Search

This article is part of the themed collection: Food & Function HOT Articles 2023.; International audience; Understanding the mechanisms of food digestion is of paramount importance to determine the effect foods have on human health. Significant knowledge on the fate of food during digestion has been generated in healthy adults due to the development of physiologically-relevant in vitro digestion models. However, it appears that the performance of the oro-gastrointestinal tract is affected by ageing and that a model simulating the digestive conditions found in a younger adult (65 years). The objectives of the present paper were: (1) to conduct an exhaustive literature search to find data on the physiological parameters of the older adult oro-gastrointestinal tract, (2) to define the parameters of an in vitro digestion model adapted to the older adult. International experts have discussed all the parameters during a dedicated workshop organized within the INFOGEST network. Data on food bolus properties collected in the older adult were gathered, including food particle size found in older adult boluses. In the stomach and small intestine, data suggest that significant physiological changes are observed between younger and older adults. In the latter, the rate of gastric emptying is slowed down, the pH of the stomach content is higher, the amount of secretions and thus the hydrolytic activities of gastric and intestinal digestive enzymes are reduced and the concentration of bile salts lower. The consensus in vitro digestion model of the older adult proposed here will allow significant progress to be made in understanding the fate of food in this specific population, facilitating the development of foods adapted to their nutritional needs. Nevertheless, better foundational data when available and further refinement of the parameters will be needed to implement the proposed model in the future.

[ES] Uno de los desafíos clave que se presenta en el siglo XXI es la necesidad de alimentar a una población cada vez mayor con recursos naturales cada vez más limitados. Adicionalmente, el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 12 de la Agenda 2030 aboga por formas de producción y consumo más sostenibles. En este sentido, se favorece el aprovechamiento y desarrollo de alimentos de origen vegetal frente a los de origen animal. Por otra parte, hay estudios que demuestran que la ingesta de determinados microorganismos en cantidades adecuadas produce efectos beneficiosos para la salud de los consumidores y que la fermentación con estos microorganismos contribuye en la mejora de las propiedades nutricionales de diferentes matrices alimentarias. Debido a esto, en los últimos años ha aumentado el interés de los científicos por desarrollar alimentos funcionales probióticos a partir de matrices vegetales, destinados a responder también a las necesidades nutricionales de los consumidores vegetarianos, con intolerancia a lactosa y con dietas restrictivas por el elevado nivel de colesterol. Entre las técnicas empleadas, la impregnación a vacío permite la incorporación de microorganismos probióticos en la matriz estructural de frutas y hortalizas sin alterar su integridad celular. Este hecho, sin embargo, se traduce en mejores recuentos tras el procesado y el almacenamiento, pero no es suficiente para garantizar la viabilidad de los microorganismos tras la estabilización mediante secado por aire caliente, lo que hace necesario recurrir a otras estrategias. Concretamente en esta tesis doctoral las técnicas que se aplican para aumentar la resistencia de los probióticos a las condiciones adversas de procesado de los alimentos son la adición de agentes protectores, como la trehalosa, y la aplicación de altas presiones de homogeneización (HPH). Los resultados de las investigaciones se presentan por compendio de 4 artículos científicos organizados en dos capítulos. En el Capítulo I "Obtención de un líquido de impregnación a base de zumo de clementina con elevado contenido en unidades formadoras de colonias de L. salivarius CECT 4063 que sean resistentes al almacenamiento y a la digestión simulada in vitro se ha analizado el efecto que la concentración de trehalosa (0-20%, p/p) y la presión de homogeneización (0-150 MPa) ejercen sobre las propiedades antioxidantes y el crecimiento de la cepa de L. salivarius spp. salivarius CECT 4063 en zumo de clementina comercial, así como sobre la capacidad del microorganismo para inhibir al patógeno Helicobacter pylori, para adherirse a la mucosa intestinal y para resistir el proceso de digestión in vitro. También se ha evaluado cómo la propia fermentación con el lactobacilo afecta al contenido en compuestos con actividad antioxidante del zumo, en mayor o menor medida dependiendo de la adición o no de un 10% en peso de trehalosa al medio y/o de la homogeneización a 100 MPa del zumo fermentado y sin fermentar. Por último, se ha estudiado la evolución de las propiedades antioxidantes y microbianas de los zumos fermentados durante su almacenamiento en refrigeración, así como su habilidad para ser incorporados en la matriz estructural de láminas de manzana (var. Granny Smith) mediante la técnica de impregnación a vacío. Por otra parte, en el Capítulo II "Obtención de un snack de manzana (var. Granny Smith) con elevado contenido en compuestos antioxidantes y en unidades formadoras de colonias de L. salivarius CECT 4063" mediante impregnación a vacío y posterior liofilización o secado con aire a 40 °C se ha analizado el efecto que la adición de un 10% (p/p) de trehalosa al zumo de clementina antes de su inoculación con el microorganismo y/o la homogeneización a 100 MPa del zumo de clementina fermentado ejercen sobre la viabilidad del lactobacilo y la estabilidad de los compuestos antioxidantes frente al procesado, el almacenamiento y la digestión simulada in vitro., [CA] Un dels desafiaments clau que es presenta en el segle XXI és la necessitat d'alimentar a una població humana cada vegada major amb recursos naturals cada vegada més limitats. Addicionalment, l'Objectiu de Desenvolupament Sostenible (ODS) 12 de l'Agenda 2030 advoca per formes de producció i consum més sostenibles. En aquest sentit, s'afavoreix l'aprofitament i desenvolupament d'aliments d'origen vegetal enfront dels d'origen animal. D'altra banda, hi ha estudis que demostren que la ingesta de determinats microorganismes en quantitats adequades produeix efectes beneficiosos per a la salut dels consumidors i que la fermentació amb aquests microorganismes contribueix a la millora de les propietats nutricionals de diferents matrius alimentàries. A causa d'això, en els últims anys ha augmentat l'interès dels científics per desenvolupar aliments funcionals probiòtics a partir de matrius vegetals, destinats a respondre també a les necessitats nutricionals dels consumidors vegetarians, amb intolerància a la lactosa i amb dietes restrictives per l'elevat nivell de colesterol. Entre les tècniques emprades, la impregnació a buit permet la incorporació de microorganismes probiòtics en la matriu estructural de fruites i hortalisses sense alterar la seua integritat cel·lular. Aquest fet, però, es tradueix en millors recomptes després del processament i l'emmagatzematge, però no n'hi ha prou per garantir la viabilitat dels microorganismes després de l'estabilització mitjançant assecat per aire calent, cosa que fa necessari recórrer a altres estratègies. Concretament en aquesta tesi doctoral les tècniques que s'apliquen per a augmentar la resistència dels probiòtics a les condicions adverses de processament són l'addició d'agents protectors, com la trehalosa, i l'aplicació d'altes pressions d'homogeneïtzació (HPH). Els resultats de les investigacions es presenten per compendi de 4 articles científics organitzats en dos capítols. En el Capítol I "Obtenció d'un líquid d'impregnació a base de suc de clementina amb elevat contingut en unitats formadores de colònies de L. salivarius spp. salivarius CECT 4063 que siguin resistents a l'emmagatzematge i a la digestió simulada in vitro" s'ha analitzat l'efecte que la concentració de trehalosa (0-20%, p/p) i la pressió d'homogeneïtzació (0-150 MPa) exerceixen sobre les propietats antioxidants i el creixement del cep de L. salivarius spp. salivarius en suc de clementina comercial, així com sobre la capacitat del microorganisme per a inhibir al patogen Helicobacter pylori, per a adherir-se a la mucosa intestinal i per a resistir el procés de digestió in vitro. També s'ha avaluat com la pròpia fermentació amb el lactobacilo afecta al contingut en compostos amb activitat antioxidant del suc, en major o menor mesura depenent de l'addició o no d'un 10% en pes de trehalosa al medi i/o de l'homogeneïtzació a 100 MPa del suc fermentat i sense fermentar. Finalment, s'ha estudiat l'evolució de les propietats antioxidants i microbianes dels sucs fermentats durant el seu emmagatzematge en refrigeració, així com la seua habilitat per a ser incorporats en la matriu estructural de làmines de poma (var. Granny Smith) mitjançant la tècnica d'impregnació a buit. D'altra banda, en el Capítol II "Obtenció d'un snack de poma (var. Granny Smith) amb elevat contingut en compostos antioxidants i en unitats formadores de colònies de L. salivarius CECT 4063" mitjançant impregnació a buit i posterior liofilització o assecat amb aire a 40 °C s'ha analitzat l'efecte que l'addició d'un 10% (p/p) de trehalosa al suc de clementina abans de la seua inoculació amb el microorganisme i/o l'homogeneïtzació a 100 MPa del suc de clementina fermentat exerceixen sobre la viabilitat del lactobacilo i l'estabilitat dels compostos antioxidants enfront del processament, l'emmagatzematge i la digestió simulada in vitro., [EN] One of the key challenges of the 21st century is the need to feed a growing population with increasingly limited natural resources. Additionally, Sustainable Development Goal (SDG) 12 of the 2030 Agenda advocates for more sustainable forms of production and consumption. In this sense, the use and development of plant-based foods are favoured over those of animal origin. On the other hand, there are studies showing that the intake of certain microorganisms in adequate amounts produces beneficial effects for the health of consumers and that fermentation with these microorganisms contributes to the improvement of the nutritional properties of different food matrices. Due to this, in recent years, the interest of scientists has increased in developing probiotic functional foods from plant matrices, aimed at also responding to the nutritional needs of vegetarian consumers with lactose intolerance and with restrictive diets due to the high cholesterol level. Among the techniques used, vacuum impregnation allows the incorporation of probiotic microorganisms in the structural matrix of fruits and vegetables without altering their cellular integrity. This fact, however, translates into better counts after processing and storage, but it is not enough to guarantee the viability of the microorganisms after stabilization by hot air drying, which makes it necessary to resort to other strategies. Specifically, in this doctoral thesis, the techniques applied to increase the resistance of probiotics to adverse food processing conditions are the addition of protective agents, such as trehalose, and the application of high-pressure homogenization (HPH). The results of the investigations are presented by a compendium of 4 scientific articles organized in two chapters. In Chapter I "Obtaining an impregnation liquid based on clementine juice with a high content of colony-forming units of L. salivarius spp. salivarius CECT 4063 that are resistant to storage and "in vitro" simulated digestion, the effect that the trehalose concentration (0-20%, w/w) and the homogenization pressure (0-150 MPa) exert on the antioxidant properties and the growth of the L. salivarius spp. salivarius CECT 4063 in commercial clementine juice, as well as on the capacity of the microorganism to inhibit the pathogen Helicobacter pylori, to adhere to the intestinal mucosa and to resist the in vitro digestion process. It has also been evaluated how the fermentation itself, with this Lactobacillus strain, affects the content of compounds with antioxidant activity in the juice, to a greater or lesser extent depending on the addition or not of 10% by weight of trehalose to the medium and/or the homogenization to 100 MPa of fermented and unfermented juice. Finally, the evolution of the antioxidant and microbial properties of fermented juices during refrigerated storage has been studied, as well as their ability to be incorporated into the structural matrix of apple slices (var. Granny Smith) using the vacuum impregnation technique. On the other hand, in Chapter II "Obtaining an apple snack (var. Granny Smith) with a high content of antioxidant compounds and colony-forming units of L. salivarius CECT 4063" by vacuum impregnation and subsequent lyophilization or drying with air at 40 °C, the effect that the addition of 10% (p/p) trehalose to clementine juice before inoculation with the microorganism and/or homogenization at 100 MPa of the fermented clementine juice has been analysed on the viability of lactobacillus and the stability of antioxidant compounds against processing, storage and simulated digestion in vitro.

International audience; Les préparations pour nourrisson (PPNs) sont des matrices complexes. L’objectif était de comprendre comment la structure des ingrédients protéiques impactait la structure des PPNs et leur cinétique de digestion. Quatre PPNs, formulées à partir de protéines sériques (PS) présentant des degrés de dénaturation et de glycation différents (A/B/C) et de caséines avec une organisation supramoléculaire différente (C/D), ont été digérées à l’aide d’un modèle in vitro dynamique (DIDGI®) au stade infantile. Les digestas ont été échantillonnés à intervalle régulier afin de suivre les modifications structurales, la protéolyse (OPA, SDS-PAGE, LC-MS/MS) et la lipolyse (GC-MS). Les données ont été analysées par ANOVA pour mesures répétées. Avant digestion, les structures lipoprotéiques des PPNs étaient différentes. La PPN-A, caractérisée par des taux élevés de glycation et de dénaturation de ses PS, tendait à être davantage digérée à 180min de la phase intestinale que les PPNs-C/D (augmentation du degré de protéolyse et lipolyse : +16% et + 5%). Les peptides apparaissaient plus rapidement en phase gastrique pour la PPN-D (dès 80min vs. 180min pour les PPN-A/B), suggérant que les grosses structures lipoprotéiques initialement présentes dans la matrice étaient moins denses et donc plus accessibles par la pepsine. Ces résultats soulignent l’importance de la structure des ingrédients protéiques sur la structure des PPNs et leur digestion. Une étude in vivo complémentaire est en cours.

[ES] La funcionalización de partículas de sílice con componentes de aceites esenciales (EOCs) se ha propuesto como una estrategia prometedora para mejorar la actividad antimicrobiana y la estabilidad de estos compuestos. Sin embargo, debido a la potencial aplicación de estas partículas en la industria alimentaria, es necesario llevar a cabo estudios toxicológicos que permitan identificar los posibles efectos sobre la salud que puede conllevar el uso de estos nuevos materiales. En esta tesis doctoral, se ha evaluado el riesgo derivado de la exposición oral a tres tipos de partículas de sílice (SAS, micropartículas MCM-41 y nanopartículas MCM-41) funcionalizadas con cuatro tipos de EOCs diferentes (carvacrol, eugenol, timol y vainillina) y se ha comparado con el efecto de los EOCs libres y las partículas sin funcionalizar. La evaluación toxicológica de estos nuevos materiales se llevó a cabo a través de una estrategia formada por 3 tipos de estudios diferentes como son la simulación de condiciones fisiológicas, el uso de la línea celular HepG2 y el organismo modelo Caenorhabditis elegans. El primer paso en la evaluación toxicológica de las partículas consistió en estudiar su estabilidad en fluidos fisiológicos que simulan las condiciones de exposición por vía oral. Los resultados mostraron que la funcionalización con EOCs aumenta la biodurabilidad de las partículas en condiciones que representan el tracto gastrointestinal humano y el fluido lisosomal, como se observa tanto por la menor disolución de los diferentes tipos de partículas funcionalizadas como por la conservación de la estructura de las nanopartículas MCM-41. Sin embargo, el estado de aglomeración de las partículas no cambió en condiciones fisiológicas, y todas ellas se mantuvieron dentro del rango de tamaño de las micropartículas. Por tanto, dado su gran tamaño, estos materiales presentan un bajo riesgo de acumulación tras ingestión oral. El estudio in vitro de la toxicidad de los materiales demostró que las partículas funcionalizadas con EOCs presentan un efecto citotóxico mayor que los EOCs libres y la sílice sin funcionalizar. Además, independientemente del tipo de EOC, las micropartículas MCM-41 funcionalizadas fueron los materiales más citotóxicos. Los resultados sugieren que las partículas funcionalizadas con EOCs inducen toxicidad en las células HepG2 mediante un mecanismo relacionado con el estrés oxidativo, el cual provoca daño mitocondrial y la consecuente activación de procesos de apoptosis. Por otra parte, se demostró que este efecto citotóxico está causado por interacciones directas entre las células y las partículas, y no por productos de degradación liberados al medio de cultivo. La exposición aguda a concentraciones moderadas y altas de EOCs redujo la viabilidad de las células HepG2 y la supervivencia de C. elegans. La jerarquía de la toxicidad se mantuvo entre células y nemátodos, siendo el carvacrol el compuesto más tóxico, seguido del timol, el eugenol y, por último, la vainillina. Además, concentraciones subletales de estos componentes indujeron toxicidad reproductiva en C. elegans, lo que sugiere que pueden presentar efectos tóxicos a las concentraciones requeridas por sus propiedades bioactivas. El estudio in vivo de la toxicidad de las partículas mostró que tanto las partículas sin funcionalizar como las funcionalizadas con eugenol causan toxicidad reproductiva en C. elegans tras la exposición aguda, e inhibición en el crecimiento y la reproducción de los nematodos tras la exposición a largo plazo. Las partículas funcionalizadas con vainillina mostraron efectos tóxicos agudos leves, pero un mayor efecto tras la exposición a largo plazo. En líneas generales, los resultados obtenidos muestran que las partículas funcionalizadas con eugenol utilizadas en el estudio presentan mayores efectos sobre C. elegans que la sílice sin funcionalizar y las partículas funcionalizadas con vainillina., [CA] La funcionalització de partícules de sílice amb components d'olis essencials (EOCs) s'ha proposat com una estratègia prometedora per a millorar l'activitat antimicrobiana i l'estabilitat d'aquests compostos. No obstant això, a causa de la potencial aplicació d'aquestes partícules en la indústria alimentària, és necessari dur a terme estudis toxicològics que permeten identificar els possibles efectes sobre la salut que pot comportar l'ús d'aquests nous materials. En aquesta tesi doctoral, s'ha avaluat el risc derivat de l'exposició oral a tres tipus de partícules de sílice (SAS, micropartícules MCM-41 i nanopartícules MCM-41) funcionalitzades amb quatre tipus de EOCs diferents (carvacrol, eugenol,timol i vanil·lina) i s'ha comparat amb l'efecte dels EOCs lliures i les partícules sense funcionalitzar. L'avaluació toxicològica d'aquests nous materials es va dur a terme a través d'una estratègia formada per 3 tipus d'estudis diferents com són la simulació de condicions fisiològiques, l'ús de la línia cel·lular HepG2 i l'organisme model Caenorhabditis elegans. El primer pas en l'avaluació toxicològica de les partícules va consistir a estudiar la seua estabilitat en fluids fisiològics que simulen les condicions d'exposició per via oral. Els resultats van mostrar que la funcionalització amb EOCs augmenta la biodurabilidad de les partícules en condicions que representen el tracte gastrointestinal humà i el fluid lisosomal, com s'observa tant per la menor dissolució dels diferents tipus de partícules funcionalitzades com per la conservació de l'estructura de les nanopartícules MCM-41. No obstant això, l'estat d'aglomeració de les partícules no va canviar en condicions fisiològiques, i totes elles es van mantindre dins del rang de grandària de les micropartícules. Per tant, donat la seua gran grandària, aquests materials presenten un baix risc d'acumulació rere ingestió oral. L'estudi in vitro de la toxicitat dels materials va demostrar que les partícules funcionalitzades amb EOCs presenten un efecte citotòxic major que els EOCs lliures i la sílice sense funcionalitzar. A més, independentment del tipus d'EOC, les micropartícules MCM-41 funcionalitzades van ser els materials més citotòxics. Els resultats suggereixen que les partícules funcionalitzades amb EOCs indueixen toxicitat en les cèl·lules HepG2 mitjançant un mecanisme relacionat amb l'estrés oxidatiu, el qual provoca dany mitocondrial i la conseqüent activació de processos d'apoptosis. D'altra banda, es va demostrar que aquest efecte citotòxic és causat per interaccions directes entre les cèl·lules i les partícules, i no per productes de degradació alliberats al mitjà de cultiu. L'exposició aguda a concentracions moderades i altes de EOCs va reduir la viabilitat de les cèl·lules HepG2 i la supervivència de C. elegans. La jerarquia de la toxicitat es va mantindre entre cèl·lules i nemàtodes, sent el carvacrol el compost més tòxic, seguit del timol, el eugenol i, finalment, la vanil·lina. A més, concentracions subletals d'aquests components van induir toxicitat reproductiva en C. elegans, la qual cosa suggereix que poden presentar efectes tòxics a les concentracions requerides per les seues propietats bioactives. L'estudi in vivo de la toxicitat de les partícules va mostrar que tant les partícules sense funcionalitzar com les funcionalitzades amb eugenol causen toxicitat reproductiva en C. elegans després de l'exposició aguda, i inhibició en el creixement i la reproducció dels nematodes després de l'exposició a llarg termini. Les partícules funcionalitzades amb vanil·lina van mostrar efectes tòxics aguts lleus, però un major efecte després de l'exposició a llarg termini. En línies generals, els resultats obtinguts mostren que les partícules funcionalitzades amb eugenol utilitzades en l'estudi presenten majors efectes sobre C. elegans que la sílice sense funcionalitzar i les partícules funcionalitzades amb vanil·lina., [EN] Functionalisation of silica particles with essential oils components (EOCs) has emerged as a useful tool for enhancing EOCs' antimicrobial activity and stability. Given these new materials' promising applications for the food industry, toxicological studies must be performed to identify possible hazards for human health. In the present doctoral thesis, the potential risk deriving from oral exposure to three types of silica particles (SAS, MCM-41 microparticles, MCM-41 nanoparticles) functionalised with four different EOCs (carvacrol, eugenol, thymol, vanillin) was investigated and compared to free EOCs and pristine particles. For this purpose, three different replacement methods were used as a strategy to carry out the toxicological assessment of these new materials: simulated physiological conditions, HepG2 culture cells and the non-mammalian organism model Caenorhabditis elegans. As the expected human exposure to these materials was the oral route, the first step in the toxicological assessment of the silica particles was to study their degradation behaviour in acellular physiological fluids that mimic oral exposure conditions. The results showed that functionalisation of silica with EOCs increases particles' biodurability under conditions representing the human gastrointestinal tract and lysosomal fluid, as observed by both, the lower dissolution rates in the different functionalised particle types and the preservation of the EOCs-functionalised MCM-41 nanoparticles structure. However, the agglomeration state of the particles did not change under the physiological conditions, which remained within the micro-sized range in all cases. Therefore, given their large size, these materials present a low risk of accumulation after oral ingestion. The in vitro toxicity study showed that EOCs-functionalised particles displayed stronger cytotoxic effect than the free EOCs and pristine silica. Independently of EOC type, the EOCs-functionalised MCM-41 microparticles were the most cytotoxic materials from the different silica particle types analysed. Our results suggest that the EOCs-functionalised particles induce toxicity on HepG2 cells by an oxidative stress-related mechanism that causes mitochondrial dysfunction and apoptosis activation via the mitochondrial pathway. This cytotoxic effect was caused by direct cell-particle interactions, and not by degradation products released to culture media. Acute exposure to moderate and high concentrations of EOCs reduced HepG2 viability and nematode survival. The toxicity ranking was maintained between culture cells and nematodes, being carvacrol the most toxic compound followed by thymol, eugenol, and lastly by vanillin. Moreover, sublethal concentrations to these components induced reproductive toxicity in C. elegans, which suggests that they may present toxic effects at the concentrations required for their bioactive properties. The in vivo toxicity study of the particles showed that both the bare and EOCs-functionalised particles cause acute reproductive toxicity and inhibition in nematode growth and reproduction after long-term exposure. The vanillin-functionalised particles displayed milder acute toxic effects, but severer long-term exposure toxicological responses. However, the eugenol-functionalised particles exhibited stronger effects than the bare and vanillin-functionalised silica., The authors gratefully acknowledge the financial support from the Spanish government (Project RTI2018-101599-B-C21 (MCUI/AEI/FEDER, EU)). Cristina Fuentes also thanks the Generalitat Valenciana for being funded by the predoctoral programme Vali+d (ACIF/2016/139). María Ruiz-Rico acknowledges the Generalitat Valenciana for her Postdoctoral Fellowship (APOSTD/2019/118).

[ES] Debido a la creciente importancia de la dieta en el manejo de la salud, sigue habiendo un gran interés en desentrañar como se procesan los alimentos en el sistema digestivo humano. La estructura de los alimentos puede influir significativamente en su procesamiento, afectando al rendimiento durante la alimentación y la digestión. Específicamente, la digestión de alimentos a base de carbohidratos requiere una mayor comprensión debido a su contribución a los niveles de glucosa en sangre. El conocimiento de la cinética de digestión del almidón contribuirá a diseñar alimentos a medida para controlar los niveles de glucosa posprandial. El objetivo de esta tesis doctoral fue adquirir una mejor comprensión del impacto de la microestructura en la digestión del almidón y cómo las enzimas digestivas podrían ser moduladas por compuestos fenólicos. Con ese propósito, se evaluó el papel de la estructura del pan en la masticación in vivo y la digestión in vitro. Posteriormente, se produjeron geles de almidón de diferentes fuentes y se digirieron en un sistema de digestión oro-gastro-intestinal in vitro para analizar el impacto de la microestructura del gel. Después de los estudios de microestructura en geles de almidón y pan, se exploraron diferentes ácidos fenólicos o extractos polifenólicos de algas como inhibidores de enzimas digestivas de almidón, y se evaluó la participación de la microestructura del gel de almidón en la digestión enzimática. La masticación y la textura del bolo de panes tostados de trigo se vio afectada por su diferente estructura, a pesar de que no se observaron diferencias en la percepción sensorial. El proceso de panificación también ofreció la posibilidad de modificar la estructura del pan. De hecho, la variación de la forma de la masa dio lugar a panes con diferentes propiedades estructurales y texturales de la miga. La digestión de los panes con diferente estructura de miga confirmó que se disgregaban de manera diferente, produciendo variaciones en la posterior digestibilidad del almidón. Una vez que se estableció la importancia de la microestructura de la miga en la digestión del almidón, se cambió el enfoque para enlazar la microestructura de los geles de almidón con su digestión in vitro. Los geles obtenidos con almidones de distintas fuentes botánicas mostraron diferente digestibilidad, lo que se relacionó con su microestructura, pero también con su contenido de amilosa. Considerando la acción de las enzimas digestivas (α-amilasa y α-glucosidasa) sobre la hidrólisis del almidón, se estudiaron diferentes compuestos fenólicos para comprender las interacciones entre los compuestos fenólicos y las enzimas o sustratos. La forma más eficaz de inhibir las enzimas era incubarlas con ácidos fenólicos. Se necesitó una mayor concentración del inhibidor cuando los compuestos fenólicos interactuaban previamente con el sustrato, debido a su retención dentro del gel de almidón. La estructura química de los ácidos fenólicos controlaba la inhibición de la enzima. Asimismo, los extractos fenólicos complejos, como los extraídos de las algas A. nodosum, podrían utilizarse para inhibir las enzimas digestivas, mostrando mayor efecto inhibidor cuando fueron previamente incubados con la enzima, debido a la existencia de complejos carbohidrato-polifenoles con sus diferentes capacidades inhibitorias. Además, los ácidos fenólicos afectaron las propiedades de pegado y, por lo tanto, a la estructura y textura de geles de almidón. Sin embargo, esos cambios no fueron suficientes para controlar la hidrólisis enzimática del almidón, que estaba relacionada con la estructura química de los ácidos fenólicos y sus propiedades. En general, la microestructura de la miga o del gel puede limitar la accesibilidad de las enzimas digestivas, lo que reduciría la hidrólisis del almidón. Además, la inclusión de ácidos fenólicos en alimentos a base de almidón podría ser la alternativa para reducir el grado de digestión del almidón al inhibir estas enzimas., [CA] A causa de la creixent importància de la dieta en el maneig de la salut, segueix sent de gran interès desentranyar com es processen els aliments en el sistema digestiu humà. L'estructura dels aliments pot influir significativament en el processament dels aliments, afectant al seu rendiment durant l'alimentació i la digestió. Específicament, la digestió d'aliments a base de carbohidrats requereix una major comprensió a conseqüència de la seua contribució als nivells de glucosa en sang. El coneixement de la cinètica de la digestió del midó contribuirà a dissenyar aliments a mesura per controlar els nivells de glucosa postprandial. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral va ser adquirir una millor comprensió de l'impacte de la microestructura en la digestió del midó i com els enzims digestius podrien ser modulats per l'ús de compostos fenòlics. Amb aquest propòsit, es va avaluar el paper de l'estructura del pa en la masticació in vivo i la digestió in vitro. Posteriorment, es van produir gels de midó de diferents fonts i es van digerir en un sistema de digestió oro-gastrointestinal in vitro per analitzar l'impacte de la microestructura del gel. Després dels estudis de microestructura en gels de midó i pa, es van explorar diferents àcids fenòlics o extractes polifenòlics d'algues com inhibidors dels enzims digestius del midó, i es va avaluar la participació de la microestructura del gel de midó en la digestió enzimàtica. La masticació i la textura de la bitla de pans torrats de blat es va veure afectada per les seues diferencies estructurals, tot i que no es van observar diferències en la percepció sensorial. El procés de panificació va oferir la possibilitat de modificar l'estructura del pa. De fet, la variació de la forma de la massa va donar lloc a pans amb diferents propietats d'estructura i textura de la molla. La digestió dels pans amb diferent estructura de molla va confirmar que es disgregaven de manera diferent, produint variacions en la posterior digestibilitat del midó. Una vegada que es va establir la importància de la microestructura de la molla en la digestió del midó, es va canviar l'enfocament per a enllaçar la microestructura dels gels de midó amb la seua digestió in vitro. Els gels obtinguts amb midó de diferent fonts botàniques van mostrar diferent digestibilitat, el que es va relacionar amb la seua microestructura, però també amb el seu contingut d'amilosa. Considerant l'acció dels enzims digestius (α-amilasa i α-glucosidasa) sobre la hidròlisi del midó, es van estudiar diferents compostos fenòlics per a comprendre les interaccions entre els fenòlics i els enzims o substrats. La forma més eficaç d'inhibir els enzims era incubar-los amb àcids fenòlics. Es va necessitar una major concentració de l'inhibidor quan els compostos fenòlics interactuaven prèviament amb el substrat, a causa de la seua retenció dins del gel de midó. L'estructura química dels àcids fenòlics controlava la inhibició de l'enzim. Així mateix, els extractes fenòlics complexos, com els extrets de l'alga A. nodosum, podrien utilitzar-se per a inhibir els enzims digestius, mostrant major efecte inhibidor quan van ser prèviament incubats amb l'enzim, a causa de l'existència de complexos carbohidrat-polifenols amb les seues diferents capacitats inhibitòries. A més, els àcids fenòlics van afectar les propietats de pegat i, per tant, la estructura i textura dels gels de midó. No obstant, estos canvis en la estructura i textura dels gels no van ser suficients per a controlar la hidròlisi enzimàtica del midó, que estava relacionada amb l'estructura química dels àcids fenòlics i les seues propietats. En general, la microestructura de la molla de pa o gel de midó pot limitar l'accessibilitat dels enzims digestius, la qual cosa reduiria la hidròlisi del midó. A més, la inclusió d'àcids fenòlics en aliments a base de midó podria ser l'alternativa per a reduir el grau de digestió del midó en inhibir aquests enzims., [EN] Due to the increasing importance of diet on health management, it remains of utmost interest to unravel how food is processed in the human digestive system. Food structure can significantly influence food processing, affecting its performance during eating and digestion. Specifically, the digestion of carbohydrates-based foods requires further insight due to their contribution to blood glucose levels. The knowledge of starch digestion kinetics will contribute to design tailored foods for managing postprandial glucose levels. The objective of this doctoral thesis was to acquire a better understanding of the impact of microstructure on starch digestion and how digestive enzymes might be modulated by the use of phenolic compounds. With that purpose, the role of bread structure on in vivo mastication, and in vitro digestion was evaluated. Subsequently, starch gels from different sources were produced and digested in an in vitro oro-gastro-intestinal digestion system to analyze the impact of gel microstructure. After the microstructure studies on bread and starch gels, different phenolic acids or seaweed polyphenolic extracts were explored as inhibitors of starch digestive enzymes, and the involvement of starch gel microstructure on the enzymatic digestion was assessed. Mastication of toasted wheat breads was affected by their different structures, despite no differences in the sensory perception was observed. Bolus texture was also altered by bread structure and texture. The breadmaking process offered the possibility to modify the bread structure. In fact, varying dough shaping led to breads with different crumb structure and texture properties. After stressing the importance of selecting the in vitro oral processing method used to simulate mastication, the further digestion of the bread with different crumb structure confirmed that they were differently disaggregated yielding variations on posterior starch digestibility. Once stating the importance of crumb microstructure on starch digestion, the focus was shifted to connect starch gels microstructure with its in vitro digestion. Gels obtained with a different type of starch, from cereals, pulses, or tubers, showed different digestibility, which was related to their microstructure but also their amylose content. Considering the action of digestive enzymes (α-amylase and α-glucosidase) on starch hydrolysis, different phenolic compounds were studied to understand the interactions between phenolics and either enzymes or substrates. The most effective way to inhibit enzymes was to incubate them with phenolic acids. A higher concentration of the inhibitor was needed when phenolic compounds interacted previously with the substrate, due to their retention within the starch gel. The chemical structure of phenolic acids controlled the enzyme inhibition. Similarly, complex phenolic extracts, like those extracted from A. nodosum seaweed could be used to inhibit digestive enzymes, showing greater inhibition effect when they were previously incubated with the enzyme, owing to the existence of carbohydrate-polyphenol complexes their different inhibitory capabilities. In addition, phenolic acids affected pasting properties and therefore gel microstructure and gel texture of starches. However, those changes on gels microstructure and texture were not enough to control starch enzymatic hydrolysis, which was related to the specific chemical structure of the phenolic acids and their properties. Overall, crumb or gel microstructure can limit digestive enzymes accessibility, which would reduce the starch hydrolysis. Moreover, the inclusion of phenolic acids on starch-based foods might be the alternative to reduce the extent of starch digestion by inhibiting digestive enzymes., Authors acknowledge the financial support of the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (Project RTI2018-095919-B-C21) funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, “ERDF A way of making Europe” by the “European Union”, Generalitat Valenciana (Project Prometeo 2017/189) and Xunta de Galicia (ED431B 2019/01). This work is based upon the work from COST Action 18101 SOURDOMICS – Sourdough biotechnology network towards novel, healthier and sustainable food and bioprocesses, where A. Aleixandre was supported by COST (European Cooperation in Science and Technology). COST is a funding agency for research and innovation networks.

[ES] La presente tesis tiene como objetivo ofrecer estrategias que permitan incrementar la rentabilidad del cultivo de caqui "Rojo Brillante" mediante la valorización de los excedentes y destríos generados en los almacenes. La tesis aborda como objetivos principales la obtención de productos e ingredientes deshidratados con alto contenido en compuestos bioactivos y la evaluación de la digestibilidad in vitro de los mismos. La primera estrategia consistió en obtener caquis semisecos mediante secado "natural" evaluando la necesidad de aplicar un tratamiento previo de desastringencia. El tratamiento de secado en los caquis astringentes disminuyó significativamente el contenido en taninos solubles responsables de la astringencia de la fruta, alcanzando valores similares a los presentes en el caqui no astringente. Además, se observó que, el color de la pulpa permaneció con un tono anaranjado y poco pardeado cuando se partió de caqui astringente, por lo que no sería recomendable la aplicación de un tratamiento previo de desastringencia. Una segunda estrategia se centró en la liofilización para obtener snacks de caqui de alta calidad, al ser éste un tratamiento que permite obtener productos o ingredientes con alto valor añadido. Se establecieron las condiciones óptimas de procesado y almacenamiento mediante la obtención de los valores de humedad y actividad del agua críticos que garantizasen el estado vítreo de la matriz, evitando un aumento en la tasa de reacciones de deterioro, cambios de textura y color, y la pérdida de los compuestos bioactivos de la fruta. Como última estrategia se utilizó el tratamiento de secado por aire caliente en caqui astringente y no astringente, en distintos estados de madurez, para obtener snacks de caqui. Los snacks desarrollados presentaron un tono más anaranjado, en comparación con la fruta fresca, y menor contenido en taninos solubles. Se observó una alta correlación entre el nivel de astringencia percibido por los consumidores y la disminución del contenido en taninos solubles. Los snacks obtenidos a partir de caqui astringente en etapas de madurez avanzadas fueron igualmente aceptados por los consumidores que los obtenidos a partir de caqui no astringente. Seguidamente se estudió el efecto del secado con aire caliente y del estado de madurez sobre la fracción de carotenoides mediante diferentes técnicas cuantitativas y cualitativas como la fotoluminiscencia. El secado no afectó al contenido en carotenoides, pero disminuyó la capacidad antioxidante de los snacks. La fotoluminiscencia evidenció la isomerización de carotenoides y la formación de productos de degradación térmica, por lo que ambos hechos podrían explicar la pérdida de capacidad antioxidante en el caqui sometido a tratamientos de secado por aire caliente. Por último, se llevaron a cabo estudios de digestión in vitro. La recuperación de taninos solubles en la fase del intestino delgado fue mayor en los snacks obtenidos mediante secado por aire caliente que en la fruta fresca y en los snacks liofilizados. Los snacks obtenidos a partir de caqui no astringente presentaron un índice de recuperación de taninos solubles mayor que los obtenidos a partir de caqui astringente. Los taninos insolubles llegaron intactos a la fracción no absorbida, por lo que podrían llegar al colon y ejercer su potencial antioxidante., [CA] La present tesi té com a objectiu oferir estratègies que permeten incrementar la rendibilitat del cultiu de caqui "Roig Brillant" mitjançant la valorització dels excedents i destriaments generats en els magatzems. La tesi aborda com a objectius principals l'obtenció de productes i ingredients deshidratats amb alt contingut en compostos bioactius i l'avaluació de la digestibilitat in vitro d'aquests. La primera estratègia va consistir a obtindre caquis semisecs mitjançant assecat "natural" avaluant la necessitat d'aplicar un tractament previ de desastringència. El tractament d'assecat en els caquis astringents va disminuir significativament el contingut en tanins solubles responsables de la astringència de la fruita, aconseguint valors similars als presents en el caqui no astringent. A més, es va observar que, el color de la polpa va romandre amb un to ataronjat i poc marró quan es va partir de caqui astringent, per la qual cosa no seria recomanable l'aplicació d'un tractament previ de desastringència. Una segona estratègia es va centrar en la liofilització per a obtindre snacks de caqui d'alta qualitat, en ser aquest un tractament que permet obtindre productes o ingredients amb alt valor afegit. Es van establir les condicions òptimes de processament i emmagatzematge mitjançant l'obtenció dels valors d'humitat i activitat de l'aigua crítics que garantiren l'estat vitri de la matriu, evitant un augment en la taxa de reaccions de deterioració, canvis de textura i color, i la pèrdua dels compostos bioactius de la fruita. Com a última estratègia es va utilitzar el tractament d'assecat per aire calent en caqui astringent i no astringent, en diferents estats de maduresa, per a obtindre snacks de caqui. Els snacks desenvolupats van presentar un to més ataronjat, en comparació amb la fruita fresca, i menor contingut en tanins solubles. Es va observar una alta correlació entre el nivell de astringència percebut pels consumidors i la disminució del contingut en tanins solubles. Els snacks obtinguts a partir de caqui astringent en etapes de maduresa avançades van ser igualment acceptats pels consumidors que els obtinguts a partir de caqui no astringent. Seguidament es va estudiar l'efecte de l'assecat amb aire calent i de l'estat de maduresa sobre la fracció de carotenoids mitjançant diferents tècniques quantitatives i qualitatives com la fotoluminiscència. L'assecat no va afectar el contingut en carotenoids, però va disminuir la capacitat antioxidant dels snacks. La fotoluminiscència va evidenciar la isomerització de carotenoids i la formació de productes de degradació tèrmica, per la qual cosa tots dos fets podrien explicar la pèrdua de capacitat antioxidant en el caqui sotmés a tractaments d'assecat per aire calent. Finalment, es van dur a terme estudis de digestió in vitro. La recuperació de tanins solubles en la fase de l'intestí prim va ser major en els snacks obtinguts mitjançant assecat per aire calent que en la fruita fresca i en els snacks liofilitzats. Els snacks obtinguts a partir de caqui no astringent van presentar un índex de recuperació de tanins solubles major que els obtinguts a partir de caqui astringent. Els tanins insolubles van arribar intactes a la fracció no absorbida, per la qual cosa podrien arribar al còlon i exercir el seu potencial antioxidant., [EN] This thesis proposes different strategies to increase the profitability of "Rojo Brillante" persimmon by valuing the surpluses and discarded fruit generated in the warehouses. This thesis addresses the development of dehydrated products and ingredients with a high content of bioactive compounds and the evaluation of their in vitro digestibility. The first strategy was to obtain semidry persimmons by "natural" drying, evaluating the need to apply a previous desastringency treatment. The drying treatment in the astringent persimmons significantly decreased the soluble tannin content responsible for the astringency of the fruit, reaching values similar to those present in the non-astringent persimmon. In addition, the color of the pulp remained with an orange hue angle and moderate browning, when astringent persimmon was used, thus the application of a previous desastringency treatment would not be recommended. A second strategy focused on freeze-drying to obtain high-quality persimmon snacks, as a treatment that allows obtaining products or ingredients with high added value. Optimum processing and storage conditions were established by obtaining the critical water content and water activity values that would guarantee the glassy state, avoiding an increase in the rate of deterioration reactions, changes in texture and color, and the loss of bioactive compounds in the fruit. As a last strategy, the hot air-drying treatment was used in astringent and non-astringent persimmon, in different ripening stages, to obtain persimmon snacks. The snacks had a more orange hue angle, compared to fresh fruit, and lower soluble tannin content. A high correlation was observed between the level of astringency perceived by consumers and the decrease in soluble tannin content. Snacks obtained from astringent persimmon in advanced ripening stages were equally accepted by consumers as non-astringent ones. Then, the effect of hot air drying and the ripening stage on the carotenoid fraction was studied using different quantitative and qualitative techniques such as photoluminescence. Hot air-drying did not affect the carotenoid content but decreased the antioxidant capacity of the snacks. The photoluminescence evidenced the isomerization of carotenoids and the formation of thermal degradation products. Both facts could explain the loss of antioxidant capacity in persimmon subjected to hot air-drying treatments. Lastly, in vitro digestion studies were carried out. The recovery of soluble tannins in the small intestine phase was higher in the snacks obtained by hot air drying than in the fresh fruit and the freeze-dried snacks. The snacks obtained from non-astringent persimmon had a higher recovery index of soluble tannin than those obtained from astringent persimmon. The insoluble tannins reached the unabsorbed fraction intact, so that they could reach the colon and exert their potential antioxidant capacity., The authors thank the Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades for the financial support given throughout Project RTA2017-00045-C02-02

[ES] La pitaya amarilla (Selenecereus megalanthus) es una fruta exótica de corteza amarilla y pulpa blanca con bajo contenido calórico. Se le atribuyen propiedades a nivel inmunológico, antienvejecimiento, estomacal e intestinal, reducción de la presión arterial y de formación de colágeno gracias a la presencia de vitaminas, minerales y a una alta capacidad antioxidante tanto en la pulpa y la cáscara, como en la semilla. Asimismo, posee un alto contenido en compuestos fenólicos y ácido ascórbico, es fuente de ß-caroteno, licopeno y vitamina E y la parte comestible tiene un bajo contenido en carbohidratos. Por todo esto puede considerarse un alimento con potencial para formular nuevos alimentos funcionales. El objetivo de este trabajo es caracterizar la estructura (microscopía óptica, microcoscopía láser confocal de barrido), algunas características físicas (textura, color, sólidos solubles, humedad) y la bioaccesibilidad de los compuestos bioactivos (carotenoides, compuestos fenólicos, capacidad antioxidante) de una compota formulada a partir de la pitaya amarilla., [EN] The yellow pitaya (Selenecereus megalanthus) is an exotic fruit with a yellow rind and white pulp with low calorie content. Properties are attributed to it at the immunological, anti-aging, stomach and intestinal levels, reduction of blood pressure and collagen formation thanks to the presence of vitamins, minerals and a high antioxidant capacity both in the pulp and the shell, as well as in the seed. Likewise, it has a high content of phenolic compounds and ascorbic acid, it is a source of ß-carotene, lycopene and vitamin E and the edible part has a low carbohydrate content. For all this, it can be considered a food with the potential to formulate new functional foods. The objective of this work is to characterize the structure (optical microscopy, confocal laser scanning microscopy), some physical characteristics (texture, color, soluble solids, humidity) and the bioaccessibility of bioactive compounds (carotenoids, phenolic compounds, antioxidant capacity) of a compote formulated from the yellow pitaya.

Agradecimentos: We are grateful for the financial support from the São Paulo Research Foundation (FAPESP) (grants 2017/26237-8, 2017/09214-4; 2013/07914-8 and 2018/23752-1). AZM thanks CNPq (grant 309182/2018-2). The authors would also like to acknowledge Martin D. A. Rodriguez for his contribution obtaining PPCN and the Institute of Biology of UNICAMP, in Campinas/Brazil, for the support in particle size measurements (FAPESP 2014/14457-5) Abstract: Considering that carotenoids are found acylated to fatty acids in most edible fruits, the influence of the ratio of free to acylated lutein on the hydrolysis extent and bioaccessibility was evaluated by in vitro digestion. For this purpose, for the first time, esterified, free, or a mixture of both carotenoid forms was used in the lipid phase of emulsions stabilized by sodium caseinate (NaCas) and native phosphocaseinate (PPCN). Marigold petals was used as a source of lutein-rich extracts. The emulsions were characterized and the extent of ester hydrolysis, carotenoid recovery, and bioaccessibility were evaluated by LC-DAD-MS/MS. Besides low polydispersity, NaCas and PPCN stabilized emulsions exhibited a constant mean droplet diameter of about 260 and 330 nm, respectively, after 7 days. Caseins were completely digested after the gastric digestion step. Moreover, casein supramolecular structure did not significantly affect carotenoid bioaccessibility. Lutein was majorly found in its free form in all bioaccessible fractions. The carotenoid bioaccessibility increased from 3% to 40% by increasing the percentage of free carotenoids from 0.5 to 100% in the emulsions; but the carotenoid recovery and hydrolysis extent of lutein esters were not affected. In conclusion, emulsion-based systems for carotenoid delivery stabilized either by NaCas or PPCN provided similar carotenoid bioaccessibility. Furthermore, bioaccessibility was inversely dependent on the overall hydrophobicity of the carotenoid extract. Our results suggest that the low bioaccessibility of esterified carotenoids was a consequence of their limited hydrolysis extent. This study provides information that may help design emulsion-based systems stabilized by food protein as a vehicle for carotenoids FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Fechado