Cooking with extra-virgin olive oil: a study to mantain its health properties

Abstract

[eng] Extra-virgin olive oil (EVOO) is widely consumed raw and cooked, due its flavor and its proven health benefits. However, cooking changes EVOO composition, diminishing these health effects. In this thesis, the effect of cooking on EVOO, how its minor and major fraction are modified, and how those changes may affect human health have been studied. For that, the experimental part of thesis has been divided in four main sections. First, an analytical method using mass spectrometry in tandem was developed and validated for the quantification of the four main secoiridoids: oleocanthal, oleacein, oleuropein aglycone and ligstroside aglycone. With this method, the changes in the phenolic profile that may affect EVOO could be quantified. Second, the effect of a domestic sautéing process, the most used technique in the Mediterranean countries, was assessed on the phenolic profile. The effect of the cooking temperature and time was determined. The temperature has a marked effect, while time had no significant effect on the sum of phenolic compounds and it had an effect just on few individual compounds. ortho-Diphenols degraded more easily than single phenols. The cooking process produced some degradation products, such as hydroxyelenolic acid. Finally, EVOO cooked at moderate temperature (120ºC) still meets the criteria for the European health claim that “Olive oil polyphenols contribute to the protection of blood lipids from oxidative stress”. Third, the effect of different cooking techniques was assessed. Three traditional techniques (oven, deep-frying and sautéing) and three innovative techniques (slow- cooker, low temperature cooking and vacuum pot cooking) were investigated. EVOO cooked with the more innovative techniques was less degraded and transformed than the cooked with the more traditional techniques. Between the more traditional techniques, sautéing samples presented a different phenolic and lipidomic profile than the other two types of samples. Phenolic compounds are affected by temperature and oxygen availability, while the lipidic compounds are mainly affected by temperature, regardless of the oxygen availability. Cooking time seems to have no effect on both profiles. Several compounds were tentatively identified, from triglycerides degradation products to phenolic compounds. Fourth and last, the effect of the differently cooked EVOO on Caco-2 cell has been investigated. For this, a representative sample of each cluster found (raw, low temperature cooked using a Roner® apparatus, deep-frying and sautéing) in the previous work was digested, and Caco-2 cells were incubated with this digestion product. Then high- resolution mass spectrometry lipidomic analysis of the cell lysates was carried out and using multivariate statistics the samples were compared. Surprisingly, the cells did not respond as the oils, Roner® samples were differentiated from the raw and sautéing samples, which behaved similarly. While deep-frying samples were in the middle. Roner® cell samples presented up-accumulation of ceramides, dyglycerides and oxidized lipidic compounds; and they also showed a down-accumulation of amino acids and derivatives, suggesting the presence of redox-mediated cell stress.

[cat] L’oli d’oliva verge extra (OOVE) és àmpliament consumit degut a les seves característiques organolèptiques i a les seves propietats saludables. Es consumeix cru i cuinat, però durant el cuinat aquest pot perdre part de les seves propietats degut a la temperatura. En aquesta tesis s’estudia com el cuinat modifica la composició de l’OOVE. Per poder estudiar la transformació dels compostos fenòlics, primer s’ha desenvolupat i validat un mètode analític per a la quantificació dels principals secoiridoids de l’OOVE. Es tracta d’un mètode de cromatografia líquida d’ultra-alta eficàcia acoblat a un detector de masses en tàndem. Aleshores, s’ha determinat l’efecte del saltejat en el perfil fenòlic de l’OOVE. Aquesta tècnica ha estat seleccionada ja que és la més utilitzada en la cuina mediterrània. S’ha estudiat l’efecte de la temperatura i del temps de cocció. Els resultats obtinguts mostren que la temperatura té un gran efecte en la degradació dels compostos fenòlics, però el temps no té efecte significatiu sobre el total de compostos fenòlics. S’ha observat que els compostos amb un grup orto-difenol degraden més ràpidament que aquells amb un fenol simple. També s’ha demostrat que saltejant a temperatura moderada (120ºC) l’oli final encara compleix els requisits de l’al·legació de salut que diu “ els polifenols de l’oli d’oliva contribueixen a la protecció dels lípids de la sang envers l’estrès oxidatiu”. També s’ha estudiat l’efecte de diferents tècniques i aquests efectes s’han comparat. Les tècniques culinàries estudiades han sigut tres tradicionals (forn, fregit per immersió i saltejat) i tres més innovadores (olla de cocció lenta, cuinat a baixa temperatura i olla al buit). Aquest efecte ha sigut estudiat mitjançant espectrometria de masses d’alta resolució. L’OOVE cuinat amb les tècniques innovadores s’ha degradat menys que el cuinat amb tècniques tradicionals. Entre les tècniques tradicionals, el saltejat ha donat oli amb un perfil lipídic més diferent, comparat amb el forn i el fregit per immersió. Els compostos fenòlics han sigut afectats per la temperatura i per la disponibilitat d’oxigen, mentre que els compostos lipídics estan afectats principalment per la temperatura. Per últim, s’ha estudiat l’efecte de les mostres d’oli cuinat en cèl·lules canceroses de l’intestí. Una mostra representativa de cada un dels grups obtinguts en l’estudi anterior (OOVE cru, saltejat, fregit per immersió i baixa temperatura) s’ha digerit in vitro i s’ha fet servir per incubar les cèl·lules Caco-2. Llavors s’ha estudiat el producte de la lisi cel·lular mitjançant espectrometria de masses d’alta resolució. S’ha observat que les cèl·lules exposades a l’OOVE cru i al saltejat eren les que presentaven menys estrès oxidatiu, en canvi, les incubades amb oli cuinat a baixa temperatura eren les més oxidades.