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- Ficus carica L. and Prunus spinosa L. extracts as new anthocyanin-based food colorants: a thorough study in confectionery productsPublication . Backes, Emanueli; Leichtweis, Maria Gabriela; Pereira, Carla; Carocho, Márcio; Barreira, João C.M.; Genena, Aziza Kamal; Baraldi, Ilton J.; Barreiro, M.F.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.The present work describes the evaluation of fig peels and blackthorn fruit extracts as natural purple colorants in doughnuts (icing) and in a typical Brazilian pastry called “beijinho”. The extracts were screened for their antioxidant activity as well as their antibacterial capacity. Nutritionally, the employed extracts did not induce significant changes, contrarily to the observed for the rheological features, mainly the darker purple tone observed when blackthorn extract was used in the icing solution. After 24 h, both prepared formulations showed a decrease in color intensity, with no significant differences between fig and blackthorn extracts. In turn, the firmness and consistency of the doughnuts benefited from using natural colorants in the icing solution, while “beijinhos” became softer and chewier, which are valued attributes. A significant increase in the antioxidant and antimicrobial activities was also observed for both natural extracts. Accordingly, the evaluated extracts are promising candidates as natural food colorants.
- Recuperação de antocianinas de biorresíduos de Ficus carica L. e Prunus spinosa L.: propriedades corantes e bioativasPublication . Backes, Emanueli; Leichtweis, Maria Gabriela; Pereira, Carla; Alves, Maria José; Prieto Lage, Miguel A.; Barreiro, M.F.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.A recuperação de biorresíduos da indústria alimentar tem vindo a ganhar relevância pela crescente procura da sua valorização enquanto fontes de compostos de interesse para posterior aplicação em diversos ramos industriais, como é o caso da indústria alimentar, têxtil, e farmacêutica, entre outras [1,2]. Assim, o presente estudo visa a recuperação de antocianinas a partir de biorresíduos de frutos: a casca de figo, rica em cianidina 3-rutinósido (C3R), e o epicarpo de abrunho, rico em C3R e peonidina 3-rutinósido (P3R). Foram testadas duas técnicas de extração, maceração (EM) e assistida por ultrassons (EAU), às quais se aplicou uma metodologia de superfície de resposta usando o desenho composto central circunscrito com cinco níveis em cada uma das variáveis independentes estudadas (tempo, proporção de água-etanol como solvente e temperatura (EM) ou potência (EAU)). O perfil de antocianinas dos diferentes extratos foi obtido por HPLC-DAD-ESI/MS e utilizou-se a concentração total de antocianinas (C) no resíduo de extração (R; mg C/g R) e na amostra desidratada (A; mg C/g A) e o rendimento de resíduo obtido (g R/g A) como respostas para o modelo. Foi ainda avaliada a bioatividade (citotoxicidade e atividade antioxidante e antimicrobiana) dos extratos obtidos em condições ótimas, bem como o poder corante dos mesmos avaliados pela incorporação do extrato ótimo em produtos de pastelaria. Para ambas as amostras, a EAU revelou ser a técnica mais eficiente, com condições ótimas de recuperação de C3R aos 21,3±0,6 min, 310±26 W e 100±1% de etanol no caso da casca de figo, com um rendimento de 0,5±0,2 g R/g A e um total de antocianinas de 9,0±0,8 mg C/g R e 4,3±0,1 mg C/g A. Por sua vez, a partir do epicarpo de abrunho foi possível obter um total de C3R e P3R de 18±2 mg C/g R e 11,8±0,8 mg C/g A, e um rendimento de 0,69±0,02 g R/g A, nas condições ideais de extração de 5,0±0,2 min, 400±32 W e 48±3% de etanol. Relativamente às propriedades bioativas, o extrato de casca de figo revelou um valor de EC50 de 2447±2 μg/mL no método TBARS e valores de EC80 de 515±31 e 1624±56 μg/mL, para 60 e 120 min, respetivamente, no ensaio OxHLIA. O extrato de epicarpo de abrunho apresentou valores de EC50 (TBARS; 204,22±0,02 μg/mL) e EC80 (OxHLIA; 303±3 e 540±3 μg/mL, para 60 e 120 min, respetivamente) inferiores, o que indica uma maior atividade antioxidante em ambos os ensaios. Ambos os extratos revelaram propriedades antibacterianas, inibindo o crescimento de 9 estirpes bacterianas (5 Gram-negativo e 4 Grampositivo), em concentrações entre 2,5 e 20 mg/mL. Para além disso, não apresentaram toxicidade em células não tumorais de fígado de porco, o que torna viável a sua aplicação em produtos alimentares sem problemas de toxicidade. Assim, o poder corante dos extratos antociânicos foi testado em produtos de pastelaria: o extrato de casca de figo foi incorporado em cobertura de “donut” e o de epicarpo de abrunho em “beijinhos”, um doce típico do Brasil. Esta aplicação não alterou significativamente o valor nutricional das matrizes em estudo e, para além de conferir ao alimento a cor desejada, proporciona também propriedades antioxidantes e antimicrobianas.
- Study of Prunus spinosa L. fruit epicarp and Lonicera careulea L. fruit: alternative natural colorants withPublication . Molina, Adriana K.; Leichtweis, Maria Gabriela; Pereira, Carla; Dias, Maria Inês; Ferreira, Isabel C.F.R.; Barros, LillianNatural matrices that are rich in anthocyanin compounds are increasingly explored by the food industry due to their colouring properties. As examples, Prunus spinosa L. and Lonicera careulea L. fruits are excellent sources of anthocyanins and are, therefore, increasingly explored for their colouring properties to be applied as food colorants, in addition to providing beneficial properties to the consumer [1,2]. Therefore, the aim of this study was to evaluate the anthocyanin profile (HPLC-DAD/ESI-MS) and the antioxidant (TBARS and OxHLIA) and antimicrobial properties of the hydroethanolic extract of P. spinosa fruit epicarp and L. careulea fruit juice. A high content of cyanidin-3-O-glucoside and cyanidin-3-O-rutinoside was found in the juice of L. caerulea berries and in the hydroethanolic extract of the epicarp of P. spinosa, respectively. As for the antioxidant activity, in the TBARS assay, the L. caerulea berries showed a higher capacity (IC50 of 29.9±0.3 μg/mL) than the positive control, trolox (IC50 of 139±5 μg/mL). Similarly, the epicarp of P. spinosa showed the ability to inhibit lipid peroxidation, revealing an EC50 value of 204±2 μg/mL. Regarding the ability to retard oxidative haemolysis, both extracts showed activity not only at 60 min, but also at 120 min, allowing EC50 values of 145±5 μg/mL and 938±49 μg/mL, respectively, for L. caerulea, and 296±4 and 509±3 μg/mL, respectively, for P. spinosa. On the other hand, both colouring extracts revealed great antimicrobial properties. Through this work, it was possible to conclude that L. caerulea and P. spinosa berries have a high colouring capacity and bioactive potential, being suitable for the development of new products for food industry.
- Biological activity of pumpkin byproducts: antimicrobial and antioxidant propertiesPublication . Leichtweis, Maria Gabriela; Molina, Adriana K.; Pires, Tânia C.S.P.; Dias, Maria Inês; Calhelha, Ricardo C.; Bachari, Khaldoun; Ziani, Borhane E.C.; Oliveira, Beatriz; Pereira, Carla; Barros, LillianPumpkin fruits are widely appreciated and consumed worldwide. In addition to their balanced nutritional profile, pumpkin species also present valuable bioactive compounds that confer biological and pharmacological properties to them. However, the seeds, peels, and fibrous strands resulting from pumpkin processing are still poorly explored by the food industry. The current study used those fruit components from the genotypes of pumpkin that are economically significant in Portugal and Algeria to produce bioactive extracts. In order to support their usage as preservatives, their phenolic content (HPLC-DAD-ESI/MS) and antioxidant (OxHLIA and TBARS) and antimicrobial properties (against eight bacterial and two fungal strains) were assessed. In terms of phenolic profile, the peel of the Portuguese ‘Common Pumpkin’ showed the most diversified profile and also the highest concentration of total phenolic compounds, with considerable concentrations of (-)-epicatechin. Regarding the antioxidant capacity, the seeds of ‘Butternut Squash’ from both countries stood out, while the fibrous strands of Portuguese ‘Butternut Squash’ and the seeds of Algerian ‘Gold Nugget Pumpkin’ revealed the strongest antimicrobial activity. The bioactive compounds identified in the pumpkin byproducts may validate their enormous potential as a source of bio-based preservatives that may enhance consumers’ health and promote a circular economy.
- Desenvolvimento de um corante alimentar natural à base de antocianinas obtido a partir do epicarpo de frutos de Prunus spinosa L.: otimização da extração e estudo de aplicaçãoPublication . Leichtweis, Maria Gabriela; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.; Baraldi, Ilton JoséEntre as propriedades organoléticas, a cor exerce um papel muito importante na perceção global de um alimento, uma vez que a visão é normalmente o primeiro contato que o consumidor tem com o produto. Neste sentido, os corantes têm sido amplamente utilizados como aditivos alimentares, para suprir ou intensificar os aspetos de coloração dos alimentos, tornando-os mais atrativos e agradáveis. No entanto, devido à preocupação que os consumidores têm com a saúde e o registo de efeitos adversos de alguns corantes artificiais, existe um grande interesse na sua substituição por alternativas naturais mais seguras. As antocianinas são um grupo de pigmentos de coloração vermelha, azul e violeta, presentes em muitas flores e frutos, podendo ser consideradas alternativas aos corantes artificiais. Prunus spinosa L. é um arbusto selvagem que dá origem a frutos de sabor amargo e adstringente pouco explorados comercialmente, mas que apresentam níveis elevados de antocianinas, mais especificamente cianidina 3-rutinósido e peonidina 3-rutinósido, concentradas no epicarpo. Assim, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver um corante alimentar natural a partir da extração de antocianinas dos frutos de P. spinosa, aliando os crescentes interesses na substituição dos corantes artificiais por alternativas naturais mais seguras à valorização de produtos agrícolas de fontes subexploradas. Foram otimizadas as condições que maximizam a extração de antocianinas do epicarpo de frutos de P. spinosa, comparando-se duas técnicas de extração, sendo uma convencional assistida por calor (HAE) e outra alternativa assistida por ultrassons (UAE), e tendo como variáveis relevantes tempo, temperatura (HAE) ou potência (UAE) e concentração de solvente. Para isso, foi aplicada uma metodologia de superfície de resposta, utilizando um desenho composto central circunscrito de três variáveis com cinco níveis, e os compostos antociânicos foram identificados e quantificados por HPLC-DAD-ESI/MS. A extração assistida por ultrassons foi o método mais eficaz, nas condições ótimas de 5,00 ± 0,15 min, 400,00 ± 32,00 W e 47,98 ± 2,88% de etanol (v/v), onde o rendimento de extração foi de 68,60 ± 2,06%, com um teor total de antocianinas de 18,17 ± 1,82 mg/g de extrato e 11,76 ± 0,82 mg/g de epicarpo seco, originando um extrato de cor roxo-avermelhado. Além disso, estes valores de resposta foram ligeiramente melhorados quando se testou o efeito da relação sólido-líquido nas condições ótimas num formato dose-resposta, mostrando um padrão decrescente constante na faixa de 5 a 250 g/L. Para além de estudar o potencial corante deste ingrediente natural, também se pretendeu avaliar o seu potencial funcional, para isso realizou-se uma avalição das propriedades bioativas e efectuou-se um estudo de aplicação num produto alimentar do extrato obtido nas condições otimizadas. A avaliação das bioatividades foi realizada através da análise da capacidade antioxidante, anti-inflamatória, antimicrobiana e citotóxica. O extrato apresentou uma atividade antioxidade considerável, com valores de EC50 de 204 ± 2 μg/mL para o método de TBARS e EC50 de 296 ± 4 e 509 ± 3 μg/mL para o método OxHLIA aos 60 e 120 min de reação, respetivamente. A capacidade antimicrobiana foi testada em 9 estirpes de bactérias de interesse na área da saúde, nas quais o extrato não apresentou efeito bactericida, mas teve a capacidade de inibir o crescimento bacteriano em concetrações de 2,5 a 20 mg/mL. A avaliação da atividade anti-inflamatória foi realizada em células de macrófagos de rato RAW 264.7 e a citotoxicidade foi testada em 4 linhas celulares tumorais humanas e numa cultura primária de células hepáticas não tumorais, para as quais o extrato não apresentou atividade, nem toxicidade. O extrato corante foi incorporado em “beijinhos”, um produto de confeitaria tipico brasileiro que tem como ingredientes básicos leite condensado, natas e manteiga, para avaliação da sua aplicabilidade numa matriz alimentar como corante alimentar. Foram determinados os parâmetros de cor, pH e textura, a composição nutricional e o valor energético das amostras de “beijinhos” logo após a sua confeção e depois de um dia de armazenamento. Em geral, o extrato otimizado incorporado revelou uma boa capacidade corante sem alterar as caraterísticas nutricionais do produto alimentar. Com isto, foi possível evidenciar o potencial da exploração do epicarpo dos frutos de P. spinosa como fonte de antocianinas a serem utilizadas no setor alimentar, tendo como valor agregado ao poder corante, a sua capacidade bioativa.
- Haskap and blackthorn berries anthocyanin profilePublication . Leichtweis, Maria Gabriela; Molina, Adriana K.; Pereira, Carla; Dias, Maria Inês; Ferreira, Isabel C.F.R.; Barros, LillianAnthocyanin compounds are pigments that have a red, blue, and/or violet coloration widely found in nature, mainly in fruits [1]. Given the current need to replace synthetic colorants with healthier natural alternatives, this study investigated the potential of haskap (Prunus spinosa L.) and blackthorn (Lonicera careulea L.) fruits as sources of anthocyanins. For this purpose, the characterization of these fruits (the hydroethanolic extract of blachthorn epicarp and the haskap juice) was carried out by high performance liquid chromatography coupled to a diode array detector and a mass spectrometer (HPLC-DAD/ESI-MS). The identification was carried out using standards, when available, comparing their retention times, UV-Vis spectra, and mass spectra. In the absence of standards, the identification was carried out by the fragmentation profile and by comparison with the information available in the literature. The quantification was performed from the peak areas recorded at a wavelength of 520 nm, compared to the standard calibration curves. The blackthorn epicarp showed two anthocyanin compounds, being the molecules present in the highest concentrations cyanidin-3-O-rutinoside ([H]+ at m/z 595) and peonidin-3-O-rutinoside ([H]+ at m/z 609). In haskap berries, six anthocyanins were identified, namely cyanidin-O-hexoside-O-hexoside ([H]+ at m/z 611), cyanidin-O-rhamnoside-O-hexoside ([H]+ at m/z 595), pelargonidin-3-O-glucoside ([H]+ at m/z 433), peonidin-3-O-glucoside ([H]+ at m/z 463), peonidin-O-rhamnoside-O-hexoside ([H]+ at m/z 609), and cyanidin-3-O-glucoside ([H]+ at m/z 449), with the latest as the most abundant one. These results demonstrate that the blackthorn fruit epicarp and haskap fruits can be considered great sources of pigments in the red-purple colour range, having applicability both in the food and pharmaceutical industries.
- Sustainable recovery of preservative and bioactive compounds from food industry bioresiduesPublication . Leichtweis, Maria Gabriela; Oliveira, Beatriz; Ferreira, Isabel C.F.R.; Pereira, Carla; Barros, LillianWith the increasing demand for convenient and ready-to-eat foods, the use of antioxidants and preservative additives in foodstuff formulation is essential. In addition to their technological functions in food, bio-based additives confer beneficial properties for human health for having antioxidant capacity and acting as antimicrobial, antitumor, and anti-inflammatory agents, among others. The replacement of preservatives and other additives from synthetic origin, usually related to adverse effects on human health, faces some challenges such as availability and cost. An opportunity to obtain these compounds lies in the food industry itself, as a great variety of food waste has been identified as an excellent source of high value-added compounds. Large amounts of seeds, fibrous strands, peel, bagasse, among other parts of fruits and vegetables are lost or wasted during industrial processing, despite being rich sources of bioactive compounds. From a circular economy perspective, this work reviewed the main advances on the recovery of value-added compounds from food industry bioresidues for food application. Bioactive compounds, mainly phenolic compounds, have been largely obtained, mostly from seeds and peels, and have been successfully incorporated into foods. Additionally, alternative and eco-friendly extraction techniques, as ultrasound and microwave, have showed advantages in extracting antioxidant and preservatives compounds.
- Valorization of pumpkin peel as a source of bioactive compounds: optimization of heat- and ultrasound-assisted extractionPublication . Leichtweis, Maria Gabriela; Molina, Adriana K.; Petropoulos, Spyridon Α.; Carocho, Márcio; Pires, Tânia C.S.P.; Dias, Maria Inês; Calhelha, Ricardo C.; Oliveira, Beatriz; Pereira, Carla; Barros, LillianThe peels from three pumpkin genotypes cultivated in Greece were assessed for their phenolic content and bioactive properties to obtain extracts with a high preservative capacity. The optimization of the extraction was performed through response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken experimental design after applying two extraction techniques: heat-assisted (HAE) and ultrasound-assisted (UAE) extraction. The implemented independent variables were time, solvent concentration, and temperature/power (for HAE/UAE), while as dependent variables the dry residue (DR), reducing power (RP), and total phenolic content (TP) were considered. In general, HAE was the most effective technique for 'TL' (75 min; 30 degrees C; 24% ethanol) and 'Voutirato' (15 min; 30 degrees C; 10% ethanol), while UAE was more effective for 'Leuka Melitis' (5 min; 400 W; 0% ethanol). The extracts obtained in the global optimum conditions for each genotype peel were then assessed for their phenolic profile, by HPLC-DAD-ESI/MS, and bioactive potential. Seven phenolic compounds were detected, including four flavonoids, two phenolic acids, and one flavan-3-ol. The extracts presented high antioxidant, antibacterial, and antifungal potential, with no cytotoxicity for non-tumor cells. The optimized conditions for the extraction of preservative compounds from bioresidues were defined, allowing the acquisition of antioxidant and antimicrobial extracts and proving their potential for food application.
- Food industry by-products applied as pumpkin-based foodstuff preservativesPublication . Leichtweis, Maria Gabriela; Molina, Adriana K.; Pereira, Carla; Chaski, Christina; Polyzos, Nikolaos; Petropoulos, Spyridon Α.; Ferreira, Isabel C.F.R.; Barros, LillianPumpkin is traditionally cultivated and consumed worldwide, being the fruit and its by-products recognized by their nutritional and health benefits. In the current pandemic scenario and towards a circular economy, the development of a healthy and green technological food product was proposed using pumpkin pulp enriched with bioactive compounds obtained from pumpkin by-products.
- Natural pigments with high antioxidant capacity, an alternative solution for food industryPublication . Molina, Adriana K.; Leichtweis, Maria Gabriela; Pereira, Carla; Dias, Maria Inês; Ferreira, Isabel C.F.R.; Barros, LillianNatural matrices that are rich in anthocyanin compounds are increasingly explored by the food industry due to their coloring properties. As examples, Prunus spinosa L. and Lonicera careulea L. fruits are excellent sources of anthocyanins and are, therefore, increasingly explored for their coloring properties to be applied as food colorants, in addition to providing beneficial properties to the consumer [1-2]. This study aimed to evaluate the anthocyanin profile (HPLCDAD/ ESI-MS) and the antioxidant (TBARS and OxHLIA) and antimicrobial properties of the hydroethanolic extract of P. spinosa fruit epicarp and L. careulea fruit juice.