ESTUDO DA CONCENTRAÇÃO DE BIOMASSSA DE MICROALGAS POR FILTRAÇÃO E FLOCULAÇÃO

O cultivo de microalgas é uma matéria prima para produção de biocombustível e de captura de carbono devido a vantagens como alta produção de biomassa e rápido crescimento quando comparado com outras fontes de energia e não necessitar de terra fértil. O presente trabalho teve como objetivo estudar métodos de concentração da biomassa. A microalga utilizada foi a Isochrysis galbana. Os cultivos tiveram duração de 20 dias e concentração inicial de 7.104 cel/mL no meio de cultivo F2/Guillard. e foram realizados em fotobioreatores de 500 mL, 3 L e 12 L. Os experimentos foram conduzidos em foto-período de 12 h claro/escuro, com temperatura de 27 a 29 C. Ao final dos cultivos, as amostras foram levadas para a sequência de processos de separação. Inicialmente, foram realizados ensaios de microfiltração em membrana com porosidade de 0,45 m em procedimento do tipo dead-end e constatou-se a rápida e intensa formação de camada de fouling. Acrescentou-se uma etapa de separação por floculação preliminar à microfiltração, utilizando-se Al2(SO4)3 como agente floculante. O meio coagulado foi então filtrado e microfiltrado. O estudo combinado das 3 etapas de separação possibilitou 99% de remoção de biomassa.O teor de óleo obtido foi de 22,4%. Portanto, o trabalho apresenta uma configuração de concentração da biomassa Isochrysis galbana visando o processo de produção de biocombustíveis

Preparation and characterization of palladium-based composite membranes by electroless plating and magnetron sputtering

Pd and Pd-Ag (24 wt.%) alloy composite membrane were prepared by electroless plating and magnetron sputtering, respectively. The membranes were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and H-2 permeation measurement. Commercial microfiltration ceramic membrane were coated with gamma-Al2O3-based layer by the sol-gel method and used as substrate of Pd and Pd-Ag alloy film. Both the as-prepared membranes were shown: to be He gas-tight at room temperature with a thickness of <1 mu m. Permeation results showed that H-2 permeation through these composite membranes is mainly dominated by the surface chemistry of H-2 on or/and in the membranes. The membranes exhibited a high permeation rate of H-2 and a H-2/N-2 permselectivity of higher than 60 in the optimized operation conditions. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Caracterització i revaloració de la fracció plasmàtica de la sang de porc procedent d'escorxadors industrials

La tesi s'ha estructurat en tres apartats que, en conjunt, han de permetre determinar les possibilitats d'aprofitament dins la mateixa indústria alimentària de la fracció plasmàtica de la sang de porc generada per escorxadors que utilitzen sistemes oberts de recollida higiènica. 1. En la primera part s'analitza la composició de la sang higiènica que s'està recollint actualment i s'estudien les característiques tant físico-químiques com microbiològiques que determinen la seva qualitat. La caracterització s'ha realitzat amb sang recollida en diferents escorxadors industrials de les comarques de Girona i s'ha centrat principalment en l'estudi de la contaminació microbiològica i el nivell d'hemòlisi de la sang. S'ha fet un disseny experimental que ha permès alhora valorar l'efecte d'alguns factors sobre la qualitat de la sang: possibles diferències relacionades amb (1) la climatologia del període de l'any en el qual es fa la recollida, (2) particularitats dels escorxadors (grandària, sistemes de dessagnat, tipus, dosi i sistema de dosificació de l'anticoagulant, condicions de processament, maneig i emmagatzematge després de la recollida, etc.). Els resultats obtinguts ens permeten constatar que, en les condicions actuals, la sang que s'està recollint en els escorxadors estudiats no es pot considerar adequada per a una matèria primera de productes destinats a alimentació humana. La major part de la microbiota contaminant s'adquireix en el propi sagnador. S'ha constatat que el sistema de dessagnat en posició horitzontal podria ser una mesura útil per minimitzar la contaminació d'origen fecal o provinent de la pell de l'animal sacrificat i que la separació immediata de les fraccions en el propi escorxador també pot contribuir a reduir la contaminació. Així doncs, en el benentès que l'efectivitat pot obtenir-se del conjunt de mesures preses, més que de l'aplicació d'una sola d'elles, es suggereix la introducció d'una sèrie d'actuacions que potser permetrien reduir els nivells de contaminació que s'obtenen actualment. El tractament mecànic de la sang, el sistema d'addició d'anticoagulant, el volum i concentració de la solució anticoagulant afegida i el període d'emmagatzematge són els factors responsables de l'hemòlisi; mentre que nivells elevats de contaminació microbiològica i el tipus d'anticoagulant utilitzat deterrminen la velocitat d'increment de l'hemòlisi de sang refrigerada. S'ha constatat que quan la sang no pot ser processada immediatament i s'ha d'emmagatzemar en refrigeració és millor utilitzar citrat sòdic enlloc de polifosfat com a anticoagulant ja que l'increment d'hemòlisi es dóna més lentament. 2. El segon apartat s'ha centrat en la fracció plasmàtica de la sang. S'ha utilitzat la deshidratació per atomització com a tecnologia de conservació del plasma i s'ha fet una caracterització del producte en pols resultant des del punt de vista de composició i qualitat. A més de la contaminació microbiològica, que determina la qualitat higiènico-sanitària del producte, s'ha realitzat un estudi de les propietats funcionals que podrien fer del plasma un producte útil en la formulació d'aliments (capacitat escumant, emulsionant, gelificant). S'ha fet especial incidència en (1) determinar l'efecte del procés tecnològic de deshidratació sobre la funcionalitat del producte i (2) estudiar l'estabilitat del plasma deshidratat durant el període d'emmagatzematge. En les condicions de deshidratació per atomització aplicades no es provoca desnaturalització de la fracció proteica i s'obté un producte suficientment deshidratat, amb una aw<0,4 per permetre suposar una bona estabilitat. Algunes mostres de plasma deshidratat analitzades presenten nivells detectables de determinats residus (sulfonamides i corticosteroides). La qualitat microbiològica del producte en pols reflecteix l'elevada contaminació que contenia la matèria primera utilitzada, tot i que la deshidratació per atomització ha comportat la reducció en una unitat logarítmica de la càrrega contaminant. Els recomptes generals de microorganismes són encara preocupants i més tenint en compte que s'ha evidenciat la presència de toxines estafilocòciques en algunes mostres. L'avaluació de les propietats funcionals del producte deshidratat en relació a les que presentava el plasma líquid ens ha permès comprovar que: (1) El procés de deshidratació no ha afectat la solubilitat de les proteïnes. Això, junt amb el fet que no s'obtinguin diferències significatives en l'anàlisi calorimètrica de mostres líquides o deshidratades, permet concloure que el procés no provoca desnaturalització proteica. (2) No s'observen efectes negatius del procés tecnològic sobre la capacitat escumant ni en l'activitat emulsionant de les proteïnes plasmàtiques, dues propietats funcionals que possibiliten l'aplicació del plasma amb aquestes finalitats en l'elaboració d'alguns aliments. (3) La deshidratació tampoc perjudica de manera important les característiques dels gels que s'obtenen per escalfament, ja que els gels obtinguts a partir del plasma líquid i del plasma deshidratat presenten la mateixa capacitat de retenció d'aigua i no s'observen diferències en la microestructura de la xarxa proteica d'ambdós tipus de gel. Tanmateix, els que s'obtenen a partir del producte en pols mostren una menor resistència a la penetració. L'estudi d'estabilitat ens ha permès comprovar que la mostra de plasma deshidratat per atomització perd algunes de les seves propietats funcionals (facilitat de rehidratació, capacitat de retenció d'aigua i fermesa dels gels) si s'emmagatzema a temperatura ambient, mentre que aquestes característiques es mantenen un mínim de sis mesos quan el producte en pols es conserva a temperatura de refrigeració. 3. En l'última part, tenint en compte les conclusions derivades dels resultats dels apartats anteriors, s'han assajat tres possibles sistemes de reducció de la contaminació aplicables a la fracció plasmàtica com a pas previ a la deshidratació, per tal de millorar les característiques de qualitat microbiològica i les perspectives d'estabilitat del producte durant l'emmagatzematge. S'ha determinat l'eficàcia, i l'efecte sobre les propietats del plasma deshidratat, que poden tenir tractaments d'higienització basats en la centrifugació, la microfiltració tangencial i l'aplicació d'altes pressions. Els tractaments de bactofugació aplicats permeten reduir entre el 96 i el 98% la contaminació microbiana del plasma. Aquesta reducció s'aconsegueix tant amb un sistema discontinu com amb un sistema continu treballant a una velocitat de 12 L/h, fet que permetria adaptar el tractament de bactofugació a un procés de producció industrial. Un sistema combinat de bactofugació en continu i microfiltració tangencial permet incrementar l'eficàcia fins a un 99,9 % de reducció. Cal tenir present, però, que aquest tractament provoca també una disminució de l'extracte sec que afecta negativament les propietats funcionals del plasma líquid. Malgrat suposar una pèrdua pel que fa al rendiment, aquest efecte negatiu sobre la funcionalitat no suposaria cap inconvenient si s'utilitzés la deshidratació com a tecnologia de conservació del plasma, ja que es podria corregir l'extracte sec durant la reconstitució del producte. Caldria avaluar si la millora en la qualitat higiènico-sanitària del producte compensa o no les pèrdues que suposa aquest sistema d'higienització combinat. Amb relació als tractaments d'alta pressió, de totes les condicions de tractament assajades, les pressions de fins 450 MPa permeten obtenir plasma sense modificacions importants que impedeixin la seva deshidratació per atomització. Així doncs, les condicions de procés que s'han aplicat són pressuritzacions a 450 MPa de 15 minuts de durada. La temperatura de tractament que s'ha mostrat més eficaç en la reducció dels recomptes de microorganismes ha estat de 40ºC. Els tractaments a aquesta temperatura permeten assolir reduccions del 99,97% i disminuir en un 80% la capacitat de creixement dels microorganismes supervivents a la pressurització en relació a la que presentava la població contaminant del plasma abans del tractament. L'estudi de l'efecte d'aquest tractament (450 MPa, 15 min i 40ºC) sobre les propietats funcionals del plasma ha permès observar que la pressurització comporta una disminució en la solubilitat del producte però una millora en les propietats de superfície -estabilitat de l'escuma i activitat emulsionant- i un increment de la capacitat de retenció d'aigua i de la duresa dels gels obtinguts per escalfament. Calen més estudis per confirmar i caracteritzar aquesta millora en la funcionalitat, així com per establir si el tractament de pressurització afecta també l'estabilitat del producte durant l'emmagatzematge. De totes les tecnologies d'higienització assajades, l'alta pressió és la que permet obtenir millors resultats en el sentit de poder garantir un producte de bona qualitat microbiològica i segur, des del punt de vista sanitari i tecnològic, per a la seva utilització com a ingredient alimentari.

Production of angiotensin converting enzyme inhibitory peptides from β-lactoglobulin and casein derived peptides: an integrative approach

Angiotensin I-converting enzyme (ACE) inhibition is one of the mechanisms by which reduction in blood pressure is exerted. Whey proteins are a rich source of ACE inhibitory peptides and have shown a blood pressure reduction effect i.e. antihypertensive activity. The aim of this work was to develop a simplified process using a combination of adsorption and microfiltration steps for the production of hydrolysates from whey with high ACE inhibitory activity and potency; the latter was measured as the IC50, which is the peptide concentration required to reduce ACE activity by half. This process integrates the selective separation of β-lactoglobulin and casein derived peptides (CDP) from rennet whey and their hydrolysis, which results in partially pure, less complex hydrolysates with high bioactive potency. Hydrolysis was carried out with protease N ‘Amano’ in a thermostatically controlled membrane reactor operated in a batch mode. By applying the integrative approach it was possible to produce from the same feedstock two different hydrolysates that exhibited high ACE inhibition. One hydrolysate was mainly composed of casein-derived peptides with IC50= 285 μg/mL. In this hydrolysate we identified the well known potent ACE-I and anti-hypertensive tri-peptide Ile-Pro-Pro (IPP) and another novel octa-peptide Gln-Asp-Lys-Thr-Glu-Ile-Pro-Thr (QDKTEIPT). The second hydrolysate was mainly composed of β-lactoglobulin derived peptides with IC50=128 µg/mL. This hydrolysate contained a tetra-peptide (Ile-Ile-Ala-Glu) IIAE as one of the two major peptides. A further advantage to this process is that enzyme activity was substantially increased as enzyme product inhibition was reduced.

Chemical characterisation and determination of sensory attributes of hydrolysates produced by enzymatic hydrolysis of whey proteins following a novel integrative process

The overall aim of this work was to characterize the major angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitory peptides produced by enzymatic hydrolysis of whey proteins, through the application of a novel integrative process. This process consisted of the combination of adsorption and microfiltration within a stirred cell unit for the selective immobilization of β-lactoglobulin and casein derived peptides (CDP) from whey. The adsorbed proteins were hydrolyzed in-situ which resulted in the separation of peptide products from the substrate and fractionation of peptides. Two different hydrolysates were produced: (i) from CDP (IC50 =287μg/mL) and (ii) from β-lactoglobulin (IC50=128μg/mL). IC50 is the concentration of inhibitor needed to inhibit ACE by half. The well known antihypertensive peptide IPP and several novel peptides that have structural similarities with reported ACE inhibitory peptides were identified and characterized in both hydrolysates. Furthermore, the hydrolysates were assessed for bitterness. No significant difference was found between the control (milk with no hydrolysate) and hydrolysate samples at different concentrations (at, below and above the IC50).

The use of polyacrylamides (PAMs) for removing natural organic matter (NOM) from Paraiba do Sul River (Brazil)

This work assesses the efficiency of polyacrylamides for natural organic matter (NOM) removal from Paraiba do Sul River (Brazil) raw water for drinking purposes. Jar tests were performed following an experimental design protocol. Three kinds of polyacrylamides (anionic, cationic, and non-ionic) at 0.2 mg L(-1) were tested. After coagulation, turbidity, DOC, UVA(254) and SCAN (UV-absorbing material) were determined. Color and pH were also measured. It was found that polyacrylamides did not reduce the amounts of alum and lime needed in the process and that the amount of alum alone for removing UV-absorbing organic matter is significantly higher. Efficiency of the coagulation process decreased as follows: non-ionic -> cationic -> anionic -> no polyacrylamide. Removal efficiencies for the best case were: 100%, 90%, 83%, and 68% for turbidity, DOC, UVA(254), and SCAN, respectively.

Modelo Estocástico para bloqueio de poros e redução de permeabilidade

Modeling transport of particulate suspensions in porous media is essential for understanding various processes of industrial and scientific interest. During these processes, particles are retained due to mechanisms like size exclusion (straining), adsorption, sedimentation and diffusion. In this thesis, a mathematical model is proposed and analytical solutions are obtained. The obtained analytic solutions for the proposed model, which takes pore and particle size distributions into account, were applied to predict the particle retention, pore blocking and permeability reduction during dead-end microfiltration in membranes. Various scenarios, considering different particle and pore size distributions were studied. The obtained results showed that pore blocking and permeability reduction are highly influenced by the initial pore and particle size distributions. This feature was observed even when different initial pore and particle size distributions with the same average pore size and injected particle size were considered. Finally, a mathematical model for predicting equivalent permeability in porous media during particle retention (and pore blocking) is proposed and the obtained solutions were applied to study permeability decline in different scenarios

Utilização de membranas no pós-tratamento de esgotos para reuso do permeado e aproveitamento do concentrado

The use of membrane filters in the post-treatment of sewage has been increasingly employed to obtain water quality, applicable to various forms of reuse. Despite the advantages presented using the permeate membranes, such as saving water and reducing water pollution, the concentrate generated in the process ends up being an inconvenience to the deployment of this technology due to lack of sustainable solutions for their management. Thus, the main objective of this research was to evaluate the use of membranes for microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis concentrated in agriculture, using it as liquid fertilizer. The permeated membranes were also assessed in order to identify activities in which they could be reused. Five configurations were established from four types of membranes, so that each configuration represents a different system. The tests were conducted in batch mode, with triplicate for each configuration. The results indicated that permeated the microfiltration and ultrafiltration can be used in urban areas, in non-potable uses. Have the nanofiltration permeate can be reused in the industry, replacement cooling towers, and other non -potable uses required in the manufacturing unit. The permeate obtained in reverse osmosis met the intended uses for nanofiltration as well as the standards required for boiler feed, adding alkalizing being required to raise the pH to the recommended value. Concentrates generated in nanofiltration and reverse osmosis can be availed as liquid fertilizer in agriculture, but they must be diluted in the irrigation water, in order to adjust the salt concentration allowed for the least tolerant crops patterns

Performance of the constructed wetland system for the treatment of water from the corumbataí river

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Optimization Strategies Based on Sequential Quadratic Programming Applied for a Fermentation Process for Butanol Production

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Hydrolysis of whey lactose by immobilized β-Galactosidase

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Demulsification of water/sunflower oil emulsions by a tangential filtration process using chemically impregnated ceramic tubes

A tangential filtration process was implemented in this study using porous ceramic tubes made of alpha-alumina produced by the slip-casting technique. These tubes were sintered at 1450 degrees C and characterized by mercury intrusion porosimetry, which revealed a mean pore size of 0.5 mu m. The tubes were chemically impregnated with a zirconium citrate solution, after which they were calcined and heat treated at temperatures of up to 600 and 900 degrees C to eliminate volatile organic compounds and transform the zirconium citrate into zirconium oxide impregnated in the alumina in the form of nanoparticle agglomerates. The microporous pipes were tested on a microfiltration hydraulic system to analyze their performance in the demulsification of sunflower oil and water mixtures. The fluid-dynamic parameters of Reynolds number and transmembrane pressure were varied in the process. The volume of permeate was analyzed by measuring the Total Organic Carbon concentration (TOC), which indicated 99% of oil phase retention. The emulsified mixture was characterized by optical microscopy, while the morphology and composition of the impregnated microporous tubes were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Quantification of the TOC values for the tube impregnated once at 600 degrees C showed the best demulsification performance, with the concentration on permeate smaller than 10 mg/L. The impregnated tube sintered once at 900 degrees C presented low carbon concentration (smaller than 20 mg/L), has the advantage of presenting the greatest trans-membrane flux in relation to the other microporous tube. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.