Potencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis

A contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.

Inibição de linhagens do complexo Fusarium Graminearum por compostos naturais e sintéticos

Quando produtos alimentícios e especiarias são contaminados por micotoxinas é quase impossível detoxificar utilizando processos usuais da indústria de alimentos ou durante o preparo doméstico. Por isso, controlar o crescimento do fungo e a produção de toxinas é uma demanda para garantir a segurança alimentar. Os agrotóxicos são rotineiramente utilizados como estratégia para proteger as plantas de doenças provocadas pela contaminação fúngica. No entanto, eles estão associados a efeitos adversos ao sistema nervoso central e periférico, têm ação imunodepressora e são cancerígenos. Em virtude disso, o objetivo deste trabalho foi estudar a inibição do desenvolvimento, do potencial toxigênico e da expressão gênica de linhagens do Complexo Fusarium graminearum por compostos naturais comparativamente aos fungicidas azoxistrobina e trifloxistrobina. Do farelo de arroz, foram extraídos o γ-orizanol e os ácidos fenólicos (EFF). Das sementes de nim foram extraídos os ácidos fenólicos (EFN), totalizando três extratos naturais. A capacidade antioxidante dos extratos foi verificada pelo consumo do radical livre DPPH• , capacidade de captura do radical ABTS●+, redução do ferro e inibição da oxidação enzimática. Os mecanismos de inibição de três linhagens de F. graminearum foram avaliados através da determinação de compostos estruturais (glicosamina e ergosterol) e da atividade de enzimas do metabolismo primário (α- amilase e proteases). Foram determinadas as micotoxinas de Fusarium: deoxinivalenol (DON), 15 acetildeoxinivalenol (15AcDON), 3 acetildeoxinivalenol (3AcDON), nivalenol (NIV) e zearalenona (ZEA). A expressão dos genes Tri1 e Tri5 foi determinada a fim de verificar se ocorria modificação da expressão gênica nas linhagens do Complexo F. graminearum ocasionada pela presença dos antifúngicos. O EFF apresenta atividade antioxidante destacada em relação aos demais extratos naturais para inibir a iniciação do processo, a propagação do radical livre e a catálise enzimática. A presença dos compostos naturais mostrou efeito promissor como antifúngico para as linhagens, sendo que a concentração necessária para inibir 50% do crescimento radial das colônias (MIC50) foi 0,9 g/kg para γ-orizanol; 0,032 g/kg para EFF e 0,037 g/kg para EFN, portanto, os extratos fenólicos são mais eficazes para inibição de F. graminearum do que o γ-orizanol. Os extratos naturais afetaram as atividades das enzimas α-amilase e proteases. Também ocorreu a redução da formação de componentes estruturais (glicosamina e ergosterol). Os extratos naturais se destacaram pela capacidade de inibição de micotoxinas produzidas pela biomassa fúngica, com destaque para o EFN sobre a produção de DON, 15AcDON, 3AcDON e ZEA. Sendo assim, é possível dizer que há uma relação direta entre a atividade antioxidante na inibição do fungo e na manifestação do seu potencial toxigênico. Além disso, esse estudo contribuiu com a elucidação do mecanismo de ação dos antifúngicos naturais estudados. Ocorre modificação na expressão gênica quando a linhagem é submetida ao tratamento com antifúngico, havendo uma relação direta entre a expressão do gene Tri5 e a produção de DON.

Monitoramento por microcontrolador do cultivo de spirulina em fotobiorreator raceway

A oportunidade de produção de biomassa microalgal tem despertado interesse pelos diversos destinos que a mesma pode ter, seja na produção de bioenergia, como fonte de alimento ou servindo como produto da biofixação de dióxido de carbono. Em geral, a produção em larga escala de cianobactérias e microalgas é feita com acompanhamento através de análises físicoquímicas offline. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi monitorar a concentração celular em fotobiorreator raceway para produção de biomassa microalgal usando técnicas de aquisição digital de dados e controle de processos, pela aquisição de dados inline de iluminância, concentração de biomassa, temperatura e pH. Para tal fim foi necessário construir sensor baseado em software capaz de determinar a concentração de biomassa microalgal a partir de medidas ópticas de intensidade de radiação monocromática espalhada e desenvolver modelo matemático para a produção da biomassa microalgal no microcontrolador, utilizando algoritmo de computação natural no ajuste do modelo. Foi projetado, construído e testado durante cultivos de Spirulina sp. LEB 18, em escala piloto outdoor, um sistema autônomo de registro de informações advindas do cultivo. Foi testado um sensor de concentração de biomassa baseado na medição da radiação passante. Em uma segunda etapa foi concebido, construído e testado um sensor óptico de concentração de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 baseado na medição da intensidade da radiação que sofre espalhamento pela suspensão da cianobactéria, em experimento no laboratório, sob condições controladas de luminosidade, temperatura e fluxo de suspensão de biomassa. A partir das medidas de espalhamento da radiação luminosa, foi construído um sistema de inferência neurofuzzy, que serve como um sensor por software da concentração de biomassa em cultivo. Por fim, a partir das concentrações de biomassa de cultivo, ao longo do tempo, foi prospectado o uso da plataforma Arduino na modelagem empírica da cinética de crescimento, usando a Equação de Verhulst. As medidas realizadas no sensor óptico baseado na medida da intensidade da radiação monocromática passante através da suspensão, usado em condições outdoor, apresentaram baixa correlação entre a concentração de biomassa e a radiação, mesmo para concentrações abaixo de 0,6 g/L. Quando da investigação do espalhamento óptico pela suspensão do cultivo, para os ângulos de 45º e 90º a radiação monocromática em 530 nm apresentou um comportamento linear crescente com a concentração, apresentando coeficiente de determinação, nos dois casos, 0,95. Foi possível construir um sensor de concentração de biomassa baseado em software, usando as informações combinadas de intensidade de radiação espalhada nos ângulos de 45º e 135º com coeficiente de determinação de 0,99. É factível realizar simultaneamente a determinação inline de variáveis do processo de cultivo de Spirulina e a modelagem cinética empírica do crescimento do micro-organismo através da equação de Verhulst, em microcontrolador Arduino.

Salt content of processed foods available in the Portuguese market

Evidence suggests that current levels of salt consumption across Europe are linked with several chronic diseases. In recent decades, high blood pressure has increased, together with the consumption of processed foods. World Health Organization (WHO) recommends a salt intake of less than 5 g/day for the prevention of cardiovascular disease. The aim of this study was to evaluate the salt content of processed foods available in the Portuguese market and to compare the determined values with the recommended daily intake established by WHO. Categories of processed foods that contribute to a higher intake of salt were identified: pastry, bakery, fast-food, snacks, ready-to-eat meals, nuts, seeds, soups, cereals, sauces, patties, among others. Between 2013 and 2015, 267 processed food samples were acquired in food chains and restaurants from Lisbon region (Portugal) and the salt content was quantified using Charpentier-Volhard method. High amounts of salt were quantified in the analysed processed foods, namely snacks, fast-food, patties, meals and bakery products. If we consider one portion of a curd cheese pie (193 g), the intake of salt can reach 45% of the recommended value. For snacks, regular portion size is 35 g. One portion of a salty snack can contribute with 31% of the salt recommended daily intake. Up to now food industry has developed efforts to decrease the salt content of some food products, namely bread. However, there still exist foods with high salt content and from a nutritional point of view this should be a priority area of intervention. The obtained results are an effective assessment of current salt content in foods which will be important for further reformulation strategies and to monitor progress in the next years.

Utilização de bagaço de maçã como ingrediente alimentar em iogurte com potencial efeito benéfico para a saúde

O desenvolvimento de alimentos funcionais evoluiu consideravelmente ao longo dos anos e a capacidade tecnológica para produzir um alimento com compostos fisiologicamente ativos tem crescido significativamente. O presente trabalho teve como objetivo criar um novo alimento, utilizando um subproduto proveniente da indústria agroalimentar. O alimento seleccionado foi o iogurte natural, o qual foi enriquecido com um extrato de bagaço de maçã. O bagaço de maçã contém compostos fenólicos e fibra, mostrando atividade antioxidante significativa e por conseguinte apresenta um potencial efeito positivo na saúde. Avaliaram-se características químicas do bagaço de maçã e das farinhas obtidas a partir deste subproduto, designadamente: acidez, teor em açúcares totais e redutores, cinza, matéria gorda, humidade, proteína bruta, fibra dietética insolúvel e solúvel. O extrato aquoso obtido a partir do subproduto foi também caracterizado quanto ao seu conteúdo fenólico e atividade antioxidante. O iogurte produzido com incorporação do extrato de bagaço de maçã foi estudado do ponto de vista de parâmetros químicos tais como acidez, açúcares totais, cinza, humidade, proteína bruta, pH e fibra bruta, conteúdo em fenólicos totais e atividade antioxidante. O subproduto, os extratos e o iogurte foram também avaliados quanto à sua carga microbiológica. Na caracterização química do bagaço foram obtidos os seguintes valores, expressos em base seca: 2,0±0,01% de acidez (expressa em equivalentes de ácido málico); 15,96±1,53% de açúcares totais; 13,35±1,91% de açúcares redutores; 1,88±0,07% de cinza, 2,49±0,5% de matéria gorda, 81,17±1,98% de humidade e 5,01±0,01% de proteína bruta. Quanto ao seu conteúdo em fibra dietética, o bagaço contém na sua composição 65,80% de fibra dietética insolúvel e 4,90% de fibra dietética solúvel. A farinha obtida após secagem a 60 °C do bagaço de maçã apresentou, na base seca, 1,9±0,04% de acidez, 10,57±1,31% de açúcares totais; 8,50±1,00% de açúcares redutores; 2,22±0,04%de cinza, 4,73±0,11% de matéria gorda, 6,34±0,62% de humidade e 5,40±0,26% de proteína. A atividade antioxidante do extrato aquoso, (AQ_6X10) obtido do bagaço de maçã, utilizado para incorporação no iogurte, determinada através do método ABTS foi de 5,00±1,28µmol TE/g amostra e apresentou um teor em compostos fenólicos de 221,42±0,734 mg EAG/ 100g de extrato, na base seca. Ao nível microbiológico o extrato revelou parâmetros aceitáveis, de acordo com a tabela 13 (anexos 3), para utilização como ingrediente alimentar. Os iogurtes produzidos foram analisados quimicamente. O iogurte, com extrato aquoso de bagaço de maçã incorporado, apresentou 89,64±0,00% de humidade, 0,93±0,00% de acidez (expressa em equivalentes de ácido láctico); 6,42±0,26% de açúcares totais; 0,74%±0,00% de cinza, 3,83±0,00% de proteína bruta e 0,2±0,00% de fibra bruta. O seu conteúdo em compostos fenólicos foi de 12,41±1,69mg EAG/ 100g de iogurte, e a sua atividade antioxidante foi 54,84±4,40 µmol TE/g iogurte. Avaliou-se ainda o iogurte no que diz respeito ao crescimento de bactérias lácticas e constatou-se, por comparação com o iogurte de controlo, que estas se desenvolveram normalmente ao longo do processo de fabrico. A análise microbiológica revelou ainda que o iogurte é seguro do ponto de vista alimentar de acordo com a Tabela 15 (anexos 3). A análise sensorial realizada aos iogurtes demonstrou que o iogurte fortificado apresentou uma aceitação muito boa pelo painel de provadores. O presente estudo demonstrou que o bagaço de maçã, um subproduto das indústrias agroalimentares, é seguro do ponto de vista microbiológico, podendo ser utilizado na preparação de ingredientes alimentares para serem incorporados, por exemplo em iogurte, conferindo-lhe características que se destacam pelo maior teor em fibra e atividade antioxidante em relação ao iogurte não enriquecido, e atributos sensoriais apelativos em termos de textura e sabor.

Obtenção e caracterização de queratinase de bacillus sp. P45 a partir de coprodutos e aplicação na produção de queijos cremosos enriquecidos com chia e quinoa

As proteases constituem 60-65% do mercado global das enzimas industriais e são utilizadas na indústria de alimentos no processo de amaciamento de carne, na síntese de peptídeos, preparo de fórmulas infantis, panificação, cervejarias, produtos farmacêuticos, diagnósticos médicos, como aditivos na indústria de detergentes e na indústria têxtil no processo de depilação e transformação do couro. Proteases específicas produzidas por micro-organismos queratinolíticos são chamadas de queratinases e distinguem-se de outras proteases pela maior capacidade de degradação de substratos compactos e insolúveis como a queratina. Atualmente, processos que apontem o uso total das matérias-primas e que não resultem em impactos negativos ao meio ambiente tem ganhado destaque. Dentro desta temática, destacam-se a reutilização da farinha de penas residual durante o cultivo do Bacillus sp. P45 para produção de proteases e a biomassa residual de levedura, ambas com elevados teores de proteínas, podendo ser utilizadas no cultivo do Bacillus sp. P45 para obtenção de proteases. O objetivo deste trabalho foi obter a enzima queratinase purificada em grandes quantidades, sua caracterização, bem como a sua aplicação em processos de coagulação enzimática do leite para o desenvolvimento de um queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa. Além disso, aplicar diferentes coprodutos para produção de enzimas proteolíticas e queratinolíticas. A presente tese foi dividida em quatro artigos: no primeiro foi realizado a obtenção da queratinase purificada em maiores quantidades e a determinação dos parâmetros de estabilidade térmica e a influência de componentes químicos na atividade enzimática. A obtenção da enzima em maiores quantidades alcançou fatores de purificação de 2,6, 6,7 e 4,0 vezes, paras 1º SAB, 2º SAB e diafiltração, respectivamente. A recuperação enzimática alcançou valores de 75,3% para o 1º SAB, 75,1% no 2º sistema e 84,3% na diafiltração. A temperatura de 55ºC e o pH 7,5 foram determinados como ótimos para atividade da enzima queratinase. O valor da energia de desativação (Ed) médio foi de 118,0 kJ/mol e os valores de z e D variaram de 13,6 a 18,8ºC, e 6,9 a 237,3 min, respectivamente. Além disso a adição de sais (CaCl2, CaO, C8H5KO4 e MgSO4) elevou a atividade da enzima na presença destes compostos. O segundo artigo apresenta a aplicação da queratinase como coagulante de leite bovino e sua aplicação na obtenção de queijo cremoso enriquecido com chia e quinoa. A enzima mostrou atividade de coagulação semelhante ao coagulante comercial, na concentração de 30mg/mL. A enzima purificada foi empregada de forma eficiente na fabricação do queijo cremoso, que apresentou valores de pH de 5,3 e acidez de 0,06 a 0,1 mol/L, com elevação durante os 25 dias de armazenamento. O terceiro artigo apresenta o perfil do queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa, o qual apresentou alto índice de retenção de água (>99,0%) e baixos valores de sinérese (<0,72%). Elevados teores de fibras foi verificado (3,0 a 5,0%), sugerindo seu consumo como fonte de fibras. As análises microbiológicas foram de acordo com a legislação vigente. Na análise sensorial foi verificado altos valores de suavidade ao paladar e verificado maiores valores de consistência e untabilidade nas amostras com maiores concentrações de nata e quinoa. O quarto artigo traz a extração de β-galactosidase por ultrassom e o uso da biomassa residual da levedura, bem como o uso de farinha de penas residuais como substrato para obtenção de proteases. O ultrassom foi eficiente para ruptura celular e extração de β-galactosidase, apresentando alta atividade (35,0 U/mL) e rendimento (876,0 U/g de biomassa). A maior atividade proteolítica (1300 U/mL em 32 h) e queratinolítica (89,2 U/mL) verificadas ocorreram utilizando-se a biomassa e a farinha de penas residuais, respectivamente. Maior produtividade proteolítica (40,8 U/mL/h) foi verificado no meio utilizando biomassa residual como substrato. Já a maior produtividade queratinolítica (2,8 U/mL/h) foi alcançada utilizando farinha de penas reutilizada.

Caracterização físico-química e efeitos de frações polissacarídicas da alga amansia multifida na coagulação, inflamação, radicais livres e viabilidade celular

Galactans are polysaccharides sulfated present in the cell wall of red algae. Carrageenans are galactans well known in the food industry as gelling polysaccharides and for induce inflammatory process in rodents as animal model. The extraction of polysaccharides from A. multifida has been carried out by proteolysis and precipitation in different volumes of acetone, which produced three fractions (F1, F2, and FT). Chemical and physical analyses revealed that these fractions are sulfated galactan predominantly. Results of the antioxidant activity assays showed that all of these fractions have antioxidant activity and that was associated with sulfate content of the analysis of reducing power and total antioxidant capacity. However, these fractions were not effective against lipid peroxidation. The fraction FT presented higher activity on the APTT test at 200 μg (> 240 s). The assessment of the hemolytic activity showed that the FT fraction has the best activity, increasing lyses by the complement system to 42.3% (50 μg) (p< 0,001). The fraction FT showed the best yield, anticoagulant and hemolytic activity between the three fractions and therefore it was choose for the in vivo studies. The Inflammation assessment using the FT fraction (50 mg / kg MB) showed that the cellular migration and the IL-6 production increased 670.1% (p< 0,001) and 531.8% (p< 0,001), respectively. These results confirmed its use as an inflammation inducer in animal model. Cytotoxicity assay results showed that all fractions have toxic effects on 3T3 and HeLa cells after exposition of 48 hours, except when 100 μg for both F1 and FT were used. These results arise the discussion whether these polysaccharides it should be used as additive in foods, cosmetics and medicines.

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.

Propriedades antioxidante, anti-hemostástica e antiproliferativa de galactanas sulfatadas da alga vermelha hypnea musciformis (wulfen) j. V. Lamouroux

Marine algae are one of the major sources of biologic compounds. In extracellular matrix of these organisms there are sulfated polysaccharides that functions as structural components and provides protection against dehydration. The fraction 1.0 (F1.0) rich in sulfated galactans obtained from red seaweed Hypnea musciformis was physicochemical characterized and evaluated for pharmacologic activity through antioxidant activity, cytotoxic action on erythrocytes, anticoagulant, stimulatory action under antithrombotic heparan sulfate synthesis and their effects on cell proliferation and cycle cell progression. The main components of F1.0 were carbohydrates (49.70 ± 0.10%) and sulfate (44.59 ± 0.015%), presenting phenolic compounds (4.79 ± 0.016%) and low protein contamination (0.92 ± 0.001%). Fraction 1.0 showed polidisperse profile and signs in infrared analysis in 1262, 1074 and 930, 900 and 850 attributed to sulfate esters S=O bond, presence of a 3,6- anidrogalactose C-O bond, non-sulfated β-D-galactose and a C-O-SO4 bond in galactose C4, respectively. The fraction rich in sulfated galactans exhibited strong antioxidant action under lipid peroxidation assay with IC50 of 0.003 mg/mL. Besides the inhibition of hemolysis induced by H2O2 in erythrocytes treated with F1.0, this fraction did not promote significant cytotoxity under erythrocytes membranes. F1.0 exhibited low anticoagulant activity causing moderate direct inhibition of enzimatic activity of thrombin. This fraction promoted stimulation around of 4.6 times on this synthesis of heparan sulfate (HS) by rabbit aortic endothelial cells (RAEC) in culture when was compared with non treated cells. The fraction of this algae displayed antiproliferative action under RAEC cells causing incresing on cell number on S fase, blocking the cycle cell progression. Thus F1.0 presented cytostatic and no cytotoxic action under this cell lineage. These results suggest that F1.0 from H. musciformis have antioxidant potential which is a great effect for a compound used as food and in food industry which could be an alternative to food industry to prevent quality decay of lipid containing food due to lipid peroxidation. These polysaccharides prevent the lipid peroxidation once the fraction in study exhibited strong inhibitory action of this process. Furthermore that F1.0 present strong antithrombotic action promoting the stimulation of antithrombotic HS synthesis by endothelial cells, being important for thrombosis preventing, by its inhibitory action under reactive oxygen species (ROS) in some in vitro methods, being involved in promotion of hypercoagulability state.

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.

Nitrogen vs argon: what is the most effective atmosphere for shelf-life extension of buckler sorrel leaves?

Buckler sorrel (Rumex induratus Boiss. & Reut.) is an underutilized leafy vegetable with peculiar sensory properties and potential as a gourmet food. In the food industry, different packaging methods have been used for shelf-life extension, but it is important to know how the quality of minimally processed vegetable is affected by these treatments. Recently, nitrogen and argon have been used for food packaging. Nitrogen is low soluble in water and other food constituents and does not support the growth of aerobic microbes. In turn, argon is biochemically active and appears to interfere with enzymatic oxygen receptor sites. In this study, modified atmospheres enriched with nitrogen and argon were evaluated for shelf-life extension of buckler sorrel leaves. Wild samples were gathered in Bragança, Portugal, considering local consumers’ sites and criteria. Healthy and undamaged leaves were selected, rinsed in tap water, and a portion was immediately analyzed (non-stored control). The remaining fresh material was packaged in polyethylene bags under nitrogen- and argon-enriched atmospheres and a conventional control atmosphere (air). All packaged samples were stored at 4 ºC for 12 days and then analyzed. The headspace gas composition was monitored during storage. Different quality attributes were evaluated, including visual (colour), nutritional (macronutrients, individual sugars and fatty acids) and bioactive (hydrophilic and lipophilic molecules and antioxidant properties) parameters. Different statistical tools were used; the one-way analysis of variance (ANO VA) was applied for analyse the differences among treatments and a linear discriminant analysis (LDA ) was used to evaluate the effects on the overall postharvest quality. The argon-enriched atmosphere better prevent the samples yellowing. The proximate composition did not change significantly during storage. Samples in control atmosphere revealed higher protein and ash contents and lower levels of lipids. The non-stored control samples presented the higher amounts of fructose, glucose and trehalose. The storage time increased the palmitic acid levels and decreased the content in α-linolenic and linoleic acids. The γ- e δ-tocopherols were higher after the 12 days of cold storage. Probably, the synthesis of these lipophilic compounds was a plant strategy to fight against the abiotic stress induced by storage. Higher levels of total phenolics and flavonoids and increased reducing power and β-carotene bleaching inhibition capacity were also found in the stored control samples. Once again, this result may be attributed to the intrinsic plant-protection mechanisms. Overall, the argon atmosphere was more suitable for quality preservation and shelf-life extension of buckler sorrel.

Foeniculum vulgare Mill. as a natural ingredient to improve cottage cheese antioxidant properties

Food industry is focused on the development of novel functional foods containing health promoting natural ingredients. Natural antioxidants present important health benefits like the prevention of several diseases related to oxidative stress [1,2]. Foeniculum vulgare Mill. (fennel) is a source of those compounds with proved antioxidant potential [3]. Herein, after evaluation of 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) scavenging activity and reducing power of fennel (provided by Américo Duarte Paixão Lda.) decoction, we propose its incorporation into cottage cheese (produced by Queijos Casa Matias Lda.). Three groups of cottage cheese samples were prepared: control; samples with fennel decoction (incorporated at EC25 value=0.35 mg/mL, previously determined by DPPH assay); and samples with fennel powder (incorporated at 1.75 mg/mL, considering the decoction yield=20%). The samples were submitted to an evaluation of DPPH scavenging activity and reducing power immediately after the incorporations, and after 7 and 14 days of storage, at 4 ºC. The incorporation of fennel improved the antioxidant activity of cottage cheese. Samples incorporated with plant powder revealed higher antioxidant properties than samples incorporated with decoction, either in 0 or 7 days of storage. After 14 days, cottage cheese incorporated with fennel decoction gave the highest DPPH scavenging activity (46.72±0.09 mg/mL). A decrease in the antioxidant potential of the cottage cheese with fennel was observed along the shelf life. Nevertheless, it is important to highlight that the samples still display antioxidant properties. Studies regarding the effects of the incorporation of these natural ingredients on nutritional and chemical composition of cottage cheese are in course

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Small and medium enterprise competitiveness: Internationalization strategy

Field lab: SME competitiveness