Efficacy of newly developed kombucha-based specialized food product for treatment of constipation-predominant irritable bowel syndrome
AbstractAccording to studies, the prevalence of constipation in the population can reach 27% due to the low intake of dietary fiber. Increasing dietary fiber intake can improve bowel movements.
The aim of the study was to assess the efficacy of a non-alcoholic fermented pasteurized kombucha drink enriched with inulin and vitamins in patients with constipation-predominant irritable bowel syndrome (IBS).
Material and methods. The study (NCT05164861) was approved by Local Ethics Committee and enrolled subjects with IBS (according to ROME IV). The subjects were randomized to receive either 220 ml of a non-alcoholic drink, based on pasteurized kombucha (KG), enriched with inulin (1.15 g/100 ml) or 220 ml water (control group, CG), for 10 days. Standard examination included evaluation of stool frequency (bowel movements per day), stool form (with the Bristol stool scale) and evaluation of concomitant symptoms (abdominal pain/discomfort, abdominal fullness, bloating, and feeling of incomplete bowel emptying) with the use of 5-point Likert scale before (BL) and 10 days after the start of intervention (EOT). Using visual analog scales (VAS), the palatability of the studied food was assessed at the beginning and end of the observation period.
Results. Significant increase of stool frequency was found at the EOT compared to BL in KG (n=20), Mean±SD: 0.60±0.31 to 0.85±0.19 times/day; p=0.004, while there was no change in CG (n=20): 0.63±0.33 vs 0.72±0.28, p=0.6. Mean values of stool scale form increased in KG (3.0±1.2 to 4.4±1.0, p=0.001), while remained unchanged in CG (2.9±1.2 vs 3.4±1.2, p=0.6). Mean values of the Bristol stool scale in KG and CG differed significantly at EOT (p=0.018). Significant decrease in mean values of incomplete bowel emptying feeling was found in KG (1.88±0.78 at BL vs 1.41±0.56 points at EOT, p=0.015), but not in the control group. There were no statistically significant differences between patient’s reports of the studied groups for other symptoms (bitterness and dryness in the mouth, heartburn, nausea, abdominal pain and heaviness in the stomach after eating).
Conclusion. The effectiveness of a pasteurized fermented non-alcoholic drink based on kombucha enriched with inulin has been proven by reducing the intensity of complaints significant for constipation, normalizing the frequency and consistency of stools.
Keywords:irritable bowel syndrome with constipation; kombucha; inulin; functional food
Funding. The research was funded by the Russian Science Foundation (Project No. 19-76-30014).
Conflict of interest. The authors declare no conflicts of interest.
Contribution. The concept and design of the study – Pilipenko V.I., Isakov V.A., Kochetkova A.A.; statistical data processing – Pilipenko V.I., Vlasova A.V.; writing the text – Pilipenko V.I., Isakov V.A., Morozov S.V.; editing, approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article – all authors.
For citation: Pilipenko V.I., Isakov V.A., Morozov S.V., Vlasova A.V., Kochetkova A.A. Efficacy of newly developed kombucha-based specialized food product for treatment of constipation-predominant irritable bowel syndrome. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2022; 91 (5): 95–104. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-5-95-104 (in Russian)
Комбуча - напиток, получаемый ферментацией чайным грибом (симбиотической культурой дрожжей и бактерий) подслащенного заваренного чая, - представляет большой интерес для модификации паттернов питания таргетных подгрупп потребителей. Способ производства напитка позволяет отнести комбучу к ферментированным продуктам, которые могут проявлять свойства пре- и постбиотического продукта [1]. Микроорганизмы комбучи в процессе роста и размножения на субстрате - подслащенном заваренном чае, производят широкий спектр биологически активных веществ. Кроме того, некоторые исходные компоненты самого чая, сохраняющиеся в готовом напитке, также могут оказывать влияние на здоровье потребителя. При химическом анализе напитка комбучи, выполненном методом высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии, идентифицированы фруктоза, уксусная и глюконовая кислоты в качестве основных компонентов. Этилглюконат, оксаловая, сахаровая, кетоглюконовая, винная, яблочная и лимонная кислоты и сукцинат обычно определяются в напитке в количестве менее 1 г/л; концентрация молочной кислоты в таких напитках не достигает 0,6 г/л, глюкуроновой кислоты - менее 10 мг/л [2, 3]. Считается, что глюкуроновая кислота повышает биодоступность полифенольных соединений, обладающих, в частности, антисептическими свойствами [2]. Помимо этого, в напитке могут содержаться флавоноиды чая, аминокислоты, водорастворимые витамины В1, В2, В6, В12 и С, ферменты инвертаза, амилаза и другие оксидазы, орсин, атранорин, орселлиновая, леканоровая кислоты, продуцируемые дрожжами, биогенные амины, пурины, пигменты, фенол, следовые количества минеральных веществ (марганец, железо, никель, медь, цинк, кобальт, хром), анионы (фториды, хлориды, бромиды, иодиды, нитраты, сульфаты и фосфаты) [4, 5].
Возможности использования комбучи для модификации паттернов питания могут существенно расшириться в случае клинического подтверждения наличия у нее свойств функционального пищевого ингредиента, а также в том случае, если на ее основе удастся создать функциональные напитки заданного состава. К группе физиологически функциональных ингредиентов для разработки ферментированных напитков относятся растворимые пищевые волокна и витамины, поскольку питание современного человека отличается низким содержанием пищевых волокон, и введение в рацион обогащенных ими продуктов становится необходимым для нормального функционирования желудочно-кишечного тракта [6]. В качестве среды-носителя напитки особенно удобны для введения в рацион различных поли- и олигосахаридов, обладающих пребиотическими свойствами. Пищевые волокна не относятся к эссенциальным нутриентам, однако их роль как алиментарного фактора доказана в отношении нормализации моторно-эвакуаторной функции толстой кишки, пребиотического действия, влияния на состояние липидного и в определенной степени углеводного обмена [7].
В качестве растворимого пищевого волокна, обладающего пребиотическими свойствами, широко используется инулин - смесь олигомеров и полимеров фруктозы природного происхождения, содержащийся в клубнях и корнях георгинов, артишоков, цикория, листьях одуванчика, спарже. Как пребиотик, инулин способен селективно стимулировать рост и активность бифидобактерий в толстой кишке, повышая тем самым адаптационные возможности организма [8, 9]. Инулин также повышает биодоступность кальция в толстой кишке, улучшает кишечный транзит, влияет на жировой обмен, снижая риск атеросклеротических изменений [9]. Поскольку этот пребиотик не влияет на уровень глюкозы и инсулина в крови, он может без ограничений использоваться в питании больных сахарным диабетом 2 типа, а также у пациентов с нарушениями толерантности к глюкозе [10]. Как и все пищевые волокна, инулин устойчив к воздействию пищеварительных ферментов, он имеет приятный, чуть сладковатый вкус, нейтральный цвет и запах, улучшает текстуру и сенсорные свойства продукта, повышает его стабильность.
В последние годы вызывает значительный интерес модификация пищевых продуктов инулином и фруктоолигосахаридами из-за их способности стимулировать рост бифидобактерий и подавлять активность протеолитических микроорганизмов в полости толстой кишки. Увеличение доли сахаролитических микроорганизмов (Bacteroides, Clostridium, Fusobacterium, Bifidobacterium) в кишке приводит к стимуляции иммунной функции, увеличению синтеза микрофлорой витаминов группы В, снижению рН в кишечном просвете, что является неблагоприятным условием для роста протеолитической флоры (например, клостридий) [9]. Ферментация производных инулина завершается образованием короткоцепочечных жирных кислот (ацетата, пропионата, бутирата), которые используются колоноцитами в качестве основного источника энергии и необходимы для их правильного функционального созревания. Морфологическими измерениями тканей дистальной части тонкой и толстой кишки грызунов и птиц установлено увеличение высоты ворсин и глубины крипт, большее число бокаловидных клеток и утолщение эпителиального слизистого слоя после добавления в рацион 0,25% инулина и фруктоолигосахаридов от общего объема в течение 2 нед [6]. Также известна способность инулина модулировать иммунный ответ лимфоидной ткани кишечника при незначительном влиянии на уровень системного иммунитета [11]. Стимулируя двигательную функцию кишечника и желчеотделение, размягчая и увеличивая объем кишечного содержимого, растворимые полифруктозаны нормализуют опорожнение кишечника [12].
Применение в питании напитков, обогащенных растворимыми пищевыми волокнами, сопровождается повышением в рационе общего содержания пищевых волокон с реализацией их положительных эффектов на функционирование органов пищеварения.
Цель настоящего исследования - клиническое изучение эффективности безалкогольного ферментированного пастеризованного напитка на основе чайного гриба (комбуча), обогащенного инулином и витаминами, у пациентов с синдромом раздраженного кишечника (СРК) с запорами.
Материал и методы
В 2021 г. для участия в клиническом исследовании созданного напитка был выполнен отбор пациентов в группу СРК с запорами (рис. 1) согласно следующим критериям включения: добровольное желание участвовать в исследовании, отраженное в виде подписанной формы информационного листка пациента; возраст от 18 до 80 лет; наличие СРК [диагноз установлен на основании соответствия Римским критериям IV пересмотра: боль в животе, для которой при СРК характерны: хроническое течение (наличие боли/дискомфорта не реже 1 дня в неделю в течение 3 мес); боли связаны с дефекацией/отхождением газов; часто встречается связь боли с нервным стрессом, приемом пищи; преходящий, а не постоянный характер болевого синдрома; нарушения стула в виде запора/наличия примеси слизи в стуле; ощущение вздутия живота, повышенное газообразование, урчание в животе; нарушения акта дефекации в виде чувства неполного опорожнения кишечника], отказ от приема слабительных препаратов на период наблюдения.
)
Критериями невключения пациентов в исследование являлись отсутствие желания у пациента участвовать в исследовании; нежелание пациента следовать требованиям, необходимым для получения адекватных результатов обследования; общее состояние пациента наличие тяжелой сопутствующей патологии, которые, по мнению исследователя, могли бы существенно повлиять на результаты исследования и интерпретацию данных; наличие пищевой аллергии, искажающей структуру питания.
Критериями исключения пациентов из анализа также явились отзыв согласия пациента на участие в исследовании и обработки полученных данных на любом этапе проведения исследования, невозможность провести один из предусмотренных протоколом методов исследования или в том случае, если эти данные не поддавались интерпретации (например, несмотря на целенаправленный расспрос врача, из-за мнестических особенностей пациент не смог дать достаточной информации по своему самочувствию).
Характеристика исследуемого напитка. Напиток безалкогольный на основе чайного гриба (комбуча) пастеризованный, обогащенный инулином и витаминами, имел следующий состав исходных ингредиентов: вода питьевая, чай черный, чайный гриб, ягоды черной смородины или ягоды можжевельника/клубника или листья лайма/манго и маракуйя, инулин, витамины группы В (В1, В2, В6, РР, фолиевая кислота). Пищевая ценность 100 мл готового напитка после ферментации: углеводы - 2,57 г (в том числе сахароза - 0,22 г, глюкоза - 1,32 г, фруктоза - 1,03 г), инулин - 1,15 г (46% от рекомендуемого уровня суточного потребления согласно ТР ТС 022/2011 "Пищевая продукция в части ее маркировки"*), витамин В1 - 0,4 мг (29%*), В2 - 0,21 мг (13%*), В6 - 0,48 мг (24%*), РР - 2,74 мг (15%*), фолиевая кислота - 24,0 мкг (12%*). Энергетическая ценность/калорийность - 54 кДж/13 ккал. В исследовании использовали 3 варианта изучаемого напитка: "Черная смородина и можжевельник", "Клубника и лайм", "Манго-маракуйя", различающиеся составом ароматизирующих добавок.
Характеристика рациона. На период исследования все пациенты получали основной вариант стандартной диеты (по приказу № 330 МЗ РФ). Добавление изучаемого напитка в рацион увеличивало его калорийность на 28,6 ккал, а содержание углеводов - на 5,6 г.
Дизайн. Данное исследование разработано как проспективное контролируемое испытание безалкогольного пастеризованного ферментированного напитка на основе чайного гриба (комбуча), обогащенного инулином и витаминами, у 20 пациентов с запорами (отсутствие спонтанного опорожнения кишечника реже 1 раза в 3 дня), потребляющих модифицированный рацион с заменой напитка в завтрак на порцию 220 мл исследуемого продукта ежедневно в течение 10 дней. Пациенты контрольной группы в течение этого срока получали стандартную диету с заменой напитка на порцию воды 220 мл. Параметры оценки эффективности испытываемого продукта: органолептические свойства продукта и его переносимость, динамика жалоб (сухость, горечь во рту, отрыжка пищей/воздухом, изжога, тяжесть в желудке, абдоминальная боль, тошнота, метеоризм, частота стула), изменение качественных показателей стула (Бристольская шкала кала, частота). Эффективность и переносимость продукта оценивали сопоставлением средних величин изучаемых показателей в точках "исходно" (первые 3 дня наблюдения), "5 дней" (4-6-й день включения исследуемого продукта в рацион) и "10 дней" (последние 4 дня включения в рацион исследуемого продукта). Приедаемость пациенты оценивали отметками на 100-миллиметровой шкале VAS c крайними положениями "очень вкусно" - "совсем невкусно" в начале и конце исследования. Параметры клинической безопасности оценивали по динамике общих анализов крови и мочи, биохимических показателей крови (концентрация билирубина, креатинина, мочевины, активность аланин-, аспартатаминотрансферазы, γ-глутамилтрансферазы, уровень глюкозы, общего белка, калия, натрия, железа) в начале и конце исследования.
После получения протоколов по определению показателей безопасности получившихся напитков (содержание токсичных элементов, хлорорганических пестицидов, а также санитарно-микробиологические показатели) был подготовлен пакет документов для локального комитета по этике, от которого было получено разрешение на проведение исследования от 26.10.2021. Протокол данного исследования зарегистрирован в международной базе клинических исследований ClinicalTrials.gov PRS (NCT05164861) 01.11.21.
Для статистической обработки данных использовали пакет программ SPSS 23.0 для Windows (SPSS Inc., США). С его помощью проводили оценку показателей выборки методами дескриптивной статистики, данные представлены в виде средних значений и стандартного отклонения, для сравнения результатов внутри и между группами использованы критерии Манна-Уитни, Вилкоксона и χ2 по Пирсону. Статистическую значимость результатов устанавливали при p≤0,05.
Результаты
Для участия в исследовании были отобраны 40 пациентов, разделенных случайным образом на основную и контрольную группы. Группы были сопоставимы по возрасту, полу и индексу массы тела (табл. 1).
)
Как видно из табл. 2, основные клинические проявления СРК у пациентов характеризовались чувством неполного опорожнения кишки, вздутием живота, наличием абдоминальной боли и тяжести в желудке после еды. У части больных из-за задержки стула регулярность опорожнения кишечника обеспечивалась применением слабительных средств и клизм. На фоне задержки стула пациенты отмечали появление или усиление абдоминальных болей и повышение выраженности метеоризма.
)
На фоне комплексного лечения с включением пастеризованного безалкогольного ферментированного напитка на основе чайного гриба (комбуча), обогащенного инулином и витаминами, у всех пациентов основной группы отмечено улучшение общего самочувствия, уменьшение выраженности клинических проявлений основного заболевания, улучшение показателей моторно-эвакуаторной функции толстой кишки. При анализе динамики симптомов было установлено, что между пациентами изучаемых групп не было статистически значимых различий в отношении горечи и сухости во рту, изжоги, тошноты, абдоминальной боли и тяжести в желудке после приема пищи.
Несмотря на то что в основной группе не наблюдалось нарастания интенсивности изжоги (до 1,25±0,52 балла по шкале Лайкерта в конце исследования), 2 пациентов отметили воспроизводимое появление продолжительной изжоги после употребления напитка со вкусом манго-маракуйи, 3 человека отметили усиление имеющейся изжоги, что может быть обусловлено спазмолитическими эффектами биологически активных компонентов маракуйи на нижний сфинктер пищевода.
References
1. Frank G.W. Kombucha: healthy beverage and natural remedy from the far east. Wilhelm Ennstahaller, Austria, 1991. ISBN 10 3850683370.
2. Coelho R.M.D., de Almeida A.L., Gurgel do Amaral R.Q., da Mota R.N., de Sousa P.H.M. Kombucha: review. Int J Gastronomy Food Sci. 2020; 22: 100272 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijgfs.2020.100272
3. Villarreal-Soto S.A., Beaufort S., Bouajila J., Souchard J.P., Taillandier P. Understanding Kombucha tea fermentation: a review. J Food Sci. 2018; 83 (3): 580–8. DOI: https://doi.org/10.1111/1750-3841.14068
3. Jayabalan R., Malbasa R.V., Loncar E.S., Vitas J.S., Sathishkumar M. A review on kombucha tea – microbiology, composition, fermentation, beneficial effects, toxicity, and tea fungus. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2014; 13 (4): 538–50. DOI: https://doi.org/10.1111/1541-4337.12073
5. Abaci N., Senol Deniz F.S., Orhan I.E. Kombucha – an ancient fermented beverage with desired bioactivities: a narrowed review. Food Chem X. 2022; 6 (14): 100302. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fochx.2022.100302
6. Brownlee I.A. The physiological roles of dietary fiber. Food Hydrocolloids 2011; 25 (2): 238–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2009.11.013
7. Mayor S. Eating more fibre linked to reduced risk of non-communicable diseases and death, review finds. BMJ. 2019; 364: l159. DOI: https://doi.org/10.1136/bmj.l159
8. Cummings J.H., Englyst H.N. Gastrointestinal effects of food carbohydrate. Am J Clin Nutr. 1995; 61 (suppl): 938S–45S. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/61.4.938S
9. Watzl B., Girrbach S., Roller M. Inulin, oligofructose and immunomodulation. Br J Nutr. 2005; 93: S49–55. DOI: https://doi.org/10.1079/bjn20041357
10. Lightowler H., Thondre S., Holz A., Theis S. Replacement of glycaemic carbohydrates by inulin-type fructans from chicory (oligofructose, inulin) reduces the postprandial blood glucose and insulin response to foods: report of two double-blind, randomized, controlled trials. Eur J Nutr. 2018; 57: 1259–68. DOI: https://doi.org/10.1007/s00394-017-1409-z
11. Kumar J., Rani K., Datt C. Molecular link between dietary fibre, gut microbiota and health. Mol Biol Rep. 2020; 47: 6229–37. DOI: https://doi.org/10.1007/s11033-020-05611-3
12. Bonnema A.L., Kolberg L.W., Thomas W., Slavin J.L. Gastrointestinal tolerance of chicory inulin products. J Am Diet Assoc. 2010; 110: 865–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jada.2010.03.025
13. Pilipenko V.I., Isakov V.A., Vlasova A.V., Naydenova M.A. Features of the diet of patients with excessive bacterial growth syndrome in the intestine resistant to antibiotic therapy. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2019; 88 (5): 31–8. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10051 (in Russian)
14. Diez-Ozaeta I., Astiazaran O.J. Recent advances in Kombucha tea: Microbial consortium, chemical parameters, health implications and biocellulose production. Int J Food Microbiol. 2022; 377: 109783. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2022.109783
15. de Miranda J.F., Ruiz L.F., Silva C.B., Uekane T.M., Silva K.A., Gonzalez A.G.M., et al. Kombucha: a review of substrates, regulations, composition, and biological properties. J Food Sci. 2022; 87 (2): 503–27. DOI: https://doi.org/10.1111/1750-3841.16029
16. Patel S.S., Mohamed Saleem T.S., Ravi V. Passiflora incarnata Linn: a phytopharmacological review. Int J Green Pharm. 2009; 3 (4): 277–80. DOI: https://doi.org/10.22377/ijgp.v3i4.100
17. Pilipenko V.I., Teplyuk D.A., Shakhovskaya A.K., Isakov V.A., Vorob’yova V.M., Vorob’yova I.S., et al. Using a multicomponent functional food in IBS patients with constipation a comparative controlled study. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2016; 85 (2): 84–91. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2016-00026 (in Russian)
All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)
© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.