从农业残留生物活性化合物,获得技术、水分、营养添加剂的抗菌效果

文摘

农业蔬菜产品总是寻求满足日益增长的人口的需求;然而,今天,有重大损失在供应链和销售阶段。寻找更长的保质期的水果和蔬菜,采后技术已经开发,允许足够的转移从田地到销售点和更长的保质期。的一个最有吸引力的方法来提高质量和营养含量,延长保质期的水果和蔬菜与采后技术是生物活性化合物的结合。这些化合物是物质,可以防止食品变质和有害微生物的增殖,在某些情况下,作为膳食补充剂或提供医疗福利。本文提出了一种知识的更新概述生物活性化合物来源于植物残体,最常用的技术来获得他们,他们在食用电影公司和涂料,微生物抑制的方法。

1。介绍

目前,农业问题是基于生产足够的食物以满足全球消费者。然而,这样的生产必须专注于可持续的过程,从而避免产生污染和浪费来源于农业的过程。没用实现集约化和有机生产技术、采后损失在供应链内如果有在运输期间,在销售阶段,或在存储过程中。大部分的食物浪费发生在采后阶段,当产品感兴趣的从土壤中移除或与母亲分离植物及其恶化的开始。产品的路线从农村到城市地区,复杂的营销系统,以及国际贸易关注的要点是采后技术的实现,为了保持产品的质量尽可能长时间。植物组织当暴露在空气中,伴随着温度的变化,太阳辐射,和一些削减或打击,开始一个生理退化的过程。一些作物甚至在收获前的阶段,影响营养物质的限制或影响的作物在其最后阶段的一些条件限制产品的保质期在其采后阶段(1]。

联合国对2030年建立的全球议程确定不同的可持续发展目标。在其目标数量12-Responsible消费和生产,它寻求各国共同努力减少粮食损失和食物浪费的一代。粮食损失量化从生产到零售层面,而食物垃圾包括零售和消费水平2]。在一项由粮农组织et al。2]在2016年期间,粮食损失的比例按地区进行了分析,生成一个全球平均损失13.80%,代表每年损失4000亿美元以上。

采后流程的意义不仅在于保护农产品也有食物提供的营养质量状况良好,甚至对健康有益的化合物。众所周知,新鲜水果和蔬菜是维生素和矿物质的来源,有利于人类的健康。采后恶化这些化合物的仁慈的能力下降,除了物质的生成有害健康。

由于采后技术的应用的重要性,获得高质量的食物和足够的量。采后技术主要是基于控制存储环境或处理条件,包括温度和湿度。生物活性化合物的物质会干扰细胞衰老;的原因是他们已经纳入采后技术允许延长保质期的储存和运输阶段。这些生物活性化合物通常发现在相同的食物或植物提取的各种技术(3]。主要生物活性化合物表现出抗氧化和抗菌性4),这使他们对纳入的吸引力最小加工和园艺产品保护技术。

2。主要生物活性化合物在植物废料

循环经济是一个系统资源的使用,减少元素盛行,它适用于不同的机制,目的是尽量减少废物的产生,从而释放自然资源的经济增长。每一年,据估计,三分之一的食品生产是浪费5),2040万吨是浪费在墨西哥所6]。在水果和蔬菜部门,占总数的45%产生迷失在生产链(水分、处理和分布)和消费(7,8]。目前,世界的水果和蔬菜采后损失由微生物引起的5 - 25%的顺序在发达国家和发展中国家的20 - 50%。这种浪费是土壤污染的起源,空气和水源,影响环境和公共卫生(9]。

在墨西哥,水果加工业(柠檬、梨、西红柿、苹果、木瓜、菠萝、香蕉和橘子),蔬菜和谷物(玉米),(豆类、卷心菜、胡萝卜、生菜和土豆)每年产生约7600万吨的废物(10]。因此,有必要寻找新的技术和环保解决方案,将水果和蔬菜废弃物作为新原料,为了发展和扩大bioproducts与高附加值的生产。

农业的和工业的废水有很大可能产生食品添加剂,可以有利于确保全球粮食的可持续性11]。考虑他们的迁移率高,植物来源的副产品可以用来获得商业价值的生物活性产品(12]。一种生物活性化合物是一种具有生物活性物质。在更广泛的意义上,它是一种物质,有影响或可以触发一个活的有机体的生理反应。他们来自植物来源,生物活性化合物是植物成份,是食物链的一部分,负责许多有益健康的变化。例如,抗氧化,抗癌,抗炎,抗过敏药,antiatherogenic和抗增殖属性是主要的生物活性的生物活性化合物(13]。

从一些植物初级代谢产物生物活性化合物是合成(如氨基酸)或从中间化合物通过初级代谢专业只在一个特定的细胞类型增长阶段,或在特定的条件下,使他们的提取和纯化困难14]。商业有用(次生代谢物)萜类化合物生物活性化合物,多酚、维生素、生物碱等。15),已被用于预防疾病和治疗的风险范围广泛的疾病。在工厂,他们有一个保护作用对生物和非生物压力(16]。考虑到生物活性化合物存在于不同数量,重要的是要发展生产,为了获得尽可能多的,找到更便宜的新来源和替代(17,18]。因此,材料被认为浪费是宝贵的生物活性化合物的来源,能够提取并实施新的流程和产品的替代化学食品添加剂。

水果加工工业的副产品如树皮、皮、种子、果渣代表最大的浪费,是由各种各样的生物活性化合物与多个生物属性。开采残留的食品产品附加值的发展可以使一代的额外的好处。目前已知生物活性化合物的净化技术的成本超过了后处理的成本,以便充分利用废物与功能性质添加剂会导致食品行业减少浪费和提高其盈利能力14]。

水果和蔬菜废弃物主要由木质生物质,是由纤维素(30 - 50%)、半纤维素(15 - 35%)和木质素(10 - 20%)19),是一个可行的糖类和酚类化合物的来源。酚类化合物分为初级自由基的抗氧化剂抑制脂质氧化的食腐动物,减少挥发性化合物的形成(醛和酮)导致酸败20.]。酚类化合物是重要的抗氧化性能及其预防退化性疾病如癌症和心脏病(21]。酚酸是一群衍生品的苯甲酸、肉桂酸如辣椒素、鞣花酸、水杨酸、单宁,香兰素,高卢,syringic, p-coumaric, o-coumaric, m-coumaric,咖啡,阿魏,sinapinic,与绿原酸发生在两种形式,自由和约束(9]。黄酮类化合物是由两个芳香环加入了3个碳键。此外,属于不同的子类,如花青素类黄酮、黄酮醇、黄烷酮类、黄酮和异黄酮。对称二苯代乙烯的结构是由两个苯基环由一座桥连接在一起的两个碳原子,如白藜芦醇和viniferine [20.]。另一方面,木酚素是一个复杂的、异构的聚合物,形成主要由phenylpropanoid衍生品对应于所谓monolignols (p-coumarilic、松柏和sinapyllic醇)(16]。香豆素类也简单的酚类化合物,有自己的链端形成一个循环结构(内酯或糖类)。最后,单宁主要分为两类:hydrolysable单宁,特点是具有糖苷的结构,和浓缩单宁聚合物的结构与类黄酮化合物(也称为原花青素,原花青素,或leucoanthocyanidins)。表1介绍了各种植物残体中主要生物活性化合物抗菌,抗炎、抗癌、抗过敏药、抗血栓形成的,护心、血管舒张药活动。

3所示。概述的方法获取生物活性化合物来源于植物残留物

发现的生物活性化合物的提取及其应用成为活跃的疾病的治疗原则导致强调人类社会的发展。天然生物活性化合物发挥重要作用在日常活动中,与健康有很多好处和低毒性或负面影响。近年来,高需求的天然生物活性化合物生成,创建需要开发合适的方法、设备、或策略等的提取化合物从自然资源(50- - - - - -52]。

提取方法的选择和操作参数的过程总是基于生物活性化合物的整体性能。然而,有必要确定化合物的家庭或特定化合物的提取,以优化操作条件(51]。

生物活性化合物的提取策略从农业的和工业的废物的目标应该是生物活性化合物的去除性能最大化,创造最低残渣。所选方法应该适应满足工业加工的要求,如生物活性化合物纯度及其保护状况,以避免恶化和氧化的化合物,以及保证最终产品的质量特性和过程的可持续性53]。

农业的和工业的残留的生物活性化合物如水果,蔬菜,植物可以通过不同的方法提取,如下所述。提取过程可以受到许多因素的影响,包括溶剂和矩阵性质,颗粒大小,过程压力、时间、温度、和solvent-matrix比率(54]。

3.1。固液萃取

固液萃取,通常称为浸渍,是最古老的技术从植物获得非易失性化合物,通过使用不同的溶剂接触植物矩阵。删除技术是许多其他新技术的基础提高提取生物活性分子的产量,减少分离的时间,诱导,溶剂和节能53- - - - - -55]。固液萃取的产量取决于溶剂的极性的类型,混合物的pH值,提取时间、温度,以及样品的化学成分和颗粒大小(51]。

新技术是基于固液萃取和命名“辅助”技术,如微波、超声波、压力、电气技术(欧姆加热),酶和机械(加压热水提取和亚临界流体萃取)治疗。这些新技术适用于改善经济复苏有价值的化合物,具有不同性质和生物活性,因为他们使用绿色溶剂和允许破坏植物细胞有更好的复合提取,同时最小化对生物活性化合物的影响(55]。

3.2。微波萃取

微波萃取(美)是一个固液萃取和微波加热。微波电磁波的频率300 MHz和300 GHz之间的不同。微波加热是由样本的容量吸收微波的能量并将其转换为热量。微波能量转化为热量发生由于偶极离子机制。极性分子的存在微波加热的原因是由于偶极自然的水。微波产生一个振荡电场,永久极化偶极分子试图在电场的方向调整,导致分子导致的内部摩擦材料的加热(56- - - - - -58]。

梅的主要优点是提取的高收益,兼容环境,提取时间短,温度迅速上升,效率高、更好的监测过程中,和低能耗和成本(59]。美生物活性化合物的提取效率取决于粒子大小、照射时间、力量,和solid-to-liquid比率。美已经应用于提取许多天然化合物从农业的和工业的残留物从蔬菜和水果来获得具有生物活性的化合物,主要是抗氧化剂,多糖,油富含类胡萝卜素和多酚类化合物(60]。

3.3。超声波协助提取

超声波协助提取是一种广泛使用的技术,从许多农业的和工业的废弃物中提取生物活性化合物。原则是基于空化的影响,强化溶剂之间的传质和矩阵。附近的空化泡沫的破裂组织表面微型喷气发动机产生撞击,导致组织破坏和溶剂进入组织的深层渗透矩阵,提高提取率。超声波提取提供了一个优势的较短的处理时间,提高质量,它被认为是一个环保技术(46,61年]。

3.4。亚临界水萃取

用亚临界水萃取是最近方法提取生物活性化合物,使用溶剂在高温(100 - 374°C)和临界压力(1 - 22.1 MPa),溶解活性物质的原材料。由于这些极端条件下,感兴趣的化合物的溶解度增加,使它可以使用水代替有机溶剂。添加乙醇有助于降低提取温度和浓度的有毒化合物,由美拉德反应生成在农业的和工业的废物。亚临界萃取提取的优势获得高收益,以极低的溶剂和短的操作次数。然而,也有一些缺点:需要提高温度,对于一些热敏性成分的提取,高温不合适,他们退化的结果(51,62年,63年]。

3.5。超临界流体萃取

超临界流体萃取是一种绿色提取方法已被广泛用于获得具有生物活性的化合物从不同的原料,与应用程序的二氧化碳作为可再生能源和绿色溶剂。提取的低价,提取温度低,没有毒性的二氧化碳使该方法的选择从农业的和工业的残留物中提取生物活性化合物(64年,65年]。

3.6。膜技术

农业的和工业的水废物的最终处置已经成为食品加工行业的一个重大挑战,由于其对环境的负面影响。的驱使膜过程,如微、纳米、和超滤废水的处理有几个好处:分离效率高、低能量需求,容易扩大,操作简单,高生产率和相变的缺失。许多生物活性化合物已经从农业的和工业的废物利用膜技术,如抗氧化化合物,碳水化合物,果胶,蛋白质、糖类和酚类化合物66年]。

3.7。发酵和酶的过程

通过发酵生产生物活性化合物的生物转化或从农业的和工业的残留酶过程增加了近年来。固态发酵(SSF)是一种生物过程的酶释放的微生物(细菌、真菌、酵母)作为生物催化剂,并允许更好的释放和不同基质生物活性化合物的提取。社保基金是一个经济生物加工工艺容易实现,因为它需要小设备和较低的资本投资。酶促过程更复杂,是昂贵的,和有一些限制,如低稳定、复苏,和温度敏感性,可以减少使用固定化酶(55]。大多数微生物是丝状真菌,如使用木霉属和曲霉属真菌,由于其高生产次生代谢产物和酶,可用于农业的和工业的残留代谢产生不同的生物活性化合物(67年]。

4所示。可食用的电影和涂料作为采后技术

采后的效果,避免或减少不良不同的技术实现。之间的最常用方法是存储在低温下,应用射线和紫外线辐射,保护控制大气中,和使用塑料包装(68年,69年]。寻求改善营养品质和园艺产品的商业价值,有研究集中在可食用的电影和涂料的发展。他们提供的可能性提高的安全产品作为一个障碍对交通的水蒸气、氧气,和化合物负责味道,颜色和香味(70年- - - - - -73年]。

可食用膜(EF)是一个预制矩阵,通过成型,而食用涂层(EC)是一个透明的,连续的,食用,又瘦矩阵,这是放在食物的表面通过浸泡或喷洒coating-forming解决方案,其厚度总是小于EFs的(74年]。EF和EC有保护产品的质量的目的,作为包装,并延长其使用寿命。

EF和欧共体形成解决方案的组件的设置分为三个主要类别,如表示2。然而,电影和涂料的配方将取决于他们将执行的功能。此外,既可以作为支持含有生物活性的化合物如抗菌素、抗氧化剂,色素,和化合物提供风味和香气,防腐剂,维生素和矿物质等(图1)。在化合物通常用于提供稳定EF和EC乳化剂,表面活性剂、增塑剂。乳化剂持有组件组合在一起形成的解决方案;表面活性剂降低表面张力的配方,实现更大的一致性;增塑剂修改其力学性能(75年]。

可食用的电影和涂料的使用已被证明是一种有效的保存食物的方法。然而,当涂层水果或蔬菜,它是必要的,应该有一定的渗透氧气和二氧化碳,为了避免厌氧呼吸。这种无氧呼吸可以诱发生理失调和快速损失的质量和保质期食品(77年]。出于这个原因,制定的正确选择是至关重要的。表3显示了组件用作EC的各种研究和/或EF,以及他们对水果和蔬菜产品的影响。

5。微生物的抑制方法,生物活性化合物纳入采后阶段

采后腐烂的水果和蔬菜病原微生物的作用是显著的水平在这些产品的损失99年]。的生物活性化合物在采后果蔬产品导致控制病原微生物的发生率[One hundred.]。表4显示了一些示例的生物活性化合物的抗菌活性恢复植物残体和应用在植物产品采后阶段。

探索天然植物产品的生物活性化合物来源采后损失的水果和蔬菜的保护仍处于初期阶段。信息在植物提取物的作用机制是稀缺的;其抗菌活性可能是由不止一个的行动模式101年]。然而,有不同的来源引用这些化合物的机制发挥其抗菌效果,主要抑制真菌和病原菌恶化。

Anibal et al。102年)报道,果皮提取物的抗真菌作用,与大量的石榴皮punicalagin和单宁都归因于的结构和细胞形态学的变化假丝酵母属。当通过电子显微镜观察时,治疗细胞呈现不规则的细胞壁,用粘性材料表面以及菌丝的断裂和脱屑。

醛也被描述,一群挥发性化合物,干涉真菌细胞分裂反应和灭活巯基官能团参与真菌细胞的分裂。肉桂醛等化合物(提取肉桂),柠檬醛(从柠檬草提取)和perillaldehyde(从紫苏属植物中提取)是很好的电子给受体。这些化合物通过破坏真菌代谢形成电荷转移复合物与电子给体存在于真菌细胞(103年]。

此外,绿茶的茶多酚(卡梅利娅sinensis)研究了其抗真菌能力对真菌影响大米。研究表明膜的渗透性的改变水稻的真菌时呈现的百分比的增加电解液泄漏。由于酚羟基可以绑定的亲水端结块的脂质膜脂质双分子层,因此,这些损伤细胞膜,促进电解液泄漏。此外,绿茶多酚表现出抗菌活性在高剂量的儿茶素(EGCG),脂质体膜的破坏大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,因而泄漏intramembrane材料和脂质体的聚合。另外,这些茶多酚已被证明强烈抑制致病性的生物膜的形成大肠杆菌菌株,通过减少监管的表达蛋白质“CsgD,纤维素生物合成的关键催化剂(104年]。

一些酚类化合物的抗菌能力提取芒果残留物,如galangin,是由于细胞DNA促旋酶的抑制细菌。酶的抑制拓扑异构酶IV,以及anti-beta-lactamase活动(金属和蛋白结合,影响其生物利用度),产生非特异性效应引发的抗氧化和抗菌现象(105年]。

有机酸提出了抑制微生物的作用机理相关的酸碱平衡,质子捐赠和细胞的能源生产。微生物细胞的正常状态通过建立一个内部保持平衡pH值接近中立。细胞内稳态被定义为建立化学平衡在面对环境变化,微生物细胞受损,导致他们的变更。当pH值的变化发生时,蛋白质,核酸和磷脂可以将微生物细胞结构改变(106年]。

各种出版物表明,挥发性化合物的抗菌作用的主要机制从不同的水果中提取细菌膜表明潜在的损害,产生磁导率的变化,极化,流活动的中断。酚类化合物显示修改的规定的能力与某些毒力相关的基因属性细菌,包括疏水性、依从性、能动性、入侵和生物膜的生成。上面显示的潜力从水果中提取酚类化合物和抗菌素(107年]。

其他作者所描述的行动的机制,一些生物活性化合物普遍存在。Lauzardo et al。108年]提到,酚类化合物对微生物的毒性效应可以归因于酶抑制化合物氧化。萜烯和精油,虽然没有完全研究,会导致膜破裂的亲脂性的化合物。生物碱是嵌入在DNA,而卵磷脂和多肽形成细胞膜离子通道的微生物,或者通过竞争性抑制,导致微生物蛋白质粘附宿主受体多糖。

6。结论

生物活性化合物是排队来帮助采后技术革新,实现改善增加水果和蔬菜的保质期。他们提供不同的保护机制使他们多才多艺的各种形式的应用目前采后技术。酚类化合物及其衍生物是迄今为止最大的物质对氧化应激保护属性,以及微生物的攻击。

残留的植物来源的使用遵循的意识形态循环bioeconomy,寻求可持续的过程,允许获得一个额外的价值。植物性废料富含获取生物活性化合物。挑战在于改进当前的技术或寻找新的那些允许更高比例的获得具有生物活性的化合物,以及方法纳入水果和园艺产品。进一步的研究应集中在探索小说从植物废弃物生物活性化合物的来源,他们的绿色提取方法和评价微生物抑制机制。文献表明,主要的作用机制从植物中提取的化合物来源是抗菌药物对细胞结构的破坏。虽然有信息,允许解释这些影响,更多的研究是必要的一个完整的理解的不同机制作用的生物活性化合物的存在腐败和病原微生物在采后阶段。

数据可用性

数据支持这个系统回顾之前报道的研究和数据集,已被引用。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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