Fractional order models of leaves

Leaves are mainly responsible for food production in vascular plants. Studying individual leaves can reveal important characteristics of the whole plant, namely its health condition, nutrient status, the presence of viruses and rooting ability. One technique that has been used for this purpose is Electrical Impedance Spectroscopy, which consists of determining the electrical impedance spectrum of the leaf. In this paper we use EIS and apply the tools of Fractional Calculus to model and characterize six species. Two modeling approaches are proposed: firstly, Resistance, Inductance, Capacitance electrical networks are used to approximate the leaves’ impedance spectra; afterwards, fractional-order transfer functions are considered. In both cases the model parameters can be correlated with physical characteristics of the leaves.

Exposure of Lycopersicon Esculentum to Microcystin-LR: Effects in the Leaf Proteome and Toxin Translocation from Water to Leaves and Fruits

Natural toxins such as those produced by freshwater cyanobacteria have been regarded as an emergent environmental threat. However, the impact of these water contaminants in agriculture is not yet fully understood. The aim of this work was to investigate microcystin-LR (MC-LR) toxicity in Lycopersicon esculentum and the toxin accumulation in this horticultural crop. Adult plants (2 month-old) grown in a greenhouse environment were exposed for 2 weeks to either pure MC-LR (100 μg/L) or Microcystis aeruginosa crude extracts containing 100 μg/L MC-LR. Chlorophyll fluorescence was measured, leaf proteome investigated with two-dimensional gel electrophoresis and Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight (MALDI-TOF)/TOF, and toxin bioaccumulation assessed by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS)/MS. Variations in several protein markers (ATP synthase subunits, Cytochrome b6-f complex iron-sulfur, oxygen-evolving enhancer proteins) highlight the decrease of the capacity of plants to synthesize ATP and to perform photosynthesis, whereas variations in other proteins (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit and ribose-5-phosphate isomerase) suggest an increase of carbon fixation and decrease of carbohydrate metabolism reactions in plants exposed to pure MC-LR and cyanobacterial extracts, respectively. MC-LR was found in roots (1635.21 μg/kg fw), green tomatoes (5.15–5.41 μg/kg fw), mature tomatoes (10.52–10.83 μg/kg fw), and leaves (12,298.18 μg/kg fw). The results raise concerns relative to food safety and point to the necessity of monitoring the bioaccumulation of water toxins in agricultural systems affected by cyanotoxin contamination.

Monomeric and oligomeric flavan-3-ols and antioxidant activity of leaves from different Laurus sp.

The phenolic profile and antioxidant activity of three endemic Laurus sp. from Portugal were analysed. Dried leaves of L. nobilis L., L. azorica (Seub.) Franco, and L. novocanariensis Rivas Mart., Lousã, Fern. Prieto, E. Días, J. C. Costa & C. Aguiar, collected in the mainland and in the Azores and Madeira archipelagos, respectively, were used to prepare different extracts (aqueous, ethanolic and hydroalcoholic). They were studied regarding their DPPH˙ scavenging activity, total phenolic and flavonoid contents, and the main phenolic compounds were identified by HPLC-DAD-ESI-MS/MS. Total flavonoid contents were 30.1, 46.3, and 36.7 mg of epicatechin equivalents per g of sample (dry weight) for L. nobilis, L. azorica and L. novocanariensis, respectively. Epicatechin was the major compound, representing ∼12.1% of total flavan-3-ols in L. nobilis, ∼25.6% in L. azorica, and ∼19.9% in L. novocanariensis. Although all samples presented a similar phenolic profile, significant differences were observed in their total contents and antioxidant activity.

Produção de biomassa aquática como fonte de lípidos para biocombustíveis

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Valorização de subprodutos da vinha e do vinho: impacto do tempo e métodos de preservação nas suas características

Os polifenóis constituem um grupo biologicamente relevante de compostos naturais, que têm gerado um crescente interesse por parte dos consumidores e das indústrias alimentar, farmacêutica e de cosméticos. Os compostos fenólicos exibem uma vasta gama de propriedades fisiológicas, tais como anti-alérgica, anti-aterogénica, anti-inflamatória, anti-microbiana, antioxidante, anti-trombótica, possuindo efeitos cardio-protetores e vasodilatadores. Por conseguinte, o interesse na obtenção deste compostos ativos de uma forma fácil, barata e rápida tem vindo a aumentar. Uma das fontes de polifenóis são os subprodutos agrícolas, tais como os produtos derivados do vinho e/ou processamento de uvas. As folhas, os caules e os resíduos obtidos durante o processo de produção do vinho têm sido subutilizados, apesar de representarem uma boa fonte de compostos antioxidantes e bioativos. Portugal é um dos mais importantes países produtores de vinho, onde todos os anos são geradas várias toneladas de subprodutos associados a esta indústria. A extração, caracterização, quantificação e avaliação da atividade antioxidante de compostos bioativos extraídos destes subprodutos são, pois, tarefas importantes a fim de avaliar o potencial de utilização destes produtos como novas fontes de compostos antioxidantes. O objetivo deste trabalho foi quantificar e avaliar os teores de polifenóis de extratos preparados a partir de folhas e caules de videira, e bagaço, engaço e grainha de uva. Os parâmetros experimentais da extração foram otimizados, incluindo a proporção de solvente de extração (água/etanol), a temperatura e o tempo de extração. A quantificação dos polifenóis (como fenóis totais e flavonoides) foi efetuada por espetrofotometria de UV/Vis. Verificou-se que a melhor razão de solventes extratores foi de 50/50 (v/v) em água/etanol para todos os subprodutos estudados. No caso dos subprodutos folhas e caules, as condições ideais de extração foram obtidas quando se usou uma temperatura de 40ºC e um tempo de extração de 30 min. Para o bagaço, a temperatura ideal foi de 55ºC durante 5 min. Para o engaço e grainha a utilização de uma temperatura de 40ºC durante 5 min e 30 min, respetivamente, revelou-se o ideal para se obter os compostos. Com este trabalho conclui-se que os subprodutos da vinha e do vinho efetivamente possuem compostos de elevado valor e com capacidade antioxidante.

Recuperação do calor de um efluente primário para aquecimento de lamas de um reactor anaeróbio

O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo da possibilidade de recuperação de calor de um efluente proveniente do tratamento primário da fábrica do grupo Portucel Soporcel (fábrica produtora de pasta de papel), para o aquecimento da corrente de lamas do digestor anaeróbio da SimRia S.A. – ETAR Norte, (ambas localizadas em Cacia, distrito de Aveiro). A solução consiste na implementação de um sistema de permuta térmica entre estas duas correntes, constituído fundamentalmente por dois permutadores de placas em espiral, montados em paralelo que operam em contra-corrente. Segundo este novo sistema de aquecimento, as lamas abandonam o digestor anaeróbio da mesma ETAR a um caudal de 110 m3/h, que se dividirá em duas linhas, sendo admitidas em cada permutador a 55 m3/h e a uma temperatura de 32 ºC regressando ao digestor a uma temperatura de 37 ºC (temperatura óptima a que ocorre a digestão anaeróbia das lamas). O efluente disponível, abandona o tratamento primário da Portucel, a 45 ºC e é encaminhado até aos permutadores da SimRia S.A., onde vai trocar calor com as lamas e regressa à Portucel a 40ºC, sendo admitido nas torres de arrefecimento da fábrica de papel. A nova instalação proposta pretende substituir a actual existente na ETAR em causa, em que a corrente de água que aquece as lamas, circula num circuito fechado entre um único permutador e uma caldeira, alimentada com o biogás que se produz no digestor anaeróbio, e que é responsável pelo controlo da temperatura da corrente de água. Pretende-se que a implementação deste novo método de aquecimento de lamas seja uma alternativa económica relativamente ao actual sistema, uma vez que vai substituir a corrente de biogás alimentada à caldeira podendo este recurso ser transformado em energia eléctrica e posteriormente comercializada. A análise financeira realizada ao projecto demonstrou que o projecto é rentável, uma vez que, a diferença entre todos ganhos e custos ao fim dos 10 anos de vida útil estimados é de cerca de 150 000,0 €. O período de retorno do investimento é alcançado no final dos primeiros 6 anos e a taxa interna de rentabilidade obtida foi de 36 %. Posteriormente incluiu-se neste estudo a possibilidade de tratamento das lamas geradas na fábrica da Portucel na ETAR da SimRia recorrendo a um terceiro digestor. Conclui-se que se trata duma opção vantajosa, uma vez que permite obter um caudal de biogás 44 m3/h, que convertido em potência permite obter 150 kW que poderá ser aproveitado para produção de energia ou comercializado gerando uma receita adicional de 130 000,0 €/ano para as entidades envolvidas.

Implementação e validação de um método de avaliação do perfil de ácidos gordos e do teor de gordura em alimentos por cromatografia gasosa

Nos dias de hoje é necessário criar hábitos de vida mais saudáveis que contribuam para o bem-estar da população. Adoptar medidas e práticas de modo regular e disciplinado, pode diminuir o risco do aparecimento de determinadas doenças, como a obesidade, as doenças cardiovasculares, a hipertensão, a diabetes, alguns tipos de cancro e tantas outras. É também importante salientar que, uma alimentação cuidada dá saúde e aumenta a esperança média de vida. Em Portugal, nos últimos anos, os costumes alimentares da população têm vindo a alterar-se significativamente. As refeições caseiras confeccionadas com produtos frescos dão lugar à designada “cultura do fast food”. Em contrapartida, os consumidores são cada vez mais exigentes, estando em permanente alerta no que se refere ao estado dos alimentos. A rotulagem de um produto, para além da função publicitária, tem vindo a ser objecto de legislação específica de forma a fornecer informação simples e clara, correspondente à composição, qualidade, quantidade, validade ou outras características do produto. Estas informações devem ser acessíveis a qualquer tipo de público, com mais ou menos formação e de qualquer estrato social. A qualidade e segurança dos produtos deve basear-se na garantia de que todos os ingredientes, materiais de embalagem e processos produtivos são adequados à produção de produtos seguros, saudáveis e saborosos. A Silliker Portugal, S.A. é uma empresa independente de prestação de serviços para o sector agro-alimentar, líder mundial na prestação de serviços para a melhoria da qualidade e segurança alimentar. A Silliker dedica-se a ajudar as empresas a encontrar soluções para os desafios actuais do sector, oferecendo uma ampla gama de serviços, onde se inclui o serviço de análises microbiológicas, químicas e sensorial; consultadoria em segurança alimentar e desenvolvimento; auditorias; rotulagem e legislação. A actualização permanente de procedimentos na procura de uma melhoria contínua é um dos objectivos da empresa. Para responder a um dos desafios colocados à Silliker, surgiu este trabalho, que consistiu no desenvolvimento de um novo método para determinação de ácidos gordos e da gordura total em diferentes tipos de alimentos e comparação dos resultados, com os obtidos com o método analítico até então adoptado. Se a gordura é um elemento de grande importância na alimentação, devido às suas propriedades nutricionais e organoléticas, recentemente, os investigadores têm focado a sua atenção nos mais diversos ácidos gordos (saturados, monoinsaturados e polinsaturados), em particular nos ácidos gordos essenciais e nos isómeros do ácido linoleico conjugado (CLA), uma mistura de isómeros posicionais e geométricos do ácido linoleico com actividade biológica importante. A técnica usada nas determinações foi a cromatografia gasosa com ionização de chama, GC-FID, tendo as amostras sido previamente tratadas e extraídas de acordo com o tipo de matriz. A metodologia analítica desenvolvida permitiu a correcta avaliação do perfil em ácidos gordos, tendo-se para isso usado uma mistura de 37 ésteres metílicos, em que o ácido gordo C13:0 foi usado como padrão interno. A identificação baseou-se nos tempos de retenção de cada ácido gordo da mistura e para a quantificação usaram-se os factores de resposta. A validação do método implementado foi baseada nos resultados obtidos no estudo de três matrizes relativas a materiais certificados pela BIPEA (Bureau Interprofessionnel des Etudes Analytiques), para o que foram efectuadas doze réplicas de cada matriz. Para cada réplica efectuada foi calculado o teor de matéria gorda, sendo posteriormente o resultado comparado com o emitido pela entidade certificada. Após análise de cada constituinte foi também possível calcular o teor em ácidos gordos saturados, monoinsaturados e polinsaturados. A determinação do perfil em ácidos gordos dos materiais certificados foi aceitável atendendo aos valores obtidos, os quais se encontravam no intervalo de valores admissíveis indicados nos relatórios. A quantificação da matéria gorda no que se refere à matriz de “Paté à Tartinier” apresentou um z-score de 4,3, o que de acordo com as exigências internas da Silliker, não é válido. Para as outras duas matrizes (“Mélange Nutritif” e “Plat cuisiné à base de viande”) os valores de z-score foram, respectivamente, 0,7 e -1,0, o que permite concluir a validade do método. Para que o método possa vir a ser adoptado como método alternativo é necessário um estudo mais alargado relativamente a amostras com diferentes composições. O método foi aplicado na análise de amostras de fiambre, leite gordo, queijo, ovo com ómega 3, amendoim e óleo de girassol, e os resultados foram comparados com os obtidos pelo método até então adoptado.

Accomodating students with disabilities in academic and institucional contexts

Sunflower Conference 2009 11-12 November, Ostrava Third annual internacional conference

Green production of zero-valent iron nanoparticles using tree leaf extracts

The interest in zero-valent iron nanoparticles has been increasing significantly since the development of a green production method in which extracts from natural products or wastes are used. However, this field of application is yet poorly studied and lacks knowledge that allows the full understanding of the production and application processes. The aim of the present work was to evaluate the viability of the utilization of several tree leaves to produce extracts which are capable of reducing iron(III) in aqueous solution to form nZVIs. The quality of the extracts was evaluated concerning their antioxidant capacity. The results show that: i) dried leaves produce extracts with higher antioxidant capacities than non-dried leaves, ii) the most favorable extraction conditions (temperature, contact time, and volume:mass ratio) were identified for each leaf, iii) with the aim of developing a green, but also low-cost,method waterwas chosen as solvent, iv) the extracts can be classified in three categories according to their antioxidant capacity (expressed as Fe(II) concentration): >40 mmol L−1; 20–40 mmol L−1; and 2–10 mmol L−1; with oak, pomegranate and green tea leaves producing the richest extracts, and v) TEManalysis proves that nZVIs (d=10–20 nm) can be produced using the tree leaf extracts.

Application of green zero-valent iron nanoparticles to the remediation of soils contaminated with ibuprofen

Zero-valent iron nanoparticles (nZVIs) are often used in environmental remediation. Their high surface area that is associated with their high reactivity makes them an excellent agent capable of transforming/degrading contaminants in soils and waters. Due to the recent development of green methods for the production of nZVIs, the use of this material became even more attractive. However, the knowledge of its capacity to degrade distinct types of contaminants is still scarce. The present work describes the study of the application of green nZVIs to the remediation of soils contaminated with a common anti-inflammatory drug, ibuprofen. The main objectives of this work were to produce nZVIs using extracts of grape marc, black tea and vine leaves, to verify the degradation of ibuprofen in aqueous solutions by the nZVIs, to study the remediation process of a sandy soil contaminated with ibuprofen using the nZVIs, and to compare the experiments with other common chemical oxidants. The produced nZVIs had nanometric sizes and were able to degrade ibuprofen (54 to 66% of the initial amount) in aqueous solutions. Similar remediation efficiencies were obtained in sandy soils. In this case the remediation could be enhanced (achieving degradation efficiencies above 95%) through the complementation of the process with a catalyzed nZVI Fenton-like reaction. These results indicate that this remediation technology represents a good alternative to traditional and more aggressive technologies.

Angolan cymbopogon citratus used for therapeutic benefits: nutritional composition and influence of solvents in phytochemicals content and antioxidant activity of leaf extracts

Folk medicine is a relevant and effective part of indigenous healthcare systems which are, in practice, totally dependent on traditional healers. An outstanding coincidence between indigenous medicinal plant uses and scientifically proved pharmacological properties of several phytochemicals has been observed along the years. This work focused on the leaves of a medicinal plant traditionally used for therapeutic benefits (Angolan Cymbopogon citratus), in order to evaluate their nutritional value. The bioactive phytochemical composition and antioxidant activity of leaf extracts prepared with different solvents (water, methanol and ethanol) were also evaluated. The plant leaves contained ~60% of carbohydrates, protein (~20%), fat (~5%), ash (~4%) and moisture (~9%). The phytochemicals screening revealed the presence of tannins, flavonoids, and terpenoids in all extracts. Methanolic extracts also contained alkaloids and steroids. Several methods were used to evaluate total antioxidant capacity of the different extracts (DPPH; NO; and H2O2 scavenging assays, reducing power, and FRAP). Ethanolic extracts presented a significantly higher antioxidant activity (p < 0.05) except for FRAP, in which the best results were achieved by the aqueous extracts. Methanolic extracts showed the lowest radical scavenging activities for both DPPH; and NO; radicals.

Modelização de equivalente eléctrico para rede de nervuras de folhas vegetais

A tese tem como objectivo principal a criação de um modelo equivalente eléctrico da rede de nervuras de algumas folhas vegetais e analisar o seu comportamento a estímulos eléctricos, analisando-se também a respectiva resposta em frequência. A motivação desta tese passa pela observação dos sistemas existentes na natureza. Neste caso, as folhas vegetais e analisar se são sistemas de ordem fraccionária ou não. Para a sua elaboração, fez-se uma breve abordagem à estrutura das plantas, sob o ponto de vista da botânica e elaborou-se um método de fotografia das amostras, mapeamento da rede de nervuras e medição dos segmentos que compõem essa mesma rede. A tese termina com um capítulo de resultados experimentais.

Remediação de solos contaminados por compostos farmacêuticos

O recente surgimento de nanopartículas de ferro valente-zero (nFZV), um material com elevada capacidade de remediação de solos por via de reacções de oxidação/redução pode ser uma opção viável para a remoção de fármacos do solo. A sua aplicação já é uma realidade em alguns tipos de solos contaminados por compostos específicos e, com este trabalho, procura-se estudar a sua capacidade de remediação de solos contaminados por compostos farmacêuticos, recorrendo-se a uma tecnologia “verde” de síntese destas nanopartículas. Esta tecnologia é bastante recente, ainda não aplicada no campo de trabalho, que se baseia no uso de folhas de certas árvores para produzir extratos naturais que reduzem o ferro (III) a ferro zero valente, formando nFZV. Desta forma procedeu-se, à escala laboratorial, ao estudo da eficiência das nFZV na degradação de um fármaco – paracetamol – e comparou-se com a eficiência demonstrada por oxidantes, muito utilizados hoje em dia em casos de remediação in situ como o permanganato de potássio, o peróxido de hidrogénio, o persulfato de sódio e o reagente de Fenton. O estudo foi efectuado em dois meios diferentes: solução aquosa e solo arenoso. De forma muito sucinta, o estudo baseou-se na introdução dos oxidantes/nFZV em soluções/solos contaminados com paracetamol e consequente monitorização do processo de remediação através de cromatografia líquida de alta eficiência. Nos ensaios com soluções aquosas contaminadas com paracetamol, o permanganato de potássio e o reagente de Fenton revelaram capacidade para degradar o paracetamol, atingindo mesmo um grau de degradação de 100%. O persulfato de sódio também demonstrou uma capacidade de degradação do paracetamol, chegando a atingir 99% de degradação, mas apenas recorrendo ao uso de um volume de oxidante elevado quando comparado com os outros dois oxidantes já referidos. Por outro lado, o peróxido de hidrogénio não demonstrou qualquer capacidade de degradação do paracetamol, pelo que o seu uso não passou desta fase. Verificou-se também que o uso de ferro granulado para o tratamento de água contaminada com paracetamol revelou resultados diferentes dos observados no uso de nFZV, obtendo-se eficiências de 87%. Existiram dificuldades analíticas na quantificação do paracetamol, especificamente relacionadas com o uso do extracto de folhas de amoreira, cuja composição continha substâncias que causaram dificuldades acentuadas na análise dos cromatogramas. Por fim, um pequeno teste de combinação do reagente de Fenton com os fenómenos de biodegradação resultantes dos microrganismos presentes em folhas do extracto de chá preto demonstrou que este pode ser uma área que pode e deve ser mais estudada. Desta forma, a utilização das nFZV para o tratamento de água contaminada com paracetamol não permitiu a retirada de conclusões seguras sobre a capacidade que as nFZV produzidas com extractos de folhas de amoreira e de chá preto têm de degradação do paracetamol. Nos testes de remediação de solos contaminados os resultados demonstraram que, mais uma vez, tanto o permanganato de potássio como o reagente de Fenton se revelam como os melhores oxidantes para a degradação do paracetamol, obtendo-se a degradação total do paracetamol. Por outro lado, voltou a ser necessário uma elevada quantidade de persulfato de sódio quando comparada com os dois anteriores, para que ocorra a degradação desta mesma quantidade de paracetamol, demonstrando mais uma vez que, apesar de não ideal, o persulfato demonstra capacidade de degradação do paracetamol.

Assessment of nutritional and metabolic profiles of pea shoots: The new ready-to-eat baby-leaf vegetable

Pea-shoots are a new option as ready-to-eat baby-leaf vegetable. However, data about the nutritional composition and the shelf-life stability of these leaves, especially their phytonutrient composition is scarce. In this work, the macronutrient, micronutrient and phytonutrients profile of minimally processed pea shoots were evaluated at the beginning and at the end of a 10-day storage period. Several physicochemical characteristics (color, pH, total soluble solids, and total titratable acidity) were also monitored. Standard AOAC methods were applied in the nutritional value evaluation, while chromatographic methods with UV–vis and mass detection were used to analyze free forms of vitamins (HPLC-DAD-ESI-MS/MS), carotenoids (HPLC-DAD-APCI-MSn) and flavonoid compounds (HPLC-DAD-ESI-MSn). Atomic absorption spectrometry (HR-CS-AAS) was employed to characterize the mineral content of the leaves. As expected, pea leaves had a high water (91.5%) and low fat (0.3%) and carbohydrate (1.9%) contents, being a good source of dietary fiber (2.1%). Pea shoots showed a high content of vitamins C, E and A, potassium and phosphorous compared to other ready-to-eat green leafy vegetables. The carotenoid profile revealed a high content of β-carotene and lutein, typical from green leafy vegetables. The leaves had a mean flavonoid content of 329 mg/100 g of fresh product, mainly composed by glycosylated quercetin and kaempferol derivatives. Pea shoots kept their fresh appearance during the storage being color maintained throughout the shelf-life. The nutritional composition was in general stable during storage, showing some significant (p < 0.05) variation in certain water-soluble vitamins.

Fresh-cut aromatic herbs: Nutritional quality stability during shelf-life

Fresh-cut vegetables are a successful convenient healthy food. Nowadays, the presence of new varieties of minimally processed vegetables in the market is common in response to the consumers demand for new flavours and high quality products. Within the most recent fresh-cut products are the aromatic herbs. In this work, the objective was to evaluate the nutritional quality and stability of four fresh-cut aromatic herbs. Several physicochemical quality characteristics (colour, pH, total soluble solids, and total titratable acidity) were monitored in fresh-cut chives, coriander, spearmint and parsley leaves, stored under refrigeration (3 ± 1 ºC) during 10 days. Their nutritional composition was determined, including mineral composition (phosphorous, potassium, sodium, calcium, magnesium, iron, zinc, manganese and copper) and fat- and water-soluble vitamin contents. Total soluble phenolics, flavonoids and the antioxidant capacity were determined by spectrophotometric methods. The aromatic herbs kept their fresh appearance during the storage, maintaining their colour throughout shelf-life. Their macronutrient composition and mineral content were stable during storage. Coriander had the highest mineral and fatsoluble vitamin content, while spearmint showed the best scores in the phenolic, flavonoid and antioxidant capacity assays. Vitamins and antioxidant capacity showed some variation during storage, with a differential behaviour of each compound according to the sample.