openalex.org/W4318615034
  • https://openalex.org/W4318753942
  • https://openalex.org/W4319042750
  • https://openalex.org/W4319826842
  • https://openalex.org/W4319832439
  • https://openalex.org/W4320856430
  • https://openalex.org/W4323667084
  • https://openalex.org/W4360853248
  • https://openalex.org/W4365146232
  • https://openalex.org/W4365447262
  • https://openalex.org/W4365516128
  • https://openalex.org/W4366748281
  • https://openalex.org/W4367312942
  • https://openalex.org/W4372319789
  • https://openalex.org/W4377938879
  • https://openalex.org/W4379375078
  • https://openalex.org/W4381598811
  • https://openalex.org/W4382458341
  • https://openalex.org/W4383058938
  • https://openalex.org/W4384525695
  • https://openalex.org/W4385284665
  • https://openalex.org/W4386540835
  • https://openalex.org/W4387141286
  • https://openalex.org/W4387440359
  • https://openalex.org/W4387532192
  • https://openalex.org/W4387847568
  • https://openalex.org/W4388299112
  • https://openalex.org/W4388798136
  • https://openalex.org/W4389193798
  • https://openalex.org/W4389253985
  • https://openalex.org/W4389265786
  • https://openalex.org/W4389892717