Na produção de suco de uva, a adição de preparados enzimáticos durante a maceração, antes da prensagem, é um pré-requisito para a obtenção de rendimentos satisfatórios de suco, além de melhorar a qualidade organoléptica, promovendo uma maior extração de cor e compostos bioativos. Uma segunda aplicação enzimática pode ser realizada após o processo de prensagem no suco ainda turvo, buscando reduzir essa turbidez, o que facilitará os processos de clarificação e filtração posteriores, aumentando a produtividade dessas etapas. Porém, existe um grande número de enzimas comerciais disponíveis para a aplicação na indústria de sucos, sendo assim, é importante avaliar o potencial de cada preparado enzimático para uma utilização correta. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da composição dos diferentes preparados enzimáticos na extração, qualidade e compostos bioativos do suco de uva elaborado com a variedade Concord. Primeiramente, o efeito de oito diferentes preparados enzimáticos foi avaliado para extração e qualidade do suco de uva. Subsequentemente, os dois preparados enzimáticos que se destacaram (Pectinex® Ultra Clear e Lallzyme® Beta), foram utilizados de forma sinérgica em um planejamento experimental, buscando encontrar a condição ótima de tempo, temperatura, concentração de enzima e proporção de Pectinex® Ultra Clear/Lallzyme® Beta, que pudesse maximizar a extração do suco de uva. E, por fim, foram obtidos agregados enzimáticos entrecruzados (CLEAs), como forma de imobilização das diferentes enzimas encontradas nos preparados enzimáticos para a clarificação do suco de uva. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Biocatálise e Tecnologia Enzimática do ICTA/UFRGS. As uvas utilizadas nos experimentos foram da variedade Concord fornecida pela empresa Vitivinícola Jolimont, de Canela, RS. As preparações enzimáticas utilizadas foram caracterizadas em relação a cinco atividades enzimáticas, sendo elas, pectinase total (PE), poligalacturonase (PG), pectina liase (PL), pectina metil esterase (PME) e celulase (CE). Desta mesma forma, os combi-CLEAs foram caracterizados em relação as suas atividades enzimáticas, além disso, sua estabilidade, reutilização e pH e temperatura ótima foram avaliados. Os compostos bioativos foram identificados e quantificados por HPLC-DAD-MS (cromatografia líquida de alta eficiência - detector de arranjo de diodos - espectro de massa) e a atividade antioxidante foi avaliada através dos métodos de ABTS e de capacidade redutora. Rendimentos superiores de suco foram obtidos com os preparados que apresentaram altas concentrações de PG e PME ou PL. Quando, o preparado Pectinex® Ultra Clear (PUC) foi utilizado, observou-se um aumento de 8,7% na quantidade de suco extraído em comparação com o controle. Já os maiores valores de compostos bioativos foram encontrados com os preparados que apresentaram em sua composição uma maior atividade CE (Lallzyme® Beta, LB). Entretanto, quando PUC e LB foram adicionados em conjunto, maiores valores de rendimento e compostos bioativos foram encontrados. Já os combi-CLEAs, se mostraram como uma ótima forma de enzima imobilizada para a clarificação do suco de uva. Dentre os combi-CLEAs produzidos, destacaram-se o combi-CLEA-BSA devido à melhor atividade enzimática e maior estabilidade térmica (3 vezes mais que a enzima solúvel), podendo ser reutilizados por 6 ciclos com conversão total do substrato em produto. Além disso, o combi-CLEA-BSA melhorou a clarificação do suco, obtendo uma redução da turbidez de 56.7 % em 1 h. Por fim, pode-se afirmar que o trabalho atingiu melhorias produtivas e qualitativas ao suco de uva através da tecnologia enzimática. / In grape juice production, the addition of enzyme preparations during the maceration prior to pressing is a prerequisite for obtaining satisfactory juice yield, besides it improves the organoleptic quality, improving color and bioactive compounds extraction. A second enzyme application may be performed after the pressing process in cloudy juice, in order to reduce this turbidity, facilitating clarification and filtration processes. However, there are a great number of commercial enzymes available to the application on the fruit juice industry, so it is important to know the ability of each enzyme preparation for correct use. Thus, the aim of this study was to evaluate the influence of the composition of the different enzymatic preparations in the extraction, quality and bioactive compounds of grape juice from Concord variety. Firstly, the effect of eight different enzyme preparations was evaluated for extraction and quality of grape juice. Subsequently, the best enzyme preparations (Pectinex® Ultra Clear and Lallzyme® Beta) were used in an experimental design to find the optimal time, temperature, enzyme concentration and ratio of Pectinex® Ultra Clear/Lallzyme® Beta which could maximize the extraction of grape juice. Finally, cross-linked enzyme aggregates (CLEAs) were obtained as a way to immobilize the different enzymes found in the enzyme preparations for grape juice clarification. The experiments were performed at the Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Technology, ICTA/UFRGS. The grapes (Concord variety) were provided by Vitivinícola Jolimont, Canela, RS. The enzymatic preparations were characterized through of five enzymatic activities, being total pectinase (PE), polygalacturonase (PG), pectinlyase (PL), pectin methyl esterase (PME) and cellulase (CE). In the same way, the combi-CLEAs were characterized regarding their enzymatic activities, thermal, pH and operational stabilities, and optimal pH and temperature. The bioactive compounds were identified and quantified by HPLC-DAD-MS (High Performance Liquid Chromatography - Diode Array Detector – Mass Spectrum) and the antioxidant activity was performed by the method of ABTS and reducing capacity. High juice yield was obtained with the preparations that presented higher concentrations of PG, PME or PL activities. The Pectinex® Ultra Clear, when compared with the control, provided an increase of 8.7 % in the amount of juice extracted. On the other hand, the highest values of bioactive compounds were found for preparations with higher CE activity (Lallzyme® Beta). However, when PUC and LB were added together, higher values for yield and bioactive compounds were found. Already, regarding the combi-CLEAs, it appears to be a potential immobilized enzyme for clarification of grape juice. Among the combi-CLEAs obtained, combi-CLEAs-BSA presented the best enzyme activities, higher thermal stabilities (3 times more than the soluble enzyme) and it can be reused for 6 cycles with a total conversion of substrate to product. Furthermore, the combi-CLEA-BSA improved the juice clarification, obtaining 56.7 % in turbidity reduction in 1 h. Finally, it can be concluded that the work reached productive and qualitative improvements for grape juice through enzymatic technology.

A manga é uma das frutas tropicais mais produzida no mundo, sendo amplamente consumida in natura e processada. O seu processamento gera grande quantidade de resíduos, sendo 15 % a 20 % do seu peso representado pela casca. A casca da manga contém quantidades significativas de fitoquímicos, como os compostos fenólicos, os carotenoides e a pectina. Devido à sua composição química, rica em compostos benéficos à saúde, e à grande quantidade de resíduos gerados anualmente a casca da manga apresenta enorme potencial para ser utilizada como ingrediente funcional. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar a extração sequencial de compostos fenólicos e pectina da casca da manga com o auxílio do ultrassom. O trabalho foi divido em duas etapas. A primeira etapa avaliou a extração dos compostos fenólicos através de um planejamento experimental 32. As variáveis independentes foram a concentração de etanol na solução aquosa de extração (25-75 %, v/v) e a potência do ultrassom (25-75 %). Os resultados mostraram que o ultrassom não afetou significativamente a extração dos compostos fenólicos. Visando reduzir a quantidade de solvente e energia gastas no processo de extração, o melhor rendimento (67 %) foi obtido com solução aquosa com 50 % de etanol, sem aplicação do ultrassom, e 8 minutos de processamento. A segunda etapa do trabalho teve como objetivo estudar a influência do ultrassom e da extração prévia dos compostos fenólicos na qualidade e rendimento da pectina. Os resultados demostraram aumento superior a 50 % no rendimento da pectina com a aplicação do ultrassom no resíduo da extração dos compostos fenólicos. A extração prévia dos compostos fenólicos não prejudicou o rendimento e a qualidade da pectina extraída da casca da manga demostrando que os compostos fenólicos e pectina podem ser extraídos da casca da manga com auxílio de uma tecnologia emergente. / Mango is an important tropical fruit consumed in fresh or processed form worldwide. Commercial processing of mango into juice, nectar, pulp, puree, and jam produces 15-20 % peel waste. Mango peel contains significant amounts of phytochemicals, like phenolic compounds, carotenoids and pectin, which makes it suitable to be processed for value-added applications in functional foods and nutraceuticals. Mango peel has enormous potential as a functional ingredient. Thus the aim of this work was to study the ultrasound technology potential for sequential extraction of phenolic compounds and pectin from this agroindustrial waste. The work was divided in two steps. The first step was to explore the phenolic compound extraction assisted by ultrasound using an experimental design (32). The independent variables were ethanol concentration (%) and ultrasound power intensity (%). The results showed that the ultrasound power intensity did not affect the phenolic compound content extracted. Aiming to reduce the amount of solvent and the spending energy, the best extraction yield (67 %) was obtained using 50 % of ethanol concentration, without ultrasound intensity and 8 minutes of experiment under stirring. In the second step, the aim was to investigate the potential of ultrasound intensity and the influence polyphenols removal on the extracted pectin quality. Results showed that extraction yield enhance over than 50 % when ultrasound (75 %) was used on the phenolic extraction residue and the pectin obtained a galacturonic acid content higher than 65 %. The phenolic extraction did not affect the quality of the pectic polymer extracted from mango peel. The results showed that the phenolic compounds and pectin from mango peel can be extracted using an emerging technology.

A crescente resistência dos micro-organismos patogênicos aos fármacos já existentes gera intensa demanda por novos agentes terapêuticos. Em contrapartida, a eficiência na descoberta de compostos com novas estruturas químicas diminuiu nos últimos anos. Tendo em vista a vasta biodiversidade existente de micro-organismos, a redução da eficiência na descoberta de novos produtos naturais não indica que todos compostos existentes já foram descritos, mas sim que as metodologias para isolamento dos mesmos devem ser aperfeiçoadas e diversificadas, e novos nichos devem ser explorados. Esta tese compreende três capítulos, que trazem abordagens que podem ser utilizadas na busca por produtos naturais. O capítulo 1 aborda a aplicação de conhecimentos de biologia molecular na pesquisa de produtos naturais, através da metagenômica. O capítulo 2 aborda o conceito de química ecológica para estimular o metabolismo secundário, através da utilização de interações microbianas. O capítulo 3 aborda o uso de genome mining para entender a capacidade metabólica de uma linhagem bacteriana, bem como o uso de variações nos parâmetros da cultura para alterar o metabolismo desta. Metagenômica: a triagem anti-parasitária das bibliotecas metagenômicas detectou clones bioativos contra Leishmania major. As análises químicas e biológicas das culturas destes clones não permitiram a identificação dos compostos responsáveis pelas atividades observadas. Esta abordagem apresenta grandes desafios técnicos e tem passado por ajustes envolvendo sequenciamento e bioinformática para aumentar a taxa de sucesso em seu uso. Interações microbianas: esta metodologia mostrou-se promissora para a busca por compostos bioativos, tendo em vista que diversos pares exibiram nova atividade antibiótica, corroborando a hipótese que interações microbianas podem levar à expressão diferenciada do metabolismo secundário. Foi escolhida para caracterização química e biológica a interação entre uma actinobactéria rara (Krasilnikovia sp. T082) e uma actinobactéria endossimbionte de besouro (Streptomyces sp. SPB78). Esta interação é robusta e estimula a biossíntese de um antibiótico polar capaz de inibir o crescimento de uma bactéria multirresistente. Diversas técnicas foram testadas para o isolamento do composto indutor e do antibiótico induzido. Este processo foi desafiador devido ao caráter polar de ambos compostos e pelo fato da atividade antibiótica ser instável. Foi demonstrado que o antibiótico induzido é capaz de inibir o crescimento do micro-organismo indutor, sugerindo importância ecológica deste composto. A utilização desta abordagem metodológica permitiu a identificação de uma linhagem pertencente a um gênero de actinobactéria rara que nunca teve seu metabolismo secundário estudado (Krasilnikovia). Isto foi realizado através da investigação de seu genoma e também através do isolamento de compostos produzidos por esta linhagem. Esta linhagem demonstrou potencial para a produção de metabólitos secundários, apresentando pelo menos 21 potenciais clusters gênicos biossintéticos detectados pelo antiSMASH em seu genoma. Esta linhagem foi cultivada em dois meios de cultura (ISP2 e TSB) e diferentes metodologias de extração foram empregadas. O metabolismo secundário desta linhagem é expresso de maneira diferente de acordo com a metodologia de cultivo, evidenciando a importância da variação da composição do meio de cultura para o acesso da real capacidade metabólica de microorganismos. Foram identificadas algumas dicetopiperazinas, que são conhecidas por seu amplo espectro de atividades biológicas, e três compostos pertencentes a uma classe de peptídeos nãoribossomais não usuais com atividade antibiótica, que possuem estrutura química complexa e incomum para produtos naturais / Increasing drug resistance among microbial pathogens is a public health threat; therefore, new antibiotics are needed. On the other hand, the rate of discovering new compounds has diminished. Considering the wide biodiversity of microorganisms, reduced efficiency on the discovery of new natural products does not indicate that all existing compounds have been described, but that methods for isolation should be improved and diversified and new niches should be explored. This thesis comprises three chapters that demonstrate approaches that can be used in the search for natural products. Chapter 1 demonstrates the application of molecular biology tools on the search for natural products through metagenomics. Chapter 2 discusses the concept of chemical ecology for the stimulation of secondary metabolism by the use of microbial interactions. Chapter 3 discusses the use of genome mining to understand the metabolic capacity of a bacterial strain as well as the use of different culture parameters to alter bacterial metabolism. The anti-parasitic metagenomic screening on metagenomic libraries detected bioactive clones against L. major. Chemical and biological analysis of cultures of these clones did not permit identifying the compounds responsible for the observed activities. This approach faces diverse technical challenges and is currently being improved by the use of sequencing and bioinformatics analysis in order to increase its hit rate. Microbial interactions: this approach has shown to be promising in the search for bioactive compounds, considering that several pairs exhibited new antibiotic activity, supporting the hypothesis that microbial interactions can stimulate differential expression of secondary metabolism. It was chosen for chemical and biological characterization the interaction between a rare actinobacteria (Krasilnikovia sp. T082), which belongs to a genus that its secondary metabolism has not yet been studied in the literature, and an endosymbiont actinobacteria of beetle (Streptomyces sp. SPB78). This interaction is robust and stimulates the biosynthesis of a polar antibiotic capable of inhibiting the growth of multi-resistant bacteria. Several techniques have been tested for the isolation process of the inducer compound and the induced antibiotic. This process has been particularly challenging due to the polar character of both compounds, and because the antibiotic activity is unstable. It has been shown that the induced antibiotic is capable of inhibiting the growth of the inducer microorganism, suggesting an ecological importance of this compound. The use of this co-culture approach led to the identification of a strain belonging to a rare actinobacteria genus whose secondary metabolism has never been studied before (Krasilnikovia). This was accomplished through sequencing and analysis of its genome and also by isolating compounds produced by this strain (chapter 3). This strain has shown great potential for the production of secondary metabolites, exhibiting at least 21 biosynthetic gene clusters detected by antiSMASH in its genome, and only four of them showed high similarity to any known gene cluster. This strain was cultured in two different culture media (ISP2 and TSB), and different methods of extraction were used. The secondary metabolism of this strain is expressed differently according to the method of cultivation, showing the importance of variation in the composition of the culture medium to access the actual metabolic capacity of microorganisms. Some diketopiperazine were isolated, which are known for their wide spectrum of biological activities, and also three compounds belonging to a class of non-ribosomal peptides known for their high bioactivity, which have complex and unusual chemical structures for natural products

O arroz integral pigmentado (vermelho ou preto) (Oryza sativa, L.) é saudável. Ambos são nutritivos, possuem elevado teor de compostos bioativos, e apresentam características sensoriais diferenciadas ao arroz integral branco. O grande destaque sob o ponto de vista de composição química é o seu elevado teor de compostos fenólicos, associado à alta capacidade antioxidante. A demanda por arroz pigmentado ainda é reduzida, porém, existe uma tendência e o interesse em agregar valor a esses grãos, produzindo alimentos alternativos como flocos de arroz, cereais matinais e snacks. O objetivo deste estudo foi desenvolver produtos extrusados expandidos a partir de duas novas cultivares comerciais de arroz integral preto (SCS 120 ÔNIX) e vermelho (SCS 119 RUBI), provenientes da Epagri/SC. Na otimização do processo considerou-se as melhores propriedades tecnológicas e a retenção de compostos bioativos. Foi investigado o efeito do processo de extrusão nos fitoquímicos e sua atividade antioxidante, antes e após a extrusão. Além disso, a aceitabilidade de dois produtos finais foi realizada com 150 consumidores. O arroz preto apresentou teores significativamente maiores de macronutrientes (proteínas, fibras e minerais) do que o arroz vermelho. O teor de compostos fenólicos totais (CFT) e flavonoides no arroz preto foi de 25% (569,3 mg eq. ác. ferúlico/100g) e 44% (496,9 mg eq. catequina/100 g), respectivamente, superior ao do arroz vermelho. Os flavonoides são representados principalmente por antocianinas no arroz preto e por proantocianidinas no arroz vermelho. O arroz preto apresentou maior atividade antioxidante. A partir do delineamento composto central rotacional as condições ótimas de extrusão foram de 15,5 e 16% de umidade e de 159 e 150ºC de temperatura, para o arroz preto e vermelho, respectivamente. O processo de extrusão resultou em perdas drásticas de TPC, flavonoides, proantocianidinas e o conteúdo remanescente não foi maior que 14% no arroz vermelho e a atividade antioxidante residual também foi baixa. O arroz preto também foi afetado significativamente pela extrusão mas em menores proporções. A concentração após a extrusão foi de 32 % (TPC), 22% (flavonoides), 11% (antocianinas) e a atividade antioxidante remanescente de 40% e 30% pelos métodos de ORAC e DPPH, respectivamente. Quanto à análise sensorial, os extrusados obtidos de arroz preto e vermelho não tiveram diferença significativa na aceitação (p≤0,05). As notas médias atribuídas por 150 provadores para todos os atributos avaliados ficaram situadas no intervalo de 4,8 a 7,7 (correspondente as categorias \"nem gostei/nem desgostei\" a \"gostei muito\") da escala hedônica de 9 pontos. Altos valores de aceitabilidade (maiores que 70%) foram observados para formato, tamanho, cor e crocância no cereal seco e consistência no cereal com leite. A menor aceitabilidade (60%) foi notada no sabor. Isto pode ser explicado pela ausência de aromatizante e/ou edulcorante na formulação. Ainda, foi observado que 26% dos provadores certamente comprariam ambos os extrusados. A farinha de arroz pigmentado é uma alternativa para a elaboração de cereais matinais extrusados na qual apresentam coloração própria, boas características nutricionais e sensoriais, além de ser um produto isento de glúten. / Whole pigmented rice (black and red) (Oryza sativa, L.) is a healthy food. Both types present are nutritious and present high contents of bioactive components, and show distinguishing sensorial properties, unlike those found in whole white rice. However, the most noticeable difference regarding the chemical composition of black and red rice is their high content of phenolic compounds, associated to a high antioxidant activity. Consumption of pigmented rice is still low, but there is an increasing trend and interest in adding value to pigmented grains, producing alternative food products such as rice flakes, breakfast cereals and snacks. Then, the objective of this study was to produce extruded rice from whole grain of black (SCS 120 ÔNIX) and red rice (SCS 119 RUBI). Rice cultivars were grown at experimental fields of Epagri/SC. The conditions of the extrusion process were optimized to achieve the best technological properties and to attain the retention of bioactivties. The phytochemical composition antioxidant activity and technological properties of the pigmented rice flour were investigated before and after extrusion. In addition, the acceptability of the two selected final products was assessed by 150 consumers. The black rice showed significantly higher contents of macronutrients (protein, fiber and minerals) than red rice. The total phenolic compounds (TPC) and total flavonoids in black rice were also 25% (569.3 mg eq. ac. ferulic/100 g) and 44%, (496.9 mg eq. catechin/100 g) respectively, higher than in red rice. In black rice flavonoids were represented mainly by anthocyanins, while in red rice the main flavonoids were proanthocyanidins. Black rice showed the highest antioxidant activity. The predicted optimum extrusion conditions were settled down at 15.5 and 16 % of moisture and 159 and 150ºC of temperature for black and red rice, respectively. The extrusion process induced a drastic loss of TPC, flavonoids and proanthocyanidins and remaining contents were not higher than 14% in red rice and residual antioxidant activity was also very low. Black rice was also significantly affected by the extrusionm but in a lesser degree. The concentration after extrusion was 32% (TPC), 22 % (flavonoids), 11% (anthocyanins) and a remaining 40 % and 30 % antioxidant activity by ORAC and DPPH methods, respectively. Consumer acceptability of extrudates was similar and the average scores awarded were located between 4.8 to 7.7 (corresponding to the categories \"not liked/disliked to \"liked so much\") for all attributes evaluated in the 9-point hedonic scale. High acceptability scores (higher than 70 %) were observed for shape, size, color and texture hardness in dry extrudates and consistency in extrudates with milk. The lowest acceptability (60 %) was noted for flavor. It could be explained because of the extrudates were not flavoured. Furthermore, it was shown that 26 % of consumers certainly would buy both extrudates. The pigmented rice flour demonstrated to be a good alternative to produce extruded breakfast cereals which had his own color, showed good nutritional and sensory properties, besides being a gluten-free product.

Fungos do gênero Colletotrichum são considerados um dos principais fitopatógenos do mundo, comprometendo diversas culturas e causando danos econômicos e sociais para diversos países, inclusive o Brasil. Apesar de medidas de controle já serem empregadas, estas nem sempre são eficazes, motivo pelo qual se faz necessária a busca por novas opções de controle que possam atuar no manejo integrado. Dentre estas, encontram-se os metabólitos secundários produzidos por fungos endofíticos, os quais estão envolvidos na produção de compostos de interesse biotecnológico, com aplicações em diversas áreas, inclusive a agronômica. Neste contexto, o presente trabalho de doutorado teve por objetivo explorar o potencial biológico e químico de metabólitos secundários produzidos por fungos endofíticos isolados de guaranazeiros da Amazônia, avaliando sua atividade antifúngica \"in vitro\" a Colletotrichum gloeosporioides, isolado da cultura do guaranazeiro, a C. acutatum e C. gloeosporioides, isolados da cultura do pimentão. Para tanto, 16 linhagens de fungos endofíticos foram avaliadas em ensaio biológico por cultivo pareado e pelo método de difusão em disco contra Colletotrichum spp. Observou-se que quatro linhagens se mostraram mais promissoras, as quais foram selecionadas para o estudo de bioprospecção. A partir do extrato bruto do endófito Aspergillus flavus (272) foi isolado o composto ativo asperfuran, que apresentou atividade inibitória aos três fitopatógenos, com CI50 < 100 &mu;g disco-1, semelhante ao fungicida comercial difenoconazol. A partir do extrato bruto de Xylaria sp. (214) foi isolado o composto ativo citocalasina D, que apresentou atividade inibitória a C. gloeosporioides isolado do guaranazeiro, com CI50 > 500 &mu;g disco-1. A partir do extrato bruto de Xylaria sp. (249) foi isolado o composto ativo ácido pilifórmico, que apresentou atividade inibitória a C. gloeosporioides isolado do guaranazeiro, com CI50 de 500 &mu;g disco-1 e à C. acutatum isolado o pimentão, com CI50 de 300 &mu;g disco-1. E, a partir do extrato bruto de Talaromyces aculeatus (507) foram isolados três compostos, da classe dos ésteres ftalicos, sendo um ativo. A fração antecessora destes três compostos apresentou atividade inibitória a C. gloeosporioides isolado do guaranazeiro, com CI50 > 500 &mu;g disco-1. A partir do extrato bruto de T. aculeatus também foi isolado um composto ativo parcialmente identificado e um composto ativo semi-purificado. A fração antecessora destes dois compostos apresentou atividade inibitória aos dois C. gloeosporioides, com CI50 > 300 &mu;g disco-1 e a C. acutatum, com CI50 em torno de 150 &mu;g disco-1. A atividade antifúngica destes compostos a fungos do gênero Colletotrichum está sendo relatada pela primeira vez neste estudo. / Colletotrichum fungi are considered one of the main pathogens in the world, affecting different cultures and causing social and economic damage to several countries, including Brazil. Despite control measures already being employed, these are not always effective, which is why the search for new control options that can act in the integrated management is necessary. Among these, the secondary metabolites produced by endophytes are involved in the production of compounds of biotechnological interest, with applications in several areas, including the agronomic. In this context, this study aimed to explore the biological and chemical potential of secondary metabolites produced by endophytic fungi isolated from the Amazonian guarana, evaluating their antifungal activity \"in vitro\" to Colletotrichum gloeosporioides, isolated from the culture of guarana and C. acutatum and C. gloeosporioides, isolated from the red pepper crop. For this purpose, 16 strains of endophytic fungi were evaluated in biological assay of dual culture and disk diffusion method against Colletotrichum spp. Four strains of these strains presented promising results which were selected for bioprospecting. From the crude extract of the endophyte Aspergillus flavus (272) was isolated the active compound asperfuran, which showed inhibitory activity to three pathogens, with IC50 <100 &mu;g disk-1, similar to the commercial fungicide difenoconazole. From the crude extract of Xylaria sp. (214) was isolated the active compound cytochalasin D, which showed inhibitory activity against C. gloeosporioides isolated from guarana (IC50> 500 &mu;g disk-1). From the crude extract of Xylaria sp. (249) was isolated the active compound piliformic acid, which showed inhibitory activity against C. gloeosporioides isolated from guarana (IC50 of 500 &mu;g disk-1) and C. acutatum isolated from red pepper (IC50 of 300 &mu;g disk-1). And from the crude extract of Talaromyces aculeatus (507) were isolated three compounds, of phthalate esters class, one of them with activity. The predecessor fraction of these three compounds showed inhibitory activity against C. gloeosporioides isolated from guarana (IC50> 500 &mu;g disk-1). From the crude extract of T. aculeatus it was also isolated a partially identified active compound and a semi-purified active compound. The predecessor fraction of these two compounds showed inhibitory activity to both C. gloeosporioides (IC50> 300 &mu;g disk-1) and to C. acutatum (IC50 around 150 &mu;g disk-1). The antifungal activity of the compounds isolated in this study is being reported for the first time against fungus of the genus Colletotrichum.

The aim of this dissertation was to elaborate the exploration of biologically active secondary metabolites from the marine sponge Cacospongia cf. linteiformis collected from the Bahamas and the soft coral Briareum asbestinum collected from two different sites in Florida State, Boca Raton and Dry Tortugas. In chapter one, a review on previous chemical and biological studies of the marine sponge C. cf. linteiformis and soft coral B. asbestinum is provided. Particular attention is given to spongianolides and briarellins, two important classes of compounds isolated from C. cf. linteiformis and B. asbestinum, respectively, and their structural features and diverse bioactivities. In chapter two, the isolation and relative configuration determination of four epimeric sesterterpenoids, spongianolides E & F (18c, 18d, 19c, 19d) from C. cf. linteiformis collected from the Bahamas are discussed. Thanks to chemical modification (acetylation), diastereomeric 18c&18d and 19c&19d, respectively, were able to be isolated using chromatographic techniques for the first time, and then the relative configurations of 18c, 18d, 19c, 19d were determined based on NOESY NMR experiments. The bioactivity of mixture of compounds 18c, 18d, 19c, 19d were tested and it exhibited inhibition against Schnurri-3 (a regulator of postnatal bone mass). In chapter three, the isolation and structural elucidation of four new compounds, florellins A-D (49-52), from B. asbestinum collected off the coast of Boca Raton, FL are discussed. The molecular structures of these compounds were established by spectroscopic analysis. Compounds 49-52 are the first briarellins containing an acyl group at C-13, while 49 and 50 are the first briarellins possessing acylation at C-15. Florellins A–C (49-51) were screened and found cytotoxic against three human cell lines, BT474, WM266−4 and HEK293. In chapter four, the isolation and structural elucidation of four new compounds, florellins E-H (57-60), from B. asbestinum collected in Dry Tortugas, FL are discussed. The molecular structures of these compounds were established by spectroscopic analysis. Florellins F (58) and H (60) were screened against three human cell lines, BT474, WM266−4 and HEK293, but no cytotoxicity was exhibited. In chapter five, all the experimental procedures are described, including analytical instruments, animal materials, extraction and isolation processes, spectroscopic data and protocols of bioassays. / Includes bibliography. / Dissertation (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2017. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

O interesse pela extração dos compostos bioativos, a partir de fontes naturais, para o emprego na produção de alimentos funcionais tem aumentado, devido, principalmente, à crescente demanda por parte dos consumidores, por produtos mais saudáveis e que possam trazer benefícios à saúde. Dentre as fontes naturais de compostos bioativos, destaca-se o hibisco (Hibiscus sabdariffa L.), que é rico em antocianinas, flavonoides, ácidos fenólicos, carotenoides, dentre outros. Entretanto, quando os compostos bioativos são separados de suas matrizes, estes se tornam altamente instáveis frente a diversos fatores ambientais, necessitando serem protegidos. O recobrimento por microencapsulamento é uma alternativa para retardar a degradação desses compostos. Este estudo teve como objetivo a extração, identificação, quantificação e microencapsulamento por atomização e liofilização dos compostos bioativos dos cálices do hibisco. Primeiramente, foi realizada a extração exaustiva total dos carotenoides e compostos fenólicos por meio de solventes orgânicos, para a identificação e quantificação desses compostos. Também foi estudada a extração de antocianinas e demais compostos fenólicos por meio de solvente aquoso acidificado (ácido cítrico 2 %, p/v). A partir do melhor tratamento de extração, o extrato obtido foi microencapsulado mediante atomização e liofilização, empregando goma arábica (GA), goma guar parcialmente hidrolisada (GGPH) e polidextrose (PD) como agentes encapsulantes, na concentração de 10%. Os carotenoides e compostos fenólicos foram identificados e quantificados por HPLC-DAD-MS/MS (cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por arranjo de diodos e espectrometria de massa). Vinte e um carotenoides foram encontrados, dos quais, quinze foram identificados. O total de carotenoides nos cálices de hibisco foi de 641,38 ± 23,61 μg/100 g massa fresca, sendo a all-trans-luteína e o all-trans--caroteno os compostos majoritários, representando 49 e 23%, respectivamente. Para os compostos fenólicos, foram encontrados vinte compostos, dos quais, catorze foram identificados. As antocianinas foram os compostos majoritários nos cálices de hibisco, sendo que a delfinidina 3-sambubiosídeo e cianidina 3-sambubiosídeo representaram 41 e 13% do total de compostos fenólicos, respectivamente. Dentre os ácidos fenólicos, os componentes majoritários foram o ácido 3-cafeoilquínico e ácido 5-cafeoilquínico, representando 15 e 13% do total de compostos fenólicos, respectivamente. Para a extração aquosa acidificada, foi utilizado um planejamento experimental fatorial fracionado (24-1), com quatro fatores: concentração de enzima, temperatura, velocidade de agitação e tempo de extração. A partir da ANOVA, os efeitos principais e de interação foram avaliados, tendo como respostas Chroma, antocianinas monoméricas totais (TMA), capacidade redutora, ABTS e compostos fenólicos. A partir dos resultados, o melhor tratamento foi: 55 °C, 50 μL de enzima/1000 g extrato, 400 rpm e 4 horas de extração, obtendo-se nessa condição de extração 3,82 mg/g extrato em base seca para TMA e 17,59 mg/g de extrato em base seca para compostos fenólicos totais, que resultou em capacidade antioxidante de 7,72 μmol Eq. Trolox/g de extrato em base seca, avaliado por ABTS e de 3,96 mg GAE/g de de extrato em base seca, avaliado pela capacidade redutora. Este extrato foi empregado no estudo de encapsulamento, por atomização (140 ºC) e liofilização (-68 ºC por 24 horas), utilizando GA, GGPH e PD como encapsulantes. Observou-se que o melhor tratamento foi por liofilização empregando GA como encapsulante, resultando em 2,83 mg/g amostra em base seca para TMA, capacidade antioxidante de 2,98 mg GAE/g amostra em base seca e 5.67 μmol Eq. Trolox/g amostra em base seca, avaliados por capacidade redutora e ABTS, respectivamente. Entretanto, quando foram avaliadas as propriedades físicas e morfológicas dos pós, as amostras elaboradas por atomização e usando GA e GGPH apresentaram os melhores desempenhos, onde os valores de solubilidade, higroscopicidade e umidade foram de 95,8 e 95,2%, 31,3 e 28,9%, 1,9 e 2,4%, respectivamente. Para a temperatura de transição vítrea (Tg), os tratamentos que utilizaram GA e GGPH nos dois métodos de encapsulamento, tiveram os maiores valores de Tg, variando de 10,9 a 17,4 ºC. Já para os tratamentos que utilizaram a PD como material de parede, os valores foram de (0,7 °C), tanto na atomização como na liofilização. Na microscopia também foi observado um melhor desempenho nas micropartículas atomizadas usando GA e GGPH, as quais mostraram partículas mais esféricas e sem tendência de atração e aderência entre si. Em relação ao diâmetro médio de partícula (D[4, 3]), os tratamentos liofilizados tiveram partículas maiores que os atomizados, variando de 101,7 a 143,1 μm para os liofilizados, e de 5,4 a 7,3 μm para os atomizados. Quanto ao span, o qual avalia distribuição de tamanho de partícula, variou de 1,90 a 2,00 para as amostras atomizadas e de 3,06 a 3,19 para as amostras liofilizadas, indicando que houve uma boa uniformidade na distribuição de tamanho de partícula. Conclui-se que o hibisco é uma matriz com ampla composição de compostos bioativos e tem potencial para aplicação em alimentos. / The interest in the extraction of bioactive compounds from natural sources, for use in the production of functional foods has increased, mainly due to the growing demand by consumers for healthier products and can bring health benefits. Among the natural sources of bioactive compounds, stands out the hibiscus (Hibiscus sabdariffa L.), which is rich in anthocyanins, flavonoids, phenolic acids, carotenoids, among others. However, when the bioactive compounds are separated from their matrix, they become highly unstable against various environmental factors and need to be protected. The coating by microencapsulation is an alternative to slow the degradation of these compounds. This study aimed at the extraction, identification, quantification and microencapsulation by spray drying and freeze drying of bioactive compounds of hibiscus calyces. Firstly, a thorough exhaustive extraction of carotenoids and phenolic compounds by organic solvents was performed for identification and quantification of these compounds. The extraction of anthocyanins was also studied along with other phenolic compounds by an aqueous solvent acidified (2% citric acid, w/v). From the best treatment for extraction, the extract obtained was microencapsulated by spray drying and freeze drying using Arabic gum (GA), partially hydrolyzed guar gum (PHGG) and polydextrose (PD) as encapsulating agents in a concentration of 10%. Carotenoids and phenolic compounds were identified and quantified by HPLC-DAD-MS/MS (high-performance liquid chromatography with diode array detection and mass spectrometry). Twenty-one carotenoids were found, of which fifteen were identified. The total carotenoids in hibiscus calyces was 641.38 ± 23.61 mg/100 g fresh weight, with the all-trans-lutein and all-trans-β-carotene the major compounds, representing 49 and 23%, respectively. Regarding the phenolic compounds it was found twenty of those, of which fourteen have been identified. Anthocyanins were the main components in the hibiscus calyces, and delphinidin and cyanidin 3-sambubioside 3-sambubioside represented 41 and 13% of total phenolic compounds, respectively. Among the phenolic acids, the major components were the 3-caffeoylquinic acid and 5-caffeoylquinic acid, representing 15 and 13% of total phenolic compounds, respectively. For acidified aqueous extraction, we used a fractional factorial design (24-1) with four factors: enzyme concentration, temperature, stirring speed and extraction time. From the ANOVA, the main and interaction effects were assessed as answers: Chroma, total anthocyanins monomeric (TMA), reducing capacity, ABTS and phenolic compounds. From the results, the best treatment was with 55 °C, 50 μL of enzyme/1000 g extract, 400 rpm and 4 hours of extraction, it was obtained in this extraction condition 3.82 mg/g extract on a dry basis for TMA and 17.59 mg/g extract on a dry basis for phenolic compounds, which resulted in antioxidant capacity of 7.72 μmol Eq. Trolox/g extract on a dry basis, evaluated by ABTS and 3.96 mg GAE/g extract on a dry basis, assessed by reducing capacity. This extract was used for the encapsulation study, by spray drying (140 °C) and freeze drying (-68 ° C for 24 hours) using GA, PHGG, and PD as encapsulants. It was observed that the best treatment is by freeze drying using GA as encapsulant, resulting in 2.83 mg/g sample on dry basis for TMA, antioxidant capacity of 2.98 mg GAE/g sample on dry basis and 5.67 μmol Eq. Trolox/g sample on dry basis, evaluated by reducing capacity and ABTS, respectively. However, when we evaluated the physical and morphological properties of powders, samples prepared by spray drying and using GA and PHGG showed the best performance, and the values for solubility, hygroscopicity and moisture were 95.8 and 95.2%, 31.3 and 28.9%, 1.9 and 2.4%, respectively. For the glass transition temperature (Tg), treatments with GA and PHGG on both encapsulation methods had high Tg values ranging from 10.9 to 17.4 °C. As for treatments of PD as wall material, the values were (0.7 °C), both the spray drying as in freeze drying. In microscopy was also observed improved performance in spray-dried microparticles using GA and PHGG, which showed more spherical particles and with no tendency to attract and adhere to each other. Regarding the average particle diameter (D [4, 3]), the freeze-dried treatments had higher spray-dried particles ranging from 101.7 to 143.1 μm for freeze-dried, and 5.4 to 7.3 μm for spray-dried. As the span, which assesses particle size distribution ranged from 1.90 to 2.00 for spray-dried samples and 3.06 to 3.19 for the freeze-dried samples, indicating that there was a good uniformity in the size in the distribution of the size of the particle. It follows that hibiscus is a matrix with broad composition and bioactive compounds have potential for application in foods.

As especiarias e as ervas aromáticas se apresentam na forma de folhas, flores, gomos, sementes, cascas ou rizomas secos de diferentes plantas. Podemos defini-las como produtos de origem vegetal aromatizados que se volatilizam com facilidade quando incorporados em pequena quantidade aos produtos alimentares, e contribuem para o seu aroma, sabor e cor ou ainda para sua conservação. Atualmente as pessoas procuram as especiarias por suas propriedades funcionais, compostos bioativos e qualidades sensoriais. Um grande problema é a redução da quantidade destes compostos durante toda a cadeia produtiva, a partir da colheita, processamento, armazenamento e distribuição. Há muito tempo, pesquisadores e indústrias estão concentrados no aprimoramento dos processos na cadeia produtiva, buscando garantir a segurança sanitária e alimentar, a conservação dos alimentos por mais tempo e o aumento de sua vida útil, sem alterar, de forma drástica, suas propriedades. Devido às produções artesanais e à falta do cumprimento das boas práticas em sua cadeia produtiva, as especiarias podem conter alta carga microbiológica, acarretando sérias complicações à saúde do consumidor. Para diminuir esses problemas, frequentemente é utilizado o processamento por radiação. Com o exposto, os objetivos deste trabalho foram: Analisar as propriedades antifúngicas dos óleos das especiarias irradiadas com doses médias (2,5; 5; 7,5 e 10 kGy); Estudar os efeitos de doses médias (5 e 10 kGy) e altas (20 e 30 kGy) de radiação gama de 60Co nos compostos bioativos das especiarias - cravo, canela e noz-moscada; Identificar os compostos dos óleos; Identificar o compostos voláteis no headspace dos óleos e das especiarias in natura; Identificar os compostos da parte não volátil da noz-moscada e Identificar os compostos quirais da canela. Ao comparar as amostras controle (não irradiadas) com as processadas nas doses descritas, em relação às propriedades antifúngicas dos óleos, foi possível verificar a eficácia e posteriormente que a irradiação não interferiu em sua eficiência; Em relação aos demais testes deste trabalho, os compostos foram identificados e na maioria dos testes o processo de irradiação não interferiu de forma significativa na quantidade dos compostos. / Spices and aromatic herbs are divided into leaves, flowers, bud, seeds bark or dry roots from different plants and it is possible to define them as products of highly flavored vegetal origin that volatize easily when incorporated in small quantities to food products and contribute to its aroma, flavor, color or even to its preservation. Nowadays, people look for its functional properties, bioactive compounds and sensory qualities. A big problem is the reduction of the quantity of these compounds throughout the production chain from the harvest process, storage and distribution. For a long time researchers and industries have concentrated on perfecting the processes of the production chain seeking to guarantee the sanitary and food safety, preserving foodstuffs for a long period and an increase in its lifespan without drastically altering its properties. Due to homemade products and the lack of compliance with good practices in its production chain, the spices can contain a high amount of microbiology causing serious complications to the health of the consumer and the radiation processing is often used for reduce these problems. With this finding, the objectives of this work were: Analyze the oil antifungal properties of spices irradiated with average doses (2.5; 5; 7.5 and 10 kGy); Study the average doses (5 and 10 kGy) and high dose (20 and 30 kGy) effects of gamma radiation 60Co in the bioactive compounds of the spices - cloves, cinnamon and nutmeg; Identify the oils compounds; Identify the volatile compounds in the headspace of the oils and the in natura spices. Identify the compounds of the nonvolatile part of the nutmeg; Identify the chiral compounds of the cinnamon. Comparing the control samples (not irradiated) with the processed at the described doses, regarding the oil antifungal properties it was possible to verify the efficiency and later that the irradiation did not interfered in its efficiency; Regarding to the others tests in this work, the compounds were identified and most of the tests the irradiation did not interfere significantly with the compounds amount.

Thesis (M.Sc. (Microbiology)) --University of Limpopo, 2011 / The leaves of fifteen plant species were collected from the Lowveld Botanical Garden in Nelspruit, Mpumalanga Province, South Africa. The collection was based on a list of plants and their ethnopharmacological information provided by the Phytomedicine Programme at the University of Pretoria. The dried leaves of the plants were powdered and extracted using hexane, dichloromethane, acetone and methanol. The extracts were screened for antibacterial activity against Mycobacterium smegmatis and Rhodococcus erythropolis. The acetone extract of Milletia stulhimannii was the most active, showing activity against Mycobacterium smegmatis and Rhodococcus erythropolis with MIC values 0.13 and 0.08 mg/ml, respectively. Acetone extracts for all plants had the lowest MIC values ranging between 0.11-1.25 mg/ml and 0.08-1.25 mg/ml for M. smegmatis and R. erythropolis, respectively. Milletia stulhimannii, Albizia gummifera, Xanthocercis zambesiaca and Barringtonia racemosa extracts have shown the greatest potential for anti-tubercolosis agents. These were all active against M. smegmatis with an average MIC value of acetone extracts of 0.13 mg/ml. Apodytes dimidiata was selected for the isolation of active compounds since its activity on qualitative antibacterial activity assays was highly prominent on TLC plates in comparison to the other plant extracts. Two compounds were isolated from A. dimidiata but after purification, their MICs were above 2.5 mg/ml indicating a possible loss of activity during purification. The preliminary NMR spectra analysis suggested that the compounds were a long fatty acid and a triterpene. Future work is required to elucidate the chemical structures of the latter compounds and to test the activity of these compounds against Mycobacterium tuberculosis. / Department of Water Affairs, and University of Limpopo Research Development and Administration Office

Using network architecture to describe a biological system is an effective organizational method. The utility of this approach, which generally applies to qualitative models, is enhanced by the addition of quantitative models characterizing the interactions between network nodes. A chromatophore-based signal transduction network is developed, and the highly interconnected major nodes of the network, guanine trisphosphate, adenylate cyclase, and protein kinase A, are identified. These reference nodes serve to partition the network into functional modules, and mechanistic models describing these modules are derived. Three elicitor compounds, forskolin, melanocyte stimulating hormone (MSH), and clonidine, were selected due to their ability to access the signal transduction network at specific reference nodes, and the module configurations corresponding to their mechanisms of action are presented. The chromatophore responses to the three elicitors and to a negative control, L-15 cell medium, were recorded for two experimental blocks consisting of genetically different fish cells. Significant differences in cell responsiveness were evident between the two blocks, but this variability was controlled by the transformation and normalization of the data. The model parameters for each agent were estimated, and the resulting response curves were highly accurate predictors of the changes in apparent cell area, with R-squared values in the 0.88 to 0.96 range. Two examples were presented for the application of a model discovery algorithm, which selects modules from an existing library, generates model output for all valid module configurations, and selects the configurations which best satisfy a fitness function for a given set of target data. The algorithm proved robust to the introduction of different levels of random error in the simulated data sets when applied to a model of the desensitization of a cell membrane receptor, and continued to classify the stochastic data sets correctly even when the underlying rate constants differed significantly from those embedded in the modules. When challenged with the chromatophore data, the model discovery algorithm successfully matched the forskolin and MSH module configurations to the data within the top three models proposed, with less precise classification for the clonidine model. / Graduation date: 2005