مقدمه

شیر از نظر کمیت و ارزش، جزو پنج کالای کشاورزی برتر جهان است، به طوری که تولید جهانی شیر در سال 2022 میلادی به 930 میلیون تن رسید. شیر غذایی سرشار از مواد مغذی ضروری چون پروتئین، چربی، مواد معدنی و لاکتوز است. محصولات لبنی مانند شیر، ماست و پنیر بخش جدایی‌ناپذیری از رژیم‌های غذایی هم در کشورهای پیشرفته و هم در کشورهای حال توسعه هستند و به طور قابل توجهی به تغذیه و تامین سلامت جامعه کمک می‌کنند.

شیر خام از میکروبیوتای متنوعی شامل باکتری‌ها، قارچ‌ها، مخمرها و ویروس‌ها پشتیبانی می‌کند. این جامعه میکروبی شامل میکروارگانیسم‌های مفیدی مانند گونه‌های لاکتوباسیلوس و بیفیدوباکتریوم است. همچنین، شیر حاوی سویه‌های بالقوه مضر، از جمله میکروارگانیسم‌های عامل فساد (سودوموناس، کلستریدیوم، باسیلوس و سایر میکروارگانیسم‌های اسپورزا یا مقاوم به گرما) و پاتوژن‌ها (لیستریا، سالمونلا، اشریشیا کلی، کامپیلوباکتر و قارچ‌های تولیدکننده مایکوتوکسین) است.

اگرچه تعریف جهانی برای غذاهای عملکردی وجود ندارد، اما این نوع غذاها عموماً به عنوان غذاها یا موادی شناخته می‌شوند که وقتی به طور منظم در مقادیر معمول و متعارف مصرف شوند، به حفظ سلامت کمک کرده و یا خطر بروز بیماری‌ها را کاهش می‌دهند. افزایش آگاهی مصرف‌کنندگان از فواید سلامتی منجر به افزایش تقاضا برای غذاهای عملکردی‌ غنی‌شده با پروبیوتیک‌ها و ترکیبات زیست‌فعال شده است. در پاسخ، صنایع غذایی تمرکز خود را بر توسعه چنین محصولاتی متمرکز نموده است. این رویکرد به رشد سریع بازار کمک کرده است، به طوری که انتظار می‌رود ارزش اقتصادی این بخش از صنایع غذایی تا سال ۲۰۳۳ میلادی به 386 میلیارد دلار آمریکا برسد، که در صدر آن محصولات لبنی با نرخ رشد سالیانه 45/5 درصد طی سال‌های ۲۰۲۵ تا ۲۰۳۳ میلادی قرار می‌گیرد.

پروبیوتیک‌ها به عنوان “میکروارگانیسم‌های زنده‌ای” تعریف می‌شوند که در صورت تجویز به مقدار کافی، برای میزبان فواید سلامتی به همراه دارند. پروبیوتیک‌ها نقش حیاتی در بهبود سلامت روده و تقویت ایمنی متابولیکی بدن دارند. محصولات لبنی عملکردی مبتنی بر پروبیوتیک به دلیل فواید متنوع سلامتی، افزایش قابل توجهی در مصرف جهانی داشته‌اند. محصولات لبنی عملکردی، از جمله شیر، ماست و پنیر غنی‌شده با پروبیوتیک، می‌توانند حاوی اجزای زیست‌فعال مانند اسیدهای چرب امگا ۳، ویتامین‌ها، مواد معدنی و عصاره‌های گیاهی باشند. در گذشته اعتقاد بر این بود که شیر گاو به دست آمده از غدد پستانی سالم، عاری از میکروارگانیسم است و حضور هر نوع میکروارگانیسم در شیر صرفاً به آلودگی محیطی نسبت داده می‌شد. منتهای مراتب، یافته‌های جدید این نظریه را رد نموده است. در واقع، آنالیز نمونه‌های شیر با روش توالی‌یابی 16S rRNA مشخص نمود که برخی از باکتری‌های موجود در شیر گاو نه از محیط داخلی بدن (پستان) و نه از محیط بیرونی که دام در آن نگهداری می‌شود منشا گرفته‌اند، بلکه این باکتری‌ها جزو ترکیب شیر هستند. به تازگی، پتانسیل این گروه از باکتری‌ها به عنوان پروبیوتیک در محصولات لبنی مورد توجه قرار گرفته است.

پروبیوتیک‌ها اثرات خود را از طریق مکانیسم‌هایی مانند مهار رقابتی در برابر استقرار میکروب‌های مضر، تعدیل سیستم ایمنی و فعالیت‌های متابولیکی، از جمله تجزیه کلسترول و تولید ویتامین‌ها، اعمال می‌کنند. برای طبقه‌بندی به عنوان پروبیوتیک، میکروارگانیسم‌ها باید معیارهای خاص in vitro و in vivo را داشته باشند. این معیارها شامل غیر بیماری‌زا بودن، تولید ترکیبات ضد میکروبی، مقاومت در برابر اسید معده و صفرا و تحمل شرایط فرآوری صنعتی است. علاوه بر این، چسبندگی به بافت اپیتلیال روده ویژگی مطلوبی است، زیرا استقرار میکروب‌های مفید  و اثربخشی عملکردی آنها را افزایش دهد. اگرچه لاکتوباسیلوس و بیفیدوباکتریوم همچنان پرکاربردترین جنس‌های پروبیوتیک هستند، مطالعات اخیر برای شناسایی سویه‌های جدید با مزایای خاص سویه رو به گسترش بوده است.

ترکیب شیمیایی شیر

بر اساس آمار فائو در سال 2019 میلادی، شیر گاو پرمصرف‌ترین شیر در بین سایر شیرها است و ۸۱٪ از کل تولید شیر در جهان را به خود اختصاص می‌دهد. شیر گاومیش با ۱۵ درصد، شیر بز با 2 درصد، شیر گوسفند با 1 درصد و شیر شتر با 4/0 درصد در رتبه‌های بعدی قرار دارند. جدول‌های 1، 2، 3 و 4 ترکیب شیمیایی شیر دام‌های اهلی را نشان می‌دهند.

جدول1. ترکیب شیمیایی شیر انواع دام اهلی

جدول2. ترکیب اسیدآمینه‌ای شیر انواع دام اهلی (برحسب گرم در 100 گرم پروتئین شیر)

جدول3. ترکیب اسیدهای چرب شیر انواع دام اهلی (بر حسب درصد)

SFA: saturated fatty acids; MUFA: mono-unsaturated fatty acids; PUFA: poly-unsaturated fatty acids;
CLA: conjugated linoleic acid

جدول4. ترکیب مواد معدنی  و ویتامین‌های شیر انواع دام اهلی (بر حسب میلی‌گرم در 100 گرم)

ترکیب شیر دام‌های مختلف تحت تأثیر عواملی چون تفاوت‌های بین‌گونه‌ای، فیزیولوژی حیوان میزبان، شرایط محیطی، منطقه جغرافیایی، فصل و اثرات متقابل میکروبی قرار دارد. باکتری‌های اسید لاکتیک (LAB) به طور طبیعی در شیر وجود دارند، اما ترکیب آنها به عوامل زیادی مانند منشأ شیر، رژیم غذایی دام، فصل، ارتفاع محیط پرورش از سطح دریا، فرآوری و شیوه‌های بهداشت و مراقیت از دام بستگی دارد. گروه‌های میکروبی اصلی موجود در شیر خام شامل باکتری‌های اسید لاکتیک، کلیفرم‌ها، باکتری‌های عامل فساد و میکروارگانیسم‌های بالقوه مضر هستند. میکروارگانیسم‌های رایج موجود در شیر خام شامل گونه‌های لاکتوکوکوس، لاکتوباسیلوس، سودوموناس، میکروکوکوس، استافیلوکوکوس و مخمرهای مختلف هستند و این تنوع پتانسیل آنها را برای کاربرد به عنوان پروبیوتیک و توسعه محصولات جدید برجسته می‌کند. شاخه‌های (Phyla) میکروبی غالب موجود در شیر پروتئوباکتری‌ها (Proteobacteria) و فیرمیکوت‌ها (Firmicutes) می‌باشند، که تقریباً ۹۰٪ میکروارگانیسم‌های شیر را تشکیل می‌دهند. پروتئوباکتری‌ها شامل آسینتوباکتر، سودوموناس، اشریشیا، ویبریو، اروینیا و پانتوآ هستند و فیرمیکوت‌ها عمدتا از نوع استرپتوکوک، انتروکوک، استافیلوکوکوس و باسیلوس می‌باشند. نسبت بین پروتئوباکتری‌ها و فیرمیکوت‌ها تحت تاثیر نژاد، جیره غذایی، فصل، منطقه جغرافیایی، تعداد شکم زایش، مرحله شیردهی و شرایط فیزیولوژیکی دام تغییرات زیادی نشان می‌دهد. تنوع میکروبی شیر گاو تحت تاثیر تنوع میکروبی دستگاه گوارش نیز قرار می‌گیرد و این از جابه‌جایی (Translocation) باکتری‌ها از دستگاه گوارش به غدد پستانی و در نهایت شیر خبر می‌دهد. به نظر می‌رسد بخش عمده این جابه‌جایی در طول آبستنی و شیردهی دام صورت می‌گیرد. بنابراین، رابطه‌ای واضح بین جمعیت میکروبی شکمبه و شیر در گاوهای شیری وجود دارد.

شرایط انتخاب سویه میکروبی به عنوان پروبیوتیک

انتخاب سویه‌های پروبیوتیک جدید برای محصولات لبنی نیاز به ارزیابی دقیق برای اطمینان از اثربخشی، ایمنی، مزایای سلامتی و قابلیت زنده‌مانی میکروب‌ها در محصول نهایی دارد. معیارهای کلیدی انتخاب عبارتند از:

فواید از نظر سلامتی: سویه پروبیوتیک انتخاب شده باید توسط شواهد علمی قوی که مزایای سلامتی مانند بهبود سلامت گوارش، افزایش عملکرد سیستم ایمنی یا سایر اثرات درمانی را نشان می‌دهند، پشتیبانی شود.

قابلیت زنده‌مانی و پایداری: سویه میکروبی باید در کل فرآیند تولید، از جمله تخمیر، خشک کردن و ذخیره‌سازی، زنده بماند و در عین حال اثربخشی خود را در طول عمر مفید محصول حفظ کند. در فرآیند پاستوریزه کردن شیر، دمای بالا (72 درجه سلسیوس) به مدت 15 ثانیه اعمال می‌شود. سویه میکروبی باید توانایی تحمل این دمای بالا را داشته باشد، به طوری که بعد از اعمال چنین دمایی، حداقل 99 درصد میکروب‌ها زنده بمانند. همچنین، میکروب‌ها باید در برابر محیط اسیدی معده مقاومت کنند، تا از رسیدن مقدار کافی آنها به روده بتوان اطمینان حاصل کرد.

سازگاری با بافت محصولات لبنی: سویه باید مکمل کننده فرآورده لبنی باشد و بر طعم، بافت یا عطر تأثیر محصول تاثیر منفی نگذارد. در حالت ایده‌آل، سویه پروبیوتیک باید فرآیند تخمیر را نیز افزایش دهد و به طعم و بافت بهتر کمک کند.

ایمنی و تأییدیه از مراجع قانونی: سویه‌های انتخاب‌شده باید برای مصرف انسان ایمن، عاری از اثرات بیماری‌زا و دارای پشتیبانی بالینی مطابق با استانداردهای علمی باشند. با این حال، به دست آوردن اعتبار بالینی قوی برای یک سویه جدید همچنان یک چالش مهم است. هزینه‌های بالا، مدت زمان طولانی آزمایش و نیاز به حجم نمونه زیاد برای تأیید اثربخشی درمانی می‌تواند اخذ تأییدیه از مراجع قانونی را به تاخیر اندازد.

سویه‌های پروبیوتیک باید تحت ارزیابی دقیق قرار گیرند تا ایمنی، پایداری و عملکرد آنها تأیید شود. این ارزیابی‌ها تایید هویت سویه، مقاومت آنتی‌بیوتیکی، فعالیت متابولیکی و پتانسیل بیماری‌زایی سویه را شامل می‌شود. نهادهای بین‌المللی مانند Codex Alimentarius، سازمان ایمنی مواد غذایی اروپا (EFSA) قبل از طرح ادعاهای سلامتی محصول، نیاز به اعتبارسنجی علمی و مستندسازی لازم دارند.

اخیرا از مطالعات متابولوم Metabolomics به عنوان ابزاری برای تشخیص متابولیت هایی نظیر اسیدهای چرب کوتاه زنجیر، پپتیدها و ویتامین‌های تولید شده توسط پروبیوتیک‌ها در جریان تخمیر کمک گرفته می‌شود. اینها ترکیباتی هستند که اثرات مفید پروبیوتیک‌ها بر سلامت به آنها نسبت داده می‌شود.

تولید پروبیوتیک در محصولات تخمیری و غیرتخمیری شیر

پروبیوتیک‌ها را می‌توان هم در محصولات تخمیری و هم در محصولات غیرتخمیری شیر تولید نمود. فرآیند تولید دو روش در شکل 1 نشان داده شده است. در حال حاضر، بیشتر محصولات پروبیوتیکی از طریق محصولات تخمیری در بازار عرضه می‌شوند.  با این حال، روند استفاده از محصولات پروبیوتیکی غیرتخمیری شیر رو به افزایش گذاشته است. باید توجه داشت که از سویه‌های میکروبی متفاوتی می‌توان برای تولید محصولات تخمیری و غیرتخمیری استفاده نمود.

شکل 1. فرآیند تولید محصولات پروبیوتیکی تخمیری و غیرتخمیری شیر

شناسایی تنوع میکروبی در شیر دام‌های اهلی به انتخاب فرآیند تولید پروبیوتیک کمک می‌کند. در مطالعه‌ای، ترکیب میکروبی شیر گاوهای مختلف به لحاظ تولیدی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید اختلاف قابل ملاحظه‌ای از نظر تنوع میکروبی بین نمونه‌های شیر وجود داشت. در این مطالعه مشخص گردید که در شیر گاوهای با بازدهی تولید بالاتر، جمعیت بیشتری از باکتری‌های مرتبط با ورم پستان یافت شد.

منابع

Goncalves, D. A., González, A., Roupar, D., Teixeira, J. A., & Nobre, C. (2023). How prebiotics have been produced from agro-industrial waste: An overview of the enzymatic technologies applied and the models used to validate their health claims. Trends in Food Science & Technology, 135, 74-92.

Guo, W., Liu, S., Khan, M. Z., Wang, J., Chen, T., Alugongo, G. M., … & Cao, Z. (2024). Bovine milk microbiota: Key players, origins, and potential contributions to early-life gut development. Journal of Advanced Research, 59, 49-64.

Habiba, M. U., Augustin, M. A., Varela, C., Morris, H., Rahman, M. M., & Bozkurt, H. (2025). Probiotic Dairy Innovations: Exploring Buffalo Milk Potential for Food Product Development. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 24(4), e70236.

Jang, H. J., Lee, N. K., & Paik, H. D. (2024). Overview of dairy-based products with probiotics: fermented or non-fermented milk drink. Food Science of Animal Resources, 44(2), 255.

Tarrah, A., Callegaro, S., Pakroo, S., Finocchiaro, R., Giacomini, A., Corich, V., & Cassandro, M. (2022). New insights into the raw milk microbiota diversity from animals with a different genetic predisposition for feed efficiency and resilience to mastitis. Scientific Reports, 12(1), 13498.