Un prebiotico è un nutriente che viene degradato dalla flora batterica intestinale, per cui costituisce il suo nutrimento. I prebiotici dunque permettono la sopravvivenza lungo il tempo della flora batterica intestinale, che ha numerosi effetti benigni sull'organismo e sulla salute generale (e.g., il genere Bifidobacterium e Lactobacillus producono acido lattico che contribuisce a distruggere alcuni agenti patogeni).
I prebiotici, allo stesso modo dei probiotici, possono essere assunti attraverso la regolare alimentazione o con un integratore alimentare.
Il concetto di "prebiotico" è stato introdotto nel 1995 da Glenn Gibson e Marcel Roberfroid. Secondo la loro definizione, sono un cibo non digeribile che stimola la crescita e/o attività dei batteri benigni nel colon e intestino tenue; siccome non sono digeribili, sono resistenti al pH acido dello stomaco (e dunque agli enzimi digestivi) e non sono assorbibili dalla parete intestinale. I prebiotici sono dunque il nutrimento e fonte di energia principale del microbiota umano annidato nell'intestino; tipicamente sono delle fibre vegetali, dunque un tipo di carboidrati (i carboidrati sono amidi, zuccheri e fibre come la crusca nei farinacei integrali), per la precisione carboidrati oligosaccaridi. La minoranza, per esempio, è composta dagli amidi resistenti. Quanto i vari batteri degradano i prebiotici, essi come prodotto di scarto producono catene corte di acidi grassi (SCFA) che vengono assorbiti dagli enterociti (le cellule della parete intestinale), per cui finiscono nel sangue. Questi acidi grassi sono estremamente salutari per l'organismo. Tra essi, si contano l'acido lattico, l'acido butirrico e l'acido propionico. Ad esempio, tutti gli acidi grassi a catena corta abbassano il pH del colon. Un altro prodotto di scarto è il peptidoglicano, che stimola il sistema immunitario. I prodotti di scarto benefici derivano dal tipo di prebiotico assunto e da quali batteri è composta la flora batterica, per cui non sono casuali.
I due gruppi più importanti di prebiotici sono i frutto-oligosaccaridi (FOS) e i galatto-oligosaccaridi (GOS), a cui si aggiungono i trans-galatto-oligossaccaridi (TSO), i fruttani e gli oligosaccaridi derivati dal glucosio (incluso l'amido resistente), gli oligosaccaridi pectici (POS) cioè derivati dalla pectina e infine gli oligosaccaridi non-carboidrati. I galatto-oligosaccaridi in particolare stimolano il genere Bifidobacterium e Lactobacillus già da neonati e, in misura minore, gli Enterobacteria, Bacteroidetes e Firmicutes. I Firmicutes vengono nutriti in particolare dall'amido resistente. Un esempio di oligosaccaride non-carboidrato è l'insieme di flavanoli contenuti nel cacao: non sono ufficialmente classificati come prebiotici, ma i test in vitro e in vivo hanno dimostrato che possono stimolare la flora batterica che produce acido lattico.
I FOS sono presenti in 36.000 piante, ma la concentrazione è scarsa. Pertanto, i FOS utilizzabili come prebiotico vengono sintetizzati artificialmente. I composti utilizzati nel processo di produzione sono tuttavia costosi e pericolosi e la concentrazione finale di FOS resta ancora bassa. Pertanto, i FOS non possono essere prodotti su scala industriale e essere diffusi nel mercato di massa sottoforma di integratore alimentare.
I GOS sono sintetizzabili chimicamente attraverso lo spostamento nucleofilo (Nucleophilic Displacement) e elettrofilo (Electrophilic Displacement) attraverso degli enzimi. Questo processo produttivo è molto costoso, ma permette di produrre grandi quantità di GOS. Altri modi di produrre GOS più economici portano a quantità prodotte più basse.
Siccome le quantità di prebiotici negli alimenti sono scarsi, i prebiotici vengono anche venduti sottoforma di integratore alimentare (e.g., inulina pura a catena lunga, gomma di guar parzialmente idrolizzata PHGG, 2'-Fucosillattosio 2'-FL e pectina LAM). Nel mondo industriale, è più semplice produrre e conservare i prebiotici rispetto ai probiotici. La produzione dei prebiotici avviene a partire dal lattosio, saccarosio, amidi e dagli alimenti contenenti prebiotici. Questa facilità di produzione e conservazione insieme alla mole di effetti benefici della flora batterica intestinale sulla salute umana ha reso i prebiotici l'oggetto di numerose ricerche scientifiche.
Gli alimenti prebiotici naturali, a partire dai quali si possono creare anche integratori alimentari di prebiotici, in base al contenuto di inulina (senza distinguere tra inulina a catena corta e a catena lunga) e oligofruttosio (g/100g in media) sono:
| Nome | Inulina | Oligofruttosio |
|---|---|---|
| Radice di cicoria essiccata | 41,6 | 22,9 |
| Foglie di taràssaco crude | 13,5 | 10,8 |
| Foglie di tarassaco cotte | 9,1 | 7,3 |
| Topinambùr | 18,0 | 13,5 |
| Aglio fresco | 12,5 | 5,0 |
| Aglio essiccato | 28,2 | 11,3 |
| Porro fresco | 6,5 | 5,2 |
| Cipolla fresca | 4,3 | 4,3 |
| Cipolla essiccata | 18,3 | 18,3 |
| Cipolla cotta | 3,0 | 3,0 |
| Crusca di grano/frumento | 2,5 | 2,5 |
| Grano cotto al forno | 2,4 | 2,4 |
| Farina di grano bollita | 0,4 | 0,4 |
| Orzo non cotto | 0,8 | 0,8 |
| Orzo cotto | 0,2 | 0,2 |
| Segale cotta | 0,7 | 0,7 |
| Asparago crudo | 2,5 | 2,5 |
| Asparago cotto | 1,7 | 1,7 |
| Grano integrale | 2,5 | 2,5 |
| Carciofo | 4,4 | 0,4 |
| Banana fresca | 0,5 | 0,5 |
| Banana essiccata | 1,4 | 1,4 |
Tra gli alimenti più ricchi, si contano la radice della cicoria essiccata, l'aglio essiccato e la cipolla essiccata. A questi prebiotici, si aggiungono anche la segale integrale, orzo integrale, soia, fagioli, piselli, pomodori, miele e il latte vaccino. Anche il latte materno contiene prebiotici.
Secondo un'altra ricerca, i prebiotici FOS sono perlopiù presenti nei cereali integrali, in particolare nella crusca di frumento e nelle farina integrale di segale (circa 0,7g/100g). I GOS invece sono perlopiù presenti nei legumi, specialmente nei prodotti a base di soia essiccata (circa 4g/100g). Altri cibi citati nello studio sono i lamponi, castagne, noci, uvetta, latte di soia e yogurt di soia.
Una terza ricerca italiana indica la quantità di prebiotici in 35 alimenti (g/100g):
| Nome | FOS | GOS | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Kestose | Nystose | 1 F-β-FFnystose | Raffinose | Stachyose | |
| Mirtilli | 0,0020 max. | 0,0106 | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. |
| Castagne al vapore | 0,0152 | 0,0020 max. | 0,0050 max. | 0,1190 | 0,1100 |
| Uva passa | 0,0100 max. | 0,0500 max. | 0,0500 max. | 0,0545 | 0,0100 max. |
| Lamponi | 0,0159 | 0,0020 max. | 0,0050 max. | 0,0020 max. | 0,0050 max. |
| Noci | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,870 | 0,0470 |
| Fagioli azuki rossi | 0,0200 max. | 0,0200 max. | 0,0200 max. | 0,1240 | 2,7000 |
| Fave secche | 0,0020 max. | 0,0050 max. | 0,0020 max. | 0,1710 | 0,5880 |
| Fave fresche | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. |
| Farina di piselli | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0020 max. | 0,4730 | 1,6400 |
| Lupini freschi | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. |
| Fagioli mungo verdi | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,3280 | 1,5500 |
| Soia tostata | 0,0031 | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,7010 | 3,0700 |
| Soia essiccata | 0,0500 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,5130 | 2,8100 |
| Farina di soia | 0,0200 max. | 0,0200 max. | 0,0020 max. | 0,6770 | 3,2200 |
| Latte di soia | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0389 | 0,2300 |
| Germogli di soia | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0050 max. | 0,0020 max. |
| Bistecca di soia | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 1,1700 | 3,6400 |
| Yogurt di soia | 0,0020 max. | 0,0100 max. | 0,0020 max. | 0,0263 | 0,1120 |
| Tempeh | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0349 |
| Tofu | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0020 max. | 0,0263 | 0,1140 |
| Amaranto (grani) | 0,0279 | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,6880 | 0,2120 |
| Farina di grano saraceno | 0,0032 | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0023 | 0,0020 max. |
| Bulgur | 0,2740 | 0,0197 | 0,0200 max. | 0,3190 | 0,0200 max. |
| Farina di mais grossolana | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0060 | 0,0020 max. |
| Miglio sgusciato | 0,0040 | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0535 | 0,0107 |
| Farina d'avena | 0,0038 | 0,0050 max. | 0,0020 max. | 0,1010 | 0,1640 |
| Quinoa in grani | 0,0050 max. | 0,0100 max. | 0,0100 max. | 0,0569 | 0,0464 |
| Riso basmati | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0090 | 0,0020 max. |
| Riso rosso | 0,0023 | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0486 | 0,0020 max. |
| Riso Venere | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0862 | 0,0020 max. |
| Farina di segale integrale | 0,5010 | 0,1650 | 0,1080 | 0,3070 | 0,0100 max. |
| Semolino | 0,1950 | 0,0500 max. | 0,0500 max. | 0,2370 | 0,0500 max. |
| Farro | 0,3710 | 0,0194 | 0,0200 max. | 0,4090 | 0,1000 max. |
| Teff | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,0020 max. | 0,1410 | 0,0020 max. |
| Crusca di grano/frumento | 0,7300 | 0,0234 | 0,0200 max. | 1,2100 | 0,0213 |
Tra gli alimenti più ricchi di prebiotici di vario tipo, si contano dunque la crusca di grano/frumento, la farina di segale integrale, gran parte dei derivati della soia secchi (dunque esclusi il latte di soia e yogurt di soia), la farina di piselli e i fagioli (sia azuki rossi che mungo verdi). La soia contiene fitoestrogeni, che in più nelle donne diminuiscono il rischio di sviluppare il tumore al seno; tuttavia, il legame con gli altri tipi di tumore è incerto. Parte di questi potenziali effetti collaterali deriva dalla somiglianza tra fitoestrogeni e estrogeni naturali umani prodotti all'interno del corpo (cioè per via endogena), nonostante i fitoestrogeni siano più deboli degli estrogeni naturali. La soia geneticamente modificata (e dunque non bio), per esempio per essere resa più resistente ai parassiti, non ha effetti negativi sul microbiota intestinale dei ratti in base all'analisi del loro sangue e feci e non ha mostrato effetti allergici sull'Uomo in base a uno studio su circa 1750 pazienti.
Il saccarosio (lo zucchero bianco da tavola) nella kombucha è un nutrimento per i batteri, ma non è considerato prebiotico. Allo stesso modo il lattosio (lo zucchero naturalmente presente nel latte) nel kefir coltivato a partire dai grani di kefir, nello yogurt e nello skyr viene usato come nutrimento dai batteri, ma non è considerato un prebiotico. Entrambi sono dunque dei generici substrati per fermentazione.
Alcuni batteri della flora intestinale riescono a nutrirsi di ogni prebiotico, mentre altri ancora riescono a nutrirsi solo un particolare prebiotico (e viceversa, un particolare prebiotico nutre solo determinate specie di batteri e non altre). Ad esempio, il Bifidobacterium sp. sa nutrirsi di amidi e fruttani; oppure, solo alcune specie di batteri riescono a nutrirsi di inulina. A volte, un batterio che fa fermentare e degradare un prebiotico rilascia prodotti di scarto durante il processo e tali prodotti di scarto diventano nutrimento per altri batteri. Questo fenomeno è detto "nutrizione incrociata" (cross-feeding) e un esempio è dato dal Ruminococcus bromii: questo batterio sa degradare gli amidi resistenti e, durante il processo di fermentazione, rilascia dei prodotti di scarto della fermentazione che sono il nutrimento di altri batteri. Alcuni prodotti di scarto tuttavia hanno effetti antagonisti su altri batteri, per cui i batteri possono influenzarsi l'un l'altro positivamente o negativamente. Gli scarti della fermentazione sono perlopiù acidi e sono proprio questi prodotti a diminuire il pH dell'intestino. Le diminuzioni di pH intestinale porta a sua volta a cambiamenti nella composizione della flora batterica intestinale. Ad esempio, le specie sensibili al pH acido in caso di diminuzione del pH intestinale possono popolare l'intestino. La flora batterica è dunque dinamica ed è infine influenzata dall'assunzione anche ciclica di probiotici (yogurt greco bianco, kefir bianco coltivato tramite grani di kefir e latte intero, prodotti a base di soia fermentata come il natto, il tofu puzzolente, il tempeh e il miso, il kimchi, la kombucha fresca, il parmigiano stagionato, l'aceto di mele non pastorizzato, l'amazake, il chorizo, il succo di giuggiole fermentato, le bevande a base di legumi fermentati come il latte di bambara fermentato e il sikhye coreano, gli integratori alimentari di probiotici, ecc.) insieme ad un eventuale prebiotico per aiutare la sopravvivenza dei batteri appena ingeriti.
I prebiotici sono generalmente sicuri da assumere siccome gli enzimi intestinali non riescono a digerirli tramite idrolisi. Gli effetti collaterali derivano perlopiù dalla fermentazione nel caso in cui l'assunzione sia eccessiva e contano gonfiore alla pancia e dolore, flatulenza e diarrea. Gli effetti collaterali gravi si presentano perlopiù in pazienti con carenze immunitarie (e.g., pazienti affetti da HIV, pazienti oncologici e pazienti che hanno subito un trapianto), in soggetti altamente denutriti o che hanno problemi alla barriera epiteliale dell'intestino, per cui ad esempio soffrono di diarrea acuta o di enterocolite necrotizzante (una malattia tipica dei neonati nati prematuramente).
La dose giornaliera consigliata di prebiotici è pari a 2,5-10 grammi al giorno. La diarrea si presenta se si assumono 40-50g al giorno, mentre con 2,5-10 grammi al massimo si potrebbe avvertire gonfiore alla pancia; pertanto, la dose giornaliera e "terapeutica" in quanto tale è generalmente sicura siccome ha effetti collaterali leggeri. Gran parte degli integratori alimentari di prebiotici hanno porzioni di 1,5-5 grammi, per cui rientrano nella dose giornaliera e limitano gli effetti collaterali.
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