Proceedings of the Twenty-First Annual Biochemical Engineering Symposium

The 21st Annual Biochemical Engineering Symposium was held at Colorado State University on April 20, 1991. The primary goals of this symposium series are to provide an opportunity for students to present and publish their research work and to promote informal discussions on biochemical engineering research. Contents High Density Fed-Batch Cultivation and Energy Metabolism of Bacillus thuringtensis; W.-M. Liu, V. Bihari, M. Starzak, and R.K. Bajpai Influences of Medium Composition and Cultivation Conditions on Recombinant Protein Production by Bacillus subtilis; K. Park, P.M. Linzmaier, and K.F. Reardon Characterization of a Foreign Gene Expression in a Recombinant T7 Expression System Infected with λ Phages; F. Miao and D.S. Kompala Simulation of an Enzymatic Membrane System with Forced Periodic Supply of Substrate; N. Nakaiwa, M. Yashima, L.T. Fan, and T. Ohmori Batch Extraction of Dilut Acids in a Hollow Fiber Module; D.G. O'Brien and C.E. Glatz Evaluation of a New Electrophoretic Device for Protein Purification; M.-J. Juang and R.G. Harrison Crossflow Microfiltration and Membrane Fouling for Yeast Cell Suspension; S. Redkar and R. Davis Interaction of MBP-β-Galactosidase Fusion Protein with Starch; L. Taladriz and Z. Nikolov Predicting the Solubility of Recombinant Proteins in Escherichia coli; D.L. Wilkinson and R.G. Harrison Evolution of a Phase-Separated, Gravity-Independent Bioractor; P.E. Villeneuve and E.H. Dunlop A Strategy for the Decontamination of Soils Containing Elevated Levels of PCP; S. Ghoshal, S. K. Banelji, and RK. Bajpai Practical Considerations for Implementation of a Field Scale In-Situ Bioremediation Project; J.P. McDonald, CA Baldwin, and L.E. Erickson Parametric Sensitivity Studies of Rhizopus oligosporus Solid Substrate Fermentation; J. Sargantanis, M.N. Karim, and V.G. Murphy, and RP. Tengerdy Production of Acetyl-Xylan Esterase from Aspergillus niger; M.R Samara and J.C. Linden Biological and Latex Particle Partitioning in Aqueous Two-Phase Systems; D.T.L. Hawker, RH. Davis, P.W. Todd, and R Lawson Novel Bioreactor /Separator for Microbial Desulfurization of Coal; H. Gecol, RH. Davis, and J .R Mattoon Effect of Plants and Trees on the Fate, Transport and Biodegradation of Contaminants in the Soil and Ground Water; W. Huang, E. Lee, J.F. Shimp, L.C. Davis, L.E. Erickson, and J.C. Tracy Sound Production by Interfacial Effects in Airlift Reactors; J. Hua, T.-Y. Yiin, LA Glasgow, and L.E. Erickson Soy Yogurt Fermentation of Rapid Hydration Hydrothermal Cooked Soy Milk; P. Tuitemwong, L.E. Erickson, and D.Y.C. Fung Influence of Carbon Source on Pentachlorophenol Degradation by Phanerochaete chrysosportum in Soil; C.-Y.M. Hsieh, RK. Bajpai, and S.K. Banerji Cellular Responses of Insect Cells Spodopiera frugiperda -9 to Hydrodynamic Stresses; P.L.-H. Yeh and RK. Bajpa1 A Mathematical Model for Ripening of Cheddar Cheese; J. Kim, M. Starzak, G.W. Preckshoi, and R.K. Bajpai

Experiment on marine fungus Microascus brevicaulis strain

The marine fungus Microascus brevicaulis strain LF580 is a non-model secondary metabolite producer with high yields of the two secondary metabolites scopularide A and B, which exhibit distinct activities against tumour cell lines. A mutant strain was obtained using UV mutagenesis, showing besides higher production levels faster growth and differences in pellet formation. Comparative proteomics were applied to gain deeper understanding of the regulation of production and of the physiology of this fungus and its mutant. For this purpose, an optimised protein extraction protocol was established. Here, we show the first proteome study of a marine fungus. In total, 4759 proteins were identified. The central metabolic pathway of LF580 could be mapped by using KEGG pathway analysis and GO annotation. Using iTRAQ labelling, 318 proteins were shown to be significantly regulated in the mutant strain: 189 were down- and 129 upregulated. Proteomics are a powerful tool for the understanding of regulatory aspects: The differences on proteome level could be attributed to a limited nutrient availability in wild type strain due to a strong pellet formation. This information can be applied to optimisation on strain and process level. The linkage between nutrient limitation and pellet formation in the non-model fungus M. brevicaulis is in consensus with the knowledge on model organisms like Aspergillus niger and Penicillium chrysogenum.

Microbiota fúngica asociada a la fumagina del madroño (Arbutus unedo L.) parasitado por pulgones (Hemiptera, Aphidoidea) en la Comunidad de Madrid.

Se ha realizado un estudio sobre la microbiota fúngica asociada a la fumagina del madroño, determinándose las especies de pulgones recogidas sobre madroños muestreados en la Comunidad de Madrid (España). Las especies de pulgones del madroño encontradas en los muestreos han sido dos: Aphis arbuti Ferrari y Wahlgreniella nervata (Gillette). La especie más frecuente ha sido W. nervata cuya presencia se observó en el 80% de las muestras, mientras que A. arbuti estuvo presente en el 35% de ellas. Parecen ser especies bastante específicas del madroño, de las que no se habían recogido citas en la Comunidad de Madrid. Los análisis microbiológicos realizados sobre las hojas de madroño muestran que no existen diferencias apreciables entre las que visualmente tienen negrilla y pulgones de aquellas que están aparentemente normales. La microbiota fúngica total de las ramillas es muy semejante a la de las hojas. Sobresalen entre los géneros y/o especies Alternaria, Aspergillus, Niger, Aureobasidium, Cladosporium y Fusarium. Este último género representado por dos especies (F. dinerum y F. solari) no ha incrementado considerablemente su presencia cuando se ha utilizado un medio específico para el análisis.

Imobilização do fungo Penicillium citrinum CBMAI 1186 e lipase de Pseudomonas fluorescens em biopolímeros para aplicações em biocatálise

Diversos biomateriais podem ser aplicados como suportes na imobilização de células totais de fungos filamentosos ou enzimas isoladas, visando a manutenção e o prolongamento da atividade enzimática em processos biocatalíticos. Exemplos promissores de biomateriais são a fibroína da seda e o alginato de sódio. A fibroína é um material protéico com alta estabilidade térmica, elasticidade, resistência à tensão, não sofre ataque microbiano, baixo custo de purificação e alta tenacidade, o alginato é um biopolímero versátil, devido a suas propriedades gelificantes em soluções aquosas. Assim, neste trabalho empregou-se micélios do fungo derivado de ambiente marinho, Penicillium citrinum CBMAI 1186, livres e imobilizados em biopolímeros (fibra de algodão, fibra de fibroína da seda e fibra de paina) na biorredução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação α,β-C=C de enonas α,β-, α,β,γ,δ- e di-α,β-insaturadas previamente sintetizados pela a reação de condensação aldólica. Foi possível a utilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 na redução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação dupla carbono-carbono de sistemas α,β-insaturados. A imobilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 em biopolímeros (algodão, fibroína da seda, paina e quitosana) permitiu a prolongamento da atividade celular do fungo. O protocolo desenvolvido foi capaz de obter compostos até então descritos apenas por síntese clássica. Também foi realizado reações de resolução enzimática de derivados de haloidrinas por diferentes lipases microbianas de: Pseudomonas fluorescens, Candida cylindracea, Rhizopus niveus e Aspergillus niger. A lipase de P. fluorescens foi imobilizada em esferas de fibroína do bicho da seda (método 1, via adsorção) e em blenda com alginato de cálcio (método 2, via encapsulação) em diferentes condições, tais como, variação de solvente, variação da quantidade de enzima imobilizada e tempo de reação. As condições otimizadas foram empregadas em diferentes haloidrinas, rendendo elevados excessos enantioméricos (ee > 99%) e alta razão enanantiomérica (E > 200) para os produtos acetilados. Foi possível desenvolver um protocolo simples, barato e prático para a síntese enantiosseletiva de haloidrina reforçando a versatilidade da fibroína e do alginato como suportes de imobilização para catalisadores heterogêneos. Também foi possível utilizar a lipase imobilizada (método 2) na reação de transesterificação para obtenção do biodiesel etílico. As melhores condições para o bom funcionamento do biocatalisador foram: 30% do biocatalisador, 20% de n-hexano, relação óleo e etanol de 1:4 a 32 ºC por 48 h em agitação magnética (400 rpm). Essas condições permitiram a formação de 42% de rendimento do biodiesel etílico. O biocatalisador apresentou algumas limitações reacionais, tais como, fragilidade frente a elevadas temperaturas (> 32 ºC) e prolongado tempo de agitação magnética. Porém, permaneceu apto no meio por 4 ciclos consecutivas. Conclui-se que os biomateriais (fibroína, alginato e quitosana) podem ser utilizados como alternativas versáteis na imobilização de micélios de fungos filamentoso e de enzimas isoladas para aplicações em biocatalíticas.

Remoção de metil paration e atrazina em reatores de bancada com fungos

Neste estudo foi avaliada a remoção de metil paration - inseticida e atrazina - herbicida presentes em água, em reatores de bancada, com fungos. A pesquisa foi dividida em quatro etapas: operação em batelada com metil paration e micélio fúngico, com e sem glicose; teste de toxicidade em placas com Aspergillus niger AN400; operação em batelada com os pesticidas atrazina e metil paration e esporos de Aspergillus niger AN400, com e sem glicose; e operação em reatores de leito fixo e fluxo ascendente. Na primeira etapa, a remoção de metil paration foi de 97% nos reatores sem glicose e 94% nos reatores com glicose com 32 dias de reação. Na operação em batelada, com esporos, um modelo cinético de primeira ordem representou bem a velocidade de decaimento de metil paration nesta fase, principalmente, nos reatores que continham glicose. Para os experimentos sem adição de glicose, a constante cinética foi de 0,063 ± 0,005/h, enquanto que para os experimentos com glicose a constante foi de 0,162 ± 0,014/h. Dessa forma, a adição de glicose resultou efetivamente em aumento na velocidade de conversão do inseticida. Na fase experimental, com atrazina e esporos de Aspergillus niger AN400, a presença do substrato primário (glicose) não teve influência na remoção de atrazina, sendo que os percentuais de remoção foram muito próximos aos percentuais encontrados nos reatores sem glicose. O estudo cinético, nessa fase com atrazina e esporos, revelou que para os experimentos sem a adição de glicose, o valor da velocidade de conversão de atrazina (RATZo) foi de 0,023/d, enquanto que para os experimentos com glicose (RATZo) foi 0,022/d. Portanto, a adição de glicose parece não ter influenciado significativamente a velocidade de remoção do herbicida por Aspergillus niger AN400. O teste de toxicidade demonstrou que metil paration e atrazina não inibiram o crescimento do fungo nas várias concentrações testadas, inclusive nas mais elevadas, que foram 60 mg/L e 25 mg/L para metil paration e atrazina, respectivamente. No reator de leito fixo a remoção de metil paration foi de 40% com 12 h de tempo de detenção hidráulica, e 0,5 g glicose/L. Porém, quando a concentração de glicose foi duplicada a remoção de metil paration diminuiu para 35%. Neste reator o pH se manteve na faixa ácida 3,4 a 5,2, considerada ideal para os fungos. Os resultados encontrados mostram a viabilidade dos fungos para remoção desses pesticidas, considerados persistentes no ambiente.

Effects of phytase supplementation of phosphorus-adequate, lysine-deficient, wheat-based diets on growth performance of weaner pigs

The effects of microbial phytase supplementation of phosphorus-adequate, wheat-based diets with available lysine : energy density ratios ranging from 0.75 to 0.90 g available lysine/MJ DE on growth performance of weaner pigs were investigated in 3 studies. In the first study, increasing levels of dietary phytate depressed growth rates (P<0.08) and efficiency of feed conversion (P<0.01) and phytase supplementation enhanced growth rates (P<0.05) and tended to improve feed efficiency (P<0.15). There were no significant interactions between dietary phytate and phytase inclusion to support the hypothesis that dietary substrate levels of phytate govern responses to phytase. However, in this and other studies, percentage increases in efficiency of feed conversion generated by phytase were positively correlated to dietary phytate concentrations to a significant extent (P<0.005), so it is possible that dietary substrate levels are of importance to the magnitude of responses following phytase supplementation. Diets with 3 levels of protein, expressed as 0.80, 0.85, and 0.90 g available lysine/MJ DE, were offered to pigs without and with phytase in the second study. Protein/amino acid levels or lysine : energy density ratios did not influence growth performance, which was not expected. However, phytase tended to increase growth rates (P<0.08) and improved feed efficiency (P<0.01). Although it is believed that phytase may have a positive influence on protein utilisation, this was not demonstrated in this experiment. In the third study, the simultaneous inclusion of phytase and xylanase feed enzymes in wheat-based weaner diets did not increase growth performance responses in comparison with phytase alone. Individually, phytase improved feed efficiency (P<0.05) and numerically increased growth rates (P<0.25). Although responses in growth performance of weaner pigs following phytase supplementation lacked consistency, they were generally positive and indicative of anti-nutritive properties of phytate that are unrelated to P availability. That these positive responses were observed in diets with suboptimal available lysine : energy density ratios is consistent with the possibility that phytate has a negative influence on protein utilisation, which is ameliorated by phytase. However, these antinutritive effects and their underlying mechanisms need to be better defined if full advantage of the potential protein-sparing effects of microbial phytase is to be taken.

The development of filamentous fungi in submerged culture

During the 24 hour period following inoculation, aggregation of spores and sporelings can have an important effect on the subsequent growth of filamentous fungi in submerged culture. This early phase of growth does not appear to have received much attention, and it was for this reason that the author's research was started. The aggregation, germination and early growth of the filamentous fungus Aspergillus niger have been followed in aerated tower fermenters, by microscopic examination. By studying many individual sporelings it has been possible to estimate the specific growth rate and germination times, and then to assess the branching characteristics of the fungus over a period of from 1 to 10 hours after germination. The results have been incorporated into computer models to simulate the development of the physical structure of individual and aggregated sporelings. Following germination, and an initial rapid growth phase, fungi were found to grow exponentially: in the case of A.niger the mean germination time was about 5 hours and the doubling time was as short as 1.5 hours. Branching also followed an exponential pattern and appeared to be related to hyphal length. Using a simple hypothesis for growth along with empirical parameters, typical fungal structures were generated using the computer models : these compared well with actual sporelings observed under the microscope. Preliminary work suggested that the techniques used in this research could be successfully applied to a range of filamentous fungi.

Modelling a biochemical reaction with computational fluid dynamics

Earlier investigations (Cartland Glover et al., 2004) into the use of computational fluid dynamics (CFD) for the modelling of gas-liquid and gas-liquid-solid flow allowed a simple biochemical reaction model to be implemented. A single plane mesh was used to represent the transport and reaction of molasses, the mould Aspergillus niger and citric acid in a bubble column with a height to diameter aspect ratio of 20:1. Two specific growth rates were used to examine the impact that biomass growth had on the local solids concentration and the effect this had on the local hydrodynamics of the bubble column.

Characterization of recombinant chloroperoxidase, and F103A and C29H/C79H/C87H mutants

Mechanistically and structurally chloroperoxidase (CPO) occupies a unique niche among heme containing enzymes. Chloroperoxidase catalyzes a broad range of reactions, such as oxidation of organic substrates, dismutation of hydrogen peroxide, and mono-oxygenation of organic molecules. To expand the synthetic utility of CPO and to appreciate the important interactions that lead to CPO’s exceptional properties, a site-directed mutagenesis study was undertaken. ^ Recombinant CPO and CPO mutants were heterologously expressed in Aspergillus niger. The overall protein structure was almost the same as that of wild type CPO, as determined by UV-vis, NMR and CD spectroscopies. Phenylalanine103, which was proposed to regulate substrate access to the active site by restricting the size of substrates and to control CPO’s enantioselectivity, was mutated to Ala. The ligand binding affinity and most importantly the catalytic activity of F103A was dramatically different from wild type CPO. The mutation essentially eliminated the chlorination and dismutation activities but enhanced, 4-10 fold, the epoxidation, peroxidation, and N-demethylation activities. As expected, the F103A mutant displayed dramatically improved epoxidation activity for larger, more branched styrene derivatives. Furthermore, F103A showed a distinctive enantioselectivity profile: losing enantioselectivity to styrene and cis-β-methylstyrene; having a different configuration preference on α-methylstyrene; showing higher enantioselectivites and conversion rates on larger, more branched substrates. Our results show that F103 acts as a switch box that controls the catalytic activity, substrate specificity, and product enantioselectivity of CPO. Given that no other mutant of CPO has displayed distinct properties, the results with F103A are dramatic. ^ The diverse catalytic activity of CPO has long been attributed to the presence of the proximal thiolate ligand. Surprisingly, a recent report on a C29H mutant suggested otherwise. A new CPO triple mutant C29H/C79H/C87H was prepared, in which all the cysteines were replaced by histidine to eliminate the possibility of cysteine coordinating to the heme. No active form protein was isolated, although, successful transformation and transcription was confirmed. The result suggests that Cys79 and Cys87 are critical to maintaining the structural scaffold of CPO. ^ In vitro biodegradation of nanotubes by CPO were examined by scanning electron microscope method, but little oxidation was observed. ^

Conversão da lactose e síntese de galacto-oligossacarídeos: uma abordagem experimental e teórica

O presente trabalho avaliou, na etapa experimental, um processo simultâneo de catálise e fermentação láctica visando obter um iogurte com potenciais características nutracêuticas e, na sua etapa teórica, estabeleceu uma interlocução entre a vivência experimentalista e a teoria da cinética enzimática, no que se refere à conversão da lactose e à síntese de galactooligossacarídeos (GOS). Na abordagem experimental, para um substrato específico, avaliouse biocatálise conduzida simultaneamente à fermentação, defasando a adição da enzima em relação ao início do processo fermentativo. A fermentação foi realizada a partir de cultura láctica liofilizada comercial contendo dois micro-organismos probióticos, Bifidobacterium animalis e Lactobacillus acidophilus, associados aos micro-organismos característicos do iogurte, Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus. Foi utilizado um preparado enzimático contendo -galactosidases obtidas de duas origens distintas: Kluyveromyces lactis e Aspergillus niger. Foram avaliados os efeitos da concentração da enzima e do tempo de adição da enzima em um planejamento experimental 2 2 . As respostas foram às concentrações, ao final do processo, de lactose, de GOS, de glicose e de galactose e a hidrólise dos galactooligossacarídeos ao longo do tempo. No que se refere à abordagem teórica, o presente trabalho considerou modelos matemáticos de hidrólise de dissacarídeos e conversão da lactose, em que a inibição foi representada a partir do incremento da concentração dos produtos da reação. No que se refere à conversão da lactose e síntese de GOS, o presente trabalho buscou estabelecer um modelo matemático em que a inibição ocorreu por efeito do incremento das concentrações de glicose e de galactose, comparando-o com os modelos conhecidos na literatura. Verificou-se que o desempenho do modelo obtido no presente trabalho foi robusto em relação às premissas estabelecidas. Na comparação com resultados experimentais de conversão enzimática, o modelo mostrou-se capaz de minimizar o erro e de ajustar-se aos dados experimentais.

FUNGOS ASSOCIADOS ÀS SEMENTES DE Enterolobium contortisiliquum : ANÁLISE DA INCIDÊNCIA, CONTROLE E EFEITOS NA QUALIDADE FISIOLÓGICA COM O USO DE EXTRATOS VEGETAIS

Os fungos são os principais micro-organismos associados às sementes, podendo causar danos, tanto na fase de campo, como também na pós-colheita e durante o armazenamento. Nesta última fase, a deterioração pode ocorrer pela ação específica de fungos, afetando a qualidade fisiológica das sementes. A utilização de extratos de plantas com propriedades antimicrobianas são alternativas ecológicas e promissoras para substituir a proteção promovida pela aplicação de fungicidas. Objetivou-se nesta pesquisa avaliar a eficiência dos extratos de Allamanda blanchetti e Momordica charantia nas concentrações de 10, 100, 500 e 1000 ppm sobre a micoflora e germinação em sementes de Enterolobium contortisiliquum . As sementes foram coletadas em diferentes municípios do estado da Paraíba (Areia, Arara, Conde e Sobrado). Os lotes foram submetidos a testes de sanidade e de germinação. A avaliação da incidência de fungos foi feita a partir da visualização dos fungos através do método de papel de filtro. Utilizaram-se no teste de sanidade 100 sementes por tratamento, as quais foram imersas em 20 mL dos extratos por cinco minutos, em seguida incubadas em placas de Petri sobre dupla camada de papel de filtro. No teste de germinação utilizaram-se 200 sementes, distribuídas em papel germitest e germinadas à temperatura de 30 ± 2°C. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado. Constatou-se nas sementes de Enterolobium contortisiliquum os fungos: Aspergillus niger , Aspergillus flavus , Rhizopus stolonifer , Penicillium sp., Curvularia lunata , Nigrospora sp. e Cladosporium sp. Os extratos de Allamanda blanchetti e Momordica charantia nas concentrações de 500 e 1000 ppm causaram redução da frequência dos fungos. O extrato de Momordica charantia nas concentrações de 500 e 1000 ppm proporcionou o aumento na germinação e primeira contagem, além de reduzir o percentual de sementes mortas.

Optimização das condições de cultura da Saccharomyces Cerevisiae e de outros fungos produtores de oligossacáridos

Este estudo envolve o controlo e a optimização das condições de culturas dos microrganismos: Saccharomyces cerevisiae CCMI 396, S. cerevisiae v. lab., Aspergillus oryzae CCMI 125, Aspergillus japonicus CCMI 443, Fusarium oxysporum CCMI 866, Aspergillus niger CCMI 296 com vista à produção de oligossacáridos. Determinaram-se os parâmetros característicos das culturas de duas diferentes estirpes de Saccharomyces com diferentes fontes de carbono e em diferentes condições ambientais. O perfil de crescimento da S. cerevisiae CCMI 396 foi semelhante nos diferentes meios de cultura estudados, sendo a velocidade específica de crescimento mais elevada no meio com glucose a pH 5 e a 30°C (0,36h-1). A S. cerevisiae v. lab. Teve velocidade específica de crescimento idêntica nas mesmas condições da outra estirpe, no entanto, o perfil de crescimento foi diferente nos outros meios de cultura. Estudou-se o efeito da adição de sumo de laranja ou de tomate ao meio de cultura com sacarose e avaliou-se a evolução glucídica no meio de cultura durante o ensaio por HPLC com detector RI. Determinou-se a frutosiltransferase no sobrenadante e na fracção intracelular e determinou-se a evolução dos oligossacáridos. Numa segunda parte deste trabalho efectuaram-se culturas dos quatro fungos filamentosos com vista a avaliar a capacidade de produção, nomeadamente, de fruto­oligassacáridos. Os resultados mostraram que a espécie Aspergillus japonicus CCMI 443 originou, nas mesmas condições de cultura, valores superiores, sendo a percentagem de produção FOStotais/GluCtotais de 61% para as enzimas intracelulares e 40% para as enzimas no sobrenadante. ABSTRACT; This study involves control and optimization of the cultures of microorganisms: Saccharomyces cerevisiae CCMI 396, S. cerevisiae v. lab., Aspergillus oryzae CCMI 125, Aspergillus japonicus CCMI 443, Fusarium oxysporum CCMI 866, Aspergillus níger CCMI 296 for oligosaccharides production. Were determined the parameters characteristic of the cultures of two different strains of Saccharomyces with different sources of carbon and in different environmental conditions. The growth profile of S. cerevisiae CCMI 396 was similar in different cultures media, but the highest specific growth was obtained in a medium with glucose, pH 5, at 30°C (0.36h-1). S. cerevisiae v. lab. had similar growth profile in a medium with glucose but with others culture media was different. We studied the effect of adding orange juice or tomato to the culture medium with sucrose and evaluated the evolution glucidic in the culture medium during the test by HPLC with RI detector. Fructosyltransferase was determined in the extracellular and the intracellular fractions and determined the evolution of oligosaccharides. ln the second part of this work were carried out cultures of four filamentous fungi in order to assess production capacity, in particular, fructoligosaccharides. The results showed that the specie Aspergillus japonicus CCMI 443 originated in the same culture conditions, higher values and the percentage of production FOStotal/Guctotal of 61% for intracellular enzymes and 40% for extracellular enzymes.

Comparative study of bioactive potential of Fueniculum vulgare Mill. and Matricaria recutita L. phenolic rich extracts to functionalize cottage chesse

Synthetic additives used in a wide variety of food products have been associated to some toxic effects. This conducted to an increasing interest of consumers for natural additives, including food preservers [1]. Many aromatic herbs have been used to prepare bioactive extracts with benefits to the consumer's health. Foeniculum vulgare Mill. (fennel) and Matricaria recutita L. (chamomile) are examples of popular herbs rich in phenolic compounds with documented antioxidant and antimicrobial properties [2,3]. The present work confirms the antioxidant (DPPH scavenging activity, reducing power and lipid peroxidation inhibition) and antimicrobial (against bacteria such as Bacillus cereus and Salmonella Typhimurium and fungi such as Aspergillus niger, A. versicolor and PenicilliumfimicuJosum) activities of fennel and chamomile extracts, obtained by decoction. The chemical characterization of the extracts, performed by HPLC-DAD-ESIIMS, revealed the presence of five flavonoids (mainly qercetin-3-0- glucoside) and twelve phenolic acids (mainly 5-0-caffeolyquinic acid) for fennel extract and the presence of nine flavonoids (mainly luteolin-0-glucuronide) and ten phenolic acids (mainly di-caffeoyl-2,7- anhydro-3-deoxy-2-octulopyranosonic acid) for chamomile extract. Due to their high antioxidant and antimicrobial activities, both extracts were then incorporated (at DPPH scavenging activity EC25 value: 0.35 mg/mL and 0.165 mg/mL for fennel and chamomile, respectively) in cottage cheeses (prepared by Queijos Casa Matias Lda) as natural additives with two objectives: to increase the shelf-life of the cottage cheeses and to provide bioactive properties to the final products. The results showed that the use of these natural extracts did not alter significantly the nutritional characteristics of the cottage cheese in comparison with control samples (cottage cheese without extracts), but improved its antioxidant potential (more evident in the samples with chamomile extract). After 14 days of storage, only the control samples showed signs of degradation. Overall, the present study highlights the preservation potential of fennel and chamomile extracts in cottage cheeses, improving also their bioactivity.

Análise cromatográfica de um extrato fenólico de funcho utilizado no desenvolvimento de requeijões com propriedades funcionais

Atualmente, existe uma grande procura de alimentos com ingredientes naturais em substituição de aditivos sintéticos que têm sido associados, em determinadas circunstâncias, a alguns efeitos tóxicos [1]. Neste trabalho, preparou-se um extrato aquoso por decocção de Foeniculum vulgare Mill. (funcho) que, após caracterização por HPLC-DAD-ESI/MS, revelou a presença de cinco flavonoides (sendo o maioritário o quercetin-3-O-glucósido) e doze ácidos fenólicos (sendo o maioritário o ácido 5-Ocafeoilquínico). O mesmo extrato revelou um enorme potencial antioxidante (efeito captador de radicais livres DPPH, poder redutor e inibição da peroxidação lipídica) e antimicrobiano (contra bactérias como Salmonella typhimurium e Bacillus cereus, e fungos como Aspergillus niger, A. versicolor e Penicillium funiculosum), o que suscitou o seu potencial de utilização como ingrediente bioativo na funcionalização de alimentos. Assim, procedeu-se à sua incorporação (atendendo ao EC25 =0,35 mg/mL obtido no ensaio de DPPH) em requeijões (preparados na empresa Queijos Casa Matias Lda.). Os resultados mostraram que a presença do extrato não alterou significativamente as características nutricionais (incluindo macronutrientes, valor energético e perfil em ácidos gordos) das amostras controlo (requeijão sem esse ingrediente), no entanto parece aumentar o amarelecimento (parâmetro da cor, b*) após 7 dias de armazenamento. Verificou-se ainda que, após duas semanas de armazenamento apenas as amostras controlo apresentaram sinais de degradação. Além disso, conseguiu-se provar que a incorporação do extrato de funcho conferiu propriedades antioxidantes ao requeijão. Os resultados obtidos provam assim que o extrato fenólico obtido através da decocção de funcho pode ser utilizado como conservante e agente bioativo natural em requeijões.

GC-MS Analysis, Antimicrobial and Antioxidant Activities of Extracts of the Aerial Parts of Conyza sumatrensis

Phytochemical analyses as well as antimicrobial and antioxidant activities of the extracts of C. sumatrensis aerial parts were investigated in this study. METHODS: The aerial parts of C. sumatrensis were air dried, weighed and exhaustively extracted with hexane, ethyl acetate and methanol successively. The crude extracts were screened for metabolites. These extracts of the plant were evaluated for antimicrobial and antioxidant activities using agar diffusion and DPPH method respectively. The extracts were also analysed using Gas chromatography – Mass spectrometry, and the chromatogram coupled with mass spectra of the compounds were matched with a standard library. RESULTS: Preliminary phytochemical investigation of crude n-hexane, ethyl acetate and methanol extracts of the aerial parts of Conyza sumatrensis revealed the presence of anthraquinones, flavonoids, terpenoids, phenolics, tannin, glycosides and carbohydrate. All the crude extracts gave a clear zone of inhibition against the growth of the test bacteria ( Staphylococcus aureus , Escherichia coli , Bacillus subtilis , Pseudomona aeruginosa, Salmonella typhi , Klebsiellae pneumonae ) at moderate to high concentrations, as well as test fungi ( Candida albicans , Aspergillus niger , penicillium notatum and Rhizopus stolonifer ) at high concentration. Methanolic extract exhibited significant radical scavenging property with IC50 of 17.08 μg/mL while n-hexane and ethyl acetate extracts showed no significant antioxidant activity. GC-MS of N-hexane extract showed a total number of eleven chemical constituents with α-Farnesene and spathulenol being the most abundance compounds constituting 20.27 and 22.28% of the extract respectively. Ethyl acetate extract revealed thirteen compounds with two most abundant compounds, cis-β-farnesene (16.64 %) and cis-pinane (21.09 %). While methanolic extract affords seventeen compounds with Ephytol being the most abundant compound (19.36 %).