NutHealth: Exploitation of by-product from nut-press-cake as a source of natural health-enhancing ingredients

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Evaluation of biological activity and optimization of lavender essential oil extraction (Lavandula angustifolia L.)

Publication . Dias, Maria Inês; Sprea, Rafael M.; Heleno, Sandrina A.; Calhelha, Ricardo C.; Barros, Lillian; Carocho, Márcio; Amaral, Joana S.

Medicinal and aromatic plants (MAPs) are an important source of natural products, which have gained importance as alternatives in the prevention and treatment of diseases, besides being used as raw material for various industries [1]. Lavandula angustifolia L. is one of the most famous aromatic and medicinal plants [2]. Due to its composition, the essential oil of L. angustifolia is reported to have analgesic, sedative, antiseptic, diuretic, cytotoxic, anti-inflammatory, and antioxidant properties [3]. In this sense, the lavender essential oil was obtained by two different methodologies, conventional hydrodistillation by clevenger apparatus according to the European Pharmacopoeia, and non-conventional, microwave-assisted hydrodistillation, in which an experimental design was carried out to optimize the process. The optimal point was obtained by a Response Surface Methodology (RSM), using three variables, namely, Time (minutes),Temperature (ºC), and Power (W) to obtain high contents of linalool and linalool acetate, for which biological activities, such as antimicrobial, have been described. The oils obtained were analyzed by gas chromatography coupled to mass spectrometry, verifying the predominance of oxygenated monoterpenes (79.5-86.4%), with linalool (30.2-29.99%) and linalool acetate (25.6-37.7%) as the main compounds. Antioxidant activity was evaluated through three in vitro methodologies, namely reducing power (RP), 2,2-diphenyl-1 picrylhydrazyl (DPPH) radical-scavenging activity and cellular antioxidant activity (CAA). Furthermore, cytotoxicity activity was evaluated by the sulforhodamine B method, and antimicrobial activity was tested by the microdilution method.The results obtained show that lavender essential oil exhibits an excellent antioxidant, anti-inflammatory and antimicrobial activity, with particularly interesting results for fungistatic activity. Among the obtained essential oils, the microwave extracts rich in linalool and the extract obtained by clevenger hydrodistillation showed the best results for DPPH and PR assays, while no significant differences were obtained for the cellular antioxidant activity assay and anti-inflammatory activity. The extract obtained by clevenger showed better performance in antimicrobial activity. The oils showed cytotoxic activity for liver cells at the maximum concentration tested, and no toxicity was observed for the concentrations presenting anti-inflammatory activity.

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Terpenes

Publication . Xavier, Virginie; Sprea, Rafael M.; Finimundy, Tiane C.; Heleno, Sandrina A.; Amaral, Joana S.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.

Terpenes are the largest and most diverse group of naturally occurring compounds found in plants. They can be classified according to the number of isoprene units, the most common being monoterpenes (C10), sesquiterpenes (C15), diterpenes (C20), and triterpenes (C30). Besides being the principal constituents of essential oils and playing fundamental roles in plants, many terpenes are extensively used in pharmaceutical and industrial applications ranging from flavours to fragrances and medicines. Several studies have already demonstrated the diversity of terpenes’ biological properties, including cancer chemopreventive effects, antimicrobial, antiviral, analgesic, anti-inflammatory, antifungal, antiparasitic, and other activities. This chapter compiles the various terpenes isolated from plants, their sources, biological activities and beneficial health effects, mechanism of action, extraction and applications, and the future perspective for using the terpenes as lead molecules in several areas of the industry.

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Caracterização química e propriedades bioativas de resíduos industriais da produção de óleo de noz (Juglans regia L.)

Publication . Sprea, Rafael M.; Finimundy, Tiane C.; Pinela, José; Calhelha, Ricardo C.; Pires, Tânia C.S.; Amaral, Joana S.; Prieto Lage, Miguel A.; Barros, Lillian

As borras obtidas na produção de óleo de noz podem ser consideradas como um dos principais subprodutos desta indústria, sendo atualmente reaproveitados como fertilizante ou na alimentação animal [1]. Neste sentido, tendo por objetivo final a valorização deste subproduto, este trabalho consistiu na caracterização química e avaliação da bioatividade das borras geradas na produção de óleo de noz. As borras industriais foram analisadas no que respeita o teor em açúcares livres e tocoferóis usando cromatografia líquida acoplada a detetores de índice de refração (HPLC-RI) e de fluorescência (HPLC-FL), respetivamente. Os ácidos gordos foram determinados por cromatografia gasosa com deteção de ionização de chama (GC-FID), os ácidos orgânicos por cromatografia líquida ultrarrápida acoplada a um detetor de díodos (UPLC-DAD) e os compostos fenólicos por HPLC com deteção DAD e espectrometria de massa (HPLC-DAD-ESI-MS/MS). Adicionalmente, avaliou-se a atividade antioxidante e antimicrobiana do extrato hidroetanólico obtido a partir das borras. A atividade antioxidante foi determinada através de três ensaios in vitro (inibição da peroxidação lipídica por substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) em homogeneizados cerebrais, e atividade antioxidante celular (CAA)) e a atividade antimicrobiana pelo método de microdiluição contra um painel de bactérias e fungos. As borras de nozes apresentaram uma predominância em ácidos gordos polinsaturados, sendo o ácido linoleico o maioritário, apresentando um teor superior a 55%. Em relação aos tocoferóis, foram observadas as isoformas α, γ e δ, sendo o γ-tocoferol o composto predominante (89 mg/100 g). Apenas a sacarose foi identificada no que concerne os açucares livres, e o ácido quinico foi o maioritário (1,06 mg/100 g) entre os cinco ácidos orgânicos identificados. No que respeita a composição fenólica do extrato, observou-se uma predominância de derivados da catequina (flavan-3-ois) e taninos hidrolisáveis. O extrato das borras de nozes demonstrou interessante atividade antioxidante, apresentando ótimos valores de EC50 (TBARS: 32,84 g/mL) e % de inibição (CAA: 90%). Contudo, o extrato não apresentou atividade significativa contra as bactérias e fungos testados. Os resultados deste trabalho demonstram o potencial deste resíduo industrial dada a sua elevada atividade antioxidante e composição em nutrientes e compostos bioativos, podendo o mesmo ser futuramente explorado através da sua incorporação em produtos alimentares, agregando valor à cadeia produtiva de óleo de noz.

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Avaliação de subprodutos de soja (Glycine max), uma potencial fonte de nutrientes e compostos bioativos

Publication . Sprea, Rafael M.; Finimundy, Tiane C.; Pinela, José; Calhelha, Ricardo C.; Pires, Tânia C.S.; Amaral, Joana S.; Prieto Lage, Miguel A.; Barros, Lillian

A soja (Glycine max) tem desempenhado um papel relevante na alimentação humana do século 21, não só através de produtos à base do grão, como pelo seu óleo, mas também pela sua utilização na produção de bebida vegetal [1]. Esta última tem-se tornado cada vez mais popular, aumentando a quantidade de grão de soja utilizado e, consequentemente, a quantidade de resíduos gerados. Por forma a contribuir para a implementação de uma economia circular, este trabalho teve como objetivo a caracterização química e nutricional de subprodutos provenientes da indústria de produção de bebidas vegetais de soja, nomeadamente okara e casca de soja. A composição proximal dos resíduos foi determinada pelos métodos oficiais da AOAC, os açúcares livres, tocoferóis e ácidos orgânicos por cromatografia líquida com detetor de índice de refração (HPLC-RI), de fluorescência (HPLC-FL) e de díodos (UPLC-DAD), respetivamente, o perfil de ácidos gordos por cromatografia gasosa com detetor de ionização de chama (GC-FID), e os compostos fenólicos por HPLC acoplado a um DAD em série com espectrometria de massa (HPLC-DAD-ESIMS/ MS). Adicionalmente, procedeu-se à avaliação da atividade antimicrobiana face a oito estirpes bacterianas multirresistentes causadoras de doenças alimentares e duas estirpes de fungos contaminantes de alimentos, e da atividade antioxidante pelos ensaios de inibição da peroxidação lipídica (TBARS), inibição de hemólise oxidativa (OxHLIA) e atividade celular antioxidante (CAA). Relativamente ao okara, este subproduto apresentou elevada humidade, sendo o macronutriente predominante as proteínas. Na casca, verificou-se uma predominância de carboidratos e fibras, e baixo teor de humidade. Na fração lipídica, ambos os subprodutos apresentaram uma predominância de ácidos gordos polinsaturados, sendo os maioritários os ácidos oleico e linoleico para o okara e para a casca, respetivamente. Foram detetadas 3 isoformas de Vitamina E, sendo o γ- e δ-tocoferol identificados no Okara, e o α- e δ-tocoferol na casca do grão de soja, verificando-se uma predominância de δ-tocoferol em ambos os subprodutos. O ácido oxálico foi o único ácido orgânico identificado no okara, enquanto o ácido cítrico foi o predominante na casca de soja. Os elagitaninos e isoflavonas foram os compostos fenólicos maioritários na casca dos grãos de soja, sendo as isoflavonas igualmente predominantes no okara. Ambos os extratos apresentaram propriedades antioxidantes satisfatórias, e no geral apresentaram uma inibição superior contra o crescimento de fungos comparativamente a bactérias. Os resultados obtidos demonstram que os subprodutos de soja têm uma composição interessante do ponto de vista nutricional, podendo ser uma fonte de compostos bioativos e um recurso para o desenvolvimento de novos ingredientes funcionais para a indústria alimentar.

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