Características fitoquímicas e propriedades antioxidantes do grão de café verde

Entre os produtos comercializados a nível mundial, o café é um dos mais valiosos, sendo apenas superado pelo petróleo em termos de movimentações financeiras. Assim, torna-se indiscutível a importância do café na política e na economia de muitos países, pois o seu cultivo, processamento, comercialização, transporte e mercado criam milhões de empregos por todo o mundo. A composição química do café constitui um parâmetro fundamental na distinção das diferentes variedades deste produto, recorrendo-se frequentemente à análise de compostos como a cafeína, o ácido hidroxicinâmico e o ácido clorogénico, entre outros. O principal objetivo deste trabalho focou-se no estudo do perfil dos compostos bioativos presentes em grãos de café verde provenientes de Cabo Verde e das inerentes propriedades antioxidantes. Mais concretamente, procedeu-se à quantificação dos compostos bioativos com maior importância no café, como é o caso dos fenólicos e flavonoides totais, das antocianinas e dos carotenoides. A quantidade de compostos fenólicos totais encontrados na amostra dos grãos de café verde foi 4,855 mg/g. Quanto à quantidade de flavonoides totais, foi 41,2 mg/g e de antocianinas 0,465 mg/g. Relativamente aos carotenoides estudados, a clorofila a apresenta-se em quantidade igual a 1,5×10 mg/g, a clorofila b, 1,6×10 mg/g, o licopeno, 6×10 mg/g e o β-caroteno aparenta ser inexistente nesta amostra. A quantificação destes compostos bioativos comprovou a sua presença na amostra de café verde e, consequentemente, evidenciou os potenciais benefícios que este produto traz para a saúde, sendo a capacidade antioxidante o mais prevalente.

Biofuels and high value added products from the yeast Rhodosporidium toruloides NCYC 921: Strategies towards a true cost-effective and environmentally sustainable integrated multiproduct driven biorefinery [Poster]

Single-cell oils (SCO) have been considered a promising source of 3rd generation biofuels mainly in the final form of biodiesel. However, its high production costs have been a barrier towards the commercialization of this commodity. The fast growing yeast Rhodosporidium toruloides NCYC 921 has been widely reported as a potential SCO producing yeast. In addition to its well-known high lipid content (that can be converted into biodiesel), is rich in high value added products such as carotenoids with commercial interest. The process design and integration may contribute to reduce the overall cost of biofuels and carotenoid production and is a mandatory step towards their commercialization. The present work addresses the biomass disruption, extraction, fractionation and recovery of products with special emphasis on high added valued carotenoids (beta-carotene, torulene, torularhodin) and fatty acids directed to biodiesel. The chemical structure of torularhodin with a terminal carboxylic group imposes an additional extra challenge in what concern its separation from fatty acids. The proposed feedstock is fresh biomass pellet obtained directly by centrifugation from a 5L fed-batch fermentation culture broth. The use of a wet instead of lyophilised biomass feedstock is a way to decrease processing energy costs and reduce downstream processing time. These results will contribute for a detailed process design. Gathered data will be of crucial importance for a further study on Life-Cycle Assessment (LCA).

Food and fuel microalgae applications: insights from portuguese experience [Resumo]

Microalgae have a wide range of application fields, from food to fuels, to pharmaceuticals & fine chemicals, aquaculture and environmental bioremediation, among others. Spirulina and Chlorella have been used as food sources since ancient times, due to their high and balanced nutritional value. Our research group in Lisbon has developed a range of food products (emulsions, gelled desserts, biscuits and pastas) enriched with freshwater and marine microalgae (Spirulina, Chlorella, Haematococcus, Isochrysis and Diacronema). The developed products presented attractive and stable colours, high resistance to oxidation and enhanced rheological properties. Some of these products will be prepared at the Post-Congress Course “Functional Foods Development” at the University of Antofagasta. More recently, a great interest has arisen on using microalgae for biofuel production. The same group has also been exploring several marine and freshwater species for biofuel production (e.g., biodiesel, bioethanol, biohydrogen and biomethane) within a biorefinery approach, in order to obtain high and low-value co-products using integral biomass maximizing the energy revenue. Namely, supercritical fluid extraction of Nannochloropsis sp. allowed the recovery of valuable carotenoids and lipids, prior to bioH2 production through dark fermentation of the residual biomass. Also, Scenedesmus obliquus residues after sugars (for bioethanol) and lipids (for biodiesel) extraction has been anaerobically digested attaining high biomethane yields. Regarding sustainability issues, the current trend of our group is now focused on using liquid effluents and high CO2 levels for low cost microalgae growth, contributing to a lower water demand, primary energy consumption and global warming potential by reducing the need for potable water and fertilizers (P, N) and increasing CO2 mitigation. Microalgae biomass has been successfully used for urban wastewater treatment with subsequent bioH2 production, in a biorefinery approach. Presently, ammonium-rich raw effluents from piggeries and poultry industry are being effectively used for microalgae growth avoiding any pre-treatment step.

Crescimento celular e produção de carotenoides pela microalga haematococcus pluvialis

O crescimento celular da microalga Haematococcus pluvialis e a bioprodução de carotenoides são influenciados pelas diferentes condições de cultivo. Dentre os corantes naturais, a astaxantina tem importante aplicação farmacêutica, cosmética e na indústria de alimentos. Este pigmento além de colorir, possui propriedades biológicas, dentre elas a atividade antioxidante. A produção de astaxantina através do cultivo de H. pluvialis pode alcançar até 4% do peso seco da microalga. O objetivo desse trabalho foi avaliar o crescimento celular, bem como a produção de carotenoides pela microalga Haematococcus pluvialis em diferentes condições de cultivo e a atividade antioxidante dos extratos carotenogênicos. Foram utilizados os meios autotróficos Blue Green-11 (BG-11), BAR (Barbera Medium) e BBM (Bold Basal Medium) e os meios mixotróficos BBM e glicose e BBM e acetato de sódio, empregando 10 ou 20% de inóculo em pHs iniciais de 6, 7 ou 8, aeração de 0,30 L.min-1 , sob iluminância de 6 Klx, 24±1ºC durante 15 dias em fotobiorreatores de 1 L. A concentração celular foi avaliada diariamente através de leitura de absorvância a 560 nm. A ruptura celular foi realizada através de 0,05 g de células secas com 2 mL de dimetilsulfóxido e a concentração de carotenoides totais determinada a partir de leitura espectrofotométrica a 474 nm. Os meios de cultivo BG-11, BBM e glicose e BBM e acetato de sódio apresentaram, respectivamente, o maior crescimento celular e produção de carotenoides totais de 0,64, 1,18 e 0,68 g.L-1 , e 3026,66, 2623,12 e 2635,38 µg.g-1 , empregando 10% de inóculo em pH inicial de 7. Com base nesses resultados, foram selecionados esses três meios para dar continuidade ao trabalho. O meio de cultivo BBM e acetato de sódio obteve o melhor valor de concentração celular máxima, com 1,29±0,07 g.L-1 e de carotenoides totais 5653,56 µg.g-1 empregando pH inicial de 7 e concentração de inóculo de 20%. Este meio foi selecionado para a realização dos cultivos com injeção de 30 % de CO2 uma vez ao dia durante 1 hora, realizados durante 22 dias, em pH inicial de 7 e 20% de inóculo, com 30% de injeção de CO2 uma vez ao dia durante 1 hora. Nestas condições o crescimento celular alcançou o máximo de 1,13 g.L-1 (10 dias), carotenoides totais específicos de 2949,91 µg.g-1 e volumétricos de 764,79 µg.g-1 .L-1 (22 dias). A capacidade antioxidante dos extratos carotenogênicos também foi avaliada pelos métodos DPPH, FRAP e ABTS, não sendo possível quantificá-la através do DPPH e FRAP. Por outro lado, utilizando o método ABTS, em 90 minutos de reação, o poder de inibição encontrado foi de 35,70 % μg-1 . Assim, a condição que mais se destaca é a utilização do meio de cultivo BBM e acetato de sódio, com pH inicial 7, com 20% de inóculo, 0,30 L.min-1 de aeração, 6 Klx e 24±1ºC, uma vez que o crescimento celular e a bioprodução de carotenoides foi significativamente superior quando comparada às demais condições estudadas. Além disso, os carotenoides produzidos pela H. pluvialis, nesta condição, apresentaram capacidade antioxidativa.

Recuperação de carotenóides microbianos por diferentes técnicas de ruptura celular

O objetivo deste trabalho foi utilizar diferentes técnicas químicas (dimetilsulfóxido, ácido clorídrico, acético e lático), técnicas mecânicas (banho ultrassônico, abrasão com pérolas de vidro, maceração com terra diatomácea, ruptor ultrassônico e imersão em nitrogênio líquido) e técnica enzimática (preparado enzimático comercial Glucanex®) para a recuperação de carotenoides a partir da ruptura da parede celular das leveduras Sporidiobolus pararoseus e Rhodotorula mucilaginosa isoladas de amostras ambientais. Para isso a obtenção de biomassa foi realizada através de cultivos submersos no meio YM, a 25 °C, 180 rpm por 168 h. Para a ruptura celular, a operação de congelamento da biomassa (-18°C por 48 h) foi estudada. Os métodos de secagem convencional por ar forçado (35°C/48h) e liofilização (-80°C/48h, em ultrafreezer, seguido de liofilizador até alcançar 2% de umidade da amostra) também foram avaliados. Nas técnicas químicas aplicadas, o dimetilsulfóxido apresentou os melhores resultados para as duas leveduras, porém o seu uso é limitado devido a sua toxicidade. Para S. pararoseus, os maiores valores encontrados foram para o ácido clorídrico, seguido do acético e do lático, sendo detectada diferença entre eles quando aplicado o congelamento. Com R. mucilaginosa, os maiores valores foram encontrados para os ácidos acético e lático, seguido do ácido clorídrico, no qual o congelamento da biomassa também não influenciou a recuperação dos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas estudadas, para a levedura S. pararoseus, o banho ultrassônico e a abrasão com pérolas de vidro apresentaram os resultados mais promissores comparados ao DMSO (84,79±2,34 e 76,87±2,06 μg/g respectivamente), onde o processo de congelamento da biomassa não influenciou positivamente no percentual de extratibilidade e na concentração específica dos carotenoides quando utilizada estas técnicas. Com Rhodotorula mucilaginosa, o banho ultrassônico propiciou a recuperação da maior concentração específica de carotenoides (193,5±25,8 μg/g), sendo que o processo de congelamento também não influenciou positivamente no percentual de extratibilidade e na concentração específica dos carotenoides. Através do Delineamento Central Composto Rotacional (DCCR) 23 foi possível avaliar que a levedura S. pararoseus não demonstrou nenhum efeito sob as variáveis pH, temperatura e concentração de enzima. Assim, a melhor condição de trabalho escolhida foi pH 7,4, 30 ºC e concentração de enzima de 1,0 g/gcs, onde apresentou a concentração específica de 42,6 μg/g e volumétrica de 308 μg/L de carotenoides. Para R. mucilaginosa, a condição ótima foi definida como 1,0 g/gcs, pH 5,0 e temperatura de 30 ºC, onde foi encontrado 115,1±8,1 μg/g e 470,1±38,8 μg/L para a concentração específica e volumétrica de carotenoides, respectivamente. A utilização de técnicas combinadas empregando banho ultrassônico e lise enzimática não proporcionou melhorias nos resultados para ambas as leveduras. A liofilização provocou um ganho de 20% e 13,7% na concentração específica dos carotenoides das leveduras S. pararoseus e R. mucilaginosa, respectivamente, onde o congelamento da biomassa não influenciou significativamente (p<0,05) a recuperação de carotenoides provenientes das duas leveduras, podendo ser eliminada do processo. Assim, para S. pararoseus o banho ultrassônico e as pérolas de vidro apresentaram os melhores resultados na recuperação de carotenoides, e para R. mucilaginosa o melhor resultado foi alcançado com o banho ultrassônico.

Efeitos do cobre na macrófita potamogeton pectinatus L. e sua possível utilização o monitoramento ou remediação de ambientes aquáticos contaminados por este metal

O cobre é um metal essencial para as plantas, porém considerado tóxico quando em elevadas concentrações na água. No caso de macrófitas aquáticas já foi demonstrado que este metal inibe o processo fotossintético e provoca alterações pigmentares. Neste contexto, expusemos (96h) a macrófita aquática Potamogeton pectinatus (L.) à diferentes concentrações de cobre 1, 10, 100 e 1000 µM para avaliar o potencial bioacumulador da planta, e às concentrações de 1, 10 e 100 µM de Cu para verificar os possíveis efeitos do metal na taxa fotossintética (24 e 96h) em diferentes intensidades luminosas (17, 100, 300 e 500 µmol/m2 /s), no teor pigmentar (96h) e no crescimento das macrófitas (30 dias). Para os experimentos de bioacumulação mantivemos um grupo de plantas controle (sem adição de cobre no meio), enquanto que para os outros testes mantivemos um grupo controle e um grupo em solução nutritiva de Hoagland 100%, que contem cobre e outros micronutrientes em concentrações ideais para sobrevivência e crescimento de P. pectinatus. Nossos resultados mostram que a macrófita P. pectinatus é capaz de acumular altas concentrações de cobre, sendo que este acúmulo aumenta com a elevação dos níveis do metal na água. Apesar de basicamente não haver diferença estatística entre a concentração do metal nos diferentes órgãos da planta, as raízes mostraram-se capazes de acumular mais cobre que as folhas e caule com base no fator de bioconcentração. Com relação aos teores de clorofila “a”, “b” e carotenoides, estes foram menores nas folhas das plantas controle em comparação com as plantas em solução de Hogland, mas esta diferença só foi significativa nas plantas expostas ao cobre, que apresentaram menor concentração dos teores pigmentares já à 1 µM de Cu. Quanto à fotossíntese, em 24h de exposição, novamente observamos um efeito negativo da ausência e presença de cobre nas concentrações de 1, 10 e 100 µM, bem como, um efeito da luminosidade, de forma que as plantas em solução de Hoagland apresentaram maior taxa fotossintética quando em 100 µmol/m2 /s. Em virtude de um aumento na respiração em 96h, a fotossíntese, quando ocorreu, foi menor que em 24h e não diferiu entre os grupos e luminosidade. Em relação ao crescimento, as plantas perderam biomassa, mas mantiveram seus comprimentos e apenas aquelas em solução de Hoagland aumentaram seu número de folhas. Ainda, verificou-se clorose e necrose nas plantas controle e expostas ao cobre. Diante do exposto, concluímos que a macrófita P. pectinatus acumula altas concentrações de cobre, principalmente na raiz, sendo capaz e refletir as concentrações do metal no meio. Esta condição, sugere seu uso no biomonitoramento e fitorremediação de locais contaminados por cobre. Por outro lado, elas mostram-se sensíveis ao metal pela redução no teor pigmentar e fotossíntese, sugerindo estes como mecanismos toxicidade do cobre.

Variação no conteúdo protéico e pigmentar em variantes cromáticas de Gracilaria domingensis nas populações naturais de Rio do Fogo-RN, BRASIL

The seaweed Gracilaria domingensis is a common species in the coast of Rio Grande do Norte. This species lives in the intertidal zone, where colour strains (red, green and brown) co-occur during the whole year. Seaweeds that live in this region are exposed to daily changes and to the rhythm of the tide. During the low tide they are exposed to dissection, hiper-or hipo-osmotic shock, high temperatures and high irradiance. The aim of this study was to analyze whether the pigment and protein content of the colour strains of G. domingensis is affected by some environmental parameters in a temporal scale. The seaweeds were collected during 10 months in the seashore of Rio do Fogo (RN). The total soluble proteins and the phycobiliprotein were extracted in phosphate buffer and the carotenoids were analyzed by a standardized method through HPLC-UV. The pigments analysis showed that phycoerithrin is the most abundant pigment in the three strains. This pigment was strongly correlated with nitrogen and the photosynthetically active radiation. Chlorophyll presented higher concentrations than carotenoids during the whole, but the ratio carotenoid/chlorophyll-a was modified by incident radiation. The most abundant carotenoid was ß-carotene and zeaxanthin, which had higher concentrations in the higher radiation months. The concentration increase of zeaxanthin in this period indicated a photoprotective response of the seaweed. The three strains presented a pigment profile that indicates different radiation tolerance profile. Our results pointed that the green strain is better adapted to high irradiance levels than the red and brown strains

Estudo das propriedades físico-químicas e avaliação de compostos bioativos em 'Physalis peruviana L.'

O rápido crescimento da procura e na produção de Physalis está associado às suas características nutracêuticas e medicinais, por estarem associadas ao bemestar e à saúde. O reconhecimento e o conceito da qualidade dos frutos é cada vezmais importante, abrangendo a aparência do produto, o aroma, a textura e o valor nutricional. Com a realização deste trabalho pretendeu-se avaliar as propriedades físicoquímicas das bagas de physalis, bem como os conteúdos em compostos bioativos com potenciais benefícios para a saúde humana. Neste trabalho foi avaliada uma variedade de physalis (Physalis peruviana L.), sendo os frutos provenientes de uma exploração localizada na região Norte-Centro de Portugal. Foram realizadas análises físicas às 'physalis' frescas, tendo sido determinados o calibre, a cor e a textura. Na análise química, realizaram-se as determinações, da humidade, da fibra bruta, dos açúcares totais e redutores, da acidez total titulável, do teor de sólidos solúveis totais, do ácido ascórbico, dos carotenóides, dos compostos fenólicos totais, dos orto-difenóis e dos flavonóides. Foi ainda determinada a atividade antioxidante pelos métodos ABTS e DPPH e os extratos submetidos a condições simulantes do trato digestivo. As physalis em estudo apresentaram, em média um diâmetro de 1,69 cm e uma massa de 2,77 g. Relativamente à cor, as bagas apresentaram-se claras, (L*=65,72), e com uma tendência para a cor vermelha (a*=16,69), e uma forte intensidade amarela (b*=58,11). No que diz respeito à textura, a firmeza foi de 2,40 N e a elasticidade foi de 2,94 mm. Quanto à caracterização química foram encontrados os seguintes resultados: 83,02% de água, 4,61% de fibra, 8,79% de açúcares totais, 1,25% de acidez total, expressa em ácido cítrico. A amostra continha ainda 5,95 μg/g de carotenoides 26,7 mg de ácido ascórbico por 100 g. Os valores de fenóis totais (42,74 e 59,95 mg EAG/100 g) e de atividade antioxidante determinada pelo método DPPH (7,73 e 9,61 μmol TE/g), e pelo método ABTS (12,28 e 13,71 μmol TE/g) variam de acordo com as condições de extração. Verificou-se ainda uma correlação forte entre os dois métodos. No que diz respeito às condições in vitro de simulação das condições do trato digestivo, verificou-se um decréscimo ao longo do trato digestivo tanto no teor em compostos fenólicos bem como na atividade antioxidante. Em termos globais houve uma retenção de 43% dos compostos fenólicos totais e 26% da atividade antioxidante.

Ruptura celular, extração e encapsulamento de Astaxantina de Haematococcus pluvialis (Volvocales, Chlorophyta)

O interesse na produção de astaxantina de fontes naturais vem aumentando significativamente, devido principalmente à sua capacidade como potente agente antioxidante. Na obtenção da astaxantina por via biotecnológica, a microalga Haematococcus pluvialis é um dos micro-organismos industrialmente mais interessantes. Entretanto, como a maioria dos carotenoides, a astaxantina é uma molécula altamente insaturada que pode ser facilmente degradada por processos térmicos. Em função desta instabilidade, uma possibilidade que se abre, a fim de proteger sua atividade biológica de fatores ambientais e reforçar a sua estabilidade física, é o encapsulamento. Neste sentido, este trabalho vem contribuir em inovações relacionadas ao desenvolvimento de tecnologia para ruptura celular, extração e nanoencapsulamento de astaxantina produzida por via biotecnológica, mais especificamente de astaxantina obtida através do cultivo de H. pluvialis. Neste estudo, os cultivos foram realizados em meio BBM e acetato de sódio e conduzidos a temperatura constante de 25±1 ºC em fotobiorreatores de 1 L com aeração por borbulhamento de ar de 300 mL.min-1 , agitação manual diária e sob iluminância constante de 444 µmol fótons.m-2 s -1 durante 15 dias, sendo inoculados com suspensão de microalgas previamente preparada, na proporção de 10%, e pH ajustado em 7,0. A biomassa foi recuperada dos cultivos por centrifugação e seca a 35 °C por 48 h. Em seguida, foram empregadas diferentes técnicas de ruptura celular (química, mecânica e enzimática). Após a ruptura, foi realizada a extração dos carotenoides e a quantificação dos carotenoides totais (µg.g-1 ) e da extratibilidade (%). Entre os solventes testados no método de ruptura química, o diclorometano foi o selecionado para a extração dos pigmentos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas de ruptura celular, a maceração da biomassa congelada com terra diatomácea resultou na maior extratibilidade e carotenoides totais (66,01% e 972,35 μg.g-1 ). A melhor condição de lise da parede celular de H. pluvialis, utilizando o preparado enzimático Glucanex® , ocorreu em pH do meio reacional de 4,5 a 55 ºC, com atividade inicial de β-1,3-glucanase de 0,6 U.mL-1 e um tempo de reação de 30 min, alcançando-se 17,73% de atividade lítica relativa. Nestas condições, com a reação enzimática assistida por ultrassom sem congelamento prévio da biomassa, atingiu-se 83,90% e 1235,89 µg.g -1 , respectivamente, para extratibilidade e carotenoides totais. Dentre as técnicas combinadas testadas, a maceração com terra diatomácea associada à lise enzimática apresentou valores de extratibilidade e carotenoides totais de, respectivamente, 93,83% e 1382,12 µg.g-1 . No encapsulamento do extrato contendo astaxantina obtido por lise enzimática associada por ultrassom, envolvendo a coprecipitação com PHBV (poli(3-hidroxibutirato-cohidroxivalerato)) em fluidos supercríticos, o aumento da pressão tendeu a reduzir o diâmetro da partícula formada, enquanto que o aumento da relação biomassa contendo astaxantina:diclorometano usada na etapa de extração incrementou o percentual de encapsulamento e a eficiência de encapsulamento para ambas pressões testadas (80 e 100 bar). Os maiores valores de percentual de encapsulamento (17,06%) e eficiência de encapsulamento (51,21%) foram obtidos nas condições de 80 bar e relação biomassa:diclorometano de 10 mg.mL -1 . Nestas condições, o diâmetro médio de partícula foi de 0,228 µm. Com base nos resultados obtidos, técnicas para a obtenção de astaxantina de H. pluvialis e seu encapsulamento foram desenvolvidas com sucesso, podendo ser extendidas a outros produtos intracelulares de microalgas.

Estudo cinético do branqueamento do óleo da carpa (Cyprinus carpio L)

O óleo de pescado é caracterizado por ser uma fonte rica de ácidos graxos poliinsaturados ω-3, desde modo a sua oxidação lipídica se torna mais favorável quando comparado com outros óleos de origem vegetal. O objetivo do presente trabalho foi a otimização da etapa de branqueamento através da metodologia de superfície de resposta, sendo utilizado misturas de carvão ativado e terra ativada (Tonsil) para a remoção da cor e dos produtos de oxidação, procurando-se preservar o conteúdo total de carotenóides no óleo de carpa. O óleo bruto de carpa (Cyprinus carpio L.) para a realização do trabalho foi obtido a partir da realização de ensilagem ácida, passando posteriormente pelas etapas de refino: degomagem, neutralização, lavagem, secagem e branqueamento. A otimização da etapa de branqueamento foi realizada através de um planejamento fatorial composto central, com os fatores de estudo: a quantidade de adsorvente (Ads) e a quantidade de carvão ativado (Ca), sendo consideradas como respostas o conteúdo total de carotenóides e o valor de TBA. Na melhor condição do branqueamento do óleo de carpa foi realizado um estudo cinético, e para o cálculo das constantes cinéticas foram utilizados os modelos de Brimberg modificado e de Langmuir-Hinshelwood, A condição ótima do branqueamento foi com 2% de adsorvente e 10% de carvão ativado, onde ocorreram menores perdas de carotenóides (44,40%), com redução da cor escura presente no óleo de (85,62%) e redução do valor de TBA (73,10%), obtendo-se um óleo branqueado de carpa com qualidade oxidativa e melhor aspecto em relação à cor. Os dois modelos cinéticos representaram de forma satisfatória os dados experimentais do branqueamento do óleo de carpa, pelos altos coeficientes de determinação e baixos erros médios relativos apresentados. Foi possível observar que ocorreu uma rápida adsorção dos pigmentos carotenóides, e após 30 min a adsorção foi menos eficiente. Nos óleos bruto e branqueado de vísceras de carpa não foi identificada diferença significativa entre as concentrações de ácidos graxos, demonstrando que as etapas de refino utilizadas não alteraram o perfil de ácidos graxos do óleo bruto.

Crocin and β-Carotene bleaching assays as analytical tools in the optimization of the extraction of hydrophilic and lipophilic antioxidants from tomato

Tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) is the second most important vegetable crop worldwide and a rich source of hydrophilic (H) and lipophilic (L) antioxidants. The H fraction is constituted mainly by ascorbic acid and soluble phenolic compounds, while the L fraction contains carotenoids (mostly lycopene), tocopherols, sterols and lipophilic phenolics [1,2]. To obtain these antioxidants it is necessary to follow appropriate extraction methods and processing conditions. In this regard, this study aimed at determining the optimal extraction conditions for H and L antioxidants from a tomato surplus. A 5-level full factorial design with 4 factors (extraction time (I, 0-20 min), temperature (T, 60-180 •c), ethanol percentage (Et, 0-100%) and solid/liquid ratio (S/L, 5-45 g!L)) was implemented and the response surface methodology used for analysis. Extractions were carried out in a Biotage Initiator Microwave apparatus. The concentration-time response methods of crocin and P-carotene bleaching were applied (using 96-well microplates), since they are suitable in vitro assays to evaluate the antioxidant activity of H and L matrices, respectively [3]. Measurements were carried out at intervals of 3, 5 and 10 min (initiation, propagation and asymptotic phases), during a time frame of 200 min. The parameters Pm (maximum protected substrate) and V m (amount of protected substrate per g of extract) and the so called IC50 were used to quantify the response. The optimum extraction conditions were as follows: r~2.25 min, 7'=149.2 •c, Et=99.1 %and SIL=l5.0 giL for H antioxidants; and t=l5.4 min, 7'=60.0 •c, Et=33.0% and S/L~l5.0 g/L for L antioxidants. The proposed model was validated based on the high values of the adjusted coefficient of determination (R2.wi>0.91) and on the non-siguificant differences between predicted and experimental values. It was also found that the antioxidant capacity of the H fraction was much higher than the L one.

Optimization of microwave-assisted extration of phenolic compounds from tomao by full factorial design coupled with response surface methodology

Tomato (Lycopersicon esculentum Mill.), apart from being a functional food rich in carotenoids, vitamins and minerals, is also an important source of phenolic compounds [1 ,2]. As antioxidants, these functional molecules play an important role in the prevention of human pathologies and have many applications in nutraceutical, pharmaceutical and cosmeceutical industries. Therefore, the recovery of added-value phenolic compounds from natural sources, such as tomato surplus or industrial by-products, is highly desirable. Herein, the microwave-assisted extraction of the main phenolic acids and flavonoids from tomato was optimized. A S-Ieve! full factorial Box-Behnken design was implemented and response surface methodology used for analysis. The extraction time (0-20 min), temperature (60-180 "C), ethanol percentage (0-100%), solidlliquid ratio (5-45 g/L) and microwave power (0-400 W) were studied as independent variables. The phenolic profile of the studied tomato variety was initially characterized by HPLC-DAD-ESIIMS [2]. Then, the effect of the different extraction conditions, as defined by the used experimental design, on the target compounds was monitored by HPLC-DAD, using their UV spectra and retention time for identification and a series of calibrations based on external standards for quantification. The proposed model was successfully implemented and statistically validated. The microwave power had no effect on the extraction process. Comparing with the optimal extraction conditions for flavonoids, which demanded a short processing time (2 min), a low temperature (60 "C) and solidlliquid ratio (5 g/L), and pure ethanol, phenolic acids required a longer processing time ( 4.38 min), a higher temperature (145.6 •c) and solidlliquid ratio (45 g/L), and water as extraction solvent. Additionally, the studied tomato variety was highlighted as a source of added-value phenolic acids and flavonoids.

Extraction of betacyanins from Gomphrena globosa L. flowers: choosing na acid as adjuvant

Betalains are plant derived natural pigments that are presently gaining popularity for use as natural colorants in food industry. Although being betalains from red beetroot already used as food colorant (E- 162), these compounds are not as well studied as compared to other natural pigments such as anthocyanins, carotenoids or chlorophylls (I]. Since food additives are on the focus of public interest, it is becoming increasingly important to meet consumers' expectations for natural and healthy products. Hence, the search for new plant-derived colorants for the food industry is still necessary [2]. Betalains were originally called 'nitrogenous anthocyanins', which incorrectly implied structural similarities between the two pigment classes. There are two structurally different types of betalains: the yellow/orange betaxanthins which are the condensation products of betalamic acid and assorted amino compounds, and the red betacyanins which are formed by glycosylation and acylation of cyclo-DOPA [3]. Looking at the chemical structure of the pigment, the addition of an acid to the extraction solvent will increase the affinity of the pigment with the solvent. The aim of this study was to use Gomphrena globosa L. flowers, as an alternative plant source to obtain these pigments and to evaluate the best acid to be used within the extraction procedure. For that purpose three different acids (acetic, hydrochloric and phosphoric acids, all ofthem allowed by the food industry), adjusted at the same pH, were tested during a maceration extraction procedure. After the extraction a purification through C18 column was performed in order to obtain a more concentrate extract in betacyanins. The results were analysed by HPLC-PDA-MSIESI. The betacyanin profile allowed the identification of gomphrenin IIJIII and isogomphrenin IIIIII and the best results were achieved by performing the extraction procedure using hydrochloric acid (6.6 mg/g extract), while phosphoric acid only presented trace amounts of these compounds. When acetic acid was used, the pigment extracted was 6.8 times less (0.97 mg/g extract) when compared to HCI. In conclusion hydrochloric acid can be considered the most suitable acid to be applied in the extraction procedure of these pigments.

Flowers of Gomphrena globosa L. as an alternatve source of betacyanins: optimization of the extraction using response surface methodology

Betacyanins are betalain pigments that display a red-violet colour which have been reported to be three times stronger than the red-violet dye produced by anthocyanins [1]. The applications of betacyanins cover a wide range of matrices, mainly as additives or ingredients in the food industry, cosmetics, pharmaceuticals and livestock feed. Although, being less commonly used than anthocyanins and carotenoids, betacyanins are stable between pH 3 to 7 and suitable for colouring in low acid matrices. In addition, betacyanins have been reported to display interesting medicinal character as powerful antioxidant and chemopreventive compounds either in vitro or in vivo models [2]. Betacyanins are obtained mainly from the red beet of Beta vulgaris plant (between I 0 to 20 mg per I 00 g pulp) but alternative primary sources are needed [3]. In addition, independently of the source used, the effect of the variables that affect the extraction of betacyanins have not been properly described and quantified. Therefore, the aim of this study was to identifY and optimize the conditions that maximize betacyanins extraction using the tepals of Gomphrena globosa L. flowers as an alternative source. Assisted by the statistical technique of response surface methodology, an experimental design was developed for testing the significant explanatory variables of the extraction (time, temperature, solid-liquid ratio and ethanolwater ratio). The identification was performed using high-performance liquid chromatography coupled with a photodiode array detector and mass spectrometry with electron spray ionization (HPLC-PDAMS/ ESI) and the response was measured by the quantification of these compounds using HPLC-PDA. Afterwards, a response surface analysis was performed to evaluate the results. The major betacyanin compounds identified were gomphrenin 11 and Ill and isogomphrenin IJ and Ill. The highest total betacyanins content was obtained by using the following conditions: 45 min of extraction. time, 35•c, 35 g/L of solid-liquid ratio and 25% of ethanol. These values would not be found without optimizing the conditions of the betacyanins extraction, which moreover showed contrary trends to what it has been described in the scientific bibliography. More specifically, concerning the time and temperature variables, an increase of both values (from the common ones used in the bibliography) showed a considerable improvement on the betacyanins extraction yield without displaying any type of degradation patterns.

Transcription of alternative oxidase (AOX) and plastid terminal oxidase (PTOX) during stress-regulated root tissue growth in Daucus carota L. - An approach to identify functional marker candidates for breeding on carrot yield stability

A presente tese explora a hipótese de utilização dos genes da oxidase alternativa (AOX) e da oxidase terminal da plastoquinona (PTOX) como genes-alvo para o desenvolvimento de marcadores funcionais (MF) para avaliar a performance do crescimento em cenoura, fator determinante da produtividade. Para avaliar se os referidos genes estão associados com o crescimento da cenoura procedeu—se ao seu isolamento e posterior análise dos seus perfis de transcrição em diversos sistemas biológicos. O sistema in vitro selecionado, denominado sistema de culturas primárias, permitiu avaliar alterações na quantidade de transcritos desses genes durante os processos de reprogramação celular e crescimento. Ao nível da planta foi também estudado o efeito do frio na expressão precoce dos genes AOX. Ambos os genes DcAOX1 e DcAOX2a revelaram uma resposta rápida e um padrão semelhante apos stresse (inoculação in vitro e resposta ao frio). Foi igualmente verificado um incremento na expressão do gene DcPTOX durante a fase inicial do processo de reprogramação celular. Estudos de expressão dos genes AOX durante o desenvolvimento da raiz da cenoura revelaram que o gene DcAOX2a será potencialmente o gene mais envolvido neste processo. De modo a avaliar a hipótese de envolvimento do gene DcPTOX no crescimento da raíz procederam—se a estudos de expressão ao nível do tecido meristemático. Todavia, para um mais completo entendimento da ligação entre DcPTOX e o crescimento secundário e/ou acumulação de carotenos, a expressão do gene DcPTOX foi também avaliada em raízes de cenoura durante o desenvolvimento, utilizando cultivares caracterizadas por distintos conteúdos de carotenos. Os resultados obtidos demonstraram a associação do gene DcPTOX a ambos os processos. O envolvimento da PTOX no crescimento adaptativo da raiz foi analisado com um ensaio que permitiu identificar, no tecido meristemático, uma resposta precoce do gene DcPTOX face a uma diminuição da temperatura. Adicionalmente, foi efetuada a seleção de genes de referência para uma analise precisa da expressão génica por RT-qPCR em diversos sistemas biológicos de cenoura, e a importância do seu estudo ao nível do sistema biológico foi realçada. Os resultados desta tese são encorajadores para prosseguir os estudos de utilização dos genes AOX e PTOX como MF no melhoramento da performance do crescimento adaptativo em cenoura, fator determinante para a produtividade; ABSTRACT: This thesis explores the hypothesis of using the alternative oxidase (AOX) and theplastid terminal oxidase (PTOX) as target genes for functional marker (FM) development for yield-determining growth performance in carrot. To understand if these genes are associated to growth, different AOX gene family members and the single PTOX gene were isolated, and their expression patterns evaluated in diverse carrot plant systems. An in-vitro primary culture system was selected to study AOX and PTOX transcript changes during cell reprogramming and growth performance. At plant level, a putative early response of AOX to chilling was also evaluated. In fact, both DcAOXl and DcAOXZa were early responsive and showed similar patterns under stress conditions (in vitro inoculation and chilling). A role for DcPTOX during earliest events of cell reprogramming was also suggested. Next, the expression profiles of AOX gene family members during carrot tap root development were investigated. DcAOXZa was identified as the most responsive gene to root development. In order to evaluate if DcPTOX is associated with carrot tap root growth performance, DcPTOX transcript levels were measured in the central root meristem. To further understand whether DcPTOX is associated with secondary growth and/or carotenoids accumulation, DcPTOX expression was also studied in deveIOping carrot tap roots in cultivars with different carotenoids contents. The results indicated that DcPTOX associates to both carotenoid biosynthesis and secondary growth during storage root development. To obtain further insights into the involvement of PTOX on adaptive growth, the early effects of temperature decrease were explored in the root meristem, where a short—term early response in DcPTOX was found, probably associated with adaptive growth. Furthermore, a selection of the most suitable reference genes for accurate RT—qPCR analysis in several carrot experimental systems was performed and discussed. The present research provides the necessary toolbox for continuing studies in carrot AOX and PTOX genes as promising resources for FM candidates in order to assist breeding on yield—determining adaptive growth performance.