Untargeted metabolomics for the characterization of wheat, rice and some of their coproducts applying conventional, deep eutectic solvents and in situ biotransformation

Santos, Millena Cristina Barros

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dc.contributor.advisor	Ferreira, Mariana Simões Larraz
dc.contributor.author	Santos, Millena Cristina Barros
dc.date.accessioned	2022-01-24T16:39:12Z
dc.date.available	2022-01-24T16:39:12Z
dc.date.issued	2021-12-17
dc.identifier.citation	SANTOS, Millena Cristina Barros. Untargeted metabolomics for the characterization of wheat, rice and some of their coproducts applying conventional, deep eutectic solvents and in situ biotransformation. 2020. 275 f. Tese (Doutorado em Alimentos e Nutrição) - Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021	pt_BR
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/unirio/13329
dc.description.sponsorship	CAPES FAPERJ	pt_BR
dc.language.iso	English	pt_BR
dc.rights	openAccess	pt_BR
dc.title	Untargeted metabolomics for the characterization of wheat, rice and some of their coproducts applying conventional, deep eutectic solvents and in situ biotransformation	pt_BR
dc.type	doctoralThesis	pt_BR
dc.contributor.advisor-co	Bourlieu-Lacanal, Claire
dc.contributor.referee	Ferreira, Mariana Simões Larraz
dc.contributor.referee	Ryan, Elizabeth
dc.contributor.referee	Villeneuve, Pierre
dc.contributor.referee	Lozano-Sánchez, Jésus
dc.contributor.referee	Perrone, Daniel
dc.degree.department	CCBS	pt_BR
dc.degree.grantor	Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro - UNIRIO	pt_BR
dc.degree.local	Rio de Janeiro, RJ	pt_BR
dc.degree.program	Programa de Pós-Graduação em Alimentos e Nutrição	pt_BR
dc.subject.cnpq	NUTRIÇÃO	pt_BR
dc.subject.cnpq	Ciência de Alimentos	pt_BR
dc.subject.en	Aleurone	pt_BR
dc.subject.en	Bran	pt_BR
dc.subject.en	Phenolic compounds	pt_BR
dc.subject.en	Lipids	pt_BR
dc.description.abstracten	Wheat (T. aestivum) and rice (O. sativa L.) are the most important cereals in the world, being among the top three crops. The nutritional benefits of cereals are notably related not only to their dietary fibers but also to their phytochemicals. Cereal grains and their coproducts are rich in secondary metabolites showing a wide spectrum of bioactivities. The class of major interest is the phenolic compounds (PC) due for instance to their protective effect against the development of chronic diseases and great antioxidant capacity. PC composition is strongly affected by genetic and external factors throughout the grain growth until grain processing. PC can be found in soluble, soluble-conjugated or insoluble forms linked to cell wall components and are concentrated in the grain outer layers. These outer layers also enclosed important amount of bioactive polar lipids (PL) such as phospholipids that are the backbone of cell membranes. PC extraction should be considered as a pre-treatment allowing the development of dietary or pharmaceutical formulations. PC have a moderate to low solubility in apolar media that restricts their application in oil-based products. Improving their amphiphilic character by biotransformation (e.g., esterification with acyl chain) can be a strategy to preserve their functions and enhance their release. The choice of the solvent to extract PC is crucial to maximize yield, recovery, and subsequent application. Natural deep eutectic solvents (NaDES) appear as green alternative to conventional organic solvents due to their capacity to improve the solubility, stability of some amphiphilic bioactive compounds and to their good enzymatic compatibility. The chemical complexity of these extracts can be resolved by metabolomics techniques that allow a broad and reliable identification of compounds with different physicochemical properties. In this study, the comprehensive characterization of bioactive components, such as PC but also some lipids (including PL), extracted based on different strategies from several genotypes of wheat, rice and their coproducts, were performed by ultraperformance liquid chromatography coupled to mass spectrometry en tandem (UPLC-MS-MS). Wheat metabolomic analysis revealed different profiles of PC, with 237 PC identified during grain maturation and the highest diversity and abundance in immature grains. Despite of the milling process, refined wheat flours presented an interesting phenolic profile with 43 PC identified. Undoubtedly, extracts from aleurone and wheat bran enclose a distinct set of PC (globally 44 PC). Stabilized rice brans (RB) showed high PC contents, especially for pigmented rice (89 PC in red and black RB), together with an interesting amount of unsaturated fatty acid. Lipidomics revealed the presence of bioactive lipids, 163 lipids in RB (e.g., PL and oxylipins) in a large collection of RB and highlighted putative modulations in the lipid profile in human plasma (e.g., endocannabinoids) associated with RB consumption. Due to this interesting chemical profile, RB was selected for the one-pot enzymatic biotransformation, combining PC and lipids to obtain enriched potentially esterified or transesterified extracts with enhanced protection against lipid oxidation. We could evidence that NaDES can be used as reaction medium and remain in the formulation, unlike conventional solvents. Chromatographic changes after biotransformation suggests a structural rearrangement between PC and lipids and a pro prooxidant effect of the NaDES tested was evidenced. NaDES showed a specificity to extract some PC and proved to be a sustainable media for in situ biotransformation of the PC using a lipase	pt_BR
dc.degree.country	Brasil	pt_BR
dc.description.sponsordocumentnumber	n/a	pt_BR
dc.description.abstractpt	O trigo (T. aestivum) e o arroz (O. sativa L.) são os cereais mais importantes do mundo, estando entre os três principais cultivos. Os benefícios nutricionais dos cereais estão relacionados não apenas com suas fibras alimentares, mas também com seus fitoquímicos. Os cereais e seus coprodutos são ricos em metabólitos secundários, que apresentam um amplo espectro de bioatividades. A classe de maior interesse são os compostos fenólicos (CF), devido, por exemplo, a seu efeito protetor quanto ao risco do desenvolvimento de doenças crônicas e excelente capacidade antioxidante. A composição dos CF é fortemente afetada por fatores genéticos e externos desde a maturação até o processamento dos grãos. Os CF podem ser encontrados nas formas solúveis, conjugadas ou insolúveis ligadas a componentes da parede celular e concentram-se nas camadas externas do grão. Estas camadas também apresentam importantes quantidades de lipídios polares (LP) bioativos, como os fosfolipídios presentes das membranas celulares. A extração de CF deve ser considerada como um prétratamento que permite o desenvolvimento de formulações alimentícias ou farmacêuticas. Os CF apresentam solubilidade moderada a baixa em meios apolares, o que restringe sua aplicação em produtos à base de óleo. Melhorar o caráter anfifílico dos CF por biotransformação (ex., esterificação com grupo acila) pode ser uma estratégia para preservar suas funções e melhorar sua liberação. A escolha do solvente é crucial para maximizar o rendimento, a recuperação e a subsequente aplicação dos CF. Os solventes eutéticos profundos naturais (do inglês, NaDES) aparecem como uma alternativa sustentável aos solventes orgânicos convencionais devido à sua capacidade de melhorar a solubilidade, estabilidade de alguns compostos bioativos anfifílicos e à sua boa compatibilidade enzimática. A complexidade química desses extratos pode ser resolvida por técnicas metabolômicas que permitem identificação ampla e confiável de compostos com diferentes propriedades físicoquímicas. Neste estudo, a caracterização abrangente de componentes bioativos, como os CF, mas também lipídios (incluindo LP), extraídos com base em diferentes estratégias a partir de diversos genótipos de trigo, arroz e seus coprodutos, foi realizada por cromatografia líquida de ultra-performance acoplada à espectrometria de massa em tandem (UPLC-MS-MS). A metabolômica do trigo revelou diferentes perfis de CF, com 237 CF identificados ao longo da maturação do grão e com maior diversidade e abundância em grãos imaturos. Apesar do processo de moagem, as farinhas de trigo refinadas apresentaram um perfil fenólico interessante com 43 CF. Extratos obtidos da camada aleurona e de farelo de trigo representam uma fonte distinta de CF (44 CF). Os farelos de arroz (FA) estabilizados apresentaram alto conteúdo de CF, especialmente em arroz pigmentado (89 CF em arroz vermelho e negro), juntamente com um interessante perfil de ácidos graxos insaturados. A lipidômica do FA revelou a presença de lipídios bioativos, 163 lipídios (ex., LP e oxilipinas) e destacou modulações putativas no perfil lipídico no plasma humano (ex., endocanabinoides) associados ao consumo de FA. Devido ao interessante perfil químico do FA, ele foi selecionado para a biotransformação enzimática de um ponto combinando CF e lipídios (esterificados ou transesterificados) para obter extratos de FA potencialmente enriquecidos com maior proteção contra a oxidação lipídica. Foi possível provar que o NaDES pode ser usado como meio reacional e permanecer na formulação, ao contrário dos solventes convencionais. As mudanças cromatográficas após a biotransformação sugerem um rearranjo estrutural entre CF e lipídios, e um efeito pró-oxidante dos NaDES testados foi evidenciado. Os NaDES mostraram uma especificidade para extrair certos CF e provaram ser um meio sustentável para a biotransformação in situ de CF usando uma lipase	pt_BR
dc.subject.pt	Aleurona	pt_BR
dc.subject.pt	Farelo	pt_BR
dc.subject.pt	HPLC	pt_BR
dc.subject.pt	LC-MS	pt_BR
dc.subject.pt	NaDES	pt_BR
dc.subject.pt	Compostos fenólicos	pt_BR
dc.subject.pt	Lipídios	pt_BR