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Publicação
LUTEIN AND CAROTENOID EXTRACTION USING DEEP EUTECTIC SOLVENTS FOR THERAPEUTIC APPLICATIONS IN OCULAR DISEASES
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Age-related ocular diseases such as macular degeneration are closely linked to oxidative
stress, highlighting the therapeutic importance of dietary carotenoids such as lutein. However,
their extraction traditionally relies on organic solvents (ethanol, methanol, hexane), which pre-
sent limitations in terms of efficiency, selectivity, and sustainability. Deep Eutectic Systems
(DES) have emerged as green alternatives, offering tunable polarity, biocompatibility, and po-
tential as multifunctional systems that combine extraction with delivery.
This thesis investigated hydrophilic and hydrophobic DES for the extraction of lutein
from kale (Brassica oleracea var. acephala), with a focus on their potential application in ocular
disease prevention and therapy. The study demonstrated that DES can effectively extract lu-
tein and that the obtained extracts are compatible with retinal cells, supporting their potential
use in ocular health applications.
Quantification revealed that lutein recovery with DES was markedly superior to con-
ventional solvents, reaching 21.8 ± 3.3 mg/g kale for Bet:Eg (1:3) and 18.4 ± 4.3 mg/g kale for
Bet:Pg (1:4), compared with only 1.7 mg/g kale obtained with ethanol:water (80:20, v/v). In
contrast, ethanol:water achieved the highest total phenolic content (20.0 ± 2.9 mg GAE/g kale).
Nevertheless, DES extracts displayed stronger reducing power (FRAP) and comparable radi-
cal-scavenging capacity (DPPH), suggesting enrichment in distinct phenolic subclasses alon-
gside carotenoids. Cytotoxicity assays in ARPE-19 retinal pigment epithelial cells confirmed
that chlorophyll-free DES extracts were non-cytotoxic at concentrations up to 100 mg/mL, far
above the micromolar doses relevant for ocular delivery.
Taken together, these findings demonstrate that DES act as efficient and biocompatible
extraction platforms, yielding higher lutein recoveries and antioxidant-rich extracts. Future
work should focus on HPLC profiling of carotenoids, cytotoxicity testing of neat DES, and
further exploration of biphasic systems. Overall, this study establishes DES as sustainable and
clinically relevant solvents for carotenoid recovery, supporting their potential use in ocular
formulations for retinal disease prevention.
As doenças oculares relacionadas com a idade, como a degenerescência macular, estão fortemente associadas ao stress oxidativo, o que realça a importância terapêutica dos caro- tenoides dietéticos, em particular da luteína. Contudo, a sua extração recorre tradicionalmente a solventes orgânicos (etanol, metanol, hexano), que apresentam limitações em termos de efi- ciência, seletividade e sustentabilidade. Os Deep Eutectic Systems (DES) surgem como alterna- tivas verdes, oferecendo polaridade ajustável, biocompatibilidade e potencial enquanto siste- mas multifuncionais que combinam extração e entrega. Na presente dissertação investigaram-se DES hidrofílicos e hidrofóbicos para a extração de luteína a partir de couve (Brassica oleracea var. acephala), com enfoque no seu potencial para a prevenção e terapêutica de patologias oculares. Os resultados demonstraram que os DES são capazes de promover uma extração eficiente de luteína e que os extratos obtidos apresentam compatibilidade com células retinianas, reforçando a sua relevância enquanto candidatos para futuras aplicações no domínio da saúde ocular. A quantificação revelou que a recuperação de luteína com DES foi superior à obtida com solventes convencionais, alcançando 21,8 ± 3,3 mg/g couve para Bet:Eg (1:3) e 18,4 ± 4,3 mg/g para Bet:Pg (1:4), contra apenas 1,7 mg/g couve com etanol:água (80:20, v/v). Embora o eta- nol:água apresenta maior teor fenólico total (20,0 ± 2,9 mg GAE/g), os DES exibiram maior poder redutor (FRAP) e atividade radicalar comparável (DPPH). Ensaios de citotoxicidade em células ARPE-19 confirmaram que os extratos de DES livres de clorofila não foram citotóxicos até 100 mg/mL, valor muito acima das doses micromolares relevantes em aplicações oculares. Em síntese, estes resultados demonstram que os DES funcionam como plataformas de extração eficientes e biocompatíveis, proporcionando recuperações mais elevadas de luteína e extratos com elevada atividade antioxidante. Futuramente, será essencial aprofundar a carac- terização do perfil de carotenoides por HPLC, avaliar a citotoxicidade dos DES puros e explo- rar sistemas bifásicos. Globalmente, este trabalho estabelece os DES como solventes sustentá- veis e clinicamente relevantes para a recuperação de carotenoides, reforçando o seu potencial em formulações oculares para a prevenção de doenças retinianas.
As doenças oculares relacionadas com a idade, como a degenerescência macular, estão fortemente associadas ao stress oxidativo, o que realça a importância terapêutica dos caro- tenoides dietéticos, em particular da luteína. Contudo, a sua extração recorre tradicionalmente a solventes orgânicos (etanol, metanol, hexano), que apresentam limitações em termos de efi- ciência, seletividade e sustentabilidade. Os Deep Eutectic Systems (DES) surgem como alterna- tivas verdes, oferecendo polaridade ajustável, biocompatibilidade e potencial enquanto siste- mas multifuncionais que combinam extração e entrega. Na presente dissertação investigaram-se DES hidrofílicos e hidrofóbicos para a extração de luteína a partir de couve (Brassica oleracea var. acephala), com enfoque no seu potencial para a prevenção e terapêutica de patologias oculares. Os resultados demonstraram que os DES são capazes de promover uma extração eficiente de luteína e que os extratos obtidos apresentam compatibilidade com células retinianas, reforçando a sua relevância enquanto candidatos para futuras aplicações no domínio da saúde ocular. A quantificação revelou que a recuperação de luteína com DES foi superior à obtida com solventes convencionais, alcançando 21,8 ± 3,3 mg/g couve para Bet:Eg (1:3) e 18,4 ± 4,3 mg/g para Bet:Pg (1:4), contra apenas 1,7 mg/g couve com etanol:água (80:20, v/v). Embora o eta- nol:água apresenta maior teor fenólico total (20,0 ± 2,9 mg GAE/g), os DES exibiram maior poder redutor (FRAP) e atividade radicalar comparável (DPPH). Ensaios de citotoxicidade em células ARPE-19 confirmaram que os extratos de DES livres de clorofila não foram citotóxicos até 100 mg/mL, valor muito acima das doses micromolares relevantes em aplicações oculares. Em síntese, estes resultados demonstram que os DES funcionam como plataformas de extração eficientes e biocompatíveis, proporcionando recuperações mais elevadas de luteína e extratos com elevada atividade antioxidante. Futuramente, será essencial aprofundar a carac- terização do perfil de carotenoides por HPLC, avaliar a citotoxicidade dos DES puros e explo- rar sistemas bifásicos. Globalmente, este trabalho estabelece os DES como solventes sustentá- veis e clinicamente relevantes para a recuperação de carotenoides, reforçando o seu potencial em formulações oculares para a prevenção de doenças retinianas.
Descrição
Palavras-chave
Ocular diseases Carotenoids Lutein Deep eutectic solvents Green extraction