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Research Project
Natural food preservatives from plant sources: extraction, stabilization and applications development
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Publications
Utilização de uma metodologia superfície-resposta para maximizar a extração de ácido rosmarínico
Publication . Carocho, Márcio; Prieto Lage, Miguel A.; Antonio, Amilcar L.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.
O crescente interesse dos consumidores pelos alimentos que consomem aliado à maior
taxa de literacia, está a revolucionar a indústria alimentar, nomeadamente no sentido
de um menor processamento de alimentos e na utilização de aditivos alimentares de
origem natural. Entre esses aditivos, o ácido rosmarínico (AR), extraído do alecrim
(Rosmarinus officinalis L.), é usado como conservante em muitas matrizes alimentares,
estando já aprovado pela European Food Safety Authority (EFSA) com o número de
acesso E 392. Dada a longa e pouco económica extração deste aditivo a partir do
alecrim, outras plantas que ofereçam rendimentos razoáveis devem ser equacionadas
para a produção de extratos naturais com poder conservante.
Neste trabalho, uma extração hidroalcoólica assistida por calor com diferentes
variáveis, como percentagem de etanol (S, 0 - 100%), temperatura (T, 25 - 85ºC) e
tempos de extração (t, 20 - 120 minutos) foi aplicada às folhas de três plantas aromáticas
e medicinais diferentes, nomeadamente alecrim, manjericão (Ocimum basilicum
L.) e salvia (Salvia officinalis L.). Posteriormente, foi aplicado uma metodologia de
superfície-resposta com vista a encontrar a resposta máxima de ácido rosmarínico,
um dos compostos fenólicos mais importantes na atividade conservante do extrato
de alecrim. Este modelo utilizou um desenho central composto de três variáveis com
cinco níveis diferentes. Os resultados da extração foram expressos em três valores de
resposta Y: Y1) mg de AR, determinados por HPLC-DAD, expresso por grama de
folha (F) seca (mg AR/g F massa seca (ms)), usada para analisar especificamente a
quantidade de AR presente nas folhas; Y2) miligramas de AR obtidas do resíduo seco
(mg RA/g R) de forma a medir a pureza (P) do resíduo; e Y3) em g R/g ms, que oferece
informação relativa ao rendimento da extração. No caso do alecrim, as condições
ótimas de maximização da extração foram de 87±7 minutos, 85±8 ºC e 39,1±0,8% de
etanol, produzindo cerca de 23,3±0,7 mg AR/g F ms (Y1), 82±4 mg AR/g R (Y2), e
0,31±0,02 g R/g ms (Y3). Para o manjericão, estes valores situaram-se em 98±4 min,
85,0±0,8 ºC, e 45±4% de etanol, resultando em 29±1 mg RA/g F ms (Y1), 112±11 mg
AR/g R (Y2) e 0,32±0,04 g R/g ms (Y3). Finalmente, para a salvia os resultados foram
de 120±6 minutos, 85±2 ºC e 47,2±0,8% de etanol, resultando em 29±2 mg AR/g F ms
(Y1), 127±5 mg AR/g R (Y2) e 0,33±0,03 g R/g ms (Y3).
Estes resultados permitem concluir que o alecrim demonstra a maior quantidade de
AR, mas que tanto o manjericão como a salvia permitem um rendimento aceitável,
podendo ser de interesse para a indústria alimentar.
Descodificar os “E”: plataforma online de acesso aberto de aditivos alimentares
Publication . Lopes, Bernardo; Padrão, Tiago Filipe Fernandes; Carocho, Márcio; Lopes, Rui Pedro; Ferreira, Isabel C.F.R.
Recentemente, a população de países desenvolvidos tem procurado alimentos mais saudáveis, e tem curiosidade em conhecer os seus constituintes e processos de fabrico. Devido a alguma controvérsia na década de noventa e nos inícios do milénio, os aditivos alimentares são ainda olhados com desconfiança pela população, que desconhece grande parte da sua função, origem e segurança. A informação que se encontra na internet é escassa, retalhada, dificilmente acessível ou de fontes pouco fidedignas. Desmistificar e informar a população para os aditivos que são adicionados aos alimentos é uma tarefa que requer um acesso fácil, constante, simples e integrativo, permitindo que o consumidor saiba facilmente aquilo que está a comer. Por outro lado, existem empresas que requerem informações relativas às quantidades legalmente permitidas de aditivos em alimentos, informação essa que está condensada e de difícil acesso na página da European Food Safety Authority (EFSA). Este trabalho apresenta uma solução informática que reúne os dados fundamentais dos aditivos alimentares e das suas possibilidades de utilização num portal online de acesso aberto. Esta solução é suportada por uma base de dados relacional que armazena as características mais importantes dos aditivos e das classes a que pertencem, bem como uma lista de categorias alimentares, de modo a especificar os cuidados e as restrições existentes na utilização de certos aditivos em determinadas categorias. Toda esta estrutura facilita a consulta da informação, já que é possível ordenar e filtrar os resultados, relacionando alimentos com aditivos e vice-versa.
Enhanced extraction of ergosterol from Pleurotus ostreatus using response surface methodology (RSM)
Publication . Taofiq, Oludemi; Heleno, Sandrina A.; Carocho, Márcio; Costa, Cristina; Prieto Lage, Miguel A.; Barros, Joana; Ferreira, Inês; Nunes, João; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.
Pleurotus ostreatus (Jacq. ex Fr.) P. Kumm., is one of the most widely consumed mushrooms in the
world with interesting health-promoting benefits, mainly due to its richness in several bioactive
compounds [1]. Mushrooms produce ergosterol as one of their main sterols, which has been considered
a contributor to their anti-inflammatory, antioxidant, and antitumor properties [2]. Obtaining an ergosterol
enriched extract depends on different variables, such as the extraction method, solvent type,
temperature, extraction time, and the solid-liquid ratio [3]. Therefore, it is essential to define the main
variables and relevant response criteria to maximize the extraction yield and purity, combining the
economic competitivity.
In the present work, response surface methodology (RSM) was applied to optimize a heat assisted
extraction system (HAE), combining time (t) and temperature (T) effects, and using a circumscribed
central composite design (CCCD) for the recovery of ergosterol from the fruiting bodies of P. ostreatus
produced with lignocellulose substract. The obtained responses were the quantification of ergosterol by
HPLC-UV (Y1: mg of ergosterol per g of extract residue and Y2: mg of ergosterol per 100 g of dry weight
mushroom), and the extraction yield (Y3: %). The CCCD consist of 16 response combinations and 4
centre points. Response surface models were fitted by using the following second order polynomial
equation. The results obtained showed a significant interaction between the variables. For all the three responses
(Y1, Y2, and Y3), the model successfully explained more than 80% variation in the experimental data (i.e.
R2˃8). The individual optimum conditions and responses were as follows; Y1 (10 min, 30°C, 57.6 mg/g),
Y2 (150 min, 61°C, 246.3 mg/100 g dw), and Y3 (10 min, 80.9°C, 9.3%). The global optimum conditions
predicted by the model were: 150 min and 54.3 °C, capable of yielding 7.3 %, 33.3 mg/g and 244.3
mg/100 g dw. The values predicted by the model are in close agreement with the experimental
observations with very low residual distribution, proving the validity of the applied model. The results
also showed the usefulness of the predictions for future scale up based on the desired responses. The
obtained ergosterol enriched extract can be considered as a bioactive ingredient for pharmaceutical,
cosmeceutical and nutraceutical purposes.
Using response surface methodology to maximize heat assisted extraction of rosmarinic acid in three medicinal and aromatic plants
Publication . Carocho, Márcio; Prieto Lage, Miguel A.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.
The increasing awareness of consumers, which prefer food with natural additives, shifted the industry to pursue natural counterparts for food additives. Among them, one preservative, E392, is obtained from the rosemary plant (Rosmarinus officinalis L.), with its main preserving molecule being rosmarinic acid (RA). Given its expensive and costly extraction, alternative plants should be pursued. In this work, heat assisted extraction with varying hydroalcoholic mixtures as solvent (S, ethanol proportion in % from 0 to 100), temperatures (T, from 25 to 85ºC) and times (t, from 20 to 120 min) were tested in rosemary, basil (Ocimum basilicum L.) and sage (Salvia officinalis L.). A response surface methodology was used to define the optimum extraction conditions to maximize the RA content, using a circumscribed central composite design of three variables with five levels. The extraction results were expressed in three response format values (Y): Y1, mg of RA (determined through -HPLC-DAD) per g of leave (L) dry matter (mg RA/g L dw), specifically used to analyse the content of the plants in RA; Y2, mg of RA obtained in the extracted dried weight residue (R; mg RA/g R) to measure the purity of R; and Y3 in g R/g P dw, which provides information regarding the extraction yield in R. For rosemary, the optimal global conditions were at 87.18±6.97 min, 85.00±8.50ºC, and 39.09±0.78% of ethanol, producing 23.28±0.70 mg RA/g L dw (Y1), 82.59±4.13 mg RA/g R (Y2), and 0.31±0.02 g R/g P dw (Y3). For basil, these were at 98.44±3.94 min, 85.00±0.85ºC, and 44.91±3.59% of ethanol, producing 28.61±1.14 mg RA/g L dw (Y1), 111.74±11.17 mg RA/g R (Y2), and 0.32±0.04 g R/g P dw (Y3). And for sage at 120.00±6.00 min, 85.00±1.70ºC, and 47.25±0.47% of ethanol, producing 28.895±2.3 mg RA/g L dw (Y1), 126.63±5.07 mg RA/g R (Y2), and 0.33±0.03 g R/g P dw (Y3).
In brief, the obtained results show the potential of several plants as a source of RA, with potential uses in the food industry and others.
DecodE – an integrated approach to improve awareness and aid transition to natural additives in collaboration with the food industry
Publication . Carocho, Márcio; Barreiro, M.F.; Reis, Filipa S.; Barros, Lillian; Ferreira, Isabel C.F.R.; Rodrigues, Alírio
Recent studies indicate that consumers have a
higher awareness of what they eat and are paying
more attention to labels to consume healthier food.
For food additives, there is still a high percentage
of the population that does not understand their
different classes, or origin (natural or artificial), along
with many misconceptions. In line with consumer’s
volition to reduce the consumption of processed
foods and their tendency to prefer them non- or
minimally processed, the DecodE project aims
to help clarify the mystification of food additives,
helping consumers and the general public know
the differences between them, their implications
on food and especially, their impact on consumer
health. Furthermore, DecodE also aims at helping
the gradual transition from artificial to natural
preservatives and colourants, with research being
carried out on both topics. This is performed in
close collaboration with pastries and bakeries to
help substitute the artificial additives used in these
industries, and create sustainable methods of
obtaining safe natural counterparts to be gradually
introduced into the market, so, reducing their
drawbacks, namely stability, high obtainment
cost and low efficacy. All this is carried out in an
integrated framework based on the cumulative
knowledge of the research centre where the project
is being executed, the Mountain Research Centre in
Bragança, Portugal (www.cimo.ipb.pt), supported by
various researchers with expertise in different topics.
One of the main focuses of the project is to be open
to society, hence the open data strategy, to reduce
the gap between scientific data and the public’s
knowledge of important aspects regarding their food.
Organizational Units
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Contributors
Funders
Funding agency
Fundação para a Ciência e a Tecnologia
Funding programme
FARH
Funding Award Number
SFRH/BPD/114650/2016