Quelque soit la zone de culture, l'anacardier (Anacardium occidentale L.) est essentiellement cultivé pour la production de noix de cajou, filière d'une grande importance socio-économique notamment au Brésil. Le jus de cajou est un produit secondaire qui résulte du pressage du pédoncule hypertrophié de la noix appelé pomme de cajou (pseudo-fruit). Le traitement des pommes engendre de grands volumes de déchets solides qui sont soit mis en décharge, soit utilisés pour l'alimentation animale. Dans ce contexte, le travail a pour objectif de proposer et d'évaluer un nouveau procédé permettant d'accroître la valeur ajoutée de ce sous-produit en extrayant les caroténoïdes qu'il contient. Le procédé comporte 3 opérations successives : une extraction par pressage associée à une macération enzymatique, une concentration à froid de l'extrait par microfiltration tangentielle et une purification par diafiltration. La première opération a été optimisée à l'aide de 2 plans d'expériences : un plan de criblage de facteurs de Plackett-Burmam (matrice de Hadamard) pour sélectionner les paramètres opératoires les plus influents suivi d'un plan central composite pour les optimiser. La dose de pectinase utilisée durant la macération et la force appliquée lors du pressage sont les paramètres les plus influents sur le profil caroténoïdique de l'extrait. De fortes doses de pectinase associées à une force de pressage élevée permettent d'obtenir à la fois un extrait plus riche en caroténoïdes et une meilleure densité de flux de perméat en microfiltration. L'utilisation de plusieurs cycles successifs de pressage permet d'augmenter les teneurs en caroténoïdes de l'extrait mais augmente également son pouvoir colmatant en microfiltration. L'étude de la concentration de l'extrait par microfiltration tangentielle a montré qu'il est possible d'atteindre un facteur de réduction volumique (FRV) de 20 en maintenant des densité de flux de perméat supérieures à 100 L.h-1.m-2. Les caroténoïdes sont concentrés à hauteur du FRV choisi (jusqu'à 20 fois). La diafiltration a permis de purifier 5 fois les caroténoïdes par rapport à la matière sèche. Un modèle simple basé sur des bilans matières pour prévoir l'impact du FRV et du diavolume sur la composition de l'extrait a été développé et validé. L'extrait final obtenu présente une teneur en caroténoïdes de 70 mg.kg-1. Parmi les 11 molécules identifiées par HPLC-DAD, les caroténoïdes majoritaires sont les isomères cis et trans de l'auroxanthine, la β-cryptoxanthine et le β-carotène. Les extraits finaux obtenus se présentent sous forme de liquides visqueux de couleur jaune intense, faciles à disperser dans l'eau. Ils possèdent un fort potentiel d'utilisation dans la formulation des aliments comme colorant naturel. / Whatever is the area of plantation, cashew (Anacardium occidentale L.) is grown primarily for the production of nuts, a supply chain that has great socioeconomic importance, especially in Brazil. The cashew juice is a by-product that results from pressing the nut hypertrophied peduncle, known as cashew apple, a juicy pseudo fruit. Peduncle processing generates large volumes of industrial solid waste that are usually discarded or sometimes used as animal feed. In this context, this work aimed to propose and evaluate a new process that provides an added value to this industrial byproduct, extracting carotenoids that were contained therein. The process comprised three successive operations: an extraction by pressing associated to an enzymatic maceration, a cold concentration of the extract by crossflow microfiltration and a purification by diafiltration. The first operation was optimized with the use of two experimental designs: a Plackett-Burmam (Hadamard matrix) plan for factors screening to select the most influential operating parameters, followed by a central composite design for optimization. The dose of pectinase used during maceration and the applied force used during the pressing operation were the most influential parameters on the carotenoid extract profile. High doses of pectinase associated with a high pressing force led to a richer carotenoid extract and enhanced the permeate flux in microfiltration. The use of several successive cycles of compression increased the carotenoid content of the extract but also increased its fouling properties during microfiltration. The extract concentration by crossflow microfiltration study showed that it was possible to reach values of volumetric reduction ratio (VRR) of about 20, maintaining the permeate flux above 100 Lh-1.m-2. The carotenoids were concentrated in the same levels of FRV (up to 20 times). The diafiltration allowed purification of carotenoids 5 times in relation to the dry matter. A simple model, based on a mass balance to predict the impact of VRR and diavolume on the extract composition was developed and validated. The final extract obtained presented a carotenoid content of 70 mg.kg-1. Among the 11 compounds identified by HPLC-DAD, the main carotenoids were cis and trans isomers of auroxanthine, β-cryptoxanthin and β-carotene. The final extracts obtained were in the form of viscous liquids of a yellow intense color, and easily dispersed in water. These concentrates have a strong potential for use in the formulation of foods and beverages as a natural dye.

This work deals with the possibility of Raman spectroscopical identification of selected biomarkers of extremophile species. It focuses mainly on selected cyanobacteria, algae and lichens with an emphasis on the ability to detect carotenoids. These pigments exhibit three characteristic bands of Raman spectra which represent stretching vibrations C=C; C-C and bending vibration C-CH3 in molecules of carotenoids. Raman spectra were measured not only by laboratory microspectrometers (λ - 514 nm and 532 nm), but also by portable and handheld spectrometers (λ - 532 nm, 785 nm and 700 - 1100 nm). In the case of cyanobacteria, the spectroscopical analysis was performed also on the fractions obtained by high performance liquid chromatography (HPLC). This work critically evaluates the possibilities of Raman spectroscopy to identify the carotenoids of cyanobacteria, algae and lichens. Besides the signal of carotenoids, interpretation of other bands in the Raman spectra corresponding to the presence of other biomarkers is given here for selected samples. The obtained Raman spectra of carotenoids should be interpreted with great caution, because of the ifluence of several factors, which potentially cause unsystematic shifts in the positions of Raman bands (carotenoids bond in biological tissue, interactions with...

Les caroténoïdes jouent un rôle essentiel dans les premiers événements photosynthétiques. Ils absorbent la lumière et transfèrent l'énergie résultante en excitation aux molécules voisines, assurant le respect de la succession des étapes photosynthétiques. En plus de l'absorption de la lumière, les caroténoïdes protègent l'appareil photosynthétique du stress photo-oxydatif survenant en condition de lumière intense, évitant les éventuels dommages. Les propriétés électroniques des caroténoïdes sont à la base de leurs mécanismes d'action et dans ce travail de recherche une combinaison de techniques biochimiques et spectroscopiques est utilisée pour examiner plus loin ces mécanismes avec un accent mis sur le rôle photoprotecteur joué par des caroténoïdes. Les d'échantillons analysés représentent différent niveaux d'organisation des protéines collectrices de lumière contenants ces pigments. Dans cette thèse quatre études principaux ont étés réalisés pour comprendre comment: les propriétés d'absorption des caroténoïdes lutéine et -carotène près les plantes peuvent être réglées in vivo par le site de liaison à leur protéines, le majeur complexe de capture de la lumière (LHCII) et le photosystème II (PSII) respectivement; l'altération des gènes de la voie biosynthétique des caroténoïdes peut indirectement provoquer une altération du transport d'électrons dans l'organisme photosynthétique; des molécules artificielles sont capable d'imiter le mécanisme photoprotecteur de transfert d'énergie entre les états de triplet des chromophores en mimant les protéines de l'apparat photosynthétique; la flexibilité structurelle de l'LHCII peut être explorée en modifiant son environnement. / Carotenoids play an essential role in the first steps of photosynthesis. They absorb light and they transfer the resulting excitation energy to the neighboring molecules, guaranteeing the correct order of the photosynthetic events. Additionally, carotenoids are able to protect the photosynthetic apparatus from the oxidative stress occurring in high light condition. Biological functions of carotenoids involving interaction with light, such as photosynthesis, are determined by the electronic properties of the conjugated polyene chain that is characteristic of carotenoid molecules. Understanding how these properties are tuned, is essential for understanding the mechanisms underlying carotenoid functions. Here we show that, by using a combination of different spectroscopic and biochemical approaches, these characteristics can be assessed in different kind of samples having the carotenoid molecules as common denominator. In this thesis four major studied have been performed in order to study how: the absorption properties of the two -carotenes molecules in PSII-RC and those of the two luteins in LHCII are tuned in vivo by their protein binding site, the alteration of the genes involved in the biosynthetic pathway of carotenoids has a pleiotropic effect on the photosynthetic organisms, artificial constructs are able to reproduce the photoprotective mechanism of triplet-triplet energy transfer between chromophores by mimicking the naturally occurring photosynthetic proteins, the structural flexibility of the major light harvesting complex can be probed by modifying its surrounding environment.

O cubiuzeiro (Solanum sessiliflorum Dunal) é uma planta nativa da Amazônia, utilizada na medicina popular no tratamento de queimaduras e no controle da glicemia e colesterolemia. Análises fitoquímicas da polpa dos frutos do cubiuzeiro, conhecidos como maná-cubiu, revelaram que este apresenta em sua constituição carotenoides, compostos fenólicos e vitaminas. Devido aos poucos estudos sobre a atividade biológica do fruto e à presença de compostos com propriedades antioxidantes, os objetivos deste trabalho foram avaliar os efeitos da polpa do maná-cubiu sobre a estabilidade genômica, parâmetros de estresse oxidativo, expressão de genes pró-inflamatórios (iNos e COX-2) em ratos Wistar e determinar a presença de elementos químicos na polpa liofilizada por ICP-MS. Os animais receberam, por gavagem, a polpa liofilizada do maná-cubiu (125, 250, 375 ou 500 mg/kg p.c.) durante 14 dias. No último dia de tratamento foi administrada intraperitonealmente salina ou doxorrubicina (DXR, 16 mg/kg p.c.), usada como agente indutor de danos, e após 24 horas os animais foram eutanasiados. O sangue periférico e a medula óssea foram usados no teste do micronúcleo. No ensaio do cometa foram analisados fígado, coração e sangue periférico. Fígado e coração foram utilizados nas análises das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e glutationa reduzida (GSH) e na avaliação da expressão de RNAm dos genes COX-2 e iNos. Os resultados mostraram que a polpa do maná-cubiu não foi mutagênica nem citotóxica à medula óssea e ao sangue periférico dos animais. Nas doses 250 e 375 mg/kg p.c., a polpa do maná-cubiu reduziu o número de células micronucleadas induzidas pela DXR no sangue periférico, enquanto que na medula óssea somente a dose de 375 mg/kg p.c. foi antimutagênica. A polpa do maná-cubiu não foi genotóxica no fígado, coração e sangue periférico, e os animais tratados com a associação da polpa do maná-cubiu e DXR apresentaram uma redução de danos ao DNA. Nas doses de 250, 375 e 500 mg/kg p.c., a polpa do maná-cubiu foi capaz de reduzir a peroxidação lipídica induzida pela DXR em células hepáticas, mas não alterou as concentrações de GSH no fígado e no coração. Os dados obtidos da reação em cadeia da polimerase em tempo real referentes ao gene COX-2 mostraram que a polpa do maná-cubiu não modulou a transcrição deste gene. Ainda, a polpa liofilizada do maná-cubiu apresentou em sua composição a presença de elementos-traço como zinco, manganês, selênio, cobre e crômio, mas não em quantidades significativas. Os compostos bioativos presentes na polpa do maná-cubiu, como carotenoides e compostos fenólicos, podem estar relacionados com os efeitos protetores em certos tecidos e doses de maná-cubiu observados neste estudo. / Cubiuzeiro (Solanum sessiliflorum Dunal) is a native plant from Amazonian Forest, used in folk medicine to treat burns and to control cholesterol and blood glucose levels. Phytochemical analysis of the cubiuzeiro fruit, known as maná-cubiu, revealed that its composition exhibits carotenoids, phenolic compounds and vitamins. Due to the few studies that have assessed the biological activity and the presence of compounds with antioxidant properties in this fruit, the objectives of this study were to evaluate the effects of maná-cubiu pulp on genomic stability, oxidative stress parameters and expression of pro-inflammatory genes (iNos and COX-2) in Wistar rats and to determine the presence of chemical elements in the lyophilized pulp by ICP-MS. The animals received lyophilized maná-cubiu pulp (125, 250, 375 or 500 mg/kg b.w.) by gavage for 14 days. On the last day of treatment, saline or doxorubicin (DXR, 16 mg/kg b.w.), used as a genotoxic agent, were administered intraperitoneally, and after 24 hours the animals were euthanized. Peripheral blood and bone marrow were used in the micronucleus test. In the comet assay, liver, heart and peripheral blood cells were analyzed. Liver and heart tissues were used to analyze the thiobarbituric acid reactive substances and reduced glutathione (GSH) and to evaluate the mRNA expression of COX-2 and iNos genes. The results showed that maná-cubiu pulp was not mutagenic or cytotoxic in bone marrow and peripheral blood of the animals. At 250 and 375 mg/kg b.w. doses, the maná-cubiu pulp reduced the number of micronucleated cells induced by DXR in peripheral blood, while only the 375 mg/kg b.w. dose was antimutagenic in bone marrow cells. The maná-cubiu pulp was not genotoxic on liver, heart and peripheral blood cells, and the animals treated with maná-cubiu and DXR exhibited lower levels of DNA damage. At 250, 375 and 500 mg/kg b.w. doses, maná-cubiu pulp was able to reduce lipidic peroxidation induced by DXR on liver cells, however did not change the GSH levels on heart and liver cells. The data obtained by real time polymerase chain reaction (RT-qPCR) from COX-2 gene showed that maná-cubiu pulp did not alter the expression of this gene. Also, the maná-cubiu pulp presented trace elements as zinc, manganese, selenium, copper and chromium, but not in significant amounts. Bioactive compounds in the maná-cubiu pulp as carotenoids and phenolic compounds may be associated with the protective effect in certain tissues and doses of maná-cubiu shown in this study.

As microalgas são conhecidas pela sua elevada capacidade fotossintética e pela produção de compostos de alto valor agregado. Nutrientes essenciais como nitrogênio e carbono, a intensidade da luz e a temperatura são responsáveis por mudanças substanciais na produção de biomassa e compostos de interesse. Este trabalho teve como objetivo estudar os fatores como concentração de nitrogênio, variação da temperatura, regime de iluminação e regime de operação do fotobiorreator (batelada, batelada repetida e contínuo) que afetam a formação e a composição da biomassa (proteínas, lipídeos, carboidratos, ácidos graxos e carotenoides) da microalga Heterochlorella luteoviridis e desenvolver um sistema de cultivo para a utilização do CO2 formado durante a fermentação alcoólica na produção de vinho. Primeiramente foram avaliados os efeitos da temperatura (22 °C a 32 °C) e concentrações de nitrogênio (75 mg L-1 a 375 mg L-1 NaNO3) sobre a formação de biomassa H. luteoviridis e sua composição química. A concentração de nitrogênio e a temperatura influenciaram no teor de carboidratos, carotenoides e proteínas, contudo não afetaram o perfil qualitativo de carotenoides e ácidos graxos. A maior concentração de biomassa (3,35 g L-1) foi obtida com a maior concentração de nitrogênio testada. Mantendo-se a temperatura fixa (27 °C) realizaram-se cultivos com concentração de nitrogênio entre 300 mg L-1 e 750 mg L-1 NaNO3. A máxima produção de biomassa (5,26 g L-1) e carotenoides (2,06 mg g-1) foi obtida com concentração de nitrogênio de 650 mg L-1 NaNO3. As cinéticas de crescimento e consumo de nitrogênio em batelada foram ajustadas a modelos fenomenológicos. O modelo matemático proposto neste trabalho mostrou o melhor ajuste para biomassa (R2 = 0,994) e consumo de nitrogênio (R2 = 0,996). A partir deste modelo foram realizadas simulações de cultivo em modo de operação batelada repetida e contínuo com diferentes taxas de diluição e os cultivos com as maiores produtividades de biomassa preditas foram validados experimentalmente. As culturas em batelada repetida apresentaram produtividade de biomassa menor que a predita, enquanto que a contínua apresentou produtividade similar à predita pelo modelo (1,09 ± 0,01 g L-1 d-1). Os cultivos em batelada-repetida e contínuo apresentaram biomassa com maiores teores de proteínas, ácidos graxos poli-insaturados ômega 3 e carotenoides quando comparados à batelada. O cultivo contínuo foi repetido utilizando CO2 proveniente da fermentação alcoólica da produção de vinho como fonte de carbono, o qual apresentou comportamento similar ao cultivo com a CO2 comercial. Por fim, avaliou-se os efeitos da intensidade e dos comprimentos de onda da luz no crescimento e na composição da microalga H. luteoviridis. As culturas iluminadas por LED brancos com intensidade máxima de 1500 μmol m-2 s-1 apresentaram maiores produtividades de biomassa (0,29 g L-1 d-1). Comparando culturas iluminadas por LEDs vermelhos e/ou azuis, os primeiros estimularam o crescimento da biomassa enquanto que os últimos estimularam a biossíntese de carotenoides, lipídeos e proteínas. / Microalgae are known for their high photosynthetic activity and by the production of high-value products. Essential nutrients, like nitrogen and carbon, light intensity, and temperature are responsible for substantial changes in biomass and compounds production. This work aimed to study the parameters as concentration of nitrogen, temperature variation, lighting regime and operation regime of the photobioreactor (batch, repeated-batch and continuous) that affect biomass production and composition (proteins, lipids, carbohydrates, fatty acids and carotenoids) of the microalga Heterochlorella luteoviridis, and to develop an integrated culture system to use the CO2 from alcoholic wine fermentation to grow the microalga. Firstly, the effects of temperature (22 °C to 32 °C) and nitrogen concentration (75 mg L-1 to 375 mg L-1 NaNO3) were evaluated. Both parameters affected carbohydrates, carotenoids and protein contents in the biomass but did not affect the qualitative profile of carotenoids and fatty acids. The highest biomass concentration (3.35 g L-1) was achieved at the highest nitrogen concentration. New cultures were performed using nitrogen concentration between 300 mg L-1 and 750 mg L-1 NaNO3, and keeping temperature fixed at 27 °C. The maximal biomass and carotenoid production, 5.26 g L-1 and 2.06 mg g-1, were achieved using 650 mg L-1 NaNO3. The biomass growth and nitrogen consumption were adjusted by phenomenological models. The model proposed in this work showed the highest adjust for biomass (R² = 0.994) and nitrogen (R² = 9.996) data. This model was used to simulate repeated-batch and continuous cultures using several dilution rates. The cultures with the highest predicted biomass productivities were experimentally validated. The repeated-batch cultures showed lower biomass productivities than the predicted one, while the continuous culture showed biomass productivity similar to the one predicted by the model (1.09 ± 0.01 g L-1 d-1). The biomass resultant from these cultures had higher contents of proteins, omega-3 polyunsaturated fatty acids and carotenoids, compared to the biomass from batch cultures. The continuous culture was repeated using CO2 from wine fermentation as a carbon source. The results were similar to the ones using commercial CO2, showing the feasibility of the integrated process. Finally, the effects of light intensity and wavelength were evaluated on the growth and composition of H. luteoviridis biomass. Cultures illuminated with white LEDs at maximum intensity of 1500 μmol m-2 s-1 showed the higher biomass productivity, 0.29 g L-1 d-1. Comparing cultures illuminated with red and/or blue LEDs, the former stimulated biomass growth and the latter the carotenoid, lipids and protein biosynthesis.

O açaí (Euterpe oleracea) é um fruto proveniente do açaizeiro, uma palmeira nativa da Amazônia Brasileira, considerado uma “superfruta” devido ao seu alto valor nutricional, com destaque para as antocianinas, associadas a efeitos benéficos à saúde. Uma vez que genótipos de frutos desenvolvidos por programas de melhoramento têm sido avaliados a fim de identificar frutos com composição fitoquímica melhorada e potencial antioxidante, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito do melhoramento genético na composição química, perfil de compostos bioativos e atividade antioxidante de seis genótipos de açaí (E. oleracea). Análises de composição química, perfil de antocianinas e carotenoides e de atividade antioxidante em diversos sistemas in vitro (método ABTS, oxidação da glutationa, teste da desoxirribose e células SH-SY5Y) foram realizadas em 6 genótipos e 1 amostra comercial utilizada como padrão. Com relação a composição química, de maneira geral, os genótipos apresentaram elevados teores de lipídeos (36,30 – 47,44%), fibras totais (11,31 – 15,88%), proteínas (7,78-9,50%) e cinzas (3,49 – 4,44%). Adicionalmente, as antocianinas cianidina 3-glicosídeo (12-43%) e cianidina 3-rutinosídeo (57-88%) foram identificadas nos genótipos avaliados e o genótipo L22P13 apresentou um incremento de 85% no teor de antocianinas totais. Com relação ao perfil de carotenoides, luteína, zeaxantina, α-caroteno e β-caroteno foram os principais carotenoides identificados nos genótipos avaliados, sendo que os genótipos BRS-PAMISTA e L22P13 apresentaram os teores mais elevados de carotenoides totais (125,39μg/g e 118μg/g). Com relação a atividade antioxidante, todos os genótipos reduziram a geração do radical ABTS em maior ou menor grau, embora diferenças significativas entre os genótipos e a amostra comercial não tenham sido observadas (IC50 = 73,98 – 175,7 vs. 121,7 μg/g). Entretanto, houve associação moderada e inversa entre a geração do radical ABTS e níveis de antocianinas e carotenoides. Ausência de diferenças significativas entre os extratos hidroetanólicos dos genótipos e a amostra comercial também foi observada no ensaio da desoxirribose (IC50 = 361,5 – 497,7 vs. 520,1 μg/g). Em cultura de células SH-SY5Y, os extratos hidroetanólicos na concentração de 50 μg/mL apresentaram um efeito protetor contra as espécies reativas geradas pelo H2O2 (ensaio DCFH-DA) e esse resultado foi associado ao teor de antocianinas dos extratos. Os resultados apontam genótipos promissores, com elevados teores de antocianinas e carotenoides, com potencial atividade antioxidante in vitro e um possível efeito protetor de células frente as espécies reativas. / The açaí (Euterpe oleracea) is a fruit of the açaizeiro, a native palm of the Brazilian Amazon, considered a "superfruit" due to its high nutritional value, especially anthocyanins, associated with beneficial health effects. Since fruit genotypes developed by breeding programs have been evaluated to identify fruits with improved phytochemical composition and antioxidant potential, the aim of this study was to investigate the effect of genetic improvement in the chemical composition, bioactive compounds profile and antioxidant activity of six açaí (E. oleracea) genotypes. The analysis of chemical composition, anthocyanins and carotenoids profile and antioxidant activity in various in vitro systems (ABTS method, glutathione oxidation, deoxyribose test and SH-SY5Y cells) were performed in six genotypes of açaí and one commercial sample that was used as standard. Regarding the chemical composition, in general, the genotypes showed high levels of lipids (36.30 – 47.44%), total fiber (11.31 – 15.88%), protein (7.78-9.50%) and ashes (3.49 – 4.44%). In addition, the anthocyanins cyanidin 3-glucoside (12-43%) and cyanidin 3-rutinoside (57-88%) were identified in evaluated genotypes and L22P13 genotype showed an increase of 85% in total anthocyanin content. Regarding the carotenoid profile, lutein, zeaxanthin, α-carotene and β-carotene were the main carotenoid identified in genotypes, being that BRS-PAMISTA and L22P13 genotypes showed the highest levels of total carotenoids (125.39 μg/g and 118 μg/g). Regarding the antioxidant activity, all genotypes reduced ABTS radical generation in greater or lesser extension, although there were no significant differences between hydroethanolic extracts of different genotypes and the commercial sample (IC50 = 73.98 - 175.7 vs. 121.7 μg/g). However, an inverse and moderate association between radical ABTS generation and anthocyanins and carotenoids content was observed. Absence of significant differences between hydroethanolic extracts of evaluated genotypes and the commercial sample was observed also in the deoxyribose assay (IC50 = 361.5 to 497.7 vs. 520.1 μg/g). In culture of SH-SY5Y cells, hydroethanolic extracts at concentration of 50 μg/mL had a protective effect against the reactive species generated by H2O2 (DCFH-DA assay) and this result was associated with the anthocyanins content of the extracts. The results showed promising genotypes with high levels of anthocyanins and carotenoids with antioxidant potential in vitro and a possible protective effect of cells against reactive species.

A cor dos alimentos é um dos principais fatores que influenciam na preferência dos consumidores. Os corantes naturais além da coloração podem oferecer benefícios à saúde humana. A norbixina é um carotenoide que pode ser produzido a partir da saponificação de bixina presente nas sementes de urucum. Tal composto apresenta propriedades funcionais que estão relacionadas a promoção de uma vida saudável, pois atua como protetor celular, é comumente usado como corante natural em produtos processados, entretanto, sua estrutura química torna-o susceptível à degradação por fatores ambientais como oxigênio, luz e alta temperatura. A microencapsulação é uma alternativa para melhorar a estabilidade e solubilidade deste carotenoide. Neste trabalho foram encapsulados cristais de norbixina com 100% de pureza (comprimento de onda de 453 nm) usando a técnica de secagem por atomização (spray drying). Foram utilizados goma arábica (GA) e maltodextrina (MD) em diferentes proporções como materiais de parede. As diferentes formulações (MD:GA 100:0; 85:15; 65:35; 50:50; 35:65; 15:85; 0:100) foram preparadas com a mesma quantidade de núcleo (norbixina) e percentual de sólidos solúveis totais. A formulação com 100% GA mostrou a maior eficiência de microencapsulamento (74,91% - 226,40 μg/g) e foi avaliada a sua atividade antioxidante da pelo método ABTS (77,77 ± 0,59 μmol TE/g microcápsula), verificou-se que a norbixina mantem a sua atividade antioxidante depois do processo de microencapsulamento O estudo de estabilidade das microcápsulas de norbixina (MCN) foi conduzido em sistema modelo aquoso a temperaturas de 60, 90 e 98°C por 300 min. A cinética de degradação seguiu uma reação de primeira-ordem. A energia de ativação (Ea) requerida para degradação foi de 15,08 kcal/mol, o dobro da Ea requerida para a norbixina livre. As MCN mostraram uma alta estabilidade térmica. Finalmente, as MCN foram aplicadas em bebidas isotônicas sabor tangerina. Utilizando os parâmetros de cor do sistema CIELab foi possível obter a coloração laranja com uma baixa concentração de norbixina (2,86 ± 0,02 μg norbixina/mL). A bebida isotônica (BIT) adicionada de MCN mostrou estabilidade sob condições aceleradas de armazenamento (luz e aquecimento), pois os resultados indicaram um maior tempo de vida média (29,71 dias) em comparação com a BIT adicionada de norbixina não encapsulada (6,56 horas). De acordo com essa pesquisa, os dados obtidos indicaram a potencialidade da utilização da microencapsulação para aumentar a estabilidade da norbixina e assim obter um corante natural com efetiva aplicação em matrizes modelo aquoso (bebidas). / Color is one of the main attributes in processed food that influences their preference and acceptance directly from consumers. Besides, of their ability of coloration, the natural dyes can offer benefits in human health. The norbixin is a carotenoid that can be produced from saponification of bixin present in annatto seeds. This compound shows functional properties that are related to the promotion of a healthy life, since it acts as cellular protectors, and is commonly used as a natural dye in processed food, however, its chemical structure makes it susceptible to degradation by environmental factors such as light, oxygen, and high temperature. Microencapsulation is used to improve the stability and solubility of the carotenoid. In this study, were encapsulated crystals of norbixin with 100% of purity (wavelength of 453 nm) by spray drying. Gum arabic and maltodextrin were used in different proportions as wall materials. The different formulations (MD:GA 100:0; 85:15; 65:35; 50:50; 35:65; 15:85; 0:100) were prepared with the same quantity of core (norbixin) and total solids soluble percentage. The formulation with 100% of arabic gum shows a high microencapsulation efficiency (74.91% - 226.40 μg/g of microcapsules) and was evaluated it antioxidant activity with ABTS assay (77.77 ± 0.59 μmol TE/g microcapsules), was verified that norbixin keep its antioxidant activity after microencapsulation process The stability study of norbixin microcapsules (MCN) was carried out in aqueous model system at temperatures of 60, 90 and 98°C for 300 min. Thermal degradation kinetics in aqueous model systems followed a first order kinetic reaction. The activation energy (Ea) required for degradation was Ea = 15.08 kcal/mol, double than required for free norbixin. MCN showed a high thermal stability with longer shelf life. Finally, the MCN were applied in isotonic tangerine soft drinks without exceeding the use of food additives regulations. Based on the parameter of CIELab system was possible to get an orange tonality by using a lower concentration of norbixin (2.86 ± 0.02 μg norbixin/mL). The isotonic beverage (BIT) added of MCN shows a stability during storage on accelerated conditions (heat and light) since the results indicated a high half-life time (29.71 days) when was compared with an BIT added of norbixin non-encapsulated (6.56 hours). According to this research, the results obtained showed the potential of the use of microencapsulation to increase the stability of norbixin, thus obtaining a natural dye with an effective application in aqueous matrix, mainly in beverages.

Filmes biodegradáveis são uma alternativa ao uso de embalagens não biodegradáveis, relacionado ao aumento do uso deste material, impacto e descarte inadequado. Para produção de filmes diversos polímeros podem ser utilizados, em que o amido apresenta boas características e propriedades para obtenção. A adição de antioxidantes naturais nanoencapsulados, como carotenoides, pode auxiliar no desenvolvimento de filmes biodegradáveis com atividade antioxidante, com maior estabilidade e solubilidade destes compostos. Assim, filmes biodegradáveis ativos foram obtidos a partir do amido de mandioca com adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados. Diferentes formulações foram desenvolvidas, nos quais os antioxidantes naturais livres ou nanoencapsulados foram adicionados a mesma concentração. Os filmes com adição dos pigmentos nanoencapsulados apresentaram características diferentes da adição dos pigmentos livres, com maior espessura, permeabilidade ao vapor de água, opacidade, propriedades mecânicas, menor transmissão de luz UV/Vis e maior interação do aditivo com a matriz. Os filmes com nanocápsulas também apresentaram maior efeito protetor sobre a estabilidade do óleo de girassol armazenado sob condição acelerada de oxidação, com menor formação de produtos de oxidação e potencial aplicação como embalagem de alimentos. Os filmes foram utilizados para avaliar a estabilidade oxidativa de manteiga, que apresentou maior estabilidade e manutenção da qualidade durante o armazenamento sob incidência de luz quando armazenada nos filmes com adição de nanocápsulas. Além disso, independente da adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados, todos os filmes apresentaram estabilidade térmica e rápida biodegradabilidade após 15 dias. Filmes biodegradáveis com adição de carotenoides, licopeno e β-caroteno, apresentaram resultados promissores para o desenvolvimento de embalagens com antioxidantes naturais e manutenção da estabilidade de alimentos com alto teor de gordura durante o armazenamento. / Biodegradable films are an alternative to use of non-biodegradable packaging, related to increased use of this material, impact and inappropriate disposal. For film production, various polymers may be used, wherein the starch has good characteristics and properties for obtaining. The addition of natural nanoencapsulated antioxidants, such as carotenoids, may aid the development of biodegradable films with antioxidant activity, with greater stability and solubility of these compounds. Thus, active biodegradable films were obtained from cassava starch with the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene. Different formulations were developed, where free or nanoencapsulated natural antioxidants were added at the same concentration. The films with the addition of nanoencapsulated pigments presented different characteristics of free pigment addition, with greater thickness, permeability to water vapor, opacity, mechanical properties, lower transmission of UV/Vis light and greater interaction of the additive with the matrix. The films with nanocapsules also had a greater protective effect on the stability of the sunflower oil stored under accelerated oxidation conditions, with less formation of oxidation products and potential application as food packaging. The films were used to evaluate the oxidative stability of butter, which presented higher stability and maintenance of the quality during storage under light incidence when stored in the films with the addition of nanocapsules. In addition, independent of the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene, all films showed thermal stability and rapid biodegradability after 15 days. Biodegradable films with the addition of carotenoids, lycopene and β-carotene, presented promising results for the development of packages with natural antioxidants and maintenance of the stability of foods with high-fat content during storage.

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-09-27T18:00:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ubeda_BeatrizTorsani_D.pdf: 5019959 bytes, checksum: f5deef17396124c47147071bc7e0566f (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Algumas espécies microbianas já foram identificadas como importantes fontes de diversos tipos de carotenóides. Estes compostos, que podem ser obtidos de forma natural por processos fermentativos, são amplamente utilizados como corantes e desempenham importantes funções biológicas em seres humanos devido a sua capacidade de aumentar o sistema imunológico e, com isso, diminuir o risco de doenças degenerativas. Neste trabalho, estudou-se a capacidade da bactéria Kocuria rhizophila de sintetizar carotenóides quando submetida ao crescimento em meio de cultivo contendo fonte de carbono solúvel (sacarose) ou insolúvel (óleo de soja). Para cada fonte de carbono foram elaborados delineamentos experimentais com o objetivo de observar a influência de seis variáveis (concentração da fonte de carbono, concentração da fonte de nitrogênio orgânico, concentração da fonte de nitrogênio inorgânico, pH inicial da fermentação, temperatura de incubação e agitação) na produção de carotenóides totais e no crescimento celular e, posterior seleção daquelas que maximizaram o rendimento do processo. Os ensaios foram conduzidos em agitador rotativo (frasco Erlenmeyer de 250 mL) e as amostras foram coletadas a cada 24 horas. A extração dos pigmentos da massa celular foi feita com metanol à temperatura controlada. A concentração de carotenóides totais foi obtida pela leitura da absorbância do extrato metanólico no comprimento de onda de máxima absorção e o crescimento bacteriano foi determinado pela quantificação da massa celular seca. Após a análise dos resultados foi possível observar que as condições de cultivo necessárias para a obtenção da máxima produção de carotenóides totais e do maior crescimento celular diferiram de acordo com a fonte de carbono utilizada. Em meio de cultivo contendo sacarose a máxima concentração de carotenóides totais (2024,40 µg/L) foi obtida no ensaio conduzido até 48 horas de fermentação nas seguintes condições: 75 g/L de sacarose, 0,5 g/L de NH4Cl, 4,5 g/L de extrato de levedura, pH inicial da fermentação 9,0, incubado a temperatura de 24 °C sob agitação de 100 rpm. Porém, a maior concentração de massa celular seca (5,25 g/L) ocorreu nas condições de 50 g/L de sacarose, 2,5 g/L de NH4Cl, 2,5 g/L de extrato de levedura, pH 7,0, temperatura de 30 °C e agitação de 200 rpm após 48 horas. Para a fonte de carbono óleo de soja, a maior concentração de carotenóides totais (1687,2 µg/L) foi obtida em 48 horas de fermentação no ensaio preparado com meio de cultivo contendo 60 g/L de óleo de soja, 1,0 g/L de NH4Cl, 2,0 g/L de extrato de levedura, pH inicial da fermentação 9,0 incubado a 26 °C sob agitação de 150 rpm. Enquanto que o maior crescimento celular (6,04 g/L), foi alcançado no ensaio contendo 60 g/L de óleo de soja, 0,7 g/L de NH4Cl, 6,2 g/L de extrato de levedura, pH 6,8, incubado a temperatura de 30 °C sob agitação de 150 rpm após 48 horas de fermentação. A aplicação do campo magnético e a incidência de luz durante o cultivo bacteriano não exerceram efeito positivo na produção volumétrica de carotenóides totais, mas a aeração mostrou-se essencial para o crescimento da bactéria. A síntese dos pigmentos foi associada à fase exponencial do crescimento nas condições estudadas e a sarcinaxantina (C50H72O2) foi o único carotenóide completamente identificado dentre todos os sintetizados pela bactéria Kocuria rhizophila / Abstract: Some microbial species have been already identified as major sources of various types of carotenoids. These compounds, which can be obtained in a natural way by fermentative processes, are widely used as corants and have important biological functions in humans because of its ability to increase the immune system and thereby reduce the risk of degenerative diseases. In this work, the ability of the bacteria Kocuria rhizophila to synthesize carotenoids was studied. The experiments were performed in culture medium containing soluble carbon source (sucrose) or insoluble (soybean oil). For each carbon source, it was developed experimental design in order to observe the influence of six variables (carbon source concentration, organic and inorganic nitrogen sources concentrations, initial fermentation pH, agitation rate and temperature) on the cellular growth and total carotenoids production. Subsequently, the variables that could contribute to the optimization of the process were selected. The experiments were carried out in rotary shaker (Erlenmeyers of 250 mL) and the samples were collected each 24 hours. The methanol was used to extract the pigments from cellular mass. The total carotenoids content was determined espectrophometrically and the bacterial growth was determined by the dry cellular mass. The results showed that the necessary conditions for maximum total carotenoids production and maximum cellular growth were differed according to the carbon source used. The maximum total carotenoids concentration (2024.40 µg/L) was obtained after 48 hours of fermentation in the medium containing 75 g/L of sucrose, 0.5 g/L of NH4Cl, 4.5 g/L of yeast extract, pH 9.0, temperature of 24 °C and agitation of 100 rpm. The other hand, the highest dry cellular mass concentration (5.25 g/L) occurred in the conditions of 50 g/L of sucrose, 2.5 g/L of NH4Cl, 2.5 g/L of yeast extract, pH 7.0, temperature of 30 °C and agitation of 200 rpm, also in 48 hours. In the fermentation with soybean oil, the highest total carotenoids concentration (1687,2 µg/L) was obtained in the culture medium containing 60 g/L of soybean oil, 1.0 g/L of NH4Cl, 2.0 g/L of yeast extract, pH 9.0, temperature of 26 °C and agitation of 150 rpm. The dry mass was higher (6,04 g/L) when the following levels were employed: 60 g/L of soybean oil, 0.7 g/L NH4Cl, 6.2 g/L of yeast extract, pH 6.8, temperature of 30 °C and agitation of 150 rpm. The application of the magnetic field and the incidence of light during the fermentation do not exercised positive effect on total carotenoids production, but the aeration showed to be essential for the bacterial growth. The synthesis of the pigment was associated with the exponential growth phase under the conditions studied and sarcinaxanthin (C50H72O2) was the only carotenoid completely identified among all synthesized by the bacteria Kocuria rhizophila / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-17Bitstream added on 2014-06-13T18:41:32Z : No. of bitstreams: 1 moura_lm_dr_arafcf.pdf: 518537 bytes, checksum: 9cc3dbf80249e562d69ea91c87e25384 (MD5) / As frutas cítricas são muito consumidas e apreciadas, não só devido ao seu paladar agradável como também ao valor nutricional que possuem. O Brasil é o maior produtor e exportador mundial de laranjas, suco de laranja concentrado congelado e de suco de laranja pasteurizado (NFC - Not From Concentrated), sendo o estado de São Paulo o maior produtor. Já outras frutas cítricas como limão Siciliano, Grapefruit e Lima da Pérsia possuem uma produção nacional ainda pequena e parte do consumo interno é importada. Outro grupo de laranjas ainda pouco estudado é o das laranjas de polpa vermelha que apresentam o carotenóide licopeno na sua composição. Os compostos antioxidantes (carotenóides, compostos fenólicos, flavonóides) apresentam atividade anti-radical livre e alguns deles também são responsáveis pela cor das frutas. Considerando a importância das frutas cítricas com relação aos seus benefícios para a saúde, os objetivos deste trabalho foram avaliar a atividade anti-radical livre (DPPH• e ABTS•), compostos bioativos (carotenóides, flavanonas e ácido ascórbico) e parâmetros de cor de quatro variedades de frutas cítricas de polpa clara (Lima da Pérsia, Grapefruit, Limão Siciliano e Hamlin); comparar estes mesmos parâmetros entre duas variedades de polpa vermelha (Sanguíneas de Mombuca e baía Cara Cara) e uma de polpa clara (Pera Rio), colhidas no início, meio e fim de safra; e verificar o efeito da pasteurização nos compostos bioativos presentes no suco de laranja de polpa vermelha e de clara. As variedades Baía Cara Cara (CN486) e Pera Rio foram cultivadas na cidade Cordeirópolis/SP e a Sanguínea de Mombuca (CV 93) em três diferentes cidades do Estado de São Paulo, São Bento do Sapucaí, Cordeirópolis e Mogi Mirim. A variedade limão Siciliano apresentou o maior teor de ácido ascórbico (78,86mg), Grapefruit e Hamlin apresentaram o maior conteúdo... / Citrus fruits are widely consumed and enjoyed, not only because of its pleasant taste but also the nutritional value they have. Brazil is the largest producer and exporter of oranges, frozen concentrated orange juice (FCOJ) and orange juice NFC (Not from Concentrated), and the state of Sao Paulo largest producer. Yet other citrus fruits like lemon, grapefruit and Sweet Lime still have a small domestic production and share of domestic consumption is imported. Another group of oranges still less studied are the red pulp of oranges that have the carotenoid lycopene in its composition. The antioxidants (carotenoids, phenolic compounds, flavonoids) have anti-free radical activity and some of them are also responsible for the color of the fruit. Considering the importance of citrus fruits in relation to their health benefits, the objectives were to evaluate the anti-free radical (DPPH • and ABTS •), bioactive compounds (carotenoids, ascorbic acid, and flavanones) and parameters of color four varieties of citrus pulp clear (Sweet Lime, Grapefruit, Lemon and Hamlin), to compare these same parameters between two varieties of red pulp (of Blood and Mombuca Baía Cara Cara) and a clear pulp (Pera Rio) taken at the beginning, middle and end of harvest, and check the effect of pasteurization on bioactive compounds in orange juice pulp and red light. Varieties Baía Cara Cara (CN486) and Pear River were grown in the city Cordeirópolis / SP and Blood of Mombuca (CV 93) in three different cities of São Paulo, São Bento do Sapucaí, Cordeirópolis and Mogi Mirim. The Sicilian lemon variety had the highest content of ascorbic acid (78.86 mg), Grapefruit and Hamlin had the highest content of total carotenoids of the four fruits (13.58 and 11.32 mg / mL) and the antioxidant capacity was higher in fruit that had best levels of carotenoids and phenolic compounds. The hesperidin was present in three... (Complete abstract click electronic access below)