Preparation of grape pomace extracts by using deep eutectic solvents, isolation of anthocyanins and their in vitro biological activity

Eutektična otapala (DES), kao nova zelena otapala, posljednjih se godina istražuju kao alternativa za zelenu ekstrakciju i separaciju antocijana iz komine grožđa. U ovom radu pripremljeno je 5 različitih DES-ova s ciljem pronalaženja najboljeg otapala za ekstrakciju antocijana. Najveći učinak ekstrakcije postignut je s eutektičnim otapalom kolin klorid:prolin:jabučna kiselina. Iz pripravljenih ekstrakata antocijani su izolirani na makroporoznoj smoli Amberlite XAD-16 i eluirani 96%-tnim etanolom. Učinak etanolnih eluata ispitan je u in vitro uvjetima na tri stanične linije (HeLa, MCF-7 i HEK293T), a najizraženiji citotoksični učinak je vidljiv kod etanolnog eluata betain:jabučna kiselina. Određen je i antioksidacijski kapacitet etanolnih eluata i najvišu vrijednost ima etanolni eluat betain:jabučna kiselina. Razvijen postupak ekstrakcije i izolacije na makroporoznoj smoli pokazao se kao alternativna i zelena metoda za ekstrakciju i koncentriranje antocijana iz komine grožđa.Deep eutectic solvents (DES), as new extraction solvents, have attracted increasing attention for the green and efficient extraction and separation of anthocyanins from grape pomace. In this study, five different DESs were prepared and observed to determine which of them possess the predominant extraction performance for anthocyanins. The best extraction efficiency was obtained with choline chloride:proline:malic acid. Anthocyanins were separated using macroporous resin Amberlite XAD-16 and were eluted with 96% ethanol. Ethanol eluents were valorised by testing their biological activity in in vitro assay using three cell lines (HeLa, MCF-7, and HEK293T), and the most evident toxic effect was caused by betaine:malic acid. Antioxidant activity of the ethanol eluents was also determined, and the highest value obtained for the betaine:malic acid. The developed procedures based on extraction and direct macroporous resin enrichment processes could be an alternative and environmental method for the extraction and enrichment of anthocyanins from grape pomace

Metode priprave eutektičkih otapala

Klasična organska otapala uzrokuju brojne negativne učinke na okoliš i zdravlje ljudi, a neizbježni su za korištenje u kemijskoj i biotehnološkoj industriji. Pokušavajući unaprijediti proizvodnju industrijski važnih kemikalija u ekološkom, ali i ekonomskom pogledu, istražuje se primjena različitih nekonvencionalnih otapala, među kojima se ističu ionske tekućine i eutektička otapala. Cilj ovoga rada je ispitati mogućnost unaprjeđenja priprave eutektičkih otapala primjenom reaktora koji ima mogućnost istovremenog korištenja ultrazvuka i mikrovalnog zračenja. Priprema eutektičkog otapala sastava kolin kloridi:glukoza (u molarnom mjeru 1:2) klasičnom metodom (zagrijavanje vodenom kupelji uz miješanje magnetskom mješalicom) trajala je više od 3 sata, dok je priprema otapala u ultrazvučno-mikrovalnom reaktoru trajala 25 min (vrijeme priprave skraćeno je čak 7 puta). Rezultati prikazani u ovom istraživanju imaju značajan doprinos u razvoju učinkovitih, kao i ekonomičnih te održivih procesa za pripremu industrijski važnih otapala

Bioactive compounds glucosinolates and polyphenols in florets, leaves and stems of broccoli (Brassica oleracea var. italica L.)

Brokula (Brassica oleracea var. italica L.) je povrće koje se smatra izvornim oblikom cvjetače, a uzgaja se zbog zelenih cvjetnih izdanaka smještenih na razgranatoj mekanoj stabljici. Brokula je bogata bioaktivnim spojevima, glukozinolatima i polifenolima te se uvelike istražuje radi njihova korisnog djelovanja na ljudsko zdravlje. U literaturi je mnogo više radova o sastavu i udjelima bioaktivnih spojeva u cvatu nego u listovima i stabljici biljke. U ovom radu analizirani su ukupni i pojedinačni glukozinolati, ukupni polifenolni spojevi te njihov antioksidacijski kapacitet u svim jestivim dijelovima brokule (cvat, listovi, stabiljka). Utvrđeno je da je količina glukozinolata najveća u listu brokule pri čemu udio indolnih prevladava nad alifatskim spojevima što vrijedi i za cvat. U stabljici je veći udio alifatskih spojeva. Udio polifenolnih spojeva u uzorcima u rasponu je od 9,70-16,11 mg GE g-1 s. tv. u stabljici, od 17,65-31,08 mg GE g-1 s. tv. u cvatu i od 22,27-34,02 mg GE g-1 s.tv. u listu brokule. Veću antioksidacijsku aktivnost pokazuju uzorci s većom koncentracijom polifenola. Ti rezultati upućuju da ne samo cvat brokule već i ostali dijelovi biljke mogu biti vrijedan izvor bioaktivnih spojeva te ih se preporuča također koristiti u prehrani. Nadalje, nusproizvodi nakon berbe, stabiljke i listovi mogli bi se koristiti kao sirovina za njihovu izolaciju te eventualnu uporabu kao dodataka prehrani.Broccoli is rich in bioactive compounds, polyphenols and glucosinolates, and as such considered as functional food and great experimental material. Previous scientific attention had mostly been focussed on composition and amounts of phytochemicals in florets rather than leaves and stem. In this research, content of total and individual glucosinolates, total polyphenols and antioxidative capacity were studied in broccoli florets, leaves and stems. Leaves showed to be the most abundant in glucosinolates with indolyl predominating aliphatic as was also the case in florets. In contrast, stem contained more aliphatic than indolyl glucosinolates. Polyphenol quantity ranged from 9.70-16.11 mg GE g-1 DW in stems, from 17.65-31.08 mg GE g-1 DW in florets and from 22.27-34.02 mg GE g-1 DW in leaves and was the highest in leaves irrespective of extraction method. It was determined that samples containing the highest amounts of polyphenols also had the highest antioxidant activity

Glucosinolates potential role in plant defence

Glukozinolati su složena klasa spojeva tioglukozidne strukture svojstvena biljkama porodice Cruciferae, u koju ubrajamo značajne kulture kao što su uljana repica, kupus, cvjetača, brokula, koraba, kelj, hren, gorušica. Sve biljke koje sadrže glukozinolate sadrže i endogeni enzim hidrolize - mirozinazu (β-tioglukozid-glukohidrolaza, EC 3.2.1.1) u odijeljenim dijelovima biljke. Oštećenjem tkiva oni dolaze u kontakt s enzimom mirozinazom te ovisno o strukturi glukozinolata nastaju različiti biološki aktivni produkti razgradnje, koji imaju čitav niz bioloških svojstava, od toksičnih do antikarcinogenih. Udio i sastav glukozinolata razlikuje se između biljnih vrsta te izmedu sorata istih vrsta te se mogu razlikovati unutar biljne jedinke ovisno o stupnju razvoja i vrsti organa. Različiti uvjeti okoliša u kojima se biljka nalazi, kao što su svjetlo, nutritivni status biljke, mehaničko oštećenje, infekcija fitopatogenima i oštećenja uzrokovana napadom insekata, mogu uzrokovati značajne promjene u sastavu i udjelu glukozinolata. Stoga postoji niz teorija o potencijalonoj ulozi glukozinolata u biljci, iako se njihova uloga u obrani biljke od insekata i fitopatogena smatra primarnom.Glucosinolates are sulfur- and nitrogen-containing plant secondary metabolites common in the Brassicaceae and related plant families. In the plant, they coexist with an endogenous β-thioglucosidase (EC 3.2.3.1) called myrosinase and upon plant tissue disruption, glucosinolates are released at the damage site and become hydrolyzed by myrosinase. The chemical nature of the hydrolysis products depends on the structure of the glucosinolate side chain, plant species and reaction conditions. Glucosinolate pattern differs between species and ecotype as well as between and even within individual plants, depending on developmental stage, tissue and photoperiod. A number of environmental conditions such as light plant, nutritional status, fungal infection, wounding and insect damage can alter the glucosinolate pattern significantly. The change of the glucosinolate profile by several environmental factors has brought forward different theories regarding their potential roles in the plant. However, the most accepted theory is that the glucosinolate-myrosinase system is involved in defense against herbivores and pathogens

Metode priprave eutektičkih otapala

Klasična organska otapala uzrokuju brojne negativne učinke na okoliš i zdravlje ljudi, a neizbježni su za korištenje u kemijskoj i biotehnološkoj industriji. Pokušavajući unaprijediti proizvodnju industrijski važnih kemikalija u ekološkom, ali i ekonomskom pogledu, istražuje se primjena različitih nekonvencionalnih otapala, među kojima se ističu ionske tekućine i eutektička otapala. Cilj ovoga rada je ispitati mogućnost unaprjeđenja priprave eutektičkih otapala primjenom reaktora koji ima mogućnost istovremenog korištenja ultrazvuka i mikrovalnog zračenja. Priprema eutektičkog otapala sastava kolin kloridi:glukoza (u molarnom mjeru 1:2) klasičnom metodom (zagrijavanje vodenom kupelji uz miješanje magnetskom mješalicom) trajala je više od 3 sata, dok je priprema otapala u ultrazvučno-mikrovalnom reaktoru trajala 25 min (vrijeme priprave skraćeno je čak 7 puta). Rezultati prikazani u ovom istraživanju imaju značajan doprinos u razvoju učinkovitih, kao i ekonomičnih te održivih procesa za pripremu industrijski važnih otapala

Review of deep eutectic systems from laboratory to industry, taking the application in the cosmetics industry as an example

Publisher Copyright: © 2022 The AuthorsGreen and sustainable chemistry principles have been employed in different industries to create greener and safer chemicals and processes, by replacing hazardous solvents with safer and more efficient ones. A state-of-the-art analysis on deep eutectic systems (DES) shows their consistent growth in the fields of chemistry, particularly as extraction solvents, mainly of bioactive compounds from natural sources. In this sense, a patent review was carried out, to highlight the relevance of DES, formed by natural compounds, in the cosmetic industry and the commercial added value of this technology at the industrial scale. Despite their good extraction efficiency, DES physicochemical properties need to be considered, as they may present some limitations in the process scale-up. This implies the study of several parameters, such as the cost of raw materials, the investment necessary to adapt or implement new equipment, energy consumption (for instance for pumping, heating, and stirring), and treatment of any by-products and wastes, in both the upstream and the downstream operations. Due to their inherent properties, DES can also be used as stabilizing agents of the bioactive compounds extracted, allowing their direct use in final products, namely in cosmetics, which is translated into a reduction of the downstream costs. This work further reports a case study of the extraction of grape anthocyanins with DES, and the necessary steps required to take this process from a laboratory scale to an industrial scale, targeting the cosmetic industry.publishersversionpublishe

The importance and benefits of using the film in the production of vegetables

U ovom radu ispitan je utjecaj kadmija na rast kelja (Brassica oleracea var. sabauda) i kupusa (Brassica oleracea var. capitata), distribucija kadmija u pojedine dijelove biljaka uzgojenih u tlu s različitim udjelima kadmija te njihov fitoekstrakcijski potencijal. Također je praćen i utjecaj povećanog udjela kadmija u tlu na sadržaj polifenola, kako bi se utvrdila moguća povezanost tih sekundarnih metabolita i odgovora biljke na stres uzrokovan prisutnošću teških metala u tlu. Dobiveni rezultati mogu biti od osobitog značaja za naše područje budući da su kupus i kelj važne i relativno često korištene namirnice u našoj prehrani te iznimno dobro uspijevaju u našem podneblju, stoga bitna je spoznaja kako one mogu akumulirati značajne količine teških metala prilikom rasta na onečišćenom tlu. Njihova dugotrajna konzumacija može nepovoljno utjecati na zdravlje ljudi i životinja.In this work the effect of cadmium on the growth of kale (Brassica oleracea var. sabauda) and cabbage (Brassica oleracea var. capitata), distribution of cadmium in certain parts of the plants grown in soil with different concentrations of cadmium and their phytoextraction potential, was investigated. As well as the impact of an increased effect of cadmium content in the soil on polyphenol content, to be able to determine the possible relationship of these secondary metabolites and plant responses to stress caused by the presence of heavy metals in soil. The obtained results could be of particular importance for our region since cabbage and kale are important and relatively frequently used food in our diet and they extremely grow well in our climate in our climate. Their long-term consummation can have adversely effect on the human and animal health

Deep Eutectic Solvents – Creating a Green Solvent for the Future through Rational Design

Niskotemperaturna eutektička otapala intenzivno se proučavaju kao ekološki prihvatljiva zamjena za štetna, u industriji tradicionalno sveprisutna organska otapala. Struktura te fizikalno-kemijska svojstva tih otapala mogu se dizajnirati za specifične namjene tako da zadovoljavaju tehnološke i ekonomske zahtjeve industrije, stoga su se pokazala vrlo učinkovitima u različitim područjima poput elektrokemije, organske sinteze i (bio)katalize, biotehnologije i prehrambene tehnologije, farmaceutskog inženjerstva te biomedicine. Ovaj rad donosi pregled znanstvene literature vezane uz karakteristična svojstva, pripravu i primjenu, ali i izazove primjene niskotemperaturnih eutektičkih otapala u industrijskom mjerilu. Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna.Deep eutectic solvents arose as substitutes for harmful industrial solvents, as they fully meet the principles of green chemistry. Their structure and physicochemical properties can be designed for specific purposes, so they have proven to be effective in various fields such as electrochemistry, organic synthesis and (bio)catalysis, biotechnology and food technology, pharmaceutical engineering and biomedicine, where they can fulfil the technological and economic demands of the industry. This paper provides a literature overview of the characteristic properties, preparation, and application of deep eutectic solvents, but also the challenges of their application on an industrial scale. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

In vitro ecotoxicological profile of natural ionic liquids

Ionske kapljevine su organske soli niskog tališta sastavljene u cijelosti od iona. Zbog svojih specifičnih svojstava, predstavljaju moguću i dobru zamjenu za organska otapala koja imaju negativan učinak na okoliš i ljude. Obzirom na svojstva, strukturu i vrijeme otkrivanja ionske kapljevine dijele se na ionske kapljevine prve, druge i treće generacije. Prirodne ionske kapljevine pripadaju četvrtoj generaciji i one su ekološki i ekonomski najprihvatljivije. U ovom radu ispitan je utjecaj šest kolinijevih ionskih kapljevina na preživljenje CCO stanične linije riba WST-1 metodom. Na temelju dobivenih rezultata, ispitane ionske kapljevine u usporedbi s ionskim kapljevinama prethodnih generacija pokazale su manju citotoksičnost na CCO stanicama te time i bolji ekotoksikološki profil.Ionic liquids are low-melting organic salts composed entirely of ions. Due to their specific properties, they represent potential and a good replacement for organic solvents that have a negative impact on the environment and people. Considering their properties, structure and time they were discovered, they are divided into ionic liquids of first, second and third generation. Natural ionic liquids belong to the fourth generation and are ecologically and economically most suitable. In this final work the impact of six cholinium ionic liquids on CCO fish cell line was tested by using WST-1 method. Based on the results, tested ionic liquids have shown smaller cytotoxicity on CCO cells than ionic liquids of older generations, thus a better cytotoxicological profile

Primjena prirodnih eutektičkih otapala u izolaciji antocijana i biokatalizi pomoću lipaze

In this dissertation, 15 natural deep eutectic solvents were successfully prepared and applied for developing an eco-friendly method for extraction of anthocyanins and lipase-catalyzed (R)-1-phenylethanol synthesis. Also, the biological activity of prepared grape pomace extracts was evaluated. With natural deep eutectic solvents efficiency of the process was increased in comparison with conventional processes. Extraction and biocatalytic process were optimised using the response surface methodology afterward laboratory-developed methods were scaled up. In both processes, the recyclation of used natural deep eutectic solvents was performed, as well as isolation and purification of the final product (anthocyanins, (R)-1-phenylethanol).U sklopu doktorske disertacije uspješno je pripremljeno i okarakterizirano 15 prirodnih eutektičkih otapala i primijenjeno za razvoj ekološki prihvatljivih metoda ekstrakcije antocijana iz komine grožđa te biokatalitičkog procesa priprave (R)-1-feniletanola pomoću lipaze. Također, evaluirana je biološka aktivnost pripremljenih polifenolnih ekstrakata u prirodnim eutektičkim otapalima. Primjenom prirodnih eutektičkih otapala u ekstrakciji polifenolnih spojeva i biokatalizi ostvarena je veća učinkovitost procesa u odnosu na konvencionalne postupke. Ekstrakcija i biokataliza su optimirani primjenom metode odzivnih površina te su laboratorijski razvijene metoda prenijete u veće mjerilo. U oba procesa razvijena je i metoda reciklacije korištenog prirodnog eutektičkog otapala, kao i izolacije i pročišćavanja produkta (antocijani, (R)-1-feniletanol)