Simultaneous supercritical fluid extraction of heather (Calluna vulgaris L.) and marigold (Calendula officinalis L.) and anti-inflammatory activity of the extracts

Heather (Calluna vulgaris L.) and marigold (Calendula officinalis L.) are two rich sources of bioactive pentacyclic triterpenes. The supercritical carbon dioxide (SCCO2) extraction of these two plants was explored at a pressure range of 25–50 MPa, 50 ºC, with or without fractionation, different extraction times (1.5–4.0 h) and using ethanol as a co-solvent (0 and 10% w/w). In order to determine potential synergisms, a combined extraction (heather + marigold 50:50) was also studied. In general, higher extraction yields were achieved when the co-solvent was added. Higher concentrations of total triterpenic acids were obtained in heather extracts, specially using ethanol. The co-solvent did not increase the terpene concentration in marigold extracts. For the combined extraction, an antagonist effect in the triterpene concentration was observed in absence of a co-solvent, whereas a synergistic effect was exhibited in its presence, especially for ursolic acid. In general, the extracts showed a certain anti-inflammatory effect, although a straight correlation with the analyzed triterpenic acids concentration was not exhibited. Moreover, the combined extraction exposed a similar anti-inflammatory activity in comparison with the individual plant extractsThe authors gratefully acknowledge the financial support from Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (project AGL2013-48943-C2) and the Comunidad Autónoma de Madrid (ALIBIRD, project number S2013/ABI-2728

Antioxidant activity and characterization of whey protein-based beverages: Effect of shelf life and gastrointestinal transit on bioactivity

Whey proteins can exhibit antioxidant activity. The objectives of this study were to formulate model whey based beverages with well-established antioxidants (plant polyphenols, vitamins and astaxanthin) to investigate (1) the antioxidant shelf life over a 24-week period and (2) the antioxidant activity after upper gastrointestinal transit. Pilot scale processing (pasteurization, ultra-high temperature or spray drying) was used to prepare beverages which were representative of current product formats. In vitro gastrointestinal digestion of test samples was performed using the standardised INFOGEST method and antioxidant activity of samples was determined using ABTS, FRAP and ORAC. Results from the antioxidant shelf life study provided evidence that powder products functionality was preserved. Whey beverages (pasteurised or spray dried) increased or maintained antioxidant activity during gastrointestinal transit. Combination of whey with additional antioxidant ingredients increased the bioactivity of formulated products; however, this greater bioactivity was altered after gastrointestinal transit, depending on processing type and antioxidant methodology. Industrial relevance: Whey protein-based antioxidant beverages could benefit the elderly consumer to meet their increased protein requirements and boost their antioxidant status. Consumer's acceptance for whey protein-based beverages often improves with clear formulations. This work generated whey protein-based UHT beverages with greater stability and clarity than pasteurised formulations. A novel combination of plant and marine antioxidants increased antioxidant activity of whey protein-based formulations. Furthermore, to suit export markets this work generated spray dried whey protein formulations that did not alter antioxidant potentialThis work was funded by the Irish Department of Agriculture, Food and the Marine, FIRM 13F354-WheyGSH and 15F604-TOMI). A. R. Corrochano was in receipt of a Teagasc Walsh Fellowship. E. Arranz also received funding from Enterprise Ireland (MF2018-0151) and the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 71365

Sustainable Extraction Techniques for Obtaining Antioxidant and Anti-Inflammatory Compounds from the Lamiaceae and Asteraceae Species

Melissa officinalis L. and Origanum majorana L., within Lamiaceae family, and Calendula officinalis L. and Achillea millefolium L., within the Asteraceae, have been considered a good source of bioactive ingredients with health benefits. In this study, the supercritical fluid extraction (SFE) using pure CO2, and the ultrasound assisted extraction (UAE) were proposed as green techniques to obtain plant-based extracts with potential antioxidant and anti-inflammatory activities. Higher values of total phenolic content and antioxidant activity were achieved in UAE ethanol:water (50:50, v/v) extracts. Meanwhile, UAE pure ethanol extracts showed greater anti-inflammatory activity. RP-HPLC-PAD-ESI-QTOF-MS/MS analysis showed a vast number of phenolic compounds in the extracts, including unreported ones. O. majorana ethanol:water extract presented the highest content of phenolics and antioxidant activity; among its composition, both rosmarinic acid and luteolin glucoside derivatives were abundant. The pure ethanol extract of A. millefolium resulted in an important content of caffeoylquinic acid derivatives, luteolin-7-O-glucoside and flavonoid aglycones, which could be related to the remarkable inhibition of TNF-α, IL-1β and IL-6 cytokines. Besides, borneol and camphor, found in the volatile fraction of A. millefolium, could contributed to this latter activity. Thus, this study points out that O. majorana and A. millefolium are considered a promising source of bioactive ingredients with potential use in health promotion

Selective precipitation of phenolic compounds from Achillea millefolium L. extracts by supercritical anti-solvent technique

In this work the fractionation of an ethanolic extract of Achillea millefolium L. (yarrow) using supercritical carbon dioxide anti-solvent technique was studied, with the target of increasing the concentration of phenolic compounds in the precipitated fraction. The effect of pressure on the selective precipitation was analyzed, together with the morphology and particle size distribution of the precipitates. In the range of pressures studied (10–20 MPa), up to a 3 fold increase of the total phenolic compound concentration was observed in the precipitates in comparison with the ethanolic yarrow extract. In addition, the selective fractionation of the main phenolic compounds identified in the extract (3,5-dicaffeoylquinic acid, a glycoside form of apigenin and luteolin, as well as the aglycones) was analyzed. Particle sizes around 250–330 μm were produced with a nozzle of 101.6 μm inner diameter, due to the formation of aggregates. In this respect, increasing pressure from 10 to 15 MPa resulted in smaller particles, while further pressure increasing had no significant effect on particle size decrease.The authors gratefully acknowledge the financial support from Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (project AGL2013-48943-C2) and the Comunidad Autónoma de Madrid (ALIBIRD, project number S2013/ABI-2728).Peer Reviewe

Concentración de compuestos fenólicos de milenrama mediante precipitación supercrítica anti-solvente

Resumen del póster presentado a las II Jornadas Científicas CIAL-Fórum, celebradas durante los dias 16 y 17 de noviembre de 2016 en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL).La milenrama (Achillea millefolium) se ha utilizado en la medicina tradicional para el tratamiento de diversas enfermedades. Uno de los grupos de compuestos farmacológicamente más importantes de esta planta son los compuestos fenólicos, cuya presencia se ha asociado a diversas propiedades beneficiosas para la salud, como por ejemplo, propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, antimicrobianas y antimutagénicas. Por lo tanto, sería interesante obtener extractos de milenrama con una alta concentración de compuestos fenólicos. En este sentido, el uso de CO2 supercrítico aplicado como anti-solvente (SAS) se presenta como una alternativa ecológica y eficiente para el fraccionamiento y concentración de compuestos fenólicos de extractos vegetales. En este trabajo, se estudió el fraccionamiento de un extracto de milenrama, con el fin de obtener productos enriquecidos en compuestos fenólicos. Para ello, se realizó la precipitación SAS de un extracto de milenrama obtenido mediante Extracción Asistida por Ultrasonidos (UAE) con etanol. Los ensayos de precipitación se llevaron a cabo a 40 ºC y a distintas presiones (10, 15 y 20 MPa). Se determinó el contenido de compuestos fenólicos totales y se analizó la morfología, así como la distribución y el tamaño medio de las partículas obtenidas en los precipitados. Se obtuvieron precipitados con una concentración de compuestos fenólicos totales hasta 2,9 veces mayor que la del extracto UAE de partida, y un rendimiento de precipitación de compuestos fenólicos de hasta el 41 %. Los precipitados presentaron una morfología irregular formada por agregados de partículas semiesféricas. El aumento de la presión, principalmente entre 10 y 15 MPa, produjo una disminución del tamaño medio de partícula y precipitados con una distribución de tamaños más homogénea. Por lo tanto, mediante tecnología SAS se logró la precipitación selectiva de los compuestos fenólicos de milenrama, obteniéndose productos que podrían utilizarse como ingrediente alimentario funcional.Los autores agradecen la financiación otorgada por el Ministerio de Economía y Competitividad de España (proyecto AGL2013-48943-C2) y la Comunidad Autónoma de Madrid (ALIBIRD, número de proyecto S2013 / ABI-2728).Peer reviewe

Determinación de la actividad antiinflamatoria y antioxidante de la fracción biodisponible de un extracto de milenrama

Resumen del póster presentado a las II Jornadas Científicas CIAL-Fórum, celebradas durante los dias 16 y 17 de noviembre de 2016 en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL).El objetivo de este trabajo ha sido evaluar la actividad antiinflamatoria y antioxidante de la fracción biodisponible de un extracto de milenrama, obtenido a partir de una extracción asistida con ultrasonidos (UAE) y sometido a un proceso de digestión y absorción intestinal in vitro¸ mediante la línea celular Caco-2. También se llevó a cabo la identificación y cuantificación de los compuestos fenólicos presentes en esta fracción biodisponible. Con el fin de evaluar la actividad antiinflamatoria de dicha fracción, se utilizó una línea celular de monocitos humanos THP-1, diferenciados a macrófagos con PMA y estimulados con LPS para inducir el proceso de inflamación. Los resultados obtenidos tras la incubación de 6, 10 y 24 horas con la fracción biodisponible mostraron una inhibición en la secreción de las citoquinas proinflamatorias TNF-α, IL-1β, IL-6 en todos los tiempos estudiados. Asimismo, en esta fracción biodisponible se determinó un porcentaje de compuestos fenólicos totales del 21 % respecto al extracto digerido y una actividad antioxidante del 15% respecto a dicho extracto. El estudio de los compuestos fenólicos mediante HPLC- PAD mostró que los ácidos dicafeoilquínicos, principalmente el 4,5- DCQA, 3-4 DCQA y 1,5- DCQ, la vicenina-2, un derivado de la apigenina, el schaftósido y un isómero de éste, fueron los principales componentes de la fracción biodisponible. De esta manera, este trabajo demuestra que los compuestos fenólicos presentes en la fracción biodisponible de un extracto de milenrama pueden ejercer ciertas propiedades beneficiosas, tales como su actividad antiinflamatoria y su capacidad antioxidante.Los autores agradecen la financiación otorgada por el Ministerio de Economía y Competitividad a través del proyecto ALG-2013-48943-C2-1-R y Comunidad Autónoma de Madrid (ALIBIRD, P2013/ABI2728).Peer reviewe

Protein matrices ensure safe and functional delivery of marjoram (Origanum majorana) extracts

Resumen del póster presentado a la 16th Food Colloids Conference, celebrada en Wageningen (Holanda) del 10 al 13 de abril de 2016.--et al.To understand the interactions between carriers and functional ingredients is crucial when designing delivery systems, to maximize bioefficacy and functionality. In this study, protein nanoparticles were evaluated as means to protect marjoram extract. Casein micelles from fresh skim milk and soy protein isolate (SPI) were chosen as model protein nanoparticles. Extract obtained from marjoram leaves (Origanum majorana), containing 5 % of rosmarinic acid was obtained from pressurization of ethanol/water solvent (50:50, v/v) on grinded marjoram leaves for 10 min at 100 ºC. Protein dispersions of casein and SPI (0.5 % w/v) with or without marjoram extract (0.1-3 mg/mL) were prepared and homogenized using conventional homogenization at four passes and 450 kPa. The physicochemical characterization of size, charge and entrapment efficiency for loaded protein formulations were conducted. The results demonstrated that marjoram extract did not induce any alteration of the size and charge of the formulations, while the entrapment efficiency was highly dependent on the carrier itself. SPI formulations showed 20% more entrapment of marjoram extract when compared to casein formulations. To investigate the physiological behaviour of the marjoram –protein dispersions, human macrophages differentiated from THP-1 cells were employed. A non-specific inflammatory response of macrophages stimulated with bacterial lipopolysaccharide in the presence of marjoram formulations was conducted for 24h incubation time and TNF-α, IL-1β and IL-6 cytokine secretion was measured by ELISA. Both formulations ensured high bioefficacy of marjoram extract, and would suggest that these protein nanoparticles could be used as carriers for safe delivery of the such type of extracts. Nevertheless, the behavior and controlled release of the protein – bioactive dispersions during transition in the gut needs to be addressed.Peer Reviewe

Phenolic compounds fractionation of yarrow extract: antioxidant and anti-inflammatory activities

Resumen del trabajo presentado a las III Jornadas Científicas CIAL Fórum, celebradas del 22 al 23 de noviembre de 2018 en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL).Achillea millefolium L. commonly known as yarrow, is a flowering plant that belongs to the Asteraceae family, and is widely used in folk medicine against some health disorders like skin inflammation, gastrointestinal, as well as hepatobiliary complaints1. It seems that its abundance in phenolic compounds contributes to a wide range of its bioactive properties2. The aim of this study consisted in the characterization and evaluation of the antioxidant and anti-inflammatory activity of phenolic compounds presented in isolated fractions obtained by the use of XAD7 adsorption resins. A yarrow extract was obtained by ultrasound assisted extraction (UAE) with pure ethanol. Phenolic compounds fractionation was subsequently performed on a XAD7 resin column using methanol:water as elution solvent, following this elution programme: 0:100, 20:80, 80:20 and 100:0. Fraction collected with 80:20 (MeOH:H2O) (named as Met-80) showed the highest phenolic compound content (226.7 mg GAE/ d.w.), and the highest antioxidant activity too (0.85 mmol TE/ g d.w.). Besides, phenolic acids and flavonoids were characterized in HPLC-PAD/MSMS showing that cafeic acid derivates and flavones, specifically dicaffeoylquinic acid isomers, and luteolin and apigenin glucosil derivatives, were the main compounds in Met-80 isolated fraction. The anti-inflammatory activity from the original extract and the four fractions were also evaluated using a human macrophages model with THP-1 cell line. After bacterial lipopolysaccharide activation and incubation, the Met-80 yarrow fraction stood out with the highest inhibitory effect on the pro-inflammatory cytokines secretion (TNF-α, IL-1β and IL-6), being more effective with respect to the rest of the yarrow fractions, even to the original extract. These results suggest that phenolic acids and flavonoids are responsible of the antioxidant and anti-inflammatory activities from Achillea millefolium.This research project was supported by the Spanish Government (FORCHRONIC: AGL-2016- 76736-3-1-R) and the Autonomous Community of Madrid (ALIBIRD: P2013/ABI2728).Peer reviewe

Evaluación de las propiedades bioactivas frente a Helicobacter pylori de un extracto de Achillea millefolium L. y sus fracciones obtenidas por fraccionamiento supercrítico antisolvente

Póster presentado al XXII Congreso Nacional de Microbiología de los Alimentos, celebrado en Jaén del 12 al 15 de septiembre de 2022.Achillea millefolium L., conocida tradicionalmente como milenrama, es una planta que se utiliza en la medicina popular europea para el tratamiento de diversos problemas de salud. Los principales compuestos bioactivos presentes en esta planta, principalmente compuestos fenólicos y terpenos, se han relacionado con efectos antioxidantes, anti-inflamatorios, antibacterianos, antitumorales y antidiabéticos. Helicobacter pylori (H. pylori) es uno de los principales patógenos humanos que afecta al 50% de la población mundial. Su tratamiento se basa en una terapia combinada de al menos dos antibióticos diferentes. En los últimos años se han incrementado significativamente las cepas de H. pylori resistentes a los antibióticos, por lo que es necesario buscar alternativas sostenibles para su tratamiento y/o erradicación. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el potencial efecto antibacteriano, antioxidante y anti-inflamatorio de un extracto de milenrama y sus fracciones obtenidas por fraccionamiento supercrítico antisolvente, frente a tres cepas de H. pylori. En general, todas las muestras mostraron en mayor o menor grado actividades antibacterianas, anti-oxidantes y anti-inflamatorias frente a las diferentes cepas de H. pylori utilizadas. El extracto original de milenrama, constituido principalmente por flavonoides y ácidos fenólicos fue bactericida para dos de las cepas utilizadas. Mientras que la fracción menos soluble (F1), enriquecida en compuestos fenólicos, fue la que presentó una mayor actividad antioxidante, disminuyendo hasta en un 40% la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en células gástricas infectadas por H. pylori. Por otro lado, la fracción más soluble (F2), enriquecida en terpenos, exhibió el mejor potencial anti-inflamatorios reduciendo hasta en un 70% la producción de IL-8 en células gástricas infectadas por H. pylori. Estos resultados sugieren la potencial eficacia del uso de extractos procedentes de milenrama frente a H. pylori, contribuyendo así al desarrollo y la obtención de nuevas estrategias para el control de este patógeno humano.HELIFOOD (AGL2017-89566-R); FEDER: Una manera de hacer Europa.Peer reviewe

Obtención de extractos enriquecidos en ácido rosmarínico a partir de mejorana

Resumen del póster presentado en las I Jornadas Científicas CIAL Forum 2014, celebrado en Madrid el 5 de junio de 2014.La mejorana (Origanum majorana L.) es una hierba perteneciente a la familia Lamiaceae, empleada tradicionalmente para el tratamiento de síntomas gastrointestinales, enfermedades bronquiales y congestión nasal, entre otras. Debido a sus propiedades, los compuestos bioactivos presentes en la mejorana han sido estudiados, concluyéndose en aceites esenciales, compuestos fenólicos y labiataetaninos, destacando el ácido rosmarínico (AR) al cual se le confieren actividades biológicas como antiviral, antibacterial, anti-inflamatorio y antioxidante. Tradicionalmente la extracción de estos compuestos ha sido mediante extracciones sólido-líquido convencionales, concluyendo que las mezclas de agua-metanol han sido las más efectivas. El objetivo de este estudio fue determinar las condiciones óptimas de extracción de AR mediante fluidos presurizados (PLE) a partir de mejorana. Para ello se realizaron extracciones a diferentes condiciones de temperatura (100ºC y 150ºC) y concentraciones de metanol-agua (30% metanol 50% metanol, 70% metanol). La composición de AR en cada uno de los extractos fue determinada a partir de HPLC-DAD. Los resultados obtenidos muestran que el rendimiento de extracción de AR resultó diferente para las dos temperaturas estudiadas, siendo superior a 100ºC. Así mismo, se observaron diferencias para cada concentración de disolvente, siendo las condiciones de 100ºC y 50% metanol-agua las que presentaron mejores resultados (12,7 mg AR/g extracto). Los valores obtenidos a estas concentraciones resultaron similares a los reportados por otros autores. Futuros estudios consistirán en la obtención de concentrados de AR mediante técnicas de purificación con resinas XAD-7HP y ultrafiltración con membranas, para finalmente determinar su capacidad antioxidante mediante el método de ORAC y su capacidad anti-inflamatoria de en modelos celulares THP-1.Peer reviewe