1 Introduction: classifying functional dairy products . . . . . . . . . . . . . . . 1
M. Saxelin, R. Korpela and A. Mäyrä-Mäkinen, Valio Ltd, Finland
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Composition of milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Fermented milk products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 What do we mean by functional dairy products? . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Examples of functional dairy products: gastrointestinal health and
general well-being . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.6 Examples of functional dairy products: cardiovascular health . . . 10
1.7 Examples of functional dairy products: osteoporosis and other
conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.8 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.9 Sources of further information and advice: links . . . . . . . . . . . . . 15
1.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Part I The health benefits of functional dairy products . . . . . . . . . . . . . 17
2 Cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
C. Gill and I. Rowland, University of Ulster, UK
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 The relationship between diet and cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Colon carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4 Colorectal cancer and dairy products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5 Calcium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.6 Casein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.7 Whey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
vi Contents
2.8 Conjugated linoleic acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.9 Sphingolipids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.10 Prebiotics and probiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.11 Mechanisms of anticarcinogenicity and antigenotoxicity for
probiotics and prebiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.12 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.13 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.14 Acknowledgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.15 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 Coronary heart disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
J. Lovegrove and K. Jackson, The University of Reading, UK
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2 Risk factors in coronary heart disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 Relevant lipid particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.4 Diet and coronary heart disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5 The effects of probiotics on coronary heart disease . . . . . . . . . . . 74
3.6 The effects of prebiotics on coronary heart disease . . . . . . . . . . . 80
3.7 The effects of synbiotics on coronary heart disease . . . . . . . . . . . 85
3.8 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.9 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4 Osteoporosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
R. Wood, Tufts University, USA
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2 The epidemiology of osteoporosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.3 Dairy products, calcium intake and calcium absorption . . . . . . . . 98
4.4 Dairy products and osteoporosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.5 Future trends: genetic markers of osteoporosis risk . . . . . . . . . . 101
4.6 Future trends: redefining a nutritional prescription for optimal
bone health . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.7 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5 Probiotics and the management of food allergy . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
P.V. Kirjavainen, University of Turku, Finland
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.2 The mechanisms and symptoms of food allergy . . . . . . . . . . . . . 109
5.3 The prevalence of food allergy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.4 Probiotics and food allergy: the clinical evidence . . . . . . . . . . . 114
5.5 Mechanisms of action: gut microbiota composition and food
allergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.6 Infant development and allergic sensitisation . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.7 Selecting the right probiotic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.8 Conclusion and future trends. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Contents vii
5.9 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6 Dairy products and the immune function in the elderly . . . . . . . . . 132
H. Gill, Massey University, Palmerston North, New Zealand
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.2 The immune system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.3 Immunosenescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.4 Nutrition and immune function in the elderly . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.5 Bovine milk and immunomodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.6 Milk proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.7 Antibodies and other protective agents in milk . . . . . . . . . . . . . . 145
6.8 Fermented dairy products and probiotic LAB . . . . . . . . . . . . . . 148
6.9 Immunomodulatory effects of fermented milk products
and LAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.10 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
7 The therapeutic use of probiotics in gastrointestinal inflammation . . . 169
F. Shanahan, University College Cork, Ireland
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.2 Bacteria in the gut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.3 Studying gut flora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.4 Gut flora and intestinal function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.5 Gut immune function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.6 Microbial subversion of intestinal immunosensory function . . . 174
7.7 Bacterial translocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.8 Intestinal bacteria and IBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.9 Modifying the gut flora: probiotics in practice . . . . . . . . . . . . . . 177
7.10 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.11 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.12 Acknowledgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.13 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Part II Functional dairy ingredients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8 Caseinophosphopeptides (CPPs) as functional ingredients . . . . . . . . 187
R.J. FitzGerald, University of Limerick, Ireland, and
H. Meisel, Institut für Chemie und Technologie der Milch, Germany
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.2 Structural characteristics and production of CPPs . . . . . . . . . . . 188
8.3 CPPs and mineral (calcium) bioavailability . . . . . . . . . . . . . . . . 190
8.4 Human studies with CPPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.5 Effect of CPPs on mineral uptake in specific cell systems . . . . . 192
8.6 Cytomodulatory effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
viii Contents
8.7 Safety assessment of CPPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.8 Potential ingredient applications of CPPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.9 Summary and future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
9 Oligosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
G. Boehm and B. Stahl, Numico Research Germany, Germany
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9.2 Structural aspects of free oligosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
9.3 Physiological functions of dietary oligosaccharides . . . . . . . . . . 220
9.4 Effect on intestinal flora: prebiotic role . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.5 Effect on intestinal infections and mineral absorption . . . . . . . . 224
9.6 Effect on the immune system and other physiological effects . . 227
9.7 Analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.8 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
9.9 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
9.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
10 Lactic acid bacteria (LAB) in functional dairy products . . . . . . . . . 244
R. Fondén, Arla Foods ICS, Sweden, M. Saarela, J. Mättö and
T. Mattila-Sandholm, VTT Biotechnology, Finland
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
10.2 Production of dairy products using LAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
10.3 Dairy products with probiotic LAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
10.4 The health benefits of probiotic LAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
10.5 Enhancing the viability and stability of LAB . . . . . . . . . . . . . . . 252
10.6 Enhancing the functionality of LAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
10.7 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
10.8 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
10.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
11 Conjugated linoleic acid (CLA) as a functional ingredient . . . . . . . . 263
S. Gnädig, Y. Xue, O. Berdeaux, J.M. Chardigny and J-L. Sebedio,
Institut National de la Recherche Agronomique, France
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
11.2 Natural sources of CLA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
11.3 Commercial production of CLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
11.4 Analytic methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
11.5 The influence of processing on the CLA content of dairy
products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
11.6 Functional benefits of CLA: cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
11.7 Multisite anticarcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
11.8 Multistage anticarcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
11.9 Mechanisms of CLA anticarcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
11.10 Functional benefits of CLA: lipid and protein metabolism . . . . . 281
Contents ix
11.11 The process of CLA metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.12 Functional benefits of CLA: atherosclerosis . . . . . . . . . . . . . . . . 286
11.13 Functional benefits of CLA: immune function . . . . . . . . . . . . . . 287
11.14 Functional benefits of CLA: diabetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
11.15 Conclusion and future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
11.16 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Part III Product development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
12 Enhancing the functionality of prebiotics and probiotics . . . . . . . . . 301
R. Rastall, The University of Reading, UK
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
12.2 The functional enhancement of prebiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
12.3 Targeted prebiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
12.4 Current manufacturing technologies for prebiotics . . . . . . . . . . . 307
12.5 Emerging manufacturing technologies for second generation
prebiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
12.6 The functional enhancement of probiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
12.7 Conclusion and future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
12.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
13 Safety evaluation of probiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
A.C. Ouwehand and S. Salminen, University of Turku, Finland
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
13.2 Key safety issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
13.3 Identifying probiotic strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
13.4 Potential risk factors: acute toxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
13.5 Potential risk factors: microbial metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . 320
13.6 Potential risk factors: microbial properties and binding . . . . . . . 323
13.7 Other potential risk factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
13.8 Post-marketing surveillance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
13.9 Safety issues for new generation probiotics . . . . . . . . . . . . . . . . 327
13.10 The safety of animal probiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
13.11 The current regulatory context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
13.12 Conclusion and future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
13.13 Sources for further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . 332
13.14 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
14 Clinical trials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
P. Marteau, Paris V University, France
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
14.2 Setting up a clinical trial: protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
14.3 Statistical analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
14.4 Ethical issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
14.5 Managing a clinical trial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
x Contents
14.6 Assessing the validity of a clinical trial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
14.7 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
14.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
15 Consumers and functional foods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
L. Lähteenmäki, VTT Biotechnology, Finland
15.1 Functional foods and consumers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
15.2 The role of health in food choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
15.3 Nutritional guidelines and health claims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
15.4 Consumers, claims and carrier products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
15.5 Consumer attitudes to functional foods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
15.6 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
15.7 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
15.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
16 European research in probiotics and prebiotics: the PROEUHEALTH
cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
T. Mattila-Sandholm, L. Lähteenmäki and M. Saarela, VTT
Biotechnology, Finland
16.1 Introduction: research projects within the PROEUHEALTH
cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
16.2 Developing research tools: MICROBE DIAGNOSTICS . . . . . . 364
16.3 Understanding mechanisms of actions: DEPROHEALTH,
PROPATH and EU MICROFUNCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
16.4 Investigating effects on health: PROGID, CROWNALIFE and
PROSAFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
16.5 Probiotic and prebiotic technologies: PROTECH. . . . . . . . . . . . 371
16.6 Consumers and the perceived health benefits of probiotics . . . . 372
16.7 Conclusions and future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
16.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
17 The market for functional dairy products: the case of the United
States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
L. Hoolihan, Dairy Council of California, USA
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
17.2 Drivers of the functional foods market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
17.3 The growth of the functional foods market in the US . . . . . . . . . 380
17.4 The regulatory context in the US . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
17.5 The potential for functional dairy foods in the US . . . . . . . . . . . 384
17.6 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
17.7 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
17.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
· · · · · · (收起)