Tesis por compendio / [ES] Debido a la creciente importancia de la dieta en el manejo de la salud, sigue habiendo un gran interés en desentrañar como se procesan los alimentos en el sistema digestivo humano. La estructura de los alimentos puede influir significativamente en su procesamiento, afectando al rendimiento durante la alimentación y la digestión. Específicamente, la digestión de alimentos a base de carbohidratos requiere una mayor comprensión debido a su contribución a los niveles de glucosa en sangre. El conocimiento de la cinética de digestión del almidón contribuirá a diseñar alimentos a medida para controlar los niveles de glucosa posprandial. El objetivo de esta tesis doctoral fue adquirir una mejor comprensión del impacto de la microestructura en la digestión del almidón y cómo las enzimas digestivas podrían ser moduladas por compuestos fenólicos. Con ese propósito, se evaluó el papel de la estructura del pan en la masticación in vivo y la digestión in vitro. Posteriormente, se produjeron geles de almidón de diferentes fuentes y se digirieron en un sistema de digestión oro-gastro-intestinal in vitro para analizar el impacto de la microestructura del gel. Después de los estudios de microestructura en geles de almidón y pan, se exploraron diferentes ácidos fenólicos o extractos polifenólicos de algas como inhibidores de enzimas digestivas de almidón, y se evaluó la participación de la microestructura del gel de almidón en la digestión enzimática. La masticación y la textura del bolo de panes tostados de trigo se vio afectada por su diferente estructura, a pesar de que no se observaron diferencias en la percepción sensorial. El proceso de panificación también ofreció la posibilidad de modificar la estructura del pan. De hecho, la variación de la forma de la masa dio lugar a panes con diferentes propiedades estructurales y texturales de la miga. La digestión de los panes con diferente estructura de miga confirmó que se disgregaban de manera diferente, produciendo variaciones en la posterior digestibilidad del almidón. Una vez que se estableció la importancia de la microestructura de la miga en la digestión del almidón, se cambió el enfoque para enlazar la microestructura de los geles de almidón con su digestión in vitro. Los geles obtenidos con almidones de distintas fuentes botánicas mostraron diferente digestibilidad, lo que se relacionó con su microestructura, pero también con su contenido de amilosa. Considerando la acción de las enzimas digestivas (α-amilasa y α-glucosidasa) sobre la hidrólisis del almidón, se estudiaron diferentes compuestos fenólicos para comprender las interacciones entre los compuestos fenólicos y las enzimas o sustratos. La forma más eficaz de inhibir las enzimas era incubarlas con ácidos fenólicos. Se necesitó una mayor concentración del inhibidor cuando los compuestos fenólicos interactuaban previamente con el sustrato, debido a su retención dentro del gel de almidón. La estructura química de los ácidos fenólicos controlaba la inhibición de la enzima. Asimismo, los extractos fenólicos complejos, como los extraídos de las algas A. nodosum, podrían utilizarse para inhibir las enzimas digestivas, mostrando mayor efecto inhibidor cuando fueron previamente incubados con la enzima, debido a la existencia de complejos carbohidrato-polifenoles con sus diferentes capacidades inhibitorias. Además, los ácidos fenólicos afectaron las propiedades de pegado y, por lo tanto, a la estructura y textura de geles de almidón. Sin embargo, esos cambios no fueron suficientes para controlar la hidrólisis enzimática del almidón, que estaba relacionada con la estructura química de los ácidos fenólicos y sus propiedades. En general, la microestructura de la miga o del gel puede limitar la accesibilidad de las enzimas digestivas, lo que reduciría la hidrólisis del almidón. Además, la inclusión de ácidos fenólicos en alimentos a base de almidón podría ser la alternativa para reducir el grado de digestión del almidón al inhibir estas enzimas. / [CA] A causa de la creixent importància de la dieta en el maneig de la salut, segueix sent de gran interès desentranyar com es processen els aliments en el sistema digestiu humà. L'estructura dels aliments pot influir significativament en el processament dels aliments, afectant al seu rendiment durant l'alimentació i la digestió. Específicament, la digestió d'aliments a base de carbohidrats requereix una major comprensió a conseqüència de la seua contribució als nivells de glucosa en sang. El coneixement de la cinètica de la digestió del midó contribuirà a dissenyar aliments a mesura per controlar els nivells de glucosa postprandial. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral va ser adquirir una millor comprensió de l'impacte de la microestructura en la digestió del midó i com els enzims digestius podrien ser modulats per l'ús de compostos fenòlics. Amb aquest propòsit, es va avaluar el paper de l'estructura del pa en la masticació in vivo i la digestió in vitro. Posteriorment, es van produir gels de midó de diferents fonts i es van digerir en un sistema de digestió oro-gastrointestinal in vitro per analitzar l'impacte de la microestructura del gel. Després dels estudis de microestructura en gels de midó i pa, es van explorar diferents àcids fenòlics o extractes polifenòlics d'algues com inhibidors dels enzims digestius del midó, i es va avaluar la participació de la microestructura del gel de midó en la digestió enzimàtica. La masticació i la textura de la bitla de pans torrats de blat es va veure afectada per les seues diferencies estructurals, tot i que no es van observar diferències en la percepció sensorial. El procés de panificació va oferir la possibilitat de modificar l'estructura del pa. De fet, la variació de la forma de la massa va donar lloc a pans amb diferents propietats d'estructura i textura de la molla. La digestió dels pans amb diferent estructura de molla va confirmar que es disgregaven de manera diferent, produint variacions en la posterior digestibilitat del midó. Una vegada que es va establir la importància de la microestructura de la molla en la digestió del midó, es va canviar l'enfocament per a enllaçar la microestructura dels gels de midó amb la seua digestió in vitro. Els gels obtinguts amb midó de diferent fonts botàniques van mostrar diferent digestibilitat, el que es va relacionar amb la seua microestructura, però també amb el seu contingut d'amilosa. Considerant l'acció dels enzims digestius (α-amilasa i α-glucosidasa) sobre la hidròlisi del midó, es van estudiar diferents compostos fenòlics per a comprendre les interaccions entre els fenòlics i els enzims o substrats. La forma més eficaç d'inhibir els enzims era incubar-los amb àcids fenòlics. Es va necessitar una major concentració de l'inhibidor quan els compostos fenòlics interactuaven prèviament amb el substrat, a causa de la seua retenció dins del gel de midó. L'estructura química dels àcids fenòlics controlava la inhibició de l'enzim. Així mateix, els extractes fenòlics complexos, com els extrets de l'alga A. nodosum, podrien utilitzar-se per a inhibir els enzims digestius, mostrant major efecte inhibidor quan van ser prèviament incubats amb l'enzim, a causa de l'existència de complexos carbohidrat-polifenols amb les seues diferents capacitats inhibitòries. A més, els àcids fenòlics van afectar les propietats de pegat i, per tant, la estructura i textura dels gels de midó. No obstant, estos canvis en la estructura i textura dels gels no van ser suficients per a controlar la hidròlisi enzimàtica del midó, que estava relacionada amb l'estructura química dels àcids fenòlics i les seues propietats. En general, la microestructura de la molla de pa o gel de midó pot limitar l'accessibilitat dels enzims digestius, la qual cosa reduiria la hidròlisi del midó. A més, la inclusió d'àcids fenòlics en aliments a base de midó podria ser l'alternativa per a reduir el grau de digestió del midó en inhibir aquests enzims. / [EN] Due to the increasing importance of diet on health management, it remains of utmost interest to unravel how food is processed in the human digestive system. Food structure can significantly influence food processing, affecting its performance during eating and digestion. Specifically, the digestion of carbohydrates-based foods requires further insight due to their contribution to blood glucose levels. The knowledge of starch digestion kinetics will contribute to design tailored foods for managing postprandial glucose levels. The objective of this doctoral thesis was to acquire a better understanding of the impact of microstructure on starch digestion and how digestive enzymes might be modulated by the use of phenolic compounds. With that purpose, the role of bread structure on in vivo mastication, and in vitro digestion was evaluated. Subsequently, starch gels from different sources were produced and digested in an in vitro oro-gastro-intestinal digestion system to analyze the impact of gel microstructure. After the microstructure studies on bread and starch gels, different phenolic acids or seaweed polyphenolic extracts were explored as inhibitors of starch digestive enzymes, and the involvement of starch gel microstructure on the enzymatic digestion was assessed. Mastication of toasted wheat breads was affected by their different structures, despite no differences in the sensory perception was observed. Bolus texture was also altered by bread structure and texture. The breadmaking process offered the possibility to modify the bread structure. In fact, varying dough shaping led to breads with different crumb structure and texture properties. After stressing the importance of selecting the in vitro oral processing method used to simulate mastication, the further digestion of the bread with different crumb structure confirmed that they were differently disaggregated yielding variations on posterior starch digestibility. Once stating the importance of crumb microstructure on starch digestion, the focus was shifted to connect starch gels microstructure with its in vitro digestion. Gels obtained with a different type of starch, from cereals, pulses, or tubers, showed different digestibility, which was related to their microstructure but also their amylose content. Considering the action of digestive enzymes (α-amylase and α-glucosidase) on starch hydrolysis, different phenolic compounds were studied to understand the interactions between phenolics and either enzymes or substrates. The most effective way to inhibit enzymes was to incubate them with phenolic acids. A higher concentration of the inhibitor was needed when phenolic compounds interacted previously with the substrate, due to their retention within the starch gel. The chemical structure of phenolic acids controlled the enzyme inhibition. Similarly, complex phenolic extracts, like those extracted from A. nodosum seaweed could be used to inhibit digestive enzymes, showing greater inhibition effect when they were previously incubated with the enzyme, owing to the existence of carbohydrate-polyphenol complexes their different inhibitory capabilities. In addition, phenolic acids affected pasting properties and therefore gel microstructure and gel texture of starches. However, those changes on gels microstructure and texture were not enough to control starch enzymatic hydrolysis, which was related to the specific chemical structure of the phenolic acids and their properties. Overall, crumb or gel microstructure can limit digestive enzymes accessibility, which would reduce the starch hydrolysis. Moreover, the inclusion of phenolic acids on starch-based foods might be the alternative to reduce the extent of starch digestion by inhibiting digestive enzymes. / Authors acknowledge the financial support of the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (Project RTI2018-095919-B-C21) funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, “ERDF A way of making Europe” by the “European Union”, Generalitat Valenciana (Project Prometeo 2017/189) and Xunta de Galicia (ED431B 2019/01). This work is based upon the work from COST Action 18101 SOURDOMICS – Sourdough biotechnology network towards novel, healthier and sustainable food and bioprocesses, where A. Aleixandre was supported by COST (European Cooperation in Science and Technology). COST is a funding agency for research and innovation networks. / Aleixandre Agustín, A. (2022). Going from Digestion to Microstructure of Starch-Based Food Products: Understanding the Role of Polyphenols [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181137 / Compendio

Tesis por compendio / This thesis studies how to increase the expected satiating ability in dairy products analyzing the effect of the incorporation of certain ingredients. The study of food reformulation with high expected satiating ability contributes to moderate size meal choice and to regulate food intake. In this thesis, two factors influencing the satiating ability perception of semi-solid foods have been mainly studied: a) the increase in oral processing time that produces prolonged orosensory signals, and b) the increase in protein content. The increase in oral processing time is produced by, for example, higher consistencies, mouth-coating or creaminess sensations. These features can be modified by the addition of hydrocolloids. Native starch, modified starch, ¿-carrageenan and guar gum were added to increase the viscosity and consistency of milkshakes. Rheological characterization of the products revealed very different behavior patterns depending on the type of hydrocolloid. The addition of saliva in the studies showed modified sensory perceptions, so its inclusion is desirable and more realistic. The addition of hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and the effect of milk solids and cream in milk-based desserts was also studied. In addition to HPMC dominant effect on the temporality of perceptions, the presence of fat globules or milk solids modulated such perceptions. Yogurt was selected to increase protein content, adding twice the original amount of protein from different milk fractions, and starch. Yogurt with milk powder addition was the most accepted sample and it was closer to the 'ideal' characteristics of a satiating yogurt according to consumers, with a series of sensory attributes that contribute to the feeling of expected satiety. On the other hand, in vitro oral digestion showed that physically modified starch granules remain unchanged after the attack of ¿-amylase, and would be responsible for its consistency and creaminess. In addition, it was found that the sensation of astringency was undesirable; tribological studies allowed to interpret yogurt sensory characteristics. The lubricity of some samples did not reflect the difference in astringency between samples indicating that this was not a purely tactile perception caused by an increase in friction. The addition of physically modified starch significantly reduced friction coefficients values due to soluble starch polymers and starch granules preservation. All the strategies allowed to gain understanding on how to reformulate food increasing its satiating ability perception. Such strategies could be extrapolated to other food categories, what broadens the scope of the results obtained in this thesis. / La presente tesis estudia cómo aumentar las expectativas de la capacidad saciante en productos lácteos analizando el efecto de la incorporación de determinados ingredientes. El estudio de la reformulación de alimentos con alta expectativa sobre su capacidad saciante contribuye a moderar la elección de las raciones de alimentos y a regular la ingesta. En la presente tesis se han estudiado principalmente dos de los factores que más influyen en la percepción de capacidad saciante de alimentos semisólidos: a) el aumento en el tiempo de procesado oral que produce saciedad debido a una prolongación de las señales orosensoriales, y b) el alto contenido en proteínas. El aumento del tiempo de procesado oral lo producen, por ejemplo, mayores consistencias, recubrimiento oral o sensaciones de cremosidad, que son características que se pueden modificar por adición de hidrocoloides. Se emplearon almidón nativo y modificado, goma guar y ¿-carragenato para aumentar la viscosidad y consistencia de batidos lácteos. La caracterización reológica de los productos reveló patrones de comportamiento muy diferentes dependiendo del tipo de hidrocoloide. La adición de la saliva en los estudios demostró modificar las percepciones sensoriales, por lo que su inclusión resulta recomendable y más realista. Se estudió también la adición de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) y el efecto de dos componentes normales en productos lácteos (sólidos lácteos y nata). Además del efecto dominante del HPMC en la temporalidad de las percepciones, la presencia de glóbulos de grasa o sólidos de la leche modularon dichas percepciones. Para aumentar el contenido en proteína se seleccionó como alimento el yogur, al que se añadió el doble de la cantidad de proteína de distintas fracciones lácteas y almidón. El yogur con el doble de leche en polvo fue globalmente el más aceptado y más cercano a las características "ideales" según los consumidores, con una serie de atributos sensoriales que contribuyen a la sensación de saciedad esperada. Por otro lado, la digestión oral in vitro mostró que los gránulos de almidón procedentes de almidón físicamente modificado permanecen inalterados después del ataque de la ¿-amilasa de la saliva, y serían los responsables de la mayor consistencia y cremosidad. Adicionalmente, se encontró que la sensación de astringencia resultaba negativa; los estudios tribológicos permitieron interpretar las características sensoriales. Las propiedades lubricantes de algunas muestras no reflejaron la diferencia de astringencia sensorial indicando que ésta no era una percepción puramente táctil causada por un aumento en la fricción. La adición de almidón modificado físicamente redujo significativamente los valores de los coeficientes de fricción relacionados con los polímeros de almidón solubles y la conservación de gránulos en el almidón. Todas las estrategias abordadas permitieron comprender y ahondar en los conocimientos que conducen a cómo reformular un alimento para aumentar la percepción de saciedad. Dichas estrategias son extrapolables a otras categorías de alimentos lo que amplía el alcance de los resultados obtenidos en la presente tesis. / La present tesi estudia com augmentar les expectatives de la capacitat saciant en productes lactis analitzant l'efecte de la incorporació de determinats ingredients. L'estudi de la reformulació d'aliments amb alta expectativa sobre la seua capacitat saciant contribueix a moderar l'elecció de les racions d'aliments i a regular la ingesta. En la present tesi s'han estudiat principalment dos dels factors que més influeixen en la percepció de capacitat saciant d'aliments semisòlids: a) l'augment en el temps de processat oral que produeix sacietat a causa d'una prolongació dels senyals orosensorials, i b) l'alt contingut en proteïnes. L'augment del temps de processat oral el produeixen, per exemple, majors consistències, recobriment oral o sensacions de cremositat, que són característiques que es poden modificar per addició d'hidrocol·loïdes. S'emprà midó natiu i modificat, goma guar i ¿-carragenat per augmentar la viscositat i consistència de batuts lactis. La caracterització reològica dels productes revelà patrons de comportament molt diferents depenent del tipus d'hidrocol·loïde. L'addició de la saliva en els estudis demostrà modificar les percepcions sensorials, per la qual cosa la seua inclusió resulta recomanable i més realista. S'estudià també l'addició d'hidroxipropilmetilcel·lulosa (HPMC) i l'efecte de dos components normals en productes lactis (sòlids lactis i nata). A més de l'efecte dominant del HPMC en la temporalitat de les percepcions, la presència de glòbuls de greix o sòlids de la llet van modular les citades percepcions. Per augmentar el contingut en proteïna es va seleccionar com a aliment el iogurt, a què s'afegí el doble de la quantitat de proteïna de diverses fraccions làcties i midó. El iogurt amb el doble de llet en pols fou globalment el més acceptat i més pròxim a les característiques "ideals" segons els consumidors, amb una sèrie d'atributs sensorials que contribueixen a la sensació de sacietat esperada. D'altra banda, la digestió oral in vitro mostrà que els grànuls de midó procedents de midó físicament modificat romanen inalterats després de l'atac de l'¿-amilasa de la saliva, i serien els responsables de la major consistència i cremositat. Addicionalment, es trobà que la sensació d'astringència resultava negativa; els estudis tribològics permeteren interpretar les característiques sensorials. Les propietats lubricants d'algunes mostres no reflectiren la diferència d'astringència sensorial indicant que esta no era una percepció purament tàctil causada per un augment en la fricció. L'addició de midó modificat físicament reduí significativament els valors dels coeficients de fricció relacionats amb els polímers de midó solubles i la conservació de grànuls en el midó. Totes les estratègies abordades permeteren comprendre i aprofundir en els coneixements que condueixen a com reformular un aliment per augmentar la percepció de sacietat. Les citades estratègies són extrapolables a altres categories d'aliments, cosa que amplia l'abast dels resultats obtinguts en la present tesi. / Morell Esteve, P. (2017). Diseño de alimentos lácteos con capacidad saciante. Relación entre estructura, procesamiento oral y percepción [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/89093 / Compendio