Determination of lipophilic and hydrophilic antioxidants in Solanum Lycopersicum L. tomato from Gordal variety by LL-USAE combined with UHPLC-PDA/FLR

Tomato (Lycopersicon esculentum L.) is one of the main constituents of the Mediterranean diet. Its consumption has been proposed to reduce the risk of cardiovascular diseases and certain types of cancer. It is therefore one of the most popular and extensively consumed vegetable crop worldwide. To gain insights on the potential of Lycopersicon esculentum L. as bioactive food, two analytical methodologies were developed to determine the levels of the lipophilic -tocopherol, α-tocopherol, β-carotene, lycopene; and hydrophilic antioxidants ascorbic acid. The quantification of total carotenoids (β-carotene and lycopene) was assessed through a liquid–liquid ultrasound assisted extraction (LL-USAE) in combination with ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), according to method of mean, for total carotenoids (λmáx = 450 nm. The ultra-high performance liquid chromatographic using both photodiode array and fluorescence detection (UHPLC-PDA/FLR), allows the identification and quantification of the target lipophilic and hydrophilic antioxidants. This methodology UHPLC-PDA/FLR is fast, simple and revealed a high sensitivity for the compounds under study. The limits of detection (LODs) and quantification (LOQs) obtained were much lower (about 10 times) than the reported in literature. The method LL-USAE/UV-Vis was validated and applied to different tomato foodstuffs. The results reveal a small increase of carotenoids content during maturation, reaching the maximum level when ripe. These results complement those obtained by the ORAC and TBARS assays that show an increase of antioxidant capacity during maturation. The LODs ans LOQs obtained were also about 10 times lower than reported in literature. The carotenoid content was also evaluated by LL-USAE/UV-Vis in different tomatoes varieties. Regional variety present the high carotenoid level, followed by campari and gordal, and at last grape. This methodology was also applied to different processed food samples containing tomatoes derivatives. Highest carotenoids content were obtained in concentrated tomato foodstuffs.

Novo sistema hidropónico aplicado à produção do tomate cereja (Lycopersicum esculentum Mill. var Moscatel RZ)

A hidroponia é uma técnica poderosa na utilização eficiente dos recursos agrícolas, pois permite um ganho quer na produtividade, quer na qualidade do fruto. Atualmente os sistemas hidropónicos utilizados em plantas de médio porte não são os mais adequados, sendo esta uma área a explorar. Neste trabalho criou-se um novo sistema hidropónico (Deep Large Flow Technique- DLFT) para aplicação a plantas de médio porte e avaliou-se o seu impacto no crescimento, produtividade, biomassa e qualidade do tomate cereja (Solanum lycopersicum var. Moscatel RZ). O sistema de cultivo tradicional (solo) e semi-hidropónico (suporte com fibra de coco) serviram como base de comparação. Observou-se que após 31 dias as plantas cultivadas no novo sistema hidropónico obtiveram um crescimento acentuado, apresentando 3x mais frutos. Em termos de produtividade, os sistemas hidropónicos foram iguais, sendo o sistema tradicional 4x inferior. O total de biomassa foi significativamente maior no novo sistema hidropónico, com mais 20% e 88% que o sistema semi-hidropónico e tradicional, respetivamente. As plantas produzidas no sistema DLFT apresentaram frutos com qualidade superior, com um rácio de monossacarídeos/acidez de 6,6 mg/g. O conteúdo total de ácidos gordos nos frutos cultivados com este sistema foi 39% e 44% superior aos do semihidropónico e do tradicional. Contrariamente, o conteúdo de flavonóides foi inferior nos frutos cultivados com o novo sistema hidropónico, tendo os frutos do sistema tradicional e do sistema semi-hidropónico 40% e 10% maior teor desta família de compostos. Os resultados obtidos neste estudo demonstram que a utilização do novo sistema hidropónico na produção de plantas de médio porte, aumenta o crescimento, a acumulação de biomassa e a qualidade do fruto. Assim, permite ao produtor reduzir os custos, rentabilizar a produção (menor tempo de produção), valorizar a biomassa da planta e aumentar a qualidade do produto. Também, através dos teores de carotenóides, ácidos gordos e polifenóis poderá inferir-se que ocorreu um menor impato dos stressses abióticos subjacentes aos sistemas nas plantas produzidas pelo sistema DLFT.

Efeitos de Solanum sisymbriifolium Lam. e S. nigrum L. sobre o nemátode - das - lesões - radiculares (Pratylenchus goodeyi (Cobb) Sher & Allen, 1953) parasita da bananeira (Musa acuminata Colla)

A cultura da bananeira é de grande importância económica para a Ilha da Madeira. A procura de formas de agricultura mais sustentáveis, como é o caso da agricultura biológica, tem levado ao desenvolvimento de estratégias alternativas aos produtos fitofarmacêuticos que possam ser utilizadas pelos agricultores. O objectivo geral deste trabalho foi o contribuir para a agricultura da Madeira desenvolvendo uma estratégia de luta contra o nemátode-das-lesões-radiculares, Pratylenchus goodeyi, utilizando Solanum sisymbriifolium e S. nigrum como cultura armadilha ou como biofumigante. Os isolados de P. goodeyi foram obtidos a partir da cultura in vitro em discos de cenoura e de raízes de bananeira infectadas pelo nemátode. Apesar de P. goodeyi se ter reproduzido nas plantas de S. sisymbriifolium e de S. nigrum, os factores de reprodução foram muito baixos (0,001), podendo estas plantas serem consideradas como resistentes ou, pelo menos, hospedeiros fracos. Os efeitos da incorporação, de diferentes partes de S. sisymbriifolium e S. nigrum (raízes, raízes+parte aérea e parte aérea), no solo com plantas de bananeira, infectadas com P. goodeyi, foram avaliados em relação ao crescimento das plantas de bananeira e à reprodução do nemátode. Verificou-se que qualquer uma das espécies de Solanum influenciou o crescimento das plantas de bananeira, principalmente daquelas em que as raízes foram incorporadas no solo. A reprodução de P. goodeyi nas plantas de bananeira, apenas infectadas com o nemátode, foi superior à sua reprodução nas plantas em que ocorreu incorporação no solo. Relativamente aos efeitos dos extractos aquosos das plantas de Solanum na mortalidade de P. goodeyi concluiu-se que os extractos de S. sisymbriifolium foram os mais eficazes, principalmente na concentração de 250 mg/ml. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que as plantas S. sisymbriifolium e S. nigrum poderão ser utilizadas como biofumigante e como adubo verde, contribuindo para melhorar a qualidade e a quantidade das produções, eliminando os efeitos negativos, de produtos de origem química, sobre a saúde e o ambiente.

Caracterização do cDNA da NAD-MDH citosólica e da H+ ATPase Vacuolar no amadurecimento da anona (Annona cherimola Mill)

A Annona cherimola é um fruto exótico, com um sabor agradável. Este fruto tem um elevado potencial comercial, mas apresenta um tempo médio de vida curto devido ao seu rápido amadurecimento. Por esta razão é necessário conhecer melhor o processo de amadurecimento deste fruto. Na Região Autónoma da Madeira a cultura da anoneira é muito importante em termos comerciais. O processo de amadurecimento leva a diversas modificações bioquímicas e fisiológicas. Existem várias enzimas e substâncias que integram este processo. Neste trabalho iremos estudar os genes das enzimas malato desidrogenase e H+ ATPase vacuolar que estão envolvidos no processo de amadurecimento dos frutos. Utilizando as técnicas de RACE e sequenciação foi possível determinar a sequência nucleotídica do cDNA destes genes. O cDNA da malato desidrogenase é composto por 1364 nucleótidos, contendo uma zona 5’ UTR com 84 nucleótidos, uma zona 3’ UTR com 284 nucleótidos e um sinal de poliadenilação com a sequência AATAAA. A ORF apresenta 996 nucleótidos, codificando uma proteína com 332 aminoácidos. Para a H+ ATPase vacuolar foi amplificado o cDNA da subunidade C do domínio V1. Esta apresenta 799 nucleótidos, dos quais 36 são da 5’ UTR, 266 da 3’ UTR e 498 da ORF. A ORF codifica uma proteína com 166 aminoácidos.

Nematicidal activity of Solanum nigrum and S. sisymbriifolium extracts against the root-lesion nematode Pratylenchus goodeyi and its effects on infection and gene expression

The control of Pratylenchus goodeyi a common nematode parasite of banana crop in Madeira Island can benefit from searching for natural nematicides through plants extracts. With this aim we submitted Solanum nigrum and S. sisymbriifolium dried plants to a sequential extraction in the solvent sequence of dichloromethane, acetone, ethanol and water, and to na aqueous extraction of the fresh and dried plants. Analyses with the extracts at several concentrations were used to assess mobility and mortality on P. goodeyi. Results showed that the water extract and aqueous extracts from both plants at a concentration of 10 mg/mL affected nematode mobility and caused mortality but the acetone extract from S. nigrum was the most efficient, causing 100% mortality whereas dichloromethane had no effect on P. goodeyi. Determination of the lipophilic and phenolic compounds present in the two most effective Solanum extracts (acetone and water) and in dichloromethane extract revealed that some of these compounds had nematicidal activity. S. nigrum acetone extract (10 mg/mL) was used to find out the nematicidal potential following the effect at gene expression level and nematode behaviour. Genes coding for calreticulin and beta-1,4- endoglucanase related to parasitism and translocon-associated protein putatively connected to stress were obtained and its relative expression assessed in nematodes exposed to the extract. Results revealed that expression of Pg-CRT decreased showing to influence the infection, Pg-ENG remained steady and Pg-TRAPδ was induced over time exposure. Biological assays showed that P. goodeyi mobility and ability to infect the banana roots were affected as a decrease in the number of nematodes that reached the roots was obtained with the increased exposure time to the extract being implicated in the infection success. The information obtained from this thesis showed that S. nigrum has potential to be used for the development of a new control strategy against plant-parasitic nematodes.

Comparative analysis of the volatile fraction from Annona cherimola Mill. cultivars by solid-phase microextraction and gas chromatography–quadrupole mass spectrometry detection

The analysis of volatile compounds in Funchal, Madeira, Mateus and Perry Vidal cultivars of Annona cherimola Mill. (cherimoya) was carried out by headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) combined with gas chromatography–quadrupole mass spectrometry detection (GC–qMSD). HS-SPME technique was optimized in terms of fibre selection, extraction time, extraction temperature and sample amount to reach the best extraction efficiency. The best result was obtained with 2 g of sample, using a divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane (DVB/CAR/PDMS) fibre for 30 min at 30 °C under constant magnetic stirring (800 rpm). After optimization of the extraction methodology, all the cherimoya samples were analysed with the best conditions that allowed to identify about 60 volatile compounds. The major compounds identified in the four cherimoya cultivars were methyl butanoate, butyl butanoate, 3-methylbutyl butanoate, 3-methylbutyl 3-methylbutanoate and 5-hydroxymethyl-2-furfural. These compounds represent 69.08 ± 5.22%, 56.56 ± 15.36%, 56.69 ± 9.28% and 71.82 ± 1.29% of the total volatiles for Funchal, Madeira, Mateus and Perry Vidal cultivars, respectively. This study showed that each cherimoya cultivars have 40 common compounds, corresponding to different chemical families, namely terpenes, esters, alcohols, fatty acids and carbonyl compounds and using PCA, the volatile composition in terms of average peak areas, provided a suitable tool to differentiate among the cherimoya cultivars.

Integrated valorization of Anona Cherimola Mill. seeds

Agricultural and agro-industrial residues are often considered both an environmental and an economical problem. Therefore, a paradigm shift is needed, assuming residues as biorefinery feedstocks. In this work cherimoya (Annona cherimola Mill.) seeds, which are lipid-rich (ca. 30%) and have a significant lignocellulosic fraction, were used as an example of a residue without any current valorization. Firstly, the lipid fraction was obtained by solvent extraction. Extraction yield varied from 13% to 28%, according to the extraction method and time, and solvent purity. This oil was converted into biodiesel (by base-catalyzed transesterification), yielding 76 g FAME/100 g oil. The obtained biodiesel is likely to be incorporated in the commercial chain, according to the EN14214 standard. The remaining lignocellulosic fraction was subjected to two alternative fractionation processes for the selective recovery of hemicellulose, aiming different products. Empirical mathematical models were developed for both processes, aiming future scale-up. Autohydrolysis rendered essentially oligosaccharides (10 gL-1) with properties indicating potential food/feed/pharmacological applications. The remaining solid was enzymatically saccharified, reaching a saccharification yield of 83%. The hydrolyzate obtained by dilute acid hydrolysis contained mostly monosaccharides, mainly xylose (26 gL-1), glucose (10 gL-1) and arabinose (3 gL-1), and had low content of microbial growth inhibitors. This hydrolyzate has proven to be appropriate to be used as culture media for exopolisaccharide production, using bacteria or microbial consortia. The maximum conversion of monosaccharides into xanthan gum was 0.87 g/g and kefiran maximum productivity was 0.07 g.(Lh)-1. This work shows the technical feasibility of using cherimoya seeds, and materials as such, as potential feedstocks, opening new perspectives for upgrading them in the biorefinery framework.