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- Microencapsulation of plant extracts rich in apigenin to be used as chemopreventive agents in functional foodsPublication . Oliveira, Franciely dos Santos de; Calhelha, Ricardo C.; Fernandes, Isabel P.; Demczuk Junior, Bogdan; Ferreira, Isabel C.F.R.; Barreiro, M.F.Angiogenesis is the process by which new blood vessels are formed from pre-existing vasculature, being a key process that leads to tumor development. Excessive angiogenesis occurs when diseased cells produce abnormally large amounts of angiogenesis factors (e.g. vascular endothelial growth factor (VEGF)) [1]. Some studies recognize phenolic compounds as chemopreventive agents; flavonoids seem to suppress the growth of tumor cells modifying the cell cycle and inducing apoptosis in several tumor cell lines [2]. Among them, apigenin derivatives have been recognized as having antiangiogenic effects on tumor cells being this related to a decrease in VEGF expression or to a VEGFR inhibition [3]. According to Ferreira et al. previous research, Arenaria montana L. is rich in apigenin derivatives [4]. Therefore, this plant source is ideal to prepare apigenin rich extracts to be used as chemoprevent i ve agents in functional foods. However, bioactive compounds are generally recognized as presenting problems of instability, which can weaken their bioavailability and potential benefits. Therefore, the use of microencapsulation is studied here as a way to confer protection and increasing the efficacy of functional foods incorporating these extracts [5]. In this work, a hydroethanolic extract prepared from A. montana was evaluated for its in vitro antiangiogenic effects, being further microencapsulated to be used as chemopreventive agent in functional yogurts.
- Valorização de produtos de montanha pela utilização de tecnologias de processamento não convencionaisPublication . Pinela, José; Barros, Lillian; Prieto Lage, Miguel A.; Antonio, Amilcar L.; Barreira, João C.M.; Cabo Verde, Sandra; Barreiro, M.F.; Carvalho, Ana Maria; Oliveira, Beatriz; Ferreira, Isabel C.F.R.Os vegetais embalados prontos a comer têm tido uma crescente aceitação por parte do consumidor por atenderem aos requisitos contemporâneos de conveniência, segurança e salubridade. O crescimento deste setor tem levado à introdução de novos produtos e à adoção de tecnologias de conservação mais eficientes, seguras e sustentáveis [1]. O consumidor procura também alimentos com características organoléticas diferenciadas das dos alimentos habitualmente consumidos diariamente. A recuperação do uso de Rumex induratus Boiss. & Reut. (azedas) e Nasturtium officinale R. Br. (agrião) poderá responder a esta procura, aliando garantia de qualidade e inovação. Visto a maioria dos tratamentos convencionais ser ineficaz em assegurar segurança sem comprometer a qualidade, e dada a preocupação em torno dos agentes químicos vulgarmente utilizados, a irradiação de alimentos e o embalamento em atmosfera modificada têm emergido como alternativas seguras e eficazes [1-4]. Neste sentido, este estudo teve como objetivo avaliar a eficácia de diferentes atmosferas de embalamento e de diferentes doses de radiação ionizante na conservação da qualidade destas espécies durante o armazenamento refrigerado. O uso sustentável de produtos vegetais para a recuperação de biomoléculas ou produção de ingredientes funcionais de valor acrescentado é uma estratégia útil que pode ajudar a enfrentar os desafios societais deste século. Atualmente é originada uma grande quantidade de resíduos de tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) fresco durante as várias etapas do seu ciclo produtivo, desde a cultura até ao armazenamento e venda [5]. Estes resíduos são ricos em licopeno e vitaminas, mas também em compostos fenólicos [6,7]. Estes compostos bioativos estão envolvidos na prevenção de várias patologias humanas e são de elevada importância para a indústria alimentar, farmacêutica e cosmética. Visto os métodos convencionais utilizados para a extração destas biomoléculas apresentarem várias desvantagens, novas tecnologias mais eficientes e sustentáveis têm vindo a ser adotadas. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo otimizar as condições de extração assistida por tecnologia micro-ondas de antioxidantes hidrofílicos e lipofílicos e dos ácidos fenólicos e flavonoides maioritários da variedade de tomate redondo utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM).
- Tailoring swelling of alginate-gelatin hydrogel microspheres by crosslinking with calcium chloride combined with transglutaminasePublication . Pilipenko, Nadezhda; Gonçalves, Odinei Hess; Bona, Evandro; Fernandes, Isabel P.; Pinto, João A.; Sorita, Guilherme Dallarmi; Leimann, Fernanda Vitória; Barreiro, M.F.lginate-based hydrogels can find uses in a wide range of applications, including in the encapsulation field. This type of hydrogels is usually ionically crosslinked using calcium sources giving rise to products with limited internal crosslinking. In this work, it is hypothesized that the combination of alginate crosslinked by calcium chloride (external crosslinking; ionic mechanism) with gelatin crosslinked by transglutaminase (internal crosslinking; enzymatic induced mechanism) can be used to tailor the swelling behavior of alginate-based hydrogel microspheres. A systematic study was conducted by covering process variables such as gelatin content, TGase concentration, and CaCl2 contact time, added by statistic tools as central composite rotatable design (CCRD), principal component analysis (PCA) and multiobjective optimization, to map their effect on the resulting water content after production (expressed as swelling ratio), and swelling properties at pH 3 and 7. Among the studied variables, particle's swelling was mostly affected by the gelatin content and transglutaminase concentration.
- Production of chitosan based films enriched with oregano essential oil for increased antibacterial activityPublication . Fernandes, Isabel P.; Leite, Erica; Vilas-Boas, Diana; Amaral, Joana S.; Barreiro, M.F.During the last years, there has been an increasing interest in developing bio-based active films to improve food safety, extend food shelf life and reduce the use of chemical preservatives. Chitosan, a deacetylated derivative of chitin, is a linear polysaccharide consisting of -(1 4) glucosamine and N-acetylglucosamine residues with potential to be used as a food packaging/coating material. This biopolymer can be used in a wide range of applications in the food industry due to several interesting properties such as its biodegradability, biocompatibility, non-toxicity, antimicrobial activity and versatile physical properties such as its film-forming capacity. Recently, different strategies have been explored to improve its natural properties for the development of food packaging/coating materials with enhanced antimicrobial activity. In particular, the incorporation in chitosan films of essential oils (EO) with acknowledged antibacterial properties, as an alternative of synthetic preservatives, is a matter of great interest since they are generally perceived by consumers as being “natural” food additives. Thus, the objective of this work was the production of chitosan films enriched with oregano EO to further improve the natural antimicrobial properties of chitosan. The obtained films which were then evaluated for its antibacterial activity.
- Promising antioxidant and antimicrobial food colourants from Lonicera caerulea L. var. KamtschaticaPublication . Molina, Adriana K.; Vega, Erika N.; Pereira, Carla; Dias, Maria Inês; Heleno, Sandrina A.; Rodrigues, Paula; Fernandes, Isabel P.; Barreiro, M.F.; Kostić, Marina; Soković, Marina; Barreira, João C.M.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.Lonicera caerulea L. (haskap) berries are widely known for their richness in anthocyanins. In this study, such fruits were assessed for their nutritional and chemical composition, but also as sources of anthocyanins with great colouring properties to be applied in foodstu . Haskap presented high levels of water, four free sugars (mainly fructose and glucose), five organic acids (mainly citric, malic, and quinic), - and -tocopherol, twenty fatty acids (with prevalence of linoleic acid), and eight phenolic compounds, among which six were anthocyanins (mainly cyanidin-3-O-glucoside). The extract presented great antioxidant properties, evaluated through TBARS and OxHLIA assays, as well as antimicrobial capacity against six bacteria and six fungi. Two colourants were obtained by spray-drying haskap juice with maltodextrin and a mixture of maltodextrin and arabic gum. These formulations were stable over 12 weeks of storage at room and refrigerated temperature, without significant variations in colour parameters and in anthocyanins concentration. They were considered safe for consumption once neither microbial contamination nor cytotoxicity in non-tumour cells were detected. The results obtained allow for the consideration of haskap as a promising source of colourants to be applied not only in the food industry, but also in other fields that rely on artificial colourants.
- Obtenção de conservantes e bioativos a partir de matrizes naturais e sua aplicação em produtos alimentaresPublication . Caleja, Cristina; Dias, Maria Inês; Pires, Tânia C.S.P.; Roriz, Custódio Lobo; Oliveira, Beatriz; Barreiro, M.F.; Ferreira, Isabel C.F.R.Os efeitos nocivos de alguns aditivos sintéticos preocupam cada vez mais os consumidores, impulsionando uma tendência crescente para a sua substituição por compostos/extratos de origem natural. No presente trabalho, foram desenvolvidos dois protocolos de incorporação de extratos naturais em alimentos, visando obter efeitos de conservação e de funcionalização do produto final. O 1º protocolo consistiu na incorporação de um extrato obtido a partir da decocção de Foeniculum vulgare Mill. (funcho) e Matricaria recutita L. (camomila), na sua forma livre, em iogurtes, não se tendo verificado alterações significativas do seu valor nutricional e propriedades organolépticas, quando comparadas com amostras aditivadas com um conservante sintético (sorbato de potássio, E202). No entanto, verificou-se que os iogurtes incorporados com os extratos de funcho e camomila apresentaram atividade antioxidante superior. No 2º protocolo fez-se a incorporação de microesferas de alginato enriquecidas com o extrato obtido a partir da infusão de Fragaria vesca L. silvestre (morangueiro) em gelatinas. As microesferas produzidas apresentaram forma esférica, uma eficiência de encapsulação de 95% e capacidade de reidratação adequada. A dissolução da k-carragenina a temperaturas elevadas não afetou a integridade das microesferas. A atividade antioxidante dos extratos protegidos foi, assim, preservada comparativamente à sua forma livre. Este trabalho mostrou que os extratos aquosos de funcho e camomila apresentam potencial para o desenvolvimento de conservantes naturais, enquanto que os extratos de morangueiro silvestre são alternativas de interesse para a formulação de novos produtos nutracêuticos.
- Potencial antioxidante dos compostos fenólicos de Helichrysum stoechas (L.) Moench para aplicações cosméticas: caracterização química, microencapsulação e incorporação num hidratantePublication . Barroso, Marisa; Barros, Lillian; Dueñas, Montserrat; Carvalho, Ana Maria; Santos-Buelga, Celestino; Fernandes, Isabel P.; Barreiro, M.F.; Ferreira, Isabel C.F.R.As propriedades bioativas de várias plantas têm sido atribuídas à presença de compostos fenólicos, especialmente flavonoides (Mishra et al., 2008). As propriedades biológicas, farmacológicas e medicinais deste grupo de compostos têm também sido exaustivamente estudadas (Marchand, 2002). Estudos etnobotânicos realizados no Nordeste de Portugal registam o uso da decocção de Helichrysum stoechas (L.) Moench (perpétua-das-areias ou douradinha) pelas suas propriedades medicinais nomeadamente no controlo da febre, sintomas gripais e bronquite (Carvalho, 2010). O presente trabalho teve como objetivo explorar o potencial antioxidante dos compostos fenólicos das sumidades floridas (capítulos e brácteas e os 15 cm terminais dos caules com folhas que suportam as inflorescências) de H. stoechas para aplicações cosméticas e envolveu as seguintes etapas: caracterização química, microencapsulação e incorporação num hidratante. As propriedades antioxidantes do extrato hidroalcoólico e da decocção foram avaliadas por métodos químicos (determinação do poder redutor e da capacidade captadora de radicais 2,2- difenil-1-picril-hidrazilo (DPPH) e bioquímicos (inibição da descoloração do β-caroteno na presença de radicais livres derivados do ácido linoleico e inibição da formação de espécies reativas do ácido tiobarbitúrico (TBARS) em homogeneizados cerebrais). A composição fenólica foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência de fase reversa acoplada a deteção de díodos e espetrometria de massa com ionização por spray de eletrões (HPLC-DAD-ESI/MS). Foram identificados dezoito compostos fenólicos diferentes, sendo o ácido 3,5-O-dicafeoilquínico e a miricetina O-acetil-hexósido o ácido fenólico e o flavonoide mais abundante, respetivamente. Comparativamente à decocção, o extrato hidroalcoólico apresentou maior atividade antioxidante e conteúdo fenólico, tendo-se optado pela sua forma liofilizada para prosseguir os estudos de microencapsulação. Para a microencapsulação utilizou-se a técnica da dupla emulsão/evaporação de solvente, produzindo-se microesferas de base policaprolactona (PCL) com o respetivo conteúdo (extrato hidroalcoólico de H. stoechas). Estas foram incorporadas com sucesso num creme hidratante. Os resultados obtidos demonstraram o potencial antioxidante do extrato hidroalcoólico de H. stoechas e a viabilidade da sua microencapsulação, abrindo novas possibilidades de exploração e aplicação destes extratos fenólicos naturais, nomeadamente na indústria de cosméticos.
- Recovery of bioactive compounds from Arbutus unedo L. fruits: Comparative optimization study of maceration/microwave/ultrasound extraction techniquesPublication . Albuquerque, Bianca R.; Prieto Lage, Miguel A.; Vázquez, J.A.; Barreiro, M.F.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.The aim of this work was to produce an extract rich in different bioactive compounds from Arbutus unedo L. fruits to enhance its possible valorization and commercialization. The conditions of the main variables of maceration, microwave, and ultrasound assisted extractions (MA, MAE and UAE, respectively) were optimized and compared in terms of its composition (based on the total material extracted, total content in carbohydrates, phenolic and flavonoid compounds) and its preservative potential (based on the response of four in vitro antioxidant assays). The key variables of each extraction technique (time, temperature or power and hydroalcoholic mixture) were evaluated by specific experimental designs using response surface methodology. Mathematical models were developed and numerical optimal values for each extraction technique and response were achieved. Regarding the extraction of target compositional compounds, MAE was the most efficient, closely followed by MA. In terms of its preservative potential, MAE was the most suitable solution, but MA gave similar results at lower temperatures (~90 °C). Globally, MA and MAE were the best options conducting to optimal solutions using reduced amounts of ethanol. UAE required higher ethanol contents (~60%). The results showed alternatives to obtain extracts of A. unedo fruits, supporting their potential to be exploited at industrial level.
- Study of the formation of a segmented polyester-polyurethanePublication . Barreiro, M.F.; Costa, M.R.N.Segmented polyurethanes are block copolymers of the (AB)n type characterized by a microphase-separated morphology. They are an important subclass of the family of thermoplastic elastomers presenting a broad range of applications, including adhesives and coatings. Typically, phase separation can go along with polymerization, being of great importance the simultaneous study of these two phenomena. In this work the development of a methodology for the study of the formation of a segmented polyester-polyurethane is presented. In a first stage, the determination through FTIR in ATR mode of the kinetics and phase separation has been undertaken. In a second step, the experimental size distributions of hard segments, by an original selective hydrolysis procedure was carried out. The polyurethanes have been prepared starting with 4,4’-methylene-diphenylene diisocyanate (MDI), policaprolactone diol (PCL) and 1,4-butanediol (BD) as chain extender, at various initial mole ratios. Along the polymerization, the system has typically presented a transition from a homogeneous state, during which the chemical kinetics was well described by an overall second order law, into a system presenting phase separation. The critical point, where phase separation starts, was characterized in terms of isocyanate conversion and number and weight average hard segments sizes. It became clear that phase separation requires not only a certain lower bound of the average hard segment size but also at least some minimum value of the concentration of hard segments. The occurrence of phase separation along the formation reaction modifies the size distribution of hard segments with respect to the geometrical distribution prevailing at homogeneous conditions. Moreover, average size tends to decrease as a consequence of phase segregation.
- Otimização da extração assistida por micro-ondas de ácidos fenólicos e flavonoides a partir de tomate pela metodologia de superfície de respostaPublication . Pinela, José; Prieto Lage, Miguel A.; Barreiro, M.F.; Carvalho, Ana Maria; Oliveira, Beatriz; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.Os compostos fenólicos são metabolitos secundários amplamente distribuídos no reino vegetal. O tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) é um fruto rico em licopeno, vitaminas e minerais [1], mas também em ácidos fenólicos e flavonoides [2]. Estes compostos bioativos estão envolvidos na prevenção de várias patologias humanas e são de elevada importância para a indústria alimentar, farmacêutica e cosmética. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo otimizar as condições de extração assistida por micro-ondas dos ácidos fenólicos e flavonoides maioritários na variedade de tomate em estudo (tomate redondo cujo perfil fenólico foi previamente caracterizado por HPLC-DAD-ESI/MS [2] pela nossa equipa de investigação) utilizando a metodologia de superfície de resposta. O efeito do tempo de extração (t, 0-20 min), da temperatura (T, 60-180 °C), da percentagem de etanol (Et, 0-100%), da razão solido/líquido (S/L, 5-45 g/L) e da potência (0-400 W) foi avaliado seguindo uma abordagem one-factor-at-a-time e utilizando o rendimento de extração e o teor em fenóis e flavonoides totais como resposta. Posteriormente, as variáveis com efeitos significativos (onde se excluiu a potência) foram combinadas num desenho fatorial completo de Box-Behnken com cinco níveis, implicando 25 combinações originais e 7 repetições no centro do domínio experimental. O modelo de otimização foi validado estatisticamente e utilizado nas fases posteriores de previsão. Assim, foi possível determinar as seguintes condições ótimas de extração para os ácidos fenólicos: t= 4.38 min, T= 145.6 °C, Et= 0% e S/L= 45 g/L, e para os flavonoides: t= 2 min, T= 180 °C, Et= 100% e S/L= 5 g/L. A variedade de tomate estudada destaca-se pela sua riqueza em derivados do ácido p-cumárico, quercetina e rutina.