Fermentatie: een voedingsbron voor probiotische culturen

Voedselfermentatie kent twee vormen:

1. op natuurlijke of “spontane” wijze, waarbij de van nature aanwezige micro-organismen vanzelf actief worden zodra de omstandigheden gunstig zijn, en
2. via (herhaaldelijke) toevoeging van zogenoemde starterculturen. Hierbij vindt cultuur afhankelijke fermentatie plaats, zoals bij de productie van bijvoorbeeld kefir en zuurdesembrood het geval is.

Hoewel fermentatie een eeuwenoude techniek van voedselconservering is, wordt zij bij inheemse gemeenschappen nog steeds toegepast als lokaal of huishoudelijk onderdeel van traditionele gebruiken. De verschillende vormen van fermentatie zijn mogelijk ontwikkeld om groenten, vruchten en vlees te conserveren voor tijden van schaarste, om de smaak, textuur en rijping van de voedingsmiddelen te verbeteren en de toxische aanwezigheid van schadelijke antinutriënten te verminderen. In tegenstelling tot andere vormen van voedselbereiding zorgt fermentatie voor de gegarandeerde beschikbaarheid van enzymen, vitaminen en mineralen. Vele soorten voeding, waaronder zuivelproducten, peulvruchten, granen en vis, kunnen gefermenteerd worden. Afhankelijk van het fermentatieproduct zorgt fermentatie bovendien voor de verhoogde beschikbaarheid of aanmaak van biologisch actieve eiwitten, die hun uitwerking kunnen hebben op het metabolisme van de gastheer.

Belangrijk te benadrukken is dat gefermenteerde voeding niet hetzelfde is als probiotica. Ofschoon gefermenteerde producten probiotische culturen bevatten, zijn ze geen probiotica en is hun aandeel van levende culturen grotendeels ongedefinieerd. De meest gebruikte micro-organismen bij fermentatieprocessen zijn Lactobacillen, Bifidobacteriën en gisten. Lactobacillen produceren tijdens fermentatie van suikerketens onder meer organische zuren, zoals korte-keten vetzuren (SCFA) en melkzuur, en een grote diversiteit aan antimicrobiële stoffen gericht tegen pathogene culturen.

Bell V et al. Foods 7(195), 2018

Bij hun anaerobe stofwisseling gebruiken bacterieculturen korte en lange suikerketens. Tot de korte suikerketens behoren onder meer melksuiker, fructose en tafelsuiker, zoals afkomstig van bietsuiker en suikerriet. Oorspronkelijk bestaat riet in verse vorm uit 70-75% water, 13-15% suiker en 10-15% vezels. Daarnaast bevat suikerriet ook gezonde plantenstoffen zoals mineralen en polyfenolen. Tot de polyfenolen behoren stoffen die de plant maakt voor zijn weerstand en vitaliteit. De melasse die na eerste raffinage van rietsuiker overblijft is een soort stroop met de hoogste concentratie van de mineralen en polyfenolen die zich in het riet bevinden. Naast de korte suikerketens en hun derivaten komen suikers eveneens in onze voeding voor in langere vormen, zoals bij vezels. Voedingsvezels bestaan uit verschillende suikerketens, waarvan de polysacchariden behoren tot de onverteerbare, lange ketens. Onverteerbare polysacchariden zijn bijvoorbeeld resistent zetmeel, cellulose, xylan, mannan en fructanen, zoals inuline. Suikerketens, die ook relatief lang zijn en hierdoor eveneens moeilijk verteerbaar, zijn de fructo-oligosacchariden (FOS). Vezels behoren tot de belangrijkste voedselcomponenten voor bacteriën, daar het grootste deel van de intestinale flora deze verwerkt.

De vezelconcentratie is laag in bewerkte voeding en maximaal in rauwe groente en fruit. Uit een studie van 2010 blijkt bijvoorbeeld dat kinderen die werden gevoed met plantvezels meer bacterievariatie lieten zien in hun ontlasting lieten zien dan kinderen die geraffineerde – dus vezelarme – koolhydraten consumeerden. Sommige koolhydraten kunnen niet of slechts gedeeltelijk verteerd worden door de spijsvertering. Wanneer sappen en enzymen tekort schieten, blijken intestinale bacteriën nuttig bij de afbraak van zetmeelrijke en –arme koolhydraatcomplexen. Eenmaal de dunne darm gepasseerd worden oligosacchariden en sommige polysacchariden, zoals inuline, in de dikke darm relatief makkelijk bewerkt door de bacteriën aldaar. Deze bacteriën beschikken over enzymen, die hen in staat stellen complexe koolhydraten te fermenteren en essentiële suikers vrij te maken. Essentiële suikers bestaan als natuurlijke bouwstenen van planten, peulvruchten, zaden, paddenstoelen en zeewieren en hebben vaak een belangrijke fysiologische of farmacologische werking. Zo is het darmslijmvlies deels opgebouwd uit essentiële suikers. Andere eigenschappen van deze functionele suikers zijn onder meer betrokken bij de afweermodulatie, vetstofwisseling, het biologisch beschikbaar maken van mineralen, de productie van groeifactoren, de opbouw van epitheel en bij de wondgenezing. Zij vormen bovendien structuren voor hechting van afweereiwitten en lichaamsvriendelijke bacteriën en kunnen hierom worden beschouwd als een prebioticum. Tegelijkertijd belemmeren ze de hechting van pathogene bacteriën, parasieten en schimmels.

Mensen hebben gedurende miljoenen jaren als gastheer/vrouw een co-evolutie doorgemaakt met microben. Elke regio en zone van het menselijke lichaam beschikt over een unieke hoeveelheid micro-organismen, die hun lokale milieu vormen. Deze bestaan voornamelijk uit bacteriën en gisten, die onder meer leven op de huid, in de orale ruimte en bovenal in het maag-darmkanaal. De locaties in en op het lichaam waar zich significante concentraties microbiotische culturen bevinden, hebben direct of indirect contact met de buitenwereld. Mede vanwege zijn oppervlakte kent het darmkanaal de grootste aantallen.

Naast essentiële suikers zorgen intestinale bacterieculturen voor de beschikbaarheid van andere metabolieten. Uit de fermentatie van complexe koolhydraten ontstaan melkzuur, SCFA en gassen, zoals waterstof, koolstofdioxide, methaan en waterstofsulfide. De productie van SCFA vindt in de bacteriële stofwisseling plaats bij het direct beschikbaar komen van brandstof. De diverse vormen van suikerfermentatie zorgen voor metabolieten die als energiesubstraat kunnen dienen voor andere bacteriën die op hun beurt SCFA produceren. De fermentatie van zetmeel door bacteriën die SCFA produceren en de melkzuurproductie door melkzuurvormers, zoals Lactobacillen, levert bijvoorbeeld substraat voor andere bacterieculturen, die het vervolgens omzetten in SCFA, zoals boterzuur, dat onder meer een bouwsteen vormt voor neurotransmitter GABA. Aldus bestaan diverse relaties van kruisbestuiving en voedselvoorziening, wat cross-feeding wordt genoemd.

Flint HJ et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 9(10): 577-589, 2012