Development of synbiotic apple ice-cream and effect of ingredients on probiotics survival in the product and in vitro, using culture-dependent and culture-independent techniques

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da substituição total ou parcial do leite (M-x1) por extrato de soja (S-x2) e/ou WPI combinado com inulina (PI-x3) em formulações de sorvete simbiótico de maçã sobre a viabilidade e sobrevivência de L. acidophilus La-5 e B. animalis Bb-12 através de condições gastrointestinais simuladas in vitro e monitorar mudanças morfológicas das células durante períodos de estresse gastrointestinal em uma das formulações, bem como investigar características tecnológicas (overrun, taxa de derretimento e dureza instrumental) e aceitação sensorial. Para este fim, um desenho experimental para misturas simples (simplex-centroid) foi utilizado, incluindo um ponto axial, utilizando diferentes proporções de x1, x2, x3. Foram estudadas oito formulações de sorvete simbiótico de maçã durante o armazenamento congelado por até 84 dias. Os sorvetes mostraram-se satisfatórios como veículos para La-5 e Bb-12 (cerca de 7,5 log ufc/g), mesmo ao final do período de 84 dias de armazenamento a -18 °C. Em todas as formulações, a análise por qPCR combinada com o uso de propidium monoazide (PMA-qPCR) evidenciou que os probióticos resistiram ao ensaio in vitro, com níveis significativos de sobrevivência, atingindo taxas de sobrevivência superiores a 50%. Além disso, imagens de microscopia eletrônica de varredura evidenciaram células com diferenças morfológicas, sugerindo alterações fisiológicas em resposta ao estresse induzido durante o ensaio in vitro. Um modelo linear e um especial cúbico foram obtidos para os parâmetros de overrun e de dureza, respectivamente, mostrando que os fatores leite, extrato de soja e isolado proteico de soro + inulina influenciaram fortemente esses parâmetros tecnológicos. No entanto, a taxa de derretimento foi pouco afetada por tais fatores. O modelo especial cúbico mostrou que a interação binária (S-PI) e ternária (M-S-PI) resultou em maiores valores de dureza. Para este parâmetro específico, a combinação recomendada dos ingredientes é de 3,7% de leite em pó, 1,3% de extrato de soja e 5,0% PI. Os escores médios de aceitabilidade sensorial variaram de 5,6 a 8,0. A aceitabilidade geral do sorvete produzido apenas com o PI foi menor quando comparada a ao sorvete de leite (M), embora uma grande frequência de escores tenha sido observada na área da escala compreendendo as opiniões \"gostei ligeiramente\" (escore 6) e \"gostei extremamente\" (escore 9) para todas as formulações de sorvete avaliadas. Apesar de todas as formulações terem conferido resistência às cepas sob estresse, a variação encontrada na sobrevivência de La-5 e Bb-12 sugere que a tolerância é, de fato, afetada pela escolha da matriz alimentar. Os resultados também mostraram que, além de ser um alimento nutritivo, as formulações de sorvete que tiveram a substituição parcial do leite em pó poderiam assegurar aos consumidores um produto funcional com baixo teor de lactose, enquanto sorvetes sem leite em pó oferecem um alimento funcional sem lactose.The aim of this study was to assess the effect of the total or partial replacement of milk (M-x1) by soy extract (S-x2), and/or WPI combined with inulin (PI-x3) in synbiotic apple ice cream formulations on the viability and survival of L. acidophilus La-5 and B. animalis Bb-12 through in vitro simulated gastrointestinal (GI) conditions and to monitor cells morphological changes during gastrointestinal stress in one of the formulations, as well as investigating technological features (overrun, meltdown rate, instrumental hardness) and sensory acceptability. For this purpose, an experimental design for simple mixtures (simplex-centroid) was used including an axial point, using different proportions of x1, x2, x3. Eight formulations of synbiotic apple ice cream were studied during frozen storage for up to 84 days. The ice creams showed to be satisfactory vehicles for La-5 and Bb-12 (populations around 7.5 log cfu/g), even after the whole storage period (84 days/-18°C). In all formulations, the propidium monoazide qPCR (PMA-qPCR) analysis evidenced that probiotics could resist to the in vitro GI assay, with significant survival levels, achieving survival rates exceeding 50%. Additionally, scanning electron microscopy images evidenced cells with morphological differences, suggesting physiological changes in response to the induced stress during the in vitro assay. A linear and a special cubic models were obtained for the overrun and hardness parameters showing that factors milk, soy extract, and whey protein isolate + inulin strongly influenced these technological parameters. However meltdown rate was slightly affected by the factors studied. The special cubic model showed that the binary (S-PI) and tertiary (M-S-PI) interactions resulted in higher hardness values. For this specific parameter, combination of the factors is recommended to be 3.7% milk, 1.3% soy extract, and 5.0% PI. The sensory acceptability mean scores ranged from 5.6 to 8.0. The overall acceptability of the ice cream produced only with PIn was lower when compared to milk based ice cream (M), even though a high frequency of scores was observed in the scale area comprising the opinions \"liked slightly\" (score 6) and \"liked extremely\" (score 9) for all ice cream formulations evaluated. Although all formulations provided resistance to the probiotic strains under GI stress, the variation found in La-5 and Bb-12 survival suggests that GI tolerance is indeed affected by the choice of the food matrix. The results also showed that, besides being a nutritious food, the ice cream formulations that had the partial replacement of milk powder could assure consumers a functional product with low content of lactose, whereas ice creams with no milk powder offer a lactose-free functional food