Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2706
Title: Formulation of functional foods using chia seeds rich in omega-3 fatty acid as a main ingredient
Other Titles: Formulazione di alimenti funzionali usando i semi di chia ricchi in acidi grassi omega-3 come ingrediente principale
Authors: Costantini, Lara
Keywords: Chia seeds;Omega-3;Functional foods;Celiac disease;Semi di chia;Alimenti funzionali;Celiachia;MED/49
Issue Date: 4-Jun-2015
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 27. ciclo
Abstract: 
Epidemiological studies strongly suggest that omega-3 fatty acids plays a significant role in
the prevention of many chronic diseases, such as cardiovascular disease, inflammation,
hyperlipidemia, and cancer. Omega-3 polyunsaturated fatty acids are considered essential because
they cannot be synthesized in the human body and must be obtained through diet. However,
although a ratio of omega-6/omega-3 fatty acids of about 4-1:1 is regarded as optimal for the
prevention of different pathologies, Western diets often contain a ratio of 10-25:1, indicating a
considerable omega-3 fatty acids deficiency. In light of this issue, in this PhD thesis it was
considered the seeds of Salvia hispanica L. (common name chia), one of the best plant sources of
omega-3 fatty acids, as raw material from which start to create a functional food. Indeed, chia seeds
contain between 25% and 40% fats and up to 68% omega-3 alpha-linolenic acid (ALA). They also
contain 20% of omega-6 linoleic acid, thus providing a good balance between the two essential
fatty acids. ALA is able to improve the pathological condition in model animals like Spontaneously
Hypertensive Rats (SHRs), by decreasing the systolic blood pressure and the Angiotensin
Converting Enzyme (ACE) activity and expression, but also increasing the vasodilators level. Chia
seeds are considered a novel food ingredient in the European Union, and for this reason there is a
restriction on the amount of use, initially of 5% (EFSA, 2009), now raised to 10% after the last
2013 revision (EU, 2013). This restriction is probably due to the lack of scientific analysis related to
their in vivo effects in humans, considering that omega-3 fatty acids, for their chemical nature, such
as the presence of unsaturations, are more prone to lipid peroxidation, especially in oxidized
pathological subjects. According to the above considerations this work reports the main obtained
results from the following activities and objectives. First step was the investigation of the in vivo
effects following the long-term administration of chia seeds in oxidized pathological animal
models. With the aim to formulate a functional food useful not only to maintain the health status of
healthy people, but also to people with different pathologies, 5% of chia flour was administered for
5 weeks to SHRs, being the high blood pressure condition the major cause of worldwide death as
reported from the latest report of the World Health Organization. At the end of the experimental
period, parameters for antioxidant, inflammatory and hypertensive status were analysed. After that,
the formulation and study of a functional food containing chia seeds and common/tartary
buckwheat were performed. Considering that the in vivo study had shown the necessity to increase
the antioxidant capacity of chia seed-diet in order to avoid the in vivo oxidation increase after chia
seed administration, for their high antioxidant activity common buckwheat (Fagopyrum esculentum
Moench) and tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum Gaertn.) were chosen as ingredients to
combine with chia seeds in the functional food recipe.
The results obtained in this study indicated that bread made with chia and tartary buckwheat flour
was more acceptable in many nutritional aspects compared to the control (common wheat bread); it
contained a higher amount of protein (20%), insoluble dietary fibres (74%), ash (51%), and alphalinolenic
acid (67.4%). Moreover, this bread possessed lower energy (14%) and carbohydrate
contents (24%) compared to the control. Tartary buckwheat also improved the total antioxidant
capacity of the bread (about 75%) and provided a considerable amount of flavonoids, which are
healthy non-nutritional compounds. Overall, the combination of chia flour with tartary buckwheat
flour allowed the creation of bread that might be useful for the following people categories:
hypertensive, diabetics, patients with micro- and macro-inflammatory disease, but also to maintain
the health status of healthy people by increasing the dietary omega-3 and antioxidant intake. In
addition, both chia flour and tartary buckwheat flour contain no gluten and can be consumed by
patients with celiac disease, thus making a first step in formulating foods suitable for celiacs and at
the same time with high nutritional value to avoid cardiovascular disease risk associated with
current gluten-free diet.

Studi epidemiologici suggeriscono fortemente che gli acidi grassi omega-3 esercitano un
ruolo significativo nella prevenzione di diverse patologie croniche come le malattie cardiovascolari,
l’infiammazione, l’iperlipidemia ed il cancro. Gli acidi grassi omega-3 sono considerati essenziali
perché non possono essere sintetizzati dal corpo umano e quindi devono essere assunti con la dieta.
Tuttavia, sebbene il rapporto di acidi grassi omega-6/omega-3 considerato ottimale nella
prevenzione di differenti patologie sia di 4-1:1, le diete occidentali spesso contengono un rapporto
di 10-25:1, indicando una considerevole carenza di acidi grassi omega-3. Alla luce di tale
problematica in questa tesi di dottorato sono stati studiati i semi di Salvia hispanica L. (nome
comune: chia) una delle migliori fonti vegetali di acidi grassi omega-3, come materia prima per
creare un alimento funzionale. Infatti, i semi di chia contengono tra il 25-40% di grassi di cui fino al
68% è rappresentato dall’acido grasso omega-3 acido alfa-linolenico (ALA). L’ALA è in grado di
migliorare le condizioni patologiche di modelli animali come i ratti spontaneamente ipertesi, SHR,
diminuendo la pressione sanguigna sistolica e diminuendo l’attività e l’espressione dell’enzima
ACE (enzima che attiva l’Angiotensina, potente vasocostrittore), ma anche aumentando il livello di
alcuni vasodilatatori. I semi di chia sono considerati un nuovo alimento nell’Unione Europea, e per
questa ragione vi è una limitazione nella quantità di utilizzo, inizialmente del 5% (EFSA, 2009), ora
innalzata al 10% a seguito dell’ultima revisione del 2013 (EU, 2013). Questa restrizione è
probabilmente dovuta alla mancanza di analisi scientifiche relative al suo effetto in vivo nell’uomo,
considerando che gli acidi grassi omega-3, per la loro natura chimica, come la presenza di
insaturazioni, sono più inclini a fenomeni di perossidazione lipidica, soprattutto in soggetti
patologici ossidati. Quindi, in accordo con le considerazioni fatte sopra, questo lavoro riporta i
risultati principali ottenuti dai seguenti obiettivi e dalle seguenti attività. Il primo passo è stato
quello di analizzare gli effetti in vivo a seguito di una somministrazione di semi di chia a lungo
termine in modelli animali patologici ossidati. Con lo scopo di formulare un alimento funzionale
utile non solo a mantenere lo stato di salute di persone sane, ma anche utile a persone con differenti
patologie, il 5% di farina di chia è stata somministrata per 5 settimane a ratti SHR spontaneamente
ipertesi, considerando che l’alta pressione sanguigna la prima causa di morte nel mondo, come
evidenziato nell’ultimo report dell’Organizzazione Mondiale della Sanità. Al termine del periodo
sperimentale sono stati analizzati i parametri dello stato ossidativo, infiammatorio e pressorio. La
seconda fase di questo lavoro ha previsto la formulazione e lo studio di un alimento funzionale
contenente semi di chia e grano saraceno comune e tartarico. Considerando che la prima fase ha
evidenziato la necessità di aumentare la capacità antiossidante al fine di evitare l’aumento
dell’ossidazione in vivo a seguito dell’ingestione di semi di chia, il grano saraceno comune
(Fagopyrum esculentum Moench) ed il grano saraceno tartarico (Fagopyrum tataricum Gaertn.)
sono stati scelti come ingredienti da combinare con i semi di chia nella ricetta dell’alimento
funzionale, per la loro alta attività antiossidante. I risultati ottenuti in questo studio indicano che il
pane costituito da farina di chia e grano saraceno tartarico è migliore in diverse caratteristiche
nutrizionali rispetto al controllo (pane bianco comune). Infatti questo contiene un quantitativo
maggiore di proteine (20%), di fibre dietetiche insolubili (74%), di ceneri (51%), e di acido alfalinolenico
(67,4%). Inoltre questo pane possiede un contenuto energetico minore (14%) e un
contenuto di carboidrati minore (24%) rispetto al controllo. Il grano saraceno tartarico inoltre
migliora la capacità antiossidante totale del pane (di circa il 75%) e fornisce un quantitativo
considerevole di flavonoidi, composti non-nutrizionali salutari. Complessivamente la combinazione
della farina di chia con la farina di grano saraceno tartarico permette la formulazione di un pane che
potrebbe essere utile per diverse categorie di persone: ipertesi, diabetici, pazienti con malattie
causate dalla micro e macro-infiammazione, ma anche per mantenere lo stato di salute di persone
sane aumentando l’assunzione degli acidi grassi omega-3 e degli antiossidanti. Inoltre sia la farina
di chia che la farina di grano saraceno tartarico non contengono glutine e possono quindi essere
consumati dai celiaci, facendo così un primo passo nel formulare alimenti adatti a questi individui e
allo stesso tempo con un alto valore nutrizionale così da evitare il rischio cardiovascolare associato
con l’attuale dieta priva di glutine.
Description: 
Dottorato di ricerca in Biotecnologia degli alimenti
URI: http://hdl.handle.net/2067/2706
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