Antioxidant effect of cathodic water on seeds / Ação antioxidante da água catódica em sementes

ABSTRACT: Recalcitrant and intermediate seeds have limitations regarding conservation because of their sensitivity to desiccation and response to storage. Establishing a method for seed storage is difficult because these seeds deteriorate rapidly, which can intensify production of reactive oxygen species that cause lethal oxidative damage to plant tissues. Orthodox seeds, which have greater tolerance to desiccation and storage, are also subject to deterioration processes, in degrees that vary according to the species. Damage caused by harmful levels of free radicals can be mitigated by the action of endogenous or exogenous antioxidants. Recent studies have led to new technologies for protection coming from antioxidants, one of which is cathodic protection. This is a technique with promising results in recalcitrant species, as well as in other living organisms. This paper reviews results regarding the antioxidant activity of cathodic water produced from electrolysis of a calcium chloride and magnesium chloride solution.

RESUMO: As sementes recalcitrantes e intermediárias apresentam limitações com relação à conservação, devido a sua sensibilidade à dessecação e ao comportamento durante o armazenamento. Uma dificuldade no estabelecimento de metodologias para o armazenamento dessas sementes é devido à rápida deterioração, em que atuam processos que podem potencializar a produção de espécies reativas de oxigênio, causando danos oxidativos letais aos tecidos vegetais. Sementes ortodoxas, as quais apresentam maior tolerância à dessecação e ao armazenamento, também sofrem a ação dos processos deteriorativos, em graus variáveis com as espécies. Os danos causados por níveis nocivos de radicais livres podem ser amenizados pela ação de antioxidantes endógenos ou exógenos. Resultados de pesquisas recentes têm possibilitado novas tecnologias de proteção antioxidativa, sendo a proteção catódica uma técnica promissora e com resultados relevantes em espécies sensíveis à dessecação e em outros organismos vivos. Neste trabalho é apresentada uma revisão sobre a ação antioxidante da água catódica, produzida a partir da eletrólise de uma solução contendo cloreto de cálcio e cloreto de magnésio.

Endo-β-mannanase enzyme activity in the structures of Coffea arabica L. seeds under different types of processing and drying / Atividade da enzima endo-β-mananase nas estruturas de sementes de Coffea arabica L. submetidas a diferentes tipos de processamentos e secagem

ABSTRACT: Enzymes play a fundamental role in degradation of molecules during seed germination, development, and deterioration. Endo-β-mannanase is one of the main enzymes responsible for hydrolysis of mannans in the endosperm during germination of coffee seeds through its action in hydrolytic degradation of cell walls and in weakening the structures of the endosperm that surround the embryo, allowing radicle emergence. The aim of this study was to determine the activity of the endo-β-mannanase enzyme in the structures of coffee seeds for the purpose of assessing the relationship between this activity and the physiological quality of the seeds under different processing and drying methods. Coffea arabica L. fruit in the cherry maturity stage was subjected to three different types of processing: natural (seeds maintained in the fruit itself), fully washed (fruit pulped mechanically and the seeds demucilaged by fermentation in water), and semi-washed or demucilaged (both fruit pulp and mucilage removed mechanically); and two methods of drying: slow drying (suspended screen) in the shade, and rapid drying in mechanical dryer at 35°C to a moisture content of 11±1%. After processing and drying, the physiological quality of the seeds was evaluated through the germination test, and endo-β-mannanase enzyme activity was quantified. Coffee seeds submitted to natural processing have lower physiological performance, as well as greater deterioration and greater activity of the endo-ß-mannanase enzyme. Removal of mucilage during fully washed and semi-washed processing of coffee seeds reduces the activity of the endo-ß-mannanase enzyme and lowers deterioration, especially after faster drying. The enzyme endo-ß-mannanase is efficient in studying of the effects of processing and drying on coffee seeds, and can be evaluated in whole seeds, endosperms or embryos.

RESUMO: As enzimas têm papel fundamental na degradação de moléculas durante a germinação, desenvolvimento e deterioração das sementes. A endo-β-mananase é uma das principais responsáveis pela hidrólise das mananas no endosperma durante a germinação das sementes de café, atuando na degradação das paredes celulares e enfraquecimento do endosperma que circunda o embrião, permitindo a protrusão da radícula. Objetivou-se nesta pesquisa determinar a atividade da endo-beta-mananase nas estruturas das sementes de café, para avaliar a relação entre esta atividade e a qualidade de sementes submetidas a diferentes processamentos e métodos de secagem. Frutos de Coffea arabica L. no estádio de maturação cereja foram submetidos a três tipos de processamento: natural (sementes mantidas nos próprios frutos), despolpado (frutos descascados mecanicamente e sementes desmuciladas por fermentação em água) e desmucilado (frutos descascados e a mucilagem removida, ambos mecanicamente), como também a dois métodos de secagem: lenta à sombra (telado suspenso) e secagem rápida em secador mecânico a 35°C, até umidade de 11±1%. Após o processamento e secagem avaliou-se a qualidade fisiológica das sementes pelo teste de germinação e quantificou-se a atividade da enzima endo-β-mananase. Sementes de café submetidas ao processamento natural tem menor desempenho fisiológico, assim como maior deterioração e maior atividade da enzima endo-ß-mananase, principalmente após secagem mais rápida. A remoção da mucilagem durante o processamento despolpado e desmucilado de sementes de café reduz a atividade da enzima endo-ß-mananase e também a deterioração. A secagem rápida em secador afeta negativamente a qualidade das sementes. A enzima endo-ß-mananase é eficiente no estudo dos efeitos do processamento e secagem em sementes de café, podendo ser avaliada em sementes inteiras, endospermas ou embriões.

Tolerance of Coffea arabica L. seeds to sub zero temperatures / Tolerância de sementes de Coffea arabica L. à temperaturas sub zero

ABSTRACT Preservation of the quality of coffee seeds is hindered by their intermediate behavior in storage. However, long-term storage at sub zero temperatures may be achieved by adjusting the water content of the seeds. The aim of this study was to evaluate the tolerance of coffee seeds to freezing, in relation to physiological and enzymatic modifications. Coffee seeds were dried in two manners, rapid and slow, to water contents of interest, 0.67, 0.43, 0.25, 0.18, 0.11, and 0.05 g H2O g-¹ dw (dry basis). After drying, the seeds were stored at a temperature of -20 ºC and of 86 ºC for 24 hours and for 12 months, and then compared to seeds in cold storage at 10 ºC. The seeds were evaluated through calculation of percentage of normal seedlings, percentage of seedlings with expanded cotyledonary leaves, dry matter of roots and of hypocotyls, and viability of embryos in the tetrazolium test. Expression of the enzymes superoxide dismutase, catalase, and peroxidase were evaluated by means of electrophoretic analysis. Only seeds dried more slowly to 0.18 g H2O g-1 dw present relative tolerance to storing at -20 °C for 12 months. Coffee seeds do not tolerate storage at a temperature of -86 ºC for 12 months. Water contents below 0.11g H2O g-¹ dw and above 0.43 g H2O g-¹ dw hurt the physiological quality of coffee seeds, regardless of the type of drying, temperature, and storage period. Coffee seed embryos are more tolerant to desiccation and to freezing compared to whole seeds, especially when the seeds are dried to 0.05 g H2O g-¹ dw. The catalase enzyme can be used as a biochemical marker to study tolerance to freezing in coffee seeds.

RESUMO A preservação da qualidade de sementes de café é dificultada pelo comportamento intermediário no armazenamento. Porém, a conservação a longo prazo em temperaturas subzero pode ser conseguido com o ajuste do teor de água das sementes. Objetivou-se neste trabalho avaliar a tolerância de sementes de café ao congelamento, com relação às modificações fisiológicas e enzimáticas. As sementes foram submetidas a dois tipos de secagem, rápida e lenta, até os teores de água de interesse, de 0,67, 0,43, 0,25, 0,18, 0,11, 0,05 g H2O g-¹ dw (base seca). Após secagem, as sementes foram armazenadas em temperatura de -20 e de -86 ºC, por 24 horas e por 12 meses, sendo comparadas às sementes armazenadas em câmara fria a 10 ºC. As sementes foram avaliadas pela porcentagem de plântulas normais, plântulas com folhas cotiledonares expandidas, matéria seca de raízes e de hipocótilos e viabilidade dos embriões no teste de tetrazólio. A expressão das enzimas superóxido dismutase, catalase e peroxidase foi avaliada por meio de análise eletroforética. Apenas as sementes secadas lentamente até 0,18 g H2O g-¹ dw apresentam relativa tolerância ao armazenamento a -20 °C por 12 meses. Sementes de café não toleram o armazenamento à temperatura de -86 ºC por 12 meses. Umidades abaixo de 0,11g H2O g-¹ dw e acima de 0,43 g H2O g-¹ dw são prejudiciais à qualidade fisiológica das sementes de café, independentemente do tipo de secagem, temperatura e período de armazenamento. Embriões de sementes de café são mais tolerantes à dessecação e ao congelamento quando comparado às sementes inteiras, principalmente quando as sementes são secadas até 0,05 g H2O g-¹ dw. A enzima catalase pode ser usada como um marcador bioquímico para estudar a tolerância de sementes de café ao congelamento.