Efeitos de modificações físicas sobre as propriedades de amido de tuberosas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Low liquid-solid ratio (LSR) hot water pretreatment of sugarcane bagasse

Low liquid-solid ratio (LSR) can be used to obtain high-content xylo-oligosaccharide (XOS) spend liquor by hot water pretreatment. Developing a technology based on low LSR results in more efficient water usage in the system and thus in lower capital and operating costs. Xylans from xylan rich agro-industrial waste are abundant hemicellulosic polymers with enormous potential for industrial applications. Currently, freeze-dried xylo-oligosaccharides are used as bio-based polymers and hydrolysates containing high xylose contents are converted to several chemical products. In this study, sugarcane bagasse was treated with water at low LSRs and mild temperatures in order to assess the effects of varying the pretreatment conditions on the xylo-oligosaccharide and xylose concentrations, and use a central composite experimental design to optimize the process parameters. The pretreatments were performed in the ranges temperature: 143.3-176.7 degrees C, time: 20-70 min and LSR: 1 : 1 to 11 : 1 (g g(-1)). The maximum concentrations of xylose and xylan were 13.76 and 36.18 g L-1 (equivalent to 48.29 g L-1 of xylan), respectively, which were achieved by treating bagasse at 170 degrees C for 60 min, with LSR of 3 g g(-1). The amount of xylan removed under these conditions was almost 57%. The soluble xylan consisted mainly of xylo-oligosaccharides (74 wt% of the identified compound in the spent liquor).

Aplicação de gelatina obtida de subproduto animal como substituto parcial de gordura em spread de chocolate

O objetivo do presente estudo foi verificação da viabilidade da aplicação de gelatina de pés de frango em spread de chocolate como substituto parcial de gordura. Inicialmente apresentou-se uma revisão de literatura sobre os principais aspectos que envolvem a pesquisa. Após relatou-se a metodologia de extração e caracterização físico-química da gelatina obtida de pés de frango por meio de análises de composição centesimal, de cor, força de gel e análise de perfil de textura (TPA). Posteriormente abordou-se os efeitos da aplicação de gelatina como substituto de gordura nas propriedades físico-químicas e reológicas de spread de chocolate. Por último investigou-se a influência da concentração de gelatina e substituição de gordura na espalhabilidade, estabilidade (shelf life), custos e propriedades sensoriais dos spreads de chocolate. Para tanto, foi utilizado planejamento experimental Central Composto Rotacional e metodologia de superfície de resposta. Os resultados da extração de gelatina de subproduto de frango indicaram que as peles e tendões dos pés de frango possuem rendimento (7,83 %) e conteúdo mineral (1,92 %), apresentando alto teor proteico (84,96 %) próximo das gelatinas comerciais. Em concentração de 6,67 % a gelatina demonstrou elevada força de gel (294,78 g), comportando-se na análise de perfil de textura como um sólido. Os dados relacionados às formulações de spread de chocolate demonstraram que tanto o nível de substituição de gordura quanto a concentração de gelatina exerceram efeitos significativos (p<0,05) sobre a cor, volume, densidade e comportamento reológico dos produtos, exceto a atividade de água que foi influenciada apenas pelo primeiro fator. Sob a perspectiva reológica apenas a amostra com maior nível de substituição de gordura foi classificada como pseudoplástica. A gelatina contribuiu no aumento do teor proteico das formulações. A consistência foi significativamente (p<0,05) influenciada pelas propriedades da fase de gelatina, apresentando ampla faixa de plasticidade nas diferentes temperaturas (10, 20 e 30 °C). A consistência dos spreads aumentou em todas as temperaturas durante os 90 dias de armazenamento. Observou-se por meio da análise sensorial que os fatores em estudo provocaram alterações nos atributos sensoriais do produto suficiente para a percepção dos provadores. A formulação com 75 % de substituição de gordura seguida pelas formulações com 50 % e 0,8 % de concentração de gelatina apresentaram a maior aceitabilidade. Com o máximo de substituição de gordura chegou-se a 53 % de redução de custos. Contudo, os resultados obtidos sugerem que a aplicação de gelatina de pés de frango pode ser vantajosa, já que contribuiu com a formulação de spreads de chocolate menos calóricos e com propriedades físico-químicas e sensoriais adequadas para uma possível comercialização.

Filmes e coberturas a base do resíduo da extração de corante de cúrcuma

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de uso do resíduo da extração de pigmento de cúrcuma na produção de filmes e coberturas. Para o estudo dos filmes, foram utilizados glicerol e sorbitol como plastificantes e avaliados os efeitos da concentração de farinha de cúrcuma e do plastificante sobre as propriedades mecânicas, solubilidade, permeabilidade ao vapor de água (PVA), molhabilidade, atividade antioxidante, teor de curcuminóides e teor de compostos fenólicos totais utilizando um Delineamento Central Composto Rotacional 22, e os resultados foram avaliados utilizando a metodologia de superfície de resposta (MSR). A concentração de farinha afetou de forma positiva a espessura, PVA e o teor de curcuminóides totais dos filmes plastificados com glicerol e sorbitol. Entretanto, esta variável afetou as propriedades de solubilidade, molhabilidade e teor de compostos fenólicos totais somente dos filmes com glicerol. A concentração de plastificante (glicerol ou sorbitol) afetou significativamente a solubilidade, PVA e molhabilidade de ambos os filmes. Filmes de farinha de cúrcuma com boas propriedades mecânicas, baixa permeabilidade ao vapor de água, alta atividade antioxidante, alto teor de curcuminóides e alto teor de compostos fenólicos totais podem ser produzidos utilizando 27,9 a 30 g glicerol/100 g farinha ou 30 a 42 g sorbitol/100 g farinha e concentração de farinha na faixa de 5% a 6,41%. A cobertura de farinha de cúrcuma contendo 6% de farinha e 30 g glicerol/100 g de farinha foi aplicada em bananas Maçã (Musa acuminata) armazenadas a 27ºC e 65% UR. Assim, foi avaliado o efeito da cobertura na qualidade pós-colheita das bananas em função à suas características físico-químicas como perda de massa, firmeza da polpa, pH, acidez titulável, sólidos solúveis, açúcares redutores e cor da casca. Os resultados mostraram que a cobertura foi eficiente em diminuir a perda de massa, o teor de açúcares redutores, a acidez, a perda da firmeza e a cor da casca principalmente durante a etapa de maturação do fruto. Entretanto, não foi observado grande efeito da cobertura sobre o pH e o teor de sólidos solúveis durante o período estudado. As bananas sem a cobertura tiveram vida útil de 6 dias, enquanto as bananas com cobertura tiveram vida útil de 9 dias.

Compostos fenólicos de resíduos agroindustriais: identificação, propriedades biológicas e aplicação em matriz alimentar de base lipídica

A geração de resíduos sólidos pelas atividades agroindustriais tem criado a demanda por um reaproveitamento tecnológico desses materiais. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial bioativo e tecnológico de resíduos agroindustriais, como fontes naturais de compostos fenólicos com atividade antioxidante. Foram analisados resíduos agroindustriais vinícolas, de indústrias produtoras de polpas congeladas de frutas (açaí, cajá, cupuaçu e graviola) e provenientes do beneficiamento de café e de laranja. Inicialmente, foi realizado um estudo para a determinação das condições ótimas de extração, empregando planejamento experimental multivariado com delineamento composto central rotacional, cujos resultados foram avaliados empregando a técnica de superfície de resposta. Na sequência, foram feitos a triagem dos resíduos, baseada na atividade antioxidante, e a caracterização fenólica dos extratos hidroalcoólicos obtidos dos resíduos agroindustriais. De acordo com os resultados de atividade antioxidante, engaço de uva da variedade Chenin Blanc (EC) e semente de açaí (SA) foram os resíduos selecionados, os quais seguiram para as etapas de concentração e fracionamento bioguiado de sua(s) molécula(s) bioativa(s), as quais foram posteriormente identificadas por UHPLC-ESI-LTQ-MS. Extratos brutos e concentrados foram avaliados in vitro quanto à capacidade de desativação de espécies reativas de oxigênio (radicais peroxila, ânion superóxido e ácido hipocloroso) e então, aplicados em óleo de soja, emulsão e suspensão de lipossomos, a fim de se avaliar a efetividade desses extratos como antioxidante natural em matrizes lipídicas. Concentrações intermediárias de etanol (40-60%) e alta temperatura (96°C), exceto para semente de açaí (25°C), foram as condições ótimas para a extração de antioxidantes dos resíduos agroindustriais. Epicatequina, ácido gálico, catequina e procianidina B1 foram os compostos de maior ocorrência, quando avaliados pela técnica de HPLC-DAD. O EC apresentou a maior atividade antioxidante global e SA a maior atividade entre os resíduos de polpas de frutas, laranja e café. A concentração dos extratos brutos de EC e SA, pela resina Amberlite XAD®-2, produziu aumento significativo da atividade antioxidante. Além disso, extratos brutos e concentrados apresentaram atividade antiproliferativa e anti-inflamatória. Os extratos concentrados foram fracionados por meio de Sephadex LH-20, a partir da qual foi possível identificar quatro frações de maior bioatividade para o EC e três para o SA. Procianidina B1, catequina, epicatequina e resveratrol foram identificados no extrato concentrado e frações de EC. Dezoito procianidinas poliméricas, catequina, epicatequina foram os principais compostos identificados em SA, por meio de UHPLC-ESI-LTQ-MS. Resveratrol também foi encontrado em SA pela primeira vez. Quando avaliados em óleo de soja, EC e SA demonstraram atividade pro-oxidante. Contudo, elevada atividade antioxidante foi verificada quando essas amostras foram aplicadas em sistemas lipídicos coloidais, pois retardaram o consumo de oxigênio em uma emulsão óleo/água e o período de indução na produção de dienos conjugados em uma suspensão de lipossomos. Portanto, os resíduos agroindustriais EC e SA possuem potencial tecnológico de reaproveitamento industrial podendo ser considerados possíveis matérias-primas para a obtenção de extratos ricos em antioxidantes ou pela extração de antioxidantes naturais de uso pelas indústrias farmacêutica e/ou de alimentos.

Designs for generalized linear models with several variables and model uncertainty

Standard factorial designs sometimes may be inadequate for experiments that aim to estimate a generalized linear model, for example, for describing a binary response in terms of several variables. A method is proposed for finding exact designs for such experiments that uses a criterion allowing for uncertainty in the link function, the linear predictor, or the model parameters, together with a design search. Designs are assessed and compared by simulation of the distribution of efficiencies relative to locally optimal designs over a space of possible models. Exact designs are investigated for two applications, and their advantages over factorial and central composite designs are demonstrated.

Formulation of multiparticulate systems as lyophilised orally disintegrating tablets

The current study aimed to exploit the electrostatic associative interaction between carrageenan and gelatin to optimise a formulation of lyophilised orally disintegrating tablets (ODTs) suitable for multiparticulate delivery. A central composite face centred (CCF) design was applied to study the influence of formulation variables (gelatin, carrageenan and alanine concentrations) on the crucial responses of the formulation (disintegration time, hardness, viscosity and pH). The disintegration time and viscosity were controlled by the associative interaction between gelatin and carrageenan upon hydration which forms a strong complex that increases the viscosity of the stock solution and forms tablet with higher resistant to disintegration in aqueous medium. Therefore, the levels of carrageenan, gelatin and their interaction in the formulation were the significant factors. In terms of hardness, increasing gelatin and alanine concentration was the most effective way to improve tablet hardness. Accordingly, optimum concentrations of these excipients were needed to find the best balance that fulfilled all formulation requirements. The revised model showed high degree of predictability and optimisation reliability and therefore was successful in developing an ODT formulation with optimised properties that were able deliver enteric coated multiparticulates of omeprazole without compromising their functionality.

In vivo biocompatibility evaluation of composite polymeric materials for use in a novel artificial heart valve

A novel trileaflet polymer valve is a composite design of a biostable polymer poly(styrene-isobutylene-styrene) (SIBS) with a reinforcement polyethylene terephthalate (PET) fabric. Surface roughness and hydrophilicity vary with fabrication methods and influence leaflet biocompatibility. The purpose of this study was to investigate the biocompatibility of this composite material using both small animal (nonfunctional mode) and large animal (functional mode) models. Composite samples were manufactured using dip coating and solvent casting with different coating thickness (251μm and 50μm). Sample's surface was characterized through qualitative SEM observation and quantitative surface roughness analysis. A novel rat abdominal aorta model was developed to test the composite samples in a similar pulsatile flow condition as its intended use. The sample's tissue response was characterized by histological examination. Among the samples tested, the 25μm solvent-cast sample exhibited the smoothest surface and best biocompatibility in terms of tissue capsulation thickness, and was chosen as the method for fabrication of the SIBS valve. Phosphocholine was used to create a hydrophilic surface on selected composite samples, which resulted in improved blood compatibility. Four SIBS valves (two with phosphocholine modification) were implanted into sheep. Echocardiography, blood chemistry, and system pathology were conducted to evaluate the valve's performance and biocompatibility. No adverse response was identified following implantation. The average survival time was 76 days, and one sheep with the phosphocholine modified valve passed the FDA minimum requirement of 140 days with approximately 20 million cycles of valve activity. The explanted valves were observed under the aid of a dissection microscope, and evaluated via histology, SEM and X-ray. Surface cracks and calcified tissue deposition were found on the leaflets. In conclusion, we demonstrated the applicability of using a new rat abdominal aorta model for biocompatibility assessment of polymeric materials. A smooth and complete coating surface is essential for the biocompatibility of PET/SIBS composite, and surface modification using phosphocholine improves blood compatibility. Extrinsic calcification was identified on the leaflets and was associated with regions of surface cracks.

System-on-a-Chip (SoC) based hardware acceleration in Register Transfer Level (RTL) design

Today, modern System-on-a-Chip (SoC) systems have grown rapidly due to the increased processing power, while maintaining the size of the hardware circuit. The number of transistors on a chip continues to increase, but current SoC designs may not be able to exploit the potential performance, especially with energy consumption and chip area becoming two major concerns. Traditional SoC designs usually separate software and hardware. Thus, the process of improving the system performance is a complicated task for both software and hardware designers. The aim of this research is to develop hardware acceleration workflow for software applications. Thus, system performance can be improved with constraints of energy consumption and on-chip resource costs. The characteristics of software applications can be identified by using profiling tools. Hardware acceleration can have significant performance improvement for highly mathematical calculations or repeated functions. The performance of SoC systems can then be improved, if the hardware acceleration method is used to accelerate the element that incurs performance overheads. The concepts mentioned in this study can be easily applied to a variety of sophisticated software applications. The contributions of SoC-based hardware acceleration in the hardware-software co-design platform include the following: (1) Software profiling methods are applied to H.264 Coder-Decoder (CODEC) core. The hotspot function of aimed application is identified by using critical attributes such as cycles per loop, loop rounds, etc. (2) Hardware acceleration method based on Field-Programmable Gate Array (FPGA) is used to resolve system bottlenecks and improve system performance. The identified hotspot function is then converted to a hardware accelerator and mapped onto the hardware platform. Two types of hardware acceleration methods – central bus design and co-processor design, are implemented for comparison in the proposed architecture. (3) System specifications, such as performance, energy consumption, and resource costs, are measured and analyzed. The trade-off of these three factors is compared and balanced. Different hardware accelerators are implemented and evaluated based on system requirements. 4) The system verification platform is designed based on Integrated Circuit (IC) workflow. Hardware optimization techniques are used for higher performance and less resource costs. Experimental results show that the proposed hardware acceleration workflow for software applications is an efficient technique. The system can reach 2.8X performance improvements and save 31.84% energy consumption by applying the Bus-IP design. The Co-processor design can have 7.9X performance and save 75.85% energy consumption.

Avaliação da biodegradação do dibenzotiofeno utilizando lodos ativados

During the oil refining process a huge discard volume of water occurs, which carries the contaminants from the process. A class of contaminant compounds resulting from the petrochemical industry are the Polyaromatic Hydrocarbons (PAH's). To evaluate the biodegradation of Dibenzothiophene in refinery water a synthetic wastewater was prepared to be treated using activated sludge. For this, a 2 3 Composite Design (plus 3 central points and six axial points) was carried out. The planning had as independent variables (factors) the initial concentration of DBT, pH and time of biodegradation. Biodegradation of DBT was assayed following the parameters COD, pH, temperature, SS, VSS, FVS, SVI. Concerned to the chromatographic conditions, a methodology was validated in order to verify the presence of DBT and its metabolite, 2-HBF, in the final wastewater treated by activated sludge system using a liquid - liquid extraction coupled to HPLC / UV analysis. The parameters used for validation were DL, QL, linearity, recovery and repeatability. As for optimization, the results indicated that the studied methodology can be used in monitoring the DBT degradation and 2- HBF by activated sludge, as they showed excellent linearity values, coefficients of variation, so as satisfactory recovery percentage. COD reduction efficiency tests showed an average percentage of 64.4%. The increasing trend for the results for the TSS and VSS tests showed that the activated sludge was well tailored. The best operating conditions for the reduction of COD were observed when operated with median concentrations of DBT, a higher time to biodegradation, and pH in both the acidic range as the basic one. The biodegradability of the DBT was confirmed by determining the presence of HBF-2. The highest concentrations of HBF-2 were obtained in extreme concentrations of DBT and pH, and higher biodegradation times.

Formulação de pasta de cimento flexível utilizando planejamento experimental

Steam injection is an oil recovery method accomplished by introducing steam directly into the oil well to the reservoir. The steam causes dilation of the casing, which, after reduction in temperature, tends to return to the initial dimensions: causing the formation of cracks in the cement and loss of hydraulic isolation.. In this context, the type of the SBR latex is used to improve the flexibility of the cement matrix by reducing the amount of fatigue failure. To prevent these failures, the mechanical resistance parameters should be carefully adjusted to well conditions. This work aims to study the mechanical behavior of cement slurry systems additivated with SBR latex for cementing oil wells subject to steam injection. Through the central composite factorial design was studied the behavior of the compressive strength by varying the density of the paste between 1.75 g /cm³ (14.6 lb/ Gal) and 1.89 g/cm³ (15,8lb / Gal), curing time between 4 days and 28 days and concentration of SBR Latex between 0 L / m³ and 534.722 L / m³ (0 gpc and 4 gpc). The results showed that increasing the concentration of SBR latex, within the given ranges, there was a decreased compression resistance and elastic modulus by increasing the elastic deformability of the slurry. From the results it can determine best slurries formulation conditions in oil well cementing operations subject to steam injection.

Formulação de pasta de cimento flexível utilizando planejamento experimental

Steam injection is an oil recovery method accomplished by introducing steam directly into the oil well to the reservoir. The steam causes dilation of the casing, which, after reduction in temperature, tends to return to the initial dimensions: causing the formation of cracks in the cement and loss of hydraulic isolation.. In this context, the type of the SBR latex is used to improve the flexibility of the cement matrix by reducing the amount of fatigue failure. To prevent these failures, the mechanical resistance parameters should be carefully adjusted to well conditions. This work aims to study the mechanical behavior of cement slurry systems additivated with SBR latex for cementing oil wells subject to steam injection. Through the central composite factorial design was studied the behavior of the compressive strength by varying the density of the paste between 1.75 g /cm³ (14.6 lb/ Gal) and 1.89 g/cm³ (15,8lb / Gal), curing time between 4 days and 28 days and concentration of SBR Latex between 0 L / m³ and 534.722 L / m³ (0 gpc and 4 gpc). The results showed that increasing the concentration of SBR latex, within the given ranges, there was a decreased compression resistance and elastic modulus by increasing the elastic deformability of the slurry. From the results it can determine best slurries formulation conditions in oil well cementing operations subject to steam injection.

Obtenção de concentrado proteico do farelo de arroz e avaliação das propriedades químicas e funcionais

Esta dissertação é composta por 5 artigos.

Alternativas de uso da borra de café através de hidrólise ácida, enzimática, ou como substrato para a produção das enzimas: lacase e celulase

In the industrial production of soluble coffee, huge amounts of extracted coffee residues are generated; onaverage, for eachtonne of green coffee extracted, 480 kg of coffee ground waste is produced. This is a solid residue currently used to generate energy at the steam boilers from the soluble coffee industry. Some is also used or as fertilizer on agriculture fields. Seeking a better end use, the work reported here aimed to study the viability of hydrolyzing the coffee ground residue for the production of carbohydrates. Hydrolysis was undertaken with hydrochloric acid at different temperatures and pressures, using a water bath or autoclave.An enzymatic hydrolysis with Viscozyme Lwas developed using Whatman filter paper No1 and the optimal conditions were determined using a rotational central composite experimental design (DCCR).The best conditions to hydrolyze filter paper cellulose were 50 FBG (Fungal β-glucanase) of Viscozyme L at pH 4.0 for 1.0 h and 45 ºC. The ground coffee was hydrolyzed under the same conditions as described above for filter paper, however this enzymatic hydrolysis was not efficient. A combination of enzymatic hydrolysis as a pre-treatment for the ground coffee followed by acid hydrolysis using HCl conducted in an autoclave (120 C for 2.0 h) resulted in higher production of glucose as analyzed by HPLC. Another end use of the ground coffee evaluated was as source of substrate in the culture medium to grow Botryosphaeria rhodina MAMB-05 to produce the enzymes laccase and cellulase. Highest enzyme titres obtained were with 8% (w/v) coffee grounds to which was added a minimum salts medium(Vogel), under agitation conditions (180 rpm) at 28ºC. The phenolic compounds present in the coffee grounds appear to have induced laccase by Botryosphaeria rhodina.

Produção de lipidios funcionais por ação de lipase fúngica

A modificação estrutural de óleos e gorduras é uma das principais áreas de interesse de pesquisa em diferentes setores industriais. No caso da indústria de alimentos, a interesterificação é empregada para melhorar propriedades nutricionais e funcionais, em que se obtêm compostos diferentes dos que lhes deram origem. As lipases microbianas são os biocatalisadores mais utilizados industrialmente, por serem mais estáveis, específicas e com propriedades bem mais diversificadas que as lipases de outras fontes. Este trabalho objetivou, primeiramente, a caracterização da gordura da pele de frango (GPF) e sua comparação com óleo de soja, como referência, visando a utilização de GPF em reações de interesterificação. Para isto foram caracterizados quanto aos índices de rancidez hidrolítica e oxidativa, bem como de matéria insaponificável, índices de saponificação, refração e iodo. Foi realizado ainda o fracionamento e perfil de ácidos graxos destes lipídios e suas frações, com o cálculo de seus índices nutricionais. Foi verificado que a GPF apresentou qualidade satisfatória devido aos baixos índices de acidez (0,65 g ácido oleico.100 g -1 ), peróxido (2,14 meq.kg-1 ), p-anisidina (0,70 unidades de absorvância.g-1 ), além de fonte de ácidos graxos mono-insaturados (40%), sendo fonte promissora para estudos de interesterificação. Em um segundo momento o objetivo foi produzir lipídios modificados ricos em ácidos graxos essenciais a partir da gordura da pele de frango e ácidos graxos ramificados, utilizando lipase sn-1,3 específica e interesterificação do tipo acidólise. Foram estudados os fatores concentração de enzima, adição de água, proporção de substratos e tempo, segundo um planejamento experimental fatorial completo 2 4 . As separações analíticas foram executadas em placas de cromatografia de camada delgada, sendo as frações posteriormente extraídas, ressuspensas e injetadas no cromatógrafo a gás. Foi verificado que a adição de água ao meio reacional apresentou efeito significativo (p<0,05) para todos ácidos graxos avaliados dos triacilgliceróis, sendo que para o ácido essencial linoleico (C18:2) o efeito do tempo de reação também foi significativo, sendo verificado que quanto maior o tempo de reação, menor a quantidade de água a ser adicionada. Em um terceiro momento, o objetivo foi produzir éster fenólico a partir do DHCA, além de realizar reações de transesterificação deste éster com tricaprilina. Para a reação de transesterificação, foi utilizado um delineamento composto central rotacional (DCCR) variando a quantidade de enzima, tempo de reação e temperatura sobre a resposta (%) dos reagentes consumidos. A lipase Novozym® 435 de Candida antarctica foi utilizada como catalisador de todas reações. Foi verificado que a maior produção de éster (50%) ocorreu em oito dias. Nas reações de transesterificação, as relações molares em que houve maior consumo do éster produzido foram 1:5 e 1:10, sendo obtidos 21,1% e 29,6% de residual de dihidrocafeato de octila, respectivamente em 24 h. Foi observado que em altas temperaturas e tempo superior a 26 h, houve o menor residual de dihidrocafeato de octila (18,2%). Foram identificados três diferentes compostos fenólicos, contendo em sua estrutura dihidrocafeato de octila e ácido caprílico.