Revista Colombiana de Química

Inmovilización de bromelina sobre nanopartículas magnéticas de cobalto-hierro (CoFe2O4) para a hidrólise de caseína

Abstract By means of recycling an enzyme, bromelain was used in casein hydrolysis facilitated by a nanobiocatalyst consisting of bromelain, CoFe2O4 magnetic nanoparticles, chitosan, and glutaraldehyde. Bromelain was immobilized on the chitosan cobalt-magnetite nanoparticle surface via covalent bonds to form the nanobiocatalyst. Immobilized bromelain showed 77% immobilization binding, retaining 85 ± 2% of the initial catalytic activity. Nanoparticles and immobilized bromelain were characterized using UV-Vis and IR spectroscopies, X-ray, square wave voltammetry (SWV), cyclic voltammetry (CV), vibrating-sample magnetization (VSM), and transmission electron microscope (TEM). The Michaelis-Menten constant (KM) and VMAX of the free and immobilized enzyme were calculated: KM = 2.1 ± 0.18 mM and 1.8 mM, respectively and VMAX = 6.08 x 10-2 ± 2.1 x 10-2 U/min and 6.46 ± 0.91 U/min, respectively. The thermal stability of the free enzyme was higher than the immobilized enzyme: 95-98% and 83-87%, respectively. An optimum pH of 6 and a temperature of 20 °C were determined in both cases. Immobilized bromelain maintained 50% of the initial catalytic activity after the fifth use. The immobilized bromelain proved to be effective and reusable for casein hydrolysis. As novel contribution the characterization by VOC and CV was carried out.

Resumen Se investigó la reutilización de la bromelina inmovilizada sobre nanopartículas magnéticas de CoFe2O4 para la hidrólisis de caseína. La inmovilización se efectuó covalentemente en un catalizador de nanopartículas de hierro y cobalto recubiertas con quitosano, glutaraldehído y bromelina. La bromelina alcanzó un máximo de inmovilización del 77%, conservando el 85 ± 2% de su actividad catalítica inicial a los 30 min. La caracterización del catalizador se realizó por espectrofotometría IR y UV-Vis, microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción de rayos X, voltametría de onda cuadrada (VOC), voltametría cíclica (VC) y magnetización de muestra vibrante (VSM). Los parámetros cinéticos KM y VMAX de la enzima libre e inmovilizada fueron: KM = 2,1 ± 0,18 mM y 1,8 ± 0,16 mM, respectivamente y VMAX = 6,08 x 10-2 ± 2,1 x 10-2 U/min y 6,46 ± 0,91 U/min, respectivamente. La estabilidad térmica de la enzima libre fue mayor que la de enzima inmovilizada: 95-98% y 83-87%, respectivamente. Se determinó un pH óptimo de 6 y temperatura de 20 °C en ambos casos. La bromelina inmovilizada mantuvo el 50% de su actividad catalítica hasta el quinto uso. Como aporte novedoso se realizó, en este estudio se realizó la caracterización por VOC y VC.

Resumo Foi estudado o reuso da enzima bromelina imobilizada sobre nano partículas magnéticas de CoFe2O4, para a hidrólise de caseína. A imobilização efetuou-se covalentemente em um catalisador de nano partículas de cobalto e ferro recobertas com quitosano, glutaraldehido e bromelina. A bromelina atingiu seu máximo de imobilização do 77% aos 30 minutos, conservando o 85 ± 2% da sua atividade catalítica inicial. A caraterização foi feita mediante espectrofotometria IV e UV-Vis, microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raios X, voltametria de onda quadrada (VOQ), voltametria cíclica (VC) e por magnetização de amostra vibrante (VSM). Os parâmetros cinéticos KM e VMAX da enzima livre e imobilizada foram KM = 2,1 ± 0,18 mM e 1,8 8 ± 0,16mM, respeitivamente; VMAX = 6,08 x 10-2 ± 2,1 x 10-2 U/min e 6,46 ± 0,91 U/min, respectivamente. A estabilidade térmica da enzima livre (95-98%) foi maior do que a estabilidade da enzima imobilizada (83-87%), determinou-se um pH óptimo de 6 e temperatura de 20 °C em ambos os casos. A bromelina imobilizada manteve o 50% de sua atividade catalítica até o quinto uso. Como aporte inovador neste estudo apresenta-se a caraterização por VOQ e VC.

Determinação de aminoácidos livres em amostras de cacau durante a fermentação e torrefação por cromatografia líquida com detecção DAD

Abstract Amino acids (AA) composition in cocoa beans can predict the synthesis of compounds which affect cocoa flavor. Thus, their determination is of great interest for the community implied in the commercialization and production of cocoa. In consequence, in this work, the analysis of AA produced during cocoa beans fermentation and roasting was carried out. A high-performance liquid chromatographic method with DAD detection at 254 nm was optimized and validated for their selective determination in six varieties of cocoa beans with different genotypes, all of them grown in Venezuela. AA were extracted by defatted milled cocoa powder ultrasonication using purified water at 70 °C. Then, they were derivatized with phenyl isothiocyanate, and their derivatives were separated, using a reversed-phase column with gradient elution, achieving a satisfactory resolution among the peaks (greater than 1.0) in less than 29 min. 110 cocoa samples were analyzed. Results showed a significant content of free AA, ranging from 3.87 to 5.97 g/kg in absence of fermentation with a predominance of acidic AA. Moreover, there is a progressive increase in the AA content while fermentation process occurs, with a predominance of hydrophobic AA such as alanine, valine, isoleucine, leucine, phenylalanine, and tyrosine. On the other hand, all cocoa types showed a partial degradation of free AA during the roasting step, especially the hydrophobic ones.

Resumen La determinación de aminoácidos (AA) en granos de cacao es de gran interés ya que estos son considerados como unos de los precursores de su sabor y aroma. Por esta razón, el presente trabajo tuvo como objetivo optimizar y validar un método por cromatografía líquida con detección DAD a 254 nm para la determinación selectiva de AA durante la fermentación y tostado en seis variedades de granos de cacao con diferentes genotipos, todos estos cultivados en Venezuela. Los AA se extrajeron del polvo de cacao molido y desgrasado con agua pura a 70 ºC, utilizando la técnica de ultrasonido. Luego, se derivatizaron con fenilotiocianato para separar sus derivados con buena resolución en menos de 29 min en una columna de fase reversa, utilizando gradiente de elución. Se analizaron 110 muestras de cacao. Los resultados mostraron un contenido significativo de AA libres, entre 3,87 y 5,97 g/kg, en ausencia de fermentación con predominio de AA ácidos, y un aumento progresivo en el contenido de AA, mientras ocurre el proceso de fermentación, con un predominio de AA hidrófobos como alanina, valina, isoleucina, leucina, fenilalanina y tirosina. Además, todos los tipos de cacao mostraron una degradación parcial de AA libres durante la etapa de tostado, especialmente los AA hidrófobos.

Resumo A determinação dos aminoácidos (AA) nos grãos de cacau é importante, pois são considerados um dos precursores de seu sabor e aroma. Neste trabalho, um método foi otimizado e validado por cromatografia líquida com detecção DAD a 254 nm para a determinação seletiva de AA durante a fermentação e torrefação em seis variedades de grãos de cacau com diferentes genótipos, todos cultivados na Venezuela. Os AAs foram extraídos do pó de cacau moído e desengordurados com água pura a 70 ºC usando a técnica de ultrassom. Em seguida, foram derivatizados com feniltiocianato, e os derivados foram separados com boa resolução em menos de 29 minutos em uma coluna de fase invertida usando eluição em gradiente. Foram analisadas 110 amostras de cacau. Os resultados mostraram um conteúdo significativo de AA livre entre 3,87 e 5,97 g/kg na ausência de fermentação com predominância de AA ácidos e um aumento progressivo no conteúdo de AA enquanto o processo de fermentação ocorre com predominância de AA hidrófobos como alanina, valina, isoleucina, leucina, fenilalanina e tirosina. Além disso, todos os tipos de cacau apresentaram uma degradação parcial do AA livre durante a fase de torrefação, principalmente o AA hidrofóbico.

Atividade fungicida de compostos orgânicos voláteis da bactéria Paenibacillus contra Colletotrichum gloeosporioides

Abstract Some bacteria release volatile organic compounds (VOCs) that can influence the growth of other microorganisms including some pathogens. Identifying bacteria with antifungal activity makes it possible to use such bacteria in the development of biocontrol agents. Thus, the present study focuses on screening VOCs released by eight isolates from Paenibacillus genus, collected at Old Providence and Santa Catalina coral reef (Colombian Caribbean Sea), with antifungal activity against phytopathogenic fungi Colletotrichum gloeosporioides 26B. The VOCs from Paenibacillus sp (PNM-50) showed inhibition rates higher than 50% in the mycelial fungi growth accompanied by macroscopic morphological changes and a reduction in conidiation. In order to identify the VOCs responsible for this antifungal bioactivity, Headspace-Solid Phase Microextraction (HS-SPME) from the bacterial culture was conducted, followed by Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS). The chromatographic results revealed a high abundance of VOCs released just by culture media. Once, the difference between VOCs emitted by culture media and bacteria was established, it was possible to make a putative identification of 2-furanmethanol, phenylacetonitrile, and 2,4-dimethylpentanol as possible VOCs responsible for the antifungal activity.

Resumen Algunas bacterias liberan compuestos orgánicos volátiles (COVs) que pueden influir en el crecimiento de otros microorganismos incluyendo algunos patógenos. La identificación de bacterias con actividad antifúngica hace posible el uso de tales bacterias en el desarrollo de agentes de biocontrol. Así pues, en este estudio, se realizó un examen dirigido exclusivamente a los COVs emitidos por ocho aislamientos bacterianos del género Paenibacillus, recolectados en el arrecife de coral de Providencia y Santa Catalina (Mar Caribe colombiano), con actividad antifúngica contra el hongo fitopatógeno Colletotrichum gloeosporioides 26B. Los COVs del aislamiento Paenibacillus sp (PNM-50) mostraron tasas de inhibición superiores al 50% en el crecimiento micelial del hongo, acompañado de cambios morfológicos macroscópicos y una reducción en la conidiación. Para identificar los COVs responsables de esta bioactividad antifúngica, se realizó microextracción en fase sólida del espacio de cabeza (HS-SPME) del cultivo de las bacterias y posterior análisis por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). Los resultados cromatográficos revelaron gran abundancia de COVs emitidos por los medios de cultivo. Una vez que se estableció la diferencia entre los COVs emitidos por el medio de cultivo y las bacterias, fue posible identificar tentativamente 2-furanmetanol, fenilacetonitrilo y 2,4-dimetilpentanol como COVs posiblemente responsables de la actividad antifúngica.

Resumo Algumas bactérias liberam compostos orgânicos voláteis (COV) que podem influenciar o crescimento de outros microorganismos, incluindo alguns patógenos. A identificação de bactérias com atividade antifúngica, possibilita seu uso no desenvolvimento de agentes de biocontrole. Neste estudo, foi realizada uma triagem focada nos COV liberados por oito isolados bacterianos do gênero Paenibacillus, coletados nos recifes de coral Old Providence e Santa Catalina (mar do Caribe colombiano), com atividade antifúngica contra fungos fitopatogênicos Colletotrichum gloeosporioides 26B. Os COV de Paenibacillus sp (PNM-50) apresentaram taxas de inibição superiores à 50% sobre o crescimento de fungos miceliais, acompanhadas de alterações morfológicas macroscópicas e redução da conidiação. Para identificar os COV responsáveis por essa bioatividade antifúngica, foi conduzida uma Microextração de Fase Sólida Headspace (HS-SPME) da cultura bacteriana e, em seguida, foi analisada por Cromatografia Gasosa associada à Espectrometria de Massa (GCMS). Os resultados cromatográficos revelaram uma alta abundância de COVs liberados apenas pelos meios de cultura. Uma vez estabelecida a diferença entre os COV emitidos pelos meios de cultura e bactérias, foi possível fazer uma identificação parcial de 2-furanmetanol, fenilacetonitrila e 2,4-dimetilpentanol como possíveis COV responsáveis pela atividade antifúngica.

Determinação do valor nutricional da farinha de açafrão e da atividade antioxidante de extratos do rizoma de Curcuma longa de culturas agroecológicas e convencionais do Valle del Cauca-Colombia

Abstract This research presents the results of the proximal analysis of turmeric rhizome flour (Curcuma longa) from different areas of Valle del Cauca (Colombia) and the quantitative estimation of the uptake of the radical 2,2-diphenyl-1-Picrylhydrazyl (DDPH) of the methanolic extracts of the flour. The results of the proximal analysqAis evidence that some parameters do not show evident differences. However, others, such as total fat, show differences between the turmeric crops with conventional and agroecological fertilization. The values obtained from the different samples for proteins and carbohydrates are in an average normal range (9.3% and 70.5%, respectively), which fulfills the requirement to be a nutritional supplement. The free radical uptake (FRS) test of the extracts showed an antioxidant activity of the different samples tested for FRS50 (%) of 2.11 ± 0.06 µg/mL (Yumbillo, Y), 1.34 ± 0.26 µg/mL (Guacas, G), 4.22 ± 0.06 µg/mL (Magdalena, M), 9.16 ± 0.32 µg/mL (Commercial, C), 1.29 ± 0.26 µg/mL (Santa Rosa de Tapias, SR), and 1.33 ± 0.05 µg/mL (Limonar, L), which were contrasted with the values of quercetin (Q) 1.01 ± 0.51 µg/mL, vitamin C (V) 2.07 ± 0.45 µg/mL, and piperine (P ) 0,0 µg/mL. The proximal nutritional value plus the oxidizing activity, due to the concentration of phenolic compounds, make turmeric flour a functional food.

Resumen Esta investigación presenta los resultados del análisis proximal de la harina de rizoma de cúrcuma (Curcuma longa) de diferentes zonas del Valle del Cauca (Colombia), y de la estimación cuantitativa de la captación del radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DDPH) de los extractos metanólicos de la harina. Los resultados del análisis proximal muestran que algunos parámetros no presentan diferencias evidentes. Sin embargo, otros, como la grasa total, sí presentan diferencias entre la cúrcuma de cultivos con fertilización convencional y agroecológica. Los valores obtenidos para proteínas y carbohidratos están en un rango normal promedio (9,3% y 70,5%, respectivamente), los cuales se encuentran dentro de los valores requeridos para ser un suplemento nutricional. El ensayo de captación de radicales libres (FRS) de los extractos mostró una actividad antioxidante de las diferentes muestras analizadas de FRS50 (%) de 2,11 ± 0,06 µg/mL (Yumbillo, Y), 1,34 ± 0,26 µg/mL (Cuacas, C), 4,22 ± 0,06 µg/mL (Magdalena, M), 9,16 ± 0,32 µg/mL (Comercial, C), 1,29 ± 0,26 µg/mL (Santa Rosa de Tapias, SR) y 1,33 ± 0,05 µg/mL (Limonar, L), los cuales fueron contrastados con los valores de quercetina (Q) 1,01 ± 0,51 µg/mL, vitamina C (V) 2,07 ± 0.45 µg/mL y piperina (P) 0,0 µg/mL. El valor nutricional proximal más la actividad oxidante hacen de la harina de cúrcuma un alimento funcional.

Resumo Esta pesquisa apresenta os resultados da análise proximal da farinha de rizoma de cúrcuma (Curcuma longa) de diferentes áreas do Vale do Cauca (Colômbia), além da estimativa quantitativa da captação do radical 2,2-difenil-1-Picrylhydrazyl (DDPH) dos extratos metanólicos da farinha. Os resultados da análise proximal mostram que alguns parâmetros não mostram diferenças óbvias. No entanto, outros, como gordura total, mostram diferenças entre a cúrcuma das culturas com adubação convencional e agroecológica. Os valores obtidos nas diferentes amostras para proteínas e carboidratos estão em uma faixa média normal (9,3% e 70,5% respectivamente), que estão dentro dos valores necessários para ser um suplemento nutricional. O teste de captação de radicais livres (FRS) dos extratos mostrou uma atividade antioxidante das diferentes amostras testadas para FRS50 (%) de 2,11 ± 0,06 μg/mL (Yumbillo, Y), 1,34 ± 0,26 μg/mL (Guacas, G), 4,22 ± 0,06 μg/mL (Magdalena, M), 9,16 ± 0,32 μg/mL (Comercial, C), 1,29 ± 0,26 μg/mL (Santa Rosa de Tapias, SR) e 1,33 ± 0,05 μg/mL (Limonar, L), que foram contrastados com os valores de quercetina (Q) 1,01 ± 0,51 μg/mL, vitamina C (V) 2,07 ± 0,45 μg/mL e piperina (P ) 0,0 μg/mL. O valor nutricional proximal mais a atividade oxidante, devido à concentração de compostos fenólicos, fazem da farinha de cúrcuma um alimento funcional.

Estudo teórico dos efeitos do solvente nas hiperpolarizabilidades de dois derivados da chalcona

Abstract The use of organic as nonlinear optical materials has been intensively explored in the recent years due to the ease of manipulation of the molecular structure and the synthetic flexibility regarding the change of substituent groups. In the present work, the linear and nonlinear properties of two chalcones derivatives (E)-1-(4-methylphenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one (4MP3P) and (E)-1-(4-Nitrophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one (4NP3P), that differ by the substituent position at the phenyl ring, were studied in the presence of protic and aprotic solvents simulated by the Polarizable Continuum Model (PCM) at DFT/B3LYP/6-311+G(d) level. The static and dynamic (1064 nm) molecular parameters as the dipole moment, linear polarizability, first and second hyperpolarizabilities were studied as function of the solvent dielectric constant value. The geometrical behavior as the chemical bond angles, torsion angles, and partial charges distribution of the compounds were studied, including calculations of gap energies in various solvents. The obtained results revealed that the substituent change of CH3 (4MP3P) to NO2 (4NP3P) benefits the nonlinear optical properties of the compounds in the presence of the solvent media, the absolute values of the parallel first hyperpolarizability were the ones that present the greater variation.

Resumen El uso de materiales orgánicos como materiales ópticos no lineales se ha explorado intensamente en los últimos años, debido a la facilidad de manipulación de estas estructuras moleculares y la flexibilidad de síntesis en relación con el cambio de grupos sustituyentes. En el presente trabajo, las propiedades lineales y no lineales de dos derivados de chalcona (E)-1-(4-metilfenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4MP3P) y (E)-1-(4-nitrofenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4NP3P), los cuales difieren en la posición del sustituyente en el anillo de fenilo, se estudiaron en presencia de disolventes próticos y apróticos simulados por el Modelo Continuo Polarizable a nivel DFT/B3LYP/6-311+G(d). Además, se estudiaron parámetros moleculares estáticos y dinámicos (1064 nm) como el momento dipolar, la polarización lineal y la primera y la segunda hiperpolarización en función del valor constante dieléctrico del disolvente. El comportamiento geométrico se estudió como ángulos de enlace químico, ángulos de torsión y distribución de carga parcial de compuestos, incluidos los cálculos de energía de huecos en varios solventes. Los resultados mostraron que el cambio del sustituyente CH3 (4MP3P) a NO2 (4NP3P) beneficia las propiedades ópticas no lineales de los compuestos en presencia del medio solvente, los valores absolutos de la primera hiperpolarizabilidad paralela fueron los que presentaron la mayor variación.

Resumo O uso de materiais orgânicos como materiais ópticos não lineares tem sido intensamente explorado nos últimos anos, devido à facilidade de manipulação dessas estruturas moleculares e à flexibilidade de síntese em relação à mudança de grupos substituintes. No presente trabalho, as propriedades lineares e não lineares de dois derivados de chalconas (E)-1-(4-metilfenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4MP3P) e (E)-1-(4-nitrofenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4NP3P), que diferem pela posição do substituinte no anel fenil, foram estudados na presença de solventes próticos e apróticos simulados pelo Modelo Continuo Polarizável (PCM) no nível DFT/B3LYP/6-311+G(d). Os parâmetros moleculares estáticos e dinâmicos (1064 nm) como momento dipolar, polarizabilidade linear, primeira e segunda hiperpolarizabilidades foram estudados em função do valor da constante dielétrica do solvente. Estudou-se o comportamento geométrico como ângulos de ligação química, ângulos de torção e distribuição parcial de cargas dos compostos, incluindo cálculos de energias de gap em vários solventes. Os resultados obtidos revelaram que a mudança do substituinte de CH3 (4MP3P) para NO2 (4NP3P) beneficia as propriedades ópticas não lineares dos compostos na presença do meio solvente, os valores absolutos da primeira hiperpolarizabilidade paralela foram os que apresentaram a maior variação.

CHEMical KINetics SimuLATOR (Chemkinlator): Uma ferramenta amigável para realizar simulações de cinética química

Abstract CHEMicalKINetics SimuLATOR (Chemkinlator) is a Graphical User Interface for the simulation of reaction mechanisms. The interface allows the user to see and change the parameters of a reaction network within a single window. Chemkinlator comes with built-in support for three types of kinetic simulations: Time Series, which computes the concentration of all species in an interval of time for the defined model; Bifurcation diagrams, which are the result of running several Time Series simulations over gradually different kinetic rate constants; and Flow/Temperature time series, which takes into account the effect of flow in the Continuous-flow well-Stirred Tank Reactor, and the effect of temperature on the rates constants according to the Arrhenius equation. In our research group, Chemkinlator has been the primary tool used to test the predictions made by algorithms that analyze homochirality phenomena. Chemkinlator is written in C++14 and Qt, and it uses the Fortran subroutine DLSODE to solve the differential equations associated with the reaction networks. Chemkinlator is open source software under the Apache 2.0 license and can be downloaded freely from https://gitlab.com/homochirality/chemkinlator.

Resumen CHEMical KINetics SimuLATOR (Chemkinlator) es una interfaz gráfica para realizar simulaciones de mecanismos de reacción. La interfaz le permite al usuario ver y cambiar los parámetros de una red de reacciones en una única ventana. Chemkinlator puede realizar tres tipos de simulaciones cinéticas: Time Series, calcula la concentración de cada especie en un intervalo de tiempo del modelo estudiado; Bifurcation, es el resultado de ejecutar varias veces las simulaciones del modo Time Series, cambiando gradualmente diferentes constantes de velocidad; y Flow/ Temperature es una serie de tiempo en la que se tiene en cuenta el efecto del flujo considerando un Reactor de Flujo Continuo bien Agitado y el efecto de la temperatura sobre las constantes de velocidad según la ecuación de Arrhenius. En nuestro grupo de investigación, Chemkinlator ha sido la herramienta principal para verificar las predicciones hechas por los algoritmos que analizan el fenómeno de homochiralidad. Chemkinlator está escrito en C++14 y Qt, y usa la subrutina de Fortran DLSODE para resolver las ecuaciones diferenciales relacionadas con los mecanismos de reacción. Chemkinlator es software de código abierto bajo la licencia Apache 2.0 y se puede descargar libremente de https://gitlab.com/homochirality/chemkinlator.

Resumo O CHEMical KINetics SimuLATOR (Chemkinlator) é uma interface gráfica para realizar simulações de mecanismos de reação. A interface permite ao usuário visualizar e alterar os parâmetros de uma rede de reação em uma única janela. O Chemkinlator pode realizar três tipos de simulações cinéticas: Time Series, calcula a concentração de cada espécie em um intervalo de tempo do modelo estudado; Bifurcation, é o resultado de executar várias vezes as simulações do modo Time Series, modificando gradualmente diferentes constantes de velocidade; e Flow/Temperature é uma serie de tempo que se considera o efeito do fluxo considerando um Reator de Fluxo Continuo bem Agitado e o efeito da temperatura sobre as constantes de velocidade pela equação de Arrhenius. No nosso grupo de investigação, o Chemkinlator tem sido a principal ferramenta para verificar as predições realizadas pelos algoritmos que analisam o fenómeno de homoquiralidade. O Chemkinlator está escrito em C++14 e Qt, e usa a sub-rotina de Fortran DLSODE para resolver as equações diferenciais relacionadas com os mecanismos de reação. O Chemkinlator é um software de código aberto baixo a licença Apache 2.0 e pode ser descarregado livremente em https://gitlab.com/homochirality/chemkinlator.