Exploring spirulina's potential as a functional food ingredient: a comprehensive study on nutritional, techno-functional and physical aspects

Abstract

À medida que a população global cresce, a Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO) prevê uma duplicação da produção de carne até 2050. Essa projeção destaca a necessidade urgente de buscar fontes alimentares alternativas e sustentáveis para atender à demanda mundial por alimentos, especialmente proteínas alternativas. Além disso, o impacto ambiental e a baixa eficiência de conversão associados aos sistemas de proteínas de origem animal são motivo de preocupação. As microalgas, notadamente a Spirulina, surgiram como uma opção promissora para atender à crescente demanda global por proteínas. Esta pesquisa original explora diversos aspectos do potencial da Spirulina como ingrediente alimentar, abrangendo suas aplicações nutricionais, funcionais e tecnológicas. Uma introdução e os objetivos gerais e específicos são apresentados no primeiro capítulo. No segundo capítulo, é apresentada uma revisão detalhada sobre a biodisponibilidade da Spirulina e de outras algas, incluindo componentes de microalgas e macroalgas/algas marinhas. A avaliação das características nutricionais (proteína, lipídios, cinzas, minerais, digestibilidade), funcionais (ficocianina) e tecnológicas (capacidade de retenção de água e óleo, solubilidade, tamanho de partícula, potencial zeta, cor, microscopia) de várias amostras comerciais de Spirulina de três países diferentes (Brasil, China e Estados Unidos) são discutidas em detalhe e podem ser encontradas no terceiro capítulo. No quarto capítulo, foi avaliado o efeito do pré-tratamento por ultrassom na biomassa de Spirulina, com foco na digestibilidade proteica in vitro, compostos voláteis, cor e teor de ficocianina. Este estudo destaca o potencial da Spirulina como um valioso ingrediente alimentar e oferece insights sobre como otimizar seu uso como produto alimentício. A aplicação do pré-tratamento por ultrassom foi investigada como uma forma de melhorar as qualidades sensoriais e a funcionalidade da Spirulina. De forma geral, esta pesquisa contribui para uma melhor compreensão da biomassa da Spirulina como uma das alternativas alimentares frente à escassez futura de proteínas e sua aplicação como um ingrediente funcional e nutritivo.

Abstract: As the global population grows, the Food and Agriculture Organization (FAO) predicts a doubling of meat production by 2050. This projection emphasizes the urgent need to seek alternative and sustainable food sources to address the worldwide demand of food, particularly alternative proteins. In addition, environmental impact and low conversion efficiency associated with animal-based protein systems are under concern. Microalgae, notably Spirulina, have emerged as a promising option to meet the increasing global demand for protein. This original research delves into the various aspects of Spirulina's potential as a food ingredient, encompassing its nutritional, functional, and technological applications. An introduction, general and specific objectives are given in the first chapter. In the second chapter, a detailed review on the bioavailability of Spirulina and other algae, including microalgae and macroalgae/seaweed components, is presented. Evaluation of the nutritional (protein, lipids, ash, minerals, digestibility), functional (phycocyanin), and technological (water and oil holding capacity, solubility, particle size, zeta potential, color, microscopy) characteristics of multiple commercial Spirulina samples from three different countries (Brazil, China, and United States) are discussed in detail, and can be found in the third chapter. In the fourth chapter, the investigation of ultrasound pre-treatment effect on Spirulina biomass was evaluated, with focus on in vitro protein digestibility, volatile compounds, color and phycocyanin content. This study underscores the potential of Spirulina as a valuable food ingredient and offers insights into optimizing its use as a food product. The application of ultrasound pre-treatment was investigated as a means to enhance Spirulina's sensory qualities and functionality. Overall, this research contributes to a better understanding of Spirulina's biomass as one of the food alternatives to future protein scarcity and its application as a functional and nutritious food ingredient.