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Publicação
Optimization of the extraction of bioactive compounds from Annona cherimola Mill. bio-residues using different techniques
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Resumo(s)
The study of biological waste from fruits and vegetables is of great interest, not only for the food industry for many reasons, including economic interests, but also for the scientific community, which, in addition to an interesting nutritional characterization, found that this type of waste is a very interesting source of bioactive compounds.
In recent years, Annona cherimola Mill. has been gaining great visibility worldwide due to its sensory properties, nutritional value and, consequently, its benefits for consumers' health.
However, the epicarp of this fruit is discarded as worthless waste, despite several studies reporting a compelling nutritional, chemical and bioactive composition. Considering the amount of by-products produced annually, the main objective of this work is to optimize the extraction of an extract rich in phenolic compounds from the epicarp of Annona cherimola Mill. For that, two techniques were employed and compared to each other, heat-assisted extraction, and ultrasound-assisted extraction, to obtain extracts with potential interest for the food industry, namely as a natural preservative. The optimal conditions that guarantee the maximization of the extraction of phenolic compounds from Annona peel was determined using the response surface methodology (RSM). Phenolic compounds were analysed by HPLC-DAD-(ESI-)MS/MS. After obtaining the optimal extraction points by RSM, the bioactivity of the Annona peel was evaluated; the antioxidant capacity was assessed by colourimetric assays; the antimicrobial activity was evaluated against several food and clinical bacterial strains and fungi; the cytotoxic activity was tested on human tumor cell lines and non-tumor cell cultures, and the anti-inflammatory activity was tested in RAW 264.7 cells. The optimal peel extracts obtained by HAE and UAE presented the highest concentration of phenolic compounds (23.23 ± 0.92 and 11.75 ± 0.67 mg.g−1 extract dw, respectively). Hydroxytyrosol-hexoside, B-type procyanidin dimer, epicatechin were among the most abundant compounds.
The maceration’s extract of Annona peel presented the highest antioxidant capacity as measured by TBARS and DPPH since they showed lower EC50 values comparing to the extract using ultrasound, while they presented equal results by the reducing power assay. Promising antibacterial activity was noticed for Annona's peel phenolic compounds extracted using Maceration that was proven to have a better bacterial inhibition against Gram-positive bacterial strains especially against the foodborne bacteria. Overall, it can be concluded that A. cherimola peel, is a source of polyphenolic compounds with significant antioxidant and antimicrobial activities. The choice of extraction method and solvent greatly influenced the composition and bioactivity of the extracts. These findings highlight the potential of Annona’s peel for the development of natural additives, while also emphasizing the importance of sustainable utilization of food waste materials. Further research is warranted to optimize extraction techniques and explore additional applications for these valuable bioactive compounds.
O estudo de resíduos biológicos de frutas e hortaliças é de grande interesse, não só para a indústria alimentar por diversas razões, incluindo interesses económicos, mas também para a comunidade científica, que, para além de uma interessante caraterização nutricional, verificou que este tipo de resíduos é uma fonte muito interessante de compostos bioativos. Nos últimos anos, a Annona cherimola Mill. tem vindo a ganhar grande visibilidade a nível mundial devido às suas propriedades sensoriais, valor nutricional e, consequentemente, aos seus benefícios para a saúde dos consumidores. No entanto, o epicarpo deste fruto é descartado como um resíduo sem valor, apesar de vários estudos relatarem uma composição nutricional, química e bioativa convincente. Considerando a quantidade de subprodutos produzidos anualmente, o principal objetivo deste trabalho é otimizar a extração de um extrato rico em compostos fenólicos do epicarpo de A. cherimola. Para isso, foram utilizadas e comparadas duas técnicas, a extração assistida por calor e a extração assistida por ultrassons, para obter extratos com potencial interesse para a indústria alimentar, nomeadamente como conservante natural. As condições ótimas que garantem a maximização da extração de compostos fenólicos da casca de Annona foram determinadas utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM). Os compostos fenólicos foram analisados por HPLC-DAD-(ESI-)MS/MS. Em seguida, e após a obtenção dos pontos ótimos de extração por RSM, foi avaliada a bioatividade da casca de Annona; a capacidade antioxidante foi avaliada por ensaios colorimétricos; a atividade antimicrobiana foi avaliada contra várias estirpes bacterianas e fungos alimentares e clínicos; a atividade citotóxica foi testada em linhas celulares tumorais humanas e culturas de células não tumorais, e a atividade anti-inflamatória foi testada em células RAW 264.7. Os extratos de casca ótimos obtidos por HAE e UAE apresentaram a concentração mais elevada de compostos fenólicos (23,23 ± 0,92 e 11,75 ± 0,67 mg.g-1 de extrato dw, respetivamente). O hidroxitirosol-hexosídeo, o dímero de procianidina do tipo B e a epicatequina estavam entre os compostos mais abundantes. O extrato de maceração da casca de Annona apresentou a capacidade antioxidante mais elevada, medida por TBARS e DPPH, uma vez que apresentaram valores EC50 mais baixos em comparação com o extrato utilizando ultrassons, enquanto apresentaram resultados iguais no ensaio de poder redutor. Foi observada uma atividade antibacteriana promissora para os compostos fenólicos da casca de Annona extraídos por maceração, que provou ter uma melhor inibição bacteriana contra estirpes de bactérias Gram-positivas, especialmente contra as bactérias de origem alimentar (Bacillus cereus, Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes). Em geral, pode concluir-se que a casca de Annona cherimola Mill. é uma fonte de compostos polifenólicos com atividades antioxidantes e antimicrobianas significativas. A escolha do método de extração e do solvente influenciou grandemente a composição e a bioatividade dos extratos. Estas descobertas destacam o potencial da casca de Annona para o desenvolvimento de aditivos naturais ao mesmo tempo que, enfatizam a importância da utilização sustentável de materiais de resíduos alimentares. É necessária mais investigação para otimizar as técnicas de extração e explorar outras aplicações para estes valiosos compostos bioativos.
O estudo de resíduos biológicos de frutas e hortaliças é de grande interesse, não só para a indústria alimentar por diversas razões, incluindo interesses económicos, mas também para a comunidade científica, que, para além de uma interessante caraterização nutricional, verificou que este tipo de resíduos é uma fonte muito interessante de compostos bioativos. Nos últimos anos, a Annona cherimola Mill. tem vindo a ganhar grande visibilidade a nível mundial devido às suas propriedades sensoriais, valor nutricional e, consequentemente, aos seus benefícios para a saúde dos consumidores. No entanto, o epicarpo deste fruto é descartado como um resíduo sem valor, apesar de vários estudos relatarem uma composição nutricional, química e bioativa convincente. Considerando a quantidade de subprodutos produzidos anualmente, o principal objetivo deste trabalho é otimizar a extração de um extrato rico em compostos fenólicos do epicarpo de A. cherimola. Para isso, foram utilizadas e comparadas duas técnicas, a extração assistida por calor e a extração assistida por ultrassons, para obter extratos com potencial interesse para a indústria alimentar, nomeadamente como conservante natural. As condições ótimas que garantem a maximização da extração de compostos fenólicos da casca de Annona foram determinadas utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM). Os compostos fenólicos foram analisados por HPLC-DAD-(ESI-)MS/MS. Em seguida, e após a obtenção dos pontos ótimos de extração por RSM, foi avaliada a bioatividade da casca de Annona; a capacidade antioxidante foi avaliada por ensaios colorimétricos; a atividade antimicrobiana foi avaliada contra várias estirpes bacterianas e fungos alimentares e clínicos; a atividade citotóxica foi testada em linhas celulares tumorais humanas e culturas de células não tumorais, e a atividade anti-inflamatória foi testada em células RAW 264.7. Os extratos de casca ótimos obtidos por HAE e UAE apresentaram a concentração mais elevada de compostos fenólicos (23,23 ± 0,92 e 11,75 ± 0,67 mg.g-1 de extrato dw, respetivamente). O hidroxitirosol-hexosídeo, o dímero de procianidina do tipo B e a epicatequina estavam entre os compostos mais abundantes. O extrato de maceração da casca de Annona apresentou a capacidade antioxidante mais elevada, medida por TBARS e DPPH, uma vez que apresentaram valores EC50 mais baixos em comparação com o extrato utilizando ultrassons, enquanto apresentaram resultados iguais no ensaio de poder redutor. Foi observada uma atividade antibacteriana promissora para os compostos fenólicos da casca de Annona extraídos por maceração, que provou ter uma melhor inibição bacteriana contra estirpes de bactérias Gram-positivas, especialmente contra as bactérias de origem alimentar (Bacillus cereus, Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes). Em geral, pode concluir-se que a casca de Annona cherimola Mill. é uma fonte de compostos polifenólicos com atividades antioxidantes e antimicrobianas significativas. A escolha do método de extração e do solvente influenciou grandemente a composição e a bioatividade dos extratos. Estas descobertas destacam o potencial da casca de Annona para o desenvolvimento de aditivos naturais ao mesmo tempo que, enfatizam a importância da utilização sustentável de materiais de resíduos alimentares. É necessária mais investigação para otimizar as técnicas de extração e explorar outras aplicações para estes valiosos compostos bioativos.
Descrição
Palavras-chave
Annona Bio-residues Heat-assisted extraction Ultrasound-assisted extraction Phenolic compounds Bioactivity Natural ingredient