Yacon (Smallanthus sonchifolius Poepp. & Endl) - the potential of a neglected crop as an alternative sweetener and source of phytochemicals for functional foods

Yacon (Smallanthus sonchifolius Poepp. & Endl.) as an underutilized crop, native to the Andean region, has attracted growing attention. The tuberous roots of yacon have been advertised as an alternative low caloric plant source for replacing sucrose. In fact, yacon has gained recognition based on the fact that its sweet tasting tuberous roots and its leaves have a favourable phytochemical content to be included in a range of functional food products. The leaves on the one hand are a significant source of health promoting phenolic compounds and their extract exerts certain biological activities such as antioxidant activity and hyperglycemic effects. The tubers on the other hand consist of carbohydrates including simple sugars, namely, fructose, glucose, sucrose and fructooligosaccharides (FOS). The FOS - representing the dominant polysaccharide in the tubers - are sweet tasting, prebiotic, and non-digestible oligosaccharides. Therefore, their consumption imposes several health benefits such as lowering the energy intake while enhancing the beneficial microflora of the colon. It is noted that 60-70 % of the dry matter content of yacon tubers is composed of FOS. Besides, yacon tubers are a remarkable source of biological components such as phenolic compounds. Thus, yacon is considered as multifunctional plant food. The main objectives of this thesis were to 1) differentiate between the quality of young and old yacon leaves of two cultivars (red and white) in terms of their total phenolic content (TPC), total flavonoid content (TFC), antioxidant activity when using ohmic-assisted decoction (OH-DE) and decoction (DE) as well as energy consumption of extraction process, 2) differentiate between various parts of yacon tubers (flesh, peel and whole tuber) of seven cultivars in terms of their simple sugar (fructose, glucose and sucrose) content, TPC, TFC and antioxidant activity, 3) examine the TPC and antioxidant activity of yacon tubers of two cultivars (red and white) one week and three weeks after the harvest and under the influence of different pre-treatments before drying, and 4) determine the effect of drying on quality of yacon chips produced from two cultivars (red and white) at two time intervals after harvest. Overall, this thesis provided a broad dataset und information with regard to phytochemical contents of yacon leaves and tubers of different cultivars grown under the environmental conditions of southwestern Germany. However, further studies with regard to the determination of individual functional constitutes of leaves and tubers of yacon, their mechanism of action and effectiveness in promoting the health benefits, and their safety is essential. Moreover, with regard to novel product development from yacon leaves and tubers, further studies are strongly suggested to ensure the sustainability of final food products by optimizing energy consumption and environmental impacts of the whole food supply chain for such products as well as their quality.Yacon (Smallanthus sonchifolius Poepp. & Endl.), eine Knollenfrucht, die in der Andenregion heimisch ist, hat sich wachsende Aufmerksamkeit aufgezogen, da die Knollen als alternative, pflanzliche Zuckerquelle beworben wurden. Neben den Knollen stellen die Blätter eine bedeutende Quelle für gesundheitsfördernde phenolische Verbindungen dar und ihr Extrakt weist bestimmte biologische Aktivitäten, wie ein hohes antioxidatives Potenzial und hyperglykämische Wirkung, auf. Die Yaconknollen bestehen aus Kohlenhydraten einschließlich der Einfachzucker Fructose, Glucose,Saccharose und Fructooligosacchariden (FOS). Die FOS gelten als süß schmeckende, präbiotische Oligosaccharide. Ihr Verzehr führt zu einigen gesundheitlichen Vorteilen, wie der Verringerung der Energiezufuhr, während gleichzeitig die vorteilhafte Mikroflora des Dickdarms verbessert wird. Es wurde festgestellt, dass 60-70 % des Trockensubstanzgehalts der Yaconknolle aus FOS besteht. Außerdem sind Yaconknollen eine bemerkenswerte Quelle für biologische Komponenten wie etwa den phenolischen Verbindungen. Yacon gilt somit als multifunktionales pflanzliches Nahrungsmittel. Die Hauptzielen dieser Dissertation darin bestand: 1) die Qualität junger und alter Yaconblätter zweier Sorten (rot und weiß) hinsichtlich ihres Gesamtphenolgehaltes (TPC), des Gesamtflavonoidgehalts (TFC) und des antioxidativen Potenzials mit Hilfe der Verwendung verschiedener Extraktionsverfahren sowie dem Energieverbrauch des Extraktionsprozesses zu unterscheiden, 2) verschiedene Teile der Yaconknollen (Fruchtfleisch, Schale und ganze Knolle) hinsichtlich ihres Gehalts an Einfachzucker (Fructose, Glucose und Saccharose), TPC, TFC und der antioxidativen Aktivität zu unterscheiden, 3) die TPC- und Antioxidationsaktivität von zweier Sorten (rot und weiß) eine Woche und drei Wochen nach der Ernte und unter dem Einfluss verschiedener Vorbehandlungen vor der Trocknung zu untersuchen und, 4) die Auswirkung der Trocknung auf die Qualität von Yaconchips von zwei Sorten (rote und weiß) in zwei Zeitabständen nach der Ernte zu bestimmen. Insgesamtdie vorliegende Dissertation bietet eine umfassende Datengrundlage zu den phyotchemischen Gehalten verschiedener Inhaltsstoffe in Yaconblättern und knollen, die unter den gegebenen Umweltbedingungen in Südwestdeutschland erzeugt wurden. Um jedoch, sind weitere Studien zur Bestimmung der Zusammensetzung der Blätter und Knollen von Yacon, ihres Wirkmechanismus und ihrer Wirksamkeit im Hinblick auf ihre ernährungsphysiologischen Vorteile sowie die finale Produktsicherheit von wesentlicher Bedeutung. Im Hinblick auf die Entwicklung neuer Lebensmittelprodukte aus Yaconblättern und Knollen werden weitere Studien empfohlen, um die Nachhaltigkeit der Endprodukte zu gewährleisten und den Energieverbrauch und die Umweltauswirkungen der gesamten Wertschöpfungskette zu optimiere