O yacon é uma planta perene originária da região andina, cujas raízes têm recebido atenção devido ao alto teor de frutooligossacarídeos (FOS) prebióticos. Além de proporcionar benefícios à saúde, os FOS apresentam características interessantes como ingredientes alimentícios, sendo utilizados como substitutos do açúcar. Sua extração das raízes de yacon pode ser uma alternativa aos FOS de alto custo atualmente disponíveis comercialmente. O presente trabalho avaliou a tecnologia de separação por membranas para concentração e purificação dos FOS a partir de um extrato obtido da raiz de yacon, mediante o emprego de ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF), com e sem utilização de diafiltração (DF) descontínua. A UF teve como objetivo clarificar o extrato de yacon, removendo partículas em suspensão de alta massa molar e recolhendo os açúcares no permeado. Depois da UF, 63,75 % dos açúcares totais presentes na solução de alimentação inicial foram recuperados no permeado. A NF do permeado, obtido previamente por UF, foi realizada para remover os sais e açúcares simples e concentrar os FOS no retido. O emprego da DF não influenciou a retenção de FOS na NF (que aumentou de 68,78 % sem DF para 70,48 % com DF), mas diminuiu a retenção de glicose de 40,63 para 31,61 % e de frutose de 25,64 para 18,69 %, permitindo uma maior purificação dos FOS no retido. Após o processo combinado de UF-NF, 51,85 % dos FOS da solução inicial foram recuperados no retido da nanofiltração, alcançando pureza de 19,75%. A seguir, o retido obtido na nanofiltração associada à diafiltração foi liofilizado. Nesse produto liofilizado foram analisadas cor, atividade de água (aw), microestrutura – por meio de microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (MEV-EDS) – e cristalinidade – através de difração de raios-X. O teor de açúcares do produto liofilizado foi 19,75 % de FOS, 36,66 % de glicose e 43,59 % de frutose, em massa, com aw de 0,284. A sua aparência externa foi a de um pó granulado e esbranquiçado, cujos parâmetros de cor, no sistema CIELAB, foram de 76,25±1,19, -1,03±0,09 e 1,02±0,03 para L*, a* e b* respectivamente. A amostra se mostrou altamente higroscópica e com tendência à aglomeração, confirmada pela visualização da formação de pontes entre partículas adjacentes nas imagens do MEV. Não foram identificados picos nos difratogramas de raios-X, indicando características amorfas. Entretanto, a alta higroscopicidade da amostra, que levou à formação de uma massa rígida e contínua, pode ter dificultado a correta difração de raios-X. / Yacon is a perennial plant originated from the Andean region which roots have been receiving increased attention due to their high content in prebiotic fructooligosaccharides (FOS). Apart from promoting many health benefits, FOS present interesting characteristics as food ingredient, being used as sugar substitute, and its extraction from yacon roots may be an alternative to the high costs FOS actually commercially available. The present work evaluated membrane technology for concentrating and purifying FOS from an extract obtained from yacon roots, combining a first ultrafiltration (UF) clarifying step with nanofiltration (NF), with and without association with discontinuous diafiltration (DF). UF aimed to remove large molecules such as proteins and suspended solids, yielding a saccharide-rich permeate. After UF, 63.75 % of total saccharides from the initial feed were recovered in the permeate, that was then subjected to NF in order to reduce glucose, fructose and salts content and concentrate the oligosaccharides in the retentate. DF did not largely influenced FOS retention in NF (it increased from 68.78 % without DF to 70.48 % with DF), but decreased glucose and fructose retentions, from 40.63 to 31.61 % and 25.64 to 18.69 %, respectively, allowing a greater purification of FOS in the retentate. After the combined UF-NF process, 51.85 % of FOS from the initial feed were recovered in the NF final retentate, with 19.75 % purity. After this, the final retentate of nanofiltration associated with diafiltration was lyophilized and the powder was subjected to analyses of color, water activity (aw), microstructure – by Scanning Electron Microscopy coupled to Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS) – and crystallinity – by X-ray diffraction. The obtained freeze-dried FOS-enriched saccharides powder, containing 19.75 % of FOS, 36.66 % of glucose and 43.59 % of fructose, in weight, was a whitish granulated powder, with aw of 0.284 and CIELAB color coordinates L*, a* and b* of 76.25±1.19, -1.03±0.09 and 1.02±0.03, respectively. It was highly hygroscopic and with agglomeration tendency, confirmed by the formation of bridges between particles on the SEM images. No peaks were identified at X-ray diffractograms, indicating its amorphous characteristics. However, the sample high hygrospicity and the formation of a rigid mass may have hindered a trustable X-ray analysis.

O yacon (Smallanthus sonchifolius) é uma planta de origem andina, cujas raízes tuberosas armazenam açúcares como frutose, glicose, sacarose e, principalmente, frutooligossacarídeos (FOS). Os FOS são designados como prebióticos, que por sua não digestibilidade pelas enzimas do trato digestivo humano, estimulam seletivamente a multiplicação e a atividade de bactérias intestinais promotoras de saúde. Este trabalho visou estudar a separação de FOS do extrato de yacon, mediante o emprego do processo de separação por membranas (PSM) por ultrafiltração (UF) e avaliar as características físico-químicas do pó obtido por spray drying, a partir do permeado da UF. As raízes foram descascadas e cortadas em rodelas e submetidas ao branqueamento mediante vapor a 100ºC. A partir das fatias branqueadas foi extraído o suco empregando um processador de alimentos; da polpa obtida após a separação do suco, foram extraídos os açúcares restantes mediante a adição de água a 80°C em uma proporção de 2:1 (massa água/massa polpa). O suco de yacon e a solução líquida obtida da polpa foram separadamente filtrados e a mistura dos filtrados constituiu o extrato de yacon. A separação dos FOS foi realizada pelo processo de UF, utilizando duas membranas poliméricas de 10 kDa (UF-10) e 30 kDa (UF-30) com pressões transmembrana de 1,2 bar e 0,75 bar, respectivamente. Encontrou-se que o fluxo de permeado aumentou com o aumento da pressão de 0,5 bar a 2 bar e com a temperatura de 15ºC a 35ºC. Para a UF- 10, a resistência da membrana (Rm) aumentou de 3,25×1013 m-1 para 3,41×1013 m-1 com o aumento da pressão de 0,5 bar para 2 bar; o mesmo ocorreu com a UF-30, aumentando de 1,69×1013 m-1 para 1,89×1013 m-1. As resistências total (Rt), do fouling (Rf) e da polarização por concentração (Rc) apresentaram um leve incremento com o aumento da pressão. Com o aumento da temperatura os valores de Rf e Rc diminuíram devido à redução da viscosidade da solução, enquanto que Rt e Rm não variaram. A porcentagem de formação do fouling diminuiu com o aumento do poro da membrana, de 61,24% na UF-10 para 57,33% na UF-30. O entupimento dos poros da membrana foi revertido empregando procedimentos de limpeza, obtendo-se altas recuperações de fluxo de permeado (76,46% para UF-10 e 83,56% para UF-30). A retenção dos FOS foi de 24,48%, da glicose de 12,95% e da frutose de 22,18% na membrana UF-10, sendo que o aumento do tamanho de poro proporcionou menor retenção dos açúcares, 6,49%, 9,11% e 11,31% para os FOS, glicose e frutose respectivamente para a UF-30.O balanço de massa mostrou que os FOS obtidos no permeado da UF alcançaram pureza de 24,08% para a UF-10 e 18,43% para a UF-30. Ao permeado da UF foi adicionado goma arábica como agente encapsulante nas concentrações de 10% e 15% sob constante agitação até completa homogeneização, seguido de imediata secagem no spray dryer empregando temperaturas de entrada de ar de 140°C e 160°C. O p roduto final apresentou valores de umidade menores que 4 gH2O/100 g m.s. e de atividade de água menores que 0,15. O aumento da concentração de goma e da temperatura de secagem resultou em aumento na solubilidade dos pós, obtendo-se valores superiores a 90%, enquanto que a higroscopicidade diminuiu. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que as partículas obtidas por atomização apresentaram tamanhos em torno de 5 μm e morfologias distintas, além de uma forte tendência à aglomeração das partículas menores em torno das maiores, principalmente na temperatura de 140ºC. Com relação à cor, o parâmetro L* diminuiu significativamente com o aumento da temperatura de 140ºC para 160ºC, resultando em amostras mais escuras; os parâmetros a* e b* indicaram que as amostras observadas foram esverdeadas e amareladas, com índice de escurecimento significativamente maior a 160ºC na UF-30. Durante a secagem, o aumento da temperatura diminuiu as concentrações de inulina, enquanto que os teores de glicose e frutose aumentaram devido à reação de termólise que levou à degradação das cadeias de inulina. Os ensaios de atividade prebiótica mostraram que todas as amostras de permeado e retido sem encapsulação foram metabolizados de forma semelhante à glicose pelas três diferentes bactérias (Lactobacillus acidophilus LA-5®, Bifidobacterium lactis BB-12® e Escherichia coli ATCC 25922). Com relação às amostras atomizadas, os tratamentos provenientes da UF-30 e que foram metabolizadas pela cultura probiótica LA-5 apresentaram indicativo potencial de atividade prebiótica, por terem sido metabolizadas de forma similar à glicose. / The yacon (Smallanthus sonchifolius) is a plant originated from Andean regions, whose tuberous roots contain sugars such as fructose, glucose, sucrose, and especially fructooligosaccharides (FOS). FOS is referred to as prebiotics due to it is not digestible by enzymes in the human digestive tract, therefore it selectively stimulates the multiplication and activity of health-promoting bacteria. This study aimed to evaluate the separation of FOS from the extract of yacon by ultrafiltration (UF) membrane separation process (PSM), and study the physic-chemical characteristics of the powder obtained by spray drying from the permeate obtained by UF. The juice was extracted from the bleached slices using a food processor; after, the remaining sugars were extracted from the pulp by adding water at 80ºC in a ratio of 2:1 (water / pulp). The yacon juice and the liquid solution obtained from the pulp were filtered and the filtrate mixture was the yacon extract. The separation of FOS was carried out by two polymeric membranes of 10 kDa (UF-10) and 30 kDa (UF- 30), at pressures of 1.2 bar and 0.75 bar, respectively. The permeate flux increased with increasing pressure from 0.5 bar to 2 bar and temperature from 15ºC to 35ºC. For the UF- 10, the intrinsic membrane resistance (Rm) increased from 3.25×1013 m-1 to 3.41×1013 m-1 with increasing pressure from 0.5 bar to 2 bar. The same occurred with UF-30, in which Rm increased from 1.69×1013 m-1 to 1.89×1013 m-1. The total resistance (Rt), fouling resistance (Rf) and cake layer resistance (Rc) slight increased with increasing pressure. As the temperature increased, the values of Rf and Rc decreased due to the reduced viscosity of the solution, while Rt and Rm values did not change. The percentage of membrane fouling decreased from 61.24% in UF-10 to 57.33% in UF-30 with increasing the membrane pore size. The membrane pore clogging was reversed by cleaning procedures, resulting in high recoveries of the permeate flow (76.46% in UF-10 and 83.56% in UF-30). For UF-10, the FOS retention was 24.48%, while glucose and fructose retention were 12.95% and 22.18% respectively, and the increase in pore size resulted in less retention of sugars, once for the UF-30 the retention percentage was 6.49%, 9.11% and 11.31% for FOS, glucose and fructose, respectively. The mass balance showed that FOS from the UF permeate reached 24.08% purity in UF-10 and 18.43% in UF-30. Gum arabic at concentrations of 10% and 15% was added to the UF permeate as an encapsulating agent with constant stirring until complete homogenization, followed by immediate drying in a spray dryer at inlet temperatures of 140ºC and 160ºC. The final product presented moisture content less than 4 gH2O/100 g d.m. and water activity less than 0.15. Increasing both the arabic gum concentration and drying temperature have increased the powder solubility, with values higher than 90%, and decreased hygroscopicity. Scanning electron microscopy showed that the atomized particles had about 5 μm diameter and exhibited different morphologies, with a strong tendency to particle agglomeration, once smaller particles appeared to overlap large particles, mainly at 140ºC. Regarding the color parameters, the parameter L* significantly decreased with increasing temperature from 140ºC to 160ºC, resulting in darker samples. The parameters a* and b* indicated that the samples were greenish and yellowish with significantly increase in the browning index at 160ºC for UF-30. During the drying process, increasing the temperature decreased inulin concentrations, whereas the levels of glucose and fructose increased due to the thermolysis reaction that lead to degradation of inulin chains. The prebiotic activity assay showed that all permeate and retentate samples without encapsulation were metabolized similarly to glucose by the three different bacteria (Lactobacillus acidophilus LA-5®, Bifidobacterium lactis BB-12® and Escherichia coli ATCC 25922). With respect to the atomized samples, the treatments from the UF-30 that were metabolized by the probiotic culture LA-5 seemed to present potential prebiotic activity, since they were metabolized in a manner similar to glucose metabolism.

O yacon (Smallanthus sonchifolius) é uma raiz de origem andina, considerada como um alimento funcional por apresentar em sua composição frutoligossacarídeos (FOS) e compostos fenólicos. Os FOS são polímeros de frutose com grau de polimerização de 3-10 e têm sido designados como prebióticos e fibras alimentares por sua não digestibilidade pelas enzimas do trato digestivo humano e por estimulando seletivamente o crescimento e a atividade de bactérias intestinais promotoras de saúde. Além da ação prebiótica, as raízes de yacon são ricas em compostos fenólicos com propriedades antioxidantes, que protegem o corpo humano dos processos oxidativos. Entretanto, a presença desses compostos torna as raízes suscetíveis à reação de escurecimento enzimático causado pela peroxidase e polifenoloxidase. Diante disso, inicialmente, foi estudada a cinética da inativação térmica e parâmetros termodinâmicos durante o branqueamento dessas enzimas e da enzima inulinase no suco de yacon. O suco de yacon, previamente acidificado com 1% de ácido cítrico foi branqueado com diferentes combinações de tempo-temperatura na faixa de 0-10minutos e 80-100 ºC. O comportamento cinético das três enzimas indicou a presença de duas isoenzimas com diferentes estabilidades térmicas, seguindo o modelo bifásico. A análise cinética demonstrou ainda, a alta resistência térmica das enzimas avaliadas, sendo que a inulinase foi a mais resistente ao calor. A análise termodinâmica indicou que a adição do ácido cítrico ao suco de yacon, provavelmente, causou a desnaturação da maior parte das enzimas que posteriormente foram agregadas durante o branqueamento. Posteriormente, o suco de yacon foi microencapsulado por atomização a fim de avaliar o uso da polidextrose como material de parede através da comparação com a goma arábica que é um dos encapsulantes mais utilizados em alimentos. Os efeitos da concentração dos agentes encapsulantes e da temperatura de secagem no teor de compostos fenólicos totais, atividade antioxidante, frutoligossacarídeos, umidade, atividade de água, solubilidade, higroscopicidade, cor e morfologia foram investigados. Os resultados indicaram que a polidextrose apresentou bom desempenho no microencapsulamento de componentes bioativos do suco de yacon, apresentando alta retenção dos compostos fenólicos e da atividade antioxidante. Em todos os tratamentos avaliados teve comportamento muito similar à goma arábica apresentando boas características, tais como baixa umidade, atividade de água e higroscopicidade e elevada solubilidade. Posteriormente, a cinética e termodinâmica de degradação dos compostos fenólicos e a cinética da degradação da diferença total de cor dessas microcápsulas foram avaliadas sob condições de cinética acelerada de armazenamento, com umidade relativa de 75 e 90% e temperaturas de 35 e 45 ºC. As microcápsulas foram atomizadas na temperatura de 140 ºC com goma arábica e polidextrose na proporção de 10% e armazenadas nessas condições por 35 dias. A degradação dos compostos fenólicos e da diferença total de cor das microcápsulas exibiram cinética de primeira ordem. Em relação à degradação dos compostos fenólicos, para todas as condições de umidade e temperatura, as microcápsulas com goma arábica foram mais estáveis do que as encapsuladas com polidextrose, apresentando maiores tempos de meia vida. Entretanto, os valores dos parâmetros termodinâmicos tiveram valores similares, indicando que a degradação dos fenóis ocorreu de forma similar nas microcápsulas independente do material de parede utilizado. As constantes de velocidades da degradação da diferença total de cor das microcápsulas não apresentaram diferença significativa com o aumento da temperatura e/ou da umidade relativa. Paralelamente, foi avaliada a estabilidade do bagaço de yacon desidratado através das isotermas de sorção e análise termodinâmica. O bagaço é o subproduto do processo de extração do suco, tem baixa atividade de água e potencial para uso em formulações alimentícias devido ao teor de FOS que permanece mesmo após a secagem. Os dados de umidade de equilíbrio de bagaço de yacon desidratado em pó foram determinados nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50 ºC e o modelo de Halsey ajustou adequadamente os dados de sorção. As isotermas obtidas foram do tipo III, características de produtos contendo açúcares. / Yacon (Smallanthus sonchifolius) is a root of Andean origin, considered to be a functional food as it presents fructooligosaccharides (FOS) and phenolic compounds in its composition. FOS are fructose polymers with a polymerization degree of 3–10 units and have been referred to as prebiotics and dietary fibers because they are not digestible by the enzymes of the human digestive tract and they selectively stimulate the growth and activity of of health promoting bacteria. Other than their prebiotic action, yacon roots are rich on phenolic compounds with antioxidant properties, which protect the human body from oxidative processes. However, the presence of such compounds makes the roots susceptible to enzymatic browning reaction caused by peroxidase and polyphenoloxidase. Thereby, initially, a study was conducted on the kinetics of thermal inactivation and thermodynamic parameters during blanching of these enzymes as well as inulinase enzyme on yacon juice. The yacon juice, previously acidified with 1% citric acid was blanched with different time-temperature combinations in the ranges of 0-10 minutes and 80-100 °C. The kinetic behavior of the three enzymes indicated the presence of two isoenzymes with different thermal stabilities, following the biphasic model. Furthermore, the kinetic analysis showed high thermal resistance for the evaluated enzymes, where in inulinase was the most heat resistant. Thermodynamic analysis indicated that the adding of citric acid to the yacon juice, probably, caused the denaturation of the most of the enzymes that were subsequently aggregated during blanching. Afterwards, yacon juice was microencapsulated by spray drying with the aim of evaluating the use of polydextrose as wall material through in comparison to gum arabic, which is one of the more often used encapsulants in food. The effects of the concentration of the encapsulating agents and drying temperature in the content of total phenolic compounds, antioxidant activity, fructooligosaccharides, moisture, water activity, solubility, hygroscopicity, color, and morphology were investigated. The results indicated that polydextrose presented a good performance in the encapsulation of yacon juice, presenting high retention of phenolic compounds and antioxidant activity. On all the evaluated treatments, a behavior similar to arabic gum was observed, presenting good characteristics, such as low moisture content, water activity and hygroscopicity and high solubility. Hereafter, the kinetics and thermodynamics of the degradation of phenolic compounds and the kinetics of the degradation of the total color difference of these microcapsules were evaluated under accelerated storage kinetics conditions, with relative humidity of 75 and 90% and temperatures between 35 and 45 °C. The spray drying process was performed under a temperature of 140°C with arabic gum and polydextrose in a 10% concentration and stored under such conditions for 35 days. Degradation of phenolic compounds and total color of microcapsules showed first order kinetics. As of phenolic compound degradation, for all the conditions of relative humidity and temperature the microcapsules with arabic gum were more stable than the ones encapsulated with polydextrose, presenting longer half-lives. Nevertheless, values for the thermodynamic parameters were similar, indicating that the degradation of the phenols occurred in a similar way in the microcapsules, regardless of the wall material used. The kinetic analysis for total color difference of the microcapsules showed that the increase in temperature and/or relative humidity caused no significant difference on the the rate constants. Meantime, the stability of dehydrated yacon bagasse was evaluated by use of sorption isotherms and thermodynamic analysis. The bagasse is a byproduct of the juice extraction process, with low water activity and potential for usage in food formulations due to residual FOS content, even after drying. Equilibrium moisture data for powdered dehydrated yacon bagasse was determined under temperatures of 20, 30, 40, and 50°C and the Halsey model suitably adjusted to the sorption data. The isotherms thus obtained were class III isotherms, typical of sugar rich products.

O yacon (Smallanthus sonchifolius) é uma raiz de origem andina, considerada como um alimento funcional por apresentar em sua composição frutoligossacarídeos (FOS) e compostos fenólicos. Os FOS são polímeros de frutose com grau de polimerização de 3-10 e têm sido designados como prebióticos e fibras alimentares por sua não digestibilidade pelas enzimas do trato digestivo humano e por estimulando seletivamente o crescimento e a atividade de bactérias intestinais promotoras de saúde. Além da ação prebiótica, as raízes de yacon são ricas em compostos fenólicos com propriedades antioxidantes, que protegem o corpo humano dos processos oxidativos. Entretanto, a presença desses compostos torna as raízes suscetíveis à reação de escurecimento enzimático causado pela peroxidase e polifenoloxidase. Diante disso, inicialmente, foi estudada a cinética da inativação térmica e parâmetros termodinâmicos durante o branqueamento dessas enzimas e da enzima inulinase no suco de yacon. O suco de yacon, previamente acidificado com 1% de ácido cítrico foi branqueado com diferentes combinações de tempo-temperatura na faixa de 0-10minutos e 80-100 ºC. O comportamento cinético das três enzimas indicou a presença de duas isoenzimas com diferentes estabilidades térmicas, seguindo o modelo bifásico. A análise cinética demonstrou ainda, a alta resistência térmica das enzimas avaliadas, sendo que a inulinase foi a mais resistente ao calor. A análise termodinâmica indicou que a adição do ácido cítrico ao suco de yacon, provavelmente, causou a desnaturação da maior parte das enzimas que posteriormente foram agregadas durante o branqueamento. Posteriormente, o suco de yacon foi microencapsulado por atomização a fim de avaliar o uso da polidextrose como material de parede através da comparação com a goma arábica que é um dos encapsulantes mais utilizados em alimentos. Os efeitos da concentração dos agentes encapsulantes e da temperatura de secagem no teor de compostos fenólicos totais, atividade antioxidante, frutoligossacarídeos, umidade, atividade de água, solubilidade, higroscopicidade, cor e morfologia foram investigados. Os resultados indicaram que a polidextrose apresentou bom desempenho no microencapsulamento de componentes bioativos do suco de yacon, apresentando alta retenção dos compostos fenólicos e da atividade antioxidante. Em todos os tratamentos avaliados teve comportamento muito similar à goma arábica apresentando boas características, tais como baixa umidade, atividade de água e higroscopicidade e elevada solubilidade. Posteriormente, a cinética e termodinâmica de degradação dos compostos fenólicos e a cinética da degradação da diferença total de cor dessas microcápsulas foram avaliadas sob condições de cinética acelerada de armazenamento, com umidade relativa de 75 e 90% e temperaturas de 35 e 45 ºC. As microcápsulas foram atomizadas na temperatura de 140 ºC com goma arábica e polidextrose na proporção de 10% e armazenadas nessas condições por 35 dias. A degradação dos compostos fenólicos e da diferença total de cor das microcápsulas exibiram cinética de primeira ordem. Em relação à degradação dos compostos fenólicos, para todas as condições de umidade e temperatura, as microcápsulas com goma arábica foram mais estáveis do que as encapsuladas com polidextrose, apresentando maiores tempos de meia vida. Entretanto, os valores dos parâmetros termodinâmicos tiveram valores similares, indicando que a degradação dos fenóis ocorreu de forma similar nas microcápsulas independente do material de parede utilizado. As constantes de velocidades da degradação da diferença total de cor das microcápsulas não apresentaram diferença significativa com o aumento da temperatura e/ou da umidade relativa. Paralelamente, foi avaliada a estabilidade do bagaço de yacon desidratado através das isotermas de sorção e análise termodinâmica. O bagaço é o subproduto do processo de extração do suco, tem baixa atividade de água e potencial para uso em formulações alimentícias devido ao teor de FOS que permanece mesmo após a secagem. Os dados de umidade de equilíbrio de bagaço de yacon desidratado em pó foram determinados nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50 ºC e o modelo de Halsey ajustou adequadamente os dados de sorção. As isotermas obtidas foram do tipo III, características de produtos contendo açúcares. / Yacon (Smallanthus sonchifolius) is a root of Andean origin, considered to be a functional food as it presents fructooligosaccharides (FOS) and phenolic compounds in its composition. FOS are fructose polymers with a polymerization degree of 3–10 units and have been referred to as prebiotics and dietary fibers because they are not digestible by the enzymes of the human digestive tract and they selectively stimulate the growth and activity of of health promoting bacteria. Other than their prebiotic action, yacon roots are rich on phenolic compounds with antioxidant properties, which protect the human body from oxidative processes. However, the presence of such compounds makes the roots susceptible to enzymatic browning reaction caused by peroxidase and polyphenoloxidase. Thereby, initially, a study was conducted on the kinetics of thermal inactivation and thermodynamic parameters during blanching of these enzymes as well as inulinase enzyme on yacon juice. The yacon juice, previously acidified with 1% citric acid was blanched with different time-temperature combinations in the ranges of 0-10 minutes and 80-100 °C. The kinetic behavior of the three enzymes indicated the presence of two isoenzymes with different thermal stabilities, following the biphasic model. Furthermore, the kinetic analysis showed high thermal resistance for the evaluated enzymes, where in inulinase was the most heat resistant. Thermodynamic analysis indicated that the adding of citric acid to the yacon juice, probably, caused the denaturation of the most of the enzymes that were subsequently aggregated during blanching. Afterwards, yacon juice was microencapsulated by spray drying with the aim of evaluating the use of polydextrose as wall material through in comparison to gum arabic, which is one of the more often used encapsulants in food. The effects of the concentration of the encapsulating agents and drying temperature in the content of total phenolic compounds, antioxidant activity, fructooligosaccharides, moisture, water activity, solubility, hygroscopicity, color, and morphology were investigated. The results indicated that polydextrose presented a good performance in the encapsulation of yacon juice, presenting high retention of phenolic compounds and antioxidant activity. On all the evaluated treatments, a behavior similar to arabic gum was observed, presenting good characteristics, such as low moisture content, water activity and hygroscopicity and high solubility. Hereafter, the kinetics and thermodynamics of the degradation of phenolic compounds and the kinetics of the degradation of the total color difference of these microcapsules were evaluated under accelerated storage kinetics conditions, with relative humidity of 75 and 90% and temperatures between 35 and 45 °C. The spray drying process was performed under a temperature of 140°C with arabic gum and polydextrose in a 10% concentration and stored under such conditions for 35 days. Degradation of phenolic compounds and total color of microcapsules showed first order kinetics. As of phenolic compound degradation, for all the conditions of relative humidity and temperature the microcapsules with arabic gum were more stable than the ones encapsulated with polydextrose, presenting longer half-lives. Nevertheless, values for the thermodynamic parameters were similar, indicating that the degradation of the phenols occurred in a similar way in the microcapsules, regardless of the wall material used. The kinetic analysis for total color difference of the microcapsules showed that the increase in temperature and/or relative humidity caused no significant difference on the the rate constants. Meantime, the stability of dehydrated yacon bagasse was evaluated by use of sorption isotherms and thermodynamic analysis. The bagasse is a byproduct of the juice extraction process, with low water activity and potential for usage in food formulations due to residual FOS content, even after drying. Equilibrium moisture data for powdered dehydrated yacon bagasse was determined under temperatures of 20, 30, 40, and 50°C and the Halsey model suitably adjusted to the sorption data. The isotherms thus obtained were class III isotherms, typical of sugar rich products.

O yacon é uma planta perene originária da região andina, cujas raízes têm recebido atenção devido ao alto teor de frutooligossacarídeos (FOS) prebióticos. Além de proporcionar benefícios à saúde, os FOS apresentam características interessantes como ingredientes alimentícios, sendo utilizados como substitutos do açúcar. Sua extração das raízes de yacon pode ser uma alternativa aos FOS de alto custo atualmente disponíveis comercialmente. O presente trabalho avaliou a tecnologia de separação por membranas para concentração e purificação dos FOS a partir de um extrato obtido da raiz de yacon, mediante o emprego de ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF), com e sem utilização de diafiltração (DF) descontínua. A UF teve como objetivo clarificar o extrato de yacon, removendo partículas em suspensão de alta massa molar e recolhendo os açúcares no permeado. Depois da UF, 63,75 % dos açúcares totais presentes na solução de alimentação inicial foram recuperados no permeado. A NF do permeado, obtido previamente por UF, foi realizada para remover os sais e açúcares simples e concentrar os FOS no retido. O emprego da DF não influenciou a retenção de FOS na NF (que aumentou de 68,78 % sem DF para 70,48 % com DF), mas diminuiu a retenção de glicose de 40,63 para 31,61 % e de frutose de 25,64 para 18,69 %, permitindo uma maior purificação dos FOS no retido. Após o processo combinado de UF-NF, 51,85 % dos FOS da solução inicial foram recuperados no retido da nanofiltração, alcançando pureza de 19,75%. A seguir, o retido obtido na nanofiltração associada à diafiltração foi liofilizado. Nesse produto liofilizado foram analisadas cor, atividade de água (aw), microestrutura – por meio de microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (MEV-EDS) – e cristalinidade – através de difração de raios-X. O teor de açúcares do produto liofilizado foi 19,75 % de FOS, 36,66 % de glicose e 43,59 % de frutose, em massa, com aw de 0,284. A sua aparência externa foi a de um pó granulado e esbranquiçado, cujos parâmetros de cor, no sistema CIELAB, foram de 76,25±1,19, -1,03±0,09 e 1,02±0,03 para L*, a* e b* respectivamente. A amostra se mostrou altamente higroscópica e com tendência à aglomeração, confirmada pela visualização da formação de pontes entre partículas adjacentes nas imagens do MEV. Não foram identificados picos nos difratogramas de raios-X, indicando características amorfas. Entretanto, a alta higroscopicidade da amostra, que levou à formação de uma massa rígida e contínua, pode ter dificultado a correta difração de raios-X. / Yacon is a perennial plant originated from the Andean region which roots have been receiving increased attention due to their high content in prebiotic fructooligosaccharides (FOS). Apart from promoting many health benefits, FOS present interesting characteristics as food ingredient, being used as sugar substitute, and its extraction from yacon roots may be an alternative to the high costs FOS actually commercially available. The present work evaluated membrane technology for concentrating and purifying FOS from an extract obtained from yacon roots, combining a first ultrafiltration (UF) clarifying step with nanofiltration (NF), with and without association with discontinuous diafiltration (DF). UF aimed to remove large molecules such as proteins and suspended solids, yielding a saccharide-rich permeate. After UF, 63.75 % of total saccharides from the initial feed were recovered in the permeate, that was then subjected to NF in order to reduce glucose, fructose and salts content and concentrate the oligosaccharides in the retentate. DF did not largely influenced FOS retention in NF (it increased from 68.78 % without DF to 70.48 % with DF), but decreased glucose and fructose retentions, from 40.63 to 31.61 % and 25.64 to 18.69 %, respectively, allowing a greater purification of FOS in the retentate. After the combined UF-NF process, 51.85 % of FOS from the initial feed were recovered in the NF final retentate, with 19.75 % purity. After this, the final retentate of nanofiltration associated with diafiltration was lyophilized and the powder was subjected to analyses of color, water activity (aw), microstructure – by Scanning Electron Microscopy coupled to Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS) – and crystallinity – by X-ray diffraction. The obtained freeze-dried FOS-enriched saccharides powder, containing 19.75 % of FOS, 36.66 % of glucose and 43.59 % of fructose, in weight, was a whitish granulated powder, with aw of 0.284 and CIELAB color coordinates L*, a* and b* of 76.25±1.19, -1.03±0.09 and 1.02±0.03, respectively. It was highly hygroscopic and with agglomeration tendency, confirmed by the formation of bridges between particles on the SEM images. No peaks were identified at X-ray diffractograms, indicating its amorphous characteristics. However, the sample high hygrospicity and the formation of a rigid mass may have hindered a trustable X-ray analysis.

O Yacon (Smallanthus sonchifolius) é uma planta que pertence à família Asteraceae, é originário das montanhas dos Andes e no Brasil seu cultivo iniciou-se em 1991. Possui carboidratos solúveis tais como frutose, glicose, sacarose e frutooligossacarídeos (FOS), sendo que os FOS não podem ser metabolizados pelo trato digestivo humano, tendo dessa forma atividade prebiótica. Este trabalho visou estudar o efeito do branqueamento no yacon e posterior secagem mediante ar quente. As raízes foram limpas e selecionadas considerando a ausência de injúrias visuais e infecções. A seguir foram descascadas e cortadas em forma de rodelas (espessuras de 1,75 ± 0,35 mm) e cubos (1,00 ± 0,01cm3). Foi verificada a ocorrência da solubilização dos açúcares durante o branqueamento, onde foram avaliadas as perdas de inulina, glicose e frutose em diferentes condições de tempo e temperatura. Foi observada a maior solubilização nas amostras em rodelas que em cubos na maioria dos tratamentos estudados. O teste de Tukey indicou que no branqueamento do yacon em forma de rodelas e cubos, o tempo, a temperatura e a interação entre eles foi significativa na solubilização dos açúcares, exceto na frutose (nas amostras em rodelas) e na inulina (nas amostras em cubos) onde somente foi significativo o tempo e a temperatura. Os resultados obtidos da superfície de resposta permitiram obter modelos estatísticos para estimar a perda de açúcares no branqueamento das amostras em rodelas, estimando as condições de maior solubilização. Devido a essas perdas, estudou-se o branqueamento a vapor em amostras em rodelas, que foram colocadas dentro de uma autoclave gerando vapor a 100oC nos tempos de 1, 2, 4, 6, 8 e 10 minutos, sendo a melhor condição a 4 minutos, onde foi possível reduzir a atividade enzimática da PER e PPO em 84,6% e 83,7%, correspondendo a perdas de inulina, glicose e frutose de 30,6, 39,4 e 15,8% respectivamente. A seguir foi realizada a secagem nas amostras de yacon, nas temperaturas de 50, 60 e 70°C por 5 horas e 30 minutos sem e com branqueamento, onde verificou-se o efeito do pré-tratamento e da temperatura sobre a redução da umidade e da atividade de água, revelando que o menor tempo de secagem foi obtido a 70°C em amostras com branqueamento. Também foi observado que após 5 horas de secagem a concentração de inulina diminuiu, enquanto que as concentrações de glicose e frutose aumentaram, sendo que os teores desses componentes no final da secagem não diferiram com a temperatura, tanto nas amostras que sofreram ou não branqueamento. No entanto, houve conversão dos FOS em açúcares redutores. O aumento na concentração dos açúcares redutores pode ser devido à presença de atividade enzimática da inulinase. / Yacon (Smallanthus sonchifolius) is a plant belonging to the Asteraceae family and originated in the Andes Mountains, having been cultivated in Brazil since 1991. It contains soluble carbohydrates such as fructose, glucose, sucrose and fructooligosaccharides (FOS), the latter not being metabolized in the human digestive tract and thus presenting prebiotic activity. This work aimed to study the effect of blanching and subsequent hot air drying on yacon. The roots were cleaned and selected considering the absence of visual injury and infections. They were then peeled and cut into slices (1.75 ± 0.35 mm thick) and cubes (1.00 ± 0.01cm2). The sugars were shown to dissolve during blanching, and the losses of inulin, glucose and fructose were determined under different conditions of time and temperature. For the majority of conditions studied, greater dissolution was observed with the slices than with the cubes. Tukey's test indicated that both the time and the temperature and the interaction between them were significant with respect to the dissolution of sugars in the blanching of yacon in the form of both slices and cubes, with the exception of fructose (for the sliced samples) and inulin (for the samples in cubes), where only the time and temperature were significant. The results obtained from the response surface allowed for the production of statistical models to estimate the loss of sugars during blanching for the samples in slices, estimating the conditions for greatest dissolution. Due to these losses, steam blanching of the slices was studied, placing the slices inside an autoclave generating steam at 100ºC for times of 1, 2, 4, 6, 8 and 10 minutes, the best condition being that of 4 minutes where it was possible to reduce the PER and PPO activities by 84.6% and 83.7%, respectively, with losses of inulin, glucose and fructose of 30.6, 39.4 and 15.8%, respectively. Drying of the yacon samples at temperatures of 50, 60 and 70ºC for 5 hours and 30 minutes, with and without blanching, was then carried out, verifying the effect of the pre-treatment and of the drying temperature on the reduction in moisture content and water activity. The shortest drying time was obtained at 70ºC with blanched samples. It was also observed that after 5 hours of drying the concentration of inulin decreased, whereas the concetrations of glucose and fructose increased, the contents of these components at the end of the drying period not varying according to the drying temperature, for either the blanched or non-blanched samples. Thus the FOS were converted into reducing sugars, and the increase in reducing sugars could have been due to the presence of inulinase activity.

O yacon (Smallanthus sonchifolius) é uma planta de origem andina, cujas raízes tuberosas armazenam açúcares como frutose, glicose, sacarose e, principalmente, frutooligossacarídeos (FOS). Os FOS são designados como prebióticos, que por sua não digestibilidade pelas enzimas do trato digestivo humano, estimulam seletivamente a multiplicação e a atividade de bactérias intestinais promotoras de saúde. Este trabalho visou estudar a separação de FOS do extrato de yacon, mediante o emprego do processo de separação por membranas (PSM) por ultrafiltração (UF) e avaliar as características físico-químicas do pó obtido por spray drying, a partir do permeado da UF. As raízes foram descascadas e cortadas em rodelas e submetidas ao branqueamento mediante vapor a 100ºC. A partir das fatias branqueadas foi extraído o suco empregando um processador de alimentos; da polpa obtida após a separação do suco, foram extraídos os açúcares restantes mediante a adição de água a 80°C em uma proporção de 2:1 (massa água/massa polpa). O suco de yacon e a solução líquida obtida da polpa foram separadamente filtrados e a mistura dos filtrados constituiu o extrato de yacon. A separação dos FOS foi realizada pelo processo de UF, utilizando duas membranas poliméricas de 10 kDa (UF-10) e 30 kDa (UF-30) com pressões transmembrana de 1,2 bar e 0,75 bar, respectivamente. Encontrou-se que o fluxo de permeado aumentou com o aumento da pressão de 0,5 bar a 2 bar e com a temperatura de 15ºC a 35ºC. Para a UF- 10, a resistência da membrana (Rm) aumentou de 3,25×1013 m-1 para 3,41×1013 m-1 com o aumento da pressão de 0,5 bar para 2 bar; o mesmo ocorreu com a UF-30, aumentando de 1,69×1013 m-1 para 1,89×1013 m-1. As resistências total (Rt), do fouling (Rf) e da polarização por concentração (Rc) apresentaram um leve incremento com o aumento da pressão. Com o aumento da temperatura os valores de Rf e Rc diminuíram devido à redução da viscosidade da solução, enquanto que Rt e Rm não variaram. A porcentagem de formação do fouling diminuiu com o aumento do poro da membrana, de 61,24% na UF-10 para 57,33% na UF-30. O entupimento dos poros da membrana foi revertido empregando procedimentos de limpeza, obtendo-se altas recuperações de fluxo de permeado (76,46% para UF-10 e 83,56% para UF-30). A retenção dos FOS foi de 24,48%, da glicose de 12,95% e da frutose de 22,18% na membrana UF-10, sendo que o aumento do tamanho de poro proporcionou menor retenção dos açúcares, 6,49%, 9,11% e 11,31% para os FOS, glicose e frutose respectivamente para a UF-30.O balanço de massa mostrou que os FOS obtidos no permeado da UF alcançaram pureza de 24,08% para a UF-10 e 18,43% para a UF-30. Ao permeado da UF foi adicionado goma arábica como agente encapsulante nas concentrações de 10% e 15% sob constante agitação até completa homogeneização, seguido de imediata secagem no spray dryer empregando temperaturas de entrada de ar de 140°C e 160°C. O p roduto final apresentou valores de umidade menores que 4 gH2O/100 g m.s. e de atividade de água menores que 0,15. O aumento da concentração de goma e da temperatura de secagem resultou em aumento na solubilidade dos pós, obtendo-se valores superiores a 90%, enquanto que a higroscopicidade diminuiu. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que as partículas obtidas por atomização apresentaram tamanhos em torno de 5 μm e morfologias distintas, além de uma forte tendência à aglomeração das partículas menores em torno das maiores, principalmente na temperatura de 140ºC. Com relação à cor, o parâmetro L* diminuiu significativamente com o aumento da temperatura de 140ºC para 160ºC, resultando em amostras mais escuras; os parâmetros a* e b* indicaram que as amostras observadas foram esverdeadas e amareladas, com índice de escurecimento significativamente maior a 160ºC na UF-30. Durante a secagem, o aumento da temperatura diminuiu as concentrações de inulina, enquanto que os teores de glicose e frutose aumentaram devido à reação de termólise que levou à degradação das cadeias de inulina. Os ensaios de atividade prebiótica mostraram que todas as amostras de permeado e retido sem encapsulação foram metabolizados de forma semelhante à glicose pelas três diferentes bactérias (Lactobacillus acidophilus LA-5®, Bifidobacterium lactis BB-12® e Escherichia coli ATCC 25922). Com relação às amostras atomizadas, os tratamentos provenientes da UF-30 e que foram metabolizadas pela cultura probiótica LA-5 apresentaram indicativo potencial de atividade prebiótica, por terem sido metabolizadas de forma similar à glicose. / The yacon (Smallanthus sonchifolius) is a plant originated from Andean regions, whose tuberous roots contain sugars such as fructose, glucose, sucrose, and especially fructooligosaccharides (FOS). FOS is referred to as prebiotics due to it is not digestible by enzymes in the human digestive tract, therefore it selectively stimulates the multiplication and activity of health-promoting bacteria. This study aimed to evaluate the separation of FOS from the extract of yacon by ultrafiltration (UF) membrane separation process (PSM), and study the physic-chemical characteristics of the powder obtained by spray drying from the permeate obtained by UF. The juice was extracted from the bleached slices using a food processor; after, the remaining sugars were extracted from the pulp by adding water at 80ºC in a ratio of 2:1 (water / pulp). The yacon juice and the liquid solution obtained from the pulp were filtered and the filtrate mixture was the yacon extract. The separation of FOS was carried out by two polymeric membranes of 10 kDa (UF-10) and 30 kDa (UF- 30), at pressures of 1.2 bar and 0.75 bar, respectively. The permeate flux increased with increasing pressure from 0.5 bar to 2 bar and temperature from 15ºC to 35ºC. For the UF- 10, the intrinsic membrane resistance (Rm) increased from 3.25×1013 m-1 to 3.41×1013 m-1 with increasing pressure from 0.5 bar to 2 bar. The same occurred with UF-30, in which Rm increased from 1.69×1013 m-1 to 1.89×1013 m-1. The total resistance (Rt), fouling resistance (Rf) and cake layer resistance (Rc) slight increased with increasing pressure. As the temperature increased, the values of Rf and Rc decreased due to the reduced viscosity of the solution, while Rt and Rm values did not change. The percentage of membrane fouling decreased from 61.24% in UF-10 to 57.33% in UF-30 with increasing the membrane pore size. The membrane pore clogging was reversed by cleaning procedures, resulting in high recoveries of the permeate flow (76.46% in UF-10 and 83.56% in UF-30). For UF-10, the FOS retention was 24.48%, while glucose and fructose retention were 12.95% and 22.18% respectively, and the increase in pore size resulted in less retention of sugars, once for the UF-30 the retention percentage was 6.49%, 9.11% and 11.31% for FOS, glucose and fructose, respectively. The mass balance showed that FOS from the UF permeate reached 24.08% purity in UF-10 and 18.43% in UF-30. Gum arabic at concentrations of 10% and 15% was added to the UF permeate as an encapsulating agent with constant stirring until complete homogenization, followed by immediate drying in a spray dryer at inlet temperatures of 140ºC and 160ºC. The final product presented moisture content less than 4 gH2O/100 g d.m. and water activity less than 0.15. Increasing both the arabic gum concentration and drying temperature have increased the powder solubility, with values higher than 90%, and decreased hygroscopicity. Scanning electron microscopy showed that the atomized particles had about 5 μm diameter and exhibited different morphologies, with a strong tendency to particle agglomeration, once smaller particles appeared to overlap large particles, mainly at 140ºC. Regarding the color parameters, the parameter L* significantly decreased with increasing temperature from 140ºC to 160ºC, resulting in darker samples. The parameters a* and b* indicated that the samples were greenish and yellowish with significantly increase in the browning index at 160ºC for UF-30. During the drying process, increasing the temperature decreased inulin concentrations, whereas the levels of glucose and fructose increased due to the thermolysis reaction that lead to degradation of inulin chains. The prebiotic activity assay showed that all permeate and retentate samples without encapsulation were metabolized similarly to glucose by the three different bacteria (Lactobacillus acidophilus LA-5®, Bifidobacterium lactis BB-12® and Escherichia coli ATCC 25922). With respect to the atomized samples, the treatments from the UF-30 that were metabolized by the probiotic culture LA-5 seemed to present potential prebiotic activity, since they were metabolized in a manner similar to glucose metabolism.

Orientador: Fernanda Paula Collares / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T12:10:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marangoni_AndreLuis_M.pdf: 949788 bytes, checksum: 48a3e3adcced1d1be2f35acb905676cd (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O presente trabalho visou avaliar a aplicação de farinha de Yacon (Polymnia sonchifolia) em produtos à base de cereais como bolo inglês, biscoito tipo "Champurrada" e snacks à base de arroz obtidos por extrusão termoplástica. Para tanto, a incorporação de farinha de Yacon nos snacks e a substituição parcial da farinha de trigo pela farinha de Yacon no bolo e no biscoito foram analisadas quantificando-se a magnitude das mudanças físicas e sensoriais nestes produtos. Para os três estudos, utilizou-se a metodologia de superfície de resposta com um delineamento estatístico do tipo composto central rotacional (com 2 variáveis independentes no caso do bolo e biscoito, e 3 variáveis independentes para o estudo dos snacks). As variáveis independentes no estudo do bolo foram as concentrações de farinha de Yacon e de farinha de linhaça. Já, para o biscoito, as variáveis foram as concentrações de farinha de Yacon e de aveia em flocos. Em se tratando dos snacks, as variáveis foram: umidade da farinha de alimentação; temperatura na 4ª e 5ª zona do extrusor; e teor de farinha de Yacon incorporada. Os bolos e os biscoitos foram analisados quanto à textura e cor instrumental (Hunterlab), densidade da massa, volume específico, além das avaliações sensoriais. Por sua vez, as variáveis dependentes no estudo dos snacks foram: propriedades físico-químicas (textura e cor instrumental, índice de absorção de água e de solubilidade em água, e índice de expansão) e sensoriais. Para o bolo, as superfícies geradas sugeriram que concentrações de farinha de Yacon variando entre 0,0% e 3,45% e teores de farinha de linhaça entre 3,18% e 6,0% resultaram em um produto de menor dureza. Para os parâmetros de cor, com concentrações mínimas de farinha de Yacon e linhaça (0,0% e 3,18%, respectivamente), obteve-se um bolo mais claro, de coloração mais amarelada e a densidade da massa atingiu valores mínimos quando o teor de linhaça foi de 6,0%, sendo que o teor de farinha de Yacon não apresentou influência sobre este parâmetro. No estudo do biscoito, a superfície de resposta indicou que quando a concentração de Yacon foi de 3,45% ou superior, e a de aveia de 6,82%, o parâmetro L* atingiu seu valor máximo. O maior valor de intenção de compra ocorreu para uma concentração de Yacon de 3,45% e de aveia de 1,18% e 6,82%. Dessas observações pode-se inferir que a concentração recomendada de incorporação de farinha de Yacon seria 3,45% e de aveia de 6,82%, considerando a faixa de valores estudada. Os snacks que apresentaram maior expansão foram obtidos a 120ºC, com teor de umidade da matéria-prima igual a 17% e concentração da farinha de Yacon de 12%. As superfícies geradas para os atributos sensoriais textura e intenção de compra, mostraram que o valor máximo para estes dois atributos ocorreram para as mesmas condições de temperatura, umidade da farinha de alimentação e teor de farinha de Yacon que propiciaram o maior índice de expansão. A utilização da farinha de Yacon (Polymnia sonchifolia) como um ingrediente funcional em produtos panificados (bolo e biscoito) e extrudados (snacks de arroz) mostrou-se viável. Os fruto-oligossacarídeos (FOS), objeto central no desenvolvimento de um produto funcional, foram conservados no processamento do Yacon até a obtenção da farinha e permaneceram em concentrações satisfatórias, de modo a suprir a ingestão nutricional de acordo com padrões difundidos na literatura / Abstract: This study aimed at evaluating the application of yacon (Polymnia sonchifolia) flour in cereal-based products such as pound cake, "Champurrada" type biscuits and rice-based snacks produced by a thermoplastic extrusion process. Thus the effect of incorporating yacon flour into the snacks and the partial substitution of wheat flour by yacon flour in the cake and biscuit were analysed, quantifying the magnitude of the physical and sensory changes in these products. Response surface methodology was used in the three studies, with a rotatable central-composite experimental design (with 2 independent variables for the cake and biscuit, and 3 independent variables for the snacks). The independent variables for the cake study were the yacon flour and flaxseed flour concentrations, and for the biscuit, the yacon flour and oat flake concentrations. For the snacks, the variables were: moisture content of the feed flour; temperature in the 4th and 5th extruder zones; and amount of yacon flour incorporated. The cakes and biscuits were analysed for instrumental texture and colour (Hunterlab), dough density and specific volume, as well as the sensory analyses. On the other hand the dependent variables for the snacks were: the physical (instrumental texture and colour, water solubility index, water absorption index and expansion ratio) and sensory properties. For the cake, the surfaces generated suggested that concentrations of yacon flour between 0.0% and 3.45% and of flaxseed flour between 3.18% and 6.0% resulted in a cake with reduced hardness. For the colour parameters, the minimum yacon and flaxseed flour concentrations (0.0% and 3.18%, respectively), produced lighter coloured cakes with a yellowish colour. The dough density reached minimum values when the concentration of flaxseed was 6.0%, whilst the yacon flour concentration showed no influence on this parameter. In the biscuit study, the response surface indicated that when the yacon flour concentration was 3.45% or above and that of the oat flakes 6.82%, the L* parameter reached its maximum value. The highest value for purchasing intention was obtained with a Yacon flour concentration of 3.45% and an oats concentration between 1.18% and 6.82%. These observations inferred that the recommended concentrations for the yacon flour and oat flakes would be 3.45% and 6.82%, respectively, considering the range of values studied. The most expanded snacks were obtained under the following conditions: 17% moisture content in the feed flour, a temperature of 120ºC and the incorporation of 12% yacon flour. The surfaces generated for the sensory attributes of texture and purchasing intention, showed that the maximum values for these two attributes were obtained under the same conditions of temperature, feed flour moisture content and yacon flour incorporation that propitiated the greatest expansion values. The use of yacon flour (Polymnia sonchifolia) as a functional ingredient in bakery products (cake and biscuit) and extruded products (rice snacks) was shown to be viable. The fructooligosaccharides (FOS), central object of the development of a functional product, were conserved during the processing of the yacon to obtain the flour, remaining in satisfactory concentrations, sufficient to supply the recommended values for ingestion according to standards divulged in the literature / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Gláucia Maria Pastore / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T17:48:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChoqueDelgado_GrethelTeresa_D.pdf: 4927853 bytes, checksum: ef8c679c8f9658e583bf806254de0d6b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O yacon (Smallanthus sonchifolius), raiz andina, tem se destacado pelo seu potencial prebiótico devido aos elevados teores de frutooligossacarídeos (FOS) e inulina em sua composição. O objetivo deste trabalho foi verificar se a alimentação com yacon alteraria o sistema imune de camundongas BALB/c e se sua ingestão regular seria capaz de modular a resposta intestinal induzida pela instilação retal de ácido trinitrobenzeno sulfônico (TNBS). Para avaliar os efeitos do consumo regular de yacon sobre o sistema imune murino, camundongas BALB/c com oito semanas de idade foram divididas em quatro grupos experimentais alimentados por trinta dias com dieta: controle AIN-93M; 5% de FOS comercial; 3% e 5% FOS de yacon. O peso corporal e consumo da ração foram acompanhados semanalmente. Os níveis de anticorpos IgA, IgM, IgG séricos e IgA fecal, a produção de óxido nítrico (NO) por macrófagos, a frequência de linfócitos T e B sanguíneos e a proliferação de células esplênicas in vitro foram avaliados. Para avaliar o efeito do consumo regular de yacon sobre a colite experimental, metade dos animais que ingeriram as dietas teste foi instilada por via retal durante sete dias consecutivos com solução contendo TNBS, enquanto que o restante recebeu veículo (etanol). Foram analisados o peso corpóreo, histopatologia dos intestinos, bem como a proliferação de células esplênicas e dosagem de citocinas. Os animais alimentados com yacon apresentaram respostas semelhantes aos camundongos que ingeriram as demais dietas em relação ao ganho de peso, consumo de ração, níveis de anticorpos séricos, frequência de linfócitos T e B sanguíneos e produção de NO por macrófagos. Entretanto, observou-se um aumento significativo tanto na secreção de IgA fecal quanto na proliferação de células esplênicas de animais alimentados com yacon. Os camundongos alimentados com yacon sofreram menor perda de peso após instilação com TNBS do que os animais alimentados com AIN93M e FOS. Os animais que consumiram yacon apresentaram intestinos íntegros e funcionais, oposto ao observado nos animais dos demais grupos. Não foram encontradas diferenças significativas na proliferação de células esplênicas e produção de citocinas entre os diferentes grupos, salvo a maior produção de IL-17 e menor secreção de IL-10 nas culturas de células de animais alimentados com FOS. Nossos dados indicam que o consumo regular de yacon não acarreta efeitos adversos à fisiologia e sistema imune murino, levando à melhora no quadro de colite induzida por instilação com TNBS / Abstract: Yacon (Smallanthus sonchifolius), Andean root, has been recognized for its prebiotic potential due to its high levels of fructooligosaccharides (FOS) and inulin. The objective of this study was to verify if the regular consumption of yacon alters the immune system of BALB/c mice and if it may modulate intestinal inflammation induced by the rectal instillation of trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS). To evaluate the effects of regular yacon consumption on the murine immune system, eight-week-old BALB/c mice were divided into four experimental groups fed for thirty days with diet: control AIN-93M, 5% commercial FOS, or 3% or 5% yacon FOS. Body weight and food consumption were monitored weekly. The serum levels of IgA, IgM and IgG and fecal IgA, the nitric oxide (NO) production by macrophages, the frequency of T and B lymphocytes in the blood and the proliferation of spleen cells (in vitro) were evaluated. To evaluate the effects of regular yacon consumption on experimental colitis, half of the animals was instilled rectally with a solution containing TNBS for seven consecutive days while the rest received vehicle (ethanol). We analyzed the body weight, histopathology of the intestines, spleen cell proliferation and cytokine production. The animals fed yacon showed responses similar to mice that consumed the other diets in relation to weight gain, food intake, serum antibody levels, frequencies of T and B lymphocytes in the blood and NO production by macrophages. There was a significant increase in both fecal IgA secretion and the proliferation of spleen cells from animals fed yacon. The mice fed yacon suffered less TNBS-induced weight loss than animals fed the FOS and AIN93M diets. The animals that consumed yacon also showed intact and functional intestines, as opposed to the other groups of animals. There were no significant differences in spleen cell proliferation or cytokine production among groups, except for the increased production of IL-17 and lower IL-10 secretion in the cultures of cells from animals fed FOS. Our data indicate that the regular consumption of yacon does not cause adverse effects on the physiology or the murine immune system and that yacon consumption ameliorates colitis induced by TNBS instillation / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutor em Ciência de Alimentos

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-06-02Bitstream added on 2014-06-13T19:29:44Z : No. of bitstreams: 1 kamimura_gkf_me_arafcf.pdf: 713918 bytes, checksum: 90d6ccb478cdaac799bbb870832f99ec (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os frutos e vegetais apresentam-se fisiologicamente ativos após a colheita, dessa forma as perdas pós-colheita ocorrem pela influência de diferentes fatores onde se destacam a respiração, a temperatura, a umidade, a concentração de oxigênio e gás carbônico, a produção de etileno e a ação de enzimas endógenas associadas com processos de deterioração. As raízes de yacon têm sido cada vez mais consumidas devido à revelação de qualidades medicinais. A manutenção de sua qualidade in natura é um sério problema nos processos pós-colheita devido a inúmeras reações metabólicas. A peroxidase (POD, E.C.1.11.1.7) é largamente encontrada nos vegetais apresentando importante papel fisiológico/bioquímico embora uma precisa função não tenha ainda sido estabelecida. Sua importância para ciência dos alimentos evidencia-se pelas relações com alterações indesejáveis na qualidade e resistência dos vegetais, tornando interessante sua supressão parcial ou total no pós-colheita. Os objetivos desse trabalho foram isolar, purificar e caracterizar a peroxidase de raízes de yacon. Condições de extração para a POD de yacon foram estabelecidas e a enzima foi isolada por precipitação com sulfato de amônio, eluição em Sephadex G-25 e DEAE-celulose. Somente um pico de atividade foi eluído no processo de purificação com um fator de purificação de 222,33. O peso molecular determinado foi 34.8 kDa com valores de pH e temperatura ótima de 5,5 e 35°C, respectivamente. As constantes Km e Vmax foram de 14,227 mM e 17409 UA/mL, para s-dianisidina, e de 14,434 mM e 14830 UA/mL, para H2O2. Foram testados os efeitos inibidores de sais, quelantes, compostos sulfidrila, ácidos fenólicos e outros. Estudos de inativação térmica da POD foram realizados, nos quais se verificou o efeito protetor da sacarose na inativação enzimática e o efeito promotor de inativação pela... / The fruits and vegetables still continue physiologically active after the crop, in that way the postharvest losses occurs by the influence of different factors, like the respiration, temperature, humidity, concentration of oxygen and carbonic gas, ethylene production and the action of endogenous enzymes associated with deterioration processes. Yacon (Smallanthus sonchifolius) roots has been more and more consumed by the revelation of prebiotic and medicinal properties. The maintenance of its quality in the postharvest is a serious problem due to several metabolic reactions. Peroxidase (POD, E.C.1.11.1.7) is widely found in plants, having physiological/biochemical importance, although a precise function has not still been established. The POD importance for food science is due to its relationships with alteration of the quality and resistance of the vegetables to the postharvest factors. Its total or partial suppression by thermal inactivation or inhibitor compounds may be interesting for postharvest interests. The objectives of this work were to isolate, purify and characterize the POD from yacon roots. Extraction conditions for yacon POD were determined and the enzyme was isolated by precipitation with ammonium sulfate, elution on Sephadex G-25 and DEAE-cellulose. Only one peak of enzyme activity was eluted on the purification process with a 222.33 fold purification factor. The determined molecular weight was 34.8 kDa. The optimum pH and temperature values were pH 5.5 and 35°C, respectively. Km and Vmax for ï-dianisidine was 14.227 mM and 17409 UA/mL, and 14.434 mM and 14830 UA/mL for H2O2, respectively. The effects of metals, chelating agents, sulphidryl, phenolic acids and other compounds as POD inhibitors were evaluated... (Complete abstract, click electronic address below).