Total phenolic compounds, antioxidant activity and toxicity of selected medicinal and aromatic plants

The importance of dietary antioxidant components for the prevention of some diseases and health quality improvement has attracted much research attention through the last decade. Vegetables and herbal infusions have been recognized as important antioxidant sources. Food industry shows significant interest in application of plant bioactive compounds for flavoring but also for preservation purposes, but attention should be given in case of high doses . In the current study were investigated the total phenolic content, the antioxidant activity and the toxicity of selected medicinal aromatic plants that are being consumed as decoctions or used as food additives

Berberine, a popular dietary supplement for human and animal health: Quantitative research literature analysis a review

Berberine is an alkaloid with a wide range of reported beneficial health effects. The current work provides an extensive literature analysis on berberine. Bibliometric data were identified by means of the search string TOPIC=(berberin* OR umbellatine*), which yielded 5,547 publications indexed in the Web of Science Core Collection electronic database. The VOSviewer software generated bubble maps to visualize semantic terms with citation results. The ratio of original articles to reviews was 13.6:1. The literature has been growing more quickly since the 2010s. Major contributing countries were China, the United States, India, Japan, and South Korea. Most of the publications appeared in journals specialized in pharmacology pharmacy, biochemistry molecular biology, chemistry, and plant science. Some of the frequently mentioned chemicals/chemical classes were alkaloid, palmatine, jatrorrhizine, coptisine, isoquinoline, and sanguinarine. The prevalent medical conditions under investigation included Alzheimers disease, cancer, diabetes, and obesity.Acknowledge the support by the Polish KNOW (LeadingNational Research Centre) Scientific Consortium “Healthy Animal-Safe Food,” decision of Ministry of Science and Higher Education No. 05-1/KNOW2/2015 and the European Union under the European Regional Development Fund (Homing/2017-4/41). Antoni Sureda has been supported by the Institute of Health Carlos III (Project CIBEROBN CB12/03/30038). Joanna Feder-Kubis was financed by the Polish Ministry of Science and Higher Education for the Faculty of Chemistry of Wrocław University of Science and Technology.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Evaluation and study of bioactivity - toxicity of cultivative and native medicinal and aromatic plant extracts

The aim of this thesis was to study aqueous extracts of aromatic and medicinal native plants of the Greek flora. The main goal was the evaluation of their toxicity and biological activity in order to be further developed by the food industry and organic farming.The plants studied were dittany (Origanum dictamnus L.), oregano (Origanum vulgare L.), hyssop (Hyssopus officinalis L.), sage (Salvia officinalis L.), lemon balm (Melissa officinalis L.) and saffron (Crocus sativus L.). Aqueous extracts for the toxicity assessment were prepared in beverage form (1g/100mL water at 85 oC) for all the Lamiaceae species and at the same temperature but at 0.01g/100mL for saffron. Toxicity was evaluated using the MICROTOX analyzer which based on the bioluminescence bacterium Vibrio fischeri. Additionally, toxicity was determined on extracts prepared with water in room temperature with or without ultrasound water bath assistance. Then all the above extracts were further extracted with petroleum ether in order to remove the volatile components and the toxicity tests were also conducted on the volatile free aqueous solutions. According to the results, the extraction procedure was found to influence toxicity of the extracts. Volatile components in the extracts found to act in synergism with water soluble substances. Interaction of water soluble and volatile organic compounds was evaluated through the estimation of synergism ratios (SR). Toxicity of plant extracts examined was not correlated to their total phenolic content and antioxidant activity, but it was found to be linked to the interaction of water soluble and volatile organic compounds. The biological activity of aqueous extracts was further screened against the phytopathogenic fungal species Alternaria alternata, Fusarium oxysporum, Aspergillus flavus and the entomopathogenic species Beauveria bassiana. Biological activity was screened on crude aquatic extracts and their aqueous phase (-bpte) after further extraction with petroleum ether. All the Lamiaceae species examined were found to enhance significantly the mycelium growth. All –bpte extracts stimulated conidia production in high percentages more +300% in some cases compared to the control. The differences in biological activity between crude and –bpte extracts for each plant species were attributed through the calculation of correspondent synergism ratios (SR) to the interaction between volatile and water – soluble substances. Qualitative analysis of all plant extracts was conducted using High Performance Liquid Chromatography. Rosmarinic acid, detected as the most abundant phenolic compound in all extracts analyzed and found to correlate (R2: 0.84) with the stimulation effect on spore production of A. alternata. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was also employed in order to further investigate the bioactivity of plant extracts to A. alternata. Differences of original spectra were assigned mainly to amides of proteins. The second derivative transformation of spectra revealed changes in spectral regions corresponding to absorptions of the major cellular constituents such as cell membrane and proteins. Principal component analysis of the second derivative transformed spectra confirmed that fatty acids of the cell membranes, amides of proteins and polysaccharides of the cell wall had the major contribution to data variation. FTIR band area ratios were found to correlate with fungal mycelium growth.Furthermore, all extracts were examined on aflatoxin production of Aspergillus flavus in CCA (Coconut Cream Agar) medium. The toxin was extracted with TLC method and results showed notable reduction of aflatoxin production caused by some aromatic plants extracts. The effect of the different extracts at molecular level was further analyzed by Real-time PCR on expression of genes Nor-1 and AflR that are involved in aflatoxin biosynthesis pathway. Quantitave determination of aflatoxin reduction due to the treatment by plant extracts was conducted by ELISA method in in-vivo experiments of the same extracts on Pistachia vera. Results underline that aqueous extracts of Greek native medicinal and aromatic plants contain bioactive compounds which can affect gene expression, and Melissa officinalis extract can be used as a strong anti-aflatoxigenic factor by the food industry.Ο σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη υδατικών εκχυλισμάτων από καλλιεργούμενα και αυτοφυή αρωματικά και φαρμακευτικά φυτά της Ελληνικής χλωρίδας. Ο στόχος ήταν η αξιολόγηση της βιολογικής τους δράσης και της τοξικότητάς τους προκειμένου αυτά να αξιοποιηθούν μελλοντικά από τη Βιομηχανία τροφίμων και τη βιολογική γεωργία.Μελετήθηκαν τα φυτά: δίκταμο (Origanum dictamnus L.), ρίγανη (Origanum vulgare L.), ύσσωπος (Hyssopus officinalis L.), φασκόμηλο (Salvia officinalis L.), μελισσόχορτο (Melissa officinalis L.) και κρόκος (Crocus sativus L.). H παραλαβή των εκχυλισμάτων για την εκτίμηση της τοξικότητάς τους προσομοιάστηκε με τη συνήθη χρήση αυτών ως αφέψημα (θερμοκρασία νερού 85οC και συγκέντρωση 1g/100mL νερού για τα είδη της οικογένειας Lamiaceae και 0.01g/100mL για τον κρόκο). Η εκτίμηση της τοξικότητας έγινε με τον αναλυτή Microtox® η λειτουργία του οποίου βασίζεται στο βακτήριο Vibrio fischeri, το οποίο εκπέμπει φωταύγεια. Πρόσθετα, για τα προαναφερόμενα φυτικά είδη, εκτιμήθηκε η τοξικότητα τους σε εκχυλίσματα τα οποία προέκυψαν από την ίδια αναλογία φυτικής μάζας σε νερό, και στον ίδιο χρόνο εκχύλισης αλλά με διαφοροποίηση της θερμοκρασίας τους νερού αλλά και με υποβοήθηση από λουτρό υπερήχων. Η εκχύλιση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος έγινε προκειμένου να υπάρχει προσομοίωση της χρήσης των αρωματικών βοτάνων ως ενισχυτικά γεύσης σε φαγητά για τα οποία στη συνέχεια δεν ακολουθεί θερμική επεξεργασία, όπως στην περίπτωση της ρίγανης στις σαλάτες. Η τοξικότητα εκτιμήθηκε και σε εκχυλίσματα που παραλήφθηκαν μετά την περεταίρω εκχύλιση όλων των προηγούμενων με πετρελαϊκό αιθέρα μέσω της οποία αφαιρούνται τα μη υδατοδιαλυτά συστατικά που παραλαμβάνονται με τις διαδικασίες εκχύλισης που αναφέρθηκαν πιο πάνω. Τα αποτελέσματα των ελέγχων τοξικότητας υπέδειξαν ότι η μικρή ποσότητα συστατικών του αιθέριου ελαίου η οποία περνά στην υδατική φάση κατά την παραλαβή των υδατικών εκχυλισμάτων αρωματικών και φαρμακευτικών φυτών της οικογένειας Lamiaceae με διάφορες τεχνικές εκχύλισης, διαφοροποιεί τη βιολογική δράση του εκχυλίσματος. Η διαφοροποίηση στη βιολογική δράση αποτυπώθηκε από το γεγονός ότι τα μη υδατοδιαλυτά συστατικά του αιθερίου ελαίου που εισέρχονται στο εκχύλισμα είτε προωθούν είτε μερικώς παρεμποδίζουν τη βιολογική δράση των υδατοδιαλυτών συστατικών που περιέχονται στα εκχυλίσματα. Διαπιστώθηκε, επίσης, ότι η μεγαλύτερη συνέργεια στην τοξικότητα μεταξύ μη υδατοδιαλυτών και υδατοδιαλυτών συστατικών στα εκχυλίσματα προέκυψε από την εκχύλιση με νερό σε θερμοκρασία 85ο C. H ανάλυση της τοξικότητας των αρωματικών και φαρμακευτικών φυτών, προσδιόρισε τις μέγιστες συγκεντρώσεις ανά είδος εκχύλισης, πάνω από τις οποίες κάποιο είδος μπορεί να θεωρηθεί τοξικό καθώς και τη συνέργεια στην τοξικότητα μεταξύ των υδατοδιαλυτών συστατικών και των συστατικών του αιθέριου ελαίου που εισέρχονται στο εκχύλισμα για κάθε φυτικό είδος και διαδικασία εκχύλισης. Οι τιμές τοξικότητας δε βρέθηκε να συσχετίζονται με τη συγκέντρωση των ολικών φαινολικών συστατικών και την αντιοξειδωτική ικανότητα των ίδιων εκχυλισμάτων.Ακολούθως μελετήθηκε η βιολογική δράση υδατικών εκχυλισμάτων όλων των προαναφερόμενων αρωματικών και φαρμακευτικών φυτών, επί των φυτοπαθογόνων μυκήτων Alternaria alternata, Fusarium oxysporum, Aspergillus flavus και του εντομοπαθογόνου μύκητα Beauveria bassiana. Επίσης, μέσω του υπολογισμού δεικτών συνέργειας μελετήθηκε ο ρόλος του μη υδατοδιαλυτού κλάσματος στη δράση του εκάστοτε εκχυλίσματος. Ακολούθησε ποιοτική ανάλυση των υδατικών εκχυλισμάτων με υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC). Αναφορικά με τη βιολογική δράση, το φαινόμενο που παρατηρήθηκε κυρίως ήταν η προώθηση της ανάπτυξης του μυκηλίου και της κονιδιογένεσης από συγκεκριμένα εκχυλίσματα, φθάνοντας σε κάποια από αυτά ποσοστό αύξησης έως και 300% σε σχέση με το μάρτυρα. Διαπιστώθηκε δε, ότι η επίδραση των υδατικών εκχυλισμάτων επί της κονιδιογένεσης έχει ισχυρή συσχέτιση (R2: 0.84) με τη συγκέντρωση του ροσμαρινικού οξέος στα εκχυλίσματα που δοκιμάσθηκαν. Η μελέτη των αλλαγών στη δομική-βιοχημική σύσταση των κυττάρων των οργανισμών στόχων υπό την επίδραση των εκχυλισμάτων αρωματικών και φαρμακευτικών φυτών με χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου FT-IR, αποτέλεσε το αντικείμενο της επόμενης ενότητας στην παρούσα διατριβή. Με βάση τα αποτελέσματα της φασματοσκοπίας υπερύθρου και της χημειομετρίας βρέθηκε ότι όλα τα εκχυλίσματα επηρέασαν σημαντικά τους πολυσακχαρίτες του κυτταρικού τοιχώματος, τα λιπαρά οξέα της κυτταρικής μεμβράνης καθώς και τις πρωτεΐνες σε βαθμό που να διαχωρίζονται ικανοποιητικά όλες οι επεμβάσεις σε σχέση με το μάρτυρα στις περιοχές του φάσματος που αντιστοιχούν στις προαναφερόμενες ομάδες. Πρόσθετα, ένα εξαιρετικά σημαντικό αποτέλεσμα που προέκυψε από την παρούσα διατριβή και αφορά στη μελέτη μικροοργανισμών με φασματοσκοπία IR, είναι ότι διαπιστώθηκε και καταγράφηκε για πρώτη φορά η πολύ ισχυρή συσχέτιση (R2: 0,88-0,98) της αύξησης του μυκηλίου με το λόγο του εμβαδού συγκεκριμένων κορυφών του φάσματος των μυκήτων. Το γεγονός αυτό, ανοίγει νέους δρόμους στη χρήση της φασματοσκοπίας υπερύθρου και σε μικροβιολογικές εφαρμογές. Στη συνέχεια διερευνήθηκε η επίδρασης των ανωτέρω εκχυλισμάτων στη βιοσύνθεση αφλατοξίνης από τον Aspergillus flavus. Ο έλεγχος για την παραγωγή αφλατοξίνης πραγματοποιήθηκε σε in vitro και in vivo βιοδοκιμές με ποιοτική ανίχνευση των αφλατοξινών με χρωματογραφία λεπτής στοιβάδας, αλλά και με ποσοτική τους εκτίμηση με τη μέθοδο ELISA. Στη συνέχεια, διερευνήθηκε ο μηχανισμός της επίδρασης των εκχυλισμάτων με μοριακές μεθόδους (Real-time PCR) όπου και διαπιστώθηκε η επίδραση των υδατικών εκχυλισμάτων στην έκφραση του μεταφραστικού παράγοντα AflR αλλά και του γονιδίου Nor-1 που ρυθμίζουν τη βιοσύνθεση αφλατοξίνης από τον A. flavus. Από τα αποτελέσματα συμπεραίνεται ότι στα υδατικά εκχυλίσματα των αυτοφυών και καλλιεργούμενων αρωματικών και φαρμακευτικών φυτών που εξετάσθηκαν περιέχονται βιοδραστικά μόρια ικανά να παρεμβαίνουν σε επίπεδο έκφρασης γονιδίων. Επιπλέον, με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής, το υδατικό εκχύλισμα του μελισσόχορτου (Melissa officinalis) έδειξε με βάση τις in vitro και in vivo βιοδοκιμές ότι μπορεί να αποτελέσει ισχυρό αντιαφλατοξικογόνο παράγοντα ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε τρόφιμα

On the Reusability of Machine Learning Models in Edge Computing: A Statistical Learning Approach

No abstract available

Proline and reactive oxygen/nitrogen species metabolism is involved in the tolerant response of the invasive plant species Ailanthus altissima to drought and salinity

Ailanthus altissima (Miller) Swingle (family Simaroubaceae), commonly known as the ‘Tree of Heaven’, grows aggressively in harsh environments where it invades abandoned fields or cracked city sidewalks. The present study deals with the adaptation of defence mechanisms of A. altissima seedlings subjected to two of the most important abiotic stress factors worldwide, drought and salinity. Salinity-stressed A. altissima seedlings were obtained by watering the plants with two different NaCl concentration solutions (150 and 300 mM) for 48 h, while drought-stressed plants were obtained after withholding watering for 14 d. Physiological parameters, reactive oxygen/nitrogen species and malondialdehyde content measurements in stressed plants indicated the abiotic stress factor-specific regulation of its defence response. Moreover, the content of the osmoprotective molecule proline was also affected by both stresses in parallel to the oxidative/nitrosative markers. Nitrate reductase enzymatic activity and protein content involved in nitric oxide biosynthesis, Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase enzymatic activity involved in proline biosynthesis, as well as the activity of H2O2-generating and scavenging enzymes (superoxide dismutase and catalase, respectively), provided further biochemical support for the specific abiotic stress tolerance mechanism of this invasive plant species

Total phenolic content, antioxidant activity and toxicity of aqueous extracts from selected Greek medicinal and aromatic plants

In this study, the total phenolic content, the antioxidant activity and toxicity of selected Greek medicinal aromatic namely Melissa officinalis L., Origanum vulgare L., Origanum dictamnus L., Salvia officinalis L. and Hyssopus officinalis L., were investigated under three different extraction processes. Among the plants studied, Melissa officinalis L. showed the highest values in total phenolic content (0.985 ± 0.001 mg caffeic acid/mL) and antioxidant activity (6.61 ± 0.04 mol Trolox/mL) independently of the extraction process. Toxicity evaluation of the infusions prepared in concentrations contained in commercial portions showed that inhibition values of Origanum vulgare L. and Origanum dictamnus L. were greater than 20% thus further research is necessary. Although toxicity of plant extracts examined is not correlated to their total phenolic content and antioxidant activity, it was linked to the interaction of water soluble and volatile organic compounds. Interaction of water soluble and volatile organic compounds was evaluated through the estimation of synergism ratios (SR), where Origanum vulgare L., presented the maximum synergism (SR = 4.2) in toxicity

Novel application and industrial exploitation of winery by-products

Abstract Grape is the largest fruit crop worldwide and the grape pomace is an important solid waste generated from pressing and fermentation processes in wine industries. Wine industry residues are rich in bioactive compounds and, in this case, the utilization of grape by-products for alternative uses has been a focus of research. The aim of the present project is to present the primary benefits of winemaking by-products to new products focusing on grape pomace, as well as to discover novel applications in food industry, cosmetics, pharmaceutical, agricultural, livestock fields and in energy recovery systems. Moreover, new green technologies for valuable components recovery will be summarized. Recognizing emerging technologies, researchers would have the opportunity to promote development of value-added products and high-quality applications in different markets and sectors recycling of winery by-products or even side streams. This study presents the main bioactive components of grape pomace, along with new current extraction pathways, targeting the decrease of negative environmental impact in parallel to functional added value applications

Chemical Characterization and Antioxidant Activity of Nine <i>Hypericum</i> Species from Greece

Hypericum L. comprises about 500 species distributed almost worldwide. Research has mainly focused on H. perforatum with confirmed biological activity on the alleviation of depression symptoms, among others. The compounds responsible for such activity are considered naphthodianthrones and acylphloroglucinols. Other Hypericum species are less studied or not studied, and further research is needed to complete the characterization of the genus. In this study we evaluated the qualitative and quantitative phytochemical profile of nine Hypericum species native to Greece, namely H. perforatum, H. tetrapterum, H. perfoliatum, H. rumeliacum subsp. apollinis, H. vesiculosum, H. cycladicum, H. fragile, H. olympicum and H. delphicum. Qualitative analysis was performed using the LC/Q-TOF/HRMS technique, while quantitative data were calculated with the single point external standard method. Additionally, we estimated the antioxidant activity of the extracts using DPPH and ABTS assays. Three species endemic to Greece (H. cycladicum, H. fragile, H. delphicum) were studied for the first time. Our results indicated that all studied species are rich in secondary metabolites, mainly of the flavonoids family, with strong antioxidant activity

Effects of different organic anti-fungal treatments on tomato plant productivity and selected nutritional components of tomato fruit

Organic farming and horticulture require the use of more environmentally-friendly chemicals to reduce potentially harmful side-effects on producers and on consumer health. Sulphur is one of the most important natural fungicides used in organic farming to protect plants against attack by powdery mildew (Leveillula taurica). The use of natural elicitors to induce natural resistance against fungal diseases may provide an alternative to conventional treatments. In this work, we compared the effects of wettable sulphur and two elicitors (Chitoplant (R) and Milsana (R)) on the productivity and nutritional quality of tomato (Solanum lycopersicum L cv. Belladonna). Both elicitors, and a conventional sulphur treatment resulted in a similar degree of protection against powdery mildew. One or more of these three treatments positively affected the concentrations of some natural phytochemicals in tomato fruit (e.g., ascorbic acid, quercetin trisaccharide, quercetin-3-O-rutinoside, beta-carotene, and potassium) compared with untreated control plants. The minimal environmental impact and absence of any negative side-effects on growers and consumer health may encourage the use of these elicitors in organic farming and horticulture