Development of nutraceuticals and functional foods with natural preservative and bioactive ingredients

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Valorização de biorresíduos da produção de sumo de laranja: extração de ácido cítrico

Publication . Fernandes, Filipa Alexandra; Pinela, José; Carocho, Márcio; Prieto Lage, Miguel A.; Heleno, Sandrina A.; Barros, Lillian

A laranja é um dos frutos mais consumidos mundialmente, sendo uma parcela considerável destinada à produção de sumos, operação industrial que gera uma grande quantidade de resíduos (polpa, cascas e sementes). Uma parte destes biorresíduos é utilizada na produção de ração animal; contudo, uma quantidade significativa ainda é depositada em aterros sanitários, gerando um impacto ambiental considerável [1,2,3]. As atividades biológicas da casca de laranja, como os potenciais antimicrobianos e antioxidantes foram já comprovados por diversos estudos; no entanto, são escassos os trabalhos sobre técnicas de extração eficientes para obtenção de compostos bioativos a partir destes subprodutos [4]. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi a valorização das cascas de laranja, promovendo a sua reciclagem em ingredientes naturais, com recurso à otimização de técnicas de extração para obtenção de extratos ricos em ácido cítrico (agente antimicrobiano, acidificante e aromatizante). Para isso, foi selecionada a técnica de extração assistida por ultrassons, aplicando um delineamento experimental consistindo num desenho central composto rotativo usando a metodologia de superfície de resposta para otimização, o qual combinou cinco níveis das variáveis independentes: percentagem de etanol (0-100%), tempo (2-45 min) e intensidade ultrassónica (50-500 W). Os teores de ácido cítrico foram determinados por UFLC-PDA e usados como resposta da otimização. O software Design-Expert foi usado para modelação e análise gráfica dos dados. Os modelos teóricos desenvolvidos foram ajustados com sucesso aos dados experimentais, validados estatisticamente com base em altos valores de F e R2 e usados para prever as condições ótimas que maximizam a recuperação de ácido cítrico a partir da casca de laranja. Utilizando as condições ideais de processamento obtidas, nomeadamente intensidade ultrassónica média (119,2 W), tempo de extração médio (35,5 min.) e proporção de etanol baixa (0 %, v/v), foi prevista a recuperação de 6,4 g de ácido cítrico por 100 g de casca de laranja desidratada. A extração assistida por ultrassons revelou-se uma técnica promissora para a obtenção de ácido cítrico a partir destes biorresíduos de laranja, tornando possível a sua valorização através da obtenção de moléculas de elevado valor acrescentado com potencial aplicação em várias indústrias, como a alimentar.

2022Conference object

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Influence of chestnut flour and chestnut dried pieces on the nutritional profile of a Portuguese traditional cake. XV Encontro de Química dos Alimentos. Madeira

Publication . Fernandes, Filipa Alexandra; Pedrosa, Mariana C.; Ueda, Jonata Massao; Ferreira, Elisabete; Heleno, Sandrina A.; Carocho, Márcio; Prieto Lage, Miguel A.; Ferreira, Isabel C.F.R.; Barros, Lillian

The combination of flour, sugar, margarine, olive oil, eggs and brandy give rise to a traditional Portuguese pastry product from the region of Trás-os-Montes, which is highly consumed and appreciated, however, its nutritional profile does not bring much benefits1,2. Currently, the percentage of consumers concerned about what they eat is increasing, demanding diversified products and with less processed ingredients. In this perspective, the objective of this work was to verify the influence of chestnut flour (Castanea sativa Mill.) and chestnut pieces on the nutritional composition of the "Económicos", to increase the value of a product with high economic impact, in Trás-os-Montes, the chestnut, known for its interesting nutritional and bioactive properties. The nutritional profile analysis, including proteins, crude fat, moisture, ash, fibers, carbohydrates, and energy were performed following the AOAC official methods.3 Thus, one lot of “Económicos” was incorporated with 9% chestnut flour, another one with pieces of dried chestnut, and finally another one, the control lot, without any incorporation. This traditional Portuguese pastry product showed a relatively low moisture content (13.9 ± 0.6 g/100 g), with carbohydrates being the macronutrient present in the highest quantity (67 ± 1 g/100), followed by proteins (18.3 ± 0.9 g/100 g), offering an energy value of 345 Kcal. Statistically, it appears that both the chestnut flour and the chestnut pieces significantly reduced the humidity of the “Económicos”. Regarding crude fat, no significant differences were sought between the samples, being the same recorded for, ash and fiber content in the different products analyzed. Regarding carbohydrates, the pieces of chestnut significantly increased the content in carbohydrates, while no differences were sought between the control and chestnut flour. Finally, considering energy, the “Económicos” with chestnut pieces showed a significantly higher amount of energy. This work showed that chestnut products do not have a significantly negative influence on traditional "Económicos” and may be a good asset for the diversification of this traditional product and valorization of chestnuts. Furthermore, organoleptic, and bioactive analysis should be pursued to understand other positive effects this dried nut could have on the “Económicos”.

2021Conference object

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Chemical profile of nutraceutical formulations with natural preservatives

Publication . Fernandes, Filipa A.; Mandim, Filipa; Carocho, Márcio; Heleno, Sandrina A.; Dias, Maria Inês; Barros, Lillian; Simal-Gandara, Jesus; Prieto Lage, Miguel A.; Ferreira, Isabel C.F.R.

Nutraceutical is a recent term, not having a formal regulatory definition, it was first defined by Stephen DeFelice as “food or part of a food that provides medical or health benefits, including the prevention and/or treatment of a disease”1. From early ages, the medicinal properties of plants were well known, and there are now many scientific studies that support such claims. Aloe Arborescens Mill., one of the most abundant species of the Aloe genus, native to South Africa having been imported into many countries as an ornamental and medicinal plant due to its biological effects (antimicrobial, anti-inflammatory and healing properties), has had its benefits proven by scientific studies2. Growing concerns about the quality and safety of food and pharmaceutical products leads to consumers prefering products with minimal added additives3. Thus, in line with consumer demand, the food industry has been working on uncovering natural preservatives. The objective of this work was to study the influence of natural preservative ingredients (citric acid and chestnut flowers) on the chemical profile (composition in free sugars, organic acids, fatty acids and phenolic compounds) of a nutraceutical based on Aloe arborescens and honey. Free sugars were identified by an HPLC-RI system, organic acids by UFLC-PDA, fatty acids by GC-FID and phenolic compounds by HPLC- DAD-ESI/MS. The results were compared with those obtained in the formulations with an artificial preservative (sodium benzoate) and with no preservative. Regarding the results, in general, there were no significant differences between formulations. In the evaluation of hydrophilic compounds, three sugar molecules (fructose – 13 g/100 g fw; glucose – 12 g/100 g fw; trehalose – 0.3 g/100 g fw) and two organic acids (malic acid – 0.40 g/100 g fw; citric acid - 0.04 g/100 g fw) were found. Regarding the fatty acid profile, seventeen compounds were identified, especially palmitic (C16:0 37%), followed by stearic acid (C18:0 14%); all the other fatty acids were below 10%. Saturated fatty acids (SFA) were the most abundant group with 89%, followed by 7% of monounsaturated fatty acids (MUFA) and 4% polyunsaturated fatty acids (PUFA). Regarding phenolic compounds, ten molecules were identified and quantified (two phenolic acids, three flavonoids, two aloins and three other anthraquinones), with a highlight for aloenin (flavonoid) as the major compound (0.14 μg/100 g fw). The results obtained in this study allow us to conclude that the natural preservatives used have no influence on the chemical composition of the nutraceutical studied. However, further research is needed to conclude that these natural preservatives are a good alternative to sodium benzoate or any other synthetic preservative.

2019Conference object

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Desenvolvimento e aplicação de um revestimento conservante natural para fiambres; perfil físico-químico e estabilidade

Publication . Fernandes, Filipa A.; Carocho, Márcio; Heleno, Sandrina A.; Rodrigues, Paula; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.

Grande parte do plástico produzido é aplicado na conservação de alimentos, no entanto há cada vez mais estudos que confirmam a migração dos seus aditivos para as matrizes alimentares, sendo prejudiciais para a saúde do consumidor. É também notória a contribuição do plástico para a poluição do planeta. Assim, as indústrias procuram alternativas à utilização de plástico, sendo os revestimentos comestíveis e biodegradáveis uma opção viável [1,2]. O objetivo deste trabalho consistiu em verificar a eficácia de um revestimento conservante edível, à base de ingredientes naturais (extrato aquoso de alecrim e carragenina), através de estudos de crescimento microbiano e de características físico-químicas (textura, humidade e cor) em fiambre durante 15 dias de acondicionamento. Para verificar o crescimento microbiano no fiambre, contaminaram-se amostras de fiambre, com diferentes microrganismos (coliformes e Escherichia coli; leveduras e bolores; bactérias psicrotróficas; e Staphylococcus aureus) que foram sujeitos a revestimentos de conservação distintos (revestimento edível, revestimento com filme de plástico comercial, ambos os revestimentos e, finalmente uma amostra sem qualquer tipo de revestimento, servindo de controlo). Foi posteriormente analisada a quantidade de microrganismos ao longo de 15 dias de acondicionamento a 5ºC pelo método da contagem em placa. A textura foi analisada através de um texturómetro (TA.XT Plus, Stable Micro Systems), a humidade foi calculada com base na perda de água durante o tempo de armazenamento, e a medição da cor foi realizada com um colorímetro (CR400 portátil da Konica Minolta). De uma forma geral, em termos de carga microbiana, verificou-se que as amostras capazes de reter a humidade durante o tempo de armazenamento apresentam maior contagem de microrganismos. Para os coliformes, usados como indicadores de higiene sanitária e de contaminantes fecais, o fiambre imerso na solução conservante apresentou menor contagem, comprovando seu valor antimicrobiano em relação a estes microrganismos. Também se verificou, que para todos os microrganismos testados, nas etapas finas de armazenamento o fiambre com o revestimento natural apresentou maior atividade antimicrobiana, uma vez que a contagem de microrganismos foi menor. Em relação à textura, verificou-se que tanto o tempo como o tipo de armazenamento têm influência significativa. Assim, constatou-se que com o tempo a dureza das amostras sujeitas ao armazenamento com o revestimento edível aumentou, embora a adesividade tenha sido reduzida. A elasticidade, a coesão e a resiliência não variaram muito ao longo do tempo em nenhum dos tratamentos aplicados, contudo houve uma alta variação na mastigabilidade. Relativamente à humidade, o revestimento edível não conseguiu manter a mesma percentagem de água no fiambre que o filme de plástico comercial (como era esperado), no entanto, obtiveram-se melhores resultados que na amostra controlo (sem qualquer tipo de revestimento). Para o parâmetro da cor, constatou-se que as amostras com o revestimento edível preservaram melhor a cor que as amostras armazenadas com filme plástico, pois as primeiras mostraram uma tendência amarelada ao longo do tempo, evitando um aumento da cor azul (cor indesejada para produtos à base de carne). Os resultados obtidos neste estudo mostram que a solução conservante apresenta um alto potencial na conservação de fiambre, o que tem suscitado um elevado interesse por parte da indústria alimentar.

2019Conference object

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Natural food preservatives: application of rosemary, basil, and sage in yogurts as a viable alternative to artificial ones, using sustainable, low cost and efficient process

Publication . Ueda, Jonata Massao; Pedrosa, Mariana C.; Fernandes, Filipa Alexandra; Calhelha, Ricardo C.; Melgar Castañeda, Bruno; Rodrigues, Paula; Dias, Maria Inês; Pinela, José; Ivanov, Marija; Soković, Marina; Ineu, Rafael P.; Carocho, Márcio; Ferreira, Isabel C.F.R.; Heleno, Sandrina A.; Barros, Lillian

Foods are susceptible to various forms of degradation, either by oxygen present in the atmosphere, microbiological factors, enzymatic degradation and others, being essential to study new ways of preserving food. Due to the need of creating “stock” and preserve food in the pre-industrial era, consumers were essentially concerned on obtaining food as quickly as possible, opting for “industrialized” food. Nowadays, the demand for non-processed foods or with a minimum of artificial additives is increasing due to an increased awareness of consumers towards healthier diets, studies related to health risks and public opinions generated in the media [1,2]. Plants are known to be rich sources of bioactive compounds, since these are considered a defense mechanism against external agents such as microorganisms, oxidizing agents and ultraviolet radiation, and for these reasons their extracts are investigated as promising sources of natural additives for the food industry [3]. Thus, the main objective of this work was the exploitation of rosemary (Rosmarinus officinalis L.), basil (Ocimum basilicum L.) and sage (Salvia officinalis L.) as sources of preservative molecules, for incorporation in yogurts. This included: i) the optimization of the extraction of bioactive molecules through ultrasound assisted extraction (UAE), a sustainable and lowcost extraction technology, using green solvents (water and ethanol); ii) chemical characterization of the extracts obtained by HPLC-DAD-ESI/MS techniques; iii) evaluation of the bioactivities of the extracts (antioxidant, antimicrobial and cytotoxic activities); iv) incorporation of the most promising extracts into the yogurts, and v) the evaluation of the stability of the ingredients over the shelf-life through physical parameters (texture, color and pH); microbiological analysis [4]; nutritional value [5] and monitoring the molecules with preservative capacity. All the formulations were compared with control samples (without additives and with potassium sorbate, a common artificial additive used in yogurts). According to the obtained results, for the extraction optimization, it was found that the percentage of solvent is the most relevant factor for obtaining an extract rich in rosmarinic acid, followed by the extraction time and ultrasonic power. For the antioxidant and antimicrobial activity, rosemary extract showed the best result, followed by sage and basil. Moreover, none of the three plant extracts showed hepatotoxicity, at the maximum concentration tested. Finally, the plant extracts did not show changes in the physico-chemical and nutritional characteristics of the yogurts and the incorporation of the preservative extracts did not affect the normal lactic bacteria growth, which are fundamental for the yogurt manufacturing process. Moreover, the extracts were obtained through sustainable, green and low-cost process, providing the industry with safer and economically viable alternatives.

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