THE POTENTIAL OF INDUSTRIAL WASTE AND AGRICULTURAL FEEDSTOCK TOWARDS SUSTAINABLE BIOFUELS PRODUCTION: TECHNO-ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL IMPACT PERSPECTIVES

This Ph.D. research is comprised of three major components; (i) Characterization study to analyze the composition of defatted corn syrup (DCS) from a dry corn mill facility (ii) Hydrolysis experiments to optimize the production of fermentable sugars and amino acid platform using DCS and (iii) Sustainability analyses. Analyses of DCS included total solids, ash content, total protein, amino acids, inorganic elements, starch, total carbohydrates, lignin, organic acids, glycerol, and presence of functional groups. Total solids content was 37.4% (± 0.4%) by weight, and the mass balance closure was 101%. Total carbohydrates [27% (± 5%) wt.] comprised of starch (5.6%), soluble monomer carbohydrates (12%) and non-starch carbohydrates (10%). Hemicellulose components (structural and non-structural) were; xylan (6%), xylose (1%), mannan (1%), mannose (0.4%), arabinan (1%), arabinose (0.4%), galatactan (3%) and galactose (0.4%). Based on the measured physical and chemical components, bio-chemical conversion route and subsequent fermentation to value added products was identified as promising. DCS has potential to serve as an important fermentation feedstock for bio-based chemicals production. In the sugar hydrolysis experiments, reaction parameters such as acid concentration and retention time were analyzed to determine the optimal conditions to maximize monomer sugar yields while keeping the inhibitors at minimum. Total fermentable sugars produced can reach approximately 86% of theoretical yield when subjected to dilute acid pretreatment (DAP). DAP followed by subsequent enzymatic hydrolysis was most effective for 0 wt% acid hydrolysate samples and least efficient towards 1 and 2 wt% acid hydrolysate samples. The best hydrolysis scheme DCS from an industry's point of view is standalone 60 minutes dilute acid hydrolysis at 2 wt% acid concentration. The combined effect of hydrolysis reaction time, temperature and ratio of enzyme to substrate ratio to develop hydrolysis process that optimizes the production of amino acids in DCS were studied. Four key hydrolysis pathways were investigated for the production of amino acids using DCS. The first hydrolysis pathway is the amino acid analysis using DAP. The second pathway is DAP of DCS followed by protein hydrolysis using proteases [Trypsin, Pronase E (Streptomyces griseus) and Protex 6L]. The third hydrolysis pathway investigated a standalone experiment using proteases (Trypsin, Pronase E, Protex 6L, and Alcalase) on the DCS without any pretreatment. The final pathway investigated the use of Accellerase 1500® and Protex 6L to simultaneously produce fermentable sugars and amino acids over a 24 hour hydrolysis reaction time. The 3 key objectives of the techno-economic analysis component of this PhD research included; (i) Development of a process design for the production of both the sugar and amino acid platforms with DAP using DCS (ii) A preliminary cost analysis to estimate the initial capital cost and operating cost of this facility (iii) A greenhouse gas analysis to understand the environmental impact of this facility. Using Aspen Plus®, a conceptual process design has been constructed. Finally, both Aspen Plus Economic Analyzer® and Simapro® sofware were employed to conduct the cost analysis as well as the carbon footprint emissions of this process facility respectively. Another section of my PhD research work focused on the life cycle assessment (LCA) of commonly used dairy feeds in the U.S. Greenhouse gas (GHG) emissions analysis was conducted for cultivation, harvesting, and production of common dairy feeds used for the production of dairy milk in the U.S. The goal was to determine the carbon footprint [grams CO2 equivalents (gCO2e)/kg of dry feed] in the U.S. on a regional basis, identify key inputs, and make recommendations for emissions reduction. The final section of my Ph.D. research work was an LCA of a single dairy feed mill located in Michigan, USA. The primary goal was to conduct a preliminary assessment of dairy feed mill operations and ultimately determine the GHG emissions for 1 kilogram of milled dairy feed.

Potential impact of DOM accumulation on fCO2 and carbonate ion computations in ocean acidification experiments

Culture and mesocosm experiments are often carried out under high initial nutrient concentrations, yielding high biomass concentrations that in turn often lead to a substantial build-up of DOM. In such experiments, DOM can reach concentrations much higher than typically observed in the open ocean. To the extent that DOM includes organic acids and bases, it will contribute to the alkalinity of the seawater contained in the experimental device. Our analysis suggests that whenever substantial amounts of DOM are produced during the experiment, standard computer programmes used to compute CO2 fugacity can underestimate true fCO2 significantly when the computation is based on AT and CT. Unless the effect of DOM-alkalinity can be accounted for, this might lead to significant errors in the interpretation of the system under consideration with respect to the experimentally applied CO2 perturbation. Errors in the inferred fCO2 can misguide the development of parameterisations used in simulations with global carbon cycle models in future CO2-scenarios. Over determination of the CO2-system in experimental ocean acidification studies is proposed to safeguard against possibly large errors in estimated fCO2.

Biomass and substrate utilization of cold adapted bacteria in Fram Strait and the Western Greenlad Sea

During the 'Polarstern' expedition ARK-IV/2 in June 1987, water samples from 8 stations were taken to study biomass and substrate utilization of cold adapted bacteria. Bacterial biomasses determined from acridine orange direct counts (AODC) were between 0.4 and 31.4 µ/g C/l, and ATP concentrations amounted from <0.1 to 40 ng/l. Colony counts on seawater agar reached only 0.1% of AODC, but with the MPN-method 1 to 10% of AODC were recorded. With 14C-glutamic acid or 14C-glucose as tracer substrate in oligotrophic broth containing 0.5 mg trypticase and 0.05 mg yeast extract per liter of seawater, obligately oligotrophic bacteria could be detected in one water sample. Although incubation was at 2 °C, only psychrotrophic bacteria showing growth temperatures between 1 and 30 °C were obtained. Organic substrate utilizations by 106 isolates were tested at 4 and 20 °C. Most carbohydrates, organic acids, alcohols, and alanine were assimilated at both temperatures, but arginine, aspartate and ornithine were utilized only at 20 °C by almost all strains.

Functional, structural and phylogenetic analysis of domains underlying the Al sensitivity of the aluminum-activated malate/anion transporter, TaALMT1.

Triticum aestivum aluminum-activated malate transporter (TaALMT1) is the founding member of a unique gene family of anion transporters (ALMTs) that mediate the efflux of organic acids. A small sub-group of root-localized ALMTs, including TaALMT1, is physiologically associated with in planta aluminum (Al) resistance. TaALMT1 exhibits significant enhancement of transport activity in response to extracellular Al. In this study, we integrated structure–function analyses of structurally altered TaALMT1 proteins expressed in Xenopus oocytes with phylogenic analyses of the ALMT family. Our aim is to re-examine the role of protein domains in terms of their potential involvement in the Al-dependent enhancement (i.e. Al-responsiveness) of TaALMT1 transport activity, as well as the roles of all its 43 negatively charged amino acid residues. Our results indicate that the N-domain, which is predicted to form the conductive pathway, mediates ion transport even in the absence of the C-domain. However, segments in both domains are involved in Al3+ sensing. We identified two regions, one at the N-terminus and a hydrophobic region at the C-terminus, that jointly contribute to the Al-response phenotype. Interestingly, the characteristic motif at the N-terminus appears to be specific for Al-responsive ALMTs. Our study highlights the need to include a comprehensive phylogenetic analysis when drawing inferences from structure–function analyses, as a significant proportion of the functional changes observed for TaALMT1 are most likely the result of alterations in the overall structural integrity of ALMT family proteins rather than modifications of specific sites involved in Al3+ sensing.

Estudio microestructural de pastas de cemento expuestas a medios simulados de agresividad moderada frecuentes en ambientes rurales

Los materiales base cemento (pastas, morteros, hormigones y otros tipos de mezclas) son materiales ampliamente utilizados en la sociedad actual y son uno de los pilares de la ingeniería civil debido a sus buenas propiedades estructurales, facilidad de fabricación y bajo coste. Sus propiedades permiten su uso en ambientes industriales y naturales, siendo materiales muy versátiles siempre y cuando, se tenga en cuenta que sus propiedades durables son limitadas en ambientes donde se producen fenómenos de lixiviación y ataque por diversos iones agresivos. El presente proyecto de investigación se desarrolló motivado por la necesidad de profundizar en el conocimiento del comportamiento de los materiales base cemento en situaciones concretas de exposición a cierto tipo de degradaciones que se producen frecuentemente en explotaciones agropecuarias ubicadas en ambientes naturales. Se diseñó un procedimiento experimental que nos permitiese evaluar el efecto que tienen los ácidos orgánicos sobre la matriz cementicia, así como la acción que presentan los sulfatos y las aguas naturales en los mismos. Teniendo muy presente siempre las características de las disoluciones a las cuales se ha expuesto el material. En último término, se trata de conocer los mecanismos de los procesos de ataque para poder definir el comportamiento del material en estos medios. Los procedimientos de ensayo, así como las técnicas de caracterización son las herramientas fundamentales con las que profundizar en el conocimiento del material, por lo que resulta de vital importancia conocer a fondo las posibilidades que su empleo nos ofrece. En el presente trabajo se ha desarrollado un profundo estudio del uso del termoanálisis en la caracterización de pastas de cemento. Además se han optimizado los procedimientos de caracterización de las muestras con otro tipo de técnicas. La caracterización de las probetas nos ha permitido comprobar el comportamiento del material en situaciones de exposición en ensayos acelerados de laboratorio. Los resultados obtenidos han permitido determinar que el pH del medio agresivo es una variable fundamental cuando se trata de evaluar la agresividad del mismo. La presencia de ciertos iones desarrollaría efectos de sinergia con respecto al pH y condicionaría los valores de las constantes termodinámicas que rigen los equilibrios. La posibilidad de formación de sales de ácidos orgánicos y la diferente solubilidad de las mismas derivaría en cambios en los comportamientos mecánicos. La proporción de compuestos de aluminio o la presencia de puzolanas capaces de fijar el calcio son también factores evidenciados como determinantes en el comportamiento del material. Además se podría afirmar que la disolución de la portlandita es un efecto determinante en el proceso de degradación. Nowadays, cement based materials (pastes, mortars, concrete and other mixtures) are widely used. These kinds of material are one of the pillars of Civil Engineering due to their structural properties, easy manufacturing and low cost. Their properties allow the use in industrial and natural environments. They are very versatile materials for use in this type of environment. But it is necessary to to keep in mind that they have a durability limited when they are exposed to aggressives environments where leaching process occur and various aggressive ions can damage the materials. This research work was developed motivated by the need to go in dept in the knoledge of the behavior of cement based materials. These kinds of materials frecuently are exposed to some types of damage that occur on farms located in natural environments. An experimental procedure that would allow us to evaluate the effect of organic acids on the cement matrix and the action presented by sulfates and natural waters in the same was designed. Always bearing in mind the characteristics of the solutions to which the material is exposed. Ultimately it comes to understanding the mechanisms of the processes leading to define the material behavior in this type of environment. Test procedures and characterization techniques are fundamental tools which to deepen the knowledge of the material, so it is important to know in its potential uses. In this work we have developed a deep study of the use of thermal analysis in the characterization of cement pastes. Furthermore, we have optimized characterization procedures of samples with other techniques. The characterization of the samples has allowed us to check the behavior of the material on exposure to accelerated laboratory tests. The results have established that the pH of the corrosive media is a fundamental variable when it comes to assessing the aggressiveness of it. The presences of certain ions develop synergies with respect to pH and would determine the values of the constants governing thermodynamic equilibria. The possible formation of salts of organic acids and the different solubility of the same would lead to changes in mechanical behavior. The proportion of aluminum compounds or the presence of pozzolans capable of binding calcium is also evidenced as determining factors in the material behavior. Besides we could assert that the dissolution of the portlandite is a determining effect on the degradation process.

Biological impact on mineral dissolution: Application of the lichen model to understanding mineral weathering in the rhizosphere

Microorganisms modify rates and mechanisms of chemical and physical weathering and clay growth, thus playing fundamental roles in soil and sediment formation. Because processes in soils are inherently complex and difficult to study, we employ a model based on the lichen–mineral system to identify the fundamental interactions. Fixed carbon released by the photosynthetic symbiont stimulates growth of fungi and other microorganisms. These microorganisms directly or indirectly induce mineral disaggregation, hydration, dissolution, and secondary mineral formation. Model polysaccharides were used to investigate direct mediation of mineral surface reactions by extracellular polymers. Polysaccharides can suppress or enhance rates of chemical weathering by up to three orders of magnitude, depending on the pH, mineral surface structure and composition, and organic functional groups. Mg, Mn, Fe, Al, and Si are redistributed into clays that strongly adsorb ions. Microbes contribute to dissolution of insoluble secondary phosphates, possibly via release of organic acids. These reactions significantly impact soil fertility. Below fungi–mineral interfaces, mineral surfaces are exposed to dissolved metabolic byproducts. Through this indirect process, microorganisms can accelerate mineral dissolution, leading to enhanced porosity and permeability and colonization by microbial communities.

Dinâmica do fósforo no solo em função da adição de ácidos orgânicos de baixa massa molar

A baixa eficiência da adubação fosfatada em solos altamente intemperizados é devido, entre outros fatores, à adsorção do fósforo (P) à superfície das argilas silicatadas do tipo 1:1 e, principalmente, dos (hidr)óxidos de Fe e de Al. Manejos do solo que induzem a solubilização de formas de P indisponíveis para as plantas têm sido intensamente estudados nos últimos anos. Uma tentativa de aumentar a concentração de P disponível na solução do solo para sua absorção pelas plantas é a mobilização de P por ânions de ácidos orgânicos de baixa massa molar (AOBMM). Ânions derivados de AOBMM exsudados pelas raízes de plantas ou excretados por microrganismos são associados com algumas condições de rizosfera como deficiência de P e fitotoxidez de Al e interagem com o solo de forma a aumentar a biodisponibilidade de P. Dependendo dos atributos do solo, do grau de dissociação, das propriedades e do número de grupos carboxílicos dos ânions orgânicos, o P pode ser mobilizado do solo principalmente devido à dissolução complexométrica de minerais e à adsorção competitiva dos grupos funcionais carboxílicos e fosfato nos sítios de superfície coloidais. A capacidade dos ânions citrato, malato e oxalato em mobilizar P de amostras de um Neossolo Quartzarênico típico (RQ) e de um Latossolo Vermelho ácrico (LVwf) foi avaliada por meio de um estudo de lixiviação de ânions em colunas. Devido a não detecção de P nos efluentes das colunas com LVwf, foi realizado outro estudo em colunas, no qual somente citrato foi lixiviado, mas num volume maior, e as alterações das formas de P nas amostras desse solo induzidas pela lixiviação de citrato foram identificadas por espectroscopia de absorção de raios-X na borda K do fósforo (X-ray absorption near edge structure -XANES - spectroscopy). A capacidade dos ânions de AOBMM em solubilizar P foi mais dependente do teor de P disponível e de outros atributos do solo que do número de grupos funcionais carboxílicos dos ânions orgânicos. Somente o oxalato mobilizou P do RQ, enquanto todos os ânions de AOBMM foram capazes de mobilizar P do LVwf. Quando baixos volumes de solução contendo ânions de AOBMM foram lixiviados no solo, além do aumento do pH, a mobilização de P foi acompanhada pela mobilização de Al no RQ (pH água = 5), e pela mobilização de Ca no LVwf (pH água = 5.6), o que indica solubilização de P pela complexação de Al, Ca, ou Fe, de fosfatos insolúveis, ou pela inibição da precipitação de P com esses metais. Ao lixiviar um volume maior de citrato no LVwf, o P também não foi detectado nos efluentes das colunas, mas houve lixiviação intensa de Al e Fe, bem como mudanças nas proporções de formas de P no solo caracterizadas pelos espectros XANES. Embora tenhamos encontrado indícios da ação dos principais mecanismos de solubilização de P (dissolução complexométrica de minerais e troca de ligantes entre grupos funcionais carboxílicos e P adsorvido ao solo), os ânions de AOBMM mostraram pouco potencial de efetivamente aumentar a biodisponibilidade de P.

Avaliação da contaminação microbiológica de drogas vegetais e potencial descontaminação por plasma

A qualidade, eficácia e segurança no emprego de drogas vegetais dependem, entre outras questões, de sua qualidade sanitária. Sua origem e manuseio, em condições no geral inadequadas, propiciam biocarga elevada e abrangente, o que implica riscos para saúde. O presente trabalho objetivou conhecimento da microbiota das plantas estudadas e o desenvolvimento de estudos de sua descontaminação por plasma, tendo-se analisado os parâmetros físicos que influenciaram este processo. O projeto possibilitou a descontaminação de drogas vegetais com alta carga microbiana. Estudou-se a alcachofra (Cynara scolymus L.), camomila (Chamomilla recutita (L.) Rauschert.), ginco (Ginkgo biloba L.) e guaraná (Paullinia cupana Kunth), adotando parâmetros de processo que alegadamente permitem a integridade dos princípios ativos termossensíveis. Para isso, foi empregado reator disponível no Laboratório de Sistemas Integráveis, pertecente à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, em sistema com acoplamento capacitivo modo RIE (Reactive Ion Etching). Neste sistema, trabalhou-se com oxigênio adicionado de peróxido de hidrogênio. Todos os processos de descontaminação foram desenvolvidos a temperatura ambiente, sob diferentes parâmetros físicos complementares. A eficácia do processo foi investigada, empregando-se contagem de microrganismos heterotróficos, assim como pesquisa de indicadores de patogênicos (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella spp, Escherichia coli). As avaliações microbiológicas, quantitativas e qualitativas, assim como os estudos decorrentes dos dados obtidos, foram desenvolvidos no Laboratório de Controle Biológico da Faculdade de Ciências Farmacêuticas - USP. Os resultados obtidos após a descontaminação por plasma de oxigênio (100%), a potência de 150 W, evidenciaram redução de até 4 ciclos de aeróbicos totais. No processo por plasma peróxido de hidrogênio (20%) e oxigênio (80%), a uma potência de 150 W, observou-se a redução de até 4 ciclos log de aeróbios totais para as drogas vegetais deste estudo. A presença de substâncias químicas complexas da camomila, que contêm óleo volátil, flavonóides, aminoácidos, ácidos graxos, sais minerais, cumarinas, mucilagens e ácidos orgânicos, interferem no processo por plasma provavelmente em decorrência de a mucilagem formar um filme protetor, impedindo a difusão gasosa em ambos os processos por plasma. Assim, não só a camomila mas também o guaraná, com biocargas iniciais respectivamente de 6,6x106 UFC/g e 2,7x106 UFC/g, mantiveram-se com níveis de contaminação da mesma ordem de grandeza, após os desafios com plasma. A contagem bacteriana da alcachofra (fornecedor B), que foi submetida ao processo de descontaminação através do plasma O2 (100%), (potência de 150 W, pressão de 100 mTorr e vazão de 200 sccm), sofreu redução de dez vezes, independentemente do tempo do processo. Possivelmente este resultado, que aparenta inconsistência, decorre da ação apenas superficial do plasma. A descontaminação por processo de plasma de oxigênio e de peróxido de hidrogênio para a alcachofra (fornecedor B) não foi eficaz, devido à predominância de elementos lignificados. As amostras de alcachofra (fornecedor C), com baixa percentagem de vasos de xilema lignificados e fibras lignificadas evidenciaram a maior eficácia do processo por plasma, pois possibilitou grande difusão gasosa sobre as amostras. O estudo permitiu ainda concluir que à aplicabilidade do plasma na descontaminação de drogas vegetais depende da resistência dos microrganismos, mas igualmente das características da planta, sejam aquelas de natureza morfoanatômica, enzimática ou química. Estudos específicos devem ser desenvolvidos para cada situação.

Disponibilidade de níquel no sistema solo-planta: efeito de doses e saturações por bases

Por se tratar de um elemento essencial às plantas e um metal pesado ao mesmo tempo, o níquel requer atenção quanto aos aspectos da fisiologia de plantas e ambiental. Além disso, existe um intervalo estreito entre as exigências nutricionais e os teores tóxicos às plantas. Neste contexto, objetivou-se avaliar o efeito do Ni no sistema solo-planta, com foco no ciclo do N e a disponibilidade do elemento no solo, por meio de experimento em condições controladas, utilizando vasos distribuídos inteiramente ao acaso, utilizando-se esquema fatorial 2 x 5, com sete repetições cada tratamento. O primeiro fator foi constituído de duas saturações por base (50 e 70%) e o segundo de cinco doses de Ni (0; 0,1; 0,5; 1,0 e 10,0 mg dm-3 de solo). Os vasos foram preenchidos com 8 dm3 de terra e cultivados com soja [Glycine max (L.) Merrill] sucedida por girassol (Helianthus annuus L.). Os parâmetros qualitativos e quantitativos: altura de plantas (AP), diâmetro do caule (DC), número de nós (NN), estádio fenológico (EF), índice SPAD e, diâmetro do capítulo (DCap) (para girassol) foram avaliadas aos 30 e 60 dias após a emergência (d.a.e.) de cada cultivo. Plantas inteiras de soja, amostradas em quatro vasos de cada tratamento, foram coletadas no estádio R1. Na mesma ocasião foram coletadas amostras de solo da rizosfera. Em seguida, as plantas coletadas foram divididas em: folhas; raízes (nódulos na soja) e parte aérea. Foram determinados nas folhas utilizadas para diagnose em soja e girassol: os teores de macro e micronutrientes, as atividades da redutase do nitrato e da urease e as concentrações dos ácidos orgânicos: oxálico, malônico, succínico, málico, tartárico, fumárico, oxaloacético, cítrico e lático. Os mesmos ácidos orgânicos foram determinados em raízes secundárias de girassol e nódulos de soja. Foram realizadas avaliações ultraestruturais por meio de microscopia eletrônica de transmissão (MET) em raízes de girassol, e estruturais e de tonalidade em nódulos de soja, por meio de microscopia de luz. No solo, foram determinadas: atividade urease, desidrogenase, Ni total e fitodisponível pelos métodos: Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA. No período de maturidade fisiológica de cada cultura foi realizada a colheita das plantas dos vasos restantes para determinação de produção de grãos, teores de Ni na planta inteira e Ni e N nos grãos. Ao final dos dois experimentos foi realizada nova coleta de solo para extração sequencial de Ni. O índice SPAD em soja aos 60 d.a.e., a produção de massa seca da parte aérea da soja e da raiz de girassol foram influenciados pela saturação por bases, doses de níquel e pela a interação destes. Foram influenciados pelas saturações por base e doses de níquel (fatores isolados): para soja: AP aos 60 d.a.e., NN aos 30 e 60 d.a.e., SPAD aos 30 d.a.e.; para girassol: AP e NN aos 30 e 60 d.a.e., DC e SPAD aos 30 d.a.e. As demais variáveis avaliadas aos 30 e 60 d.a.e. foram influenciadas apenas pela saturação por bases, ou doses de Ni separadamente. As plantas de soja e girassol apresentaram maiores teores de Ni nos diferentes tecidos avaliados (exceto grãos) quando cultivadas sob V50%. A produção de grãos de soja e girassol não foi influenciada pelos tratamentos, porém o teor de N dos grãos de soja influenciado pelas doses de Ni na V70%. A atividade da enzima urease nas folhas de soja e girassol foi responsiva positivamente ao aumento das doses de Ni. Quatro dos ácidos orgânicos avaliados e o teor de N nas folhas e nos grãos foram maiores nas plantas cultivadas sob V70% com a dose de 0,5 mg dm-3 de Ni. As doses de Ni bem com as saturações por bases influenciaram diretamente o balanço de nutrientes das plantas. Os extratores Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA apresentaram elevado coefienciente de correlação entre a fração de Ni disponível no solo e a concentração do elemento nas plantas de soja e girassol, sendo o extrator DTPA o que apresentou maior coeficiente de correlação. O Ni apresentou distribuição variável entre as diferentes frações do solo em função dos tratamentos. Os solos dos tratamentos com saturação por bases de 70% apresentaram maior concentração de Ni ligado a carbonato, comparado aos tratamentos sob saturação por bases de 50%. A distribuição do Ni entre as frações do solo seguiu a seguinte orgem: ligado a carbonato < trocável < ligado a óxidos < matéria orgânica < residual. A saturação por bases exerceu efeito diferenciado para a atividade da urease no solo em função da cultura avaliada. Por sua vez, o Ni exerceu efeito diferenciado sobre a atividade de desidrogenase em função da cultura estudada

Optimisation of analytical methods for the characterisation of oranges, clementines and citrus hybrids cultivated in Spain on the basis of their composition in ascorbic acid, citric acid and major sugars

Three HPLC methods were optimised for the determination of citric acid, succinic acid and ascorbic acid using a photodiode array detector and fructose, glucose and sucrose using a refractive index in twenty eight citrus juices. The analysis was completed in <16 min. Two different harvests were taken into account for this study. For the season 2011, ascorbic acid content was comprised between 19.4 and 59 mg vitamin C/100 mL; meanwhile for the season 2012, the content was slightly higher for most of the samples ranging from 33.5 to 85.3 mg vitamin C/100 mL. Moreover, the citric acid content in orange juices ranged between 9.7 and 15.1 g L−1, while for clementines the content was clearly lower (i.e. from 3.5 to 8.4 g L−1). However, clementines showed the highest sucrose content with values near to 6 g/100 mL. Finally, a cluster analysis was applied to establish a classification of the citrus species.

A metabolomic approach to study the rhizodeposition in the tritrophic interaction: tomato, Pochonia chlamydosporia and Meloidogyne javanica

A combined chemometrics-metabolomics approach [excitation–emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR) and high performance liquid chromatography–mass spectrometry (HPLC–MS)] was used to analyse the rhizodeposition of the tritrophic system: tomato, the plant-parasitic nematode Meloidogyne javanica and the nematode-egg parasitic fungus Pochonia chlamydosporia. Exudates from M. javanica roots were sampled at root penetration (early) and gall development (late). EMM indicated that late root exudates from M. javanica treatments contained more aromatic amino acid compounds than the rest (control, P. chlamydosporia or P. chlamydosporia and M. javanica). 1H NMR showed that organic acids (acetate, lactate, malate, succinate and formic acid) and one unassigned aromatic compound (peak no. 22) were the most relevant metabolites in root exudates. Robust principal component analysis (PCA) grouped early exudates for nematode (PC1) or fungus presence (PC3). PCA found (PC1, 73.31 %) increased acetate and reduced lactate and an unassigned peak no. 22 characteristic of M. javanica root exudates resulting from nematode invasion and feeding. An increase of peak no. 22 (PC3, 4.82 %) characteristic of P. chlamydosporia exudates could be a plant “primer” defence. In late ones in PC3 (8.73 %) the presence of the nematode grouped the samples. HPLC–MS determined rhizosphere fingerprints of 16 (early) and 25 (late exudates) m/z signals, respectively. Late signals were exclusive from M. javanica exudates confirming EEM and 1H NMR results. A 235 m/z signal reduced in M. javanica root exudates (early and late) could be a repressed plant defense. This metabolomic approach and other rhizosphere -omics studies could help to improve plant growth and reduce nematode damage sustainably.

Química orgánica general y aplicada a la farmacia, medicina, industria, agricultura y artes /

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