Μελέτη της διατροφικής αξίας και της επίδρασης στην υγεία λειτουργικών τροφίμων που προέρχονται από αξιοποίηση αγροτοβιομηχανικών υποπροϊόντων

Abstract

In recent years, scientific interest has intensified around the development of innovative functional foods, through the utilization of food processing by-products, which have entered the global market dynamically, in response to the growing consumer needs for new healthy foods. At the same time, a plethora of in vitro experimental, epidemiological and clinical studies demonstrate the beneficial role they can play, both in maintaining health and in preventing chronic diseases (eg cardiovascular disease, diabetes mellitus), in the context of a balanced diet. A number of natural functional foods, which are part of the Mediterranean diet have been extensively studied and highlighted for the benefits provided by their frequent consumption, in reducing morbidity rates in the population.Although the existing scientific data indicate the bioactivity of individual natural functional foods or their by-products, it is of particular interest to investigate the biological role of innovative functional foods, resulting from the enhancement of conventional foods with Greek aromatic plants and in vitro by-products, as well as in vivo. In addition, the scientific interest is intensifying around the investigation of the bioavailability and bioavailability of the bioactive ingredients of these newly developed, functional foods. Consumer opinion and acceptance has been shown to play an important role in the successful creation and production of innovative foods that provide valuable bioactive ingredients for health. The main objectives of this study were:1) The study of purchasing behavior, and consumer acceptance for new functional foods, but also the investigation of the possible correlation of functional food consumption with indicators of obesity2) The development of novel functional foods, through the utilization of agro-industrial by-products of food processing of plant origin3) The investigation of the in vitro bioactivity of selected herbs of the Greek land, food by-products, and the innovative functional foods that were developed4) The study of in vitro bioavailability of the above studied bioactive sources, through a model of simulation of gastrointestinal digestion5) The study of the bioactivity of the above functional foods, in biochemical biomarkers of oxidative stress, inflammation and other biomarkers, involved in cardiovascular disease and diabetesIn order to achieve the above objectives of the study, the design included sub-approaches, and in particular the experiments performed were as follows:1) Epidemiological study of consumers' view and acceptance of functional foods, and correlation of the frequency of consumption of selected functional foods with anthropometric indicators of obesity. The results of this epidemiological study indicated that in general prominent foods that characterize the Mediterranean Diet are included in the weekly diet of the sample of Greeks and Cypriots, but the phenomenon of "neophobia" exists to a large extent, regarding the intention to consume food and food.2) Determinations of antioxidant capacity, phenolic composition and content of carotenoids, of both selected Greek aromatic herbs and by-products of fruits and vegetables. The results showed that extracts of apple and pomegranate peel, as well as the rarely studied herb, Achillea, have a higher antioxidant activity. Higher phenolic composition was determined in the extract of orange and pomegranate peel, Achillea and pistachio leaves, compared to the other extracts. Watermelon peel extracts and mango kernels showed a high content of carotenoids.3) Determination of the bioavailability of antioxidants and phenolic constituents and carotenoids recovered from selected fruit by-products, by applying in vitro digestion mimicry. Our findings showed that mandarin peel extract has a higher bioavailability antioxidant, phenolic components from pomegranate peel become more bioavailable, while carotenoids recovered from orange peel have a higher in vitro bioavailability.4) Development of an innovative spreadable cheese, enhanced with mountain tea extract and orange peel, and identification of its bioactive ingredients. The results showed enhanced antioxidant activity of functional cheese, compared to conventional, but no increased phenolic content was found in it.5) Development of an innovative Greek type "miso" sauce, enhanced with bio-carotenoids recovered from an extract of selected fruit and vegetable skins, and determination of its content of carotenoids, phenolic components and proteins. Our findings showed that both the application of bioprocesses and the enhancement of the sauce with the fruit by-product extract, led to increased bioactivity of the final product.6) Clinical studies investigating the afternoon effect of innovative functional spreadable cheese, bio-functional "miso" type sauce and new biscuits, fortified with olive paste and herbs, on biochemical biomarkers and other biomarkers of glycemia, lipidemia and in healthy volunteers. Collectively, the results of clinical trials-nutritional interventions performed indicated the presence of a trend of bioactivity of these innovative, functional foods, focusing mainly on increasing plasma antioxidant activity and reducing serum lipids.The research presented in this dissertation is part of a coordinated process, where a lot of effort has been made, and the effect of the bioactive components of the studied functional foods on health indicators has been clarified. The findings of this study suggest that both naturally functional foods that are part of the Mediterranean Diet, as well as agro-industrial by-products and innovative functional foods that are developed through sustainable processes and by utilizing the above, can play a beneficial role in as part of obesity prevention strategies, but also the improvement of biochemical biomarkers associated with an increased risk of cardiovascular disease and diabetes.The results of in vitro experiments of this dissertation could be ensured by performing extended dietary interventions-clinical trials. Future practices could take place, in a larger sample of the population but also in the long run. Clinical trials could be extended to more specific groups of the population, such as cardiovascular and diabetic patients, to investigate the effect of consuming newly developed functional foods in the treatment of chronic diseases. In addition, it is interesting to further study these effects in other areas, such as metabolic, nutritional, etc., as well as the introduction of new biomarkers.

Τα τελευταία έτη το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει ενταθεί γύρω από την ανάπτυξη καινοτόμων λειτουργικών τροφίμων, μέσω αξιοποίησης των υποπροϊόντων της επεξεργασίας τροφίμων, τα οποία έχουν εισέλθει δυναμικά στην παγκόσμια αγορά, ως ανταπόκριση στις αυξημένες καταναλωτικές ανάγκες για νέα υγιεινά τρόφιμα. Ταυτόχρονα, μια πληθώρα in vitro πειραματικών, επιδημιολογικών και κλινικών μελετών καταδεικνύουν τον ευεργετικό ρόλο που δύνανται να διαδραματίσουν, τόσο για τη διατήρηση της υγείας, όσο και για την πρόληψη χρονίων νοσημάτων (π.χ. καρδιαγγειακή νόσος, σακχαρώδης διαβήτης), στα πλαίσια μιας ισορροπημένης διατροφής. Ένα πλήθος φυσικών λειτουργικών τροφίμων, που αποτελούν μέρος της Μεσογειακής Διατροφής έχουν εκτενώς μελετηθεί και αναδειχθεί για τα οφέλη που παρέχει η συχνή κατανάλωση τους, στη μείωση των δεικτών νοσηρότητας στον πληθυσμό. Παρόλο που τα υφιστάμενα επιστημονικά δεδομένα υποδεικνύουν τη βιοδραστικότητα μεμονωμένων φυσικών λειτουργικών τροφίμων είτε υποπροϊόντων αυτών, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η διερεύνηση του βιολογικού ρόλου καινοτόμων λειτουργικών τροφίμων, που προκύπτουν από την ενίσχυση των συμβατικών τροφίμων με ελληνικά βότανα αλλά και υποπροϊόντα τροφίμων, τόσο σε in vitro, όσο και σε in vivo επίπεδο. Επιπλέον, το επιστημονικό ενδιαφέρον εντείνεται γύρω από τη διερεύνηση της βιοπροσβασιμότητας και της προβλεπόμενης βιοδιαθεσιμότητας των βιοδραστικών συστατικών των καινοτόμων αυτών, λειτουργικών τροφίμων. Η άποψη και η αποδοχή εκ μέρους των καταναλωτών, έχει αποδειχθεί πως διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην επιτυχημένη δημιουργία και παραγωγή καινοτόμων τροφίμων που παρέχουν πολύτιμα βιοενεργά συστατικά, για την υγεία. Κύριοι στόχοι της παρούσας μελέτης ήταν: 1)Η μελέτη της αγοραστικής συμπεριφοράς, και της αποδεκτικότητας των καταναλωτών για τα νέα λειτουργικά τρόφιμα, αλλά και η διερεύνηση της πιθανής αλληλοσύνδεσης συχνότητας κατανάλωσης λειτουργικών τροφίμων με δείκτες παχυσαρκίας2)Η ανάπτυξη νεοφανών λειτουργικών τροφίμων, μέσω αξιοποίησης αγροτοβιομηχανικών υποπροϊόντων της επεξεργασίας τροφίμων φυτικής προέλευσης 3)Η διερεύνηση της in vitro βιοδραστικότητας επιλεγμένων αρωματικών φυτών της ελληνικής γης, υποπροϊόντων τροφίμων, και των καινοτόμων λειτουργικών τροφίμων που αναπτύχθηκαν4)Η μελέτη της προβλεπόμενης in vitro βιοδιαθεσιμότητας των ανωτέρω μελετώμενων βιοενεργών συστατικών, μέσω ενός μοντέλου προσομοίωσης της γαστρεντερικής πέψης5)Η μελέτη της βιοδραστικότητας των ανωτέρω λειτουργικών τροφίμων, σε βιοχημικούς βιοδείκτες οξειδωτικού στρες, φλεγμονής, λιπιδαιμικό προφίλ και άλλους βιοδείκτες, που εμπλέκονται στα καρδιαγγειακά νοσήματα και το διαβήτηΓια την επίτευξη των προαναφερθέντων στόχων, ο σχεδιασμός περιελάμβανε επιμέρους προσεγγίσεις, και συγκεκριμένα τα πειράματα που επιτελέστηκαν ήταν τα εξής:1)Επιδημιολογική μελέτη διερεύνησης της άποψης και αποδεκτικότητας των καταναλωτών για τα λειτουργικά τρόφιμα, και συσχέτιση της συχνότητας κατανάλωσης επιλεγμένων λειτουργικών τροφίμων με ανθρωπομετρικούς δείκτες παχυσαρκίας. Τα αποτελέσματα της επιδημιολογικής αυτής μελέτης υπέδειξαν πως γενικότερα εξέχοντα τρόφιμα που χαρακτηρίζουν τη Μεσογειακή Διατροφή εντάσσονται στο εβδομαδιαίο διαιτολόγιο του δείγματος Ελλήνων και Κυπρίων, αλλά το φαινόμενο της «νεοφοβίας» υφίσταται σε έντονο βαθμό, αναφορικά με την πρόθεση για κατανάλωση καινοτόμων λειτουργικών τροφίμων.2)Προσδιορισμός της αντιοξειδωτικής ικανότητας, της σύστασης σε φαινολικά συστατικά και της περιεκτικότητας σε καροτενοειδή, επιλεγμένων ελληνικών αρωματικών φυτών και υποπροϊόντων φρούτων και λαχανικών. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως υψηλότερη αντιοξειδωτική δράση παρουσιάζουν τα εκχυλίσματα φλοιού μήλου και ροδιού, αλλά και του μη επαρκώς μελετημένου βοτάνου, αχίλλεια. Υψηλότερη φαινολική σύσταση προσδιορίσθηκε στο εκχύλισμα φλοιού πορτοκαλιού και ροδιού, αχίλλειας και φύλλων φυστικιάς, συγκριτικά με τα λοιπά εκχυλίσματα. Εξέχουσα περιεκτικότητα σε καροτενοειδή εμφάνισαν τα εκχυλίσματα φλοιού καρπουζιού και του πυρήνα μάνγκο. 3)Προσδιορισμός της προβλεπόμενης βιοδιαθεσιμότητας των αντιοξειδωτικών και φαινολικών συστατικών και των καροτενοειδών που ανακτώνται εκ των επιλεγμένων υποπροϊόντων φρούτων, μέσω εφαρμογής in vitro διαδικασίας μίμησης της γαστρεντερικής πέψης. Τα ευρήματα έδειξαν πως το εκχύλισμα φλοιού μανταρινιού παρουσιάζει υψηλότερη αντιοξειδωτική βιοπροσβασιμότητα, τα φαινολικά συστατικά εκ του φλοιού ροδιού καθίστανται περισσότερο βιοδιαθέσιμα, ενώ τα καροτενοειδή που ανακτήθηκαν εκ του φλοιού πορτοκαλιού παρουσίασαν υψηλότερη βιοδιαθεσιμότητα in vitro. 4)Ανάπτυξη ενός καινοτόμου αλειφόμενου τυριού, ενισχυμένου με εκχύλισμα τσαγιού του βουνού και φλοιού πορτοκαλιού, και προσδιορισμός των βιοδραστικών συστατικών του. Τα αποτελέσματα έδειξαν ενισχυμένη αντιοξειδωτική δραστικότητα του λειτουργικού τυριού, έναντι του συμβατικού, αλλά δεν εντοπίστηκε αυξημένη περιεκτικότητα σε φαινολικά σε αυτό. 5)Ανάπτυξη μιας καινοτόμου ελληνικού τύπου «miso» σάλτσας, ενισχυμένης με βιο-καροτενοειδή που ανακτήθηκαν από ένα εκχύλισμα φλοιών επιλεγμένων φρούτων και λαχανικών, και προσδιορισμός της περιεκτικότητας αυτής σε καροτενοειδή, φαινολικά συστατικά και πρωτεΐνες. Τα ευρήματα μας έδειξαν πως τόσο η εφαρμογή των βιοδιεργασιών όσο και η ενίσχυση της σάλτσας με το εκχύλισμα υποπροϊόντων φρούτων, οδήγησε σε αυξημένη βιοδραστικότητα του τελικού προϊόντος.6)Κλινικές μελέτες διερεύνησης της μεταγευματικής επίδρασης του καινοτόμου λειτουργικού αλειφόμενου τυριού, της βιο-λειτουργικής σάλτσας τύπου «miso» και νέων μπισκότων, ενισχυμένων με πάστα ελιάς και βότανα, σε βιοχημικούς βιοδείκτες και άλλους βιοδείκτες γλυκαιμίας, της λιπαιμίας και οξειδωτικού στρες, σε υγιείς εθελοντές. Συγκεντρωτικά, τα αποτελέσματα των κλινικών δοκιμών-διατροφικών παρεμβάσεων που επιτελέστηκαν υπέδειξαν την παρουσία μιας τάσης βιοδραστικότητας των καινοτόμων αυτών, λειτουργικών τροφίμων, επικεντρωμένη κυρίως στην αύξηση της αντιοξειδωτικής δραστικότητας του πλάσματος και τη μείωση των λιπιδίων του ορού. Η έρευνα που παρουσιάζεται στην παρούσα διατριβή αποτελεί μέρος συντονισμένων διαδικασιών, όπου διαφωτίζεται η επίδραση των βιοενεργών συστατικών των μελετώμενων λειτουργικών τροφίμων σε δείκτες διατήρησης και προαγωγής της υγείας. Τα ευρήματα της μελέτης ετούτης προτείνουν πως τόσο ορισμένα φυσικά λειτουργικά τρόφιμα που αποτελούν μέρος της Μεσογειακής Διατροφής, όσο και τα αγροτοβιομηχανικά υποπροϊόντα και τα καινοτόμα λειτουργικά τρόφιμα που αναπτύσσονται με βιώσιμες διεργασίες και μέσω αξιοποίησης των ανωτέρω, δύνανται να ασκήσουν ευεργετικό ρόλο στη διατήρηση υγιών ανθρωποδεικτών, ως μέρος των στρατηγικών πρόληψης της παχυσαρκίας, αλλά και τη βελτίωση βιοχημικών βιοδεικτών που σχετίζονται με αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης καρδιαγγειακών ασθενειών και σακχαρώδους διαβήτη. Τα αποτελέσματα των in vitro πειραμάτων της διατριβής ετούτης, θα μπορούσαν να διασφαλιστούν με την επιτέλεση διευρυμένων διατροφικών παρεμβάσεων-κλινικών δοκιμών καθώς και μεγάλων προοπτικών επιδημιολογικών μελετών. Μελλοντικές πρακτικές θα μπορούσαν να λάβουν χώρα, σε μεγαλύτερο δείγμα του πληθυσμού αλλά και σε μακροπρόθεσμο επίπεδο. Οι κλινικές δοκιμές θα μπορούσαν να διευρυνθούν σε ειδικότερες ομάδες του πληθυσμού, όπως σε καρδιαγγειακούς και διαβητικούς ασθενείς, για τη διερεύνηση της επίδρασης της κατανάλωσης των νέο-ανεπτυγμένων λειτουργικών τροφίμων στη θεραπεία χρονίων νοσημάτων. Επιπλέον, ενδιαφέρον παρουσιάζει η περαιτέρω μελέτη των επιδράσεων αυτών και σε άλλους τομείς, όπως η μεταβολομική, η διατροφογενετική κ.α., καθώς και η θέσπιση νέων βιοδεικτών.