Chemical investigation and biological evaluation of polyphenols isolated from wastes of certain plants belonging to family fabaceae /
الفحص الكيميائي والتقييم البيولوجي للمركبات متعددة الفينول المفصولة من مخلفات بعض النباتات المنتمية للعائلة البقولية /
by Asmaa Mohamed Ahmed Khalil ; Supervision Prof. Dr.Soheir Mohamed Hassan El Zalabani, Prof. Dr.Hesham Ibrahim El-Askary, Prof. Dr. Omar Mohamed Sabry, Prof. Dr.Nesrin Mohamed Ahmed Fayek.
- 243 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.
Bibliography: pages 219-243.
problems. The proper disposal, or valorization, of agri-food waste has become a major obstacle in food industries, in order to avoid its negative impact on the environment. Agri-food waste valorization can be achieved through production of fuel, compost, and biofibers or by utilizing it as livestock feed. A recent technique of agri-food waste valorization is through considering the waste as a source of various bioactive or nutritive natural products. Consequently, reduction in the volume of harmful residues is expected to provide high added-value products; moreover, additional income, and secure food production can be achieved. Fabaceae or legume family is one of the largest flowering plant families. Legumes constitute a chief part of the human diet and are widely cultivated in Egypt. The processing of legumes in households and food factories creates a large amount of waste that needs valorization. In Egypt, the pods of Ceratonia siliqua L. are used to prepare a well-liked drink; meanwhile, the seeds of Trigonella foenum-graecum L. and Pisum sativum L. are considered as two of the most widely consumed legumes. Consequently, seeds of C. siliqua, alongside peels, leaves, and stems of T. foenum-graecum and P. sativum are usually considered as waste; and thus, were selected for investigation of their metabolic composition and corresponding bioactivities. Among previously reported phenolics, the acylated ones were predominant in different members of the family. Taking into consideration that acylated polyphenolics were found to be more stable and biologically active than the corresponding non-acylated ones, detailed chemical and bioactive exploration of these compounds in the different samples appeared necessary. The chemical and biological investigation of C. siliqua seeds resulted in isolation of two flavonoid derivatives, one of which is acylated; 4'-p-hydroxybenzoylisorhamnetin-3,7-di-O-α-L-rhamnoside and the other is non-acylated; quercitrin. Network pharmacology analysis of the isolated compounds indicated their potential anticancer activity, especially against renal cancer. In fact, the in-vitro MTT cytotoxicity assay confirmed the active potential of 4'-p-hydroxybenzoylisorhamnetin-3,7-di-O-α-L-rhamnoside in renal cancer. In addition, the methanol extract of C. siliqua seeds and its ethyl acetate fraction were standardized to their 4'-p-hydroxybenzoylisorhamnetin-3,7-di-O-α-L-rhamnoside content. Results suggested the possible utilization of C. siliqua seeds as a source of the acylated flavonoid derivative, 4'-p-hydroxybenzoylisorhamnetin-3,7-di-O-α-L-rhamnoside, which could be incorporated in pharmaceutical products as potential anticancer agent in renal cancer. P. sativum wastes were subjected to LC-MS/MS metabolomics analysis and molecular networking, which revealed the richness of the waste extracts, especially those of the leaves and stems, in polyphenolics represented by flavonoids and phenolic acids. Network pharmacology study of the identified metabolites indicated that flavonoids and phenolic acids were the key metabolites against breast cancer. Trans p-coumaric acid, methyl cis p-coumarate and a mixture of liquiritigenin and its 7-methoxy derivative were isolated from P. sativum leaves and stems extract. Methyl cis p-coumarate showed the most potent activity in the in-vitro MTT assay. Consequently, P. sativum leaves and stems extract can be utilized as a source of the bioactive phenolic compound, methyl cis p-coumarate that can potentially be used for the treatment of breast cancer. T. foenum-graecum waste extracts were subjected to LC-MS/MS untargeted metabolomics and molecular networking which revealed the presence of several types of metabolites including amino acids, flavonoids, phenolic acids, saponins, pterocarpans, fatty acids, and organo-nitrogenous compounds. Saponins represented a major class among the identified metabolites. A saponin-rich fraction was prepared from each of the waste extracts. A molecular docking study was performed on the identified saponins where they exhibited a high binding affinity to COX-II in contrast to COX-I which suggests their preferential COX-II inhibitory effect. The in-vitro COX inhibition assay results confirmed the preferential COX-II inhibitory effect of the saponin-rich fractions where the saponin-rich fraction of T. foenum-graecum peels extracts showed the strongest preferential COX-II inhibition. As a result, T. foenum-graecum waste extracts can be utilized as a source of bioactive saponins that can be incorporated in the drug industry as potential preferential COX-II inhibitory anti-inflammatory agents. يؤدي إنتاج مخلفات الأغذية الزراعية إلى مشاكل التخلص الآمن والمشاكل البيئية اللاحقة. أصبح التخلص السليم من نفايات الأغذية الزراعية أو الاستفادة منها عقبة رئيسية أمام الصناعات الغذائية لتجنب تأثيرها السلبي على البيئة. يمكن تحقيق الاستفادة من مخلفات الأغذية الزراعية من خلال إنتاج الوقود والسماد والألياف الحيوية أو من خلال استخدامها كعلف للماشية. تشتمل إحدى التقنيات الحديثة للاستفادة من مخلفات الأغذية الزراعية على اعتبار المخلفات مصدر للعديد من المنتجات الطبيعية النشطة بيولوجيًا أو المغذية. وبالتالي، يمكن تقليل حجم المخلفات الضارة، وتوفير منتجات ذات قيمة مضافة عالية، وتحقيق دخل إضافي، وإنتاج غذائي آمن. تعتبر العائلة البقولية من أكبر عائلات النباتات الزهرية ذات الانتشار الواسع في مصر. تشكل البقوليات جزءًا رئيسيًا من النظام الغذائي للإنسان. وحيث أن معالجة البقوليات في المنازل ومصانع المواد الغذائية تخلق كمية كبيرة من المخلفات فإن هذه المخلفات تحتاج إلى التخلص الآمن منها. في مصر، تُستخدم قرون الخروب لإعداد مشروب محبب، بينما تعتبر بذور كل من الحلبة والبازلاء من أكثر البقوليات استهلاكًا على نطاق واسع. ونتيجة لذلك، فإن بذور الخروب، جنبًا إلى جنب مع القشور والأوراق والسيقان من نباتي الحلبة والبازلاء، عادة ما يتم التخلص منها كمخلفات، لذلك تم اختيارها لدراستنا. كشفت مراجعة الأبحاث السابقة عن وجود العديد من المركبات متعددة الفينول الأسيلية في الكثير من النباتات المنتمية للعائلة البقولية وتبين أن هذه المركبات أكثر استقرارًا ونشاطًا بيولوجيًا مقارنةً بالمركبات متعددة الفينول الغير أسيلية. أسفرت الدراسات الكيميائية والبيولوجية لبذور الخروب عن فصل اثنين من مشتقات الفلافونويد، أحدهما أسيلي والآخر غير أسيلي. أشارت دراسة الشبكية الدواية للمركبات المفصولة إلى فعاليتها المضادة للسرطان وخاصة ضد سرطان الكلى. أكد اختبار السمية الخلوية في المختبر فعالية المركب الأسيلي المفصول ضد سرطان الكلى. تمت معايرة مستخلص الميثانول من بذور الخروب وجزء خلات الإيثيل الخاص به إلى محتوى المركب الأسيلي المفصول. تشير النتائج إلى إمكانية استخدام بذور الخروب كمصدر لمشتق الفلافونويد الأسيلي والذي يمكن دمجه في صناعة الأدوية كعامل محتمل مضاد للسرطان في حالات سرطان الكلى. تمت دراسة مخلفات نبات البازلاء بواسطة كروماتوجرافيا السائل عالية الاداء المقرونة بمطياف الكتلة الترددي والشبكات الجزيئية، والتي كشفت عن ثراء مستخلصات المخلفات، وخاصة مستخلص الأوراق والسيقان، بالمركبات متعددة الفينول المتمثلة في مركبات الفلافونويدات والأحماض الفينولية. أشارت دراسة الشبكية الدوائية للمركبات التي تم التعرف عليها إلى أن مركبات الفلافونويدات والأحماض الفينولية كانت المركبات الرئيسية الفعالة ضد سرطان الثدي. تم عزل حمض الكوماريك وكومارات الميثيل وخليط من الليكويريتيجينين ومشتقه 7-ميثيل الليكويريتيجينين من مستخلص أوراق وسيقان البازلاء .أظهر كومارات الميثيل النشاط الأكثر فعالية في اختبار النشاط السام للخلايا السرطانية داخل المختبر. وبالتالي، يمكن استخدام مستخلص أوراق وسيقان نبات البازلاء كمصدر للمركب متعدد الفينول النشط بيولوجيًا، كومارات الميثيل الذي يمكن استخدامه لعلاج سرطان الثدي. تم فحص مستخلصات مخلفات نبات الحلبة بواسطة كروماتوجرافيا السائل عالية الاداء المقرونة بمطياف الكتلة الترددي والشبكات الجزيئية التي كشفت عن وجود العديد من المركبات منها الأحماض الأمينية والفلافونويدات والأحماض الفينولية والصابونينات والبتروكاربانز والأحماض الدهنية والمركبات النيتروجينية العضوية. مثلت الصابونينات فئة رئيسية من المركبات التى تم التعرف عليها. تم تحضير جزء غني بالصابونين من كل من مستخلصات المخلفات. أظهر الجزء الغني بالصابونين من مستخلصات قشور نبات الحلبة أقوى نشاط تفضيلي مثبط لإنزيمات الأكسدة الحلقية-II . تم إجراء دراسة الالتحام الجزيئي على الصابونينات التي تم التعرف عليها حيث أظهرت تقاربًا عالي الارتباط لإنزيمات الأكسدة الحلقية-II على عكس إنزيمات الأكسدة الحلقية-I مما يؤكد تأثيرها المثبط التفضيلي لإنزيمات الأكسدة الحلقية-II. ونتيجة لذلك، يمكن استخدام مستخلصات مخلفات نبات الحلبة كمصدر للصابونينات النشطة بيولوجيًا والتي يمكن دمجها في صناعة الأدوية كمضادات للالتهاب.