| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 5.62 MB | Adobe PDF |
Abstract(s)
The number of people afflicted by excess weight has been growing each year thus making obesity a worldwide public health problem. Furthermore, conventional treatment regiments (surgery or drug based) are of difficult access to the public and their results more often than note fall short of the desired effects. Thus, alteration of eating behaviours has become the main recommendation for obesity management as it is easier to implement, easier to access and has a wider reach for a larger number of citizens. Nowadays, one of the main dietary drawbacks is the high saturated fat content of some foodstuffs which creates various health problems. However, there are also some health benefits related with fat ingestion, as polyunsaturated ones are responsible for reducing cholesterol and triglycerides levels in blood. Considering this dichotomy this thesis main goal was to understand if it was possible to develop bioactive lipids rich dairy products capable of modulating or exerting a positive effect upon obesity related metabolism. To that end, the work was divided in 4 distinct stages. In stage one, three different vegetable oils (pomegranate, coconut, and avocado) were selected due to the differences in their fatty acids profile and posteriorly their chemical composition and biological potential was characterized. The data obtained showed that of the three oils pomegranate was richer in conjugated fatty acids (73% of the total fatty acids), coconut richer in medium chain fatty acids (60% of the total fatty acids) and, the avocado oil was an excellent source of monounsaturated fatty acids (80% of the total fatty acids). From a biological perspective, all three oils significantly reduced adipocytes’ lipid accumulation in (79% for pomegranate, 76% for avocado and 49% for coconut oil, respectively) and were capable of modulating gut cells’ inflammatory response, reducing IL-6 pro-inflammatory cytokine’ secretion (33% pomegranate oil, 22% coconut oil and 11% avocado oil). The addition of vegetable oil into foods has several challenges with one of them being their susceptibility to oxidation. For this reason, the second step of the work consisted in the development of a carboxymethyl cellulose (hydrophilic component) based bigel in conjunction with either Tween 80 or Geleol to protect the oil during processing and the gastrointestinal tract passage. It was found that the solution developed allowed to reduce the degradation of the main fatty acids of each oil throughout the gastrointestinal tract. On stage three, vegetable oils were incorporated into dairy products. The first approach consisted in their incorporation into yogurts either in its free or bigel form. The data obtained showed that oils addition did not negatively affect the yogurts rheological characteristics, however, the addition of coconut oil bigel impairs the yogurts visual appearance. In terms of nutritional profile, the oil’s addition led to a significant increase (over 50%) in their essential fatty acids content. Following the simulated digestion of the yogurts the data obtained showed that the digested samples reduced lipidic accumulation in hepatocytes (8 to 17% for the non-induced model and 30 to 40% for the steatosis induced model) and in adipocytes (23 to 25%), with the best performer being for the avocado oil yogurt (13% and 25%, respectively). The incorporation in bigel was not a valid alternative for pomegranate oil, as during the digestive process it showed a high fatty acids loss (64%). Thus, a chitosan-based microparticle (2% w/v) solution for incorporation of the pomegranate oil in yogurts was developed. This approach allowed for an increase in the amount of conjugated fatty acids that reached the intestine and, consequently, increase the yogurts bioactive potential. This was reflected in the yogurts capacity to modulate adipocytes metabolism, as seen by the reduction of 77% in leptin secretion while simultaneously increasing by 50% adiponectin levels, and in the reduction of pro-inflammatory cytokines secretion (IL-6 and TNF-α by 50% and 12%, respectively) in colon cells. As dairy products are among the most relevant and consumed products worldwide, a second development avenue, in the form of fresh cheese, was explored. In this approach in addition to the oil’s incorporation the produced products were supplemented with probiotic microorganisms (Lactiplantibacillus plantarum 299v e Bifidobacterium animalis Bo), as these have been shown to possess an important anti-obesogenic role. The data obtained showed that the fresh cheese was a better matrix than yogurt, as it presented a higher oil retention percentage and consequently a higher nutritional potential, due to the higher fatty acid content. Additionally, fresh cheeses showed a better bioactive potential than yogurts, particularly due to their higher capacity to reduce leptin secretion (87% for cheese vs 80% for yogurts). The fourth and final stage consisted in using the dairy product prototype (avocado oil bigel fresh cheese), which showed the highest bioactive potential, and perform in-depth studies using more complex cellular models. To do so, the amount of fatty acids (oleic and palmitic) capable of permeating through a simulated intestinal barrier (Caco-2/HT29-MTX co-culture) was evaluated and the permeated fatty acids’ modulation of adipocytes metabolism and macrophages inflammatory response was studied. The data showed that permeated fatty acids reduced leptin (8.7%) and the pro-inflammatory cytokines MPC-1 (96%) and IL-1β (78%) in adipocytes. Similarly, for macrophages a significant reduction of inflammatory response modulation was observed (60% in IL-6 secretion). In general, all prototypes developed could reduce lipidic accumulation in both hepatocytes and adipocytes, with the different fatty acids’ profiles leading to distinct modulation of adipokines secretion. Pomegranate yogurts showed an elevated capacity to reduce leptin secretion when in comparison with the coconut and avocado ones. However, this did not reflect itself in the adiponectin secretion as the increase registered was similar for the three oils. Similarly, to the adipocyte’s metabolism modulation the samples impact upon the macrophages inflammatory response also appeared to be lipidic profile dependent, with only the pomegranate oil yogurts being capable of reducing TNF-α secretion in LPS stimulated macrophages. On the other hand, all yogurts were capable of reducing IL-6 secretion. Considering the results obtained, the produced bioactive lipids functionalized dairy products showed promising anti-obesity results and potential to be used as viable food alternatives in obesity management and prevention.
A obesidade é um problema mundial de saúde publica cuja prevalência aumenta anualmente. O tratamento convencional da obesidade (medicamentoso ou via cirurgia) nem sempre tem o efeito desejado e muitas vezes é de difícil acesso à população mais vulnerável. Assim, mudanças nos hábitos alimentares são a principal recomendação e a solução de mais fácil acesso para um maior número de cidadãos. Atualmente, sabe-se que uma dieta rica em gorduras saturadas acarreta inúmeros problemas para a saúde. Por outro lado, uma ingestão diária de gorduras polinsaturadas pode trazer vários benefícios para a saúde, incluindo a redução dos níveis de colesterol e de triglicéridos. Tendo esta dicotomia em consideração esta tese teve como principal objetivo o desenvolvimento de produtos lácteos ricos em lípidos bioativos que possam ter um efeito positivo na prevenção ou modulação da obesidade, estando o trabalho dividido em quatro etapas distintas. Na primeira etapa três óleos vegetais (romã, coco e abacate) foram selecionados devido aos seus diferentes perfis em ácidos gordos e caracterizados em relação à sua composição química e potencial biológico. O óleo de romã mostrou ser rico em ácidos gordos conjugados (73% do total de ácidos gordos), o óleo de coco em ácidos gordos de cadeia média (60% do total de ácidos gordos) e o óleo de abacate provou ser uma excelente fonte de ácidos gordos monoinsaturados (80% do total de ácidos gordos). Os três óleos vegetais mostraram potencial para reduzir a acumulação lipídica em adipócitos (79% óleo de romã; 76% óleo de abacate; 49% óleo de coco) e para modelar a resposta inflamatória em células intestinais, nomeadamente reduzindo a secreção da citoquina pro-inflamatória IL-6 (33% óleo de romã; 22% óleo de coco; 11% óleo de abacate). Considerando a alta suscetibilidade dos óleos vegetais à oxidação, a segunda etapa do trabalho consistiu no desenvolvimento de um bigel, contendo carboximetilcelulose (componente hidrofílica) e uma mistura entre Tween 80 e Geleol, com o objetivo de proteger o óleo vegetal durante a incorporação nas matrizes lácteas e durante a digestão. Verificou-se que a solução desenvolvida levou a uma menor degradação e a uma boa libertação dos principais ácidos gordos de cada óleo vegetal ao longo do trato gastrointestinal, sendo assim utilizada nos ensaios posteriores. Numa terceira fase, foram elaborados iogurtes fortificados com cada um dos óleos vegetais, quer na sua forma livre quer sob a forma de bigel. Do ponto de vista reológico verificou-se que a adição dos óleos vegetais não afetou negativamente as características físicas dos iogurtes. No entanto, a adição de bigel de óleo de coco teve um impacto negativo no aspeto visual dos iogurtes. Do ponto de vista nutricional, verificou-se um incremento (mais de 50%) no teor de ácidos gordos essenciais. Após a simulação do processo digestivo, o produto da digestão mostrou ter capacidade de reduzir a acumulação de lípidos quer em hepatócitos (entre 8 e 17% sem indução de esteatose e entre 30 e 40% com indução) quer em adipócitos (entre 23% e 25%), com os iogurtes com óleo de abacate a obterem os melhores resultados (13% e 25%, respetivamente). No entanto, a estratégia do bigel mostrou que não era a melhor opção para o óleo de romã, devido à elevada perda (64%) de ácidos gordos durante a digestão. Por esse motivo, foi elaborada uma alternativa centrada na produção de iogurtes com óleo de romã encapsulado em micropartículas de quitosana (2% m/v). Esta abordagem conseguiu aumentar a quantidade de ácidos gordos conjugados que chegam ao intestino, e consequentemente aumentar o seu potencial bioativo. Os iogurtes produzidos mostraram também potencial para modelar a secreção de adipocitocinas, reduzindo em 77% a secreção de leptina, mas aumentando em 50% a de adiponectina. Além disso, foram também capazes de reduzir a secreção de citoquinas pro-inflamatórias (IL-6 e TNF-α em 50% e 12%, respetivamente) em células do colon. Dada a importância e o elevado consumo mundial de produtos lácteos, foram também produzidos queijos frescos. Neste caso, para além da suplementação com os óleos vegetais, foram incorporadas estirpes probióticas (Lactiplantibacillus plantarum 299v e Bifidobacterium animalis Bo) devido ao seu papel anti-obesogénico. O queijo fresco apresentou, uma maior capacidade de retenção dos óleos vegetais, em comparação com a matriz de iogurte, o que lhe conferiu um valor nutricional mais elevado, particularmente pelo aumento do teor em ácidos gordos essenciais. Para além disso, os queijos produzidos mostraram maior potencial bioativo, particularmente devido á sua capacidade superior para reduzir a secreção de leptina, quando comparados aos iogurtes (87% versus 80%, respetivamente). Por último, foi selecionado o melhor protótipo (queijo fresco com bigel de óleo de abacate), com base no seu potencial bioativo, e efetuado um estudo detalhado em modelos celulares complexos. Primeiramente, foi avaliada a quantidade de ácidos gordos (oleico e palmítico) que é capaz de passar uma simulação de barreira intestinal (co-cultura de Caco-2/HT29-MTX). Numa segunda fase, foi avaliada a capacidade dos ácidos gordos que atravessaram a membrana intestinal simulada de modelar o metabolismo de adipócitos e a resposta inflamatória em macrófagos. Verificámos que para além da redução da leptina (8.7%), estes ácidos gordos foram capazes de reduzir a secreção de citocinas pro-inflamatórias, particularmente MCP-1 (96%) e IL-1β (78%) nos adipócitos. Verificou-se também, uma redução significativa na secreção de IL-6 (60 %) em macrófagos. Todos os protótipos desenvolvidos foram capazes de reduzir a acumulação de lípidos em hepatócitos e adipócitos. Além disso, devido às diferenças no perfil de ácidos gordos dos óleos vegetais estudados, o impacto na secreção de adipocitocinas foi diferente. Com os iogurtes com óleo de romã a mostrarem uma maior capacidade de reduzir a secreção de leptina em comparação com os de óleo de coco e abacate. No entanto, o efeito positivo na secreção de adiponectina foi semelhante para os três óleos vegetais. Em todos os protótipos (iogurtes e queijo), os óleos encapsulados mostraram um melhor desempenho do que os óleos na forma livre. A capacidade imunomoduladora também parece estar dependente do perfil lipídico; verificou-se que apenas os iogurtes com óleo de romã mostraram capacidade de reduzir a secreção de TNF-α em macrófagos estimulados com LPS. Em relação à secreção de IL-6, todos os iogurtes mostraram capacidade para reduzir a secreção desta citocina. Com base nos resultados obtidos, os produtos lácteos funcionalizados mostraram resultados promissores como alternativa alimentar viável na prevenção e controlo da obesidade.
A obesidade é um problema mundial de saúde publica cuja prevalência aumenta anualmente. O tratamento convencional da obesidade (medicamentoso ou via cirurgia) nem sempre tem o efeito desejado e muitas vezes é de difícil acesso à população mais vulnerável. Assim, mudanças nos hábitos alimentares são a principal recomendação e a solução de mais fácil acesso para um maior número de cidadãos. Atualmente, sabe-se que uma dieta rica em gorduras saturadas acarreta inúmeros problemas para a saúde. Por outro lado, uma ingestão diária de gorduras polinsaturadas pode trazer vários benefícios para a saúde, incluindo a redução dos níveis de colesterol e de triglicéridos. Tendo esta dicotomia em consideração esta tese teve como principal objetivo o desenvolvimento de produtos lácteos ricos em lípidos bioativos que possam ter um efeito positivo na prevenção ou modulação da obesidade, estando o trabalho dividido em quatro etapas distintas. Na primeira etapa três óleos vegetais (romã, coco e abacate) foram selecionados devido aos seus diferentes perfis em ácidos gordos e caracterizados em relação à sua composição química e potencial biológico. O óleo de romã mostrou ser rico em ácidos gordos conjugados (73% do total de ácidos gordos), o óleo de coco em ácidos gordos de cadeia média (60% do total de ácidos gordos) e o óleo de abacate provou ser uma excelente fonte de ácidos gordos monoinsaturados (80% do total de ácidos gordos). Os três óleos vegetais mostraram potencial para reduzir a acumulação lipídica em adipócitos (79% óleo de romã; 76% óleo de abacate; 49% óleo de coco) e para modelar a resposta inflamatória em células intestinais, nomeadamente reduzindo a secreção da citoquina pro-inflamatória IL-6 (33% óleo de romã; 22% óleo de coco; 11% óleo de abacate). Considerando a alta suscetibilidade dos óleos vegetais à oxidação, a segunda etapa do trabalho consistiu no desenvolvimento de um bigel, contendo carboximetilcelulose (componente hidrofílica) e uma mistura entre Tween 80 e Geleol, com o objetivo de proteger o óleo vegetal durante a incorporação nas matrizes lácteas e durante a digestão. Verificou-se que a solução desenvolvida levou a uma menor degradação e a uma boa libertação dos principais ácidos gordos de cada óleo vegetal ao longo do trato gastrointestinal, sendo assim utilizada nos ensaios posteriores. Numa terceira fase, foram elaborados iogurtes fortificados com cada um dos óleos vegetais, quer na sua forma livre quer sob a forma de bigel. Do ponto de vista reológico verificou-se que a adição dos óleos vegetais não afetou negativamente as características físicas dos iogurtes. No entanto, a adição de bigel de óleo de coco teve um impacto negativo no aspeto visual dos iogurtes. Do ponto de vista nutricional, verificou-se um incremento (mais de 50%) no teor de ácidos gordos essenciais. Após a simulação do processo digestivo, o produto da digestão mostrou ter capacidade de reduzir a acumulação de lípidos quer em hepatócitos (entre 8 e 17% sem indução de esteatose e entre 30 e 40% com indução) quer em adipócitos (entre 23% e 25%), com os iogurtes com óleo de abacate a obterem os melhores resultados (13% e 25%, respetivamente). No entanto, a estratégia do bigel mostrou que não era a melhor opção para o óleo de romã, devido à elevada perda (64%) de ácidos gordos durante a digestão. Por esse motivo, foi elaborada uma alternativa centrada na produção de iogurtes com óleo de romã encapsulado em micropartículas de quitosana (2% m/v). Esta abordagem conseguiu aumentar a quantidade de ácidos gordos conjugados que chegam ao intestino, e consequentemente aumentar o seu potencial bioativo. Os iogurtes produzidos mostraram também potencial para modelar a secreção de adipocitocinas, reduzindo em 77% a secreção de leptina, mas aumentando em 50% a de adiponectina. Além disso, foram também capazes de reduzir a secreção de citoquinas pro-inflamatórias (IL-6 e TNF-α em 50% e 12%, respetivamente) em células do colon. Dada a importância e o elevado consumo mundial de produtos lácteos, foram também produzidos queijos frescos. Neste caso, para além da suplementação com os óleos vegetais, foram incorporadas estirpes probióticas (Lactiplantibacillus plantarum 299v e Bifidobacterium animalis Bo) devido ao seu papel anti-obesogénico. O queijo fresco apresentou, uma maior capacidade de retenção dos óleos vegetais, em comparação com a matriz de iogurte, o que lhe conferiu um valor nutricional mais elevado, particularmente pelo aumento do teor em ácidos gordos essenciais. Para além disso, os queijos produzidos mostraram maior potencial bioativo, particularmente devido á sua capacidade superior para reduzir a secreção de leptina, quando comparados aos iogurtes (87% versus 80%, respetivamente). Por último, foi selecionado o melhor protótipo (queijo fresco com bigel de óleo de abacate), com base no seu potencial bioativo, e efetuado um estudo detalhado em modelos celulares complexos. Primeiramente, foi avaliada a quantidade de ácidos gordos (oleico e palmítico) que é capaz de passar uma simulação de barreira intestinal (co-cultura de Caco-2/HT29-MTX). Numa segunda fase, foi avaliada a capacidade dos ácidos gordos que atravessaram a membrana intestinal simulada de modelar o metabolismo de adipócitos e a resposta inflamatória em macrófagos. Verificámos que para além da redução da leptina (8.7%), estes ácidos gordos foram capazes de reduzir a secreção de citocinas pro-inflamatórias, particularmente MCP-1 (96%) e IL-1β (78%) nos adipócitos. Verificou-se também, uma redução significativa na secreção de IL-6 (60 %) em macrófagos. Todos os protótipos desenvolvidos foram capazes de reduzir a acumulação de lípidos em hepatócitos e adipócitos. Além disso, devido às diferenças no perfil de ácidos gordos dos óleos vegetais estudados, o impacto na secreção de adipocitocinas foi diferente. Com os iogurtes com óleo de romã a mostrarem uma maior capacidade de reduzir a secreção de leptina em comparação com os de óleo de coco e abacate. No entanto, o efeito positivo na secreção de adiponectina foi semelhante para os três óleos vegetais. Em todos os protótipos (iogurtes e queijo), os óleos encapsulados mostraram um melhor desempenho do que os óleos na forma livre. A capacidade imunomoduladora também parece estar dependente do perfil lipídico; verificou-se que apenas os iogurtes com óleo de romã mostraram capacidade de reduzir a secreção de TNF-α em macrófagos estimulados com LPS. Em relação à secreção de IL-6, todos os iogurtes mostraram capacidade para reduzir a secreção desta citocina. Com base nos resultados obtidos, os produtos lácteos funcionalizados mostraram resultados promissores como alternativa alimentar viável na prevenção e controlo da obesidade.
Description
Keywords
Obesity Fatty acids Functional foods Lipidic metabolism Immunomodulatory capacity Dairy products Obesidade Ácidos gordos Alimentos funcionais Metabolismo lipídico Capacidade imunomoduladora Productos lácteos