Development of biscuits enriched with phytosterols and fortified with iron and calcium using casein hydrolysates as carriers
- Autores: Ricardo Troncoso Recio
- Directores de la Tesis: Nelson Pérez Guerra (dir. tes.), Ana María Torrado Agrasar (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidade de Vigo ( España ) en 2018
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jorge Ruiz Carrascal (presid.), Concepción Pérez Lamela (secret.), Cristina Maria Ribeiro Rocha Soares Vicente (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Agroalimentaria por la Universidad de Vigo
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Investigo
- Resumen
- español
Título: Desarrollo de galletas enriquecidas con fitoesteroles y fortificadas con hierro y calcio vehiculados con hidrolizados de caseína.
Las deficiencias de hierro y calcio son un problema que afecta a gran parte de la población mundial. Teniendo en cuenta que los caseín fosfopéptidos (CPP) tienen la capacidad de quelar cationes y aumentar su solubilidad en condiciones intestinales, y considerando que las galletas son un producto ampliamente consumido y más atractivo que los suplementos farmacéuticos, el objetivo principal de la presente tesis fue desarrollar galletas fortificadas con hierro y calcio vehiculadas con hidrolizados de caseína que contienen CPP, para favorecer la disponibilidad de hierro y calcio en condiciones gastrointestinales. Además, se incorporaron fitoesteroles a las galletas debido a su efecto hipocolesterolémico.
Para ello, las formulaciones de galleta de tipo masa corta fueron preparadas con las siguientes combinaciones de ingredientes: hidrolizados de caseína con fitoesteroles, hidrolizados de caseína con bisglicinato ferroso, e hidrolizados de caseína con lactato cálcico, y se estudiaron distintos efectos derivados de dichas fortificaciones. Por una parte, se estudiaron las galletas fortificadas desde un punto de vista práctico, evaluando el efecto de los nuevos ingredientes en las propiedades sensoriales y tecnológicas de la galleta, la proporción hidrolizado a hierro o calcio que proporciona mayor solubilidad, el escalado de su producción y el estudio de la vida útil del producto. Además, se evaluó la bioaccesibilidad de hierro y calcio tras una digestión in vitro de las galletas fortificadas, así como aspectos más básicos relacionados con los cambios producidos por los hidrolizados de caseína en las propiedades reológicas de la masa de galleta, y la caracterización del complejo formado entre el calcio y los péptidos de los hidrolizados de caseína.
Los resultados mostraron que la producción de galletas de tipo masa corta fortificadas con fitoesteroles, como ingrediente con reconocido efecto hypocolesterolémico, e hidrolizados de caseína como agentes vehiculantes de hierro y calcio, manteniendo un nivel aceptable de calidad sensorial, es viable. La incorporación de hidrolizados de caseína produjo una mejora de la estabilidad oxidativa respecto a las galletas sin hidrolizados, y el efecto prooxidante esperado por parte del hierro no se detectó, pero las características organolépticas proporcionadas por los ingredientes de hierro y calcio, concretamente los sabores metálico y picante respectivamente, se intensificaron durante el almacenamiento.
Los experimentos de digestión in vitro con galletas formuladas con la proporción de hidrolizado de caseína a hierro óptima seleccionada mostró que el uso de hidrolizados de caseína con una fuente de hierro de alta disponibilidad como el bisglicinato ferroso no mejora la solubilidad de hierro en el tracto gastrointestinal, pero los hidrolizados de caseína sí mejoraron significativamente la solubilidad de hierro en condiciones intestinales cuando se combinaron con una fuente de hierro inorgánica de baja disponibilidad como el sulfato ferroso. En el caso de galletas formuladas con hidrolizados de caseína o caseína íntegra junto con lactato cálcico, el experimento de digestión in vitro mostró una solubilidad similar a las galletas sin hidrolizado o sin caseína. Si bien se obtuvo un mayor nivel de calcio en forma complejada o quelada.
El estudio reológico de los efectos de los hidrolizados de caseína en la masa de galleta reflejó que la red de gluten formada en la masa de pan no se forma completamente en el caso de la masa de galleta (de tipo masa corta), y permitió proponer explicaciones para la excesiva expansión de la masa de galleta durante el horneado en las formulaciones con alto contenido de hidrolizados de caseína. Por un lado, la excesiva expansión se relacionó con el papel de surfactante mostrado por los péptidos, que debilita la estructura presentando de este modo una menor resistencia a fluir por calentamiento y, por otro lado, se relacionaron los hidrolizados de caseína con un retraso en la agregación proteica inducida por el calor, la cual es responsable de frenar la expansión de la masa de galleta durante el horneado, y en consecuencia su retraso aumenta el tiempo de expansión.
Finalmente, el estudio químico del complejo formado entre el calcio y los hidrolizados de caseína confirmaron el papel del grupo fosfato en la unión al calcio y, en consecuencia, la importancia de los caseín fosfopéptidos en la quelación de calcio, pero también mostraron la participación del grupo carboxilato, lo cual sugiere una contribución de aquellos péptidos que contienen residuos de glutamato y aspartato a la solubilización del calcio. Los resultados de la constante de asociación al calcio calculadas para los hidrolizados de caseína mostraron que ésta depende de la proporción calcio a hidrolizado sugiriendo, junto con los resultados de espectroscopía infrarroja, un cambio conformacional en la estructura de los péptidos tras la adición de calcio que conlleva un aumento de la afinidad por el calcio de los sitios de unión secundarios de los CPP. Además, los resultados electroquímicos mostraron que el anión cloruro parece aumentar la capacidad de quelar calcio de los hidrolizados de caseína y podría estar relacionado con la formación de enlaces de hidrógeno con los péptidos.
- English
Iron and calcium deficiencies are a health problem affecting great part of the world’s population. Considering that casein phosphopeptides (CPP) have the ability to complex cations and enhance their solubility in intestinal conditions, and taking into account that biscuits are a widely consumed food product more attractive than pharmaceutical supplements, the main objective of the present thesis was to develop biscuits fortified with iron and calcium vehiculated with casein hydrolysates containing CPP, in order to increase iron and calcium availability. Additionally, phytosterols were also included due to their hypocholesterolemic effect.
For this purpose short dough biscuit formulations were prepared with the following ingredient combinations: casein hydrolysates with phytosterols, casein hydrolysates with ferrous bisglycinate, and casein hydrolysates with calcium lactate, and different issues were addressed. On one way, the fortified biscuits were studied from a practical point of view assessing the effect of the new ingredients on the sensory and technological properties of the biscuit, the ratio between the casein hydrolysate and iron or calcium that provides high solubility, the scale-up of the production, and the self-life of the final product. Furthermore, the bioaccessibility of iron and calcium from the fortified biscuits was evaluated after in vitro digestion, as well as more basic aspects related with the rheological changes caused by the casein hydrolysates on biscuit dough, and the chemical characterisation of the complex formed between calcium and the peptides from the casein hydrolysates.
The results showed the feasibility of producing short dough biscuits fortified with esterified phytosterols as recognised cholesterol lowering ingredients, and casein hydrolysates as carriers for iron or calcium keeping acceptable levels of the sensory quality properties. The incorporation of casein hydrolysates provided a better oxidative stability than the biscuits without them and no prooxidant effect of iron was observed, but the characteristic sensory properties given by the iron and calcium ingredients, specifically, metallic and spicy flavours respectively, were intensified during storage.
The in vitro digestion experiments performed with biscuits formulated with the best ratio of casein hydrolysate and iron selected showed that the use of casein hydrolysates with an iron source of high availability such as ferrous bysglicinate did not increase iron solubility in the intestinal tract, but it was significantly increased when an inorganic form of low available iron such as ferrous sulfate was used. In the case of the biscuits formulated with the casein hydrolysates or the whole casein and calcium lactate, the in vitro digestion experiment showed similar calcium solubility than the biscuits without hydrolysates or casein, but a higher fraction of chelated calcium was obtained.
The rheological study of the effects of the casein hydrolysates on biscuit dough reflected that the gluten network developed in bread dough is not completely formed in the case of biscuit short dough, and allowed to propose reasons for the overspreading of dough pieces occurred during baking in the presence of high content of casein hydrolysates, which were related to the role of some peptides as surfactants weakening the structure, presenting thus lower resistance to flow by heating, and the delay of the heat-induced protein aggregation responsible for the stopping the dough spreading.
Finally, the chemical study of the complex formed between calcium and the casein hydrolysate considered as a whole, confirmed the role of phosphate on calcium binding and, consequently, the importance of casein phosphopeptides in calcium complexation, but also showed the participation of the carboxylate group in calcium binding, what suggests the contribution to calcium solubilisation of those peptides containing glutamate and aspartate residues. The calcium binding constant calculated for the casein hydrolysate was found to be dependent on the ratio between calcium and casein hydrolysate, suggesting a change in the conformation of the peptides involved in complexation after calcium addition that leads to a higher affinity in the secondary calcium binding sites of CPP. Additionally, chloride anion was found to promote the calcium binding ability of casein hydrolysates which might be related to the interaction with different peptides by hydrogen bonds.
- español
