Otimização da extração sólido-líquido de antioxidantes de subprodutos florestais pelo método de superfície de resposta

Portugal continental apresenta uma vasta área florestal, que representa cerca de 35,4% da ocupação total do solo, com predominância de espécies como o eucalipto (Eucalyptus globulus) e o pinheiro-bravo (Pinus pinaster). Estas espécies apresentam uma elevada importância a nível económico, designadamente devido à sua ampla utilização, nomeadamente na indústria de celulose e papel, gerando elevadas quantidades de resíduos. Este resíduo de biomassa florestal é utilizado, na sua totalidade, para a geração de energia, na forma de eletricidade ou aquecimento. No entanto, existem outras opções viáveis, a nível económico, tais como a valorização destes subprodutos como fonte de compostos polifenólicos tornando-os, assim, um produto de valor acrescentado. A extração de compostos fenólicos de subprodutos florestais, como folhas de eucalipto e agulhas de pinheiros tem vindo a aumentar devido, principalmente, à substituição de antioxidantes sintéticos, contribuindo para a valorização de subprodutos florestais. Contudo, apesar de todas as potenciais aplicações e vantagens, apenas algumas centenas de espécies aromáticas identificadas são utilizadas à escala comercial. Neste trabalho foi avaliada a capacidade antioxidante de subprodutos da floresta, otimizando as condições de extração através do estudo dos fatores: tempo de extração, temperatura e composição de solvente através do método de superfície de resposta. O planeamento experimental utilizado teve como base um planeamento de compósito central e a avaliação do perfil de antioxidantes das matrizes analisadas foi realizada através de métodos de quantificação total, como o teor fenólico total, a atividade anti-radicalar – método do DPPH (radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo) e o método de FRAP. Estes métodos analíticos convencionais foram modificados e, devidamente validados, para a análise em leitor de microplacas. Verificou-se que os extratos de pinheiro e de eucalipto, tanto as amostras verdes com as amostras, apresentam uma promissora capacidade antioxidante. O planeamento fatorial aplicado permitiu otimizar as condições de extração em relação às matrizes verdes. Contudo, o mesmo não se verificou em relação às matrizes secas. A composição (% de água) é sem dúvida o fator com mais efeito em todas as amostras (coeficientes de primeira e segunda ordem no modelo). Também a temperatura foi identificada como um fator com efeito significativo sobre os sistemas em análise.

Lettuce (Lactuca sativa L.) leaf-proteome profiles after exposure to cylindrospermopsin and a microcystin-LR/cylindrospermopsin mixture: A concentration-dependent response

The intensification of agricultural productivity is an important challenge worldwide. However, environmental stressors can provide challenges to this intensification. The progressive occurrence of the cyanotoxins cylindrospermopsin (CYN) and microcystin-LR (MC-LR) as a potential consequence of eutrophication and climate change is of increasing concern in the agricultural sector because it has been reported that these cyanotoxins exert harmful effects in crop plants. A proteomic-based approach has been shown to be a suitable tool for the detection and identification of the primary responses of organisms exposed to cyanotoxins. The aim of this study was to compare the leaf-proteome profiles of lettuce plants exposed to environmentally relevant concentrations of CYN and a MC-LR/CYN mixture. Lettuce plants were exposed to 1, 10, and 100 lg/l CYN and a MC-LR/CYN mixture for five days. The proteins of lettuce leaves were separated by twodimensional electrophoresis (2-DE), and those that were differentially abundant were then identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight-mass spectrometry (MALDI-TOF/TOF MS). The biological functions of the proteins that were most represented in both experiments were photosynthesis and carbon metabolism and stress/defense response. Proteins involved in protein synthesis and signal transduction were also highly observed in the MC-LR/CYN experiment. Although distinct protein abundance patterns were observed in both experiments, the effects appear to be concentration-dependent, and the effects of the mixture were clearly stronger than those of CYN alone. The obtained results highlight the putative tolerance of lettuce to CYN at concentrations up to 100 lg/l. Furthermore, the combination of CYN with MC-LR at low concentrations (1 lg/l) stimulated a significant increase in the fresh weight (fr. wt) of lettuce leaves and at the proteomic level resulted in the increase in abundance of a high number of proteins. In contrast, many proteins exhibited a decrease in abundance or were absent in the gels of the simultaneous exposure to 10 and 100 lg/l MC-LR/CYN. In the latter, also a significant decrease in the fr. wt of lettuce leaves was obtained. These findings provide important insights into the molecular mechanisms of the lettuce response to CYN and MC-LR/CYN and may contribute to the identification of potential protein markers of exposure and proteins that may confer tolerance to CYN and MC-LR/CYN. Furthermore, because lettuce is an important crop worldwide, this study may improve our understanding of the potential impact of these cyanotoxins on its quality traits (e.g., presence of allergenic proteins).

Early physiological and biochemical responses of rice seedlings to low concentration of microcystin-LR

Microcystin-leucine and arginine (microcystin- LR) is a cyanotoxin produced by cyanobacteria like Microcystis aeruginosa, and it’s considered a threat to water quality, agriculture, and human health. Rice (Oryzasativa) is a plant of great importance in human food consumption and economy, with extensive use around the world. It is therefore important to assess the possible effects of using water contaminated with microcystin-LR to irrigate rice crops, in order to ensure a safe, high quality product to consumers. In this study, 12 and 20-day-old plants were exposed during 2 or 7 days to a M. aeruginosa extract containing environmentally relevant microcystin-LR concentrations, 0.26–78 lg/L. Fresh and dry weight of roots and leaves, chlorophyll fluorescence, glutathione S-transferase and glutathione peroxidase activities, and protein identification by mass spectrometry through two-dimensional gel electrophoresis from root and leaf tissues, were evaluated in order to gauge the plant’s physiological condition and biochemical response after toxin exposure. Results obtained from plant biomass, chlorophyll fluorescence, and enzyme activity assays showed no significant differences between control and treatment groups. How- ever, proteomics data indicates that plants respond to M. aeruginosa extract containing environmentally relevant microcystin-LR concentrations by changing their metabolism, responding differently to different toxin concentrations. Biological processes most affected were related to protein folding and stress response, protein biosynthesis, cell signalling and gene expression regulation, and energy and carbohydrate metabolism which may denote a toxic effect induced by M. aeruginosa extract and microcystin- LR. Theimplications of the metabolic alterations in plant physiology and growth require further elucidation.

Natural antioxidants extraction and their incorporation into model pharmaceutical systems

Dissertation to obtain a Master Degree in Biotechnology

Natural infection of Deroceras laeve (Mollusca: gastropoda) with metastrongylid larvae in a transmission focus of abdominal angiostrongyliasis

Angiostrongylus costaricensis is a nematode parasitic of rodents. Man may become infected by ingestion of the third stage larvae produced within the intermediate hosts, usually slugs from the family Veronicellidae. An epidemiological study carried out in a locality in southern Brazil (western Santa Catarina State) where these slugs are a crop pest and an important vector for A. costaricensis has documented for the first time the natural infection of Deroceras laeve with metastrongylid larvae. This small limacid slug is frequently found amid the folds of vegetable leaves and may be inadvertently ingested. Therefore D. laeve may have an important role in transmission of A. costaricensis to man.

Contributo da manutenção técnica de edifícios para a sustentabilidade

A manutenção, durante vários anos, traduziu-se num conceito paliativo de instalações e equipamentos, o que se veio a revelar como uma atitude negligente perante o Homem e o Ambiente. As preocupações ambientais estão na ordem do dia e têm sido muitas as vozes que se têm levantado para que o consumo de energia seja mais equilibrado e para que as emissões de CO2 diminuam de forma a preservar o Planeta. De acordo com a resolução do Conselho Europeu, em 2007 (1), foi apresentado um pacote de propostas que visam a sustentabilidade e estimulam a Eficiência Energética (EE), com o objectivo de reduzir os consumos energéticos dos edifícios, quer estes sejam novos ou reabilitados. Segundo a Direcção Geral de Energia e Geologia os edifícios são responsáveis por 60% dos consumos de energia eléctrica, consumo esse que pode ser reduzido em mais de 50%, através de medidas de EE, traduzindo-se numa redução de 400 milhões de toneladas de CO2 por ano. (2) Para além de medidas de EE, também as práticas de manutenção preventiva podem contribuir para a diminuição dos consumos energéticos e de emissões de CO2. Segundo o Institute for Building Efficiency práticas de manutenção preventiva em equipamentos de Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) reduzem os consumos energéticos de 10 a 20% e, em contrapartida, a negligência na execução da manutenção pode aumentar os consumos energéticos de 30 a 60%. (3) Uma outra análise de valores a ter em conta, é a Intensidade Energética (IE). Leia-se IE como sendo o valor global da energia consumida num país a dividir pelo seu produto interno bruto. A contribuição do sector dos serviços para a IE nacional era de 17% no ano de 2005. (4) Se a estes dados acrescentarmos que 70% dessa energia é consumida por equipamentos AVAC (5) e que práticas de manutenção reduzem esses valores entre 10 a 20%, pode concluir-se que a redução de custos energéticos associada à manutenção preventiva é efectiva e significativa. Apresentando um cenário ideal e hipotético, se ao contributo do sector dos serviços, para a IE nacional, se isolar o valor referente a equipamentos de AVAC, obtem-se uma IE de aproximadamente 12%. Se adicionalmente se considerar uma taxa de redução, relativa à execução da manutenção, entre 10 e 20%, Portugal obteria uma IE, relativamente aos consumos energéticos em edificios de serviços, não de 17% mas sim entre 14,6% e 15,8%. Neste trabalho pretende-se comprovar que um plano de actividades de manutenção equilibrado, monitorizado, e gerido de forma eficaz e funcional, é uma ferramenta fundamental no cumprimento de objectivos e metas europeias traçadas, que se reúnem num objectivo comum de preservação do planeta. A adopção deste tipo de medidas contribuirá para a racionalização dos consumos energéticos e para o aumento da vida útil dos equipamentos, bem como para a melhoria do desempenho económico e financeiro das organizações, tal como se poderá ler mais à frente neste trabalho. Será também analisado um caso prático, verificando a eficácia das medidas tomadas durante as intervenções preventivas de manutenção, sendo que para isso será estudado o comportamento de um equipamento, antes e após a realização de tarefas de manutenção preventiva. Tentar-se-á, junto de gestores de edifícios, recolher a opinião que têm sobre a importância da manutenção. Ao longo de toda a pesquisa foi possível consolidar a hipótese formulada inicialmente no que concerne ao contributo da manutenção para a sustentabilidade, quer através da revisão da literatura, quer nos testes efectuados a equipamentos. Foi possível confirmar que um plano de manutenção ajustado, monitorizado e cumprido é uma ferramenta na diminuição dos consumos energéticos, aumento da vida útil de equipamentos e por sua vez na diminuição de emissões de CO2. Verificou-se também que o controlo de poluentes e ventilação adequada dos edifícios são uma ferramenta essencial para a qualidade do ar interior, parâmetros facilmente controlados nas actividades de manutenção. O contributo das opiniões recolhidas entre os gestores de edifícios, para este estudo, foi também bastante importante, uma vez que todos eles reconhecem o papel importante da manutenção, mas nem todos estão sensibilizados para o seu papel na sustentabilidade do planeta. Nesta dissertação é deixado um alerta: o crescimento da população mundial e a consequente utilização de recursos naturais que são finitos, não sendo controlado de uma forma sustentada, pode resultar na destruição de um planeta único. O papel negativo do Homem nas alterações climáticas é inequívoco e é necessário melhorar a sua relação com o Ambiente. Cada ser humano está inserido na sua comunidade e dentro dela tem a sua função, cabe a cada um exercer esta responsabilidade nas suas actividades do dia-a-dia.

Arc exchange systems and renormalization

We exhibit the construction of stable arc exchange systems from the stable laminations of hyperbolic diffeomorphisms. We prove a one-to-one correspondence between (i) Lipshitz conjugacy classes of C(1+H) stable arc exchange systems that are C(1+H) fixed points of renormalization and (ii) Lipshitz conjugacy classes of C(1+H) diffeomorphisms f with hyperbolic basic sets Lambda that admit an invariant measure absolutely continuous with respect to the Hausdorff measure on Lambda. Let HD(s)(Lambda) and HD(u)(Lambda) be, respectively, the Hausdorff dimension of the stable and unstable leaves intersected with the hyperbolic basic set L. If HD(u)(Lambda) = 1, then the Lipschitz conjugacy is, in fact, a C(1+H) conjugacy in (i) and (ii). We prove that if the stable arc exchange system is a C(1+HDs+alpha) fixed point of renormalization with bounded geometry, then the stable arc exchange system is smooth conjugate to an affine stable arc exchange system.

Hausdorff dimension bounds for smoothness of holonomies for codimension 1 hyperbolic dynamics

We prove that the stable holonomies of a proper codimension 1 attractor Λ, for a Cr diffeomorphism f of a surface, are not C1+θ for θ greater than the Hausdorff dimension of the stable leaves of f intersected with Λ. To prove this result we show that there are no diffeomorphisms of surfaces, with a proper codimension 1 attractor, that are affine on a neighbourhood of the attractor and have affine stable holonomies on the attractor.

Hausdorff dimension versus smoothness

There is a one-to-one correspondence between C1+H Cantor exchange systems that are C1+H fixed points of renormalization and C1+H diffeomorphisms f on surfaces with a codimension 1 hyperbolic attractor Λ that admit an invariant measure absolutely continuous with respect to the Hausdorff measure on Λ. However, there is no such C1+α Cantor exchange system with bounded geometry that is a C1+α fixed point of renormalization with regularity α greater than the Hausdorff dimension of its invariant Cantor set. The proof of the last result uses that the stable holonomies of a codimension 1 hyperbolic attractor Λ are not C1+θ for θ greater than the Hausdorff dimension of the stable leaves of f intersected with Λ.

Effect of stalk and leaf extracts from Euphorbiaceae species on Aedes aegypti (Diptera, Culicidae) larvae

The objective of this study was to evaluate the larvicidal activity of essential oil aqueous solutions (hydrolates) obtained by steam distillation of stalks and leaves of Croton argyrophylloides, Croton nepetaefolius, Croton sonderianus and Croton zehntneri against Aedes aegypti larvae. Twenty-five larvae of third instar were placed in plastic beckers, containing the hydrolates (50 mL), in a four repetitions scheme. Water was used as control and the number of dead larvae was counted after 24 hours. The data obtained were submitted to Variance Analysis and Tukey test. Significant differences were observed among the hydrolates from different species and from different parts of each plant (p < 0.001). The hydrolates of stalk and leaf from C. nepetaefolius and C. zehntneri and leaf hydrolate of C. argyrophylloides presented 100% mortality against larvae. The compounds present in C. zenhtneri and C. nepetaefolius are oxygenated phenylpropanoids that are more soluble in water than the monoterpenes and sesquiterpenes detected in the oils of C. argyrophylloides and C. sonderianus. This study showed that all species analyzed presented compounds with larvicidal properties, with differences between each plant parts.

Does Cleome droserifolia have anti-schistosomiasis mansoni activity?

The present study was undertaken to assess the effect of the crude extract of Cleome droserifolia (CD) leaves on experimentally infected mice with Schistosoma mansoni. Two groups of mice, showing a patent infection of S. mansoni, one of them was daily treated with an alcoholic extract of CD leaves (0.31 g kg-1 body weight, i.p.) for 21 days. The schistosomicidal activity of the CD extract was evaluated, three weeks post-treatment, on some parasitological and histopathological aspects including worm load, oogram pattern, faecal eggs releasing and granuloma formation. In addition, serum thyroid hormones levels (tri-iodothyronine; T3 and tetra-iodo-thyronin; T4), serum total protein contents and hepatic reduced glutathione (GSH) were evaluated. Treatment using CD extract resulted in a weak reduction in worm burden (32.46%) and affected the viability of both mature and immature eggs as indicated by the increase in the percentage of dead eggs and the decrease in the percentage of live ones. In addition, a week post-treatment, eggs elimination was observed in the stool of the infected-treated group which was low compared to the infected group. There was a suppressive effect of the extract on granuloma formation that could be due to the antioxidant effect of the extract. These data are confirmed by increasing hepatic GSH, serum total proteins and thyroid hormone levels in the infected-treated group as compared to the infected group. Treatment significantly enhanced b globulin fractions of the protein. Based on these assumptions, CD extract has beneficial effects on thyroid hormones status and anti-schistosomiasis activity. The beneficial effects of CD extract could be related to its direct effects on the parasite, and secondary to its effect on the antioxidant capacity of the host. The present study could emphasize the precise mechanism (s) of CD extract protection.

Characterization of green zero-valent iron nanoparticles produced with tree leaf extracts

In the last decades nanotechnology has become increasingly important because it offers indisputable advantages to almost every area of expertise, including environmental remediation. In this area the synthesis of highly reactive nanomaterials (e.g. zero-valent iron nanoparticles, nZVI) is gaining the attention of the scientific community, service providers and other stakeholders. The synthesis of nZVI by the recently developed green bottom-up method is extremely promising. However, the lack of information about the characteristics of the synthetized particles hinders a wider and more extensive application. This work aims to evaluate the characteristics of nZVI synthesized through the green method using leaves from different trees. Considering the requirements of a product for environmental remediation the following characteristics were studied: size, shape, reactivity and agglomeration tendency. The mulberry and pomegranate leaf extracts produced the smallest nZVIs (5–10 nm), the peach, pear and vine leaf extracts produced the most reactive nZVIs while the ones produced with passion fruit, medlar and cherry extracts did not settle at high nZVI concentrations (931 and 266 ppm). Considering all tests, the nZVIs obtained from medlar and vine leaf extracts are the ones that could present better performances in the environmental remediation. The information gathered in this paper will be useful to choose the most appropriate leaf extracts and operational conditions for the application of the green nZVIs in environmental remediation.

Antibacterial activity of GUAVA, Psidium guajava Linnaeus, leaf extracts on diarrhea-causing enteric bacteria isolated from Seabob shrimp, Xiphopenaeus kroyeri (Heller)

Guava leaf tea of Psidium guajava Linnaeus is commonly used as a medicine against gastroenteritis and child diarrhea by those who cannot afford or do not have access to antibiotics. This study screened the antimicrobial effect of essential oils and methanol, hexane, ethyl acetate extracts from guava leaves. The extracts were tested against diarrhea-causing bacteria: Staphylococcus aureus, Salmonella spp. and Escherichia coli. Strains that were screened included isolates from seabob shrimp, Xiphopenaeus kroyeri (Heller) and laboratory-type strains. Of the bacteria tested, Staphylococcus aureus strains were most inhibited by the extracts. The methanol extract showed greatest bacterial inhibition. No statistically significant differences were observed between the tested extract concentrations and their effect. The essential oil extract showed inhibitory activity against S. aureus and Salmonella spp. The strains isolated from the shrimp showed some resistance to commercially available antibiotics. These data support the use of guava leaf-made medicines in diarrhea cases where access to commercial antibiotics is restricted. In conclusion, guava leaf extracts and essential oil are very active against S. aureus, thus making up important potential sources of new antimicrobial compounds.

Eruca sativa: Benefits as antioxidants source versus risks of already banned pesticides

Eruca sativa (rocket salad) has been intensely consumed all over the world, insomuch as, this work was undertaken to evaluate the antioxidant status and the environmental contamination (positive and negative nutritional contribution) of leaves and stems from this vegetable. Antioxidant capacity of rocket salad was assessed by mean of optical methods, such as the total phenolic content (TPC), reducing power assay and DPPH radical scavenging activity. The extent of the environmental contamination was reached through the quantification of thirteen organochlorine pesticides (OCP) by using gas chromatography coupled with electron-capture detector (GC-ECD) and compound confirmations employing gas chromatography tandem mass-spectrometry (GC-MS/MS). The OCP residues were extracted by using Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) methodology.The extent of the environmental contamination was reached through the quantification of thirteen OCP by using gas chromatography coupled with electron-capture detector (GC-ECD) and compound confirmations employing GC-MS/MS. The OCP residues were extracted by using Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) methodology. This demonstrated that leaves presented more antioxidant activity than stems, emphasizing that leaves contained six times more polyphenolic compounds than stems. In what concerns the OCP occurrence, the average recoveries obtained at the three levels tested (40, 60 and 80 µg kg−1) ranged from 55% to 149% with a relative standard deviation of 11%, (except hexachrorobenzene). Three vegetables samples were collected from supermarkets and analysed following this study. According to data, only one sample achieved 16.21 of β-hexachlorocyclohexane, confirmed by GC-MS/MS. About OCP quantification, the data indicated that only one sample achieved 16.21 µg kg−1 of β-hexachlorocyclohexane, confirmed by GC-MS/MS, being the QuEChERS a good choice for the of OCPs extraction. Furthermore, the leaves consumption guaranty higher levels of antioxidants than stems.

Estudo electroquímico de compostos naturais e semicondutores com possível utilização em células foto voltaicas

As células foto voltaicas orgânicas ou células de Gräetzel (depois do seu descobridor) são aparelhos para a colecta de energia solar que utilizam um semicondutor inorgânico e uma molécula orgânica. Dita molécula orgânica é capaz de excitar-se na presença de radiação electromagnética e ceder esta energia através da doação de electrões a este semicondutor. Embora estas estruturas e o seu processo de fabrico sejam relativamente pouco onerosas, o aproveitamento da energia solar é ainda muito baixo. Para além desta deficiência, os corantes sintéticos sofrem de “bleaching” ou então são reduzidos ou oxidados facilmente quando não conseguem transferir a energia que foi absorvida ou quando é difícil voltar ao estado original por dificuldades no completamento de circulação de electrões. Neste trabalho pretende-se então estudar o comportamento de moléculas e misturas complexas de moléculas com capacidade para serem excitadas pela luz solar. Como a dita xcitação promove a transferência de um electrão, este processo será seguido pela técnica de Voltametria cíclica. Como substâncias absorventes de luz utilizaremos compostos naturais (principalmente flavonóides) puros, ou então na forma de complexos naturais extraídos de algumas plantas. Estas misturas de corantes serão extractos aquosos (infusões) de casca de laranja e limão assim como extractos de folhas de cerejeira, com o objectivo de proporcionar lternativas aos flavonóides utilizados neste estudo. A caracterização voltamétrica desta célula é feita em diferentes formas de iluminação. Sobre a célula assim formada faz-se incidir rimeiro luz de lâmpadas fluorescentes, depois luz ultra violeta e por fim sem qualquer tipo de luz incidente. Na base do fabrico da variante mais clássica destas células está o semicondutor óxido de itânio (TiO2), por ser uma substância muito comum e barata e com propriedades semicondutoras notáveis. Uma forma comum de melhorar a eficiência deste material é introduzir dopantes com o intuito de melhorar a eficiência do processo de transferência electrónica. Um segundo objectivo deste trabalho é o estudo de sistemas semicondutor/molécula foto activa. Semicondutores como ZnO, TiO2 e TiO2 dopado serão então estudados. O gels de TiO2 ou o TiO2 dopado serão depositados sobre lâminas de vidro comum, nas quais foi anteriormente depositado uma película de alumínio que serve de condutor (eléctrodo egativo). Uma outra variante será a utilização de óxido de zinco, um semicondutor de baixo custo que por sua vez vai ser depositado em lâminas de alumínio comercial. A nossa célula foto electroquímica será então formada por moléculas de corante, uma lâmina e um semicondutor (que funcionará como eléctrodo de trabalho), com ou sem electrólito/catalizador (solução de iodo/iodeto), e eléctrodos de referência de Ag/AgCl, e outro auxiliar de grafite. Um outro objectivo é fazer um pequeno estudo sobre influencia do catalisador I2/etilenodiamina no comportamento electroquímico da célula, de forma a poder utilizar o solvente (etilenodiamina) com menor volatilidade do que a água, que é empregada no par I2/I3.m A importância deste facto prende-se com a limitada vida destas células quando o electrólito/solvente é evaporado pelas altas temperaturas da radiação incidente.