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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2016.tde-09112016-171820
Document
Author
Full name
Adriano Costa de Camargo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2016
Supervisor
Committee
d'Arce, Marisa Aparecida Bismara Regitano (President)
Selani, Miriam Mabel
Brazaca, Solange Guidolin Canniatti
Oldoni, Tatiane Luiza Cadorin
Torres, Elizabeth Aparecida Ferraz da Silva
Title in English
Hurdles and potentials in value-added use of peanut and grape by-products as sources of phenolic compounds
Keywords in English
Bioactivity
Enzyme extraction
Flavonoids
Gamma-irradiation
Microbiological safety
Phenolic acids
Proanthocyanidins
Abstract in English
Recent studies have demonstrated that peanut and grape processing by-products may be richer sources of bioactive compounds as compared to their original raw material and feedstock; however, before their application as a source of nutraceuticals or in the prevention of lipid oxidation in food systems, certain technological challenges have to be addressed. This study discusses recent advances in the application of plant food processing by-products as sources of phenolic compounds with special emphasis on the profiling and screening of phenolics using high-performance liquid chromatography-mass spectrometry, their potential health benefits, and microbiologial safety. The major findings are summarized in chapters 2, 3, and 4. The first chapter deals with phenolics from grape by-products. In general, insoluble-bound phenolics were more effective in inhibiting copper-induced human LDL-cholesterol oxidation in vitro than free and esterified phenolics. Phenolic extracts from all fractions inhibited peroxyl radical-induced DNA strand breakage. The third chapter brings about the effects of gamma-irradiation on the microbial growth, phenolic composition, and antioxidant properties of peanut skin. Gamma-irradiation at 5.0 kGy decreased the microbiological count of the product. Total phenolic and proanthocyanidin contents, ABTS radical cation, DPPH radical, hydrogen peroxide, and hydroxyl radical scavenging capacities as well as the reducing power of the sample were increased upon gamma-irradiation in both the free and insoluble-bound phenolic fractions. The bioactivity of the free phenolics against in vitro human LDL-cholesterol oxidation and copper induced DNA strand breakage was improved upon gamma-irradiation. Phenolic compounds were positively or tentatively identified and their distribution was in the decreasing order of free > esterified > insoluble-bound forms. Procyanidin dimer A was increased in all phenolic fractions, whereas procyanidin dimer B decreased. Gamma-irradiation induced changes may be explained by molecular conversion, depolymerization, and cross-linking. In the fourth chapter, the ability of selected enzymes in improving the extraction of insoluble-bound phenolics from the starting material (experiment I) or the residues containing insoluble-bound phenolics (experiment II) were evaluated. Pronase and Viscozyme improved the extraction of insoluble-bound phenolics. Viscozyme released higher amounts of gallic acid, catechin, and prodelphinidin dimer A compared to Pronase treatment. Furthermore, p-coumaric and caffeic acids, as well as procyanidin dimer B, were extracted with Viscozyme but not with Pronase treatment. Solubility plays an important role in the bioavailability of phenolic compounds, hence this study may assist in better exploitation of phenolics from winemaking by-products as functional food ingredients or supplements.
Title in Portuguese
Desafios e potencialidades na agregação de valor a subprodutos da agroindústria do amendoim e da uva como fonte de compostos fenólicos
Keywords in Portuguese
Ácidos fenólicos
Bioatividade
Extração enzimática
Flavonóides
Irradiação gama
Proantocianidinas
Segurança microbiológica
Abstract in Portuguese
Estudos recentes têm demonstrado que subprodutos da indústria processadora de amendoim e uva podem ser mais ricos em compostos bioativos em comparação às suas matérias-primas. No entanto, alguns desafios tecnológicos precisam ser enfrentados antes da sua aplicação como fonte de compostos nutracêuticos ou na prevenção da oxidação lipídica em sistemas alimentares. Este estudo discute os recentes avanços na aplicação de subprodutos da indústria processadora de amendoim e uva como fontes de compostos fenólicos. Especial ênfase foi dada a sua caracterização por cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas, aos potenciais benefícios à saúde e à segurança microbiológica. As principais conclusões estão apresentadas nos capítulos 2, 3 e 4. O primeiro capítulo trata de compostos bioativos de subprodutos da indústria de suco de uva e da produção vinícola. A fração da qual foram extraídos os compostos fenólicos ligados à parede celular foi predominante. Em geral, esta fração também foi a mais eficaz na inibição da oxidação do LDL - colesterol in vitro quando comparada à fração que continha os fenólicos livres e os esterificados. Os compostos fenólicos de todas as frações inibiram o dano oxidativo ao DNA induzido por radicais peroxila. O terceiro capítulo fala sobre os efeitos da irradiação gama sobre a carga microbiana, a composição fenólica e as propriedades antioxidantes da película de amendoim. A irradiação gama (5,0 kGy) diminuiu a contagem microbiana do produto. Os compostos fenólicos totais, o teor de proantocianidinas e a capacidade dos extratos em neutralizar radicais como o ABTS, DPPH e espécies reativas de oxigênio como o peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila, assim como o poder redutor da amostra, aumentaram devido à irradiação gama em ambas as frações (contendo fenólicos livres e ligados à parede celular). A bioatividade dos compostos fenólicos livres contra a oxidação do LDL-colesterol in vitro e contra os danos oxidativos ao DNA aumentou com a irradiação gama. Os compostos fenólicos foram positivamente ou tentativamente identificados, distribuindo-se entre: fenólicos livres > esterificados > ligados. Houve aumento na concentração de dímeros de procianidina A em todas as frações, enquanto a concentração de dímeros de procianidina B diminuiu. Essas alterações podem ser explicadas pela conversão molecular, despolimerização e formação de ligações cruzadas. No quarto e último capítulo, enzimas selecionadas foram aplicadas à matéria-prima inicial (experimento I) ou nos resíduos contendo apenas compostos fenólicos insolúveis (experimento II). Pronase e Viscozyme aumentaram a extração de compostos fenólicos insolúveis (ligados à parede celular). Viscozyme liberou maiores quantidades de ácido gálico, catequina e dímero de prodelfinidina A em comparação ao tratamento com Pronase. Além disso, os ácidos p-cumárico e ácido caféico, bem como o dímero de procianidina B, foram extraídos com Viscozyme, mas não com Pronase. A solubilidade desempenha um papel importante na biodisponibilidade de compostos fenólicos. Desta forma, o terceiro estudo oferece uma alternativa para a exploração de compostos fenólicos de subprodutos da indústria vinícola como ingredientes alimentares com propriedades funcionais ou suplementos alimentares.
 
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Release Date
2018-11-30
Publishing Date
2016-12-14
 
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