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- Red seaweeds as a source of nutrients and bioactive compounds: Optimization of the extractionPublication . Carpena Rodríguez, María; Caleja, Cristina; Pereira, Eliana; Pereira, Carla; Ćirić, Ana; Soković, Marina; Soria-Lopez, Anton; Fraga-Corral, Maria; Simal-Gandara, Jesus; Ferreira, Isabel C.F.R.; Barros, Lillian; Prieto Lage, Miguel A.The present work aimed to determine the nutritional composition (ash, protein, fat, carbohydrate content and energy value), phenolic compounds, pigments and organic acids content of three typical red algae from the Northwest of Spain: Chondrus crispus, Mastocarpus stellatus, and Gigartina pistillata; as well as their antioxidant and antimicrobial activities. Furthermore, the present work compared two extraction techniques: conventional heat assisted extraction (HAE) and high pressure assisted extraction (HPAE) to maximize the yield and the concentration of target compounds. Different independent variables were considered for the response study. Time (t) and percentage of ethanol of the solvent (S) were chosen for both techniques and temperature (T) and pressure (P) were used for HAE and HPAE, respectively. The experiments were designed following a response surface methodology (RSM) approach. The obtained results showed a similar nutritional composition between algae samples: low-fat content and high content of proteins, carbohydrates and energy. All tested algae showed good antioxidant and antimicrobial properties. Finally, HEA demonstrated to be the most efficient extraction technique. This study confirms the potential of red algae to be part of the human diet as a source of non-animal protein, due to its nutritional content, phenolic profile, pigments concentration and bioactive properties, which proves that HAE is the optimum technique for the extraction maximization.
- Extraction optimization of bioactive compounds from Thymus ulgaris L.: comparison of heat-assisted and ultrasound-assisted extractionsPublication . Caleja, Cristina; Pereira, Eliana; Sprea, Rafael M.; Finimundy, Tiane C.; Carocho, Márcio; Amaral, Joana S.; Prieto Lage, Miguel A.; Barros, LillianPlants have been used since ancient times due to their biological action associated mainly with several phytochemicals, including phenolic compounds1. Thymus vulgaris L. is a species described as a potential source of natural molecules with applications in the food industry, but also in the cosmetic and pharmaceutical industry due to its antibacterial, antifungal, and anti-inflammatory effects2. In this sense, the present study aimed to compare extraction systems in terms of phenolic compounds from T. vulgaris through the heat-assisted (HAE) and ultrasound-assisted extraction (UAE) techniques, aiming to improve its potential for industrial applications. For this propose, an extraction optimization was studied using three independent variables, time (t, minutes), solvent (S, % of ethanol), and temperature (T, ºC) or power (P, W), in a three-level Box-Behnken design, analyzing the surface methodology (RSM). The extraction yield and the content in phenolic compounds identified by HPLC-DAD-ESI/MS were the experimental responses applied. The polynomial models were successfully fitted to the experimental data and used to determine the optimal HAE and UAE conditions. Nineteen phenolic compounds were identified, nine of which were phenolic acids (mainly caffeic acid derivatives) and ten flavonoids: flavan-3-ols (catechin derivatives), flavones (quercetin derivatives), flavonols (apigenin and luteolin derivatives) and flavanones (eriodictyol derivatives). The conditions obtained for the optimal extraction of phenolic compounds, that allowed the experimental validation of the predictive model are 3% ethanol (v/v) for 89 minutes at a temperature of 98º C for HAE and 77% ethanol (v/v) for 17 minutes at 207 W for UAE. Extraction optimization is important from an industrial point of view, as it allows obtaining extracts with a high content of bioactive compounds. Considering that the phenolic composition appears in literature as a direct influence on bioactive properties, the optimization processes will allow a better exploitation of extracts, ensuring the greatest cost reduction for the industry.
- Caracterização dos resíduos de Brassica oleracea L. para obtenção de um potencial ingrediente naturalPublication . Pepinelli, Ana Luísa; Oliveira, Tatiane C.G.; Junior, Eleomar Pires; Caleja, Cristina; Dias, Maria Inês; Kostić, Marina; Soković, Marina; Calhelha, Ricardo C.; Mandim, Filipa; Gonçalves, Odinei Hess; Oliveira, Beatriz; Pereira, Eliana; Barros, LillianA comunidade cientifica, em parceria com a indústria alimentar, tem vindo a estudar diferentes matrizes naturais, a fim de obter ingredientes funcionais com potencial aplicação neste setor industrial. Nesse sentido, este trabalho pretendeu fazer a caracterização de Brassica oleracea var. Acephala (popularmente conhecida como couve galega) quanto ao seu perfil fenólico e ação biológica, com o objetivo de identificar compostos fenólicos com potencial conservante e/ou bioativo para incorporação na indústria alimentar. O perfil fenólico individual foi obtido através de um sistema de HPLC-DAD/ESI-MSn e o potencial bioativo foi avaliado através de ensaios in vitro. A atividade citotóxica foi avaliada em linhas celulares tumorais humanas (AGS, CaCo2, MCF-7, NCI-H460) e a toxicidade em uma linha celular não tumoral (VERO), através do método colorimétrico da sulforodamina B. A atividade anti-inflamatória foi estudada em macrófagos de rato (RAW 264.7); a atividade antimicrobiana foi testada usando o método de microdiluição; e a atividade antioxidante foi avaliada através dos ensaios de TBARS (inibição da peroxidação lipidica) e CAA (atividade antioxidante celular). O perfil fenólico dos bioresíduos de couve galega revelou a presença de moléculas com elevado interesse em concentrações promissoras. Em relação ao potencial bioativo da amostra, foi possível observar uma interessante atividade antioxidante pela análise de TBARS, onde na concentração de 19 μg/mL foi possível oferecer 50% da atividade, porém pela análise de CAA os resultados foram moderados, com uma concentração de 2000 μg/mL com uma inibição de 40%. A atividade antimicrobiana revelou resultados muito satisfatórios, destacando-se as bactérias Bacillus cereus e Enterobacter cloacae e os fungos Aspergillus fumigatus e Penicillium fumiculosum como as estirpes mais suscetíveis ao efeito do extrato da couve. Em relação à atividade citotóxica e antiinflamatória, o extrato da couve não apresentou capacidade antiproliferativa na concentração máxima testada (400 μg/mL), revelando a ausência de potencial antitumoral e anti-inflamatório, mas também, provando a ausência de toxicidade do extrato. Considerando esses resultados, os bioresíduos da couve apresentam uma composição rica em compostos de elevado interesse, nomeadamente com potencial antioxidante, o que pode ser interessante para o desenvolvimento de ingredientes funcionais com possíveis aplicação na indústria. Para além disso, a reutilização de subprodutos permitirá não só diminuir o desperdício alimentar, como também criar soluções estratégicas no setor agroindustrial de crescimento económico e sustentabilidade.
- Hydrophilic and lipophilic compounds in Arenaria montana L. and Chenopodium ambrosioides L. and bioactivity of their infusions and methanolic extractsPublication . Pereira, Eliana; Calhelha, Ricardo C.; Barros, Lillian; Carvalho, Ana Maria; Ferreira, Isabel C.F.R.Some plants traditionally used have medicinal properties with great potential for therapeutic applications in the treatment of some diseases since they are a natural source of bioactive compounds [1]. Arenaria Montana L. and Chenopodium ambrosioides L., commonly used in Portuguese folk medicine, are examples of those plants acting in the gastrointestinal tract, stomach, indigestion, respiratory system, flu, cold, vomiting, anthelmintics and in the healing of skin ulcers caused by Leishmania species; furthermore, they revealed anti-inflammatory and antitumor properties [2,3]. In this work, the chemical composition of the mentioned plants in hydrophilic (sugars and organic acids) and lipophilic (fatty acids and tocopherols) compounds was determined by chromatographic techniques. Furthermore, the bioactive properties (antioxidant and antitumour activities, and hepatotoxicity) of their infusions and methanolic extracts were evaluated and compared. Radical scavenging activity, reducing power and inhibition of lipid peroxidation in brain homogenates were used to evaluate antioxidant activity, while antitumor potential was screened in different human tumour cell lines: MCF-7 (breast carcinoma), NCI-H460 (lung carcinoma), HCT-15 (colon carcinoma), HeLa (cervical carcinoma) and HepG2 (hepatocellular carcinoma). Hepatotoxicity in nontumour liver cells was also accessed using a primary culture established by us (PLP2). C. ambrosioides was the most active regarding antioxidant activity (EC50 values 0.47-2.53 and 0.25-2.32 mg/mL for methanolic extract and infusion, respectively). A. montana infusion showed the highest antitumour activity in all the tested cell lines (GI50 values 58.67-231.08 μg/mL). This plant also gave the highest levels of saturated (43.16%) and monounsaturated (10.16%) fatty acids and sugars (10.15 g/100 g dw), particularly fructose (5.46 g/100 g dw). C. ambrosioides showed the highest content of α-linolenic acid (48.54%), tocopherols (202.34 mg/100 g dw), particularly α-tocopherol (199.37 mg/100 g dw) and organic acids (7.58 g/100 g dw), mainly oxalic acid (5.64 g/100 g dw). Overall, the studied plants proved to be good sources of natural bioactive compounds which may have industrial uses.
- Irradiação gama como uma alternativa segura para preservar as características químicas e bioativas de plantas utilizadas para fins medicinaisPublication . Pereira, Eliana; Antonio, Amilcar L.; Barreira, João C.M.; Barros, Lillian; Bento, Albino; Ferreira, Isabel C.F.R.As plantas usadas pela indústria requerem tecnologias de conservação e descontaminação eficazes a fim de garantir a sua utilização nas melhores condições. A irradiação é uma tecnologia capaz de descontaminar as plantas, mantendo as propriedades químicas, organoléticas, nutricionais e bioativas. Neste estudo avaliaram -se os efeitos da irradiação gama relativamente nas propriedades químicas, nutricionais e antioxidantes de várias plantas aromáticas e medicinais. Em geral, uma comparação entre as amostras não -irradiadas (controlo) e irradiadas mostrou que o tratamento por irradiação não causou alterações suficientes para definir um perfil químico específico. Assim, a irradiação gama (até 10 kGy) é uma tecnologia viável para as espécies estudadas.
- Relevância da informação “antioxidante” no rótulo de iogurtes de amoraPublication . Pereira, Eliana; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.O iogurte é um alimento amplamente consumido devido ao seu agradável sabor, textura e propriedades nutritivas, podendo ser enriquecido com diversos ingredientes fisiologicamente ativos (p. ex. antioxidantes), que têm como principal objetivo melhorar a sua funcionalidade e fornecer benefícios para a saúde, nomeadamente no combate ao stresse oxidativo e doenças crónicas relacionadas, tais como cancro e doenças cardiovasculares [1,2]. O objetivo deste trabalho foi avaliar a relevância da informação “antioxidante” no rótulo de iogurtes de amora. Para tal, elaborou-se um estudo comparativo do potencial antioxidante de três iogurtes: amora (controlo), amora “antioxidante” e amora, morango e framboesa “antioxidante”. Avaliou-se a sua atividade captadora de radicais DPPH (2,2-difenil-1-picril-hidrazilo), poder redutor e inibição da peroxidação lipídica. Foram ainda quantificadas os seguintes compostos antioxidantes: fenóis e flavonóides por métodos espetrofotométricos, açúcares por cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a deteção por índice de refração (HPLC-RI) e tocoferóis por HPLC-fluorescência. Foi o iogurte de amora (controlo) que apresentou maior concentração em fenóis (6,29 mg/g extrato) e flavonoides (0,76 mg/g extrato), assim como, também se destacou no ensaio da inibição da peroxidação lipídica. Nos restantes ensaios (atividade captadora de DPPH e poder redutor), os iogurtes com informação “antioxidante” no rótulo, foram os que revelaram valores de EC50 mais baixos (maior atividade antioxidante). Destaca-se o iogurte de amora “antioxidante” com valores de EC50 entre 7 e 19 mg/mL, e que apresentou a quantidade mais elevada de açúcares (frutose, glucose, galactose, sacarose e lactose; total 14,90 g/100 g) e de tocoferóis (α-, β-, γ- e δ- tocoferol- total 0,94 mg/100 g). Segundo os resultados obtidos, verificou-se a ausência de sinergismos na mistura de vários frutos no mesmo iogurte, no entanto a informação “antioxidante” patente no rótulo pode ser uma indicação de benefícios antioxidantes, tal como é demonstrado através dos resultados obtidos relativamente a efeitos captadores de radicais livres e poder redutor.
- Influence of ionizing radiation on the free sugars content of several aromatic and medicinal plantsPublication . Pereira, Eliana; Pinela, José; Barreira, João C.M.; Barros, Lillian; Cabo Verde, Sandra; Antonio, Amilcar L.; Oliveira, Beatriz; Ferreira, Isabel C.F.R.Irradiation is a versatile and effective conservation technique, applied to several food matrices. Based on this evidence, it is very relevant to study the effects of different irradiation conditions on the various molecules present in food [1]. Aromatic and medicinal plants are among the food products that need appropriate conservation technologies to expand their applicability [2,3]. The present study evaluated the effects of gamma radiation and electron beam on the composition of soluble sugars of four widely consumed plant species - A/oysia citrodora Palau, Melissa officina/is L., Melittis melissophyllum L. and Mentha piperita L.. After sample irradiation, using different doses (0 - control, 1 and 10 kGy), the individual sugars profile was evaluated by high performance liquid chromatography coupled to a refractive index detector (HPLC-RI). All the studied plants showed the presence of fructose, glucose, sucrose and trehalose. In general, after performing an individualized analysis of each species submitted to gamma irradiation, it was verified that the dose of 10 kGy provided a higher sugars content in M. officina/is and M. melissophyllum, while A. citrodora and M. piperita tended to have higher values in non-irradiated samples. The processing performed with electron beam resulted in a higher susceptibility of sucrose and trehalose molecules, which changed significantly in most of the cases. Considering total sugars, only small variations were detected. Thus, the results obtained may be a good guide to choose the type of irradiation or dose to be applied, according to the need to maintain or alter the profile of soluble sugars in the studied species.
- Otimização de processos de extração de antocianinas a partir de cálices de Hibiscus sabdariffa L. para produção de corantes alimentares naturaisPublication . Ayuso, Manuel; Pereira, Eliana; Pinela, José; Roriz, Custódio Lobo; Prieto Lage, Miguel A.; Barreiro, M.F.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.A seletividade do consumidor na escolha de produtos alimentares contendo aditivos tem desafiado a indústria alimentar e os centros de investigação a encontrar novas fontes e métodos de extração eficientes para a produção sustentável de ingredientes de base natural com capacidade corante [1]. Nesta vertente, as plantas surgem como uma fonte promissora de pigmentos naturais bioativos com potencial aplicação no setor industrial. Hibiscus sabdariffa L. é um bom exemplo, pois trata-se de uma espécie cujo cálice detém uma elevada concentração de antocianinas [2]. Visando maximizar a recuperação destes compostos antociânicos a partir do cálice desta espécie para posterior utilização como corantes alimentares, este estudo foi delineado com o objetivo de otimizar dois métodos de extração, assistidos por calor (HE) e ultrassons (UE), utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM). Para otimização, foi implementado um desenho compostos central de cinco níveis combinando três variáveis independentes, nomeadamente tempo (t), percentagem de etanol (S) e temperatura (T) ou potência (P) do ultrassons. Os teores das antocianinas delfinidina-3-O-sambubiósido e cianidina-3-O-sambubiósido foram quantificados por LC-DAD-ESI/MSn e usadas como critérios de resposta para otimização por RSM. Os modelos teóricos foram ajustados através de uma equação polinomial de segunda ordem e as respostas maximizadas pelo método Simplex [3]. Após otimizar as condições para as variáveis t, T e S ou P, procedeu-se à otimização da razão sólido/liquido (S/L) para HE e UE. Os modelos desenvolvidos foram ajustados com sucesso aos dados experimentais e utilizados para determinar as condições ideais de extração. A UE foi mais eficiente, permitindo recuperar 23,83 mg de antocianinas por cada g de material vegetal seco e obter 51,76 mg desses pigmentos por cada g de extrato ao aplicar as condições de processamento ótimas: t = 26,1 min, P = 296,6 W e S = 39,1% etanol. A quantidade de antocianinas obtida através da extração UE foi cerca de 3 vezes superior à quantidade obtida por HE. Quanto à razão S/L, o incremento desta quarta variável aumentou os rendimentos de extração de antocianinas, atingindo um máximo ao utilizar 200 g/L [3]. Os resultados demonstram que H. sabdariffa é uma fonte de antocianinas viável para produzir corantes de base natural, através de uma metodologia economicamente exequível à escala industrial.
- Basil and eucalyptus as a source of essential oils with bioactive propertiesPublication . Pereira, Eliana; Caleja, Cristina; Sprea, Rafael M.; Abreu, Rui M.V.; Pires, Tânia C.S.; Amaral, Joana S.; Prieto Lage, Miguel A.; Barros, LillianAromatic and medicinal plants have been used worldwide for culinary purposes aiming to modify, enhance or improve the flavour of foods. In addition, several aromatic plants are also recognized for their empiric use in folk medicine due to their beneficial health effects1. The secondary metabolites of aromatic plants could have diverse applications in industry, and several essential oils have a Generally Recognized as Safe (GRAS) status attributed by the Food and Drug Administration (FDA). Currently, these natural matrices have been characterized by having active antioxidant components in their composition that have a direct impact on food quality and have potential benefits on human health2. In addition, studies focusing on different aromatic plants have suggested the use of their essential oils and some constituents as promising alternatives for obtaining natural preservatives. The present work reports a study on the bioactivity of essential oils obtained from two species of aromatic plants: Ocimum basilicum L. (basil) and Eucalyptus globulus Labill. (eucalyptus). The essential oil was obtained by hydrodistillation using a Clevenger apparatus and volatile compounds were analyzed by GC-MS equipped with DB-5MS fused-silica column. The antimicrobial activity was determined by broth microdilution assay against several Gram-positive and Gram-negative ATCC bacterial strains, and fungi. The bioactive potential was evaluated through several in vitro assays, namely antioxidant activity using two different assays: DPPH (2,2-diphenyl-1- picrylhydrazyl) radical scavenging activity and reducing power; cytotoxic activity using three tumour cell-lines: CaCo (colorectal adenocarcinoma), MCF-7 (breast adenocarcinoma) and NCIH460 (non-small cell lung carcinoma) and a non-tumor cell line of monkey kidney (VERO), by applying the sulforhodamine B assay; anti-inflammatory activity was assessed using RAW 264.7 macrophage cells. In general, the results revealed a auspicious antimicrobial potential of the essential oils against the tested strains, as well as a very promising antioxidant and anti-inflammatory activities. In addition, it was also possible to verify the absence of toxicity of both extracts. Therefore, essential oils extracted from the studied plants can be appealing alternatives to the currently used synthetic additives, with potential application in the food and pharmaceutical industries for their relevant bioactive properties.
- Chenopodium quinoa Willd. (quinoa) grains: a good source of phenolic compoundsPublication . Pereira, Eliana; Cadavez, Vasco; Barros, Lillian; Encina-Zelada, Christian; Stojković, Dejan; Soković, Marina; Calhelha, Ricardo C.; Gonzales-Barron, Ursula; Ferreira, Isabel C.F.R.The ingestion of bioactive compounds has revealed health benefits, namely in the prevention and/or treatment of several diseases. This work aims to characterize the phenolic profile of three colour varieties of Chenopodium quinoa Willd. grains (black, red and white), and also evaluate their cytotoxic and antimicrobial activity. All varieties revealed the presence of phenolic compounds, namely, quercetin and kaempferol derivatives. In this study, quinoa grains did not reveal any anti-proliferative capacity in tumour cell lines, and, as expected, they were devoid of any toxicity. All of the analysed extracts possessed antibacterial and antifungal activities (inhibitory and bactericidal/fungicidal) against the microbial strains considered, exhibiting promising values of minimum bactericidal concentrations (mean MBC 0.153–0.916 mg/mL) and minimum fungicidal concentrations (mean MFC 0.211–0.884 mg/mL). Quinoa varieties represent a good source of bioactive compounds, interfering beneficially in the organism, specifically as antimicrobial agents. Thus, these extracts could be used in the development of bioactive ingredients.