Exploring cereal matrices through untargeted metabolomics: metabolite characterization and gastrointestinal transformations

Lima, Luciana Ribeiro da Silva

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dc.contributor.advisor	Ferreira, Mariana Simões Larraz
dc.contributor.author	Lima, Luciana Ribeiro da Silva
dc.date.accessioned	2026-08-07T12:45:03Z
dc.date.available	2026-08-07T12:45:03Z
dc.date.issued	2026-07-10
dc.identifier.citation	LIMA, Luciana Ribeiro da Silva. Exploring cereal matrices through untargeted metabolomics: metabolite characterization and gastrointestinal transformations. 2026. 155 f. Tese (Doutorado em Alimentos e Nutrição) - Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2026.	pt_BR
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/unirio/15332
dc.description.sponsorship	Capes, Finep, Faperj, CNPq	pt_BR
dc.language.iso	English	pt_BR
dc.rights	restrictedAccess	pt_BR
dc.title	Exploring cereal matrices through untargeted metabolomics: metabolite characterization and gastrointestinal transformations	pt_BR
dc.type	doctoralThesis	pt_BR
dc.contributor.advisor-co	Fernández Ochoa, Álvaro
dc.contributor.advisor-co	Santos, Millena C. Barros
dc.contributor.referee	Ferreira, Mariana Simões Larraz
dc.contributor.referee	Fernández Ochoa, Álvaro
dc.contributor.referee	Santos, Millena C. Barros
dc.contributor.referee	Mercali, Giovana Domeneghini
dc.contributor.referee	Gomes, Paulo Wender Portal
dc.contributor.referee	Comunian, Talita Aline
dc.contributor.referee	Purgatto, Eduardo
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	CIÊNCIAS DA SAÚDE	pt_BR
dc.description.abstracten	Cereal grains are staple foods and important dietary sources of nutrients and phytochemicals, particularly phenolic compounds, which have been associated with several biological activities. However, the composition, distribution, bioaccessibility, and metabolic fate of these compounds are strongly influenced by genotype, milling, food matrix interactions, and processing conditions. In this context, this thesis explored different cereal matrices using untargeted metabolomics, focusing on metabolite characterization, the transformation of the metabolic profile under simulated digestion, and computational approaches applied to food digestion studies. Firstly, a comprehensive metabolomic analysis was performed on seven cereal species (oats, barley, rye, triticale, wheat, pearl millet, and sorghum), comprising 23 Brazilian genotypes and four milling fractions (husk, bran, flour, and wholemeal), totaling 69 samples. The analysis was carried out using an LC-MS/MS system combined with feature-based molecular networking (FBMN) and multivariate statistical analysis. In vitro spectrophotometric assays were also performed to determine total reducing capacity and antioxidant activity. In addition, the bioaccessibility of cereal phytochemicals was investigated by combining a static in vitro gastrointestinal digestion model with untargeted metabolomics and FBMN. The FBMN revealed clusters exclusive to each digestion phase. Phenolic compounds (chlorogenic acids, flavonoid aglycones), saccharides (e.g., maltotriose, sucrose), and lipids (e.g., glycerophospholipids) were predominantly detected in the cooked undigested and gastric-phase samples, while amino acids and phenolic acids, especially ferulic acid and its derivatives, were mainly released in the intestinal phase. Glycoside compounds, especially flavonoids, showed higher stability under simulated digestive conditions than aglycones, being observed at the end of digestion (intestinal phase). Cereal-specific shifts were also observed, with unique compounds detected in rye, oat, sorghum, and millets, highlighting the influence of grain-specific composition. Metabolic changes were also driven by enzymatic activity and pH effects during digestion. Sorghum tannin-rich genotypes showed the lowest bioaccessibility, whereas wheat and rye exhibited the greatest transformations. This thesis demonstrates the strong potential of untargeted metabolomics and computational approaches for advancing the understanding of cereal composition, phytochemical diversity, and gastrointestinal transformations.	pt_BR
dc.degree.country	Brasil	pt_BR
dc.description.sponsordocumentnumber	n/a	pt_BR
dc.description.abstractpt	Os grãos de cereais são alimentos básicos e importantes fontes dietéticas de nutrientes e fitoquímicos, particularmente compostos fenólicos, que têm sido associados a diversas atividades biológicas. No entanto, a composição, a distribuição, a bioacessibilidade e o destino metabólico desses compostos são fortemente influenciados pelo genótipo, pela moagem, pelas interações com a matriz alimentar e pelas condições de processamento. Neste contexto, esta tese explorou diferentes matrizes de cereais utilizando metabolômica não não-direcionada (untargeted), com foco na caracterização de metabólitos, na transformação do perfil metabólico sob digestão simulada e em abordagens computacionais aplicadas a estudos de digestão de alimentos. Primeiramente, realizou-se uma análise metabolômica abrangente de sete espécies de cereais (aveia, cevada, centeio, triticale, trigo, milheto e sorgo), englobando 23 genótipos brasileiros e quatro frações de moagem (casca, farelo, farinha e grão integral), totalizando 69 amostras. A análise foi conduzida utilizando um sistema LC-MS/MS combinado com rede molecular baseada em recursos (feature-based molecular networking - FBMN) e análise estatística multivariada. Ensaios espectrofotométricos in vitro também foram realizados para determinar a capacidade redutora total e a atividade antioxidante. Além disso, a bioacessibilidade de fitoquímicos de cereais foi investigada combinando um modelo estático de digestão gastrointestinal in vitro com metabolômica não-direcionada e FBMN. A FBMN revelou agrupamentos (clusters) exclusivos para cada fase da digestão. Compostos fenólicos (ácidos clorogênicos, agliconas de flavonoides), sacarídeos (ex.: maltotriose, sacarose) e lipídios (ex.: glicerofosfolipídios) foram predominantemente detectados nas amostras cozidas não digeridas e na fase gástrica, enquanto aminoácidos e ácidos fenólicos, especialmente o ácido ferúlico e seus derivados, foram liberados principalmente na fase intestinal. Compostos glicosilados, especialmente flavonoides, apresentaram maior estabilidade sob condições digestivas simuladas do que as agliconas, sendo observados ao final da digestão (fase intestinal). Mudanças específicas de cada cereal também foram observadas, com compostos únicos detectados em centeio, aveia, sorgo e milhetos, destacando a influência da composição específica do grão. As alterações metabólicas também foram impulsionadas pela atividade enzimática e pelos efeitos do pH durante a digestão. Os genótipos de sorgo ricos em taninos apresentaram a menor bioacessibilidade, enquanto o trigo e o centeio exibiram as maiores transformações. Esta tese demonstra o grande potencial da metabolômica não-direcionada e das abordagens computacionais para avançar no entendimento da composição de cereais, da diversidade fitoquímica e das transformações gastrointestinais.	pt_BR
dc.subject.pt	Culturas de cereais	pt_BR
dc.subject.pt	Compostos bioativos	pt_BR
dc.subject.pt	LC-MS	pt_BR
dc.subject.pt	Foodômica	pt_BR
dc.subject.pt	Digestão de alimentos	pt_BR