Obtenção de extratos de agaricus bisporus com ergosterol para incorporação em iogurtes e procedimentos de microencapsulação

Além de ser o cogumelo mais consumido no mundo, Agaricus bisporus é um dos cogumelos mais ricos em ergosterol, representando esta molécula quase 90% da sua fração de esteróis. Vários estudos têm atribuído ao ergosterol diferentes bioatividades, incluindo efeitos hipocolesterolémicos semelhantes aos exibidos pelos fitoesteróis. Isto torna o ergosterol uma molécula interessante para ser estudada como composto nutracêutico. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de utilização dos extratos de A. bisporus ricos em ergosterol na produção de bebidas lácteas funcionais. Para o efeito, foram realizados testes de incorporação do extrato e do ergosterol puro em iogurtes que se compararam com bebidas lácteas funcionais comerciais (aditivadas com fitoesteróis). As amostras de A. bisporus foram submetidas a uma extração assistida por ultrassons e os extratos obtidos (IEXT), bem como a molécula de ergosterol em diferentes concentrações (IERG1 e IERG2), foram incorporados em iogurtes, e comparadas com amostras controlo (amostras de iogurte sem aditivos) (ICN) e iogurtes comerciais contendo fitoesteróis (ICP). Todas as amostras foram analisadas imediatamente após a incorporação (T0), e após sete dias de armazenagem a 4°C (T1), em relação aos parâmetros nutricionais, atividade antioxidante e propriedades citotóxicas em linhas celulares tumorais humanas e numa cultura primária de células de fígado de porco (não tumoral) para avaliação da toxicidade. O teor de ergosterol incorporado na forma pura, ou presente nos extratos, foi monitorizado por HPLC-UV. Adicionalmente, foi realizado um estudo de microencapsulação utilizando a técnica de coacervação, tendo o quitosano e o isolado proteico de soro como materiais encapsulantes. Num ensaio preliminar determinou-se o pH conducente a um maior rendimento de encapsulação e, seguidamente, verificou-se a influência da razão proteína:quitosano (P/Q) e da temperatura utilizada, no rendimento de encapsulação (Y1), na eficiência de encapsulação (Y2) e na carga (teor de ergosterol nas microesferas) (Y3). Posteriormente, o estudo foi realizado baseando-se nas melhores condições para encapsular ergosterol, sendo também avaliadas as respostas Y1, Y2 e Y3. Além de ser o cogumelo mais consumido no mundo, Agaricus bisporus é um dos cogumelos mais ricos em ergosterol, representando esta molécula quase 90% da sua fração de esteróis. Vários estudos têm atribuído ao ergosterol diferentes bioatividades, incluindo efeitos hipocolesterolémicos semelhantes aos exibidos pelos fitoesteróis. Isto torna o ergosterol uma molécula interessante para ser estudada como composto nutracêutico. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de utilização dos extratos de A. bisporus ricos em ergosterol na produção de bebidas lácteas funcionais. Para o efeito, foram realizados testes de incorporação do extrato e do ergosterol puro em iogurtes que se compararam com bebidas lácteas funcionais comerciais (aditivadas com fitoesteróis). As amostras de A. bisporus foram submetidas a uma extração assistida por ultrassons e os extratos obtidos (IEXT), bem como a molécula de ergosterol em diferentes concentrações (IERG1 e IERG2), foram incorporados em iogurtes, e comparadas com amostras controlo (amostras de iogurte sem aditivos) (ICN) e iogurtes comerciais contendo fitoesteróis (ICP). Todas as amostras foram analisadas imediatamente após a incorporação (T0), e após sete dias de armazenagem a 4°C (T1), em relação aos parâmetros nutricionais, atividade antioxidante e propriedades citotóxicas em linhas celulares tumorais humanas e numa cultura primária de células de fígado de porco (não tumoral) para avaliação da toxicidade. O teor de ergosterol incorporado na forma pura, ou presente nos extratos, foi monitorizado por HPLC-UV. Adicionalmente, foi realizado um estudo de microencapsulação utilizando a técnica de coacervação, tendo o quitosano e o isolado proteico de soro como materiais encapsulantes. Num ensaio preliminar determinou-se o pH conducente a um maior rendimento de encapsulação e, seguidamente, verificou-se a influência da razão proteína:quitosano (P/Q) e da temperatura utilizada, no rendimento de encapsulação (Y1), na eficiência de encapsulação (Y2) e na carga (teor de ergosterol nas microesferas) (Y3). Posteriormente, o estudo foi realizado baseando-se nas melhores condições para encapsular ergosterol, sendo também avaliadas as respostas Y1, Y2 e Y3. As bebidas funcionalizadas com o extrato (IEXT) e com ergosterol na mesma concentração existente no extrato (IERG1) revelaram uma atividade antioxidante similar às bebidas comerciais com fitoesteróis. No entanto, as bebidas com ergosterol na mesma concentração do extrato de A. bisporus e de fitoesteróis (IERG2) revelaram uma atividade antioxidante superior. Além disso, apenas IEXT, IERG1 e IERG2 apresentaram um aumento na atividade antioxidante de T0 para T1, com destaque para a atividade exibida por IERG2, significando que o ergosterol e os extratos foram capazes de proteger a bebida láctea da oxidação, aumentando a vida de prateleira do produto. IERG2 foi a amostra que revelou a maior citotoxicidade para as linhas celulares tumorais, enquanto as bebidas com fitoesteróis mostraram a menor atividade, sem diferenças significativas entre T0 e T1. Os estudos de microencapsulação revelaram ainda que a técnica de coacervação permite obter cápsulas de distintos tamanhos e que as condições ótimas do processo ocorrem a pH 5,5, com temperatura de 55ºC e razão P/Q de 0,5, com um menor rendimento de encapsulação, mas com uma maior carga em ergosterol. Este trabalho contribuiu para o estudo do potencial da utilização de extratos de A. bisporus com ergosterol no desenvolvimento de novas bebidas funcionais. Constituiu um primeiro passo que necessita de estudos subsequentes relacionados com a avaliação da viabilidade da sua utilização ao nível industrial e demonstração clara da sua bioatividade in vivo.

Antiangiogenic potential of yogurts added with extracts rich in apigenin derivatives

Angiogenesis is a biological process through which there is the formation of new blood vessels from preexisting ones [I]. However, in pathological cases, the abnormal growth of new blood vessels promotes the development of various diseases including cancer [2) through the production of atypically large amounts of angiogenesis factors, e.g. the vascular endothelial growth factor (VEGF) [3]. The plant secondary metabolites have been the subject of several studies to evaluate their benefits to human health. In particular, the phenolic compounds have high potential for use in the food industry, including the development of functional foods. Among these, apigenin has been associated with chemopreventive effects related to cancer [4]. In fact, chemoprevention is a present-day concept and contemplates the use of medicines, biological compounds or nutrients as an intervention strategy of cancer prevention. In this work, an Arenaria montana L hydroethanolic extract was prepared and after characterization by HPLC-DAD-ESI/MS showed to be rich in apigenin derivatives. Furthermore, it exhibited ability to inhibit the phosphorylation of VEGFR-2 (vascular endothelium growth factor receptor) through an enzymatic assay. However, for the major protection of bioactive compounds, the extract was microencapsulated by an atomization/coagulation technique with alginate as the matrix material. Posteriorly, the hydroethanolic extract, in free and microencapsulated forms, was incorporated in yogurts in order to develop a novel chemopreventer food in relation to the angiogenesis process. The functionalized yogurts with A. montana extracts (free and microencapsulated) showed a nutritional value similar to the used control (yogurt without extract); however, the samples enriched with extracts revealed added-value regarding the VEGFR-2 phosphorylation inhibition ability. This effect was more effectively preserved over time in the samples functionalized with the protected extract. Overall, this work contributes to the valorization of plants rich in flavonoids, exploring its antiangiogenic potential with VEGFR-2 as target. Moreover, the atomization/coagulation technique allowed the production of viable microspheres enriched with the plant extract. The microspheres were effectively incorporated into yogurts, protecting the extract thus envisaging the development of novel functional foods with chemopreventive effects.

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.

Synthesis and antibacterial study of some s-substituted aliphatic analogues of 2-mercapto-5-(1-(4-toluenesulfonyl) piperidin-4-yl)-1,3,4-oxadiazole

Purpose: To synthesize a series of analogues of 1,3,4-oxadiazole and to evaluate their antibacterial activity. Methods: Ethyl piperidin-4-carboxylate (1) was mixed with 4-toluenesulfonyl chloride (2) in benignant conditions to yield ethyl 1-(4-toluenesulfonyl)piperidin-4-carboxylate (3) and then 1-(4- toluenesulfonyl)piperidin-4-carbohydrazide (4). Intermolecular cyclization of 4 into 2-mercapto-5-(1-(4- toluenesulfonyl) piperidin-4-yl)-1,3,4-oxadiazole (5) was obtained on reflux with CS2 in the presence of KOH. Molecule 5 was stirred with alkyl halides, 6a-i, in DMF in the presence of LiH to synthesize the final compounds, 7a-i. The structures of these molecules were elucidated by Fourier transform infra-red (FTIR) spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) and electron impact mass spectrometry (EI-MS). Antibacterial activity was evaluated against five bacterial strains, namely, Salmonella typhi, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis, with ciprofloxacin used as standard antibacterial agent. Results: Out of nine synthesized derivatives, compound 7a was the most active against three bacterial strains, S. typhi, E. coli and P. aeruginosa, with minimum inhibitory concentration (MIC) of 9.11 ± 0.40, 9.89 ± 0.45 and 9.14 ± 0.72 μM, respectively, compared with 7.45 ± 0.58, 7.16 ± 0.58 and 7.14 ± 0.18 μM, respectively, for the reference standard (ciprofloxacin). Similarly, compounds 7a - 7c showed relatively good antibacterial activity against B. subtilis strain while compound 7e - 7g revealed good results against S. typhi bacterial strain. Conclusion: The results indicate that S-substituted derivatives of the parent compound are more effective antibacterial agents than the parent compound, even with minor differences in substituents

Mixing theory for culture and harvest in bioreactors of human mesenchymal stem cells on microcarriers

The use of human mesenchymal stem cells (hMSCs) in regenerative medicine is a potential major advance for the treatment of many medical conditions, especially with the use of allogeneic therapies where the cells from a single donor can be used to treat ailments in many patients. Such cells must be grown attached to surfaces and for large scale production, it is shown that stirred bioreactors containing ~200 μm particles (microcarriers) can provide such a surface. It is also shown that the just suspended condition, agitator speed NJS, provides a satisfactory condition for cell growth by minimizing the specific energy dissipation rate, εT, in the bioreactor whilst still meeting the oxygen demand of the cells. For the cells to be used for therapeutic purposes, they must be detached from the microcarriers before being cryopreserved. A strategy based on a short period (~7 min) of very high εT, based on theories of secondary nucleation, is effective at removing >99% cells. Once removed, the cells are smaller than the Kolmogorov scale of turbulence and hence not damaged. This approach is shown to be successful for culture and detachment in 4 types of stirred bioreactors from 15 mL to 5 L.

Studio del processo di incisione laser su lastre in polietilene-tereftalato

Il presente elaborato si inserisce in un progetto di ricerca volto alla sostituzione del polistirene (PS) con il polietilene-tereftalato (PET) per la realizzazione di vasetti per yogurt, in formato singolo e multiplo, con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale e allo stesso tempo aumentare le percentuali di riciclo del materiale utilizzato. La tenacità, caratteristica del PET, rende problematica l’incisione di quest’ultimo attraverso i classici sistemi meccanici utilizzati per il PS, per l’ottenimento di una rottura di tipo fragile in formati multipack. Al fine di ottenere una corretta incisione e una conseguente rottura fragile, per la separazione di due vasetti per yogurt adiacenti è stata focalizzata l’attenzione su tecnologie di taglio e incisione alternative a quella meccanica, più in particolare verso i sistemi efficienti, di taglio e incisione laser. In questo contesto, il progetto di tirocinio ha riguardato la caratterizzazione del processo di taglio e incisione laser di lastre di PET. In particolare, sono state effettuate analisi dinamometriche al fine di studiare il comportamento meccanico del PET e di confrontarlo con quello del PS, sono state condotte analisi di viscosità intrinseca e di spettroscopia infrarossa ATR-IR per verificare la presenza di un processo degradativo, in seguito al passaggio del laser sul materiale. Infine, sono stati caratterizzati alcuni prodotti di degradazione, appartenenti alla frazione pesante, mediante analisi NMR e ESI-MS, e sono stati eseguiti dei test di migrazione globale.

The predictive role of the human gut microbiota in covid-19: implications for disease severity and post-covid syndrome

The COVID-19 pandemic, sparked by the SARS-CoV-2 virus, stirred global comparisons to historical pandemics. Initially presenting a high mortality rate, it later stabilized globally at around 0.5-3%. Patients manifest a spectrum of symptoms, necessitating efficient triaging for appropriate treatment strategies, ranging from symptomatic relief to antivirals or monoclonal antibodies. Beyond traditional approaches, emerging research suggests a potential link between COVID-19 severity and alterations in gut microbiota composition, impacting inflammatory responses. However, most studies focus on severe hospitalized cases without standardized criteria for severity. Addressing this gap, the first study in this thesis spans diverse COVID-19 severity levels, utilizing 16S rRNA amplicon sequencing on fecal samples from 315 subjects. The findings highlight significant microbiota differences correlated with severity. Machine learning classifiers, including a multi-layer convoluted neural network, demonstrated the potential of microbiota compositional data to predict patient severity, achieving an 84.2% mean balanced accuracy starting one week post-symptom onset. These preliminary results underscore the gut microbiota's potential as a biomarker in clinical decision-making for COVID-19. The second study delves into mild COVID-19 cases, exploring their implications for ‘long COVID’ or Post-Acute COVID-19 Syndrome (PACS). Employing longitudinal analysis, the study unveils dynamic shifts in microbial composition during the acute phase, akin to severe cases. Innovative techniques, including network approaches and spline-based longitudinal analysis, were deployed to assess microbiota dynamics and potential associations with PACS. The research suggests that even in mild cases, similar mechanisms to hospitalized patients are established regarding changes in intestinal microbiota during the acute phase of the infection. These findings lay the foundation for potential microbiota-targeted therapies to mitigate inflammation, potentially preventing long COVID symptoms in the broader population. In essence, these studies offer valuable insights into the intricate relationships between COVID-19 severity, gut microbiota, and the potential for innovative clinical applications.

Il latte di cammello: composizione e poteziali prodotti alimentari

I cammelli sono tipicamente allevati in paesi con vaste aree desertiche e possono essere impiegati per diversi scopi, tra i quali la produzione di latte, carne, lana, utilizzati nel trasporto, nella corsa, nel turismo, in lavori agricoli o nel mercato della cosmesi. Per quanto riguarda la produzione di latte di cammello, i paesi africani rappresentano circa il 90% dell'intera produzione mondiale, seguiti dai paesi Asiatici. Il latte di cammello (LC), in termini di valori nutritivi, è superiore al latte bovino e piuttosto vicino al latte umano, esso contiene, infatti, alte concentrazioni di composti bioattivi essenziali per la salute umana. Tuttavia, i prodotti alimentari ottenuti dal LC sono ancora molto limitati rispetto a quelli di latte bovino, nonostante essi apportino numerosi benefici sia nutrizionali che per la salute. Le differenze nella composizione, rispetto al latte vaccino, rendono i processi di produzione dei prodotti a base di latte bovino inadatti alla produzione di derivati a base di latte di cammello. Pertanto, una comprensione completa della composizione, dei composti bioattivi e della stabilità al calore è essenziale per preservarne il valore nutritivo intrinseco, ottenendo nel contempo le caratteristiche desiderabili nei prodotti finali. L'attuale utilizzo di LC è molto al di sotto del suo potenziale, questo perché la produzione di prodotti alimentari è molto impegnativa e presenta molti elementi critici. Questa relazione, si concentrerà sulla descrizione della possibile produzione di prodotti alimentari derivati da LC, compreso latte pastorizzato/sterilizzato, agente schiumogeno, polvere, gelato, formaggio, burro e yogurt. Considerando le difficoltà e le conoscenze necessarie per la produzione di prodotti di LC, verranno analizzate le sue proprietà intrinseche: la composizione, il suo valore nutritivo, le funzionalità e la stabilità durante il trattamento termico.

Characterization Of Single Use Reactor Used For The Manufacturing Of Formulated Products Within The Pharmaceutical Industry

Mixing is a fundamental unit operation in the pharmaceutical industry to ensure consistent product quality across different batches. It is usually carried out in mechanically stirred tanks, with a large variety of designs according to the process requirements. A key aspect of pharmaceutical manufacturing is the extensive and meticulous cleaning of the vessels between runs to prevent the risk of contamination. Single-use reactors represent an increasing trend in the industry since they do not require cleaning and sterilization, reducing the need for utilities such as steam to sterilize equipment and the time between production batches. In contrast to traditional stainless steel vessels, single-use reactors consist of a plastic bag used as a vessel and disposed of after use. This thesis aims to characterize the fluid dynamics features and the mixing performance of a commercially available single-use reactor. The characterization employs a combination of various experimental techniques. The analysis starts with the visual observation of the liquid behavior inside the vessel, focusing on the vortex shape evolution at different impeller speeds. The power consumption is then measured using a torque meter to quantify the power number. Particle Image Velocimetry (PIV) is employed to investigate local fluid dynamics properties such as mean flow field and mean and rms velocity profiles. The same experimental setup of PIV is exploited for another optical measurement technique, the Planar Laser-Induced Fluorescence (PLIF). The PLIF measurements complete the characterization of the reactor with the qualitative visualization of the turbulent flow and the quantitative assessment of the system performance through the mixing time. The results confirm good mixing performances for the single-use reactor over the investigated impeller speeds and reveal that the filling volume plays a significant role in the fluid dynamics of the system.