Produção de biomassa aquática como fonte de lípidos para biocombustíveis

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

The hyperaccumulator Sedum plumbizincicola harbors metal-resistant endophytic bacteria that improve its phytoextraction capacity in multi-metal contaminated soil

Endophyte-assisted phytoremediation has recently been suggested as a successful approach for ecological restoration of metal contaminated soils, however little information is available on the influence of endophytic bacteria on the phytoextraction capacity of metal hyperaccumulating plants in multi-metal polluted soils. The aims of our study were to isolate and characterize metal-resistant and 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) utilizing endophytic bacteria from tissues of the newly discovered Zn/Cd hyperaccumulator Sedum plumbizincicola and to examine if these endophytic bacterial strains could improve the efficiency of phytoextraction of multi-metal contaminated soils. Among a collection of 42 metal resistant bacterial strains isolated from the tissues of S. plumbizincicola grown on Pb/Zn mine tailings, five plant growth promoting endophytic bacterial strains (PGPE) were selected due to their ability to promote plant growth and to utilize ACC as the sole nitrogen source. The five isolates were identified as Bacillus pumilus E2S2, Bacillus sp. E1S2, Bacillus sp. E4S1, Achromobacter sp. E4L5 and Stenotrophomonas sp. E1L and subsequent testing revealed that they all exhibited traits associated with plant growth promotion, such as production of indole-3-acetic acid and siderophores and solubilization of phosphorus. These five strains showed high resistance to heavy metals (Cd, Zn and Pb) and various antibiotics. Further, inoculation of these ACC utilizing strains significantly increased the concentrations of water extractable Cd and Zn in soil. Moreover, a pot experiment was conducted to elucidate the effects of inoculating metal-resistant ACC utilizing strains on the growth of S. plumbizincicola and its uptake of Cd, Zn and Pb in multi-metal contaminated soils. Out of the five strains, B. pumilus E2S2 significantly increased root (146%) and shoot (17%) length, fresh (37%) and dry biomass (32%) of S. plumbizincicola as well as plant Cd uptake (43%), whereas Bacillus sp. E1S2 significantly enhanced the accumulation of Zn (18%) in plants compared with non-inoculated controls. The inoculated strains also showed high levels of colonization in rhizosphere and plant tissues. Results demonstrate the potential to improve phytoextraction of soils contaminated with multiple heavy metals by inoculating metal hyperaccumulating plants with their own selected functional endophytic bacterial strains.

Espresso coffee residues: a valuable source of unextracted compounds

Espresso spent coffee grounds were chemically characterized to predict their potential, as a source of bioactive compounds, by comparison with the ones from the soluble coffee industry. Sampling included a total of 50 samples from 14 trademarks, collected in several coffee shops and prepared with distinct coffee machines. A high compositional variability was verified, particularly with regard to such water-soluble components as caffeine, total chlorogenic acids (CGA), and minerals, supported by strong positive correlations with total soluble solids retained. This is a direct consequence of the reduced extraction efficiency during espresso coffee preparation, leaving a significant pool of bioactivity retained in the extracted grounds. Besides the lipid (12.5%) and nitrogen (2.3%) contents, similar to those of industrial coffee residues, the CGA content (478.9 mg/100 g), for its antioxidant capacity, and its caffeine content (452.6 mg/100 g), due to its extensive use in the food and pharmaceutical industries, justify the selective assembly of this residue for subsequent use.

Dual source/dual energy-renal applications

Development of Dual Source Computed Tomography (Definition, Siemens Medical Solutions, Erlanger, Germany) allowed advances in temporal resolution, with the addition of a second X-ray source and an array of detectors to the TCM 64 slices. The ability to run exams on Dual Energy, allows greater differentiation of tissues, showing differences between closer attenuation coefficients. In terms of renal applications, the distinction of kidney stones and masses become one of the main advantages of the use of dual-energy technology. This article pretends to demonstrate operating principles of this equipment, as its main renal applications.

Efeito das condições ambientais na produtividade lipídica da Dunaliella tertiolecta

Este trabalho teve como objectivo a optimização das condições de crescimento de biomassa algal tendo em vista a sua utilização como fonte de lípidos para biocombustíveis. Assim, procedeu-se à inoculação de duas estirpes, a Dunaliella tertiolecta (água salgada) e a Tetraselmis subcordiformis (água salobra), seleccionando-se a Dunaliella tertiolecta uma vez que esta apresentou um crescimento mais rápido. Escolhida a estirpe a usar, avaliou-se a influência da composição do meio de cultura da espécie, variando-se a concentração de macronutrientes (Magnésio, Potássio, Azoto, Fósforo) e de micronutrientes (Manganês, Zinco, Ferro, Cobalto) presentes no meio em 10 e 20 vezes, comparativamente à do meio de cultura padrão, o meio Artificial Seawater Medium with Vitamins. Avaliou-se o crescimento algal, a uma temperatura de 25 ºC ± 2 ºC, com uma intensidade de iluminação de 5000 lux (lâmpadas luz dia) e fotoperíodos 12:12 h, controlando possíveis contaminações nas culturas em estudo. Para os ensaios realizados com a Dunaliella tertiolecta, os melhores resultados para a produtividade média e máxima de biomassa, 63,06 mgbiomassa seca/L.dia e 141,79 mgbiomassa seca/L.dia, respectivamente, foram obtidos no ensaio em que se fez variar 10 vezes a concentração de azoto (sob a forma de nitrato). Os resultados mais satisfatórios para o teor lípidico e para a produtividade lipídica máxima, 33,45% e 47,43 mgóleo/L.dia respectivamente, também foram obtidos no ensaio em que se fez variar 10 vezes a concentração de azoto (sob a forma de nitrato), (com extracção dos lípidos usando o método de Bligh e Dyer). Foram testados dois solventes para a extracção de lipídos, o clorofórmio e o hexano, tendose obtido resultados superiores com o clorofórmio, comparativamente aos obtidos quando se usou hexano, com excepção do ensaio em que se aumentou 20 vezes a concentração de fósforo no meio de cultura das microalgas. Verificou-se que, em todos os ensaios foi atingido o estado estacionário sensivelmente na mesma altura, isto é, decorridos cerca de 25 dias após o início do estudo, excepto os ensaios em que se fez variar a concentração de cobalto, para os quais as culturas não se adaptaram às alterações do meio, acabando por morrer passados 15 dias. A adição dos macronutrientes e micronutrientes usados nos ensaios, nas quantidades testadas, não influenciou significativamente a produtividade lipídica, com excepção do azoto e ferro. Conclui-se que o aumento da concentração de azoto para 10x o valor padrão potencia o aumento da produtividade lipídica máxima para mais do dobro (3,6 vezes – Padrão: 13,25 mgóleo/L.dia; 10x N: 47,43 mgóleo/L.dia) e que o aumento da concentração de ferro para 10x o valor padrão potencia o aumento da produtividade lipídica máxima para aproximadamente o dobro (1,9 vezes - Padrão: 14,61 mgóleo/L.dia; 10x Fe: 28,04 mgóleo/L.dia). Nos ensaios realizados com adição de azoto ou ferro, os resultados obtidos para a concentração, teor lípidico e produtividade lipídica máxima, foram sempre superiores aos do padrão correspondente, pelo que se pode concluir que estes ensaios se apresentam como os mais promissores deste estudo, embora o ensaio mais satisfatório tenha sido aquele em que se promoveu a alteração da concentração de azoto para 10 vezes o valor padrão.

Exploring bioactive properties of marine cyanobacteria Isolated from the Portuguese coast: high potential as a source of anticancer compounds

The oceans remain a major source of natural compounds with potential in pharmacology. In particular, during the last few decades, marine cyanobacteria have been in focus as producers of interesting bioactive compounds, especially for the treatment of cancer. In this study, the anticancer potential of extracts from twenty eight marine cyanobacteria strains, belonging to the underexplored picoplanktonic genera, Cyanobium, Synechocystis and Synechococcus, and the filamentous genera, Nodosilinea, Leptolyngbya, Pseudanabaena and Romeria, were assessed in eight human tumor cell lines. First, a crude extract was obtained by dichloromethane:methanol extraction, and from it, three fractions were separated in a Si column chromatography. The crude extract and fractions were tested in eight human cancer cell lines for cell viability/toxicity, accessed with the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) and lactic dehydrogenase release (LDH) assays. Eight point nine percent of the strains revealed strong cytotoxicity; 17.8% showed moderate cytotoxicity, and 14.3% assays showed low toxicity. The results obtained revealed that the studied genera of marine cyanobacteria are a promising source of novel compounds with potential anticancer activity and highlight the interest in also exploring the smaller filamentous and picoplanktonic genera of cyanobacteria.

Open-ZB: an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocol stack on TinyOS

The IEEE 802.15.4/ZigBee protocols are gaining increasing interests in both research and industrial communities as candidate technologies for Wireless Sensor Network (WSN) applications. In this paper, we present an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack under the TinyOS operating system for the MICAz motes. This work has been driven by the need for an open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols, filling a gap between some newly released complex C implementations and black-box implementations from different manufacturers. In addition, we share our experience on the challenging problem that we have faced during the implementation of the protocol stack on the MICAz motes. We strongly believe that this open-source implementation will potentiate research works on the IEEE 802.15.4/Zigbee protocols allowing their demonstration and validation through experimentation.

Multi-elemental analysis of ready-to-eat “baby leaf” vegetables using microwave digestion and high-resolution continuum source atomic absorption spectrometry

The mineral content (phosphorous (P), potassium (K), sodium (Na), calcium (Ca), magnesium (Mg), iron (Fe), manganese (Mn), zinc (Zn) and copper (Cu)) of eight ready-to-eat baby leaf vegetables was determined. The samples were subjected to microwave-assisted digestion and the minerals were quantified by High-Resolution Continuum Source Atomic Absorption Spectrometry (HR-CS-AAS) with flame and electrothermal atomisation. The methods were optimised and validated producing low LOQs, good repeatability and linearity, and recoveries, ranging from 91% to 110% for the minerals analysed. Phosphorous was determined by a standard colorimetric method. The accuracy of the method was checked by analysing a certified reference material; results were in agreement with the quantified value. The samples had a high content of potassium and calcium, but the principal mineral was iron. The mineral content was stable during storage and baby leaf vegetables could represent a good source of minerals in a balanced diet. A linear discriminant analysis was performed to compare the mineral profile obtained and showed, as expected, that the mineral content was similar between samples from the same family. The Linear Discriminant Analysis was able to discriminate different samples based on their mineral profile.

Mitochondria are the main source and one of the targets of Pb (lead)-induced oxidative stress in the yeast Saccharomyces cerevisiae

The yeast Saccharomyces cerevisiae is a useful model organism for studying lead (Pb) toxicity. Yeast cells of a laboratory S. cerevisiae strain (WT strain) were incubated with Pb concentrations up to 1,000 μmol/l for 3 h. Cells exposed to Pb lost proliferation capacity without damage to the cell membrane, and they accumulated intracellular superoxide anion (O2 .−) and hydrogen peroxide (H2O2). The involvement of the mitochondrial electron transport chain (ETC) in the generation of reactive oxygen species (ROS) induced by Pb was evaluated. For this purpose, an isogenic derivative ρ0 strain, lacking mitochondrial DNA, was used. The ρ0 strain, without respiratory competence, displayed a lower intracellular ROS accumulation and a higher resistance to Pb compared to the WT strain. The kinetic study of ROS generation in yeast cells exposed to Pb showed that the production of O2 .− precedes the accumulation of H2O2, which is compatible with the leakage of electrons from the mitochondrial ETC. Yeast cells exposed to Pb displayed mutations at the mitochondrial DNA level. This is most likely a consequence of oxidative stress. In conclusion, mitochondria are an important source of Pb-induced ROS and, simultaneously, one of the targets of its toxicity.

Nanoparticles based Permeable Reactive Barriers as an Eco-efficient Technology for nitrate remediation in soil and groundwater

The need to increase agricultural yield led, among others, to an increase in the consumption of nitrogen based fertilizers. As a consequence, there are excessive concentrations of nitrates, the most abundant of the reactive nitrogen (Nr) species, in several areas of the world. The demographic changes and projected population growth for the next decades, and the economic shifts which are already shaping the near future are powerful drivers for a further intensification in the use of fertilizers, with a predicted increase of the nitrogen loads in soils. Nitrate easily diffuses in the subsurface environments, portraying high mobility in soils. Moreover, the presence of high nitrate loads in water has the potential to cause an array of health dysfunctions, such as methemoglobinemia and several cancers. Permeable Reactive Barriers (PRB) placed strategically relatively to the nitrate source constitute an effective technology to tackle nitrate pollution. Ergo, PRB avoid various adverse impacts resulting from the displacement of reactive nitrogen downstream along water bodies. A four stages literature review was carried out in 34 databases. Initially, a set of pertinent key words were identified to perform the initial databases searches. Then, the synonyms of those initial key words were used to carry out a second set of databases searches. The third stage comprised the identification of other additional relevant terms from the research papers identified in the previous two stages. Again, databases searches were performed with this third set of key words. The final step consisted of the identification of relevant papers from the bibliography of the relevant papers identified in the previous three stages of the literature review process. The set of papers identified as relevant for in-depth analysis were assessed considering a set of relevant characterization variables.

Eruca sativa: Benefits as antioxidants source versus risks of already banned pesticides

Eruca sativa (rocket salad) has been intensely consumed all over the world, insomuch as, this work was undertaken to evaluate the antioxidant status and the environmental contamination (positive and negative nutritional contribution) of leaves and stems from this vegetable. Antioxidant capacity of rocket salad was assessed by mean of optical methods, such as the total phenolic content (TPC), reducing power assay and DPPH radical scavenging activity. The extent of the environmental contamination was reached through the quantification of thirteen organochlorine pesticides (OCP) by using gas chromatography coupled with electron-capture detector (GC-ECD) and compound confirmations employing gas chromatography tandem mass-spectrometry (GC-MS/MS). The OCP residues were extracted by using Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) methodology.The extent of the environmental contamination was reached through the quantification of thirteen OCP by using gas chromatography coupled with electron-capture detector (GC-ECD) and compound confirmations employing GC-MS/MS. The OCP residues were extracted by using Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) methodology. This demonstrated that leaves presented more antioxidant activity than stems, emphasizing that leaves contained six times more polyphenolic compounds than stems. In what concerns the OCP occurrence, the average recoveries obtained at the three levels tested (40, 60 and 80 µg kg−1) ranged from 55% to 149% with a relative standard deviation of 11%, (except hexachrorobenzene). Three vegetables samples were collected from supermarkets and analysed following this study. According to data, only one sample achieved 16.21 of β-hexachlorocyclohexane, confirmed by GC-MS/MS. About OCP quantification, the data indicated that only one sample achieved 16.21 µg kg−1 of β-hexachlorocyclohexane, confirmed by GC-MS/MS, being the QuEChERS a good choice for the of OCPs extraction. Furthermore, the leaves consumption guaranty higher levels of antioxidants than stems.

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.

An Open Source BI Approach: Concept Proof Tracking Fleet

É possível assistir nos dias de hoje, a um processo tecnológico evolutivo acentuado por toda a parte do globo. No caso das empresas, quer as pequenas, médias ou de grandes dimensões, estão cada vez mais dependentes dos sistemas informatizados para realizar os seus processos de negócio, e consequentemente à geração de informação referente aos negócios e onde, muitas das vezes, os dados não têm qualquer relacionamento entre si. A maioria dos sistemas convencionais informáticos não são projetados para gerir e armazenar informações estratégicas, impossibilitando assim que esta sirva de apoio como recurso estratégico. Portanto, as decisões são tomadas com base na experiência dos administradores, quando poderiam serem baseadas em factos históricos armazenados pelos diversos sistemas. Genericamente, as organizações possuem muitos dados, mas na maioria dos casos extraem pouca informação, o que é um problema em termos de mercados competitivos. Como as organizações procuram evoluir e superar a concorrência nas tomadas de decisão, surge neste contexto o termo Business Intelligence(BI). A GisGeo Information Systems é uma empresa que desenvolve software baseado em SIG (sistemas de informação geográfica) recorrendo a uma filosofia de ferramentas open-source. O seu principal produto baseia-se na localização geográfica dos vários tipos de viaturas, na recolha de dados, e consequentemente a sua análise (quilómetros percorridos, duração de uma viagem entre dois pontos definidos, consumo de combustível, etc.). Neste âmbito surge o tema deste projeto que tem objetivo de dar uma perspetiva diferente aos dados existentes, cruzando os conceitos BI com o sistema implementado na empresa de acordo com a sua filosofia. Neste projeto são abordados alguns dos conceitos mais importantes adjacentes a BI como, por exemplo, modelo dimensional, data Warehouse, o processo ETL e OLAP, seguindo a metodologia de Ralph Kimball. São também estudadas algumas das principais ferramentas open-source existentes no mercado, assim como quais as suas vantagens/desvantagens relativamente entre elas. Em conclusão, é então apresentada a solução desenvolvida de acordo com os critérios enumerados pela empresa como prova de conceito da aplicabilidade da área Business Intelligence ao ramo de Sistemas de informação Geográfica (SIG), recorrendo a uma ferramenta open-source que suporte visualização dos dados através de dashboards.

Adaptation and Localization of Open Source ERPs - The case of Parties in OFBiz

O software tem vindo a tornar-se uma parte importante de qualquer empresa, cobrindo várias áreas funcionais, tais como manufaturação, vendas ou recursos humanos. O facto de uma empresa possuir um software capaz de ligar todas ou a maior parte das suas áreas funcionais e de acomodar as suas regras de negócio permite que estas tenham acesso a dados em tempo real nos quais se podem basear para tomar decisões. Estes tipos de software podem ser categorizados como Enterprise resource planning (ERP). Tendo em conta que estes tipos de software têm um papel importante dentro de uma empresa, a aquisição dos mesmos é algo que deve ser bem estudado. As grandes empresas normalmente optam pela aquisição de soluções comerciais uma vez que estas tendem a ter mais funcionalidades, maior suporte e certificações. Os ERPs comerciais representam, no entanto, um esforço elevado para que a sua compra possa ser feita, o que limita a possibilidade de aquisição dos mesmos por parte de pequenas ou médias empresas. No entanto, tal como acontece com a maior parte dos tipos de software, existem alternativas open-source. Se nos colocássemos na posição de uma pequena empresa, a tentar iniciar o seu negócio em Portugal, que tipo de ERP seria suficiente para os nossos requisitos? Teríamos que optar por comprar uma solução comercial, ou uma solução open-source seria suficiente? E se optássemos por desenvolver uma solução à medida? Esta tese irá responder a estas questões focando-se apenas num dos componentes base de qualquer ERP, a gestão de entidades. O componente de gestão de entidades é responsável por gerir todas as entidades com as quais a empresa interage abrangindo colaboradores, clientes, fornecedores, etc. A nível de funcionalidades será feita uma comparação entre um ERP comercial e um ERP open-source. Como os ERPs tendem a ser soluções muito genéricas é comum que estes não implementem todos os requisitos de um negócio em particular, como tal os ERPs precisam de ser extensíveis e adaptáveis. Para perceber até que ponto a solução open-source é extensível será feita uma análise técnica ao seu código fonte e será feita uma implementação parcial de um gerador de ficheiros de auditoria requerido pela lei Portuguesa, o SAF-T (PT). Ao estudar e adaptar a solução open-source podemos especificar o que teria que ser desenvolvido para podermos criar uma solução à medida de raiz.