Deoxygenation of fatty acids for production of fuels and chemicals

The decreasing fossil fuel resources combined with an increasing world energy demand has raised an interest in renewable energy sources. The alternatives can be solar, wind and geothermal energies, but only biomass can be a substitute for the carbon–based feedstock, which is suitable for the production of transportation fuels and chemicals. However, a high oxygen content of the biomass creates challenges for the future chemical industry, forcing the development of new processes which allow a complete or selective oxygen removal without any significant carbon loss. Therefore, understanding and optimization of biomass deoxygenation processes are crucial for the future bio–based chemical industry. In this work, deoxygenation of fatty acids and their derivatives was studied over Pd/C and TiO2 supported noble metal catalysts (Pt, Pt–Re, Re and Ru) to obtain future fuel components. The 5 % Pd/C catalyst was investigated in semibatch and fixed bed reactors at 300 °C and 1.7–2 MPa of inert and hydrogen–containing atmospheres. Based on extensive kinetic studies, plausible reaction mechanisms and pathways were proposed. The influence of the unsaturation in the deoxygenation of model compounds and industrial feedstock – tall oil fatty acids – over a Pd/C catalyst was demonstrated. The optimization of the reaction conditions suppressed the formation of by–products, hence high yields and selectivities towards linear hydrocarbons and catalyst stability were achieved. Experiments in a fixed bed reactor filled with a 2 % Pd/C catalyst were performed with stearic acid as a model compound at different hydrogen–containing gas atmospheres to understand the catalyst stability under various conditions. Moreover, prolonged experiments were carried out with concentrated model compounds to reveal the catalyst deactivation. New materials were proposed for the selective deoxygenation process at lower temperatures (~200 °C) with a tunable selectivity to hydrodeoxygenation by using 4 % Pt/TiO2 or decarboxylation/decarbonylation over 4 % Ru/TiO2 catalysts. A new method for selective hydrogenation of fatty acids to fatty alcohols was demonstrated with a 4 % Re/TiO2 catalyst. A reaction pathway and mechanism for TiO2 supported metal catalysts was proposed and an optimization of the process conditions led to an increase in the formation of the desired products.

Talousvesilaitoksen saostusvaiheen tehostaminen esihapetuksella – Case Suomen Sokeri Oy:n vedenkäsittely

Diplomityö tehtiin Suomen Sokeri Oy:n vesilaitokselle Vihreän Kemian laboratoriossa. Prosessia tarkasteltiin saostuksen osalta ja tavoitteena oli sen kehittäminen esihapetusmenetelmän tai saostuskemikaalin vaihdon avulla. Tarkastelu tehtiin orgaanisen, kiintoaineksen ja metallien poiston, desinfiointitehon sekä ympäristöystävällisyyden osalta. Potentiaalisia esihapetusmenetelmiä (kaliumpermanganaatti, vetyperoksidi, valokemiallinen, H2O2/UV, valokatalyyttinen, TiO2/UV, H2O2/ultraääni sekä esihapetus peretikkahapolla) tarkasteltiin eri pitoisuuksilla ja tehoilla laboratoriomittakaavassa jar-testin avulla. Saostustehoa testattiin alumiinikloridilla ja ferrisulfaatilla. Raakaveden laadun muutoksia eri vaiheissa seurattiin laboratorioanalyysein. Hapetusmenetelmien desinfiointiteho, vaikutukset syanobakteereihin ja -toksiineihin sekä reaktioissa syntyvät sivutuotteet kartoitettiin teorian perusteella. Työn tuloksien perusteella kaliumpermanganatti, vetyperoksidi erityisesti kehittyneenä hapetustekniikkana sekä valokatalyyttinen menetelmä tehostivat vedenkäsittelyä, mutta koska TiO2/UV- tai ultraäänihapetukselle ei ole vielä olemassa kaupallista sovellusta laitosmittakaavassa niin suositeltavat menetelmät ovat KMnO4- ja H2O2(/UV)-hapetukset jatkotutkimussuositukset huomioiden. Peretikkahappo ei tämän tutkimuksen perusteella vaikuttanut suositeltavalta hapetusmenetelmältä, mutta sen sijaan teorian perusteella potentiaaliselta desinfektioaineelta myös talousvedenpuhdistukseen. Opinnäytetyötä eri hapetusmenetelmien osalta talousvedelle ei ole aiemmin tehty eikä peretikkahappohapetuksesta ole laajalti aiempaa tutkimustietoa. Kokeellisen osuuden tulokset antavat uutta tietoa menetelmien soveltuvuudesta vastaaville laitoksille.

Production, isolation and characterization of bioactive peptides with antihypertensive properties from rapeseed and potato protein

Consumers’ increasing awareness of healthiness and sustainability of food presents a great challenge to food industry to develop healthier, biologically active and sustainable food products. Bioactive peptides derived from food proteins are known to possess various biological activities. Among the activities, the most widely studied are antioxidant activities and angiotensin I converting enzyme (ACE) inhibitory activity related to blood pressure regulation and antihypertensive effects. Meanwhile, vast amounts of byproducts with high protein content are produced in food industry, for example potato and rapeseed industries. The utilization of these by-products could be enhanced by using them as a raw material for bioactive peptides. The objective of the present study was to investigate the production of bioactive peptides with ACE inhibitory and antioxidant properties from rapeseed and potato proteins. Enzymatic hydrolysis and fermentation were utilized for peptide production, ultrafiltration and solid-phase extraction were used to concentrate the active peptides, the peptides were fractionated with liquid chromatographic processes, and the peptides with the highest ACE inhibitory capacities were putified and analyzed with Maldi-Tof/Tof to identify the active peptide sequences. The bioavailability of the ACE inhibitory peptides was elucidated with an in vitro digestion model and the antihypertensive effects in vivo of rapeseed peptide concentrates were investigated with a preventive premise in 2K1C rats. The results showed that rapeseed and potato proteins are rich sources of ACE inhibitory and antioxidant peptides. Enzymatic hydrolysis released the peptides effectively whereas fermentation produced lower activities.The native enzymes of potato were also able to release ACE inhibitory peptides from potato proteins without the addition of exogenous enzymes. The rapeseed peptide concentrate was capable of preventing the development of hypertension in vivo in 2K1C rats, but the quality of rapeseed meal used as raw material was found to affect considerably the antihypertensive effects and the composition of the peptide fraction.

Risk of hepatitis B virus transmission by diagnostic hysteroscopy

Few data are available in the literature concerning the efficacy of standard hysteroscope disinfection procedures to prevent hepatitis B transmission. The aim of the present study was to determine the risk of hepatitis B virus (HBV) transmission during hysteroscopy among anti-HBc-seropositive women. Serum and hysteroscopic samples were collected from 62 women after diagnostic hysteroscopy. All samples were tested for serologic HBV markers. Polymerase chain reactions (PCR) were carried out to amplify regions C and S of the viral genome and only samples amplified by both pairs of primers were considered to be positive. Anti-HBc was repeatedly reactive in 48 (77%) of 62 serum samples, and HBsAg was detected in 8 (13%). At least one HBV serologic marker was found in 49 (79%) samples. Only one sample was HBsAg positive and anti-HBc negative. HBV-DNA was detected by PCR in 7 serum samples but in only 3 hysteroscopic samples obtained just after hysteroscopy. It is noteworthy that high levels of anti-HBc IgM were detected in one HBsAg-negative patient who showed an HBV-DNA-positive hysteroscopic sample. An elevated sample/cut-off ratio for anti-HBc IgM suggests recent infection and reinforces the need for testing for HBsAg and anti-HBc before hysteroscopy, since acute hepatitis B can be clinically asymptomatic. Viral DNA was not detected in any hysteroscopic samples collected after washing and disinfecting procedures with glutaraldehyde. We conclude that HBV-DNA can be found in the hysteroscope soon after hysteroscopy, but standard disinfecting procedures are effective in viral removal.

Modification of Photocatalyst with Enhanced Photocatalytic Activity for Water

Increasing demand and shortage of energy resources and clean water due to the rapid development of industry, population growth and long term droughts have become an issue worldwide. As a result, global warming, long term droughts and pollution-related diseases are becoming more and more serious. The traditional technologies, such as precipitation, neutralization, sedimentation, filtration and waste immobilization, cannot prevent the pollution but restrict the waste chemicals only after the pollution emission. Meanwhile, most of these treatments cannot thoroughly degrade the contaminants and may generate toxic secondary pollutants into ecosystem. Heterogeneous photocatalysis as the innovative wastewater technology attracts many attention, because it is able to generate highly reactive transitory species for total degradation of organic compounds, water pathogens and disinfection by-products. Semiconductor as photocatalysts have demonstrated their efficiency in degrading a wide range of organics into readily biodegradable compounds, and eventually mineralized them to innocuous carbon dioxide and water. But, the efficiency of photocatalysis is limited, and hence, it is crucial issue to modify photocatalyst to enhance photocatalytic activity. In this thesis, first of all, two literature views are conducted. A survey of materials for photocatalysis has been carried out in order to summarize the properties and the applications of photocatalysts that have been developed in this field. Meanwhile, the strategy for the improvement of photocatalytic activity have been explicit discussed. Furthermore, all the raw material and chemicals used in this work have been listed as well as a specific experimental process and characterization method has been described. The synthesize methods of different photocatalysts have been depicted step by step. Among these cases, different modification strategies have been used to enhance the efficiency of photocatalyst on degradation of organic compounds (Methylene Blue or Phenol). For each case, photocatalytic experiments have been done to exhibit their photocatalytic activity.The photocatalytic experiments have been designed and its process have been explained and illustrated in detailed. Moreover, the experimental results have been shown and discussion. All the findings have been demonstrated in detail and discussed case by case. Eventually, the mechanisms on the improvement of photocatalytic activities have been clarified by characterization of samples and analysis of results. As a conclusion, the photocatalytic activities of selected semiconductors have been successfully enhanced via choosing appropriate strategy for the modification of photocatalysts.

Photodynamic antimicrobial chemotherapy (PACT) for the treatment of malaria, leishmaniasis and trypanosomiasis

A photodynamic effect occurs when photosensitiser molecules absorb light and dissipate the absorbed energy by transferring it to biological acceptors (usually oxygen), generating an excess of reactive species that are able to force cells into death pathways. Several tropical diseases present physiopathological aspects that are accessible to the application of a photosensitiser and local illumination. In addition, disease may be transmitted through infected blood donations, and many of the aetiological agents associated with tropical diseases have been shown to be susceptible to the photodynamic approach. However, there has been no systematic investigation of the application of photoantimicrobial agents in the various presentations, whether to human disease or to the disinfection of blood products or even as photo-insecticides. We aim in this review to report the advances in the photoantimicrobial approach that are beneficial to the field of anti-parasite therapy and also have the potential to facilitate the development of low-cost/high-efficiency protocols for underserved populations.

Effect of high-fat diets on body composition, lipid metabolism and insulin sensitivity, and the role of exercise on these parameters

Dietary fat composition can interfere in the development of obesity due to the specific roles of some fatty acids that have different metabolic activities, which can alter both fat oxidation and deposition rates, resulting in changes in body weight and/or composition. High-fat diets in general are associated with hyperphagia, but the type of dietary fat seems to be more important since saturated fats are linked to a positive fat balance and omental adipose tissue accumulation when compared to other types of fat, while polyunsaturated fats, omega-3 and omega-6, seem to increase energy expenditure and decrease energy intake by specific mechanisms involving hormone-sensitive lipase, activation of peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) and others. Saturated fat intake can also impair insulin sensitivity compared to omega-3 fat, which has the opposite effect due to alterations in cell membranes. Obesity is also associated with impaired mitochondrial function. Fat excess favors the production of malonyl-CoA, which reduces GLUT4 efficiency. The tricarboxylic acid cycle and beta-oxidation are temporarily uncoupled, forming metabolite byproducts that augment reactive oxygen species production. Exercise can restore mitochondrial function and insulin sensitivity, which may be crucial for a better prognosis in treating or preventing obesity.

Evaluation of the efficacy of commercial sanitizers against adhered and planktonic cells of Listeria monocytogenes and Salmonella spp.

Antimicrobial activities of two commercial disinfectants, alone or combined with heat, against three Salmonella strains and three Listeria monocytogenes strains were studied. The efficacy of disinfectants against planktonic bacteria and bacteria attached to three food contact industrial surfaces (stainless steel, polytetraflourethylene, and rubber) was investigated. The tests were conducted using the sanitizer (quaternary ammonium compounds, and alquyldiethylenediamineglycine and di-alquyldiamineethylglycine) concentrations recommended by the manufacturers, and concentrations twice and four times higher than those values. The recommended concentrations were not effective to kill bacteria, especially when they were attached to surfaces. Concentrations of disinfectants twice and four times higher than those recommended were needed to fully eliminate planktonic bacteria. These same sanitizer concentrations were not sufficient to remove attached bacteria. To remove them from the surfaces, a treatment with recommended concentrations in combination with heat was needed. Our results indicate that these two pathogenic bacteria could survive common sanitation programs used in the food industry.

Evaluation of jumbo squid (Dosidicus gigas) byproduct hydrolysates obtained by acid-enzymatic hydrolysis and by autohydrolysis in practical diets for Pacific white shrimp (Litopenaeus vannamei)

The marine bioprocessing industry offers great potential to utilize byproducts for fish meal replacement in aquafeeds. Jumbo squid is an important fishery commodity in Mexico, but only the mantle is marketed. Head, fins, guts and tentacles are discarded in spite of being protein-rich byproducts. This study evaluated the use of two jumbo squid byproduct hydrolysates obtained by acid-enzymatic hydrolysis (AEH) and by autohydrolysis (AH) as ingredients in practical diets for shrimp. The hydrolysates were included at levels of 2.5 and 5.0% of the diet dry weight in four practical diets, including a control diet without hydrolysate. Shrimp growth and survival were not significantly affected by the dietary treatments. Postharvest quality of abdominal muscle was evaluated in terms of proximate composition and sensory evaluation. Significantly higher crude protein was observed in the muscle of shrimp fed the highest hydrolysate levels, AH 5% (204.8 g kg- 1) or AEH 5% (201.3 g kg- 1). Sensory analysis of cooked muscle showed significant differences for all variables evaluated: color, odor, flavor, and firmness. It was concluded that Jumbo squid byproducts can be successfully processed by autohydrolysis or acid-enzymatic hydrolysis, and that up to 5.0% of the hydrolysates can be incorporated into shrimp diets without affecting growth or survival.

Application of extruded broken bean flour for formulation of gluten-free cake blends

The aim of this study was to determine the physical and microbiological characteristics of extruded broken beans flour, in addition to developing mixtures for gluten-free cake with these flours, evaluating their technological and sensory quality. Gluten-free formulations were prepared with 45%, 60% and 75% of extruded broken beans. All analyzes of the flours and mixtures for cakes were performed according to standard techniques found in the literature. Sensory analyzes of cakes applied the 9-point structured hedonic scale. Results were submitted to variance analysis and comparison of means test (Tukey, p<0.05). The use of extruded broken beans improved the water absorbed and water solubility index of the mixtures for gluten-free cake, and for the lower viscosity and retrogradation when compared to the standard formulation. All cakes were accepted (rate ≥ 7) for all the analyzed attributes. From the technological and sensory standpoints, the development of gluten-free cake mixtures is feasible with up to 75% of extruded broken beans.

Effects of orange by-product fiber incorporation on the functional and technological properties of pasta

AbstractThe incorporation of fiber into products consumed every day by the general population is important and viable. The aim of the present work was to evaluate the impact of incorporating orange juice industry dietary fiber byproducts in fettuccini of fresh pasta. Three different fiber concentrations were added to fresh pastas (25 g/kg, 50 g/kg and 75 g/kg). The results showed a significant increase in solid loss content when the incorporation of orange fiber was greater than 50 g/kg. This difference did not occur regarding weight increase values and color parameters. The pasta with 75 g/kg orange fiber can be considered a “high fiber” product, with the total dietary fiber content of the pasta increasing by 99% compared to control pasta. The carotenoid and phenolic contents of pasta increased significantly with the incorporation of fiber at 75 g/kg, but only the pasta formulation with 25 g/kg of orange fiber did not differ from control pasta in relation to all of the sensory attributes and presented an acceptance greater than 75%. The addition of orange fiber byproducts to pastas is an interesting alternative because fiber has a high nutritional value and an abundance of antioxidants.

Perfluorattuja yhdisteitä sisältävien jätevesien puhdistus- ja analyysimenetelmät

Perfluoratut alkyyliyhdisteet eli PFAS-yhdisteet ovat synteettisiä orgaanisia yhdisteitä, joissa on fluorattu hiiliketju. Hiilen ja fluorin väliset vahvat sidokset ovat muodostuneet ongelmaksi jätevedenpuhdistamoilla, sillä yhdisteet eivät hajoa puhdistamoilla käytössä olevilla vedenpuhdistusmenetelmillä. Yhdisteitä kertyy luontoon jätevesien mukana. Kandidaatintyössä on vertailtu yhdisteitä sisältävien vesien käsittelymenetelmiä parhaiten soveltuvan menetelmän löytämiseksi. Menetelmien kustannuksia tai soveltuvuutta vedenpuhdistamomittakaavan prosessiksi ei ole arvioitu. Lisäksi työssä on koottu yhdisteitä sisältävien jätevesien analysointiin sopivia analyysimenetelmiä. Soveltuvat puhdistus- ja analyysimenetelmät on esitelty uusien tieteellisten artikkelien pohjalta. Mahdollisia erotusmenetelmiä ovat membraanierotus ja sorptio. Membraaneista soveltuvimpia ovat nanosuodatus- ja käänteisosmoosimembraanit, joilla erottuvat jopa 0,0001 μm:n kokoiset partikkelit. PFAS-yhdisteet voidaan erottaa sorptiolla muun muassa aktiivihiileen. Yhdisteiden rakenne hajoaa nykyaikaisilla hapetusmenetelmillä ja polttamalla lietteen mukana. Hapettaminen permanganaatin avulla ei tuottanut hyvää tulosta, mutta fotokemiallisella hapetuksella ja alhaisen lämpötilan plasmatekniikalla (NTP) yhdisteiden rakenne hajosi lähes kokonaan. Fotokemiallinen hapetus onnistui erityisesti perfluorokarboksyylihapoilla, joiden rakenne hajosi jopa kolmessa tunnissa. Yleisimmin käytetty analyysimenetelmä on nestekromatografin ja massaspektrometrin yhdistelmä (LC-MS/MS) ja matriisivaikutus minimoidaan tyypillisesti kiinteäfaasiuutolla (SPE). Työssä esitellyistä käsittelymenetelmistä parhaiten soveltuva on NTP-menetelmä, koska sillä saatiin tutkimusten mukaan hajotettua yhdisteiden rakenne muita menetelmiä lyhyemmässä ajassa ja se soveltuu parhaiten kaikille PFAS-yhdisteille. NTP-menetelmässä ei tarvita katalyyttiä tai lisäkemikaaleja. Voimakkaana hapettimena toimivat epästabiilit hydroksyyliradikaalit, jotka syntyvät koronapurkauksen kautta. Koronapurkauksessa muodostuu myös otsonia ja lisäksi vapaa happi voi tehostaa hapettumista. Menetelmässä muodostuvien hajoamistuotteiden hallinta vaatii lisätutkimusta. Mahdollinen hallintakeino voisi olla esimerkiksi hapettumisessa vapautuvien fluoridi-ionien saostaminen. Muodostuvien hajoamistuotteiden toksisuutta voitaisiin tarkkailla biosensorilla.

Facteurs de risque modifiables associés à l’incidence, l’élimination et la prévalence d’infections intra-mammaires chez la vache laitière en lactation

La mammite subclinique est un problème de santé fréquent et coûteux. Les infections intra-mammaires (IIM) sont souvent détectées à l’aide de mesures du comptage des cellules somatiques (CCS). La culture bactériologique du lait est cependant requise afin d’identifier le pathogène en cause. À cause de cette difficulté, pratiquement toutes les recherches sur la mammite subclinique ont été centrées sur la prévalence d’IIM et les facteurs de risque pour l’incidence ou l’élimination des IIM sont peu connus. L’objectif principal de cette thèse était d’identifier les facteurs de risque modifiables associés à l’incidence, l’élimination et la prévalence d’IIM d’importance dans les troupeaux laitiers Canadiens. En premier lieu, une revue systématique de la littérature sur les associations entre pratiques utilisées à la ferme et CCS a été réalisée. Les pratiques de gestion constamment associées au CCS ont été identifiées et différentiées de celles faisant l’objet de rapports anecdotiques. Par la suite, un questionnaire bilingue a été développé, validé, et utilisé afin de mesurer les pratiques de gestion d’un échantillon de 90 troupeaux laitiers canadiens. Afin de valider l’outil, des mesures de répétabilité et de validité des items composant le questionnaire ont été analysées et une évaluation de l’équivalence des versions anglaise et française a été réalisée. Ces analyses ont permis d’identifier des items problématiques qui ont du être recatégorisés, lorsque possible, ou exclus des analyses subséquentes pour assurer une certaine qualité des données. La plupart des troupeaux étudiés utilisaient déjà la désinfection post-traite des trayons et le traitement universel des vaches au tarissement, mais beaucoup des pratiques recommandées n’étaient que peu utilisées. Ensuite, les facteurs de risque modifiables associés à l’incidence, à l’élimination et à la prévalence d’IIM à Staphylococcus aureus ont été investigués de manière longitudinale sur les 90 troupeaux sélectionnés. L’incidence d’IIM semblait être un déterminant plus important de la prévalence d’IIM du troupeau comparativement à l’élimination des IIM. Le port de gants durant la traite, la désinfection pré-traite des trayons, de même qu’une condition adéquate des bouts de trayons démontraient des associations désirables avec les différentes mesures d’IIM. Ces résultats viennent souligner l’importance des procédures de traite pour l’obtention d’une réduction à long-terme de la prévalence d’IIM. Finalement, les facteurs de risque modifiables associés à l’incidence, à l’élimination et à la prévalence d’IIM à staphylocoques coagulase-négatif (SCN) ont été étudiés de manière similaire. Cependant, afin de prendre en considération les limitations de la culture bactériologique du lait pour l’identification des IIM causées par ce groupe de pathogènes, une approche semi-Bayesienne à l’aide de modèles de variable à classe latente a été utilisée. Les estimés non-ajusté de l’incidence, de l’élimination, de la prévalence et des associations avec les expositions apparaissaient tous considérablement biaisés par les imperfections de la procédure diagnostique. Ce biais était en général vers la valeur nulle. Encore une fois, l’incidence d’IIM était le principal déterminant de la prévalence d’IIM des troupeaux. Les litières de sable et de produits du bois, de même que l’accès au pâturage étaient associés à une incidence et une prévalence plus basse de SCN.

Approche multidisciplinaire pour l’amélioration de l’estimation de l’exposition aux sous-produits de désinfection de l’eau en milieu domestique et en piscine

La désinfection de l’eau de consommation et des piscines induit la formation de sous-produits (SPD) potentiellement nocifs pour la santé, parmi lesquels les trihalométhanes (THM), les acides haloacétiques (HAA) et les chloramines (CAM). La difficulté d’estimer l’exposition humaine à ces SPD empêche de cerner précisément les risques sanitaires possiblement associés (i.e., cancérigènes, reprotoxiques, irritatifs). Nos travaux s’articulent autour d’une méthodologie consistant à intégrer des données d’occurrence environnementales à des modèles toxicocinétiques à base physiologique (TCBP) pour améliorer les mesures de l’exposition aux SPD. Cette approche multidisciplinaire veut prendre en compte de manière aussi appropriée que possible les deux composantes majeures des variations de cette exposition : les variations spatio-temporelles des niveaux de contamination environnementale et l’impact des différences inter- et intra-individuelles sur les niveaux biologiques. Cette thèse, organisée en deux volets qui explorent chacun successivement des aspects environnemental et biologique de la problématique, vise à contribuer au développement de cette stratégie innovante d’estimation de l’exposition et, plus généralement, à des meilleures pratiques en la matière. Le premier volet de la thèse s’intéresse à l’exposition en milieu domestique (i.e., résultant de l’utilisation de l’eau potable au domicile) et est consacré au cas complexe des THM, les plus abondants et volatils des SPD, absorbables par ingestion mais aussi par inhalation et voie percutanée. Les articles I et II, constitutifs de ce volet, documentent spécifiquement la question des variations inter- et intra- journalières de présence des SPD en réseau et de leurs impacts sur les estimateurs de l’exposition biologique. Ils décrivent l’amplitude et la diversité des variations à court terme des niveaux environnementaux, présentent les difficultés à proposer une façon systématique et « épidémiologiquement » pratique de les modéliser et proposent, de manière originale, une évaluation des mésestimations, somme toute modestes, des mesures biologiques de l’exposition résultant de leurs non-prise en compte. Le deuxième volet de la thèse se penche sur l’exposition aux SPD en piscine, d’un intérêt grandissant au niveau international, et se restreint au cas jugé prioritaire des piscines publiques intérieures. Ce volet envisage, pour quantifier l’exposition dans ce contexte particulier, l’extension de l’approche méthodologique préconisée, élaborée originellement pour application dans un contexte domestique : d’abord, à travers une analyse approfondie des variations des niveaux de contamination (eau, air) des SPD en piscine en vue de les modéliser (article III); puis en examinant, dans le cas particulier du chloroforme, le THM le plus abondant, la possibilité d’utiliser la modélisation TCBP pour simuler des expositions en piscine (article IV). Les résultats mettent notamment en évidence la difficulté d’appréhender précisément la contamination environnementale autrement que par un échantillonnage in situ tandis que la modélisation TCBP apparait, sur le plan toxicologique, comme l’outil le plus pertinent à ce jour, notamment au regard des autres approches existantes, mais qu’il convient d’améliorer pour mieux prédire les niveaux d’exposition biologique. Finalement, ces travaux illustrent la pertinence et la nécessité d’une approche multidisciplinaire et intégratrice et suggère, sur cette base, les pistes à explorer en priorité pour mieux évaluer l’exposition aux SPD et, in fine, cerner véritablement les risques sanitaires qui en résultent.

Devenir environnemental des antidépresseurs dans les rejets urbains par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem

Les troubles reliés à la dépression, l’épuisement professionnel et l’anxiété sont de plus en plus répandus dans notre société moderne. La consommation croissante d’antidépresseurs dans les différents pays du monde est responsable de la récente détection de résidus à l’état de traces dans les rejets urbains municipaux. Ainsi, ces substances dites « émergentes » qui possèdent une activité pharmacologique destinée à la régulation de certains neurotransmetteurs dans le cerveau suscitent maintenant de nombreuses inquiétudes de la part de la communauté scientifique. L’objectif principal de ce projet de doctorat a été de mieux comprendre le devenir de plusieurs classes d’antidépresseurs présents dans diverses matrices environnementales (i.e. eaux de surfaces, eaux usées, boues de traitement, tissus biologiques) en développant de nouvelles méthodes analytiques fiables capables de les détecter, quantifier et confirmer par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-QqQMS, LC-QqToFMS). Une première étude complétée à la station d’épuration de la ville de Montréal a permis de confirmer la présence de six antidépresseurs et quatre métabolites N-desmethyl dans les affluents (2 - 330 ng L-1). Pour ce traitement primaire (physico-chimique), de faibles taux d’enlèvement (≤ 15%) ont été obtenus. Des concentrations d’antidépresseurs atteignant près de 100 ng L-1 ont également été détectées dans le fleuve St-Laurent à 0.5 km du point de rejet de la station d’épuration. Une seconde étude menée à la même station a permis l’extraction sélective d’antidépresseurs dans trois tissus (i.e. foie, cerveau et filet) de truites mouchetées juvéniles exposées à différentes concentrations d’effluent dilué traité et non-traité à l’ozone. Un certain potentiel de bioaccumulation dans les tissus (0.08-10 ng g-1) a été observé pour les spécimens exposés à l’effluent non-traité (20% v/v) avec distribution majoritaire dans le foie et le cerveau. Une intéressante corrélation a été établie entre les concentrations de trois antidépresseurs dans le cerveau et l’activité d’un biomarqueur d’exposition (i.e. pompe N/K ATPase impliquée dans la régulation de la sérotonine) mesurée à partir de synaptosomes de truites exposées aux effluents. Une investigation de l’efficacité de plusieurs stations d’épuration canadiennes opérant différents types de traitements a permis de constater que les traitements secondaires (biologiques) étaient plus performants que ceux primaires (physico-chimiques) pour enlever les antidépresseurs (taux moyen d’enlèvement : 30%). Les teneurs les plus élevées dans les boues traitées (biosolides) ont été obtenues avec le citalopram (1033 ng g-1), la venlafaxine (833 ng g-1) et l’amitriptyline (78 ng g-1). Des coefficients de sorption expérimentaux (Kd) calculés pour chacun des antidépresseurs ont permis d’estimer une grande sorption des composés sertraline, desméthylsertraline, paroxetine et fluoxetine sur les solides (log Kd > 4). Finalement, un excellent taux d’enlèvement moyen de 88% a été obtenu après ozonation (5 mg L-1) d’un effluent primaire. Toutefois, la caractérisation de nouveaux sous-produits N-oxyde (venlafaxine, desmethylvenlafaxine) par spectrométrie de masse à haute résolution (LC-QqToFMS) dans l’effluent traité à l’ozone a mis en lumière la possibilité de formation de multiples composés polaires de toxicité inconnue.