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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.
- Phenolic composition and bioactivity of Lavandula pedunculata (Mill.) Cav. samples fromdifferent geographical originPublication . Lopes, Catarina Leonor Afonso do Vale; Pereira, Eliana; Soković, Marina; Carvalho, Ana Maria; Barata, Ana Maria; Lopes, Violeta R.; Rocha, Filomena; Calhelha, Ricardo C.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.The aim of this study was to characterize the phenolic composition and evaluate the bioactivity of several samples of Lavandula pedunculata (Mill.) Cav, and to compare aqueous and hydroethanolic extracts. Plant materials were obtained by growing some accessions (seed samples) of various wild populations from different regions of Portugal conserved at the Portuguese Genebank in Braga. Phenolic compounds were analised by HPLC-DAD-ESI/MSn, antioxidant potential through in vitro assays (DPPH radical scavenging activity, reducing power and inhibition of lipid peroxidation), cytotoxicity on tumor cells (MCF-7, NCI-H460, HeLa and HepG2) and non-tumor (PLP2) cells, anti-inflammatory activity in rat RAW 264.7 macrophages, by the ability to inhibit NO production and antimicrobial potential by the microdilution method with INT dye (iodonitrotetrazolium chloride). Thirteen compounds were identified, being salvianolic acid B, rosmarinic acid and luteolin-7-O-glucuronide, the main compounds present, with values ranging between 44.3⁻582, 50.9⁻550, and 24.36⁻101.5 mg/g extract, respectively. L. pedunculata aqueous extract revealed a higher antioxidant potential (EC50 values between 14 to 530 μg/mL), which could be related to its higher concentration in phenolic compounds; however, the hydroethanolic extract showed a higher anti-inflammatory (lower EC50 values than 124 μg/mL) potential and antiproliferative capacity (lower GI50 values than 34 μg/mL). Thus, this study highlights the bioactive effects of this species and opens up possibilities of uses in food and pharmaceutical formulations. However, there are potential differences in such properties according to geographical origin of plant material, as in general, the samples from Alentejo presented higher results in all the bioactivities, compared with Trás-os-Montes samples.
- Optimization of heat- and ultrasound-assisted extraction of anthocyanins from Hibiscus sabdariffa calyces for natural food colorantsPublication . Pinela, José; Prieto Lage, Miguel A.; Pereira, Eliana; Jabeur, Inès; Barreiro, M.F.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.calyces. The extraction variables, time (t), ethanol proportion (S), and temperature (T) or ultrasonic power (P), were combined in a 5-level experimental design and analysed by response surface methodology for process optimization. The delphinidin-3-O-sambubioside (C1) and cyanidin-3-O-sambubioside (C2) levels were monitored by LC-DAD-ESI/MSn and used as response criteria. The developed models were successfully fitted to the experimental data and used to determine optimal extraction conditions. UAE was the most efficient method yielding 51.76 mg C1+C2/g R under optimal conditions (t=26.1 min, P=296.6W and S=39.1% ethanol, v/ v). The dose-response effects of the solid/liquid ratio on the extraction rate were also determined. The anthocyanin levels herein reported are higher than those found in the literature, which support the potential use of H. sabdariffa as a sustainable source of natural colorants with application in different industrial sectors.
- 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.
- Frutos de Rubus ulmifolius Schott como uma fonte de compostos fenólicos e propriedades bioativasPublication . Silva, Liliana Primo da; Pereira, Eliana; Pires, Tânia C.S.P.; Calhelha, Ricardo C.; Barros, Lillian; Pereira, Olívia R.; Ferreira, Isabel C.F.R.O interesse em espécies silvestres tem vindo a aumentar gradualmente devido à sua rica composição nutricional e moléculas de interesse bioativo, fundamentais para o bom funcionamento do organismo. Esta diversidade de compostos, para além de ser benéfica a nível alimentar, estabelece vantagens para futuras aplicações em diversos setores industriais, particularmente, alimentar, cosmético e farmacêutico [1,2]. A espécie Rubus ulmifolius Schott (vulgarmente denominada por silva-brava ou amora-silvestre) pertence à família Rosaceae e é essencialmente conhecida pêlos seus frutos. O seu perfil químico evidencia compostos bioativos, nomeadamente, compostos fenólicos, que lhes confere propriedades antioxidantes, anti-inflamatórias, antimicrobianas, antitumorais, entre outras [3, 4]. Neste trabalho, foi determinado o perfil fenólico dos frutos da espécie R. ulmifolius, assim como, avaliado o seu potencial como agente bioativo, estudando a atividade citotóxica e antimicrobiana. Os compostos fenólicos foram determinados através de um sistema HPLC-DAD-ESI/ MS, enquanto que o potencial citotóxico das amostras foi avaliado em linhas celulares tumorais MCF-7 (adenocarcinoma da mama), NCI-H460 (carcinoma de pulmão), HeLa (carcinoma de cervical) e HepG2 (carcinoma hepatocelular), e numa cultura de células primárias não-tumorais (PLP2), pelo método da sulforrodamina B (SRB). A atividade antimicrobiana foi avaliada através do método de microdiluição usando bactérias Gram-positivo e Gram-negativo, bem como fungos. Tendo em conta os resultados obtidos, R. ulmifolius evidenciou um perfil fenólico com 11 compostos não antociânicos (salientando-se o pentósido do ácido elágico) e 5 compostos antociânicos (destacando-se a cianidina-3-O-glucósido) com potencial corante. No que concerne às suas propriedades bioativas, os extratos hidroetanólicos preparados a partir dos frutos não revelaram qualquer capacidade antiproliferativa em nenhuma das linhas celulares testadas, mas também não manifestaram toxicidade nas células não-tumorais (GI50>400). No entanto, quanto à atividade antimicrobiana obtiveram-se resultados favoráveis, tendo os extratos revelado um efeito bacteriostático, com valores de MIC (concentração mínima inibitória) entre 5 e 20 mg/mL. Assim, este estudo mostrou que os frutos de R. ulmifolius são uma boa fonte de compostos fenólicos e que exibem propriedades antimicrobianas, sendo possível a sua aplicabilidade não só como fonte de nutrientes, mas também como agentes bioativos.
- 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.