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Thèse de Doctorat
DOI
Document
Auteur
Nom complet
Paulo Roberto de Araujo Berni
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2018
Directeur
Jury
Brazaca, Solange Guidolin Canniatti (Président)
Alencar, Severino Matias de
Rosso, Veridiana Vera de
Vicente, António Augusto Martins de Oliveira Soares
Titre en anglais
Food structure design to modulate bioaccessibility of carotenoids from brazilian native fruits after screening of eleven non-conventional tropical fruits
Mots-clés en anglais
Bioaccessibility
Bioavailability
Caco-2 cells
Carotene
Lycopene
Microemulsion
Native fruits
Product development
Resumé en anglais
Brazil is the country with the greatest biodiversity on the planet and a major producer of food. Tropical fruits, especially natives from Brazil, may contain considerable amounts of carotenoids that have antioxidant, anti-inflammatory, provitamin A and anticancer actions, such as β-carotene and lycopene. The food structure design concept aims to manipulate the food matrix for specific purposes, e.g. the preservation and manipulation of carotenoid bioaccessibility. The aim of this thesis was to explore tropical fruits, native and exotic from Brazil in the development of delivery systems for carotenoids. A screening step was carried out with 11 fruits, among which 2 were selected, the pitanga (Eugenia uniflora) and buriti (Mauritia flexuosa) fruits that were used for the production of microemulsions. At the screening were evaluated the proximate composition, fiber contents, carotenoid profiles and bioacessibilities. The nutritional value demonstrated that these fruits have high potential as raw-materials for healthy products due to their high fiber, minerals and carotenoid contents in addition to low energy value. Analysis by HPLC-DAD allowed the identification of 14 carotenoids in the 11 fruits studied for the screening. Results demonstrated the superiority of the bioaccessibility of xanthophylls (ranging 10 % - 52 %) in relation to carotenes, and the low bioaccessibility of lycopene from pitanga (1.1 %) and average bioaccessibility of β-carotene from buriti (26 %). Pitanga and buriti had their carotenoid profiles analyzed and monitored throughout an in vitro simulation of the digestion coupled with caco-2 cell cultures. Although xanthophylls are more bioaccessible, the intestinal ephitelium absorb preferentially the provitamin A carotenoids, such β-carotene and β-criptoxanthin. In order to produce these microemulsions, high-speed homogenization (HSH) and ultrasound (US) were studied in combination with the use of surfactants (Whey Protein Isolate and Tween 80), and addition of corn oil as carotenoid carrier. The experiments have shown that the interaction of US and HSH is capable to break cell walls and release carotenoids with higher efficiency. Optical and fluorescence microscopy, as well as carotenoid analysis demonstrated that it was possible to manipulate the food matrix structure releasing the carotenoids from the plant cells and encapsulating them inside the oil droplets, what increased their retention after processing. The microemulsion were affected by time of processing and by surfactant related to their rheology, final structure, stability of emulsion and carotenoid stability to processing. Finally, a dynamic gastrointestinal system was used to compare the behavior of carotenoids from whole fruit pulps and selected microemulsions (2% Tween 80, 5% corn oil, processed by HSH-US 4 min -4 min). The results demonstrated that it was possible to increase the stability to digestion and bioaccessibility of total carotenoids, lycopene and β-carotene from the microemulsions.
Titre en portugais
Desenho estrutural da matriz alimentar para modulação da bioacessibilidade de carotenoides de frutas nativas do Brasil após a triagem de onze frutas tropicas não-convencionais
Mots-clés en portugais
Bioacessibilidade
Biodisponibilidade
Caroteno
Células Caco-2
Frutas nativas
Licopeno
Microemulsão
Resumé en portugais
O Brasil é o país detentor da maior biodiversidade do planeta e um grande produtor de alimentos. Frutas tropicais, em especial as nativas brasileiras, podem conter quantidades consideráveis de carotenoides que possuem ação antioxidante, anti-inflamatória, provitamina A e anticâncer, como β-caroteno e licopeno. O desenho estrutural dos alimentos (food structure design), visa manipular a matriz alimentar com fins específicos, por exemplo, a preservação e manipulação da bioacessibilidade de carotenoides. Na presente tese buscou-se explorar frutas brasileiras não-convencionais no desenvolvimento de sistemas de entrega de carotenoides. Foi realizada uma etapa de triagem com 11 frutas, dentre as quais, 2 foram selecionadas, a pitanga (Eugenia uniflora) e o buriti (Mauritia flexuosa), e utilizadas na produção de microemulsões. Nesta triagem foram avaliadas a composição centesimal, o teor de fibras, o perfil de carotenoides e a bioacessibilidade destes carotenoides. O valor nutricional das frutas demonstrou seu potencial para utilização em produtos saudáveis, devido a seus teores eleveados de fibras, minerais e carotenoides além do baixo teor calórico. A análise por HPLC-DAD permitiu identificar até 14 carotenoides nas amostras das 11 frutas estudadas na triagem. O estudo da bioacessibilidade dos carotenoides das 11 frutas demonstrou principalmente a superioridade da bioacessibilidade de xantofilas (variando de 10 a 52 %) em relação aos carotenos, e portanto a baixa bioacessibilidade de licopeno da pitanga (1,1%) e média bioacessibilidade de β-caroteno do buriti (26%). Pitanga e buriti tiveram o perfil de carotenoides detalhadamente acompanhados através da simulação in vitro da digestão associada à absorção intestinal por culturas de células Caco-2. Neste estudo, observou-se que embora as xantofillas sejam mais bioacessíveis, o tecido epitelial do intestino absorve preferencialmente carotenoides provitaminicos A, como o β-caroteno e a β-criptoxantina. Para produzir as microemulsões foram estudados processamentos (homogeneização de alta-velocidade - HSH e ultrassom - US) em combinação com uso de surfactantes (Whey Protein Isolate e Tween 80) e adição de óleo de milho como carreador dos carotenoides. Os experimentos mostraram que a interação entre US e HSH é capaz de romper as paredes celulares e liberarem os carotenoides com maior eficiência. Ficou demonstrado através de microscopia ótica e de fluorescência, tanto quanto pela análise de carotenoides, que foi possível manipular estruturalmente a matriz alimentar liberando os carotenoides de dentro das células vegetais e encapsulando-os dentro das gotículas de óleo, além de aumentar sua retenção após o processamento. As microemulsões obtidas sofreram efeito do tempo de processamento e do surfactante em relação à reologia, estrutura final da matriz, estabilidade ao armazenamento e estabilidade dos carotenoides ao processo. Por fim, foi utilizado um sistema dinâmico de simulação da digestão gastrointestinal para comparar o comportamento dos carotenoides oriundos das polpas integrais das frutas e das microemulsões selecionadas (Tween 80 a 2%, óleo de milho a 5% e processado por HSH-US 4 min-4 min). Os resultados demonstraram que foi possível aumentar a estabilidade à digestão e a bioacessibilidade dos carotenoides totais, do licopeno e do β-caroteno.
 
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Date de Publication
2019-03-21
 
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