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.

Aluminum and bone: Review of new clinical circumstances associated with Al(3+) deposition in the calcified matrix of bone

International audience

Effect of drying on the physical, chemical and sensorial properties of kiwi

Kiwi fruit is a highly nutritional fruit due to the high level of vitamin C and its strong antioxidant capacity due to a wide number of phytonutrients including carotenoids, lutein, phenolics, flavonoids and chlorophyll [1]. Drying consists of a complex process in which simultaneous heat and mass transfer occur. Several alterations occur during the drying of foods at many levels (physical, chemical, nutritional or sensorial) which are influenced by a number of factors, including processing conditions [2]. Temperature is particularly important because of the effects it produces at the chemical and also at the physical level, particularly colour and texture [3]. In the present work were evaluated the changes in sliced kiwi when exposed to air drying at different temperatures (50, 60, 70, 80 ºC), namely in terms of some chemical properties like ascorbic acid or phenolic compounds, physical characteristics like colour and texture and also at the sensorial level. All experiments followed standard established procedures and several replicates were done to assess each property. The results obtained indicated that moisture was reduced with drying by 74 to 87%, depending on the temperature. Also ascorbic acid decreased with drying, being 7% for 50 ºC and increasing up to 28% for the highest temperature (80 ºC). The phenolic compounds and antioxidant activity were also very much affected by the drying temperature. The water activity of the dried samples varied from 0.658 to 0.753, being compatible with a good preservation. Regarding colour, the total colour difference between the dried samples and the fresh sample was found to vary in the range 9.45 – 17.17. The textural parameters were also much affected by drying, namely hardness which decreased by 45 to 72 %, and all other parameters increased: cohesiveness (approximately doubled), springiness (increased 2 to 3 times) and chewiness which increased up to 2.5 times that off the fresh sample. Adhesiveness, which was observed for the fresh samples (-4.02 N.s) disappeared in all the dried samples. The sensorial analysis made to the dried samples allowed establishing the sensorial profiles as shown in Figure 1.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.

Natural variation in expression of genes associated with carotenoid biosynthesis and accumulation in cassava (Manihot esculenta Crantz) storage root.

ABSTRACT: BACKGROUND: Cassava (Manihot esculenta Crantz) storage root provides a staple food source for millions of people worldwide. Increasing the carotenoid content in storage root of cassava could provide improved nutritional and health benefits. Because carotenoid accumulation has been associated with storage root color, this study characterized carotenoid profiles, and abundance of key transcripts associated with carotenoid biosynthesis, from 23 landraces of cassava storage root ranging in color from white-to-yellow-to-pink. This study provides important information to plant breeding programs aimed at improving cassava storage root nutritional quality. RESULTS: Among the 23 landraces, five carotenoid types were detected in storage root with white color, while carotenoid types ranged from 1 to 21 in storage root with pink and yellow color. The majority of storage root in these landraces ranged in color from pale-to-intense yellow. In this color group, total ß-carotene, containing all-E-, 9-Z-, and 13-Z-ß-carotene isomers, was the major carotenoid type detected, varying from 26.13 to 76.72 %. Although no ?-carotene was observed, variable amounts of a ?-ring derived xanthophyll, lutein, was detected; with greater accumulation of ?-ring xanthophylls than of ß-ring xanthophyll. Lycopene was detected in a landrace (Cas51) with pink color storage root, but it was not detected in storage root with yellow color. Based on microarray and qRT-PCR analyses, abundance of transcripts coding for enzymes involved in carotenoid biosynthesis were consistent with carotenoid composition determined by contrasting HPLC-Diode Array profiles from storage root of landraces IAC12, Cas64, and Cas51. Abundance of transcripts encoding for proteins regulating plastid division were also consistent with the observed differences in total ß-carotene accumulation. CONCLUSIONS: Among the 23 cassava landraces with varying storage root color and diverse carotenoid types and profiles, landrace Cas51 (pink color storage root) had low LYCb transcript abundance, whereas landrace Cas64 (intense yellow storage root) had decreased HYb transcript abundance. These results may explain the increased amounts of lycopene and total ß-carotene observed in landraces Cas51 and Cas64, respectively. Overall, total carotenoid content in cassava storage root of color class representatives were associated with spatial patterns of secondary growth, color, and abundance of transcripts linked to plastid division. Finally, a partial carotenoid biosynthesis pathway is proposed.

Effect of post-emergent herbicides application on carotenoid concentration in green corn.

Considering the influence of herbicides in the metabolism of the carotenoids in corn, the objective of the present study was to evaluate the effect of herbicides and genotype on carotenoids concentration. The green corn hybrids BRS 1030 and P30F53 were subjected to a post-emergent herbicides application at 20 and 30 days after emergence. Carotenoids were extracted from corn grains and analyzed to quantify ?- and ?-carotene, lutein, zeaxanthin, ?-cryptoxanthin, total carotenoids (TC), and total of vitamin A carotenoids precursors (proVA). The application of foramsulfuron + iodosulfuron-methyl-sodium (40 + 2.6 g ha-1), nicosulfuron (20 g ha-1), mesotrione (120 g ha-1) and tembotrione (80 g ha-1 and 100 g ha-1) promoted higher concentration of carotenoids in fresh green corn. Lutein, zeaxanthin, ?-cryptoxanthin, ?-carotene, ?-carotene, proVA carotenoids, and TC concentration increased after foramsulfuron + iodosulfuron-methyl-sodium in late application (V5 to V6), nicosulfuron in both applications, mesotrione applied post-initial (V3 to V4), tembotrione (100 g ha-1) in both applications and tembotrione (80 g ha-1) in late post-application, at least for one hybrid. The content of carotenoids in the green corn kernels differed between ?BRS 1030? and ?P30F53?. Our results suggest a possibility of significant increase of carotenoids in green corn kernels through the handling of corn production with post-emergent herbicides.

Innovative therapeutic approaches for the atrophic Age-related Macular Degeneration (“dry” AMD)

Age related macular degeneration (AMD) is a major concern regarding blindness in the world. In western countries, where visual alterations due to minor pathologies as cataract and uncorrected refractive errors are easily resolved, AMD represent the main cause of blindness. Of the two existing forms of the disease, while the neovascular is more aggressive and progress quickly, geographic atrophy is the one still lacking an appropriate therapy. My PhD program was focused on investigating AMD features, trying to understand if some approaches I tested could be able to provide some suggestion about potential future therapies on “dry” AMD. In my research I developed three main projects. The most important part of the work regards the study of integrins and their fundamental role in cell adhesion in a context of interaction between retinal pigmented epithelium (RPE) and immune cells. I investigated how co-culture of these different cell lines can lead to simulate an inflammatory state inducing cell signaling, cytokine production and cell death. The use of integrin antagonists developed in our laboratory, showed how these effects can be reverted. A secondary approach regards the use of antioxidants and their role in epigenetic modifications in ARPE-19 cells to investigate how these compounds might exert their well-known protective role on AMD. Commonly used antioxidants as Lutein and Quercetin do not induce clear epigenetic modifications through histone H3 acetylation indicating only a limited involvement.