Loading...
Publication
Bioprospection of bioactive compounds from coffee waste biomass as a useful strategy for its valorization
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.59 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
Coffee is one of the most popular beverages in the world and its consumption generates copious
amounts of waste. The most relevant by-product of the coffee industry are the spent coffee grounds,
with 6 million tons being produced worldwide per year. Although generally treated as waste, spent
coffee grounds are a rich source of several bioactive compounds, with applications in diverse industrial
fields. The present work aimed the analysis of spent coffee grounds from different geographical origins
(Guatemala, Colombia, Brazil, Timor, and Ethiopia) for the identification of bioactive compounds
with industrial interest. For this purpose, the volatile fingerprint was established by headspace solid phase microextraction coupled with gas chromatography mass spectrometry (HS-SPME/GC-MS).
Additionally, the bioactive and antioxidant potential was assessed through a µ-QuEChERS
methodology coupled to spectrophotometric techniques (total phenolic content (TPC), and DPPH and
ABTS scavenging assays). Finally, the identification of the bioactive compounds responsible for the
antioxidant activity attributed to the spent coffee grounds was attempted, using miniaturized solid phase extraction (µ-SPEed) coupled to ultrahigh performance liquid chromatography with photodiode
array detection (UHPLC-PDA). The volatile fingerprint analysis enabled the identification of a total
of 111 volatile organic compounds (VOCs) in the spent coffee grounds belonging to different chemical
families. Furanic compounds, nitrogen compounds, esters, carbonyl compounds, volatile phenols, and
terpenoids comprised most of the volatile fingerprint, with the remaining chemical families only
constituting less than 2%. Some of the major VOCs identified have been reported in literature to have
great potential as raw material for applications in food and/or in non-food products. The highest value
for the TPC was obtained for the sample from Brazil (53.68 ± 3.120 mg GAE/100 g DW), while
Colombia presented the lowest value (41.56 ± mg GAE/100 g DW). As for the DPPH assay, the
highest scavenging activity was presented by Brazil (78.11 ± 7.333 mg TE/100 g DW) and the lowest
for Guatemala (50.64 ± 5.257 mg TE/100 g DW). Finally, the UHPLC-PDA analysis permitted the
identification and quantification of seven bioactive compounds in the spent coffee grounds, which
were 3- and 5-cafeoylquinic, 4,5-, 1,5-, 3,4-dicaffeoylquinic and caffeic acids, and caffeine. 5-
cafeoylquinic acid and caffeine were the most abundant compounds found in all of the samples
analyzed and highest concentrations were registered for the Guatemala sample (385.3 ± 24.38 e 391.9
± 27.31 mg/100 g, respectively). These bioactive compounds are responsible for several biological
effects in the human organism, with high potential applications in cosmetic, pharmacological, and
food industries, as well as in plague control. The results obtained in this work show that spent coffee
grounds are a rich source of several bioactive compounds, supporting its bioprospection based on
circular economy concept closing the loop of coffee value chain, toward the valorization of coffee by products.
O café é uma das bebidas mais populares no mundo e o seu consumo gera enormes quantidades de resíduos. O resíduo mais significativo produzido pela indústria do café é a borra, com 6 milhões de toneladas a serem produzidas anualmente a nível mundial. Apesar de ser tratada como resíduo, a borra de café é uma fonte rica de compostos bioativos, com aplicações em diversas áreas industriais. O presente trabalho teve como objetivo analisar borra de café de diferentes origens geográficas (Guatemala, Colômbia, Brasil, Timor e Etiópia), para a identificação de compostos bioactivos com interesse industrial. Para este fim, estabeleceu-se o perfil volátil por microextração em fase sólida em espaço de cabeça acoplada a cromatografia em fase gasosa e espectrometria de massa (HS-SPME/GC MS). Adicionalmente, o potencial bioativo e antioxidante foi determinado por uma metodologia de µ QuEChERS acoplada a técnicas espetrofotométricas (conteúdo total de compostos fenólicos (TPC), e capacidade antioxidante). Finalmente, a identificação dos compostos bioativos foi realizada por extração em fase sólida miniaturizada (µ-SPEed) acoplada a cromatografia em fase líquida de alta eficiência (UHPLC-PDA). O estabelecimento do perfil volátil permitiu a identificação de 111 compostos orgânicos voláteis (VOCs) nas borras analisadas, pertencentes a diferentes famílias químicas. Compostos furânicos, compostos nitrogenados, ésteres, compostos carbonílicos, fenóis voláteis, e terpenoides compuseram a maioria do perfil volátil, com as restantes famílias químicas apenas representando menos de 2%. Alguns dos VOCs maioritários foram descritos na literatura com grande potencial como matéria-prima para aplicações em produtos alimentares e não alimentares. O teor mais elevado obtido para o TPC foi observado na amostra do Brasil (53.68 ± 3.120 mg GAE/100 g DW) e menor para o da Colômbia (41.56 ± mg GAE/100 g DW). A atividade antioxidante mais elevada foi observada para a amostra do Brasil (78.11 ± 7.333 mg TE/100 g DW) e a menor para a da Guatemala (50.64 ± 5.257 mg TE/100 g DW). Por fim, a análise por UHPLC-PDA permitiu a identificação e a quantificação de sete compostos bioativos, que foram os ácidos cafeico, 3- e 5- cafeoilquínicos e 4,5-, 1,5-, 3,4-dicafeoilquínicos, e a cafeína. O ácido 5-cafeoilquínico e a cafeína foram os compostos mais abundantes encontrados nas amostras, e as concentrações mais elevadas foram registadas para a amostra de Guatemala (385.3 ± 24.38 e 391.9 ± 27.31 mg/100 g, respetivamente). Estes compostos bioativos são responsáveis por diversos efeitos biológicos no organismo humano, e apresentam potencial em muitas aplicações nas indústrias cosméticas, farmacêuticas e alimentar, bem como no controlo de pragas. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que a borra de café é uma fonte de compostos bioativos, apoiando a sua bioprospecção baseada no conceito da economia circular, fechando o ciclo de valorização do café.
O café é uma das bebidas mais populares no mundo e o seu consumo gera enormes quantidades de resíduos. O resíduo mais significativo produzido pela indústria do café é a borra, com 6 milhões de toneladas a serem produzidas anualmente a nível mundial. Apesar de ser tratada como resíduo, a borra de café é uma fonte rica de compostos bioativos, com aplicações em diversas áreas industriais. O presente trabalho teve como objetivo analisar borra de café de diferentes origens geográficas (Guatemala, Colômbia, Brasil, Timor e Etiópia), para a identificação de compostos bioactivos com interesse industrial. Para este fim, estabeleceu-se o perfil volátil por microextração em fase sólida em espaço de cabeça acoplada a cromatografia em fase gasosa e espectrometria de massa (HS-SPME/GC MS). Adicionalmente, o potencial bioativo e antioxidante foi determinado por uma metodologia de µ QuEChERS acoplada a técnicas espetrofotométricas (conteúdo total de compostos fenólicos (TPC), e capacidade antioxidante). Finalmente, a identificação dos compostos bioativos foi realizada por extração em fase sólida miniaturizada (µ-SPEed) acoplada a cromatografia em fase líquida de alta eficiência (UHPLC-PDA). O estabelecimento do perfil volátil permitiu a identificação de 111 compostos orgânicos voláteis (VOCs) nas borras analisadas, pertencentes a diferentes famílias químicas. Compostos furânicos, compostos nitrogenados, ésteres, compostos carbonílicos, fenóis voláteis, e terpenoides compuseram a maioria do perfil volátil, com as restantes famílias químicas apenas representando menos de 2%. Alguns dos VOCs maioritários foram descritos na literatura com grande potencial como matéria-prima para aplicações em produtos alimentares e não alimentares. O teor mais elevado obtido para o TPC foi observado na amostra do Brasil (53.68 ± 3.120 mg GAE/100 g DW) e menor para o da Colômbia (41.56 ± mg GAE/100 g DW). A atividade antioxidante mais elevada foi observada para a amostra do Brasil (78.11 ± 7.333 mg TE/100 g DW) e a menor para a da Guatemala (50.64 ± 5.257 mg TE/100 g DW). Por fim, a análise por UHPLC-PDA permitiu a identificação e a quantificação de sete compostos bioativos, que foram os ácidos cafeico, 3- e 5- cafeoilquínicos e 4,5-, 1,5-, 3,4-dicafeoilquínicos, e a cafeína. O ácido 5-cafeoilquínico e a cafeína foram os compostos mais abundantes encontrados nas amostras, e as concentrações mais elevadas foram registadas para a amostra de Guatemala (385.3 ± 24.38 e 391.9 ± 27.31 mg/100 g, respetivamente). Estes compostos bioativos são responsáveis por diversos efeitos biológicos no organismo humano, e apresentam potencial em muitas aplicações nas indústrias cosméticas, farmacêuticas e alimentar, bem como no controlo de pragas. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que a borra de café é uma fonte de compostos bioativos, apoiando a sua bioprospecção baseada no conceito da economia circular, fechando o ciclo de valorização do café.
Description
Keywords
Spent coffee grounds Bioactive compounds Waste valorization HS-SPME GC-MS µ-QuEChERS Antioxidant potential µ-SPEed UHPLC-P Borra de café Compostos bioativos Valorização de resíduos HS-SPME GC-MS µ-QuEChERS UV-Vis µ-SPEed UHPLC-PDA Applied Biochemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia