Bioactive compounds through anaerobic digestion of heterotrophic microalgae residues

Several important biomolecules are available into anaerobically digested effluents that were obtained from the biodiesel production process using heterotrophically grown microalga Chlorella protothecoides. Defatted microalgae residues and crude glycerol may undergo anaerobic digestion, separately and in admixture, providing methane/hydrogen and a digestate exploitable for agriculture applications. Furthermore, industrial interesting bioactive compounds such as polyphenols provided with antioxidant activity can be obtained. Anaerobic process offers a promising chance and can be advantageously combined with algae lipid-extraction techniques in order to make it more sustainable.

Factors affecting gut metabolism and bioavailabilty of orange juice flavanones in humans

Several studies have supported a beneficial role of dietary flavonoids in reducing the risk/progression of chronic diseases (including hypertension, cardiovascular disease, certain cancers, type-2-diabetes, cognitive dysfunction, age-related bone disease). Their beneficial properties are likely to be affected by their structure, distribution in foods, food matrix, life habits (physical activity). Most dietary polyphenols reach the colon where they are metabolized to phenolic acids by gut bacteria. Lack of knowledge of the factors affecting flavonoid metabolism and bioavailability hinders understanding of their health effects. Therefore, this thesis aimed to investigate the effect of factors on bioavailability and metabolism of dietary polyphenols from orange juices (OJ) in in vitro and in vivo studies. In chapter 3, the variability of orange juice polyphenolic content was assessed using in vitro models of the human gastrointestinal tract. Chapter 4 investigated the reduced urinary phenolic acids after OJ and yoghurt (Y) in humans compared to OJ alone using in vitro models of the human gut. In chapter 5, raftiline and glucose were tested for effects on metabolism of hesperidin (flavanone not OJ). In chapter 6, an intervention study of 4 weeks moderate intensity exercise determined whether exercise affected bioavailability and metabolism of OJ flavanones in healthy sedentary females. The studies in this thesis showed that food sources, food matrix and physical exercise may determine the significant variations in bioavailability and metabolism of flavonoids, seen in a number of studies. These factors could result in differences in bioactivity and bioefficacy of polyphenols, and need to be taken into account in further studies of the effects of flavanones on disease risk.

Estudo de tratamentos prévios para o controlo de acastanhamento de cenoura secada

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de compostos químicos como o ácido ascórbico e metabissulfito de sódio na inibição do acastanhamento em cenoura (Daucus carota L.), da variedade Nantes, sujeita a secagem, por convecção (60ºC e 40ºC). Por outro lado, estudou-se o efeito da aplicação de extratos naturais como os de chá verde e branco, aliados ao branqueamento, baseados na sua atividade antioxidante natural. As amostras foram sujeitas a ácido ascórbico e metabissulfito de sódio nas concentrações de 0,25% (m/v) e 1% (m/v), durante 60 min e 90 min e foi efetuado um controlo em água destilada (sem agente anti-escurecimento) nos mesmos períodos de tempo mencionados anteriormente. Os testes de branqueamento foram pré-estabelecidos, através do teste da peroxidase para a determinação do binómio tempo-temperatura adequado a cada tratamento térmico. Procedeu-se à análise das propriedades químicas (humidade, proteína, cinza, fibra bruta, açúcares, compostos fenólicos e atividade antioxidante), propriedades fisicas (textura e cor), no estado fresco e após as secagens. Quanto aos resultados obtidos, verificou-se que, de forma geral, a secagem a 60ºC conduziu a alterações mais notórias nas propriedades químicas analisadas, nomeadamente ao nível das proteínas e dos açúcares redutores. No que respeita à atividade antioxidante, as alterações foram pouco evidentes com o aumento da temperatura de secagem, porém comparativamente com a amostra em fresco, ocorreram perdas. Quanto ao teor de polifenóis totais, de forma geral, também ocorreram perdas, ocasionadas, possivelmente, por reações de acastanhamento enzimático. Quanto à análise da cor a secagem a 40ºC conduziu a maiores alterações em termos de luminosidade, sendo os tratamentos com infusões de chá os que se aproximaram mais à amostra em fresco. Em termos de diferença de cor total, a secagem a 40ºC conduziu a maiores variações, sendo os pré-tratamentos térmicos os que registaram menores variações. Quanto ao índice de acastanhamento, a secagem a 40ºC, apresentou resultados mais baixos, sendo os pré-tratamentos químicos aqueles que apresentaram os menores valores. Em relação à textura, registaram-se valores semelhantes em termos de elasticidade e coevisidade mas uma diminuição significativa da dureza e da mastigabilidade das amostras secadas quando comparadas com a amostra em fresco.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Ceratonia siliqua L. hydroethanolic extract obtained by ultrasonication: antioxidant activity, phenolic compounds profile and effects in yogurts functionalized with their free and microencapsulated forms

Bioactive extracts were obtained from powdered carob pulp through an ultrasound extraction process and then evaluated in terms of antioxidant activity. Ten minutes of ultrasonication at 375 Hz were the optimal conditions leading to an extract with the highest antioxidant effects. After its chemical characterization, which revealed the preponderance of gallotannins, the extract (free and microencapsulated) was incorporated in yogurts. The microspheres were prepared using an extract/sodium alginate ratio of 100/400 (mg mg(-1)) selected after testing different ratios. The yogurts with the free extract exhibited higher antioxidant activity than the samples added with the encapsulated extracts, showing the preserving role of alginate as a coating material. None of the forms significantly altered the yogurt's nutritional value. This study confirmed the efficiency of microencapsulation to stabilize functional ingredients in food matrices maintaining almost the structural integrity of polyphenols extracted from carob pulp and furthermore improving the antioxidant potency of the final product.

Protection by polyphenol extract from olive stones against apoptosis produced by oxidative stress in human neuroblastoma cells

Objective: We evaluated the protective activity of an extract from a by-product such as olive stones, through its ability to inhibit H2O2 induced apoptosis in the SH-SY5Y human neuroblastoma cell line. Material and methods: To such end, 20,000 cells/well were cultivated and differentiation with retinoic acid was initiated. Once the cells were differentiated, apoptosis was induced with and without H2O2 extract. Finally, cDNA extraction was performed, and pro-apoptotic genes Bax and anti-apoptotic genes Bcl-2 were analyzed. Quantification of the gene expression was performed using the GAPDH gene marker. Results: Cell viability with the extract is 97.6% (SD 5.7) with 10 mg/l and 62.8% (SD 1.2) to 50 mg/l, using 10 mg/l for the biomarker assay. The retinoic acid differentiated SH-S cell line (10 µM) shows a clear apoptosis when treated with H2O2 150 µM, with a Bax/Bcl-2 ratio of 3.75 (SD 0.80) in contrast to the differentiated control cells subjected to H2O2 and with extract, which have the same ratio of 1.02 (SD 0.01-0.03). Conclusion: The olive stone extract shows anti-apoptotic activity in the provoked cell death of SH-SY5Y human neuroblastoma cells in their normal state, defending them from oxidative stress which produces a significant increase in the apoptotic gene ratio in contrast to anti-apoptotic genes (Bax/Bcl-2).

Effects of different intensity of early leaf removal on vegetative and productive activity and grape quality (cv. Nero d'Avola, Vitis vinifera)

Mestrado Vinifera Euromaster - Instituto Superior de Agronomia - UL

Bebidas espirituosas do Algarve

Tese de Doutoramento, Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Is there a need for “healthy” chocolate? Systematic literature review

Antecedentes: El chocolate tiene propiedades especiales que ayudan a proteger el cuerpo humano de enfermedades cardiovasculares, incrementa el colesterol HDL y reduce la presión sanguínea. El consumo de chocolate también ayuda a reducir el estrés, eleva el ´animo y reduce el cansancio. El propósito de esta revisión es identificar, seleccionar, organizar y resumir estudios que investiguen el chocolate en relación con la salud, las características sensoriales y las actitudes de las personas. Este artículo es parte de la tesis de maestría: Is there a need for “healthy” chocolate? Systematic literature review and consumer research in Belgium and in Denmark (Es necesario el chocolate “saludable”? Revisión sistemática de la literatura y estudio al consumidor en Bélgica y Dinamarca), presentada por la autora en Junio del 2015 a la Universidad de Aalborg en Copenhague. Métodos: Este estudio presenta tres áreas relacionadas con el chocolate: Chocolate y su relación con la salud; características sensoriales y aceptación del chocolate; y actitudes hacia el chocolate. Una revisión sistemática de la literatura fue realizada para identificar, seleccionar, organizar y resumir estudios que investiguen al chocolate en relación con estas tres áreas. Cuatro bases de datos fueron escogidas: PubMed, Science Direct, Scopus y Web of Science por sus extensiones y porque superponen investigaciones interdisciplinarias.Resultados: Se obtuvieron un total de 2062 hits en las cuatro bases de datos. Un total de sesenta artículos cumplieron los criterios y fueron identificados como relevantes. Los artículos fueron clasificados de acuerdo a las tres áreas incluidas en el estudio. En relación a la salud, se ha indicado en muchos estudios que los polifenoles en el chocolate pueden mejorar la salud, especialmente en enfermedades cardiovasculares. De acuerdo a las características sensoriales y aceptación del chocolate, se ha dicho que la forma del chocolate tiene una influencia en la percepción del mismo. Los polifenoles causan astringencia y amargor al chocolate, haciéndolo no muy apetecido para los consumidores; sin embargo, por razones de salud, los polifenoles deben ser conservados. Acerca de las actitudes hacia el chocolate, hay muchos factores que llevan al deseo incontrolable de consumir chocolate. El chocolate es el alimento más apetecido en Norte América, éste influencia el estado anímico y crea una sensación de saciedad. Conclusión: Con base en esta revisión se puede concluir que un chocolate “saludable” puede ser parte de una dieta saludable, a la gente le gusta disfrutar del chocolate, mujeres más que hombres. La literatura respalda las propiedades saludables que tiene el consumo del chocolate, por esto es necesario trabajar en el desarrollo de productos de chocolate.

Changes in biomass, chemical composition and nutritive value of Spartina alterniflora due to organic pollution in the Itanhaém River Basin (SP, Brazil)

Foram comparados a biomassa, a composição química e o valor nutritivo da macrófita aquática emersa S. alterniflora em um rio impactado por descargas de efluentes domésticos (Rio Guaú) e em um rio bem conservado (Rio Itanhaém). Amostras de S. alterniflora, água e sedimento foram coletadas nos dois rios, em novembro de 2001. O rio Guaú apresentou as maiores concentrações de N-Total e P-Total na água (415 e 674 µg.L-1, respectivamente) e sedimento (0,25 e 0,20% de Massa Seca, respectivamente), em relação a água (NT = 105 µg.L-1; PT= 20 µg.L-1) e sedimento (NT = 0,12% MS; PT = 0,05% MS) do rio Itanhaém. A biomassa aérea (316 g MS.m-2) e subterrânea (425 g MS.m-2) de S. alterniflora no rio Guaú foram significativamente maiores do que no rio Itanhaém (146 e 115 g MS.m-2). Além disto, os valores de NT, proteínas, PT, lipídios e carboidratos solúveis foram significativamente maiores na biomassa de S. alterniflora no rio Guaú. Por outro lado, a fração de parede celular e os teores de polifenóis foram maiores na biomassa de S. alterniflora no rio Itanhaém. Concluiu-se que o lançamento de efluentes domésticos em corpos d'água pode aumentar a biomassa e alterar a composição química de S. alterniflora. A maior disponibilidade de N e P no rio Guaú, provavelmente, é a causa dos maiores valores de biomassa, NT, PT, lipídeos e carboidratos solúveis em S. alterniflora neste rio.

Microencapsulation of omega-3 fatty acids: a review of microencapsulation and characterization methods

To improve consumption of omega-3 fatty acids, foods can be enriched with omega-3 rich oils. Microencapsulation of omega-3 oils minimizes oxidative deterioration and allows their use in stable and easy-to-handle form. Microencapsulation of omega-3 fatty acids can be achieved by using a variety of methods, with the two most commonly used commercial processes being complex coacervation and spray dried emulsions. A variety of other methods are in development including spray chilling, extrusion coating and liposome entrapment. The key parameter in any of these processes is the selection of wall material. For spray dried emulsions and complex coacervates protein or polysaccharides are primarily used as shell material, although complex coacervation is currently commercially limited to gelatin. Here we review the need for microencapsulation of omega-3 oils, methods of microencapsulation and analysis, and the selection of shell material components. In particular, we discuss the method of complex coacervation, including its benefits and limitations. This review highlights the need for research on the fundamentals of interfacial and complexation behaviour of various proteins, gums and polyphenols to encapsulate and deliver omega-3 fatty acids, particularly with regard to broadening the range of shell materials that can be used in complex coacervation of omega-3 rich oils.

Emerging technologies for recovery of value-added components from olive leaves and their applications in food/feed industries

Olive leaves are the most abundant agricultural waste source rich in polyphenolics. Due to the numerous health benefits associated with these compounds, the interest in recovering polyphenols from olive leaves has increased in the scientific community over the last decade. Recent studies have focused on improved extraction techniques and processing methods that are most suited for agro-biological industries involved in the development of nutraceutical and functional products. The major problems in olive leaves processing include bitter taste and the low stability of various phenolic compounds. Oleuropein and hydroxytyrosol are the most important phenolic compounds extracted from olive leaves. The present review highlights the importance of olive leaves, their composition, preparation methods, major phenolic compounds, and commercial applications. This review article focuses on integrating studies on olive leaf extract (OLE) pertinent to nutrition, health, and beauty. The different board categories of delivery systems available for the encapsulation of OLE are given. These novel delivery systems could improve fortification, supplementation, and dietary diversification in food and pharmaceutical products.

Impacts of crop level, soil and irrigation management in grape berries of cv ‘Trincadeira’ (Vitis vinifera L.)

Berry size and crop yield are widely recognized as important factors that contribute to wine quality. The final berry size indirectly affects the phenolic concentration of the wine due to skin surface-to-berry volume ratio. The effects of different irrigation levels, soil management and plant crop level on growth of ‘Trincadeira’ berries were studied. In order to test the influence of different irrigation levels (rainfed, pre-veraison and post-veraison), different soil management (tillage and natural cover crops) and different plant crop levels (8 and 16 clusters per vine), leaf water potential, skin anthocyanin, polyphenols, berry skin and seed fresh weight were measured in fruits. The segregation of berries into three different berry classes: small, medium and large, allowed to identify different levels of contribution of soil management and irrigation level into berry, skin and seeds ratios. As expected, higher water availability due to irrigation and soil tillage management during berry development induced an increase in berry flesh weight and this was more evident in larger berries; however, berry skin and seed fresh weight remained unchanged. Also, anthocyanins did not show significant differences.