Effect of root age on the biomechanics of seminal and nodal roots of barley (Hordeum vulgare L.) in contrasting soil environments

Peer reviewed

Development of a toolbox for the reduction of hordeins in barley malt beers

Gluten sensitive consumers and people suffering from coeliac disease account for up to 6% of the general population (Catassi et al., 2013). These consumers must avoid foods which contain gluten and related proteins found in wheat, rye or barley. Beer is produced from barley malt and therefore contains hordeins, (gluten like proteins). Beers labelled as gluten-free must contain below 10 mg/kg hordeins (10 mg/kg hordeins = 20 mg/kg gluten under current regulations) to be considered safe for gluten sensitive consumers. Currently there are a limited number of methods available for reducing beer hordeins, the studies outlined in this thesis provide a range of tools for the beverage industry to reduce the hordein content of beer It is well known, that during malting and brewing hordeins are reduced, but they still remain in beer at levels above 10 mg/kg. During malting, hordeins are broken down to form new proteins in the growing plant. Model malting and brewing systems were developed and used to test, how the modification of the malting process could be used to reduce beer hordeins. It was shown, that by using a controlled malting and brewing regime, a range of barley cultivars produced beer with significant differences in levels of hordeins. Beer hordeins ranged from 10 mg/kg to 60 mg/kg. Another study revealed that when malting was prolonged, to maximise breakdown of proteins, beer hordeins can be reduced by up to 44%. The natural breakdown of hordein during malting enhanced in a further study, when a protease was added to support the hordein degradation during steeping and germination. The enzyme addition resulted in a 46% reduction in beer hordeins 2 when compared to the control. All of the malt treatments had little or no impact on malt quality. The hordein levels can also be reduced during the beer stabilisation process. Levels of beer hordein were tested after stabilisation using two different concentrations of silica gel and tannic acid. Silica gel was very effective in reducing beer hordeins, 90% of beer hordeins were removed compared to the control beer. Beer hordeins could be reduced to below 10 mg/kg and the beer qualities such as foam, colour and flavour were not affected. Tannic acid also reduced beer hordein by up to 90%, but it reduced foam stability and affected beer flavours. A further study described treatment of beer with microbial transglutaminase (mTG), to create bonds between hordein proteins, which increased particle size and allowed removal during filtration. The addition of the mTG led to a reduction of the beer hordein by up to 96% in beer, and the impact on the resulting beer quality was minimal. These studies provide the industry with a toolbox of methods leading to the reduction of hordein in the final beer without negatively affecting beer quality.

Time-resolved fluorescence observation of di-tyrosine formation in horseradish peroxidase upon ultrasound treatment leading to enzyme inactivation

The application of ultrasound to a solution can induce cavitional phenomena and generate high localised temperatures and pressures. These are dependent of the frequency used and have enabled ultrasound application in areas such as synthetic, green and food chemistry. High frequency (100 kHz to 1 MHz) in particular is promising in food chemistry as a means to inactivate enzymes, replacing the need to use periods of high temperature. A plant enzyme, horseradish peroxidase, was studied using time-resolved fluorescence techniques as a means to assess the effect of high frequency (378 kHz and 583 kHz) ultrasound treatment at equivalent acoustic powers. This uncovered the fluorescence emission from a newly formed species, attributed to the formation of di-tyrosine within the horseradish peroxidase structure caused by auto-oxidation, and linked to enzyme inactivation.

Redução dos níveis de Ocratoxina A por ação da enzima peroxidase

A ocratoxina A é um composto formado a partir do metabolismo secundário de fungos dos gêneros Aspergillus e Penicillium. Uma vez que a presença dessa micotoxina nos alimentos causa sérios danos à saúde humana e animal, surge o interesse pelo desenvolvimento de métodos que visem a redução dos seus níveis em diferentes matrizes. Diversos processos de descontaminação têm sido propostos, sendo que os métodos de redução biológica tem recebido destaque. Esses métodos consistem na aplicação de micro-organismos ou de suas enzimas, o que gera a biotransformação ou degradação da toxina produzindo metabólitos com menor ou nenhuma toxicidade. Diante disso, o objetivo geral do trabalho foi avaliar o efeito da peroxidase na redução dos níveis de ocratoxina A. As enzimas peroxidases testadas foram a comercial e a obtida do farelo de arroz. Para a extração enzimática foram utilizadas as frações granulométricas do farelo de arroz de 48 a 100 mesh, sendo estas frações caracterizadas quimicamente. A peroxidase foi extraída do farelo de arroz em tampão 10 mM pH 5,0 e purificada por partição trifásica, obtendo 77,1% de recuperação e 9,2 para o fator de purificação. O método utilizado para a extração da ocratoxina A do sistema aquoso foi por partição líquido-líquido utilizando como solvente o clorofórmio, sendo esse método validado segundo os parâmetros de linearidade (0,1 a 20 ng mL-1), coeficientes de correlação (0,9997) e de determinação (0,9994), e limites de detecção (0,02) e quantificação (0,03). A afinidade entre as peroxidases e a ocratoxina A foi verificada segundo os parâmetros de KM e Vmáx, resultando em 0,00027 mM e 0,000015 mM min-1, respectivamente, para a peroxidase comercial, e 0,0065 mM e 0,000031 mM min-1 para a obtida do farelo de arroz. Com relação aos percentuais de redução de ocratoxina A, foram avaliadas 3 proporções enzima:substrato (1:10, 1:5 e 8:1 para a comercial e 1:10, 1:5 e a com atividade de 0,063 U mL-1 para a do farelo), sendo que as proporções que forneceram maior redução foi a de 8:1 para a enzima comercial (0,063 U mL-1) e a correspondente a 0,063 U mL-1 para a enzima obtida do farelo. Os percentuais de redução de ocratoxina A foram de 59% para a peroxidase comercial em 300 min e 41% para a peroxidase do farelo de arroz em 1440 min. O efeito de adsorção da ocratoxina A pela enzima peroxidase foi descartado uma vez que foi realizada a sua hidrólise com a enzima pepsina e verificado um percentual de 2,7% de adsorção, demonstrando que a redução foi por ação enzimática. A enzima obtida de farelo de arroz com atividade de 0,063 U mL-1 foi aplicada em suco de uva tinto e branco. Observou-se que para o primeiro não houve redução significativa, enquanto que para o segundo a redução foi de 17%. Neste trabalho, então, foi possível verificar a capacidade de redução dos níveis da ocratoxina A pela enzima peroxidase, tanto em sistema aquoso como no suco de uva integral branco.

Effect of different doses of post-emergence-applied iodosulfuron on weed control and grain yield of malt barley (Hordeum distichum L.), under Mediterranean conditions

A study was carried out over a two year period (2009/2010 and 2012/2013) on an experimental farm in the Alentejo region (Beja), in southern Portugal where rainfed malt barley (Hordeum distichum L.) is sown at the end of autumn or beginning of winter (November– December). The aim of this experiment was to study the efficiency of the herbicide iodosulfuron-methyl-sodium to control post-emergence broadleaved weeds in this cereal crop. The malt barley crop was established using no-till farming. This technology provides the necessary machine bearing capacity of the soil to assure the post-emergence application of herbicides at two diferente weed development stages. The herbicide iodosulfuron-methyl-sodium was applied at three doses (5.0, 7.5, and 10.0 g a. i. · ha–1) and at two different broadleaved weed development stages (3 to 4 and 6 to 7 pairs of leaves), that also corresponded to two diferente crop development stages (beginning of tillering and complete tillering). The results indicated that early herbicide application timing provided a significantly higher efficiency for all the applied herbicide doses, but this better weed control was not reflected in a higher crop grain yield. The lack of a higher crop grain yield was probably due to a crop phytotoxicity of the herbicide, when used at an early application timing.

Aplicação de peroxidase para degradação de deoxinivalenol

Deoxinivalenol (DON), uma das principais micotoxinas encontradas em matrizes alimentares, é um composto químico que possui em sua estrutura um anel epóxido que lhe confere alto grau de toxicidade. A aplicação de enzimas em processos de degradação de DON vem se destacando, pela estabilidade durante o processo reacional e baixo custo de produção. O objetivo desse trabalho foi estudar o potencial de peroxidase proveniente de farelo de arroz (FA) e farelo de soja (FS) para degradar DON. As condições de obtenção da PO a partir de FA foram definidas por planejamento experimental DCCR 23 , sendo extraída de 5 g de farelo com 50 mL de tampão fosfato 0,04 mol L-1 pH 5, agitados orbitalmente durante 60 min a 100 rpm, e para a PO obtida de FS as condições diferenciaram somente quanto a solução extratora, tampão fosfato 0,01 mol L-1 pH 4,7. A técnica que apresentou melhores índices de purificação para a enzima foi a partição trifásica apresentando fator de purificação e recuperação de 5,6 e 50 % para a obtida de FA e 13,61 e 50 % para FS. A PO de FA apresentou maior atividade em tampão fosfato 5 mmol L-1 pH 5,5 para as formas bruta e pura, diferindo na temperatura de reação de 25 °C e 10 °C, KM de 0,15 e 0,06 mmol L-1 e Vmáx de 769 e 667 U mg-1 , respectivamente. A PO de FS as condições foram: tampão fosfato 5 mmol L-1 pH 5, reação a 35 e 30 °C durante 10 e 5 min, KM de 0,17 e 0,05 mmol L-1 e Vmáx de 196 e 182 U mg-1 , respectivamente. A PO de FA demonstrou maior estabilidade em pH 5 enquanto que a de FS em pH 6, ambas enzimas apresentaram maior estabilidade térmica a 0 °C, as massas moleculares encontradas por eletroforese foram 41 e 34 kDa, respectivamente. Ao final das etapas de obtenção, purificação e caracterização obteve-se uma atividade específica de 116 e 794 U.mg-1 , e 4363 e 17453 U g-1 , respectivamente para PO de FA e FS. A determinação de DON e De-DON foi realizada por HPLC-DAD e LC-ESI-MS/MS para avaliação dos ensaios de degradação. A enzima comercial HRP, mostrou maior potencial de redução sobre DON (55% após 1 h de reação), no entanto em 3 h de reação, a concentração inicial da micotoxina DON foi verificada, o que evidencia que a redução pode ocorrer por adsorção ou por formação de um composto de degradação que apresente a mesma massa molecular. O emprego da enzima PO obtida de FA e FS na degradação necessita de uma avaliação cinética micotoxicologica para definição das condições de redução significativa dos níveis de DON.

Susceptibility stages of barley to Fusarium head blight.

2016

Improvements in acid soil tolerance of Brazilian barley will require new allelic combinations.

2016

Evaluation of barley genotypes to fusarium head blight (FHB) under favorable environment for the disease.

2016

Occurrence and damage of head blast in barley in Brazil.

2016

Malting quality improvement and molecular markers to assess genetic diversity in barley.

2016

Effect of nitrogen fertilization on soil microbial biomass in an Oxisol cultivated with irrigated barley in the Brazilian Cerrado.

Abstract:The aim of this study was to evaluate the effect of different nitrogen doses and five period of sample collection, on soil microbial biomass - nitrogen (SMB-N), total nitrogen (total N) and percentual ratio of the microbial biomass and total N (SMB-N/total N) in a Oxisol cultivated with barley (Hordeum vulgare L.). The experiment was installed in June, 2005, in an area located at Embrapa Cerrados, Federal District. The experimental design was a randomized block, with three replicates. The plots received doses of nitrogen: 20 - 40 - 80 kg ha-1 N and a control without it and the subplots were period of soil sample. Three applications of N were realized: 10 kg ha-1 on the 5th day (06/14) after sowing; the rest of N was parceled in two applications with fertigation, on tillage, on the 27th (07/08) DAP, e no 43rd (07/22) DAP. Soil samples layer (0 - 10 cm deep) were collected for (SMB-N) determination and total N in six periods: 02 days before of the first fertigation; 02 days after of the first fertigation; 04 days before of the last fertigation and 04 days after of the last fertigation; on flowering stage and after harvesting. There was effect of the doses of N and the period of soil collection on the SMB-N, total N and in the ratio SMB-N/total N. The average values of total N revealed steadier in short-term (cycle of the culture) and this was not a good parameter to evaluate the behavior and N transformations in the soil-plant system. Resumen: El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de diferentes dosis de nitrógeno y cinco período de muestreo en la biomasa microbiana del complejo suelo - nitrogeno (BMS-N), nitrógeno total (N total) y la relación porcentual de la biomasa microbiana y N total (BMS-N/N total) en un Oxisol cultivado con cebada (Hordeum vulgare L.). El estudio se inició en junio de 2005 en la estación experimental de la Empresa de Pesquisa Agropecuaria (Embrapa-Cerrados), Distrito Federal, Brazil. El experimento se dispuso en bloques al azar con tres repeticiones. Las parcelas recibieron dosis de nitrógeno: 20 - 40 - 80 kg/ha de N más un control sin N, y las subparcelas fueron el periodo de muestro. Las aplicaciones de N se realizaron de la forma siguiente: cinco días después de la siembra (dds) se aplicaron 10 kg/ha y el resto de la dosis se aplicó con fertirrigación en dos dosis 27 y 43 dds. Las muestras de suelo (0-10 cm de profundidad) para determinar BMS-N y N total fueron tomadas, 2 días antes e igual número de días después de la primera fertirrigación y 4 días antes y después de la última, en floración y después de la cosecha. No se encontró efecto de las dosis de N y el período de muestreo en el BMS-N, N total y en la relación BMS-N/N total. Los valores medios de N total fueron más estable en el corto plazo (ciclo de la cultivo) lo que indica que éste no es un buen parámetro para evaluar la dinámica del N y sus transformaciones en el sistema suelo-planta.