Interventi tecnologici per la progettazione di alimenti con incrementate funzionalità

In this Ph.D. thesis novel food structures were designed by applying different technological interventions. The interrelationship between food structure and resulting functionalities, intended as the technological and nutritional properties of the designed food, was critically evaluated considering both structuring and destructuring modifications upon processing, storage and/or digestion. In particular, formulation interventions were applied to design delivery systems for probiotic bacteria. The latter were selected due to their demonstrated capacity to confer health benefits to the host. Unfortunately, several challenges could limit the vehiculation of probiotics in foods, such as their susceptibility to external stresses during both manufacturing and digestion. Thus, in this Ph.D. thesis different biopolymer- and lipid-based structures were used as carrier system for probiotic bacteria. Structural modifications occurring during cold storage and in vitro digestion were correlated with cell viability to understand the main factors involved in microorganism protection. In the second part of the Ph.D. thesis, the potentialities of novel technologies to modify structure and resulting functionalities of biopolymers were analysed. High-pressure homogenization, pulsed electric fields, high pressure carbon dioxide, and ohmic heating were exploited to steer technological and nutritional properties of cheap and sustainable biopolymers, such as vegetable proteins and starch. Results clearly highlighted that the formulation/processing conditions applied influenced the resulting functionalities. The latter are strongly correlated with the designed food structures indicating that the application of a rational design approach is essential to meet the modern food quality criteria.

In questa tesi di dottorato, sono state progettate nuove strutture alimentari attraverso l’applicazione di diversi interventi tecnologici. La relazione tra la struttura alimentare e le risultanti funzionalità, intese come proprietà tecnologiche e nutrizionali, è stata valutata considerando sia i meccanismi di strutturazione che quelli di destrutturazione dell’alimento che si verificano durante il processo, lo stoccaggio e la digestione. In particolare, interventi di formulazione sono stati impiegati per progettare sistemi di veicolazione di microorganismi probiotici. Quest’ultimi sono stati scelti per le loro capacità di conferire benefici per la salute dell’ospite che li assume. Sfortunatamente, diversi fattori possono limitare la veicolazione dei probiotici negli alimenti, come ad esempio la loro suscettibilità agli stress esterni durante il processo e la digestione. In questa tesi di dottorato diversi sistemi composti da biopolimeri e lipidi sono stati impiegati per veicolare e proteggere microorganismi probiotici. Le modifiche strutturali dei sistemi di veicolazione sono state correlate con la vitalità dei batteri probiotici durante lo stoccaggio refrigerato e la digestione in vitro al fine di capire e analizzare i principali fattori coinvolti nella protezione microbica. Nella seconda parte della tesi, sono state analizzate le potenzialità di diverse tecnologie innovative di modificare la struttura di biopolimeri e le loro proprietà. L’omogeneizzazione ad alta pressione, i campi elettrici pulsati, il trattamento con anidride carbonica ad alta pressione e il riscaldamento ohmico sono stati sfruttati per modellare le funzionalità tecnologiche e nutrizionali di biopolimeri sostenibili e a basso costo, come le proteine vegetali e l’amido. I risultati ottenuti evidenziano chiaramente che le strategie di formulazione e processo adottati influenzano le funzionalità della matrice alimentare. Quest’ultime sono strettamente correlate con la struttura alimentare generata dagli interventi tecnologici confermando che per raggiungere i criteri di qualità del moderno settore alimentare è essenziale utilizzare un approccio di design robusto e razionale.