Incorporation of Bifidobacterium animalis subspecies lactis BB-12® and Akkermansia muciniphila in chocolate matrices

Abstract

Currently, consumers are seeking healthier food options, prioritizing goods with improved organoleptic and health properties. Consequently, the food industry has been focusing on developing functional foods, which are characterized by the incorporation of bioactive ingredients, which complement essential nutrition (food supplement) or have a pharmacological activity (nutraceutical). Probiotics, defined as "live microorganisms that, when administered in adequate amounts, confer benefits to human health", are a good example. These have been incorporated into different types of food matrices, particularly dairy matrices, and more recently into cereal or fruit and vegetable matrices. In an attempt to increase the portfolio of attractive food vectors for the delivery of probiotic bacteria to the consumer, chocolate was selected and studied due to its extreme popularity among consumers. Thus, the main objective of this thesis was to study the incorporation of two probiotic strains, namely Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12® (classical probiotic strain) and Akkermansia muciniphila DSM 22959 (candidate strain for new probiotic generation) in three chocolate matrices with different cocoa percentages (33. 6%; 54.5% and 70.5%) and evaluate their viability and stability over 28 days of aerobic storage and in simulated gastrointestinal tract (GIT) passage. Simultaneously, the content of total phenolic compounds was quantified, and the following biological activities were determined: antioxidant, antidiabetic, and antihypertensive. For the probiotic B. animalis BB-12®, the most suitable matrix was the chocolate containing 70.5% cocoa content, as it assured cell concentration levels of 108 CFU/g after 28 days of aerobic storage and presented viable cell numbers of 107 CFU/g during in vitro GIT simulation. Furthermore, the chocolates with 70.5% cocoa presented greater total phenolic compounds content and higher bioactivities (antioxidant, antidiabetic and antihypertensive). Regarding A. muciniphila DSM 22959, the most appropriate chocolate matrix was the one with 54.5% cocoa content, as cell viability was kept at 106 CFU/g, after 28-day aerobic storage. Though, A. muciniphila survived during aerobic storage in the chocolate matrix, this bacterium was unable to endure the simulated GIT conditions, when incorporated into chocolate. Regarding parameters such as overall quality aspect and texture, results indicated that the addition of probiotics modifies the chocolate’s surface and increases its hardness. Moreover, the results of a performed sensory analysis test (triangular test) with 70.5% cocoa content chocolate incorporated with A. muciniphila demonstrated that more than 50% of the testers could not distinguish between a plain chocolate (control) and a probiotic-incorporated chocolate. Although the addition of probiotics leads to changes in the organoleptic properties of the chocolate matrix, the supplementary benefits of a probiotic chocolate overweigh these differences, being therefore more attractive to the consumer. In conclusion, a chocolate matrix with high cocoa content (dark chocolate) is a suitable carrier for Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12® and Akkermansia muciniphila.

Atualmente, os consumidores procuram alternativas mais saudáveis para a sua alimentação, priorizando assim alimentos com melhores propriedades organoléticas e com maiores benefícios a nível da saúde. Consequentemente, a indústria alimentar teve de se adaptar a esta procura, concentrando-se assim no desenvolvimento de alimentos funcionais. Estes produtos alimentares caracterizam-se pela incorporação de ingredientes bioativos, que complementam a nutrição essencial (suplemento alimentar) ou que apresentam uma atividade farmacológica (nutracêutica). Os probióticos, definidos como "microrganismos vivos que, quando administrados em quantidades adequadas, conferem um benefício para a saúde humana”, são um bom exemplo. Estes têm sido incorporados em diferentes tipologias de matrizes alimentares particularmente matrizes lácteas, e mais recentemente em matrizes cerealíferas ou hortofrutícolas. Numa abordagem de aumentar o portefólio de vetores alimentares atrativos para o fornecimento de bactérias probióticas ao consumidor, foi selecionado e estudado o chocolate por ser um produto com extrema popularidade entre os consumidores. Assim, o objetivo principal da presente tese foi estudar a incorporação de duas estirpes probióticas, nomeadamente Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12® (estirpe probiótica clássica) e Akkermansia muciniphila DSM 22959 (estirpe candidata a nova geração de probióticos) em três matrizes de chocolate com diferentes percentagens de cacau (33.6%; 54.5% e 70.5%) e avaliar a sua viabilidade e estabilidade ao longo de 28 dias de armazenamento aeróbico e na simulação da passagem do trato gastrointestinal (TGI). Simultaneamente foram quantificados o teor de compostos fenólicos totais e determinadas as seguintes atividades biológicas: antioxidante, antidiabética e anti-hipertensiva. Para o probiótico B. animalis BB-12®, a matriz mais adequada foi o chocolate contendo 70.5% de cacau, uma vez que assegurou níveis de concentração celular de 108 UFC/g, após 28 dias de armazenamento aeróbico e assegurou níveis de 107 UFC/g durante a simulação in vitro do trato gastrointestinal. Além disso, os chocolates com 70.5% de cacau exibiram maior conteúdo de compostos fenólicos totais e bioatividades superiores (antioxidante, antidiabética e anti-hipertensiva). Relativamente a A. muciniphila DSM 22959, a matriz de chocolate mais apropriada foi a de 54.5% de cacau, uma vez que a viabilidade celular foi mantida a 106 UFC/g, após 28 dias de armazenamento aeróbio. Apesar de A. muciniphila ter sobrevivido durante o armazenamento na matriz de chocolate, o probiótico foi incapaz de suportar as condições do TGI, quando incorporada no chocolate. Relativamente a parâmetros como o aspeto e textura, os resultados indicaram que a adição de probióticos modifica a superfície do chocolate e aumenta simultaneamente a dureza destes. Adicionalmente, os resultados de uma prova de análise sensorial (prova triangular) com chocolate com 70.5% de cacau incorporados com A. muciniphila demonstraram como mais de 50% dos provadores não consegue distinguir entre um chocolate sem bactéria e o chocolate incorporado com probiótico. Embora a adição de probióticos leve a alterações nas propriedades organoléticas da matriz do chocolate, os benefícios suplementares de um chocolate probiótico compensam estas diferenças, sendo por consequente o chocolate funcional mais atrativo para o consumidor. Em conclusão, uma matriz de chocolate com elevado teor de cacau (chocolate preto) é um método adequado para a incorporação dos probióticos Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12® e Akkermansia muciniphila.