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Okara (by-produt of soya beverage) : potential application in food and aquafeed
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Pintado, Maria Manuela Estevez | |
| dc.contributor.advisor | Valente, Luísa Maria Pinheiro | |
| dc.contributor.author | Voss, Glenise Bierhalz | |
| dc.date.accessioned | 2019-05-27T14:17:48Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.date.submitted | 2018 | |
| dc.description.abstract | A soja é uma das oleaginosas mais consumidas no mundo. Entre os principais subprodutos da transformação industrial da soja destaca-se o okara. Este subproduto, resultante da produção de bebidas de soja, representa ainda um problema ambiental devido às altas quantidades produzidas. Adicionalmente, o seu elevado teor de humidade (~ 80%) dificulta sua conservação e, consequentemente, a sua posterior utilização. No entanto, apesar da sua perecibilidade, o okara possui uma composição nutricional rica em proteínas, lípidos e fibras bem como elevados teores de compostos com potencial bioativo como as isoflavonas. Neste contexto, o principal objetivo deste programa de doutoramento foi encontrar alternativas para aumentar a estabilidade do okara, através de processos térmicos ou biotecnológicos (nomeadamente hidrólise enzimática e fermentação com bactérias probióticas), por forma a melhorar as propriedades biológicas do okara tendo em vista a sua utilização na alimentação humana bem como na animal, mais especificamente na aquacultura. A primeira parte do trabalho incidiu no estudo do impacto de diferentes temperaturas na secagem do okara (80 ºC/5 h e 200 ºC/1 h). De um ponto de vista microbiológico, em ambas as amostras foi verificada uma redução na contaminação microbiana no tempo inicial. Adicionalmente, no okara seco a 200 ºC foi observada uma redução da atividade dos inibidores de tripsina, no entanto, esta amostra também apresentou uma maior oxidação lipídica durante o armazenamento. De seguida, estudou-se a influência de um processo de autoclavagem (1 atm, 121 ºC por 15 min) prévio à secagem a 65 ºC (AOK) em comparação com o okara seco não autoclavado (NAOK), tendo-se observado que o processo de autoclavagem, além de reduzir a atividade dos inibidores de tripsina (0.86 mg TUI/ mg de amostra seca), manteve as características da farinha de okara durante o armazenamento. Na segunda parte do trabalho foram estudadas diferentes condições (tempo e concentração de enzima) na hidrólise enzimática das farinhas de okara (NAOK e AOK) utilizando duas enzimas, Alcalase (AL) e protéases de Cynara cardunculus (CY). Os resultados mostraram que o processo térmico facilitou o ataque enzimático resultando numa elevada atividade anti-hipertensiva para ambos os hidrolisados (9.97 e 54.30 μg de proteína/mL, AL e CY, respetivamente) bem como antioxidante, em particular para a AL. Este estudo também permitiu a identificação de novas sequências peptídicas para ambas as enzimas. Com base nos resultados anteriores, nomeadamente a atividade anti-hipertensiva, iniciou-se a terceira componente deste iv trabalho, i.e. o desenvolvimento de bebidas fermentadas utilizando okara fresco previamente hidrolisado com CY. Para elaborar as bases da bebida, aos hidrolisados de okara foi adicionada frutose (6% m/v) e frutoligossacarídeos (FOS) (2% m/v), sendo a mistura resultante fermentada utilizando duas bactérias probióticas Bifidobacterium animalis Bb-12 e Lactobacillus rhamnosus R11, individualmente e em mistura. As bebidas fermentadas de okara foram analisadas ao longo de 28 dias de armazenamento com os níveis de células viáveis mantendo-se estáveis durante esse período. Adicionalmente, quando as bebidas de okara foram submetidas ao sistema gastrointestinal (in vitro), verificou-se um aumento das atividades antioxidante e anti-hipertensivas (IC50), o que se poderá traduzir numa maior bioacessibilidade. No entanto, sensorialmente as bebidas fermentadas não foram bem aceites pelos participantes, que indicaram uma acidez elevada e doçura insuficiente. A última parte deste trabalho consistiu na incorporação das farinhas, previamente descritas, em dietas para uma espécie de peixe herbívora, a Tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus). Começou por se avaliar in vivo a digestibilidade de seis farinhas: NAOK, AOK, okara hidrolisado com AL e autoclavado (ALOK), okara hidrolisado com CY e autoclavado (CYOK), CYOK fermentado com L. rhamnosus R11 (CYR11OK) e CYOK fermentado com B. animalis Bb-12 (CYB12OK). Seguidamente, as farinhas de okara que apresentaram digestibilidades mais elevadas (AOK e CYOK) foram incorporadas em dietas para Tilápia do Nilo (a 10 e 20%) à custa de ingredientes vegetais (farinhas de soja, milho e trigo) de forma a avaliar o seu impacto no crescimento e utilização de nutrientes ao longo de um ensaio de crescimento de 10 semanas. De um modo geral, os resultados mostraram que a incorporação das farinhas de okara selecionadas (até 20%) não alteram significativamente a performance de crescimento nem a utilização de nutrientes da Tilápia do Nilo. Considerando todos os resultados obtidos, é possível concluir que, com um tratamento térmico adequado é possível melhorar a qualidade nutricional do okara e mantê-lo estável durante o armazenamento. Adicionalmente, a hidrólise enzimática e a fermentação podem contribuir para melhorar as características nutricionais e funcionais da okara, quando se consideram aplicações na nutrição humana. Relativamente ao uso de okara na aquacultura, este pode ser incorporado até 20% em dietas para a Tilápia do Nilo, substituindo outros ingredientes de origem vegetal e diminuindo os custos de produção, sem que se verifique qualquer efeito adverso no crescimento dos peixes nem na sua composição corporal. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Soybean is one of the most consumed oilseeds in the world. Among the main industrial by-products resulting from soya processing, okara can be highlighted. This by-product, resulting from the production of soy beverages, is still an environmental problem due to the high quantities produced. In addition, its high moisture content (~ 80%) makes it difficult to preserve and, consequently, its subsequent use However, despite its high instability, okara has an interesting nutritional composition (it is rich in fiber, protein and lipids) as well as significant levels of antioxidant compounds, mainly isoflavones. In this context, the general objective of this PhD programme was to increase the stability of okara (through thermal and/or biotechnological processes such as enzymatic hydrolysis and fermentation with probiotic bacteria) and improve its biological properties towards the development of new food and aquafeed solutions. Firstly, the impact of different drying temperatures (80 ºC/5 h (D80) and 200 ºC/1 h (D200)) was studied, with all samples showing a reduction of microbial contamination afterwards. D200 exhibited a reduction of trypsin inhibitors’ activity, however it also showed a stronger increase in lipid oxidation than D80 during storage. Afterwards, the influence of autoclaving (1 atm, 121 ºC and 15 min) was evaluated with the autoclaved okara flours (AOK) exhibiting reduced trypsin inhibitors’ activity (0.86 mg TUI/ mg dry sample) and maintaining their characteristics during the storage better than the non-autoclaved flours (NAOK). The second part of the hereby proposed work focused on the study of different hydrolysis conditions (time and enzyme concentration) upon the okara flours (NAOK and AOK) using two enzymes, alcalase (AL) and proteases from Cynara cardunculus (CY). The results showed that the thermal process facilitated enzymatic attack resulting in high antihypertensive activity for both hydrolysates (9.97 and 54.30 μg protein / mL, AL and CY respectively) as well as antioxidant, in particular for AL. This study also allowed the identification of new peptide sequences for both enzymes. Based on the previous results, namely the antihypertensive activity, the third stage focused on the development of fermented beverages using fresh okara previously hydrolyzed with CY. The hydrolysates, supplemented with fructose (6% w/v) and FOS (2% w/v), were fermented with two probiotic bacteria: Bifidobacterium animalis Bb-12, Lactobacillus rhamnosus R11 and a combination of the two. The resulting beverages were analyzed over 28 days of storage with the bacteria remaining viable during this vi period. Moreover, when subjected to a simulated gastrointestinal system, the antioxidant and antihypertensive activities (IC50) of the beverages increased, hinting at an improvement of the bioaccessibility of bioactive components. However, despite the interesting bioactivity results, sensory wise the fermented beverages were not so well accepted with the participants of the study remarking on the fermented beverages’ high acidity and low sweetness. The last part of this PhD program focused on the incorporation of the different okara flours, obtained using the different processes described above, in Nile Tilapia (Oreochromis niloticus) diets. Firstly, a digestibility trial was performed in vivo with six different okara flours: NAOK, AOK, okara hydrolyzed with AL and autoclaved (ALOK), okara hydrolyzed with CY and autoclaved (CYOK), CYOK fermented with L. rhamnosus R11 (CYR11OK) and CYOK fermented with B. animalis Bb-12 (CYB12OK). Afterwards, the ingredients with the highest apparent digestibility coefficients values (AOK and CYOK) were included in diets for Nile Tilapia (at 10 and 20%), at the expense of other vegetable sources (soybean, wheat and corn meals), in a 10 weeks growth trial. In general, results showed that the dietary inclusion of okara up to 20% did not significantly affect the growth performance or nutrient utilization of Nile tilapia. Overall, considering all the results obtained, it can be concluded that a correct heat treatment can result not only in an increase of the nutritional quality of okara but also improve the storage time of this by-product. In addition, the biotechnological processes studied (enzyme mediated hydrolysis and fermentation by probiotic microorganisms) may also contribute to the improvement of the nutritional and functional characteristics of okara when considering food applications for human consumption. Regarding the potential use of okara in aquaculture, the hereby described results hint that it can be successfully incorporated into aquafeed formulations for Nile Tilapia, replacing other, more expensive ingredients of plant origin, therefore reducing production costs without having any adverse effects on fish growth or whole body composition. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 101427875 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/27691 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.title | Okara (by-produt of soya beverage) : potential application in food and aquafeed | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | restrictedAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Biotecnologia | pt_PT |