Polpa de jambolão (Eugenia jambolana Lam.) fresca e desidratada: características físico-químicas, bioativas e funcionais, efeitos biológicos em Caenorhabditis elegans e uso para produção de frozen yogurt caprino probiótico

This work evaluated the fresh, spray dried (with 10 % of Arabic Gum) and freeze dried jambolan pulp (Eugenia jambolana Lam.) in regard to physicochemical (pH, moisture, water activity, average particle diameter, solubility and color), bioactive [total phenolic content (TPC), monomeric anthocyanin, pronathocyanidin (PA), total elagic acid (TEA), myricetin and cyanidin] and in vitro functionality (antioxidant, antienzymatic and antimicrobial activities]. In addition, the in vivo functionality of jambolan pulp was investigated using the Caenorhabditis elegans model for insulin signaling, longevity and induced neurodegeneration (Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease related symptoms). The dried jambolan pulp presented TPC retention (50% to 75%), PA (90% to 98%), TEA (31% to 83%), myricetin (40% to 84%), cyanidin (72% to 84%) and antioxidant activity (15%). The fresh jambolan pulp, the freeze dried pulp and the spray dried jambolan pulp presented high enzymatic inhibitory activity against pancreatic lipase (4,4 to 5,8 mg/mL), alpha-glycosidase (10,3 to 13,8 mg/mL) and alpha-amylase (8,9 to 11,2 mg/mL). They also were active inhibitors against the pathogen S. aureus. The dried jambolan experimental samples were able to increase the expression of several genes linked to the insulin signaling pathways (SIR-2.1, PPTR-1, DAF-16, SOD-3, e CTL) and increased the lifespan in C. elegans (18,07 % - 24,34 %), besides decreasing the amyloid AB1-42 aggregation induced paralysis and MPP+ (1-methyl-4-phenylpyridinium) induced neurodegeneration. Based on that, the jambolan pulp and the spray dried jambolan pulp were further selected for the production of caprine frozen yogurt with the addition of Bifidobacterium animalis subsp. lactis BI-07. The final product were evaluated in regard to their physicochemical (pH, acidity, total solids, protein, total reducing sugars, fat, ashes, overrun, melting test), bioactive (TPC and monomeric anthocyanin, antioxidant activity, probiotic viability and sensory analysis (sensory acceptance). The results showed that samples with probiotic had lowest pH and higher acidity, TPC, anthocyanin and antioxidant activity. It was also observed low overrun (14.2% to 22.6%). vi Samples with probiotic had lower flavor scores. Overall, this research presents the jambolan as a highly functional bioactive-rich fruit with the potential to modulate important biological pathways, extend lifespan and retard the development of neurodegenerative diseases. Jambolan is an underexploited exotic fruit with a high colorant potential and this thesis shows for the first time in the literature important technological, biological and scientific data about this fruit that could be used towards the development of health-oriented food products.

Características bioativas, funcionais e efeito protetor do resíduo desidratado de camu-camu (Myrciaria dubia H.B.K. (McVaugh)) sobre doenças degenerativas utilizando modelos in vivo C. elegans

Camu-camu (Myrciaria dubia H.B.K. (McVaugh)) is a native Amazon fruit, recognized worldwide as one of the main natural sources of ascorbic acid. Due to its great acidity, this fruit is generally consumed after processing into juice or as ingredient in food preparations. As a co-product of the camu-camu processing, a significant amount of agroindustrial residue is generated. Despite the studies showing the bioactive value and biological potential of the fruit, few studies have approached the possible processing techniques, transformation and preservation of camu-camu fruits and its agroindustrial pomace. Therefore, the present work has the objective of evaluating two different drying processes applied to camu-camu pomace (peel and seeds with residual pulp), freeze drying and hot air drying, in order to obtain a functional fruit product. This thesis was divided into three stages: the first one shows the studies related to the freeze drying and hot air drying, where we demonstrated the impact of the selected drying techniques on the bioactive components of camu-camu, taking the fresh pomace as the control group. Among the investigated conditions, the groups obtained at 50ºC and 4 m/s (SC50) and 80ºC and 6 m/s (SC80) were selected as for further studies, based on their ascorbic acid final content and Folin-Ciocalteau reducing capacity. In addition to SC50 and SC80, the fresh pomace (RF) and freeze dried (RL) samples were also evaluated in these further stages of the research. Overall, the results show higher bioactive concentration in the RF samples, followed by RL, SC50 and SC80. On the second step of the research, the antioxidant, antimicrobial and antienzymatic activities were evaluated and the same tendency was observed. It was also reported, for the first time in the literature, the presence of syringic acid in dried camu-camu pomace. In the third and final stage of the research, it was investigated the effect of dried camu-camu on aging and neuroprotective disorders, using the in vivo model C.elegans. It was observed that camu-camu extracts were able to modulate important signaling genes relevant to thermal and oxidative stresses (p < 0.05). The polar acid, polar basic and polar neutral fractions obtained from the low molecular extracts of SC50 were able to extend the lifespan of wild type N2 C. elegans in 20% and 13% (p < 0.001). Results also showed that the paralysis induced by the β1-42 amyloid was significantly (p < 0.0001) retarded in CL4176 worms. Similarly, the camu-camu extracts attenuated the dopaminergic induction associated to Parkinson’s disease. Finally, a global analysis of the data presented here reveal that the camu-camu pomace, a co-product obtained from the industrial processing of a native Brazilian fruit, is a relevant natural source of health relevant compounds. This thesis, shows for the first time, the multifunctionality of camu-camu pomace, a natural resource still underexploited for scientific, commercial and technological purposes.

Produção de nanopartículas contendo peptídeos bioativos de microalgas

A produção de peptídeos bioativos de distintas fontes de proteínas vem ganhando espaço na produção científica e tecnológica, despertando interesse do setor empresarial. Paralelamente a isso, devido à elevada concentração de proteínas na biomassa das microalgas Spirulina e Chlorella, estas apresentam grande potencial para a extração de biocompostos com alto valor agregado, como biopeptídeos de microalgas. As proteínas são uma importante fonte de peptídeos bioativos, mas estes não estão ativos na proteína precursora e devem ser liberados para que apresentem efeitos fisiológicos desejados. Essa liberação pode ser feita através de hidrólise enzimática a partir de proteases, sendo um dos métodos mais utilizados para a produção destes biocompostos. Dentro deste contexto, vários estudos vêm mostrando o uso da tecnologia por secagem em spray dryer para a obtenção de nanopartículas que contenham compostos bioativos, sendo, essa técnica, amplamente utilizada para transformar líquidos em pós, podendo ser aplicada em materiais sensíveis à temperatura. Este estudo teve como objetivo obter peptídeos bioativos através da reação enzimática, tendo como substrato a biomassa de Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella pyrenoidosa e, na sequência, obter nanopartículas contendo os biopeptídeos. Primeiramente, foram testadas as 3 proteases comerciais (Protemax 580 L, Protemax N 200 e pepsina) para a produção de hidrolisados proteicos de microalgas, para isso foram realizados 3 delineamentos compostos centrais para cada microalga em estudo (Chlorella e Spirulina). Os delineamentos utilizados foram do tipo 23 com três repetições no ponto central, variando-se a concentração de enzima (5 a 10 U.mL-1), a concentração de substrato (5 a 10 %) e o tempo de reação (60 a 240 min). Após, realizou-se 2 delineamentos compostos rotacionais do tipo 22 com pontos centrais, um para cada microalga, utilizando-se para a hidrólise a enzima Protemax 580L (5 U.mL-1) variando-se a concentração de substrato e tempo de reação, para todos ensaios estudou-se a solubilidade, capacidade de retenção de água, atividade antioxidante e digestibilidade. Foi selecionado um ensaio para cada microalga, levando em conta os melhores resultados. Então nova hidrólise enzimática foi realizada sendo o sistema reacional composto pela enzima Protemax 580 L (5 U.mL-1) e pela biomassa de Spirulina sp. LEB 18 ou Chlorella pyrenoidosa (4% de proteína) durante tempo de 200 min. Os hidrolisados foram purificados por filtração a vácuo com membranas millipores de diferentes tamanhos (0,45; 0,2 e 0,1 µm) e por colunas com membrana vertical Amicon® Ultra 0.5 (3K e 10K), sendo que após cada etapa, foi realizado teste de atividade antioxidante pelos métodos de poder redutor, DPPH e ABTS, a fim de verificar a permanência da atividade antioxidante. Utilizou-se nano spray dryer Büchi modelo B 90 para a secagem das amostras, sendo o tamanho das partículas obtidas analisados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por fim, conclui-se que a biomassa de microalgas pode ser utilizada como fonte de produção de peptídeos bioativos com elevada atividade antioxidante e que dentre as microalgas estudadas, Spirulina sp. LEB 18 apresentou melhores resultados, em todas as análises realizadas, quando comparada com Chlorella pyrenoidosa. Esse estudo, também visou utilizar a nanobiotecnologia para obtenção de nanoparículas contendo os biopeptídeos, para tal, utilizou-se o nano Buchi Spray Dryer B-90, o qual gerou partículas nanométricas de 14 a 18 nm para o hidrolisado de Spirulina e de 72 a 108 nm para o hidrolisado de Chlorella.

Surfactina: propriedades químicas, tecnológicas e funcionais para aplicações em alimentos

Surfactin, a lipopeptide produced by strains of Bacillus subtilis, has been proved to be a suitable biosurfactant in several applications. For many years, it has been investigated mainly for oil recovery and environmental usage. Its chemical, technological and functional characteristics turn surfactin into an attractive compound for several utilizations. In this review we emphasize some aspects of surfactin as a new food ingredient and its potential pharmaceutical and health applications.

Mecanismos de ação de compostos bioativos dos alimentos no contexto de processos inflamatórios relacionados à obesidade

É indiscutível o papel da dieta e dos alimentos na manutenção da saúde e na redução do risco de DCNT. Estudos epidemiológicos mostram que o aumento do consumo de alimentos de origem vegetal influencia positivamente a saúde, enquanto estudos in vitro e in vivo em modelo animal elucidam os mecanismos pelos quais compostos bioativos não nutrientes, presentes nos alimentos, atuam na manutenção da saúde e na redução do risco de doenças. A modulação da expressão de genes que codificam proteínas envolvidas em vias de sinalização celular ativadas em DCNT é um dos mecanismos de ação dos compostos bioativos, sugerindo que estes possam ser essenciais à manutenção da saúde. A biodisponibilidade dos compostos bioativos de alimentos, as suas rotas metabólicas e o modo de ação de seus metabólitos são importantes fatores no seu efeito nas DCNT. Todos esses aspectos são temas de investigações recentes, cujos resultados contribuem para a compreensão da ocorrência e desenvolvimento das DCNT e da sua relação com a dieta. Essa revisão visou discutir alguns dos mecanismos envolvidos na resposta inflamatória induzida pela obesidade, apresentar os compostos bioativos de alimentos que modulam essa resposta inflamatória e sua relação com o metabolismo desses compostos.

Development of nanohydrogels as a vehicle for the release of bioactive compounds in food matrices

PhD in Chemical and Biological Engineering

Surfactina: propriedades químicas, tecnológicas e funcionais para aplicações em alimentos

Surfactin, a lipopeptide produced by strains of Bacillus subtilis, has been proved to be a suitable biosurfactant in several applications. For many years, it has been investigated mainly for oil recovery and environmental usage. Its chemical, technological and functional characteristics turn surfactin into an attractive compound for several utilizations. In this review we emphasize some aspects of surfactin as a new food ingredient and its potential pharmaceutical and health applications.

Propriedades funcionais (tecnológicas) da parede celular de leveduras da fermentação alcoólica e das frações glicana, manana e glicoproteína

Foram objetivos do presente trabalho o fracionamento, a caracterização química e o estudo das propriedades funcionais (tecnológicas) da fração parede celular (PC) de leveduras da fermentação alcóolica e das subfrações glicana, manana e glicoproteína. O fracionamento foi realizado por processos físico-químicos de extração, centrifugação e secagem em spray dryer, a caracterização química pela determinação da composição centesimal e as propriedades funcionais pelo uso de técnicas apropriadas. Os componentes predominantes da parede celular (PC) foram proteína (19%) e fibra solúvel (74%), da fração glicoproteina, foram as proteínas (35,5%) e fibra solúvel (56%), nas frações manana (M) e glicana solúvel (GS) predominaram as fibras solúveis (~70%) e na fração glicana insolúvel (GI), as fibras insolúveis (70,7%). A solubilidade das várias frações em meio aquoso não mostrou dependência do pH e variou entre 40% e 100%. A fração que apresentou maior capacidade de retenção de água (CRA) foi a glicana solúvel (14,4 g H2O/g de amostra) e os maiores índices de solubilidade em água (ISA) foram os das frações glicoproteina (83,8%) e manana (60%). As frações glicana (GS e GI) apresentaram boas propriedades de geleificação nas concentrações de 12 e 14% de sólidos solúveis. As frações glicoproteína, manana e glicana solúvel apresentaram excelente capacidade de emulsificação (1.500 a 2.000 mL óleo/g amostra) e as emulsões de glicoproteína e glicana solúvel foram as mais estáveis. Adição de igual concentração (0,2%) de ovalbumina aumentou significativamente o poder de emulsificação das frações PC e GS e contribuiu para a estabilidade das emulsões da manana e da glicoproteína (M e GP).

Secagem do resíduo de acerola (Malphigia emarginata D.C.): estudo do processo e avaliação do impacto sobre o produto final

Brazil, one of the largest agricultural producers in the world, has managed in recent years to significantly improve its production. However, in response to this advance in the agro-industrial sector, the generation of agro-industrial residues has also increased. New technological alternatives have to be implemented in order to bring economic and rational use of this material and drying is one of the possible choices. Considering the great importance that bioactive compounds present for food science and technology, this research aims to evaluate the air-drying process of acerola residue in a tray convective drier under controlled temperature (60, 70 e 80ºC), air velocity (4.0, 5.0 e 6.0 m/s) and material width (0.5, 0.62 e 0.75 cm) by applying an experimental planning 23 + 3. Based on that, the impact on physical-chemical characteristics, color, bioactive compounds concentration and antioxidant activity of dried acerola waste was evaluated, having the in natura and freeze dried waste as control groups. Dried acerola residue presented natural pigments, mainly carotenoids (143.68 - 68.29 mg/g) and anthocyanins (290.92 - 90.11 mg/100 g), which explain the red and yellow instrumental color parameters observed. The acerola residue powder is also rich in phenolic compounds (3261.11 -2692.60 mgGAEeq/100g), proanthocyanidins (61.33-58.46 eq/100g), ascorbic acid (389.44 739.29 mg/100 g) and DPPH antioxidant activity (20.91 24.72 μg Trolox eq/g). Results show decreased concentration of phenolic compounds, anthocyanins, carotenoids, proanthocyanidins and ascorbic acid caused by the air-drying process. However, even after the observed drying losses, the acerola residue powder can be considered a high value food ingredient, considering the high bioactive compounds concentration found in the final product, as well as the colorimetric characterization and microbiological stability of the dried powder

Colágeno: caracteristicas químicas e propriedades funcionais

Many types of food contain ingredients or bioactive compounds that provide health benefits. The collagen is a fibrous protein found in the connective tissue of the body, and it plays a part in the tissues resistance and elasticity. Due to their functional characteristics, this protein has been added into foods in order to achieve therapeutic effects. This paper aimed at showing how the collagen formation occurs, and the beneficial effects of this compound in the organism as well as its characteristics, properties and applications in food.

Compostos bioativos e atividade sequestrante de radicais livres de quatro cultivares do Coffea arabica L. em diferentes estádios de maturação dos frutos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Potencial de resíduos agroindustriais como fontes de compostos bioativos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estabilidade química e funcional dos compostos bioativos da polpa de buriti congelada, liofilizada e atomizada

O buriti (Mauritia flexuosa L.) é um fruto rico em carotenoides, ácidos graxos e compostos fenólicos com grande potencial de industrialização. Entretanto, sua vida útil reduzida dificulta a comercialização e um maior aproveitamento. Dessa forma, tecnologias de processamento podem ser empregadas para que haja maior utilização e expansão do buriti. Este trabalho teve como objetivo caracterizar polpa de buriti congelada, liofilizada e atomizada, quantificando os compostos bioativos (carotenoides e ácidos graxos), a composição centesimal e mineral, além de avaliar a estabilidade química e funcional da polpa submetida a esses tratamentos ao longo do tempo de armazenamento. Polpas de buriti oriunda da Comunidade Boa Vista, zona rural do município de Arinos, MG, foram submetidas a três processamentos: congelamento (eleito como controle), liofilização e atomização (com adição de maltodextrina como coadjuvante de tecnologia). Após o processamento, as polpas foram acondicionadas em embalagens laminadas compostas por poliéster, alumínio e polietileno (25 x 25 cm), com capacidade para 100 g cada, e armazenadas a -23 °C para o congelamento e a temperatura ambiente para as polpas desidratadas. As análises físicas, químicas, nutricionais e funcionais foram realizadas logo após o processamento, para caracterização das polpas e nos períodos: 1, 14, 28, 42 e 56 dias, para avaliação da estabilidade. O delineamento experimental empregado constituiu-se de dois fatores (processamento e período) e a interação entre eles. Os dados foram analisados estatisticamente por meio da Análise de Variância Univariada (ANOVA) com nível de significância de 5 %. Constatou-se que durante a estocagem a polpa liofilizada apresentou maior brilho, menor opacidade, valores inferiores para o pH, menor variação da atividade de água e maior acidez titulável. Esses parâmetros são importantes indicadores de qualidade da polpa durante a sua estocagem, visto que dificultam o desenvolvimento microbiano. A adição da maltodextrina no processo de atomização acarretou maiores teores de sólidos solúveis em relação aos demais tratamentos. Os resultados demonstraram que, ao longo do armazenamento, a liofilização contribuiu para a melhor preservação dos carotenoides totais. A quantificação dos carotenoides e dos ácidos graxos na polpa congelada demonstrou que houve melhor preservação de carotenoides do tipo alfa e beta caroteno, dos ácidos graxos oleico, indicando maior valor nutricional para a alimentação humana. Apesar dos resultados satisfatórios para a polpa congelada, durante o tempo analisado a polpa congelada apresentou maiores perdas em relação à polpa liofilizada. Para a classe dos compostos fenólicos, a liofilização apresentou melhores resultados ao longo da estocagem. O uso de baixas temperaturas foi mais efetivo para a preservação dos compostos bioativos analisados. Portanto, pode-se concluir que o emprego da liofilização é a alternativa mais adequada entre as avaliadas, para o aproveitamento da polpa de buriti na indústria de alimentos, uma vez que esse tratamento preservou todos os constituintes avaliados durante a estocagem.

Estudo de composto com propriedades funcionais em flor de cardo submetida a diferentes tratamentos de secagem

O cardo é uma planta que encontra-se associada ao fabrico de queijo, pois é responsável pelo fenómeno da coagulação do leite. No entanto, têm aumentado o número de estudos realizados nesta planta, relacionados com a composição química, de forma a perceber os benefícios para a saúde. O objetivo desta dissertação foi caracterizar a flor de cardo relativamente à sua atividade antioxidante, composição em compostos fenólicos e avaliar a sua estabilidade ao longo do trato digestivo. Para tal, foram estudas amostras de flor de cardo da espécie C. cardunculus spp flavescens, após liofilização e secagem em estufa com convecção forçada a diferentes temperaturas (40ºC, 50ºC e 60ºC). Após cada tratamento, efetuaram-se duas extrações sucessivas com soluções de metanol (98% v/v) e de acetona (60% v/v). Os extratos obtidos foram depois utilizados para quantificar os teores em compostos fenólicos totais, em orto-difenois e em flavonóides. A atividade antioxidante foi determinada utilizando os métodos DPPH e ABTS. Por fim, procedeu-se à avaliação da bioacessibilidade dos compostos presentes submetendo os vários extratos a condições simulantes do trato digestivo. Pela análise dos resultados obtidos foi possível constatar que a quantidade de compostos fenólicos e atividade antioxidante na flor de cardo varia consoante a temperatura de secagem, ocorrendo a diminuição à medida que se aumenta a temperatura. Os resultados obtidos para a bioacessibilidade mostraram um comportamento distinto dos extratos de metanol e de acetona. No entanto, em ambos os casos ocorreu uma diminuição na quantidade de compostos disponíveis para absorção intestinal.

Influência do processo de secagem na qualidade do cogumelo shiitake

Edible mushroom are highly perishable foods. Drying is an alternative to provide safe storage. In this work, the effects of some drying parameters on the quality of Shiitake mushroom were investigated: geometry of the raw material (whole and sliced), drying temperature (50 °C and 70 ºC) and final moisture content (5% and 15% wb). Experimental kinetics of drying was built and color and texture analyses were done in fresh and in rehydrated dried product. The effect of parameters was evaluated by analysis of variance and test of multiple comparisons. Drying kinetics showed that drying happened in falling-rate period and sliced mushroom dried at 70 ºC required lesser drying time than other treatments. Mushroom dried at 70 ºC showed less darkening. Drying time affected mushroom quality, evaluated by great hardness, gummosis and darkening.