Isoflavone and oxidative stability of soybean grains lacking lipoxygenases and with low linolenic acid content during storage

Para avaliar a estabilidade oxidativa e de isoflavonas de grãos de soja com ausência das isoenzimas lipoxigenases (LOX) e com reduzido teor de ácido linolênico, os grãos foram armazenados a 25 e 35 °C, por oito meses. Os efeitos das LOX e do teor de ácido linolênico na estabilidade oxidativa de grãos foram avaliados utilizando-se quatro genótipos de soja contrastantes quanto à presença ou ausência de LOX (LOX + ou LOX - ) e quanto ao teor de ácido linolênico normal (LNN N ) ou reduzido (LNN R ). Devido à alta porcentagem de grãos quebrados, normalmente utilizados para fins industriais, a soja foi armazenada nas formas de grãos inteiros e quebrados. Como as LOX atuam tanto sobre o ácido linoléico quanto sobre o linolênico, as determinações do teor de hexanal e do índice do ácido 2-tiobarbitúrico (TBA) foram utilizadas como índices de oxidação, por quantificarem produtos obtidos por rotas metabólicas distintas. As avaliações foram realizadas no início do armazenamento e após dois, quatro, seis e oito meses. O período de armazenamento considerado não foi suficiente para que as alterações nos teores de ácidos graxos apresentassem tendência definida. Os grãos dos genótipos LOX - , inteiros e quebrados, independentemente dos diferentes teores de ácido linolênico e da temperatura a que foram submetidos, apresentaram praticamente os mesmos teores médios de hexanal produzido, ao longo do período de armazenamento. Entretanto, os grãos dos genótipos LOX + , inteiros e quebrados, já mostravam, no início do armazenamento, produção de hexanal no mínimo duas vezes maior que a dos genótipos LOX - , havendo, no decorrer do tempo, aumento significativo desses teores. As maiores quantidades de hexanal produzido durante o armazenamento foram observadas para o genótipo LOX + LNN R , nas formas de grãos inteiros e quebrados, ocorrendo maior produção a 35 °C. Esse genótipo apresentou maior teor de ácido linoléico que o genótipo LOX + LNN N , podendo a maior produção desse aldeído em genótipos LOX + LNN R ser justificada pelo fato de o hexanal ser formado a partir do 13-hidroperóxido derivado do ácido linoléico. Os valores de índice de TBA de grãos dos genótipos LOX - , inteiros e quebrados, como verificado para os teores de hexanal, mostraram-se bem mais baixos que aqueles obtidos para grãos dos genótipos LOX + , durante todo o período de armazenamento, em ambas as temperaturas. Reafirma-se, assim, o envolvimento das LOX na oxidação de ácidos graxos poliinsaturados. Entre os genótipos LOX - , os grãos tanto inteiros quanto quebrados de LOX - LNN R apresentaram menores índices de TBA que os de LOX - LNN N . Porém, nos genótipos LOX - foi observado aumento no índice de TBA durante o armazenamento, nas duas condições de temperatura, o que pode ser explicado pela produção de aldeídos por vias oxidativas não-enzimáticas. Entre os genótipos LOX + , grãos inteiros e quebrados de LOX + LNN R apresentaram menores índices de TBA que os de LOX + LNN N , mantendo-se esses valores constantes ao longo do tempo. Substâncias reativas com TBA são produzidas em maiores quantidades a partir de ácidos graxos contendo três ou mais insaturações, justificando, assim, o fato de genótipos com baixos teores de ácido linolênico terem apresentado índices de TBA mais baixos, tanto na presença quanto na ausência de LOX. Para avaliar a estabilidade das diferentes isoflavonas de soja, foram utilizados grãos intactos dos genótipos LOX - LNN R e LOX + LNN N , sendo os teores de isoflavonas determinados no início do armazenamento e após dois, quatro e oito meses. A composição de isoflavonas dos grãos, de ambos os genótipos de soja, não se manteve estável nas duas condições de armazenamento consideradas. No processo de interconversão de formas, parece ocorrerem eventos simultâneos envolvendo descarboxilação dos malonilglicosídeos para acetilglicosídeos, desesterificação de malonil e acetilglicosídeos para β-glicosídeos, bem como uma possível transformação desses para as formas agliconas. Além desses eventos, processos de síntese podem estar envolvidos, pois ligeiro incremento no teor de isoflavonas foi observado. O aumento de malonilglicitina, ou das formas agliconas, talvez possa ser resultado de síntese, porém o envolvimento das isoenzimas β-glicosidases no aumento das isoflavonas agliconas também deve ser considerado.To evaluate the isoflavone and oxidative stability in soybean lacking lipoxygenase (LOX) isoenzymes and low linolenic acid content, grains were stored at 25 and 35 °C, for eight months. The effects of LOX and linolenic acid content on oxidative stability were evaluated in four contrasting soybean genotypes for the presence or absence of LOX (LOX + or LOX - ) and for normal (LNN N ) or reduced (LNN R ) linolenic acid content. Due to the high percentage of broken grains, usually destined for processing industries, whole and broken grains were stored. Given that LOX affects linolenic as well as linoleic acids, the determinations of the hexanal content and the 2-thiobarbituric acid (TBA) value were used as oxidation indexes, since they quantify products obtained by different metabolic pathways. The assays were carried out at the beginning of the storage and after two, four, six and eight months. The storage period was not enough for the alterations in the fatty acid content to present a defined tendency. Whole and broken LOX - grains, independent of the different linolenic acid content and the storage temperature, had almost the same mean hexanal content along the storage period. However, whole and broken LOX + grains already shown, at the beginning of storage, at least twofold larger hexanal production than LOX - genotypes, occurring significant increase in hexanal content with time. The largest amounts of produced hexanal during the storage were found for whole and broken LOX + LNN R grains, occurring larger production at 35 °C. This genotype showed higher linoleic acid content than LOX + LNN N genotype. This is explained by the fact that hexanal is formed from 13- hydroperoxide derived from linoleic acid. During the whole storage period, TBA values for the whole and broken LOX - grains, as found for hexanal content, showed much lower values than those obtained for LOX + grains, in both temperatures. It is therefore confirmed the involvement of LOX in the oxidation of polyunsaturated fatty acids. Among the LOX - genotypes, both whole and broken LOX - LNN R grains had lower TBA values than LOX - LNN N . However, there was an increase in the TBA value during storage for LOX - genotypes, in both temperatures, which can be explained by the production of aldehydes via non-enzymatic oxidative pathways. Among LOX + genotypes, whole and broken LOX + LNN R grains had lower TBA values than LOX + LNN N , with constant TBA values along the time. TBA-reacting substances are produced in larger amounts only from fatty acids containing three or more unsaturations, which justify the fact that genotypes with low linolenic acid content showed lower TBA values in the presence and in the absence of LOX. Intact grains of genotypes LOX - LNN R and LOX + LNN N were used to evaluate the stability of the different soybean isoflavones. Isoflavone content was determined at the beginning of storage and after two, four and eight months. Composition of the grain isoflavones from both soybean genotypes was not stable under the two storage conditions. In the process of form interconversion, it seems that occur simultaneous events involving malonyl glycoside decarboxylation to acetyl glycosides, malonyl and acetylglycosides deesterification to β-glycosides, as well as their possible transformation to aglycones. Besides these events, synthesis processes may be involved, as a slight increase in isoflavone content was observed. The increase in malonyl glycitin or aglycones maybe the result of synthesis, however the involvement of β-glycosidase isoenzymes in the increase of aglycone isoflavones should also be considered.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoTese antiga, sem Termo de Autorizaçã

Effect of temperature on polyunsaturated fatty acid accumulation in soybean seeds

Soybean oil contains around 60 % of polyunsaturated fatty acids, which are responsible for the low oxidative stability of soy-derived products. Soybean lines with low linolenic acid content can be obtained by genetic manipulation; however, a high proportion of the variation in fatty acids content is due to environmental factors. This work aimed to determine the effect of temperature on oil composition and on the activity of the enzymes CDP-choline:1,2–diacylglycerolcholine phosphotransferase (CPT) and acyl-CoA:lysophosphatidylcholine acyltransferase (LPCAT), responsible for maintenance of polyunsaturated fatty acids in the cytoplasmic acyl-CoA pool, that is used for oil synthesis in the seeds. CAC-1, a soybean variety with linolenic acid content of about 8 % and CC4, a BC3F4 CAC-1 derived line, with about 4 % linolenic acid, were used. The lines were cultivated under two temperature: 34/28ºC or 22/13ºC - day/night. The seeds were collected along seven development stages, according to their fresh weight. Fatty acid analysis was carried out by gas chromatography and CPT and LPCAT activities were determined by measuring the radioactivity incorporated in their products, phosphatidyl-[14C]choline and phosphatidylcholine-[14C]oleoyl, respectively. Linolenic acid contents were 3.89 and 6.92 % for line CC4 and 7.39 and 12.49 % for variety CAC-1, when submitted to high and low temperature conditions, respectively. Both enzymes were more active, in the development stages analyzed, in seeds produced under low temperature. Kinetics characterization of CPT and LPCAT were conducted previously.O óleo de soja contém cerca de 60% de ácidos graxos poliinsaturados, que são responsáveis pela baixa estabilidade oxidativa de produtos derivados. Linhagens de soja com baixo conteúdo de ácido linolênico têm sido obtidas por meio de manipulações genéticas; no entanto, alta proporção da variação no conteúdo de ácidos graxos do óleo de soja é devida a efeitos ambientais. Este trabalho objetivou determinar o efeito da temperatura ambiente na composição do óleo e na atividade das enzimas CDP-colina: 1,2 – diacilglicerolcolina fosfotransferase (CPT) e acil-CoA: lisofosfatidilcolina aciltransferase (LPCAT), responsáveis pela manutenção do pool de acil-CoA citoplasmático, que é usado na síntese do óleo nas sementes. Neste trabalho usou-se a variedade de soja CAC-1, que contém cerca de 8 % de ácido linolênico, e CC4, linhagem RC3F4 derivada de CAC-1, com cerca de 3 % de ácido linolênico. A variedade e a linhagem foram cultivadas em casa de vegetação, em dois ambientes de temperatura: 34/28ºC e 22/13ºC - diurna/noturna. As sementes foram coletadas ao longo de sete estádios, de acordo com a massa fresca. A análise de ácidos graxos foi efetivada por cromatografia gasosa e, as atividades de CPT e LPCAT, foram determinadas por meio da medida da radioatividade incorporada em seus produtos, fosfatidil-[14C]colina e fosfatidilcolina-[14C]oleoil respectivamente. Os conteúdos de ácido linolênico foram 3,89 e 6,92 % para a linhagem CC4, e 7,39 e 12,49 % para a variedade CAC-1, quando cultivadas sob condições de alta e baixa temperatura, respectivamente. Ambas as enzimas foram mais ativas, nos estádios de desenvolvimento analisados, em sementes produzidas em condições de baixa temperatura. As caracterizações cinéticas de CPT e LPCAT foram conduzidas previamente

Qualidade fisiológica e produção de aldeídos em sementes de linhagens de soja com ausência de lipoxigenases

Avaliaram-se a qualidade fisiológica e a produção de aldeídos em sementes de soja submetidas ao processo de retardamento de colheita no campo nas linhagens CR1, sem lipoxigenase 1; CR 2, sem lipoxigenase 2; CR 3, sem lipoxigenase 3; CR 1,3, sem lipoxigenases 1 e 3; UFV 91-61-9, sem lipoxigenases 2 e 3; e nos cultivares FT-Cristalina, Paranaíba e Doko. Após o cultivo no campo, as sementes foram colhidas no estádio R8 da escala de FEHR e CAVINESS (2), quando as plantas se encontravam com 95% das vagens maduras, e com 10, 20 e 30 dias de retardamento. A qualidade fisiológica das sementes foi avaliada pelos testes-padrão de geminação e de envelhecimento acelerado. Foram determinados, também, os níveis de hexanal por cromatografia gasosa “head space” e os de aldeídos totais em sementes pré-geminadas por 24 horas, pelo método colorimétrico do MBTH. Os cultivares FT-Cristalina e Doko e as linhagens CR3 (sem LOX 3) e CR1.3 (sem LOX 1 e 3) apresentaram a melhor qualidade fisiológica das sementes. Não houve a possibilidade de observação de associação entre ausência ou presença de lipoxigenase e qualidade Bsiológica de sementes por meio das variáveis estudadas.The physiological decay of soybean seeds under delayed harvest in lines without lipoxygenase (LOX) was evaluated. The study was carried out using the lines CR1 (without LOX1), CR2 (without LOX2), CR3 (without LOX3), CR1,3 (without LOX1 and 3), and the normal cultivars FT-Cristalina, Paranaíba and Doko. The seeds were harvested at the stage R8 and 10, 20 and 30 days later. The physiological quality of the seeds was evaluated by standard germination test, and accelerated aging test. Hexanal production was evaluated by head space gas chromatography and total aldehyde content, in pre-germinated seeds, by the MBTH method. CR3, CR1,3 and cultivars Cristalina and Doko presented higher seed quality. There was no possibility to observe association between presence or absence of lip oxygenase and seed physiological quality. Total aldehyde content determination showed to be more adequate as an index for seed physiological quality evaluation than hexanal content determination

Reciclagem de óleos residuais para a produção de sabão no município de Itapetinga-BA

O presente estudo teve como objetivo reciclar óleos residuais como uma alternativa ecologicamente viável para a produção de sabão. As amostras foram coletadas em bares, lanchonetes, pastelarias, hotéis e residências da cidade de Itapetinga-BA e conduzidas ao laboratório para análises físico-químicas. Foram testadas treze metodologias, destas selecionaram-se apenas três, considerando as seguintes características: qualidade tecnológica de textura, aparência e pH adequados. Os sabões processados foram submetidos ao teste de aceitação em nove lavanderias comunitárias municipais utilizando questionários para avaliação, julgando os atributos de consistência, espuma, remoção de sujeira e rendimento. Os resultados obtidos revelaram não haver diferença significativa ao nível de 5% de probabilidade entre a aceitação os sabões processados.  Assim sendo, a reciclagem de óleos e gorduras é viável e sua utilização deve ser estimulada como uma ferramenta para preservação do meio ambiente

Biometrical analyses of linolenic acid content of soybean seeds

The genetic reduction of linolenic acid levels increases the quality and stability of soybean oil. The objective of this study was to determine the inheritance and evaluate the nature and magnitude of gene effects on soybean seed linolenic acid level. Means and variances of F1, F2, and F3 generations were made from the cross between accession BARC-12 (low linolenic acid content) and the commercial Brazilian cultivar CAC-1 (normal linolenic acid content). The results demonstrated that linolenic acid content in soybean is under the genetic control of a small number of genes. The additive model explained the means for the three generations and for the parents. Non-allelic gene interactions had little effect on the determination of genotypic values for the individuals. The generation means and population variation analyses demonstrated that the dominance deviations contribute little to the trait. These results showed that backcross breeding programs can be used to introduce the low linolenic acid content trait into soybean seeds, since it is possible to identify with very high accuracy the desired genotypes in segregating populations

Biometrical analyses of linolenic acid content of soybean seeds

The genetic reduction of linolenic acid levels increases the quality and stability of soybean oil. The objective of this study was to determine the inheritance and evaluate the nature and magnitude of gene effects on soybean seed linolenic acid level. Means and variances of F1, F2, and F3 generations were made from the cross between accession BARC-12 (low linolenic acid content) and the commercial Brazilian cultivar CAC-1 (normal linolenic acid content). The results demonstrated that linolenic acid content in soybean is under the genetic control of a small number of genes. The additive model explained the means for the three generations and for the parents. Non-allelic gene interactions had little effect on the determination of genotypic values for the individuals. The generation means and population variation analyses demonstrated that the dominance deviations contribute little to the trait. These results showed that backcross breeding programs can be used to introduce the low linolenic acid content trait into soybean seeds, since it is possible to identify with very high accuracy the desired genotypes in segregating populations

Biometrical analyses of linolenic acid content of soybean seeds

The genetic reduction of linolenic acid levels increases the quality and stability of soybean oil. The objective of this study was to determine the inheritance and evaluate the nature and magnitude of gene effects on soybean seed linolenic acid level. Means and variances of F1, F2, and F3 generations were made from the cross between accession BARC-12 (low linolenic acid content) and the commercial Brazilian cultivar CAC-1 (normal linolenic acid content). The results demonstrated that linolenic acid content in soybean is under the genetic control of a small number of genes. The additive model explained the means for the three generations and for the parents. Non-allelic gene interactions had little effect on the determination of genotypic values for the individuals. The generation means and population variation analyses demonstrated that the dominance deviations contribute little to the trait. These results showed that backcross breeding programs can be used to introduce the low linolenic acid content trait into soybean seeds, since it is possible to identify with very high accuracy the desired genotypes in segregating populations

Lipoxigenases e teor de ácido linolênico relacionados à qualidade de sementes de soja

Os teores de ácidos graxos da fração óleo das sementes de soja não têm sido considerados na avaliação da qualidade das sementes em trabalhos de pesquisa recentes. O objetivo deste trabalho foi determinar o efeito da ausência de lipoxigenases e baixo teor de ácido linolênico na qualidade de sementes de soja colhidas em diferentes épocas após o estádio R8. Quatro "bulks" de sementes de soja foram formados, com as características: (a) presença de lipoxigenases e teor normal de ácido linolênico, (b) presença de lipoxigenases e baixo teor de ácido linolênico, (c) ausência de lipoxigenases e teor normal de ácido linolênico e (d) ausência de lipoxigenases e baixo teor de ácido linolênico. Sementes de cada "bulk" da geração F5 foram colhidas nos estádios R8, R8+10, R8+20 e R8+30 dias. A qualidade fisiológica das sementes foi avaliada através dos testes de germinação, envelhecimento acelerado e índice de velocidade de emergência. Foi determinado também os teores de ácido linolênico das sementes. Sementes dos "bulks" com baixo teor de ácido linolênico apresentaram maior germinação e menor número de plântulas anormais após o estádio R8+20 dias. Sementes dos "bulks" com lipoxigenases apresentaram maior velocidade de emergência. O baixo teor de ácido linolênico presente na fração óleo da semente de soja favorece a produção de sementes de melhor qualidade e a presença de lipoxigenase favorece a maior velocidade de emergência de plântulas.The fatty acid content of soybean seeds has not been considered when evaluating the quality of seeds in research work carried out so far. The objective was to determine the effects of absence of lipoxygenases and low linolenic acid content on seed quality after delayed harvest. Four different bulks were constructed: (a) seeds with lipoxygenase and normal linolenic acid content; (b) seeds with lipoxygenase and low linolenic acid content; (c) seeds without lipoxygenase and normal linolenic acid content and (d) seeds without lipoxygenase and low linolenic acid content. F5 seeds were harvested at the R8 stage and 10, 20 and 30 days after R8 stage. Seed physiological quality was evaluated by the standard germination test, accelerated aging test and emergence speed index. Seeds with low linolenic acid content presented higher seed quality as measured by the accelerated aging test. Seeds with lipoxygenase showed higher vigor as compared to those lacking these isozymes as determined by the emergence speed index

Caracterização da via das lipoxigenases em plantas de soja resistentes e susceptíveis a Diaphorte phaseolorum f. sp. meridionalis, agente causal do cancro-da-haste

Lipoxigenases (linoleato: oxigênio oxido-redutase - EC 1.13.11.12) são dioxigenases que catalisam a adição do oxigênio molecular ao sistema cis, cis, 1,4 - pentadieno dos ácidos graxos polinsaturados, formando hidroperóxidos dos ácidos graxos correspondentes. As lipoxigenases vegetais utilizam o ácido linolênico (C18:3) ou ácido linoléico (C18:2) como substrato e estão associadas a importantes processos fisiológicos, tais como: biossíntese de compostos regulatórios, crescimento e desenvolvimento, senescência, germinação de sementes, resposta a ferimento, proteína de reserva vegetativa e resistência a insetos e patógenos. Quando os tecidos da planta são danificados por patógenos ou mecanicamente, ocorre uma degradação seqüencial de lipídeos, cujo produto inicial são os hidroperóxidos resultante da ação das lipoxigenases. Entre os vários produtos formados, têm-se a traumatina, o ácido jasmônico, os aldeídos voláteis e os oxiácidos. Para avaliar a capacidade de as plantas de soja responderem, por meio da Via das Lipoxigenases, ao ataque do fungo causador da doença cancro-da-haste - Diaphorte phaseolorum (Cke. e Ell) f. sp. meridionalis - foram realizadas a caracterização bioquímico-cinética do pool de lipoxigenases foliares de plantas de soja (Glycine max (L.) Merril ) e a quantificação dos produtos da Via das Lipoxigenases, utilizando-se um cultivar resistente (FT-Cristalina RCH) e um susceptível (FT-Cristalina) ao patógeno. As plantas dos dois cultivares, infectadas com o patógeno ou apenas injuriadas mecanicamente, apresentaram valores de atividade específica de lipoxigenases maiores que os respectivos controles, em diferentes valores de pH e temperatura, e o pool de lipoxigenases dos dois genótipos apresentou cinética de Michaelis-Menten na faixa de concentração de substrato analisada. Ocorreu aumento dos níveis de inibidores de proteases e aldeídos totais, os quais são produtos dessa via bioquímica. Pelos parâmetros bioquímico e cinético, há a sugestão de uma resposta das plantas de soja através das Via das Lipoxigenases.Lipoxygenases (linoleate: oxygen oxido-reductases, EC 1.13.11.12) are a class of enzymes that catalyze the addition of molecular oxygen to 1,4 - cis,cis - pentadiene motifs of unsaturated fatty acids to form hydroperoxide products. Plant lipoxygenases use linoleic (18:2) or linolenic (18:3) acids as substrates and are involved in important physiological process such as biosynthesis of regulatory molecules, growth and development, senescence, responses to wounding, vegetative storage protein and may directly mediate host resistance to insect, fungal and bacterial pathogens. When plant tissues are damaged, by pathogens or mecanically injured, a series of lipid degradation occurs, via lipoxygenase pathway, giving rise to hydroperoxydes. Among several products formed it can be found traumatin, jasmonic acid, volatile aldehydes and oxyacids. In this work we evaluated the capacity of the soybean plant to respond to the attack of stem canker fungi (Diaporthe phaseolorum (Cke. e Ell.) f. sp. meridionalis), through the lipoxygenase pathway. Leaves from resistant (FT-Cristalina RCH) and susceptible (FT-Cristalina) cultivars were used for kinetic evaluation of lipoxygenase and biochemical quantitation of products from the lipoxygenase pathway. Plants from both cultivars, infected with the pathogen or mecanically injured, showed values of lipoxygenase specific activity higher than the controls in differents pH and temperature values. The lipoxygenase pool of both cultivars showed kinetic of Michaelis-Menten within the range of substrate concentration assayed. There were an increase in protease inhibitors and of total aldehydes contents, which are products of the lipoxygenase pathway. The biochemical and kinetic parameters suggest a response of the soybean plant through the lipoxygenase pathway