Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-21T14:30:40Z No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T20:04:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T20:04:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T20:10:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Cassava is cultivated worldwide, being Brazil the fourth largest producer. The root industrial processing in the country, aiming to obtain mainly flour and starch, generates carbohydrate-rich residues (e.g., starch, cellulose, and hemicellulose), which could be used to produce value-added products by enzymatic route, mainly using immobilized enzymes that are more operationally stable, allowing to be easily recovered and reused in the process. Thus, this work aimed the biotransformation of residual starch from cassava processing in maltose, using immobilized β-amylase in a Couette–Taylor–Poiseuille vortex flow reactor, which can promote perfect mixture under lower shear stress in the reactional medium compared to the conventional stirred-tank reactor. Cassava bagasse and peel of two starch-processing industries from São Paulo State were physicalchemically characterized and showed about 47% and 55% (dry mass) of residual starch, respectively. The starch was enzymatically extracted from the residues using a α- amylase, followed by maltose production catalyzed by immobilized barley β-amylase. Among the immobilization methods studied in this work, the best one for β-amylase was protein aggregation using bovine serum albumin (BSA) or soybean protein (PS) as protein feeder, followed by cross-linking with glutaraldehyde (CLEA technique). This protocol yielded immobilized β-amylase with 82.67% and 53.26% of recovered activity, respectively. Besides, the CLEAs were highly stables at 40oC, retaining more than 80% of the initial activity after 12 hours. The maltose syrup production from starch was performed using a Couette–Taylor–Poiseuille vortex flow reactor, in order to evaluate the β-amylase CLEAs (in this case CLEA of β-amylase prepared with soybean protein, here named CLEA-β-PS). It was achieved around 70% of maltose conversion in a short reaction time (4 hours), showing that is viable the use of residual starch as raw material for the production of maltose catalyzed by β-amylase CLEA in a Couette–Taylor– Poiseuille vortex flow reactor. / A mandioca é cultivada em todo mundo, sendo o Brasil o quarto maior produtor. O processamento industrial da raiz no país visa principalmente à produção de farinha e fécula, gerando resíduos ricos em carboidratos (amido, celulose, hemicelulose) que poderiam gerar produtos de valor agregado por biocatálise enzimática, particularmente usando enzimas imobilizadas, por serem mais estáveis operacionalmente e poderem ser facilmente recuperadas e reutilizadas no processo. Assim, este trabalho teve como objetivo a biotransformação do amido residual dos resíduos do processamento da mandioca em maltose, usando a enzima β-amilase imobilizada em reator de fluxo em vórtices (RFV) Couette–Taylor–Poiseuille, reator este que pode promover mistura perfeita com menor tensão cisalhante no meio reacional, comparado a um reator de mistura perfeita convencional. Os resíduos bagaço e casca de mandioca de duas fecularias do interior de São Paulo foram caracterizados físico-quimicamente e apresentaram teores de amido por volta de 47% e 55% (b.s.), respectivamente. A extração do amido dos resíduos foi realizada enzimaticamente utilizando uma α-amilase, então, o amido liquefeito foi utilizado na produção de maltose catalisada pela β-amilase de cevada imobilizada. Dentre os métodos de imobilização estudados, o mais satisfatório para a imobilização de β-amilase foi a reticulação de enzimas agregadas (CLEA), utilizando albumina de soro bovino (BSA) ou proteína de soja (PS) como proteínas inertes, retendo 82,67% e 53,26% da atividade oferecida, respectivamente. Os CLEAs apresentaram estabilidades ao pH ligeiramente maiores que a β-amilase livre em seus respectivos valores de pH mais estáveis. Além disso, os CLEAs foram muito estáveis a 40ºC, retendo mais de 80% da atividade inicial após 12 horas de encubação. A conversão do amido em maltose foi realizada em um RFV, com a finalidade de estudar seu comportamento frente aos CLEAs de β-amilase (neste estudo CLEA de β-amilase preparado na presença de proteína de soja, aqui nomeado CLEA-β-PS). A conversão de amido em maltose foi de aproximadamente 70% em curto tempo de reação (4 horas), demonstrando a viabilidade do uso de amido residual como matéria-prima para a produção de maltose catalisada por CLEA de β-amilase em reator de fluxo em vórtices de Couette–Taylor–Poiseuille. Palavras chave: resíduos de mandioca, amido, maltose, beta-amilase de cevada, imobilização enzimática, CLEA, reator de fluxo em vórtices.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3187.pdf: 3659896 bytes, checksum: 975ac91a3eb67a4347c326de8f22bf8e (MD5) Previous issue date: 2010-03-31 / Universidade Federal de Minas Gerais / This master's thesis project aims at studying the dynamic optimization of the operation of a bench scale (up to 5L) automated, agitated and aerated bioreactor, where the semi-continuous cultivation of recombinant Pichia pastoris is run. This yeast was cloned using the PGK1 promoter, which precludes the use of methanol as inducer, expressing constitutively the enzyme penicillin G Acylase (PGA) from Bacillus megaterium. While the group of molecular biology of DEQUFSCar is working on cloning the PGA, d P. pastoris expressing the enzyme - amylase from Bacillus subtilis was cultivated. This clone, provided by prof. Fernando Torres, UnB, uses the same construction and, therefore, its kinetics of growth and production should be very similar to the PGA s. Cultivation of recombinant Pichia pastoris was performed in flasks (skaker) using standard culture medium, aiming at obtaining kinetic data, which are the starting point for the escalation to a benchtop bioreactor. Following that, tests were performed in a 5L bioreactor in batch and fed batch operation modes. With the bioreactor data , kinetic parameters of growth, to be further used in the simulations, were estimated, using a hybrid algorithm (which combines the global method Simulated Annealing, with the local one Levenberg- Marquardt). This algorithm, is implemented in Matlab and available in the software library of Ladabio (Laboratory of Development and Automation of Bioprocesses ). From these data, models of microbial growth and of production were developed, following a classic approach (unstructured, non-segregated). Computer simulations using different feeding strategies and employing these models allowed mapping the dynamics of the system. From this information, optimal control strategies were proposed to define optimal feeding profiles. Cellular concentrations of 5.4 g/L (dry weight) were reached in shaker (20h of cultivation, when glucose is exhausted), expressing 218 U/mL of -amylase, compared to 11.4 g/L (dry weight) that were achieved in cultures in a bioreactor in batch simple (10h of cultivation, when glucose is exhausted), expressing 156 U/mL of -amylase In fed-batch cultures, cell concentrations of up to 45 g/L were achieved, expressing up to 260 U/mL of - amylase, with a productivity of 5.2 U/mL/ h. In fed-batch cultures of P. pastoris expressing PGA, cell concentrations of up to 35 g/L were achieved. Enzyme activity was not detected in the culture broth due to the effect of glycosylation. Immunodetection reaction confirmed the expression of the recombinant enzyme. Four specific growth rate equations were adjusted, with different types of inhibition by one product, detected at significant levels by liquid chromatography highperformance, but not yet identified. This metabolite was added as an inhibitor in kinetic models, using the peak areas, normalized as a pseudoconcentration. The best fit to the experimental data were the Monod kinetic model with non-competitive inhibition. Typical values obtained for the maximum specific growth and glucose/ cell conversion factor in bioreactor were max=0,24 h-1 and YX/S = 0,48. Algorithm for optimal control in open loop was developed and successfully implemented, providing a robust profiles of great power, whose validation is proposed as a continuation of this work. / Este mestrado se propoe a estudar a otimizacao dinamica de biorreator automatizado, tipo tanque agitado e aerado, em escala de bancada (ate 5L), onde se processa o cultivo semi-continuo de Pichia pastoris recombinante. Essa levedura foi clonada pelo grupo do prof. Fernando Torres, da UnB, utilizando o promotor PGK1, que dispensa a utilizacao de metanol como indutor, expressando constitutivamente a enzima -amilase de Bacillus subtilis. Durante a execucao deste mestrado, a enzima penicilina G acilase (PGA) de Bacillus megaterium esta sendo clonada pelo grupo de biologia molecular do DEQ-UFSCar usando a mesma construcao e, portanto, a cinetica de crescimento e producao da PGA heterologa devera ser muito semelhante as da -amilase, utilizada como estudo de caso para otimizacao do bioprocesso. Cultivos de Pichia pastoris recombinante foram realizados em frascos agitados, utilizando meio de cultivo padrao, objetivando o levantamento de dados cineticos, ponto de partida para o escalonamento em biorreator de bancada. Posteriormente, foram realizados ensaios em biorreator de 5L, em batelada e batelada alimentada. Com os dados obtidos nos cultivos em biorreator, e utilizando algoritmo hibrido para estimativa de parametros (que combina o metodo global Simulated Annealing, com o local de Levenberg-Marquardt), implementado em MatLab e disponivel no LaDABio (Laboratorio de Desenvolvimento e Automacao de Bioprocessos), foram ajustados parametros cineticos de crescimento, para serem utilizados nas simulacoes dos cultivos em biorreator. A partir dai, foi desenvolvido modelo de crescimento microbiano e de producao, utilizando um enfoque classico (modelo nao-estruturado, nao-segregado) para descrever o sistema. Com isso, torna-se possivel realizar simulacoes em computador usando diferentes estrategias de alimentacao, para mapear a dinamica do sistema. A seguir, foram desenvolvidos algoritmos de controle otimo em malha aberta para definicao de estrategias de alimentacao. Concentracoes celulares de 5,4 g/L (massa seca) foram alcancadas em cultivos em camara rotatoria (20h de cultivo, quando se esgota a glicose), expressando 218 U/mL de -amilase, comparado com 11,4 g/L(massa seca) que foram atingidos em cultivos em biorreator em bateladas simples (10h de cultivo, quando se esgota a glicose), expressando 156 U/mL de -amilase. Em cultivos em batelada alimentada concentracoes celulares de ate 45 g/L foram atingidas, expressando ate 260 U/mL de -amilase, com uma produtividade de 5,2 U/mL/h. Em cultivo em batelada alimentada de P. pastoris expressando PGA, concentracoes celulares de ate 35 g/L foram atingidas. Nao foi detectada atividade enzimatica no caldo de cultivo devido ao efeito da glicosilacao. Reacao de imunodeteccao confirmou a expressao da enzima recombinante. Foram ajustadas quatro equacoes de velocidade especifica de crescimento, com diferentes tipos de inibicao por um produto, detectado em niveis importantes por cromatografia liquida de alto desempenho, mas ainda nao identificado. Esse metabolito foi inserido como inibidor nos modelos cineticos, utilizando as areas dos picos, normalizadas, como uma pseudoconcentracao. Os melhores ajustes aos dados experimentais foram com modelo cinetico de Monod com inibicao nao-competitiva. Valores tipicos obtidos para a velocidade especifica maxima de crescimento e de fator de conversao glicose/celula em biorreator foram max = 0,24 h-1 e YX/S = 0,48. Algoritmo de controle otimo em malha aberta foi desenvolvido e implementado com sucesso, prevendo de forma robusta perfis otimos de alimentacao, cuja validacao fica proposta como continuidade deste trabalho.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KatiaCB_DISSERT.pdf: 2815552 bytes, checksum: 5538a2db54454e17355a1ea7d2b7b8e5 (MD5) Previous issue date: 2011-02-15 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Fruits are rich sources of bioactive compounds, including phenolic compounds. Tropical fruit cultivation is an important productive segment in Brazilian Northeast. Its industrialization generates solid wastes as co-products, with potential environmental impact. Considering the recognized bioactive content of fruit and its derivatives, this research has the objective of investigating acerola (Malpighia glabra L.), caj?-umbu (Spondia ssp), jambolan (Syzygium cumini) and pitanga (Eugenia uniflora) dried wastes obtained by spouted bed drier. It was analyzed the physical-chemical composition, solubility and microphotographic aspect of these dried wastes. Besides this, it was also evaluated the bioactive content, antioxidant activity and inhibitory activity against aamylase and a-glycosidase enzymes of water and ethanol (70%, 80% e 100% v/v) extracts prepared from fruit dried wastes, as well as their possible correlations. The dried fruit wastes showed high phenolic (606.04 to 3074.6 mg GAE eq/100 g sample), anthocyanin (478.7 mg/100 g for jambolan) and ascorbic acid (2748.03 mg/100 g for acerola) contents, as well as high antioxidant DPPH activity (14.27 a 36.30 mg Trolox eq/g sample). The extracts exhibited moderate to high a-amylase inhibition (23.97% a 76.58%) and high α-glycosidase inhibition, which 99.32% peak was reached for ethanol 70% pitanga extracts. It was also observed great positive correlation between phenolic content and DPPH activity (0.97 for acerola), anthocyanin (0.95 for jambolan) and α- glycosidase inhibition (0.98 for acerola). The α-glycosidase inhibition also correlated well with the antioxidant activity for all fruit extracts. The results show that these dried fruit wastes are valuable material for further applications as functional ingredients / As frutas possuem importantes compostos bioativos, dentre eles os compostos fen?licos. O cultivo de frutas tropicais ? um importante segmento produtivo do Nordeste Brasileiro, mas sua industrializa??o gera res?duos s?lidos como c?-produtos da atividade, pass?veis de gerar impacto ambiental. Tendo em vista o reconhecido conte?do bioativo de frutas e seus c?-produtos, objetivou-se estudar o baga?o desidratado da acerola (Malpighia glabra L.), caj?-umbu (Spondia ssp), jambol?o (Syzygium cumini) e pitanga (Eugenia uniflora) obtidos em secador de leito de jorro. A partir disso, foi analisada a composi??o f?sico-qu?mica, solubilidade e aspecto microfotogr?fico dos baga?os secos. Al?m disso, foi avaliada a concentra??o de compostos bioativos, atividade antioxidante e atividade inibit?ria contra as enzimas α-amilase e α-glicosidase do extrato aquoso e extratos etan?licos (70%, 80% e 100% v/v) preparados a partir dos baga?os desidratados, bem como suas correla??es. Os p?s de fruta apresentaram elevado teor de compostos fen?licos (606,04 a 3074,6 mg GAE eq/100 g amostra), antocianinas (478,7 mg/100 g para jambol?o) e ?cido asc?rbico (2748,03 mg/100 g), bem como expressiva atividade antioxidante medida pelo m?todo DPPH (14,27 a 36,30 μg Trolox eq/g amostra). Os extratos foram capazes de expressar inibi??o da α-amilase de moderada a alta (23,97% a 76,58%) e expressiva inibi??o da α-glicosidase, cujo m?ximo de 99,32% foi alcan?ado pelos extratos etan?licos 70% da pitanga. Foi observada correla??o positiva entre o teor fen?lico e atividade antioxidante (0,97 para acerola), antocianinas (0,95 para jambol?o), inibi??o da α-amilase (0,99 para jambol?o) e inibi??o da α-glicosidase (0,93 para pitanga) e dessas duas ?ltimas com a atividade antioxidante para todos os frutos estudados. Os dados apresentados demonstram que os res?duos desidratados constituem valioso material de estudo para aplica??es como ingredientes funcionais

Au cours de ce travail de thèse intitulé " Identification chimique de métabolites secondaires de certains microorganismes, évaluation de leurs effets dans les domaines pharmaceutiques et agronomiques ", nous nous sommes intéressés à l'étude des effets des conditions de culture sur la production des composés organiques volatils microbiens à partir de deux souches bactériennes co-existantes dans le sol Français : Burkholderia sp. et Bacillus megaterium. A partir des différents extraits préparés, plus que cent composés ont été identifiés, comprenant les dicétopipérazines, les alcools, les composés soufrés, les esters et les acides carboxyliques, par le biais de plusieurs techniques chimiques, analytiques et spectroscopiques. Les résultats obtenus ont montré que les conditions de culture sont les pricipales responsables de la production des différentes familles chimiques des volatiles. Nous avons identifiés des composés qui sont rapportés pour la première fois à partir des bactéries tel que: la N-butylbenzènesulfonamide, triacontane, le proponaoate de 3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphényl), (E) -5-chloro-3-(hydroxyimino) indoline-2-one et 1,3,5-triméthyl-2-octadecylcyclohexane. Sur le plan biologique, on a montré que les résultats obtenus sont fortement influencés par les conditions de culture utilisées pour cultiver les bactéries testées. En parallèle à cette investigation, nous avons montré que les extraits de Burkholderia sp. sont dotés d'un très important potentiel allélopathique. Enfin, une série des analogues de dicétopipérazines a été préparée et évaluée pour leurs activités anti-xanthine oxydase, anti a-amylase et anti 5-lipoxygénase ainsi que pour leurs activités cytotoxiques contre les lignées cellulaires suivantes ; OVCAR, MCF7 et HCT116. Un certain nombre de ces dérivés de dicétopiperazine ont montré des activités anti a-amylase et cytotoxique importantes. / In this thesis entitled " Chemical identification of secondary metabolites from microorganism, evaluation of their effects on pharmaceutical and agronomic fields ", we are interested in studying the effect of culture conditions on the production of microbial volatiles organic compounds by two bacteria that inhabit French soil which are: Burkholderia sp. and Bacillus megaterium. From different prepared extracts, more than one hundred compounds were identified, including diketopiperazine, alcohols, sulfur containing compounds, esters and carboxylic acids, by means of several chemical, analytical and spectroscopic techniques. Results showed that culture conditions of different bacteria are the mainly responsible of production of different blend of volatiles. Many identified compounds including N-butylbenzenesulfonamide, triacontane, octadecyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoate, (E)-5-chloro-3-(hydroxyimino)indolin-2-one and 1,3,5-trimethyl-2-octadecylcyclohexane are reported for the first time from bacteria.Biologically, we have shown that obtained results are greatly influenced by the cultures conditions used in cultivation of tested bacteria. In addition to that, we have shown that Burkholderia sp. extracts possessed a very good allelopathic potential. Finally, a series new protested deketopiperazine derivatives have been prepared and evaluated in vitro against xanthine oxidase, a-amylase and 5-lipoxygenase enzymes, OVCAR, MCF7 and HCT116 cancer cell lines. Some of these molecules have been shown to be potent inhibitors of a-amylase and different cancer cell lines.

Tesis por compendio / [ES] Debido a la creciente importancia de la dieta en el manejo de la salud, sigue habiendo un gran interés en desentrañar como se procesan los alimentos en el sistema digestivo humano. La estructura de los alimentos puede influir significativamente en su procesamiento, afectando al rendimiento durante la alimentación y la digestión. Específicamente, la digestión de alimentos a base de carbohidratos requiere una mayor comprensión debido a su contribución a los niveles de glucosa en sangre. El conocimiento de la cinética de digestión del almidón contribuirá a diseñar alimentos a medida para controlar los niveles de glucosa posprandial. El objetivo de esta tesis doctoral fue adquirir una mejor comprensión del impacto de la microestructura en la digestión del almidón y cómo las enzimas digestivas podrían ser moduladas por compuestos fenólicos. Con ese propósito, se evaluó el papel de la estructura del pan en la masticación in vivo y la digestión in vitro. Posteriormente, se produjeron geles de almidón de diferentes fuentes y se digirieron en un sistema de digestión oro-gastro-intestinal in vitro para analizar el impacto de la microestructura del gel. Después de los estudios de microestructura en geles de almidón y pan, se exploraron diferentes ácidos fenólicos o extractos polifenólicos de algas como inhibidores de enzimas digestivas de almidón, y se evaluó la participación de la microestructura del gel de almidón en la digestión enzimática. La masticación y la textura del bolo de panes tostados de trigo se vio afectada por su diferente estructura, a pesar de que no se observaron diferencias en la percepción sensorial. El proceso de panificación también ofreció la posibilidad de modificar la estructura del pan. De hecho, la variación de la forma de la masa dio lugar a panes con diferentes propiedades estructurales y texturales de la miga. La digestión de los panes con diferente estructura de miga confirmó que se disgregaban de manera diferente, produciendo variaciones en la posterior digestibilidad del almidón. Una vez que se estableció la importancia de la microestructura de la miga en la digestión del almidón, se cambió el enfoque para enlazar la microestructura de los geles de almidón con su digestión in vitro. Los geles obtenidos con almidones de distintas fuentes botánicas mostraron diferente digestibilidad, lo que se relacionó con su microestructura, pero también con su contenido de amilosa. Considerando la acción de las enzimas digestivas (α-amilasa y α-glucosidasa) sobre la hidrólisis del almidón, se estudiaron diferentes compuestos fenólicos para comprender las interacciones entre los compuestos fenólicos y las enzimas o sustratos. La forma más eficaz de inhibir las enzimas era incubarlas con ácidos fenólicos. Se necesitó una mayor concentración del inhibidor cuando los compuestos fenólicos interactuaban previamente con el sustrato, debido a su retención dentro del gel de almidón. La estructura química de los ácidos fenólicos controlaba la inhibición de la enzima. Asimismo, los extractos fenólicos complejos, como los extraídos de las algas A. nodosum, podrían utilizarse para inhibir las enzimas digestivas, mostrando mayor efecto inhibidor cuando fueron previamente incubados con la enzima, debido a la existencia de complejos carbohidrato-polifenoles con sus diferentes capacidades inhibitorias. Además, los ácidos fenólicos afectaron las propiedades de pegado y, por lo tanto, a la estructura y textura de geles de almidón. Sin embargo, esos cambios no fueron suficientes para controlar la hidrólisis enzimática del almidón, que estaba relacionada con la estructura química de los ácidos fenólicos y sus propiedades. En general, la microestructura de la miga o del gel puede limitar la accesibilidad de las enzimas digestivas, lo que reduciría la hidrólisis del almidón. Además, la inclusión de ácidos fenólicos en alimentos a base de almidón podría ser la alternativa para reducir el grado de digestión del almidón al inhibir estas enzimas. / [CA] A causa de la creixent importància de la dieta en el maneig de la salut, segueix sent de gran interès desentranyar com es processen els aliments en el sistema digestiu humà. L'estructura dels aliments pot influir significativament en el processament dels aliments, afectant al seu rendiment durant l'alimentació i la digestió. Específicament, la digestió d'aliments a base de carbohidrats requereix una major comprensió a conseqüència de la seua contribució als nivells de glucosa en sang. El coneixement de la cinètica de la digestió del midó contribuirà a dissenyar aliments a mesura per controlar els nivells de glucosa postprandial. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral va ser adquirir una millor comprensió de l'impacte de la microestructura en la digestió del midó i com els enzims digestius podrien ser modulats per l'ús de compostos fenòlics. Amb aquest propòsit, es va avaluar el paper de l'estructura del pa en la masticació in vivo i la digestió in vitro. Posteriorment, es van produir gels de midó de diferents fonts i es van digerir en un sistema de digestió oro-gastrointestinal in vitro per analitzar l'impacte de la microestructura del gel. Després dels estudis de microestructura en gels de midó i pa, es van explorar diferents àcids fenòlics o extractes polifenòlics d'algues com inhibidors dels enzims digestius del midó, i es va avaluar la participació de la microestructura del gel de midó en la digestió enzimàtica. La masticació i la textura de la bitla de pans torrats de blat es va veure afectada per les seues diferencies estructurals, tot i que no es van observar diferències en la percepció sensorial. El procés de panificació va oferir la possibilitat de modificar l'estructura del pa. De fet, la variació de la forma de la massa va donar lloc a pans amb diferents propietats d'estructura i textura de la molla. La digestió dels pans amb diferent estructura de molla va confirmar que es disgregaven de manera diferent, produint variacions en la posterior digestibilitat del midó. Una vegada que es va establir la importància de la microestructura de la molla en la digestió del midó, es va canviar l'enfocament per a enllaçar la microestructura dels gels de midó amb la seua digestió in vitro. Els gels obtinguts amb midó de diferent fonts botàniques van mostrar diferent digestibilitat, el que es va relacionar amb la seua microestructura, però també amb el seu contingut d'amilosa. Considerant l'acció dels enzims digestius (α-amilasa i α-glucosidasa) sobre la hidròlisi del midó, es van estudiar diferents compostos fenòlics per a comprendre les interaccions entre els fenòlics i els enzims o substrats. La forma més eficaç d'inhibir els enzims era incubar-los amb àcids fenòlics. Es va necessitar una major concentració de l'inhibidor quan els compostos fenòlics interactuaven prèviament amb el substrat, a causa de la seua retenció dins del gel de midó. L'estructura química dels àcids fenòlics controlava la inhibició de l'enzim. Així mateix, els extractes fenòlics complexos, com els extrets de l'alga A. nodosum, podrien utilitzar-se per a inhibir els enzims digestius, mostrant major efecte inhibidor quan van ser prèviament incubats amb l'enzim, a causa de l'existència de complexos carbohidrat-polifenols amb les seues diferents capacitats inhibitòries. A més, els àcids fenòlics van afectar les propietats de pegat i, per tant, la estructura i textura dels gels de midó. No obstant, estos canvis en la estructura i textura dels gels no van ser suficients per a controlar la hidròlisi enzimàtica del midó, que estava relacionada amb l'estructura química dels àcids fenòlics i les seues propietats. En general, la microestructura de la molla de pa o gel de midó pot limitar l'accessibilitat dels enzims digestius, la qual cosa reduiria la hidròlisi del midó. A més, la inclusió d'àcids fenòlics en aliments a base de midó podria ser l'alternativa per a reduir el grau de digestió del midó en inhibir aquests enzims. / [EN] Due to the increasing importance of diet on health management, it remains of utmost interest to unravel how food is processed in the human digestive system. Food structure can significantly influence food processing, affecting its performance during eating and digestion. Specifically, the digestion of carbohydrates-based foods requires further insight due to their contribution to blood glucose levels. The knowledge of starch digestion kinetics will contribute to design tailored foods for managing postprandial glucose levels. The objective of this doctoral thesis was to acquire a better understanding of the impact of microstructure on starch digestion and how digestive enzymes might be modulated by the use of phenolic compounds. With that purpose, the role of bread structure on in vivo mastication, and in vitro digestion was evaluated. Subsequently, starch gels from different sources were produced and digested in an in vitro oro-gastro-intestinal digestion system to analyze the impact of gel microstructure. After the microstructure studies on bread and starch gels, different phenolic acids or seaweed polyphenolic extracts were explored as inhibitors of starch digestive enzymes, and the involvement of starch gel microstructure on the enzymatic digestion was assessed. Mastication of toasted wheat breads was affected by their different structures, despite no differences in the sensory perception was observed. Bolus texture was also altered by bread structure and texture. The breadmaking process offered the possibility to modify the bread structure. In fact, varying dough shaping led to breads with different crumb structure and texture properties. After stressing the importance of selecting the in vitro oral processing method used to simulate mastication, the further digestion of the bread with different crumb structure confirmed that they were differently disaggregated yielding variations on posterior starch digestibility. Once stating the importance of crumb microstructure on starch digestion, the focus was shifted to connect starch gels microstructure with its in vitro digestion. Gels obtained with a different type of starch, from cereals, pulses, or tubers, showed different digestibility, which was related to their microstructure but also their amylose content. Considering the action of digestive enzymes (α-amylase and α-glucosidase) on starch hydrolysis, different phenolic compounds were studied to understand the interactions between phenolics and either enzymes or substrates. The most effective way to inhibit enzymes was to incubate them with phenolic acids. A higher concentration of the inhibitor was needed when phenolic compounds interacted previously with the substrate, due to their retention within the starch gel. The chemical structure of phenolic acids controlled the enzyme inhibition. Similarly, complex phenolic extracts, like those extracted from A. nodosum seaweed could be used to inhibit digestive enzymes, showing greater inhibition effect when they were previously incubated with the enzyme, owing to the existence of carbohydrate-polyphenol complexes their different inhibitory capabilities. In addition, phenolic acids affected pasting properties and therefore gel microstructure and gel texture of starches. However, those changes on gels microstructure and texture were not enough to control starch enzymatic hydrolysis, which was related to the specific chemical structure of the phenolic acids and their properties. Overall, crumb or gel microstructure can limit digestive enzymes accessibility, which would reduce the starch hydrolysis. Moreover, the inclusion of phenolic acids on starch-based foods might be the alternative to reduce the extent of starch digestion by inhibiting digestive enzymes. / Authors acknowledge the financial support of the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (Project RTI2018-095919-B-C21) funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, “ERDF A way of making Europe” by the “European Union”, Generalitat Valenciana (Project Prometeo 2017/189) and Xunta de Galicia (ED431B 2019/01). This work is based upon the work from COST Action 18101 SOURDOMICS – Sourdough biotechnology network towards novel, healthier and sustainable food and bioprocesses, where A. Aleixandre was supported by COST (European Cooperation in Science and Technology). COST is a funding agency for research and innovation networks. / Aleixandre Agustín, A. (2022). Going from Digestion to Microstructure of Starch-Based Food Products: Understanding the Role of Polyphenols [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181137 / Compendio

No description available.

O objetivo deste estudo foi mensurar o fluxo salivar, pH, capacidade tampão, concentrações de proteína total e ácido siálico, atividades das enzimas amilase e peroxidase e concentração dos íons sódio, potássio, cálcio, fósforo, zinco e magnésio em saliva total de indivíduos síndrome de Down com idade entre 1 e 25 anos. Nos indivíduos com idade entre 1 e 5 anos a saliva total foi coletada através de uma leve sucção, enquanto que nos outros indivíduos com idade entre 6 e 10, 11 e 15, 15 e 20, 21 e 25 a saliva total foi coletada com estimulação mecânica através da mastigação de parafilm, durante 10 minutos. O pH e a capacidade tampão foramdeterminadas usando um pHmetro digital. A capacidade tampão foi mensurada através de titulação com HCl a 0,01N. A concentração de eletrólitos foi determinada através de um espectrofotômetro de emissão atômica com fonte de excitação de argônio induzido. A proteína total foi mensurada através do reagente de Folin. A atividade da amilase foi mensurada através da produção de maltose e a atividade da peroxidase foi mensurada através da utilização de orto-dianisidina. Para a analise estatística os dados foram apresentados em media ± desvio padrão. Foi utilizado o teste “t" de Student para determinar as diferenças entre as medias dos indivíduos síndrome de Down e o grupo controle. Nenhuma diferença significante foi observada na concentração de ácido siálico, fósforo, zinco, magnésio e cálcio entre os indivíduos síndrome de Down e o grupo controle. A concentração de sódio, proteína total e a capacidade tampão demonstraram ser maior nos indivíduos com síndrome de Down em comparação ao grupo controle. Por outro lado, o fluxo salivar, a concentração de potássio, e a atividade das enzimas amilase e peroxidase foram menores no grupo síndrome de Down quando comparado ao grupo controle. Estes resultados sugerem que as pessoas com síndrome de Down apresentam alterações no metabolismo do ducto e/ou das células acinares das glândulas salivares. / The aim of this study was to measure the flow rate, pH, buffer capacity, sialic acid, total protein concentrations, amylase and peroxidase activities and sodium, potassium, calcium, phosphorus, zinc and magnesium concentration whole saliva of individuals with Down syndrome aged 1 - 25 years. In individuals aged 1-5 years the whole saliva was collected under slight suction, while in the others individuals aged 6-10, 11-15, 15-20, 21-25 the whole saliva was collected with stimulation by chewing a piece of parafilm, for 10 minutes. The pH and the buffer capacity were determined using a digital pHmeter. The buffer capacity was measured by titration with 0.01 N HCl. Electrolyte concentrations were determined by inductively coupled argon plasma with atomic emission spectrometry. Sialic acid was determined by thiobarbituric acid assay. Protein was determined by the folin’s phenol reagent. Amylase was assayed measuring the maltose produced by the breakdown of starch and peroxidase with ortho dianisidine. For statistical analysis the date are presented as mean ± SD. Student’s “t" test was used to determine differences between the mean of the Down syndrome and control groups. No statistically significant differences were observed in sialic acid, phosphorus, zinc, magnesium and calcium concentration between the individuals with Down syndrome and control group. The sodium and total protein concentration and buffer capacity showed higher in the Down syndrome than in the control group. On the other hand the flow rate and potassium concentration, amylase and peroxidase activities were lower in the Down syndrome than in the control group. These results suggest that the Down syndrome persons present alteration in the metabolism of the duct and/or acinar cells of salivary glands.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CHAPTER 2: This study examined the variation in the cortisol awakening response (CAR) in relation to mood states and performance during professional swimming competition. Eleven athletes were examined during two consecutive days of competition. On each day salivary cortisol was determined upon awakening, 30 and 60 min post awakening, immediately before warming up for competition and 5, 20 and 60 min after competition. Psychometric instruments included the Profile of Mood States and self-reports of performance. CARs did not differ between competition and non-competition days and were not related to performance on any day. However, difference was observed in the concentration of cortisol prior to and after the contest between competition and non-competition days. Perceived demands of the day ahead might not reflect the same magnitude of variation in the CAR in well-trained men. Explanations for this include better coping mechanisms and response towards the phase and time of competition. CHAPTER 3: Objective: We investigated the response of salivary total protein (TP), alpha-amylase (sAA) and chromogranin A (CgA) to sporting competition and their relation with positive and negative affect. Methods: Eleven professional swimmers were examined during the first day of a national contest and on a recreated event that matched time-of-the-day and day-of-theweek assessments two weeks later. Total protein was determined by the Bradford method and sAA and CgA by western blotting upon awakening, 30 and 60 min post awakening, immediately before warming up for competition and 5, 20 and 60 min after competition. Psychometric instruments included the Positive Affect and Negative Affect Schedule - X (PANAS-X). Results: The concentrations of TP, sAA and CgA differed from controls only prior to and 5 min after the event. We observed associations between higher negative affect scores with higher levels of TP, sAA and CgA prior to the event on the competition day. Areas under the curve did not differ from controls for TP, sAA or CgA. Conclusion: TP and CgA showed a similar reactivity to sporting competition than sAA, which may be attributed to the mechanisms responsible for protein secretion into saliva when collection is performed with no exogenous stimulation. Strong adverse psychological stimuli only seem to override the regular rhythm of salivary proteins moments before and after stressful situations. / CAPÍTULO 2: O presente estudo investigou a variação da resposta do cortisol ao acordar (CAR) em relação com estados de humor e desempenho durante uma competição de natação profissional. Onze atletas foram examinados durantes dois dias consecutivos de competição. Em cada dia, a concentração de cortisol salivar foi determinada ao acordar, 30 e 60 minutos após acordar, imediatamente antes de aquecer para a competição e 5, 20 e 40 minutos depois da competição. O Perfil de Estados de Humor e reportes próprios de desempenho foram incluídos como instrumentos psicométricos. A CAR não foi diferente entre os dias de competição e controle e não houve relação com o desempenho em nenhum dos dois dias. No entanto, houve diferença antes de e após o evento entre os dias de competição e controle. A percepção de um desafio que irá acontecer durante o dia não necessariamente reflete a mesma magnitude de variação na CAR em sujeitos bem treinados. Isto pode ser devido a melhores mecanismos para lidar com o estresse e a fase e hora da competição em que os sujeitos foram avaliados. CAPÍTULO 3: O presente estudo investigou a resposta de proteína total na saliva (TP) alfaamilase (sAA) e cromogranina A (CgA) à competição esportiva e sua relação com estados de humor. Onze atletas profissionais foram examinados durante o primeiro dia de um evento nacional em natação e durante um evento simulado num dia de treinamento no mesmo dia da semana e no mesmo horário que a competição real. A concentração de TP foi determinada pelo método de Bradford e a de sAA e CgA por western blotting ao acordar, 30 e 60 minutos depois, imediatamente antes de aquecer para o evento e 5, 20 e 40 minutos depois do mesmo. A escala de estado de humor PANAS-X (Positive Affect and Negative Affect Schedule) foi incluída como instrumento psicométrico. A concentração de TP, sAA e CgA foi diferente dos dias de controle unicamente antes e 5 minutos após a competição. Não houve diferença na área sob a curva do perfil diurno de cada marcador entre os dias de competição e controle. TP e CgA tiveram uma resposta similar à competição do que sAA. Isto pode ser atribuído aos mecanismos de secreção de proteína na saliva quando a coleta da mesma é feita sem estimulação exógena. Estímulos psicológicos adversos parecem alterar o ritmo regular de secreção destes marcadores só momentos prévios e posteriores a situações estressantes. / Mestre em Genética e Bioquímica

O objetivo deste estudo foi mensurar o fluxo salivar, pH, capacidade tampão, concentrações de proteína total e ácido siálico, atividades das enzimas amilase e peroxidase e concentração dos íons sódio, potássio, cálcio, fósforo, zinco e magnésio em saliva total de indivíduos síndrome de Down com idade entre 1 e 25 anos. Nos indivíduos com idade entre 1 e 5 anos a saliva total foi coletada através de uma leve sucção, enquanto que nos outros indivíduos com idade entre 6 e 10, 11 e 15, 15 e 20, 21 e 25 a saliva total foi coletada com estimulação mecânica através da mastigação de parafilm, durante 10 minutos. O pH e a capacidade tampão foramdeterminadas usando um pHmetro digital. A capacidade tampão foi mensurada através de titulação com HCl a 0,01N. A concentração de eletrólitos foi determinada através de um espectrofotômetro de emissão atômica com fonte de excitação de argônio induzido. A proteína total foi mensurada através do reagente de Folin. A atividade da amilase foi mensurada através da produção de maltose e a atividade da peroxidase foi mensurada através da utilização de orto-dianisidina. Para a analise estatística os dados foram apresentados em media ± desvio padrão. Foi utilizado o teste “t” de Student para determinar as diferenças entre as medias dos indivíduos síndrome de Down e o grupo controle. Nenhuma diferença significante foi observada na concentração de ácido siálico, fósforo, zinco, magnésio e cálcio entre os indivíduos síndrome de Down e o grupo controle. A concentração de sódio, proteína total e a capacidade tampão demonstraram ser maior nos indivíduos com síndrome de Down em comparação ao grupo controle. Por outro lado, o fluxo salivar, a concentração de potássio, e a atividade das enzimas amilase e peroxidase foram menores no grupo síndrome de Down quando comparado ao grupo controle. Estes resultados sugerem que as pessoas com síndrome de Down apresentam alterações no metabolismo do ducto e/ou das células acinares das glândulas salivares. / The aim of this study was to measure the flow rate, pH, buffer capacity, sialic acid, total protein concentrations, amylase and peroxidase activities and sodium, potassium, calcium, phosphorus, zinc and magnesium concentration whole saliva of individuals with Down syndrome aged 1 - 25 years. In individuals aged 1-5 years the whole saliva was collected under slight suction, while in the others individuals aged 6-10, 11-15, 15-20, 21-25 the whole saliva was collected with stimulation by chewing a piece of parafilm, for 10 minutes. The pH and the buffer capacity were determined using a digital pHmeter. The buffer capacity was measured by titration with 0.01 N HCl. Electrolyte concentrations were determined by inductively coupled argon plasma with atomic emission spectrometry. Sialic acid was determined by thiobarbituric acid assay. Protein was determined by the folin’s phenol reagent. Amylase was assayed measuring the maltose produced by the breakdown of starch and peroxidase with ortho dianisidine. For statistical analysis the date are presented as mean ± SD. Student’s “t” test was used to determine differences between the mean of the Down syndrome and control groups. No statistically significant differences were observed in sialic acid, phosphorus, zinc, magnesium and calcium concentration between the individuals with Down syndrome and control group. The sodium and total protein concentration and buffer capacity showed higher in the Down syndrome than in the control group. On the other hand the flow rate and potassium concentration, amylase and peroxidase activities were lower in the Down syndrome than in the control group. These results suggest that the Down syndrome persons present alteration in the metabolism of the duct and/or acinar cells of salivary glands.