Silver ion high pressure liquid chromatography provides unprecedented separation of sterols: application to the enzymatic formation of cholesta-5,8-dien-3 beta-ol.

We report that silver ion HPLC provides remarkable separations of C27 sterols differing only in the number or location of olefinic double bonds. This technique has been extended to LC-MS, analysis of purified components by GC, GC-MS, and 1H NMR, and to its use on a semipreparative scale. The application of this methodology for the demonstration of the catalysis, by rat liver microsomes, of the conversion of 7-dehydrocholesterol to cholesta-5,8-dien-3 beta-ol is also presented.

The dwarf-1 (dt) Mutant of Zea mays blocks three steps in the gibberellin-biosynthetic pathway.

In plants, gibberellin (GA)-responding mutants have been used as tools to identify the genes that control specific steps in the GA-biosynthetic pathway. They have also been used to determine which native GAs are active per se, i.e., further metabolism is not necessary for bioactivity. We present metabolic evidence that the D1 gene of maize (Zea mays L.) controls the three biosynthetic steps: GA20 to GA1, Ga20 to GA5, and GA5 to GA3. We also present evidence that three gibberellins, GA1, GA5, and GA3, have per se activity in stimulating shoot elongation in maize. The metabolic evidence comes from the injection of [17-13C,3H]GA20 and [17-13C,3H]GA5 into seedlings of d1 and controls (normal and d5), followed by isolation and identification of the 13C-labeled metabolites by full-scan GC-MS and Kovats retention index. For the controls, GA20 was metabolized to GA1,GA3, and GA5; GA5 was metabolized to GA3. For the d1 mutant, GA20 was not metabolized to GA1, GA3, or to GA5, and GA5 was not metabolized to GA3. The bioassay evidence is based on dosage response curves using d1 seedlings for assay. GA1, GA3, and GA5 had similar bioactivities, and they were 10-times more active than GA20.

Analysis of metabolic pathways by the growth of cells in the presence of organic solvents.

A new approach to the analysis of metabolic pathways involving poorly water-soluble intermediates is proposed. It relies upon the ability of the hydrophobic intermediates formed by a sequence of intracellular reactions to cross the membrane(s) and partition between aqueous and organic phases, when cells are incubated in the presence of a nonpolar and nontoxic organic solvent. As a result of this thermodynamically driven efflux of the formed intermediates from the cell, they accumulate in the organic medium in sufficient quantities for GC-MS analysis and identification. This enables direct determination of the sequence of chemical reactions involved with no requirement for the isolation of each individual metabolite from a cell-free extract. The feasibility of the proposed methodology has been demonstrated by the elucidation of the biosynthesis of (R)-gamma-decalactone from (R)-ricinoleic acid catalyzed by the yeast Sporidiobolus ruinenii grown in the presence of decane. The corresponding 4-hydroxy-acid intermediates, formed in the course of beta-oxidation of (R)-ricinoleic acid, were simultaneously observed in a single experiment on the same chromatogram. Potential applications of this proposed methodology are briefly discussed.

De novo biosynthesis of the aggregation pheromone components ipsenol and ipsdienol by the pine bark beetles Ips paraconfusus Lanier and Ips pini (Say) (Coleoptera: Scolytidae).

The California five-spined ips, Ips paraconfusus Lanier, produces the myrcene-derived acyclic monoterpene alcohols ipsenol (2-methyl-6-methylene-7-octen-4-ol) and ipsdienol (2-methyl-6-methylene-2,7-octadien-4-ol) as components of its aggregation pheromone. The pine engraver beetle, Ips pini (Say), produces only ipsdienol. Previous studies have shown that myrcene, a monoterpene in the pines colonized by these beetles, is a direct precursor to these pheromone components. In vivo radiolabeling studies reported here showed that male I. paraconfusus incorporated [1-14C]acetate into ipsenol, ipsdienol, and amitinol (trans-2-methyl-6-methylene-3,7-octadien-2-ol), while male I. pini incorporated [1-14C]acetate into ipsdienol and amitinol. Females of these species produced neither labeled nor unlabeled pheromone components. The purified radiolabeled monoterpene alcohols from-males were identified by comparison of their HPLC and GC retention times with those of unlabeled standards. HPLC-purified fractions containing the individual radiolabeled components were analyzed by GC-MS and were shown to include only the pure alcohols. To further confirm that ipsdienol and ipsenol were radiolabeled, diastereomeric ester derivatives of the isolated alcohols were synthesized and analyzed by HPLC and GC-MS. After derivatization of the radiolabeled alcohols, the HPLC analysis demonstrated expected shifts in retention times with conservation of naturally occurring stereochemistry. The results provide direct evidence for de novo biosynthesis of ipsenol, ipsdienol, and amitinol by bark beetles.

Avaliação de técnicas cromatográficas acopladas a espectrometria de massas para análise de morfolina em manga

A constante preocupação com o aumento do uso de agrotóxicos nas lavouras e os riscos gerados pelos resíduos destes compostos fazem com que os órgãos responsáveis pela fiscalização de alimentos no Brasil controlem a presença dessas substâncias nos produtos que chegam à mesa do consumidor. Atualmente, um dos grandes problemas na produção de alimentos é a utilização de substâncias proibidas em lavouras, muitas das quais não possuem estudos nem limites máximos de resíduos (LMR) estabelecidos, assim como a utilização de substâncias já registradas, mas em quantidades ou métodos de manejo incorretos. Ambos os casos podem resultar em sérios problemas à saúde humana. O objetivo deste estudo foi a avaliação da determinação de morfolina em amostras de manga utilizando técnicas como a Extração em Fase Sólida e a Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (SPE-GC-MS), assim como a Microextração em Sorvente Empacotado e Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (MEPS-GC-MS). Um segundo objetivo deste estudo consistiu em desenvolver, validar e avaliar uma metodologia analítica capaz de identificar quantitativamente a morfolina em amostras de manga por Cromatografia Líquida de Ultra Eficiência acoplada a Espectrometria de Massas em tandem (UHPLC-MS/MS). Para análise por GC-MS fez-se necessária a etapa de derivatização do analito, de forma que o mesmo aumentasse sua volatilidade e diminuísse a polaridade. A comparação entre as técnicas SPE e MEPS não foi possível devido ao efeito de matriz causado pela contaminação do liner e da coluna cromatográfica. Já a metodologia validada por UHPLC-MS/MS seguiu os critérios exigidos pelo Manual de Garantia da Qualidade Analítica, do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA). O método foi aplicado em mangas de diferentes variedades obtidas no comércio local. Não foram encontrados resíduos de morfolina em nenhuma das amostras investigadas, de acordo com a metodologia proposta. Os resultados apresentados neste trabalho estabelecem metodologias eficientes, rápidas e de baixo custo na determinação de morfolina em amostras de manga.

Análise química e atividades biológicas de Guatteria elliptica R. E. Fries (Annonaceae)

A espécie endêmica G. elliptica R. E. Fries não apresentava estudos fitoquímicos e biológicos detalhados na literatura. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar a composição química e as propriedades biológicas dos óleos essenciais, extratos brutos, alcaloides totais, tortas, frações das tortas, amostras isoladas dessa espécie. O material vegetal foi coletado em Paranapiacaba (Santo André, SP, Brasil). O óleo essencial extraído das folhas por destilação à vapor apresentou um rendimento de 0,2%. A análise histológica das folhas encontrou óleo em células oleíferas localizadas no parênquima esponjoso. A composição do óleo (CG-EM) indicou espatulenol e óxido de cariofileno como compostos majoritários. Os alcaloides totais foram obtidos dos extratos brutos das folhas e dos galhos e analisados por CG-EM, identificando quatro aporfinas (nornuciferina, estefarina, corituberina e asimilobina) e duas protoberberinas (discretamina e caseadina). Os alcaloides totais foram fracionados em coluna cromatográfica ou por Extração em Fase Sólida e purificados por cromatografia em camada preparativa, originando duas amostras (Amostra 9 e 10). Na Amostra 9, foram identificados dois alcaloides aporfinicos nornuciferina e asimilobina (CG-EM e RMN-1H). Na Amostra 10, foram identificados (LC-EM/EM) cinco alcaloides aporfínicos (desidronantenina, glaunidina, liriodenina, N-óxido de oliverina e telikovina) e um alcaloide protoberberínico (caseadina). Caseadina, glaunidina, N-óxido de oliverina e telikovina não foram previamente identificados em Guatteria. Os resíduos dos extratos brutos livres de alcaloides foram fracionados pelo método de partição com solventes de polaridade crescente. Os extratos brutos e as frações acetato de etila e butanólicas de folhas e galhos apresentaram flavonoides (NP-PEG). Nos ensaios biológicos, a melhor atividade antioxidante (sequestro do radical DPPH) foi encontrada para a fração clorofórmica dos galhos (EC50=24,25±1,14 µg/mL) e a torta dos galhos (EC50=26,23±4,20 µg/mL). No ensaio antimicrobiano pelo método turbidimétrico a atividade mais importante foi obtida contra Staphylococcus aureus (ATCC 6538) para os alcaloides totais dos galhos (CIM/CBM=0,12±0,01/0,26 mg/mL) e das folhas (CIM/CBM=0,21±0,01/0,28 mg/mL), e fração hexânica das folhas (CIM/CBM=0,24±0,02/>1 mg/mL). Uma alta atividade antitumoral foi observada frente a células humanas de mama (MCF-7) para Amostra 10 (IC50=2,28±0,18 µg/mL), fração de acetato de etila das folhas (IC50=4,47±0,40 µg/mL), óleo essencial (IC50=7,01±0,23 µg/mL) e os alcaloides totais das folhas (IC50=9,32±0,36 µg/mL). Para as células de próstata (PC-3), foi encontrada atividade para a Amostra 10 (IC50=1,37±0,36 µg/mL) e o óleo essencial (IC50=5,32±0,35 µg/mL). A futura aplicação dos extratos e frações de G. elliptica como um agente antitumoral parece ser segura, pois mantiveram uma viabilidade celular maior do que 90% no ensaio de citotoxicidade com culturas de fibroblasto murino (BALB/c 3T3, ATCC CCL-163) nas concentrações onde a atividade antitumoral foi promissora (<30 µg/mL) contra MCF-7 e/ou PC-3.

Extração, determinação da composição fenólica e avaliação do potencial de desativação de espécies reativas de oxigênio e da atividade anti-inflamatória de resíduos de amendoim, pimenta-rosa e pimenta-do-reino

O setor agroindustrial tem se expandido muito nos últimos anos, levando o país a um aumento na geração de resíduos agroindustriais, sendo que a maior parte deles ainda é descartada no meio ambiente, sem tratamento adequado, ou utilizada na alimentação animal, destinos que a priori, não geram ganhos econômicos para a agroindústria além de representarem gargalos logísticos e ambientais na sua disposição. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivos otimizar o processo de extração de compostos bioativos, avaliar in vitro as atividades antioxidante, por meio da desativação de espécies reativas de oxigênio, e anti-inflamatória, bem como determinar a composição fenólica dos resíduos agroindustriais a saber: película de amendoim (Arachis hypogaea) (cultivares IAC886 e IAC505), pimenta-rosa (Schinus terebinthifolius Raddi) e pimenta-do-reino (Piper Nigrum L). O processo de otimização da extração de compostos antioxidantes foi realizado utilizando dois processos de extração, extração convencional e subcrítica, em delineamento composto central rotacional, utilizando como variáveis a temperatura e tempo e a pressão e temperatura, respectivamente, com os solventes etanol 80%, água e propilenoglicol 80%. Durante o processo de otimização a atividade antioxidante foi avaliada pelo método de sequestro do radical ABTS. Os melhores resultados foram obtidos para a extração convencional com os solventes etanol 80%, água e propilenoglicol 80%. A película de amendoim (IAC505) apresentou as maiores atividades antioxidantes (1.396,67, 580,44 e 859,89 μmol.g-1 em equivalentes de trolox, para os solventes etanol 80%, água e propilenoglicol 80%, respectivamente). A partir dos resultados obtidos para os solventes testados, utilizando a extração convencional, foram feitas outras análises de atividade antioxidante considerando o tempo e temperatura ideal de extração. Foram realizadas análises de avaliação da capacidade de redução de Folin-Ciocalteau e potencial de desativação dos radicais livres sintéticos (DPPH e ABTS) e espécies reativas de oxigênio (radicais peroxila, superóxido e ácido hipocloroso). O solvente de extração que apresentou melhores resultados em todos os ensaios foi o etanol 80%, sendo, portanto o solvente utilizado nas análises subsequentes. A partir da definição do melhor sistema extrator foram realizadas análises da composição fenólica, por meio das técnicas de cromatografia líquida de alta eficiência em modo analítico (HPLC-RP), cromatografia gasosa acoplada com espectrometria de massas (GC-MS), e avaliação in vitro da atividade anti-inflamatória. Foram identificados nos resíduos estudados procianidinas B1 e B2, ácido p-cumárico, miricetina, ácido ferúlico, ácido siríngico, ácido sinápico, epicatequina e catequina. A pimenta-do-reino diminui significativamente os níveis de TNF-α e nitritos, reduzindo assim o processo inflamatório gerado. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram que estes resíduos agroindústrias possuem grande potencial biológico, podendo assim ser melhores aproveitados tanto pela indústria de alimentos quanto pela indústria farmacêutica.

Química da matéria orgânica e pedogênese em Latossolos húmicos sob vegetação de cerrado

A matéria orgânica do solo (MOS) representa um importante reservatório de carbono (C) nos ecossistemas terrestres. O conteúdo de C estocado no solo pode ser liberado para a atmosfera na forma de CO2, com a decomposição da MOS, ou pode ser aumentado com a entrada de resíduos e retenção da MOS. Nesse sentido, é importante entender os mecanismos de estabilidade e retenção da MOS para predizer como os solos respondem a mudanças, quer sejam elas induzidas por alterações climáticas ou por práticas de manejo. Dentro dos Latossolos, classe que ocupa cerca de 32 % do território brasileiro, há aqueles que possuem horizonte A húmico hiper espesso e, portanto, com maior estoque de C. Aspectos sobre a origem, formação e preservação do horizonte A húmico destes solos em suas ocorrências em diferentes biomas ainda não foram completamente elucidados e estão estritamente ligados à fonte, dinâmica e mecanismos de preservação e distribuição da MOS no solo. O objetivo deste trabalho é entender a gênese da MO dos Latossolos húmicos que ocorrem no Bioma Cerrado, por meio da caracterização molecular pela técnica da pirólise acoplada à cromatografia gasosa e espectroscopia de massas (pirólise - CG/EM). Para isso, foram coletadas amostras dos horizontes A em dois perfis de Latossolos com horizonte A húmico (LH1, LH2) e um perfil de Latossolo com horizonte A moderado (solo de referência; LNH) situados em superfície de aplanamento adjacente à Serra do Espinhaço, no município de Grão Mogol - MG, sob clima tropical semi-úmido e vegetação de cerrado sensu strictu. Por meio da descrição morfológica dos solos em diferentes níveis de observação (campo, lupa e microscópio) procurou-se entender melhor os mecanismos de espessamento do horizonte A e a distribuição de partículas de carvão ao longo do perfil. As amostras dos horizontes foram submetidas ao fracionamento físico e extração da MOS, gerando as seguintes frações: fração leve livre (FLL); fração leve oclusa (FLO), fração extraível com NaOH (EXT) e resíduo (RES). A morfologia dos perfis evidencia a intensa e longa atividade biológica (fauna e raízes) a que esses solos foram e estão submetidos. Isso explica a abundância de microagregados e a consequente macropososidade elevada, assim como a ampla distribuição de fragmentos de carvão em todo o horizonte A, e parte do B, com dimensões milimétricas a submilimétricas, sugerindo a fragmentação destes ao longo do tempo. Foi evidenciado o maior conteúdo de carvões nos dois LHs em comparação ao LNH. A distribuição da MOS nas frações estudadas foi a mesma para os três perfis estudados: RES>EXT>FLL>FLO, que mostra a importância da fração RES para estes solos. Produtos da carbonização (Black carbon; BC: hidrocarbonetos poliaromáticos) foram mais abundantes na fração RES e FLO, no entanto, a maior diferença qualitativa entre a MOS de LHs e LNH diz respeito à abundância de BC na fração RES, que é maior em LHs do que LNH; confirmando a maior quantidade de carvões em LHs verificada na morfologia. Um índice de degradação do BC foi estabelecido com base em análise fatorial com os todas as frações estudadas e produtos poliaromáticos. Este índice, aplicado às frações EXT e RES, mostrou que a degradação do BC aumenta com a profundidade/idade, e não houve diferenças significativas entre os perfis estudados. Portanto, LHs provavelmente tem maior entrada de carvões, o que deve estar ligado a um histórico de maior incidência de incêndios ou maior abundância local de espécies arbóreas.

Active packaging for fresh food based on the release of carvacrol and thymol

Active packaging is becoming an emerging food technology to improve quality and safety of food products. One of the most common approaches is based on the release of antioxidant/antimicrobial compounds from the packaging material. In this work an antifungal active packaging system based on the release of carvacrol and thymol was optimized to increase the post-harvest shelf life of fresh strawberries and bread during storage. Thermal properties of the developed packaging material were determined by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Volatile compounds in food samples contained in active packaging systems were monitored by using headspace solid phase microextraction followed by gas chromatography analysis (HS-SPME-GC-MS) at controlled conditions. The obtained results provided evidences that exposure to carvacrol and thymol is an effective way to enlarge the quality of strawberries and bread samples during distribution and sale.

Ethnobotanical study of the sages used in traditional Valencian medicine and as essential oil: characterization of an endemic Salvia and its contribution to local development

Seven wild and cultivated Salvia species and two Phlomis species, used traditionally in Valencian medicine to treat a variety of external and internal ailments, were studied. New ethnobotanical data are provided, obtained from semistructured interviews with 34 people in the Valencian area. A seasonal characterization of the essential oil of a wild sage, Salvia blancoana Webb & Heldr. subsp. mariolensis Figuerola, by GC-FID and GC-MS was carried out as a means to ensure quality control of endemic traditional species such as this one, which has been commercialized by local industries. A comparison with the essential oil of Salvia lavandulifolia Vahl subsp.lavandulifolia allowed inclusion of the wild sage within the commercial 'Spanish sage' oil.

Determination of cyclic and linear siloxanes in wastewater samples by ultrasound-assisted dispersive liquid-liquid microextraction followed by gas chromatography-mass spectrometry

A fast, simple and environmentally friendly ultrasound-assisted dispersive liquid-liquid microextraction (USA-DLLME) procedure has been developed to preconcentrate eight cyclic and linear siloxanes from wastewater samples prior to quantification by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A two-stage multivariate optimization approach has been developed employing a Plackett-Burman design for screening and selecting the significant factors involved in the USA-DLLME procedure, which was later optimized by means of a circumscribed central composite design. The optimum conditions were: extractant solvent volume, 13 µL; solvent type, chlorobenzene; sample volume, 13 mL; centrifugation speed, 2300 rpm; centrifugation time, 5 min; and sonication time, 2 min. Under the optimized experimental conditions the method gave levels of repeatability with coefficients of variation between 10 and 24% (n=7). Limits of detection were between 0.002 and 1.4 µg L−1. Calculated calibration curves gave high levels of linearity with correlation coefficient values between 0.991 and 0.9997. Finally, the proposed method was applied for the analysis of wastewater samples. Relative recovery values ranged between 71–116% showing that the matrix had a negligible effect upon extraction. To our knowledge, this is the first time that combines LLME and GC-MS for the analysis of methylsiloxanes in wastewater samples.

Formation of brominated pollutants during the pyrolysis and combustion of tetrabromobisphenol A at different temperatures

Tetrabromobisphenol A (TBBPA) is the most widely used brominated flame retardant worldwide. A detailed examination of the degradation products emitted during thermal decomposition of TBBPA is presented in the study. Runs were performed in a laboratory furnace at different temperatures (650 and 800 °C) and in different atmospheres (nitrogen and air). More than one hundred semivolatile compounds have been identified by GC/MS, with special interest in brominated ones. Presence of HBr and brominated light hydrocarbons increased with temperature and in the presence of oxygen. Maximum formation of PAHs is observed at pyrolytic condition at the higher temperature. High levels of 2,4-, 2,6- and 2,4,6- bromophenols were found. The levels of polybrominated dibenzo-p-dioxins and furans have been detected in the ppm range. The most abundant isomers are 2,4,6,8-TeBDF in pyrolysis and 1,2,3,7,8-PeBDF in combustion. These results should be considered in the assessment of thermal treatment of materials containing brominated flame retardants.

Development of a novel pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry method for the analysis of poly(lactic acid) thermal degradation products

Thermal degradation of PLA is a complex process since it comprises many simultaneous reactions. The use of analytical techniques, such as differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA), yields useful information but a more sensitive analytical technique would be necessary to identify and quantify the PLA degradation products. In this work the thermal degradation of PLA at high temperatures was studied by using a pyrolyzer coupled to a gas chromatograph with mass spectrometry detection (Py-GC/MS). Pyrolysis conditions (temperature and time) were optimized in order to obtain an adequate chromatographic separation of the compounds formed during heating. The best resolution of chromatographic peaks was obtained by pyrolyzing the material from room temperature to 600 °C during 0.5 s. These conditions allowed identifying and quantifying the major compounds produced during the PLA thermal degradation in inert atmosphere. The strategy followed to select these operation parameters was by using sequential pyrolysis based on the adaptation of mathematical models. By application of this strategy it was demonstrated that PLA is degraded at high temperatures by following a non-linear behaviour. The application of logistic and Boltzmann models leads to good fittings to the experimental results, despite the Boltzmann model provided the best approach to calculate the time at which 50% of PLA was degraded. In conclusion, the Boltzmann method can be applied as a tool for simulating the PLA thermal degradation.

Biogas from MSW landfill: Composition and determination of chlorine content with the AOX (adsorbable organically bound halogens) technique

An exhaustive characterization of the biogas from some waste disposal facilities has been carried out. The analysis includes the main components (methane, carbon dioxide, nitrogen and oxygen) as well as trace components such as hydrogen sulphide, ammonia and VOCs (volatile organic compounds) including siloxanes and halogenated compounds. VOCs were measured by GC/MS (Gas Chromatography/Mass Spectrometry) using two different procedures: thermal desorption of the Tenax TA and Carbotrap 349 tubes and SPME (Solid Phase Micro-Extraction). A method has been established to measure the total halogen content of the biogas with the AOX (adsorbable organically bound halogens) technique. The equipment used to analyze the samples was a Total Organic Halogen Analyzer (TOX-100). Similar results were obtained when comparing the TOX (Total Organic Halogen) values with those obtained by GC/MS. The halogen content in all the samples was under 22 mg Cl/Nm3 which is below the limit of 150 mg/Nm3 proposed in the Spanish Regulations for any use of the biogas. The low chlorine content in the biogas studied, as well as the low content of other trace compounds, makes it suitable for use as a fuel for electricity generating engines.

Estudio de la descomposición térmica de tetrabromobisfenol A

Resumen de la comunicación presentada en el XIII Congreso Nacional de Ingeniería Química, Madrid, 18-20 noviembre 2010.