Publication
Dietary intake and tailored fermentation towards the development of functional cereal fibre-rich food products : bridge between Africa and Europe
| datacite.subject.fos | Ciências Agrárias::Biotecnologia Agrária e Alimentar | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Pinto, Elisabete Cristina Bastos | |
| dc.contributor.advisor | Gomes, Ana Maria Pereira | |
| dc.contributor.author | Vila Real, Catarina Pereira de Melo | |
| dc.date.accessioned | 2022-01-10T19:42:24Z | |
| dc.date.available | 2023-01-10T01:30:31Z | |
| dc.date.issued | 2021-07-26 | |
| dc.date.submitted | 2021-05 | |
| dc.description.abstract | Diets rich in high-sugar and -fat foods and poor in vegetable food products have been leading to the promotion or worsening of non-communicable diseases, whereas the consumption of vegetable products, namely whole grains, has been associated with beneficial effects on consumers’ health, with high fibre content being one of the main factors involved. In addition to the undeniable importance that the assessment of the dietary intake has in the design of strategies for the promotion of more balanced eating habits, the food industry is also a key player in this context. The development of food products with beneficial health properties is the first step for an effective consumption. Therefore, it is necessary to invest research efforts towards the development of innovative, functional food products, with a high-quality nutritional profile and tailored to consumers’ needs. In this sense, this Ph.D. thesis responds to these two research areas in the fields of food science and nutrition, proposing a two-fold strategy based on the following objectives: to study the dietary intake of adult urban Kenyans, and further comparison with Portuguese data; and, to develop and characterize an innovative fermented gluten-free whole grain-based product, with functional properties and an improved nutritional profile, expecting a positive impact on the nutritional deficits of the populations under study. Regarding the first objective outlined within this research work, a semi-quantitative food frequency questionnaire (FFQ) was firstly designed and developed, towards its further application in the target population. Once developed, this FFQ was validated (against three non-consecutive twenty-four hours recalls) and studied for its reproducibility (test-retest method). The developed FFQ presented higher nutrient intakes compared to the multiple recalls (median for total energy: 2998 kcal vs. 2032 kcal), thus showing moderate agreement between the classification of intake quartiles; nevertheless, it was shown to be a valid and reproducible (total energy median: 2978 kcal vs. 2506 kcal) tool for ranking Kenyan urban adults according to their dietary intake. This validated FFQ was then used for the study of the dietary intake of a wider heterogeneous and representative sample of urban adult Kenyans. Macronutrients’ intake ranges were within the WHO/FAO dietary guidelines. Cereals and grain products (34.0 %), sugar, syrups, sweets, and snacks (9.8 %), fruits (9.7 %), and meat and eggs (8.8 %) were the major contributors to total energy. Individual characteristics such as gender, age and level of education seemed to have implications on the choice of food groups. When compared to the Portuguese diet, the Kenyan diet was similar in terms of contributors to energy, but with some differences regarding food sources. Responding to the second objective, several bacterial strains (indigenous exopolysaccharides (EPS)-producing strains and commercial probiotics), in plain and combined cultures, were studied for fermentation of three different whole grain African flours, Sorghum, Pearl millet and Finger millet, expecting the selection of a bacterial consortium which would reveal fermentative capacity and after all show a positive impact on the physicochemical, nutritional, sensorial, biological profiles, and also on the human gut microbiota of the product under study. The selected bacterial consortium included the Lactiplantibacillus plantarum 299v probiotic strain and the EPS-producing Weissella confusa 2LABPT05 indigenous strain, inoculated in a 1:1 ratio (v/v), in finger millet suspended in an aqueous sucrose-based solution at 10 %, fermented at 30 ºC, 200 rpm, for 8 h. The final product obtained, hereinafter referred to as fermented yoghurt-like beverage (YLB), was shown to promote a significant growth of both strains (>108 colony-forming unit (CFU)/mL), and to have higher viscosity (35 vs. 12 mPa.s), significant EPS content (16 % vs. 0.3 %) contributing to matrix texturization and essential and non-essential amino acids (threonine, arginine, GABA, and glutamine), increased protein digestibility (64 % vs. 25 %) and high fibre content (4 g/100 g) comparatively to the native cereal prior fermentation. It was organoleptically acceptable, both per si and combined with a dairy matrix, an unsweetened plain yogurt. In terms of biological activity, antidiabetic activity (21 % vs. 14 %) and total phenolics (244 vs. 181 mg of gallic acid equivalents (GAE)/kg YLB) increased with fermentation. The digested fermented YLB contributed to the increase, during the first 6 h of feacal fermentation, of the Bifidobacterium’s number of copies of the 16S rRNA gene, which results were supported by the acidification, concomitant with an expressive metabolic activity reflected in the significant production of lactic acid and the acetic, propionic and butyric short chain fatty acids. In conclusion, this research work has created useful nutritional epidemiology tools that can be applied in future studies carried out in Kenya. In addition, it has increased food alternatives in the area of fermented probiotic products, specifically with the development of a novel synbiotic functional fermented African gluten-free cereal-based product. Thus, the work developed in this thesis brought increased scientific knowledge and pioneering novelty in several areas of research. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Uma alimentação rica em produtos açucarados e processados e pobre em alimentos de origem vegetal, tem-se demonstrado potenciadora do aparecimento e progressão de doenças não transmissíveis, enquanto que o consumo de produtos de origem vegetal, nomeadamente cereais integrais, tem-se revelado promissor na saúde do consumidor, sendo o alto teor em fibra um dos principais responsáveis por estes benefícios. Além da importância inegável que a avaliação da ingestão alimentar e nutricional tem no delineamento de estratégias para a promoção de hábitos alimentares mais equilibrados e estilos de vida saudáveis, a indústria alimentar é também um interveniente fundamental neste contexto. O desenvolvimento de produtos alimentares com propriedades benéficas à saúde é o primeiro passo para o seu consumo efetivo. Assim, é necessário investir esforços para o desenvolvimento de produtos diferenciadores, funcionais, com perfil nutricional de qualidade customizados às necessidades dos consumidores. Neste sentido, esta tese de doutoramento vem dar resposta a estes dois eixos de investigação nas áreas das ciências da nutrição e alimentação, tendo especificamente os seguintes objetivos: estudar a ingestão alimentar e nutricional da população adulta residente em zonas urbanas do Quénia, e sua comparação com a realidade Portuguesa; e, desenvolver e caracterizar um produto alimentar inovador, fermentado, à base de cereais integrais Africanos isentos de glúten, com propriedades funcionais e perfil nutricional melhorado, que possa dar resposta a défices nutricionais das populações em estudo. Para responder ao primeiro objectivo delineado neste trabalho de investigação, foi desenvolvido um questionário de frequência alimentar (QFA) semi-quantitativo para ser aplicado na população em estudo, o qual foi posteriormente validado (método comparativo: diários alimentares) e estudado em termos de reprodutibilidade (aplicação do QFA em dois momentos distintos). O QFA desenvolvido resultou numa ingestão nutricional mais elevada quando comparada com os diários alimentares (mediana para a energia total: 2998 kcal vs. 2032 kcal), mostrando concordância moderada na classificação em quartis de ingestão; não obstante, o QFA revelou-se uma ferramenta válida e reprodutível (mediana para a energia total nas duas aplicações: 2978 kcal vs. 2506 kcal) para classificar os adultos urbanos Quenianos de acordo com sua ingestão alimentar. O QFA validado foi usado para estudar a ingestão alimentar e nutricional de uma amostra mais abrangente de adultos, residentes em zonas urbanas de Nairobi. A gama de ingestão dos macronutrientes revelou-se de acordo com as directrizes alimentares da OMS/FAO. Em termos de contributos alimentares, cereais e derivados (34,0 %), snacks açucarados e salgados (9,8 %), fruta (9,7 %) e carnes e ovos (8,8 %), foram os grupos alimentares que mais contribuíram para a energia total. Características individuais como sexo, idade e nível de escolaridade revelaram influência na escolha dos grupos alimentares. Quando comparada com a dieta Portuguesa, a dieta Queniana revelou-se semelhante em termos de contribuidores para a energia, mas com algumas diferenças em termos de fontes alimentares. Para responder ao segundo objectivo, foram estudadas várias estirpes bacterianas (indígenas produtoras de exopolissacarídeos (EPS) e probióticos comerciais) em cultura simples ou combinada, na fermentação de três cereais integrais, Sorgo, Pearl millet e Finger millet, na expectativa de encontrar um consórcio bacteriano que revelasse capacidade fermentativa e, posteriormente, impacto positivo no perfil físico-químico, nutricional, sensorial e biológico, e com potencial na modulação da microbiota intestinal humana. O consórcio bacteriano selecionado incluiu o probiótico comercial Lactiplantibacillus plantarum 299v e a bactéria indígena produtora de EPS Weissella confusa 2LABPT05, inoculados na razão 1:1 (v/v), numa suspensão de finger millet, em solução aquosa de sacarose a 10 %, cuja fermentação decorreu a 30 ºC, 200 rpm, durante 8 horas. O produto final obtido, doravante denominado de bebida fermentada tipo iogurte (yoghurt-like beverage em inglês - YLB), promoveu o crescimento significativo de ambas as bactérias (>108 unidades formadoras de colónias (UFC)/g produto fermentado), revelou maior viscosidade (35 vs. 12 mPa.s), maior teor em EPS (16 % vs. 0,3 %) contribuindo para a texturização da matriz e em alguns aminoácidos essenciais e não essenciais (treonina, arginina, GABA, e glutamina), maior digestibilidade da proteína (64 % vs. 25 %) e alto teor em fibra (4g/100g), comparativamente ao produto nativo antes da sua fermentação. Foi positivamente avaliado do ponto de vista sensorial, tanto per si, bem como quando incorporado numa matriz láctea, um iogurte natural não açucarado. Em termos de actividade biológica, a YLB demonstrou ter uma actividade antidiabética (21 % vs. 14 %) e nível de compostos fenólicos totais (244 vs. 181 mg equivalentes ao ácido gálico (EAG)/kg YLB) aumentados com a fermentação. A YLB submetida a simulação de digestão no tracto gastrointestinal contribuiu para o aumento, nas primeiras seis horas de fermentação fecal, do número de cópias do gene 16S rRNA do grupo bacteriano Bifidobacterium, com produção concomitante significativa de ácido láctico e dos ácidos gordos de cadeia curta acetato, butirato e propionato. Este trabalho de investigação permitiu, por um lado criar ferramentas de epidemiologia nutricional úteis, passíveis de serem aplicadas em estudos posteriores levados a cabo no Quénia. Por outro lado, veio aumentar as alternativas alimentares na área das formulações fermentadas probióticas, concretamente com o desenvolvimento de um produto inovador simbiótico e fermentado à base de cereais integrais isentos de glúten. Assim, o trabalho desenvolvido nesta tese veio aumentar o conhecimento científico e trazer inovação pioneira em várias áreas de investigação. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 101501285 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/36406 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Food frequency questionnaire | pt_PT |
| dc.subject | Dietary intake | pt_PT |
| dc.subject | Africa | pt_PT |
| dc.subject | Whole grains | pt_PT |
| dc.subject | Sorghum | pt_PT |
| dc.subject | Millets | pt_PT |
| dc.subject | Fermentation | pt_PT |
| dc.subject | Probiotics | pt_PT |
| dc.subject | Gut microbiota modulation | pt_PT |
| dc.subject | Exopolysaccharides | pt_PT |
| dc.subject | Biological properties | pt_PT |
| dc.subject | Functional food | pt_PT |
| dc.subject | Questionário de frequência alimentar | pt_PT |
| dc.subject | Ingestão alimentar | pt_PT |
| dc.subject | África | pt_PT |
| dc.subject | Cereais integrais | pt_PT |
| dc.subject | Millet | pt_PT |
| dc.subject | Sorgo | pt_PT |
| dc.subject | Fermentação | pt_PT |
| dc.subject | Probióticos | pt_PT |
| dc.subject | Modulação microbiota intestinal | pt_PT |
| dc.subject | Exopolissacarídeos | pt_PT |
| dc.subject | Propriedades biológicas | pt_PT |
| dc.subject | Alimento funcional | pt_PT |
| dc.title | Dietary intake and tailored fermentation towards the development of functional cereal fibre-rich food products : bridge between Africa and Europe | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Biotecnologia | pt_PT |
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