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Insights into Acacia spp.: A Comprehensive Phytochemical Analysis for its Potential Industrial Applications
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|---|---|---|---|---|
| Documento em Acesso Embargado até dia 23-05-2028. Tente solicitar cópia ao autor carregando no ficheiro. | 6.05 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
This study explored the bioactive and nutritional potential of various Australian Acacia species, recognized as problematic invasive plants in several regions worldwide. The research aimed to develop analytical methods to identify and quantify bioactive compounds in different biomass fractions of these plants. Initially, flowers of Acacia dealbata, Acacia mearnsii, and Acacia retinodes were harvested and analyzed, focusing on their chemical composition, antioxidant potential, and enzyme inhibition activities. The analysis included the identification of phenolic compounds using High-performance liquid chromatography coupled to a diode array detector (HPLC/DAD), as well as Fourier Transform Infrared Spectroscopy with Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR) and Fourier Transform Raman Spectroscopy (FT-RAMAN). The results indicated that extracts obtained during the early flowering stage exhibited higher bioactivity, likely due to the presence of chalcones, suggesting potential therapeutic applications, including treatments for dementia, diabetes, and microbial infections. Subsequently, the study evaluated the phenolic profile, antioxidant, and antimicrobial properties of seed pods from several Acacia species, including A. melanoxylon, A. longifolia, and A. cyclops. Liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry (LC-ESI-HRMS/MS) successfully identified key flavonoids, with A. pycnantha and A. cyclops displaying the highest concentrations of total phenolic compounds. The seed pod extracts demonstrated significant antibacterial activity, particularly against Klebsiella pneumoniae and Bacillus cereus, indicating potential for future industrial applications. The study also explored the potential of Acacia seed pods as a source of nutrients for animal feed and soil fertilization. Notably, A. retinodes seed pods were rich in proteins, fibers, and minerals such as potassium, calcium, and magnesium, suggesting their suitability for mineral supplementation, although further studies are required to assess bioaccessibility and toxicity. Finally, the nutritional composition and mineral content of leaves from eight Acacia species were analyzed to evaluate their potential as ruminant feed and mineral sources for soils. The extracts were found to be non-cytotoxic in Caco-2 cells, indicating their suitability as an alternative food source for animals. The leaves also exhibited high levels of proteins, fibers, and minerals, particularly calcium, phosphorus, and potassium. In conclusion, this research demonstrated that Acacia species contain promising bioactive compounds with significant therapeutic potential, particularly in antioxidant and antimicrobial applications. Additionally, the nutritional and mineral composition of Acacia species suggests promising applications in animal nutrition and soil fertilization. These findings pave the way for the sustainable and multifunctional use of Acacia species, contributing to mitigating their ecological impact while exploring their economic value.
As acácias australianas (género Acacia) são uma das espécies de plantas leguminosas invasoras mais bem-sucedidas e consideradas das mais problemáticas à escala global. A partir do século XIX e até meados do século XX, estas espécies foram introduzidas para fins ornamentais e com a finalidade de preservar as dunas costeiras. Hoje, são consideradas um dos maiores problemas de invasões biológicas em locais como o sul da Europa, e em regiões de clima mediterrânico, na África do Sul, América do Sul e Austrália Ocidental. Várias características já foram associadas à invasibilidade desta espécie, nomeadamente a sua vasta área nativa, que fornece genótipos pré-adaptados a uma larga gama de condições ambientais, o que facilita a sua invasão. Além disso, a sua capacidade, enquanto leguminosa, de estabelecer simbioses com bactérias do solo em estruturas altamente complexas e especializadas nas suas raízes, denominadas de nódulos radiculares, promove a fixação do azoto atmosférico, conferindo-lhe uma vantagem em ecossistemas pobres em nutrientes, como por exemplo os ecossistemas dunares. Por último, as enormes quantidades de flores produzidas resultam na produção de grandes quantidades de sementes que se depositam no solo perto ou imediatamente por baixo da copa da plantamãe, formando bancos de sementes que permanecem dormentes no solo durante várias décadas. A germinação destes bancos de sementes ocorre normalmente associada a grandes distúrbios, em particular fogos florestais, que provocam um choque térmico promotor da germinação e, simultaneamente, inviabilizam as sementes das espécies nativas. As acácias são também consideradas como espécies consumidoras de água, limitando a quantidade e a qualidade da água disponível para as restantes plantas. Esta capacidade de invasão pode levar a uma série de impactos negativos nos ecossistemas, incluindo a redução da biodiversidade, alterações na estrutura e funcionamento dos habitats naturais e até mesmo à extinção local de espécies nativas. Além disso, as acácias também podem afetar negativamente atividades humanas, como a agricultura e a silvicultura, representando desafios para a conservação da natureza. O combate a estas espécies acarreta custos elevados, levando ao seu abandono e, consequentemente, a uma maior prevalência e expansão das mesmas, aumentando o nível de combustível e, inevitavelmente, a uma maior probabilidade de ocorrência e severidade dos incêndios florestais. Este facto torna necessário encontrar alternativas viáveis para a valorização dos resíduos desta biomassa vegetal, de forma a viabilizar a sua remoção e a aliviar os ecossistemas da pressão exercida pelo seu rápido crescimento. Ao longo da história, a acácia desempenhou um papel crucial nas práticas de cura tradicionais, servindo como um recurso natural valioso em várias culturas antigas. Eram conhecidas e valorizadas as suas propriedades medicinais pelas suas qualidades terapêuticas e curativas. Algumas espécies deste género eram frequentemente usadas devido às suas propriedades antioxidantes, antissépticas, antibacterianas e antiinflamatórias, sendo empregue no tratamento de problemas digestivos e respiratórios, febres, constipações e infecções, problemas gastrointestinais e como adstringente para tratar hemorragias. Segundo a literatura, a biomassa de acácias oferece uma diversidade de compostos naturais, incluindo polifenóis, flavonoides, terpenoides e outros metabólitos secundários, os quais têm sido reconhecidos pelas suas propriedades funcionais e bioativas. Esses compostos demonstraram potencial antioxidante, antimicrobiano, anti-inflamatório, entre outras atividades benéficas para a saúde, tornando-os atrativos para aplicações na indústria alimentar, como ingredientes naturais e funcionais em alimentos e suplementos nutricionais. Além disso, esses compostos também têm sido alvo de interesse na indústria farmacêutica, para o desenvolvimento de novos fármacos e produtos terapêuticos. Tendo em conta as potencialidades das acácias, nomeadamente no que respeita ao potencial antioxidante, a necessidade de rastrear novas moléculas para o desenvolvimento de, por exemplo, novos medicamentos, e a necessidade de usar um material bruto que cause um baixo impacto ambiental, são todas boas razões para explorar esta espécie. Assim, o primeiro objetivo desta tese foi desenvolver um método analítico para determinar e quantificar os principais compostos presentes em diferentes frações da biomassa de acácias. O segundo objetivo foi efetuar uma caracterização fitoquímica e avaliar o conteúdo nutricional dos extratos obtidos, bem como as suas potenciais aplicações. A colheita e seleção das diferentes frações da biomassa de acácias foram obtidas nas respectivas parcelas seleccionadas pelo projeto Acacia4FirePrev, e os extratos foram obtidos por dois métodos de extração: por agitação seguida de centrifugação e por Extração Guiada por Dispersão Energizada (EDGE), um sistema de extração automatizado. Inicialmente, foram investigadas as bioatividades em flores de Acacia dealbata, Acacia mearnsii e Acacia retinodes, com foco na composição química, no potencial antioxidante e nas atividades inibitórias de algumas enzimas. O objetivo foi utilizar essas plantas como matéria-prima para obter moléculas bioativas, enquanto a colheita contribui para reduzir sua capacidade invasora e controlar a proliferação dessas espécies. Também foi determinada a inibição do crescimento microbiano contra bactérias Gram-negativas, Gram-positivas e leveduras. Além disso, foram analisados os compostos fenólicos por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com Detetor de Diodos (HPLC/DAD) e determinado o teor de fenóis e flavonoides totais. A espectroscopia no infravermelho por Transformada de Fourier com reflectância total atenuada (FTIR-ATR) e espectroscopia Raman com Transformada de Fourier (FT-RAMAN) foram utilizadas para distinguir os diferentes estados de floração. O perfil fitoquímico para A. mearnsii e A. retinodes apresentou composição complexa com 21 compostos identificados e quantificados (sendo os predominantes epicatequina, rutina, vanilina e catecol). Os resultados obtidos evidenciam que as bioatividades estudadas são promissoras, e que as espécies estudadas podem ser boas fontes de compostos fenólicos, variando os extratos de acordo com o estado de floração. Todos os ensaios revelaram que os extratos na fase inicial da floração são considerados mais ativos, facto que pode estar relacionado com o conteúdo de chalconas. Esta nova abordagem poderá contribuir ao possível controlo e disseminação desta planta invasora e, como perspetiva futura, para fins terapêuticos, nomeadamente com potencial para o tratamento de demência, diabetes e infeções microbianas. Seguidamente, foram estudadas as vagens de A. melanoxylon, A. longifolia, A. cyclops, A. retinodes, A. pycnantha, A. mearnsii e A. dealbata para avaliar as suas potenciais aplicações industriais. Para tal, foram analisados o perfil fenólico, a composição química, as propriedades antioxidantes e antimicrobianas. A Cromatografia Líquida acoplada à Ionização por Electrospray e Espectrometria de Massas de Alta Resolução em Tandem (LC-ESI-HRMS/MS) identificou com sucesso compostos específicos, incluindo sete flavonoides pertencentes a diferentes familias: os flavonóis miricetina, quercetina, kaempferol, rutina e miricitrina, o flavan-3-ol (+)-catequina e a flavanona naringenina. Demonstrou-se que, entre as espécies estudadas, A. pycnantha e A. cyclops apresentaram uma maior concentração de compostos fenólicos totais, enquanto A. retinodes demonstrou o menor número de compostos observados. A rutina foi o composto com maior concentração em todas as espécies. Além disso, A. pycnantha apresentou uma atividade antibacteriana notável contra Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium e Bacillus cereus. Estes resultados sugerem que os compostos identificados apesentam um potencial promissor para aplicações futuras. Os baixos valores de concentração mínima inibitória (CMI) obtidos, nomeadamente para os extractos de A. dealbata e A. pycnantha, demonstram a eficácia antibacteriana dos extractos de vagens contra K. pneumoniae ATCC 13883 e B. cereus ATCC 11778. Estes compostos e as atividades antibacterianas demonstradas apresentam um potencial promissor para aplicações futuras. Posteriormente, fomos estudar as vagens como fonte potencial para rações de gado e fertilizantes do solo uma vez que, até onde sabemos, não há utilidade atribuída a estas espécies. Neste sentido, avaliámos o conteúdo nutricional e o teor de elementos minerais dos extratos das diferentes espécies. Os resultados indicaram que as vagens de acácias, em particular a A. retinodes, possuem elevado teor de proteína, fibra e minerais, destacandose especialmente o potássio (K), cálcio (Ca) e magnésio (Mg), enquanto o cádmio (Cd) foi encontrado em menor quantidade. Todas as espécies apresentam um perfil distinto dos parâmetros estudados, sugerindo que as vagens de acácias poderiam ser usadas como corretivos minerais. Tendo em conta os resultados apresentados, é possível utilizar as vagens como fonte de proteínas e outros nutrientes para animais. No entanto, são necessários estudos que avaliem a bioacessibilidade, a biodisponibilidade e a toxicidade para confirmar efetivamente estes resultados. Por último foi avaliada a composição nutritiva e o conteúdo mineral das folhas de oito espécies de Acacia (A. melanoxylon, A. dealbata, A. cyclops, A. retinodes, A. mearnsii, A. pycnantha, A. longifolia e A. saligna), para avaliar o potencial para diferentes fins, como recursos alimentares para ruminantes e fontes minerais para solos. Para avaliar a citotoxicidade, foram empregues células Caco-2, revelando que os extratos não exibiram efeitos citotóxicos após a incubação celular, o que sugere a sua adequação como alimento alternativo para animais. Além disso, as folhas mostraram ser uma promissora fonte de proteínas e fibras, oferecendo uma alternativa para atender às necessidades dos ruminantes. As espécies apresentaram teores moderados a elevados de minerais, principalmente nas concentrações de Ca, Mg e K. Em conclusão, os principais resultados desta tese demonstraram que as espécies de acácia contêm compostos bioativos promissores, com significativo potencial terapêutico. Destacam-se, em particular, as suas ações antioxidante e antimicrobiana. Além disso, a análise da composição nutritiva e do conteúdo mineral das folhas de acácia revelou-se promissora para aplicações nutricionais. Estes resultados abrem novas perspectivas para o uso sustentável e multifuncional das espécies de acácias, proporcionando bases científicas para seu aproveitamento em diferentes áreas, incluindo terapias antioxidantes e antimicrobianas, bem como na nutrição animal e fertilização de solos.
As acácias australianas (género Acacia) são uma das espécies de plantas leguminosas invasoras mais bem-sucedidas e consideradas das mais problemáticas à escala global. A partir do século XIX e até meados do século XX, estas espécies foram introduzidas para fins ornamentais e com a finalidade de preservar as dunas costeiras. Hoje, são consideradas um dos maiores problemas de invasões biológicas em locais como o sul da Europa, e em regiões de clima mediterrânico, na África do Sul, América do Sul e Austrália Ocidental. Várias características já foram associadas à invasibilidade desta espécie, nomeadamente a sua vasta área nativa, que fornece genótipos pré-adaptados a uma larga gama de condições ambientais, o que facilita a sua invasão. Além disso, a sua capacidade, enquanto leguminosa, de estabelecer simbioses com bactérias do solo em estruturas altamente complexas e especializadas nas suas raízes, denominadas de nódulos radiculares, promove a fixação do azoto atmosférico, conferindo-lhe uma vantagem em ecossistemas pobres em nutrientes, como por exemplo os ecossistemas dunares. Por último, as enormes quantidades de flores produzidas resultam na produção de grandes quantidades de sementes que se depositam no solo perto ou imediatamente por baixo da copa da plantamãe, formando bancos de sementes que permanecem dormentes no solo durante várias décadas. A germinação destes bancos de sementes ocorre normalmente associada a grandes distúrbios, em particular fogos florestais, que provocam um choque térmico promotor da germinação e, simultaneamente, inviabilizam as sementes das espécies nativas. As acácias são também consideradas como espécies consumidoras de água, limitando a quantidade e a qualidade da água disponível para as restantes plantas. Esta capacidade de invasão pode levar a uma série de impactos negativos nos ecossistemas, incluindo a redução da biodiversidade, alterações na estrutura e funcionamento dos habitats naturais e até mesmo à extinção local de espécies nativas. Além disso, as acácias também podem afetar negativamente atividades humanas, como a agricultura e a silvicultura, representando desafios para a conservação da natureza. O combate a estas espécies acarreta custos elevados, levando ao seu abandono e, consequentemente, a uma maior prevalência e expansão das mesmas, aumentando o nível de combustível e, inevitavelmente, a uma maior probabilidade de ocorrência e severidade dos incêndios florestais. Este facto torna necessário encontrar alternativas viáveis para a valorização dos resíduos desta biomassa vegetal, de forma a viabilizar a sua remoção e a aliviar os ecossistemas da pressão exercida pelo seu rápido crescimento. Ao longo da história, a acácia desempenhou um papel crucial nas práticas de cura tradicionais, servindo como um recurso natural valioso em várias culturas antigas. Eram conhecidas e valorizadas as suas propriedades medicinais pelas suas qualidades terapêuticas e curativas. Algumas espécies deste género eram frequentemente usadas devido às suas propriedades antioxidantes, antissépticas, antibacterianas e antiinflamatórias, sendo empregue no tratamento de problemas digestivos e respiratórios, febres, constipações e infecções, problemas gastrointestinais e como adstringente para tratar hemorragias. Segundo a literatura, a biomassa de acácias oferece uma diversidade de compostos naturais, incluindo polifenóis, flavonoides, terpenoides e outros metabólitos secundários, os quais têm sido reconhecidos pelas suas propriedades funcionais e bioativas. Esses compostos demonstraram potencial antioxidante, antimicrobiano, anti-inflamatório, entre outras atividades benéficas para a saúde, tornando-os atrativos para aplicações na indústria alimentar, como ingredientes naturais e funcionais em alimentos e suplementos nutricionais. Além disso, esses compostos também têm sido alvo de interesse na indústria farmacêutica, para o desenvolvimento de novos fármacos e produtos terapêuticos. Tendo em conta as potencialidades das acácias, nomeadamente no que respeita ao potencial antioxidante, a necessidade de rastrear novas moléculas para o desenvolvimento de, por exemplo, novos medicamentos, e a necessidade de usar um material bruto que cause um baixo impacto ambiental, são todas boas razões para explorar esta espécie. Assim, o primeiro objetivo desta tese foi desenvolver um método analítico para determinar e quantificar os principais compostos presentes em diferentes frações da biomassa de acácias. O segundo objetivo foi efetuar uma caracterização fitoquímica e avaliar o conteúdo nutricional dos extratos obtidos, bem como as suas potenciais aplicações. A colheita e seleção das diferentes frações da biomassa de acácias foram obtidas nas respectivas parcelas seleccionadas pelo projeto Acacia4FirePrev, e os extratos foram obtidos por dois métodos de extração: por agitação seguida de centrifugação e por Extração Guiada por Dispersão Energizada (EDGE), um sistema de extração automatizado. Inicialmente, foram investigadas as bioatividades em flores de Acacia dealbata, Acacia mearnsii e Acacia retinodes, com foco na composição química, no potencial antioxidante e nas atividades inibitórias de algumas enzimas. O objetivo foi utilizar essas plantas como matéria-prima para obter moléculas bioativas, enquanto a colheita contribui para reduzir sua capacidade invasora e controlar a proliferação dessas espécies. Também foi determinada a inibição do crescimento microbiano contra bactérias Gram-negativas, Gram-positivas e leveduras. Além disso, foram analisados os compostos fenólicos por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com Detetor de Diodos (HPLC/DAD) e determinado o teor de fenóis e flavonoides totais. A espectroscopia no infravermelho por Transformada de Fourier com reflectância total atenuada (FTIR-ATR) e espectroscopia Raman com Transformada de Fourier (FT-RAMAN) foram utilizadas para distinguir os diferentes estados de floração. O perfil fitoquímico para A. mearnsii e A. retinodes apresentou composição complexa com 21 compostos identificados e quantificados (sendo os predominantes epicatequina, rutina, vanilina e catecol). Os resultados obtidos evidenciam que as bioatividades estudadas são promissoras, e que as espécies estudadas podem ser boas fontes de compostos fenólicos, variando os extratos de acordo com o estado de floração. Todos os ensaios revelaram que os extratos na fase inicial da floração são considerados mais ativos, facto que pode estar relacionado com o conteúdo de chalconas. Esta nova abordagem poderá contribuir ao possível controlo e disseminação desta planta invasora e, como perspetiva futura, para fins terapêuticos, nomeadamente com potencial para o tratamento de demência, diabetes e infeções microbianas. Seguidamente, foram estudadas as vagens de A. melanoxylon, A. longifolia, A. cyclops, A. retinodes, A. pycnantha, A. mearnsii e A. dealbata para avaliar as suas potenciais aplicações industriais. Para tal, foram analisados o perfil fenólico, a composição química, as propriedades antioxidantes e antimicrobianas. A Cromatografia Líquida acoplada à Ionização por Electrospray e Espectrometria de Massas de Alta Resolução em Tandem (LC-ESI-HRMS/MS) identificou com sucesso compostos específicos, incluindo sete flavonoides pertencentes a diferentes familias: os flavonóis miricetina, quercetina, kaempferol, rutina e miricitrina, o flavan-3-ol (+)-catequina e a flavanona naringenina. Demonstrou-se que, entre as espécies estudadas, A. pycnantha e A. cyclops apresentaram uma maior concentração de compostos fenólicos totais, enquanto A. retinodes demonstrou o menor número de compostos observados. A rutina foi o composto com maior concentração em todas as espécies. Além disso, A. pycnantha apresentou uma atividade antibacteriana notável contra Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium e Bacillus cereus. Estes resultados sugerem que os compostos identificados apesentam um potencial promissor para aplicações futuras. Os baixos valores de concentração mínima inibitória (CMI) obtidos, nomeadamente para os extractos de A. dealbata e A. pycnantha, demonstram a eficácia antibacteriana dos extractos de vagens contra K. pneumoniae ATCC 13883 e B. cereus ATCC 11778. Estes compostos e as atividades antibacterianas demonstradas apresentam um potencial promissor para aplicações futuras. Posteriormente, fomos estudar as vagens como fonte potencial para rações de gado e fertilizantes do solo uma vez que, até onde sabemos, não há utilidade atribuída a estas espécies. Neste sentido, avaliámos o conteúdo nutricional e o teor de elementos minerais dos extratos das diferentes espécies. Os resultados indicaram que as vagens de acácias, em particular a A. retinodes, possuem elevado teor de proteína, fibra e minerais, destacandose especialmente o potássio (K), cálcio (Ca) e magnésio (Mg), enquanto o cádmio (Cd) foi encontrado em menor quantidade. Todas as espécies apresentam um perfil distinto dos parâmetros estudados, sugerindo que as vagens de acácias poderiam ser usadas como corretivos minerais. Tendo em conta os resultados apresentados, é possível utilizar as vagens como fonte de proteínas e outros nutrientes para animais. No entanto, são necessários estudos que avaliem a bioacessibilidade, a biodisponibilidade e a toxicidade para confirmar efetivamente estes resultados. Por último foi avaliada a composição nutritiva e o conteúdo mineral das folhas de oito espécies de Acacia (A. melanoxylon, A. dealbata, A. cyclops, A. retinodes, A. mearnsii, A. pycnantha, A. longifolia e A. saligna), para avaliar o potencial para diferentes fins, como recursos alimentares para ruminantes e fontes minerais para solos. Para avaliar a citotoxicidade, foram empregues células Caco-2, revelando que os extratos não exibiram efeitos citotóxicos após a incubação celular, o que sugere a sua adequação como alimento alternativo para animais. Além disso, as folhas mostraram ser uma promissora fonte de proteínas e fibras, oferecendo uma alternativa para atender às necessidades dos ruminantes. As espécies apresentaram teores moderados a elevados de minerais, principalmente nas concentrações de Ca, Mg e K. Em conclusão, os principais resultados desta tese demonstraram que as espécies de acácia contêm compostos bioativos promissores, com significativo potencial terapêutico. Destacam-se, em particular, as suas ações antioxidante e antimicrobiana. Além disso, a análise da composição nutritiva e do conteúdo mineral das folhas de acácia revelou-se promissora para aplicações nutricionais. Estes resultados abrem novas perspectivas para o uso sustentável e multifuncional das espécies de acácias, proporcionando bases científicas para seu aproveitamento em diferentes áreas, incluindo terapias antioxidantes e antimicrobianas, bem como na nutrição animal e fertilização de solos.
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Keywords
Acácia Atividades Biológicas Caracterização Fitoquímica Propriedades Terapêuticas Therapeutic Properties