Analysis of antioxidant and antigenotoxic activities of grape berry extracts

Abstract

Vitis vinifera grape berries have attracted a lot of attention in health research due to their rich phenolic content. These compounds have biological properties, such as antioxidant, anticarcinogenic, anti-inflammatory and antimicrobial, and other protective effects against an array of stresses. Also, they showed promising results against different diseases such as diabetes, Alzheimer’s, Parkinson’s, cardiovascular diseases and post-traumatic stress disorder (PTSD). Red varieties are richer in these compounds due to the presence of anthocyanins but there are considerable differences also among red grape varieties. The red variety Vinhão from the Northwest of Portugal is highly concentrated in these compounds, conferring a great potential for biological activities. Bearing in mind that there is insufficient data regarding potential beneficial effects of Portuguese wines and cultivars and there is an increasingly interest in natural compounds and the reuse of agricultural wastes for other purposes. The aim of this work is to determine and compare different bioactivities of seeds and skin extracts of two ‘vinho Verde’ wine cultivars, Vinhão and Loureiro, a red one and a white one, respectively. And encourage the use of Portuguese wine production wastes for the application in cosmetics and nutraceuticals. To achieve these goals, total phenolic content was determined by Folin-Ciocalteu method. Furthermore, the antioxidant activity of all extracts was assessed by DPPH assay, reducing power assay, iron chelation assay and by flow cytometry. Moreover, genotoxicity and antigenotoxicity of all extracts was estimated by DNA topology assay. Two different assays were used to determine the antigenotoxic mechanism of Vinhão and Loureiro seeds extracts, the comet assay and the AMES test. Seed extracts from both varieties displayed strong reducing power and DPPH scavenging activities, while red Vinhão berries displayed higher activities than the white variety (Loureiro). Interestingly, all samples did not chelate iron, suggesting that this property is not involved in antioxidant activity. In addition, all extracts were antigenotoxic using DNA topology assay and comet assay with human lymphocytes. Ultimately, the grape extracts evaluated showed to have great antioxidant and antigenotoxic potential, except Loureiro berry extract. Furthermore, seeds extracts showed to be not mutagenic and they do not protect against mutations induced by diagnostic mutagens. Moreover, when compared to the literature, the values obtained by DPPH and reducing power assay for both seeds’ extracts are higher than other well-known varieties tested, such as Merlot, Pinot Noir and Cabernet Sauvignon. Portuguese grape varieties grown in ‘vinho Verde’ region showed to be great sources of polyphenols with nutraceutical properties. Further studies must be conducted to determine antioxidant and antigenotoxic activity in vivo, since results were not coincident, and to encourage the use of these extracts in nutraceuticals and cosmetics.

Os bagos uva de Vitis vinifera têm atraído muita atenção na área da saúde devido ao seu elevado teor em polifenóis. Estes compostos possuem propriedades biológicas, como antioxidante, anticancerígena, anti-inflamatória, antimicrobiana, assim como outros efeitos protetores contra uma série de stresses. Para além disso, esta classe de compostos mostrou resultados promissores contra diferentes doenças, como diabetes, Alzheimer, Parkinson, doenças cardiovasculares e stress pós-traumático (PTSD). As variedades tintas são mais ricas devido à presença de antocianinas, mas também há diferenças consideráveis entre as variedades de uvas tintas. A variedade tinta Vinhão, do Noroeste de Portugal, é altamente concentrada nestes compostos, o que lhe confere um grande potencial para atividades biológicas. Tendo em conta que os dados relativos aos potenciais efeitos benéficos dos vinhos e castas portugueses são insuficientes e há um crescente interesse pela reutilização de resíduos agrícolas para a extração de compostos com efeitos benéficos para a saúde humana. O objetivo deste trabalho é determinar e comparar diferentes bioatividades de extratos de sementes e película de duas castas Minhotas, Vinhão e Loureiro, tinta e branca, respetivamente. E revelar novas aplicações para os resíduos da produção vinícola portuguesa. Para alcançar estes objetivos, o conteúdo total em polifenóis foi determinado pelo método de Folin-Ciocalteu. Além disso, a atividade antioxidante de todos os extratos foi avaliada por ensaio de DPPH, ensaio de poder redutor, ensaio de quelação de ferro e por citometria de fluxo. A genotoxicidade e a antigenotoxicidade de todos os extratos foram estimadas pelo ensaio de topologia de DNA e, a atividade das sementes também foi avaliada por ensaio cometa. O potencial anti mutagénico dos extratos de sementes de Vinhão e Loureiro foi determinado pelo teste AMES. Os extratos de sementes apresentaram forte poder redutor e elevada atividade de scavenging de DPPH, enquanto os bagos de Vinhão apresentaram atividades superiores às da variedade branca (Loureiro). Curiosamente, todas as amostras não quelaram o ferro, sugerindo que este não é o mecanismo envolvido na atividade antioxidante. Todos os extratos revelaram ser antigenotóxicos no ensaio de topologia de DNA e no ensaio cometa com linfócitos humanos. Finalmente, os extratos de sementes revelaram não ser mutagénicos e não apresentaram efeitos protetores contra mutagénios. Além disso, quando comprados com a literatura, os extratos de sementes de ambas as variedades apresentaram valores superiores para o ensaio de DPPH e de poder redutor do que as sementes de outras variedades conhecidas, como Merlot, Pinot Noir e Cabernet Sauvignon. As castas portuguesas cultivadas na região dos ‘vinhos Verdes’ mostraram ser excelentes fontes de polifenóis com propriedades nutracêuticas. No entanto, novos estudos devem ser realizados para determinar a atividade antioxidante e antigenotóxica in vivo, uma vez que os resultados não foram coincidentes.