Laboratory of Separation and Reaction Engineering - Laboratory of Catalysis and Materials

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Nutritive Value and Bioactivities of a Halophyte Edible Plant: Crithmum maritimum L. (Sea Fennel)

Publication . Correia, Iris; Antunes, Madalena; Tecelão, Carla; Neves, Marta; Pires, Cristiana L.; Cruz, Pedro F.; Peralta, Claúdia C.; Pereira, Cidália D.; Reboredo, Fernando; Moreno, Maria João; Brito, Rui M. M.; Ribeiro, Vânia S.; Vaz, Daniela C.; Campos, Maria; Rodrigues, Maria Jorge

Crithmum maritimum L. (sea fennel), an edible xerophyte of coastal habitats, is considered an emerging cash crop for biosaline agriculture due to its salt-tolerance ability and potential applications in the agri-food sector. Here, the nutritional value and bioactive properties of sea fennel are described. Sea fennel leaves, flowers, and schizocarps are composed of carbohydrates (>65%) followed by ash, proteins, and lipids. Sea fennel’s salty, succulent leaves are a source of omega-6 and omega-3 polyunsaturated fatty acids, especially linoleic acid. Extracts obtained from flowers and fruits/schizocarps are rich in antioxidants and polyphenols and show antimicrobial activity against Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermis, Candida albicans, and Candida parapsilosis. Plant material is particularly rich in sodium (Na) but also in other nutritionally relevant minerals, such as calcium (Ca), chlorine (Cl), potassium (K), phosphorus (P), and sulfur (S), beyond presenting a potential prebiotic effect on Lactobacillus bulgaricus and being nontoxic to human intestinal epithelial Caco-2 model cells, up to 1.0% (w/v). Hence, the rational use of sea fennel can bring nutrients, aroma, and flavor to culinary dishes while balancing microbiomes and contributing to expanding the shelf life of food products.

2024Journal article

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Development and characterization of flms for food application incorporating Porphyran extracted from Porphyra dioica

Publication . Teles, Marco; Adão, Pedro; Afonso, Clélia; Bernardino, Raul; Guedes, Mafalda; Baptista, Ricardo; Bernardino, Susana

Non-biodegradable plastic is one of the biggest environmental problems of our lifetime and, considering the present societal needs, it will get worse. Consequently, there is an urgent need to develop sustainable and renewable alternatives to plastic, such as plastic-like materials obtained from biodegradable polymers, namely sulfated polysaccharides, considered one of the most viable alternatives. There is also a need to obtain these materials in an environmentally and economically sustainable way. The hereby developed process of obtaining film-forming solutions from semi-refined porphyran (PorphSR) uses a green solvent (hot water) with a high extraction yield of semi-refined porphyran (26.66 +- 0.27%) in a reproducible way and with low levels of contaminants. The obtained semi-refined porphyran showed good antioxidant potential in all tests performed: HPSA (D0.066 +- 0.002), DPPH (2.23 +- 0.78%), FRAP (0.420 +- 0.014 eq. ascorbic acid ug mg-1 of extract) and ABTS (20.46 +- 0.90%). After being cast into films, the most notable antioxidant properties were those of the semi-refined porphyran in the DPPH, FRAP and ABTS assays and of the pectin, (PorphSR_PcT and PorphSR_PcT_Gly) in the HPSA assay. Morphologically, the films showed relatively homogeneous and low roughness surfaces. It is concluded that the described method to obtain semi-refined porphyran is feasible and reproducible, and that the developed films, mainly PorfP2_PcT_Gly, proved to be a potential candidate for non-biodegradable plastic substitutes.

2021Journal article

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Nutrient‐efficient catfish‐based aquaponics for producing lamb's lettuce at two light intensities

Publication . Sebastião, Fernando; Vaz, Daniela C.; Pires, Cristiana L; Cruz, Pedro F; Moreno, Maria João; Brito, Rui M M; Cotrim, Luís; Oliveira, Nelson; Costa, Ana; Fonseca, André; Rodrigues, Maria; Ispolnov, Kirill; Bernardino, Raul; Vieira, Judite

BACKGROUND: Aquaponic systems are sustainable processes of managing water and nutrients for food production. An innovate nutrient-efficient catfish-based (Clarias gariepinus) aquaponics system was implemented for producing two cultivars of two leafy vegetables largely consumed worldwide: lamb's lettuce (Valerianella locusta var. Favor and Valerianella locusta var. de Hollande) and arugula (Eruca vesicaria var. sativa and Eruca sativa). Different growing treatments (4 × 2 factorial design) were applied to plants of each cultivar, grown at two light intensities (120 and 400 ∼mol m−2 s −1). During growth, several morphological characteristics (root length, plant height, leaf number, foliage diameter and biggest leaf length) were measured. At harvest, plants were weighed and examined qualitatively in terms of greenness and health status. Additionally, leaf extracts were obtained and used to determine total phenolic contents, antioxidant capacities, and levels of cytotoxicity to Caco-2 intestinal model cells. RESULTS: After a 5-week growth period, both lamb's lettuce cultivars presented high levels of greenness and health status, at both light intensities, particularly the var. de Hollande that also showed higher average performance in terms of plant morphology. In turn, arugula cultivars showed lower levels of greenness and health status, especially the cultivar E. vesicaria var. sativa submitted to direct sunlight during growth. In addition, plant specimens submitted to higher levels of light intensity showed higher contents in antioxidants/polyphenols. Cultivars with a higher content in antioxidants/polyphenols led to higher Caco-2 cell viability. CONCLUSION: For successful industrial implementation of the aquaponics technology, different and optimized acclimatizing conditions must be applied to different plant species and cultivars. © 2024 The Authors. Journal of The Science of Food and Agriculture published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.

2024Journal article

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Development and characterization of films for food application incorporating porphyran extracted from Porphyra dioica

Publication . Teles, Marco; Adão, Pedro; Afonso, Clélia; Bernardino, Raul; Guedes, Mafalda; Baptista, Ricardo; Bernardino, Susana

Non-biodegradable plastic is one of the biggest environmental problems of our lifetime and, considering the present societal needs, it will get worse. Consequently, there is an urgent need to develop sustainable and renewable alternatives to plastic, such as plastic-like materials obtained from biodegradable polymers, namely sulfated polysaccharides, considered one of the most viable alternatives. There is also a need to obtain these materials in an environmentally and economically sustainable way. The hereby developed process of obtaining film-forming solutions from semi-refined porphyran (PorphSR) uses a green solvent (hot water) with a high extraction yield of semi-refined porphyran (26.66 +- 0.27%) in a reproducible way and with low levels of contaminants. The obtained semi-refined porphyran showed good antioxidant potential in all tests performed: HPSA (D0.066 +- 0.002), DPPH (2.23 +- 0.78%), FRAP (0.420 +- 0.014 eq. ascorbic acid ug mg-1 of extract) and ABTS (20.46 0.90%). After being cast into films, the most notable antioxidant properties were those of the semi-refined porphyran in the DPPH, FRAP and ABTS assays and of the pectin, (PorphSR_PcT and PorphSR_PcT_Gly) in the HPSA assay. Morphologically, the films showed relatively homogeneous and low roughness surfaces. It is concluded that the described method to obtain semi-refined porphyran is feasible and reproducible, and that the developed films, mainly PorfP2_PcT_Gly, proved to be a potential candidate for non-biodegradable plastic substitutes.

2022Journal article

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Tratamento de água residual suinícola através de vermifiltração e hidroponia

Publication . Luz, Tomás Michael do Rosário da; Aires, Luis Miguel Igreja; Ispolnov, Kirill

A suinicultura, apesar da sua importância, contribui para o aumento da indisponibilidade de água potável devido às descargas das águas residuais deste setor sem o tratamento adequado, ricas em sólidos, nutrientes, metais pesados e agentes patogénicos. Perante as dificuldades de implementação de sistemas convencionais de tratamento de água, e pela dispersão das explorações suinícolas, parece fundamental estudar novas alternativas, mais sustentáveis e descentralizadas, de gestão e tratamento destes efluentes. Este estudo teve por objetivo principal avaliar a vermifiltração integrada com a hidroponia no tratamento de água residual suinícola. Para isso, primeiramente foi concebido e otimizado um sistema hidropónico DWC (Deep Water Culture) à escala laboratorial, que permitisse produzir adequadamente alfaces, de bom aspeto, com elevada eficiência de uso de água e de radiação e um efluente com teores baixos de azoto (N) e fósforo (P), com o intuito de se usar posteriormente esse sistema no tratamento hidropónico de água residual suinícola vermifiltrada. Para o efeito foram testados diferentes níveis de radiação (DLI, integral diário de luz fotossintética, entre 8 e 23 mol m-2 d-1), usando luz fluorescente, e volumes de solução nutritiva (SN) por alface entre 1,5 e 3 L, em dois estudos consecutivos de 35 dias de crescimento de alface frisada (Lactuca sativa L. var. crispa). Os resultados revelaram que 2 L de SN por alface e DLI entre 10 e 12 mol m-2 d-1 foram as condições que permitiam alcançar os objetivos pretendidos com o sistema concebido. Uma vez otimizado o sistema hidropónico, foram realizados 2 estudos de tratamento de água residual suinícola por vermifiltração e hidroponia. A alface frisada foi cultivada hidroponicamente durante 35 dias num primeiro momento em água vermifiltrada (AV), e posteriormente em água vermifiltrada suplementada (AVS), tendo como controlo a SN. O crescimento das plantas foi monitorizado semanalmente, através de análises métricas de alguns parâmetros de crescimento, assim como os parâmetros físico-químicos e microbiológicos de qualidade de água. A água vermifiltrada usada nos estudos foi recolhida após aclimatação das minhocas usadas (Eisenia fetida) e maturação do vermifiltro, construído e testado em estudos anteriores. As análises pontuais realizadas mostraram que o vermifiltro conseguiu remover da água residual 84% dos SST, mais de 80% da turvação, 20% dos SDT, mais de 47% da CBO5, mais de 80% do NH3-N e mais de 80% dos coliformes totais e E. coli. O acréscimo máximo observado de PO4-P foi de 2,2 mgP L-1, e de NO3-N foi de 113 mgN L- 1. A água vermifiltrada evidenciou ter teores médios de NO3-N adequados à hidroponia de alface, mas valores baixos de PO4-P. No estudo de hidroponia em AV, usou-se 2 L de solução por planta e DLIs de 8,06, 10,4 e 12,1 mol m-2 d-1, com a SN como controlo. A AV evidenciou excelente viabilidade para o crescimento de alface, no entanto o crescimento médio, a biomassa produzida e o aspeto final das alfaces foram significativamente inferiores nos tratamentos com AV, sendo o fósforo um dos nutrientes limitantes. A AV no final da hidroponia apresentou, contudo, critérios legais de qualidade que permitiriam a sua reutilização em rega, com algumas restrições, e a sua reutilização em alguns usos urbanos. No tratamento hidropónico em AVS, a suplementação com fósforo e outros macro e micronutrientes foi realizada com o objetivo de se melhorar a produtividade de alface e ao mesmo tempo potenciar o tratamento da água, tendo decorrido também com volume 2 L de solução por planta, mas com um DLI médio de 11 mol m-2 d-1, usando a SN e a AV como controlos. Em termos de biomassa produzida e aspeto das alfaces, o tratamento AVS foi igual ao tratamento SN. No final do estudo hidropónico, os parâmetros analisados na AV como na AVS estavam em conformidade com os requisitos legais para descarga de águas residuais. No que respeita ao aproveitamento de águas residuais tratadas para reutilização em rega (Decreto-Lei 119/2019) a AV e a AVS poderiam ser classificadas com uma classe de qualidade C em função da quantidade de E. coli ainda presente na água. Os resultados obtidos mostraram boa capacidade do sistema integrado de vermifiltração e hidroponia no tratamento de águas residuais suinícolas, produzindo uma água com qualidade de ser reutilizada em diversos fins e permitindo em simultâneo a produção de alfaces com elevada eficiência de uso de água e com potencial se serem valorizadas economicamente.

2023-11-16Master thesis

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