Estudo do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos alimentares usados

O instável mas tendencialmente crescente preço dos combustíveis associado a preocupações ambientais cada vez mais enraizadas nas sociedades, têm vindo a despoletar uma maior atenção à procura de combustíveis alternativos. Por outro lado, várias projecções indicam um aumento muito acentuado do consumo energético global no curto prazo, fruto do aumento da população e do nível de industrialização das sociedades. Neste contexto, o biodiesel (ésteres de ácidos gordos) obtido através da transesterificação de triglicerídeos de origem vegetal ou animal, surge como a alternativa “verde” mais viável para utilização em equipamentos de combustão. A reacção de transesterificação é catalisada, por norma com recurso a catalisadores homogéneos alcalinos (NaOH ou KOH). Este tipo de processo, o único actualmente com expressão a nível industrial, apresenta algumas desvantagens que, para além de aumentarem o custo do produto final, contribuem para reduzir a benignidade do mesmo: a impossibilidade de reutilização do catalisador, o aumento do número e complexidade das etapas de separação e a produção de efluentes resultantes das referidas etapas. Com o intuito de minimizar ou eliminar estes problemas, vários catalisadores heterogéneos têm vindo a ser estudados para esta reacção. Apesar de muitos apresentarem resultados promissores, a grande maioria não tem viabilidade para aplicação industrial seja devido ao seu próprio custo, seja devido aos pré-tratamentos necessários à sua utilização. Entre estes catalisadores, o óxido de cálcio é talvez o que apresenta resultados mais promissores. O crescente número de estudos envolvendo este catalisador em detrimento de outros, é por si mesmo prova do potencial do CaO. A realização deste trabalho pretendia atingir os seguintes objectivos principais: • Avaliar a elegibilidade do óxido de cálcio enquanto catalisador da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Avaliar qual a sua influência nas características dos produtos finais; • Avaliar as diferenças de performance entre o óxido de cálcio activado em atmosfera inerte (N2) e em ar, enquanto catalisadores da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Optimizar as condições da reacção com recurso às ferramentas matemáticas disponibilizadas pelo planeamento factorial, através da variação de quatro factores chave de influência: temperatura, tempo, relação metanol / óleo e massa de catalisador utilizado. O CaO utlizado foi obtido a partir de carbonato de cálcio calcinado numa mufla a 750 °C durante 3 h. Foi posteriormente activado a 900 °C durante 2h, em atmosferas diferentes: azoto (CaO-N2) e ar (CaO-Ar). Avaliaram-se algumas propriedades dos catalisadores assim preparados, força básica, concentração de centros activos e áreas específicas, tendo-se obtido uma força básica situada entre 12 e 14 para ambos os catalisadores, uma concentração de centros activos de 0,0698 mmol/g e 0,0629 mmol/g e áreas específicas de 10 m2/g e 11 m2/g respectivamente para o CaO-N2 e CaO-Ar. Efectuou-se a transesterificação, com catálise homogénea, da mistura de óleos usados utilizada neste trabalho com o objectivo de determinar os limites para o teor de FAME’s (abreviatura do Inglês de Fatty Acid Methyl Esters’) que se poderiam obter. Foi este o parâmetro avaliado em cada uma das amostras obtidas por catálise heterogénea. Os planos factoriais realizados tiveram como objectivo maximizar a sua quantidade recorrendo à relação ideal entre tempo de reacção, temperatura, massa de catalisador e quantidade de metanol. Verificou-se que o valor máximo de FAME’s obtidos a partir deste óleo estava situado ligeiramente acima dos 95 % (m/m). Realizaram-se três planos factoriais com cada um dos catalisadores de CaO até à obtenção das condições óptimas para a reacção. Não se verificou influência significativa da relação entre a quantidade de metanol e a massa de óleo na gama de valores estudada, pelo que se fixou o valor deste factor em 35 ml de metanol / 85g de óleo (relação molar aproximada de 8:1). Verificou-se a elegibilidade do CaO enquanto catalisador para a reacção estudada, não se tendo observado diferenças significativas entre a performance do CaO-N2 e do CaO-Ar. Identificaram-se as condições óptimas para a reacção como sendo os valores de 59 °C para a temperatura, 3h para o tempo e 1,4 % de massa de catalisador relativamente à massa de óleo. Nas referidas condições, obtiveram-se produtos com um teor de FAME’s de 95,7 % na catálise com CaO-N2 e 95,3 % na catálise com CaO-Ar. Alguns autores de estudos consultados no desenvolvimento do presente trabalho, referiam como principal problema da utilização do CaO, a lixiviação de cálcio para os produtos obtidos. Este facto foi confirmado no presente trabalho e na tentativa de o contornar, tentou-se promover a carbonatação do cálcio com a passagem de ar comprimido através dos produtos e subsequente filtração. Após a realização deste tratamento, não mais se observaram alterações nas suas propriedades (aparecimento de turvação ou precipitados), no entanto, nos produtos obtidos nas condições óptimas, a concentração de cálcio determinada foi de 527 mg/kg no produto da reacção catalisada com CaO-N2 e 475 mg/kg com CaO-A. O óxido de cálcio apresentou-se como um excelente catalisador na transesterificação da mistura de óleos alimentares usados utilizada no presente trabalho, apresentando uma performance ao nível da obtida por catálise homogénea básica. Não se observaram diferenças significativas de performance entre o CaO-N2 e o CaO-Ar, sendo possível obter nas mesmas condições reaccionais produtos com teores de FAME’s superiores a 95 % utilizando qualquer um deles como catalisador. O elevado teor de cálcio lixiviado observado nos produtos, apresenta-se como o principal obstáculo à aplicação a nível industrial do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos.

Análise de metais em infusões de chás e ervas aromáticas por espectrofotometria de absorção atómica de alta resolução com fonte contínua

Actualmente tem-se verificado um grande aumento na procura e a utilização de produtos naturais contendo extractos de algas, com fins medicinais, sendo cada vez maior a diversidade de oferta desses produtos, vendidos em ervanária e afins. A bibliografia tem mostrado que as algas têm capacidade de acumulação de metais pesados. As algas, sendo organismos aquáticos, estão sujeitas a contaminações dos locais (não identificados) de onde provêm. O controlo e fiscalização para estes produtos é praticamente inexistente. O objectivo deste projecto foi o desenvolvimento de metodologias analíticas com vista à quantificação de metais em infusões de chás e ervas aromáticas. Foram analisadas 9 amostras: uma de chá verde, uma de chá preto, uma infusão de lima, uma de camomila, uma mistura de chá com ervas e quatro misturas contendo algas. A espectrofotometria de absorção atómica é o método de referência para a análise de metais. Neste trabalho foi utilizado um espectrofotómetro de absorção atómica com fonte de radiação contínua e monocromador de alta resolução. Sendo esta uma tecnologia inovadora foi necessário desenvolver metodologias para os métodos de análise. A atomização em chama foi a técnica utilizada para a quantificação do cálcio, potássio, magnésio, manganês e sódio. A atomização electrotérmica foi usada para o cádmio, cobalto, crómio, cobre, níquel e chumbo. Tendo em conta os limites legislados (Decreto-Lei Nº306/2007 de 27 de Agosto) obtiveram-se teores preocupantes para o níquel (iguais ou superiores ao limite legislado) em todas as amostras analisadas e para o manganês em duas das amostras (chá verde e chá preto). Todas as amostras contendo algas apresentaram teores de Ca, Mg e Na superiores aos das restantes. Para os restantes elementos não foi possível relacionar as concentrações com a composição das infusões, em particular a presença de algas.

Estudo da tratabilidade laboratorial e optimização experimental do tratamento de águas residuais de indústrias lácteas

O presente trabalho experimental teve como objectivos estudar a tratabilidade dum efluente lácteo utilizando a técnica de coagulação/floculação e avaliar a possibilidade de utilização do carvão activado granulado (CAG) Aquasorb 2000 como adsorvente para a remoção de compostos orgânicos presentes nos efluentes lácteos pré–tratados por coagulação/floculação, funcionando como um tratamento de polimento. No estudo da tratabilidade do efluente por coagulação/floculação investigou-se a influência de determinadas variáveis como o tipo e dose de coagulante e pH, a fim de encontrar as melhores condições operatórias. A utilização da referida técnica visou a redução do valor de concentração de alguns parâmetros: carência química de oxigénio (CQO); fósforo total e turvação, tendo sido utilizados efluentes desta indústria recolhidos em diferentes datas e após tratamento biológico, designados por A, B, C e D apresentando características diferentes. Sendo que o efluente A apresentava valores de CQO, fósforo total e turvação de 500 mg O2/L;32 mg P/L e 40 NTU respectivamente, o efluente B 1400 mg O2/L; 120 mg P/L e 80 NTU respectivamente, o efluente C 12300 mg O2/L; 87 mg P/L e 350 NTU respectivamente e o efluente D 340 mg O2/L; 33 mg P/L e 42 NTU respectivamente. Os coagulantes estudados foram hidróxido de cálcio (HC), sulfato de alumínio (SA) e tricloreto de ferro (TF). Verificou-se que o coagulante com maior eficácia nos efluentes estudados foi o TF. As maiores remoções de CQO, fósforo total e turvação, 89%, 99,9% e 99%, respectivamente, foram obtidas para o efluente C, com uma dosagem de TF de 4 g/L e com um pH entre 6 e 7. Entre os efluentes estudados este era o que apresentava valores iniciais mais elevados para qualquer um destes parâmetros. As melhores percentagens de remoção obtidas com o HC, para a CQO, fósforo total e turvação foram de 59%, 99% e 91%, respectivamente, com uma dosagem de HC de 1 g/L e com um pH entre 10 e 11,5 foram conseguidas no tratamento do efluente D, com o qual se alcançaram também as melhores remoções de CQO, fósforo total e turvação de 65%, 99% e 87%, respectivamente, quando se utilizou o coagulante SA, com uma dosagem de 2 g/L e com um pH entre 7 e 7,5. Relativamente ao volume de lamas produzido neste processo pela utilização dos diferentes coagulantes no tratamento dos efluentes referidos concluiu-se que o coagulante que gera menor volume de lamas é o HC, sendo o SA aquele que origina um maior volume. Submeteu-se posteriormente o efluente D, pré-tratado por coagulação/floculação, a um processo de adsorção em batch utilizando o CAG Aquasorb 2000, onde se conseguiu uma remoção de CQO de 48%, alcançando para este parâmetro o valor de 63 mg O2/L, nas condições operatórias que correspondem a uma massa de CAG de 12,5 g/L e um tempo de contacto de 3 horas. Quanto aos custos associados com os coagulantes, o que menores custos apresenta é o HC (150 €/ton), seguido pelo TF (250 €/ton) e por ultimo o SA (340 €/ton). Sendo que o efluente quando tratado com TF e SA é necessário uma correcção do pH do meio para que estes coagulantes actuem eficazmente, em que essa correcção de pH é realizada com hidróxido de sódio (540 €/ton). Realizaram-se ainda estudos de equilíbrio de adsorção com o carvão activado referido e o azul-de-metileno usando diferentes concentrações deste (50 mg/L; 100 mg/L e 200 mg/L) e diferentes massas de CAG (0,1g; 0,2g; 0,3g; 0,4g e 0,5g). A temperatura a que se realizaram estes ensaios foi de 28,7ºC e o volume de azul-de-metileno foi de 200 mL. Verificou-se que os melhores resultados obtidos foram para uma concentração de adsorvato de 100 mg/L. Ajustaram-se os modelos de Langmuir e Freundlich às isotérmicas obtidas tendo correlações mais elevadas para a concentração de 100 mg/L de corante (azul de metileno), sendo o modelo de Freundlich aquele que melhor se ajustou apresentando uma correlação quadrática de 0,9744 e os seguintes parâmetros Kf = 6,59 e n = 5,33, enquanto que o de Langmuir apresentou uma correlação quadrática de 0,9583 e os seguintes parâmetros qmáx = 83,3 mg/g de adsorvente e K = 20 L/mg de adsorvato.. Verificou-se que a capacidade de adsorção promovida pelo CAG, em relação ao azul-demetileno, obtida experimentalmente, 83,3 mg/g, é muito inferior à capacidade de adsorção teoricamente prevista pela ficha técnica deste carvão, 280 mg/g a uma temperatura de 25ºC, o que pode indiciar que o carvão utilizado não estaria nas melhores condições.

Square-wave voltametric method for determination of molinate concentration in a biological process using a hanging mercury drop electrode

A square-wave voltammetric (SWV) method using a hanging mercury drop electrode (HMDE) has been developed for determination of the herbicide molinate in a biodegradation process. The method is based on controlled adsorptive accumulation of molinate for 10 s at a potential of -0.8 V versus AgCl/Ag. An anodic peak, due to oxidation of the adsorbed pesticide, was observed in the cyclic voltammogram at ca. -0.320 V versus AgCl/Ag; a very small cathodic peak was also detected. The SWV calibration plot was established to be linear in the range 5.0x10-6 to 9.0x10-6 mol L-1; this corresponded to a detection limit of 3.5x10-8 mol L-1. This electroanalytical method was used to monitor the decrease of molinate concentration in river waters along a biodegradation process using a bacterial mixed culture. The results achieved with this voltammetric method were compared with those obtained by use of a chromatographic method (HPLC–UV) and no significant statistical differences were observed.

Inventories and concentration profiles of 137Cs in undisturbed soils in the northeast of Buenos Aires Province, Argentina

Inventories and vertical distribution of (137)Cs were determined in La Plata region undisturbed soils, Argentina. A mean inventory value of 891 ± 220 Bq/m(2) was established, which is compatible with the values expected from atmospheric weapon tests fallout. The study was complemented with pH, organic carbon fraction, texture and mineralogical soil analyses. Putting together Southern Hemisphere (137)Cs inventory data, it is possible to correlate these data with the mean annual precipitations. The large differences in (137)Cs concentration profiles were attributed to soil properties, especially the clay content and the pH values. A convection-dispersion model with irreversible retention was used to fit the activity concentration profiles. The obtained effective diffusion coefficient and effective convection velocity parameters values were in the range from 0.2 cm(2)/y to 0.4 cm(2)/y and from 0.23 cm/y to 0.43 cm/y, respectively. These data are in agreement with values reported in literature. In general, with the growth of clay content in the soil, there was an increase in the transfer rate from free to bound state. Finally, the highest transfer rate from free to bound state was obtained for soil pH value equal to 8.

Lettuce (Lactuca sativa L.) leaf-proteome profiles after exposure to cylindrospermopsin and a microcystin-LR/cylindrospermopsin mixture: A concentration-dependent response

The intensification of agricultural productivity is an important challenge worldwide. However, environmental stressors can provide challenges to this intensification. The progressive occurrence of the cyanotoxins cylindrospermopsin (CYN) and microcystin-LR (MC-LR) as a potential consequence of eutrophication and climate change is of increasing concern in the agricultural sector because it has been reported that these cyanotoxins exert harmful effects in crop plants. A proteomic-based approach has been shown to be a suitable tool for the detection and identification of the primary responses of organisms exposed to cyanotoxins. The aim of this study was to compare the leaf-proteome profiles of lettuce plants exposed to environmentally relevant concentrations of CYN and a MC-LR/CYN mixture. Lettuce plants were exposed to 1, 10, and 100 lg/l CYN and a MC-LR/CYN mixture for five days. The proteins of lettuce leaves were separated by twodimensional electrophoresis (2-DE), and those that were differentially abundant were then identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight-mass spectrometry (MALDI-TOF/TOF MS). The biological functions of the proteins that were most represented in both experiments were photosynthesis and carbon metabolism and stress/defense response. Proteins involved in protein synthesis and signal transduction were also highly observed in the MC-LR/CYN experiment. Although distinct protein abundance patterns were observed in both experiments, the effects appear to be concentration-dependent, and the effects of the mixture were clearly stronger than those of CYN alone. The obtained results highlight the putative tolerance of lettuce to CYN at concentrations up to 100 lg/l. Furthermore, the combination of CYN with MC-LR at low concentrations (1 lg/l) stimulated a significant increase in the fresh weight (fr. wt) of lettuce leaves and at the proteomic level resulted in the increase in abundance of a high number of proteins. In contrast, many proteins exhibited a decrease in abundance or were absent in the gels of the simultaneous exposure to 10 and 100 lg/l MC-LR/CYN. In the latter, also a significant decrease in the fr. wt of lettuce leaves was obtained. These findings provide important insights into the molecular mechanisms of the lettuce response to CYN and MC-LR/CYN and may contribute to the identification of potential protein markers of exposure and proteins that may confer tolerance to CYN and MC-LR/CYN. Furthermore, because lettuce is an important crop worldwide, this study may improve our understanding of the potential impact of these cyanotoxins on its quality traits (e.g., presence of allergenic proteins).

Effects of storage, processing and proteolytic digestion on microcystin-LR concentration in edible clams

Accumulation of microcystin-LR (MC-LR) in edible aquatic organisms, particularly in bivalves, is widely documented. In this study, the effects of food storage and processing conditions on the free MC-LR concentration in clams (Corbicula fluminea) fed MC-LR-producing Microcystisaeruginosa (1 × 105 cell/mL) for four days, and the bioaccessibility of MC-LR after in vitro proteolytic digestion were investigated. The concentration of free MC-LR in clams decreased sequentially over the time with unrefrigerated and refrigerated storage and increased with freezing storage. Overall, cooking for short periods of time resulted in a significantly higher concentration (P < 0.05) of free MC-LR in clams, specifically microwave (MW) radiation treatment for 0.5 (57.5%) and 1 min (59%) and boiling treatment for 5 (163.4%) and 15 min (213.4%). The bioaccessibility of MC-LR after proteolytic digestion was reduced to 83%, potentially because of MC-LR degradation by pancreatic enzymes. Our results suggest that risk assessment based on direct comparison between MC-LR concentrations determined in raw food products and the tolerable daily intake (TDI) value set for the MC-LR might not be representative of true human exposure.

Early physiological and biochemical responses of rice seedlings to low concentration of microcystin-LR

Microcystin-leucine and arginine (microcystin- LR) is a cyanotoxin produced by cyanobacteria like Microcystis aeruginosa, and it’s considered a threat to water quality, agriculture, and human health. Rice (Oryzasativa) is a plant of great importance in human food consumption and economy, with extensive use around the world. It is therefore important to assess the possible effects of using water contaminated with microcystin-LR to irrigate rice crops, in order to ensure a safe, high quality product to consumers. In this study, 12 and 20-day-old plants were exposed during 2 or 7 days to a M. aeruginosa extract containing environmentally relevant microcystin-LR concentrations, 0.26–78 lg/L. Fresh and dry weight of roots and leaves, chlorophyll fluorescence, glutathione S-transferase and glutathione peroxidase activities, and protein identification by mass spectrometry through two-dimensional gel electrophoresis from root and leaf tissues, were evaluated in order to gauge the plant’s physiological condition and biochemical response after toxin exposure. Results obtained from plant biomass, chlorophyll fluorescence, and enzyme activity assays showed no significant differences between control and treatment groups. How- ever, proteomics data indicates that plants respond to M. aeruginosa extract containing environmentally relevant microcystin-LR concentrations by changing their metabolism, responding differently to different toxin concentrations. Biological processes most affected were related to protein folding and stress response, protein biosynthesis, cell signalling and gene expression regulation, and energy and carbohydrate metabolism which may denote a toxic effect induced by M. aeruginosa extract and microcystin- LR. Theimplications of the metabolic alterations in plant physiology and growth require further elucidation.

S100A6 Amyloid Fibril Formation Is Calcium-modulated and Enhances Superoxide Dismutase-1 (SOD1) Aggregation

S100A6 is a small EF-hand calcium- and zinc-binding protein involved in the regulation of cell proliferation and cytoskeletal dynamics. It is overexpressed in neurodegenerative disorders and a proposed marker for Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). Following recent reports of amyloid formation by S100 proteins, we investigated the aggregation properties of S100A6. Computational analysis using aggregation predictors Waltz and Zyggregator revealed increased propensity within S100A6 helices HI and HIV. Subsequent analysis of Thioflavin-T binding kinetics under acidic conditions elicited a very fast process with no lag phase and extensive formation of aggregates and stacked fibrils as observed by electron microscopy. Ca2+ exerted an inhibitory effect on the aggregation kinetics, which could be reverted upon chelation. An FT-IR investigation of the early conformational changes occurring under these conditions showed that Ca2+ promotes anti-parallel β-sheet conformations that repress fibrillation. At pH 7, Ca2+ rendered the fibril formation kinetics slower: time-resolved imaging showed that fibril formation is highly suppressed, with aggregates forming instead. In the absence of metals an extensive network of fibrils is formed. S100A6 oligomers, but not fibrils, were found to be cytotoxic, decreasing cell viability by up to 40%. This effect was not observed when the aggregates were formed in the presence of Ca2+. Interestingly, native S1006 seeds SOD1 aggregation, shortening its nucleation process. This suggests a cross-talk between these two proteins involved in ALS. Overall, these results put forward novel roles for S100 proteins, whose metal-modulated aggregation propensity may be a key aspect in their physiology and function.

Calcium signaling and the novel anti-proliferative effect of the UTP-sensitive P2Y11 receptor in rat cardiac myofibroblasts

During myocardial ischemia and reperfusion both purines and pyrimidines are released into the extracellular milieu, thus creating a signaling wave that propagates to neighboring cells via membrane-bound P2 purinoceptors activation. Cardiac fibroblasts (CF) are important players in heart remodeling, electrophysiological changes and hemodynamic alterations following myocardial infarction. Here, we investigated the role UTP on calcium signaling and proliferation of CF cultured from ventricles of adult rats. Co-expression of discoidin domain receptor 2 and -smooth muscle actin indicate that cultured CF are activated myofibroblasts. Intracellular calcium ([Ca2+]i) signals were monitored in cells loaded with Fluo-4 NW. CF proliferation was evaluated by the MTT assay. UTP and the selective P2Y4 agonist, MRS4062, caused a fast desensitizing [Ca2+]i rise originated from thapsigargin-sensitive internal stores, which partially declined to a plateau providing the existence of Ca2+ in the extracellular fluid. The biphasic [Ca2+]i response to UTP was attenuated respectively by P2Y4 blockers, like reactive blue-2 and suramin, and by the P2Y11 antagonist, NF340. UTP and the P2Y2 receptor agonist MRS2768 increased, whereas the selective P2Y11 agonist NF546 decreased, CF growth; MRS4062 was ineffective. Blockage of the P2Y11receptor or its coupling to adenylate cyclase boosted UTP-induced CF proliferation. Confocal microscopy and Western blot analysis confirmed the presence of P2Y2, P2Y4 and P2Y11 receptors. Data indicate that besides P2Y4 and P2Y2 receptors which are responsible for UTP-induced [Ca2+]i transients and growth of CF, respectively, synchronous activation of the previously unrecognized P2Y11 receptor may represent an important target for anti-fibrotic intervention in cardiac remodeling.