Capacidad saciante y efecto anti-obesogénico de alimentos mediterráneos: evaluación in vitro e in vivo

Abstract

La obesidad se ha incrementado dramáticamente alcanzando proporciones epidémicas en todo el mundo. La importancia global del sobrepeso y obesidad es preocupante, en parte debido a su efecto en salud pública y por su asociación con riesgo de padecer diabetes tipo 2, enfermedad coronaria, etc. La regulación de la ingesta de alimentos aumentando la saciedad y promoviendo un estilo de vida saludable son claves para mitigar esta epidemia. La adherencia a la dieta mediterránea junto con la introducción de ingredientes que promuevan la saciedad son estrategias clave para prevenir y tratar sobrepeso y obesidad. En base a estos antecedentes, este manuscrito se ha desarrollado con el objetivo de identificar y evaluar el potencial saciante de ingredientes típicamente consumidos en la dieta mediterránea. En el capítulo 1 se ha descrito el potencial saciante de macronutrientes y diferentes alimentos mediterráneos, siendo la proteína el macronutriente más saciante. Interesantes características anti-obesogénicas y saciantes de compuestos activos o ingredientes mediterráneos (suero, clara de huevo, hesperetina, capsicum, pistacho, algarroba, nopal y chufa) fueron descritas. En el capítulo 2 se realizó una caracterización inicial de diferentes sueros tras su digestión in vitro y fermentación colónica. Los resultados demostraron que el suero de oveja fue el más rico en proteína y el de cabra el que más lactosa presentaba. Biopéptidos derivados de la digestión mostraron diferentes efectos biológicos como antihipertensivos, saciantes, antidiabéticos y antioxidantes/antiinflamatorios. La obesidad está asociada a la salud intestinal, sistema inmune y a un bajo grado de inflamación sistémico. Para evaluar el efecto antiinflamatorio de diferentes sueros, el capítulo 3 fue desarrollado mediante un modelo de co-cultivo de inflamación in vitro (Caco-2 y RAW 264.7) tras su digestión in vitro y fermentación. El potencial de los digeridos y fermentados de suero de vaca, oveja, cabra y mezcla para minimizar la inflamación in vitro fue demostrada, reduciéndose la secreción de IL-8 y TNF-α en las células inflamadas. El capítulo 4 fue desarrollado para conocer el papel secretagogo de diferentes tipos de sueros crudos y tras una completa digestión y fermentación, sobre la secreción de dos péptidos saciantes (CCK y GLP-1) usando la línea tumoral intestinal STC-1. El suero digerido mostró el mayor potencial saciante por su degradación proteica, seguido de las muestras fermentadas, las cuales causaron un efecto saciante por el efecto sinérgico de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) y productos de degradación proteica. El menor efecto saciante fue encontrado en el suero no digerido, sugiriendo que las proteínas de suero intacto no es un buen candidato saciante. Continuando con el efecto del suero de leche en la salud, en el capítulo 5 se estudiaron las diferencias cualitativas y cuantitativas de la microbiota intestinal y AGCC de donantes con normo peso y obesos, en respuesta a diferentes sueros simulando una digestión in vitro y fermentación colónica. La microbiota se ha asociado a obesidad y diabetes, enfermedad inflamatoria intestinal y cáncer de colon. La microbiota relacionada con obesidad se caracteriza por una baja diversidad de poblaciones bacterianas, con aumentos de Firmicutes y disminuciones en Bacteroidetes, mientras que un perfil normo peso se asocia con incrementos de Bifidobacterium animalis, Methanobrevibacter smithii y el filo Bacteroidetes. AGCC derivados de la fermentación bacteriana han sido asociados con la regulación de la ingesta energética y el metabolismo energético. Se encontró que el suero de vaca, oveja y mezcla tuvieron un efecto prebiótico estimulando el crecimiento de bacterias probióticas. El capítulo 6 se desarrolló con el objetivo de optimizar la tecnología de ultrafiltración (variando presión, concentración de lactosa y membranas de ultrafiltración) para separar lactosa y proteína del suero de oveja. Para ello, 3 membranas de ultrafiltración, con diferente composición y corte molecular, fueron usadas (GR60PP, GR80PP and GR90PP). Los resultados revelaron que la separación de lactosa no se afectó por la presión en GR60PP y GR90PP, permaneciendo la separación estable en las 3 membranas cuando la concentración se aumentaba. Finalmente, el capítulo 7 tuvo el objetivo de evaluar el efecto saciante y anti-obesogénico de ingredientes de regiones mediterráneas: proteína de suero de cabra, proteína de clara de huevo, chufa y nopal, mediante el uso de ratones obesos C57BL/6J, durante 11 semanas de intervención dietética. El comportamiento alimentario, la ingesta de comida y energía, los péptidos saciantes circulantes, la morfología de los órganos y la composición corporal fueron determinadas. Los resultados demostraron el potencial saciante y la capacidad para revertir la condición obesa de diferentes ingredientes mediterráneos. Ratones obesos alimentados con dietas altas en proteínas (suero cabra y clara de huevo) y nopal mostraron disminuciones en la ingesta de alimentos y energía en 11 semanas de tratamiento, obteniéndose una reducción de peso corporal y de acumulación de grasa. Aunque todos los ingredientes mediterráneos probados en ratones obesos durante 11 semanas tuvieron efectos beneficiosos en saciedad y control de peso, el suero, la clara de huevo y el nopal demostraron prometedores efectos en la regulación de marcadores relacionados con obesidad y señales saciantes.

Obesity has increased dramatically, and it has now reached epidemic proportions around the world. The global importance of overweight and obesity is worrying, in part, due to their public health significance because they are associated with a higher risk of type 2 diabetes, coronary heart disease, etc. Regulation of food intake by enhancing satiety and the promotion of a healthy life style shape the key to mitigate this epidemic. The adherence to a Mediterranean diet together with the inclusion into the diet of ingredients capable to promote satiety are key strategies to prevent and treat overweight and obesity. Based on this background, this manuscript has been developed with the objective to identify and to evaluate the satiety potential of several ingredients consumed usually in the Mediterranean diet. In chapter 1 has been described the satiety potential of macronutrients and different Mediterranean foodstuffs, being proteins the most satiating macronutrient. Interesting anti-obesogenic and satiating features of Mediterranean active compounds or ingredients (whey, egg white, hesperetin, capsicum, pistachio, carob pulp, nopal, tiger nut) were revealed. In chapter 2 was performed an initial characterisation of several types of whey through an in vitro digestion and colonic fermentation. Results demonstrated that sheep whey was the richest one in protein content, meanwhile goat milk whey yielded the highest concentration of lactose. Biopeptides derived from digestion showed biological effects such as antihypertensive, satiating, antidiabetic and antioxidant/anti-inflammatory. Obesity is closely linked to gut health and immune system and a low-grade of systemic inflammation has been found in this situation. To assay the anti-inflammatory capacity of several types of whey, chapter 3 was developed by means of in vitro co-culture model of gut inflammation (Caco-2 and RAW 264.7) after an in vitro digestion and fermentation. The potential of digested and fermented whey from cow, sheep, goat and mixture to minimize the in vitro inflammation was demonstrated by reducing the secretion of IL-8 and TNF-α of inflamed cells. Chapter 4 was developed to know the role as secretagogue of several types of raw whey and after a whole digestion and fermentation on two satiating peptides (CCK and GLP-1) releasing by using the intestinal tumour cell line STC-1. Digested whey showed the highest satiating potential due to its protein degradation, followed by fermented samples, which caused the satiating effect through the synergistic effect of short chain fatty acids (SCFA) and protein breakdown products. The least satiating effect was found in undigested whey, suggesting that intact whey protein is not a good satiating candidate. Follow on with healthy effect of milk whey, in chapter 5 was studied the qualitative and quantitative differences of the gut microbiota and SCFA from normal-weigh and obese human donors in response to different types of whey milk, by simulating an in vitro digestion and colonic fermentation. Gut microbiota has been related to obesity and diabetes, inflammatory bowel diseases and colon cancer. Microbiota related to obesity is characterised by a low diversity of bacteria population with increases of Firmicutes and decreases in Bacteroidetes, meanwhile normal-whey microbiota profile is rather than linked to increases in Bifidobacterium animalis, Methanobrevibacter smithii and phylum Bacteroidetes. SCFA derived from bacterial fermentation has been associated to regulation of energy intake and energy metabolism. We found that whey milk from cow, sheep and mixture had a prebiotic effect on the gut microbiota of normal-weight and obese donors during batch culture fermentation stimulating the growth of probiotic bacteria. Chapter 6 had the objective of optimising the ultrafiltration technology (varying pressure, lactose concentration and ultrafiltration membranes) to separate lactose and protein in sheep whey. For this purpose, 3 ultrafiltration membranes with different composition and molecular weight cut-off were used (GR60PP, GR80PP and GR90PP). Main results revealed that lactose separation was not affected by pressure in GR60PP and GR90PP and remaining lactose removal stable in 3 membranes when feeding concentration increased. Finally, chapter 7 had the main objective of evaluating the satiating and anti-obesogenic effect of several ingredients from Mediterranean regions: goat whey protein, egg white protein, tiger nut and nopal by using obese C57BL/6J mice for 11 weeks of dietary intervention. Feeding pattern, cumulative food and energy intake, circulating satiating peptides, organs morphology and body composition were determined. Results demonstrated the satiating potential and the ability to revert an obese condition of several Mediterranean ingredients. Obese mice fed with high-protein diets (goat whey and egg white) and nopal exhibited decreases in food and energy intake over 11 weeks of treatment, obtaining a reduction of body weight and total fat storage. Although all Mediterranean ingredients tested in obese mice over 11 weeks have demonstrated beneficial effect on satiety and body weight management, whey, egg white and nopal proved promising effect on regulating markers related to obesity and satiety signals.