Desempenho de sementes de soja revestidas com biopolímeros

The use of biopolymers that help to fix pesticides efficiently and degrade easily without harming the environment, and still improve the physiological performance of field soybean seed may bring contributions to the soybean yield. This study aimed to evaluate the effect of cassava starch polymers (AM), sodium alginate (ALG) and polyvinyl alcohol (PVOH), in the concentrations 2, 4 and 6 g / 100 ml of solution, in the physiological attributes of seeds soy, seed speed soaking and performance of soybean seeds after three months of storage. The soybean variety used was the NK 7059 RR. The experimental design used for the three studies was a factorial with 48 experimental units: 3 polymers (AM, ALG and PVOH), 4 different concentrations (0%, 2%, 4% and 6%), with four replications, in a completely randomized design. It was observed the level of significance of the factors and their interactions, applying the test F. The polymers were evaluated by the Tukey test at 5% probability, and the concentrations were evaluated by polynomial regression. The witness obtained better results for most variables studied. Among the polymers, the best coating was observed PVOH because it was the less viscous polymer and visually not served as a substrate for microorganisms. However, also, satisfactory results were obtained for the AM and ALG polymers at a concentration of 2%. There was not interference of the polymers studied with regard to reduction of imbibition rate of soybean seeds. The hydrophilicity of polymers, mainly the AM and ALG accelerated soaking seeds harming germination at concentrations 4% and 6%. In general, the higher the concentration of polymers tended to worse results.

Amidos crioulos: caracterização fundamental e influência de biopolímeros nas propriedades funcionais do amido

O trabalho apresentado nesta tese focou-se no estudo do amido, nomeadamente na avaliação das características físico-químicas, morfológicas, térmicas e reológicas do amido de seis variedades de milho crioulo, preservadas no estado de Santa Catarina (Brasil), com o intuito de contribuir para a valorização e preservação de variedades locais que são cultivadas em sistemas de produção orgânica, também conhecidas como variedades crioulas. Estas sementes são importantes quer para a preservação da biodiversidade quer para os pequenos produtores que as conservam e as produzem fazendo uso de uma agricultura sustentável e independente comercialmente. Para além da caracterização dos amidos crioulos foram também analisadas as alterações que ocorrem nos processos de gelatinização e retrogradação do amido quando realizados na presença de outros biopolímeros, nomeadamente a quitosana e galactomananas. No Capítulo I é apresentada uma breve revisão do conhecimento científico sobre o amido e sobre a quitosana e galactomananas, os outros biopolímeros utilizados. Igualmente é feita uma sucinta abordagem sobre as principais técnicas analíticas que foram utilizadas: reologia fundamental, calorimetria diferencial de varrimento, microscopia eletrónica de varrimento e espectroscopia de infravermelho médio. No capítulo II apresenta-se o isolamento dos amidos das seis variedades de milho crioulo e a sua caracterização junto com um amido comercial usado como modelo de comparação. Os amidos apresentaram genericamente características físicoquímicas semelhantes e o amido extraído das variedades crioulas MT e MPA 01 apresentaram menor temperatura de gelatinização e maior percentagem de retrogradação, respetivamente. Os efeitos da adição da quitosana e de três galactomananas (goma guar, goma de alfarroba e goma cassia) em sistemas mistos com o amido são analisados nos Capítulos III e IV respetivamente. A adição dos biopolímeros aos amidos resultou no aumento das temperaturas de gelatinização, na alteração da retrogradação do amido pelas galactomananas e na alteração das propriedades viscoeláticas dos géis formados. Os dados de infravermelho esclareceram que nos sistemas com quitosana, o amido formou complexos com o ácido acético usado para dissolver a quitosana e que esta por sua vez formou acetato de quitosana. O comportamento durante a gelatinização do amido comercial quando comparado com o amido do milho crioulo MPA na sua interação com as galactomananas é diferenciado.

Síntese, extração e caracterização de biopolímeros de origem microalgal para desenvolvimento de nanofibras

Pesquisas com microalgas estão crescendo devido aos possíveis bioprodutos oriundos de sua biomassa, bem como as suas diferentes aplicabilidades. Microalgas podem ser cultivadas para a produção de biopolímeros com características de biocompatibilidade e biodegradabilidade. Nanofibras produzidas por electrospinning a partir de poli-β-hidroxibutirato (PHB) geram produtos com aplicabilidade na área de alimentos e médica. O objetivo deste trabalho foi selecionar microalgas com maior potencial para síntese de biopolímeros, em diferentes meios de cultivo, bem como purificar poli-β-hidroxibutirato e desenvolver nanofibras. Este trabalho foi dividido em cinco artigos: (1) Seleção de microalgas produtoras de biopolímeros; (2) Produção de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivo com diferentes fontes de carbono e redução de nitrogênio; (3) Síntese de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivos autotróficos e mixotróficos; (4) Purificação de poli-β- hidroxibutirato extraído da microalga Spirulina sp. LEB 18; e (5) Produção de nanofibras a partir de poli-β-hidroxibutirato de origem microalgal. Foram estudadas as microalgas Cyanobium sp., Nostoc ellipsosporum, Spirulina sp. LEB 18 e Synechococcus nidulans. Os biopolímeros foram extraídos nos tempos de 5, 10, 15, 20 e 25 d de cultivo a partir de digestão diferencial. Para os experimentos com diferentes nutrientes, foi utilizado como fonte de carbono, bicarbonato de sódio, acetato de sódio, glicose e glicerina modificando-se as concentrações de nitrogênio e fósforo. Os cultivos foram realizados em fotobiorreatores fechados de 2 L. A concentração inicial de inóculo foi 0,15 g.L-1 e os ensaios foram mantidos em estufa termostatizada a 30 ºC com iluminância de 41,6 µmolfótons.m -2 .s -1 e fotoperíodo 12 h claro/escuro. Para a purificação de PHB, foi utilizada a biomassa da cianobactéria Spirulina sp. LEB 18, cultivada em meio Zarrouk. Após a extração do biopolímero bruto, a amostra foi desengordurada com hexano e purificada com 1,2-carbonato de propileno. Foram determinadas as purezas e as propriedades térmicas no PHB purificado. O biopolímero utilizado para produzir as nanofibras apresentava 70 % de pureza. A técnica para produção de nanofibras foi o electrospinning. As microalgas que apresentaram máxima produtividade foram Nostoc ellipsosporum e Spirulina sp. LEB 18 com rendimento de biopolímero 19,27 e 20,62 % em 10 e 15 d, respectivamente, na fase de máximo crescimento celular. O maior rendimento de biopolímeros (54,48 %) foi obtido quando se utilizou 8,4 g.L-1 de NaHCO3, 0,05 g.L-1 de NaNO3 e 0,1 g.L-1 de K2HPO4. A condição que proporcionou maior pureza do PHB foi a 130 ºC e 5 min de contato entre o solvente (1,2-carbonato de propileno) e o PHB. As análises térmicas para todas as amostras foram semelhantes em relação ao PHB padrão (Sigma-Aldrich). A purificação com 1,2-carbonato de propileno foi eficiente para o PHB extraído de microalga, alcançando pureza acima de 90 %. A condição que apresentou menores diâmetros de nanofibras foi ao utilizar solução contendo 20 % de biopolímero solubilizado em clorofórmio. As condições do electrospinning que apresentou nanofibras com diâmetros de 470 e 537 nm foram, vazão 150 µL.h-1 , diâmetro do capilar 0,45 mm e voltagens entre 24,1 e 29,6 kV, respectivamente. A microalga Spirulina sp. LEB 18 produz PHB ao utilizar menores concentrações de nutrientes no meio de cultivo, que pode ser purificado com 1,2-carbonato de propileno. Este biopolímero possui aplicabilidade para produção de nanofibras.

Síntesis de nanopartículas derivadas de biopolímeros extraídos de biomasa por métodos térmicos

La celulosa como un biopolímero sustentable y renovable, ha sido ampliamente estudiada para la generación de materiales que cuenten con características físicas y químicas versátiles. Los procesos para la extracción de celulosa se han modificado para lograr la conformación de celulosa nano y microfibrilada estos procesos son estudiados para conseguir mayores rendimientos y operaciones sustentables. En el presente proyecto para la formación de nanopartículas de celulosa se utiliza un proceso de irradiación de microondas, partiendo de una extracción primaria de la celulosa de dos residuos agroindustriales y un residuo de la industria del papel, mediante un pre-tratamiento posteriormente aplicar el proceso de hidrólisis asistida por microondas para la producción de las nanopartículas.

Compósitos Portland-biopolímeros para cimentação de poços de petróleo

The oil production in mature areas can be improved by advanced recovery techniques. In special, steam injection reduces the viscosity of heavy oils, thus improving its flow to surrounding wells. On the other hand, the usually high temperatures and pressures involved in the process may lead to cement cracking, negatively affecting both the mechanical stability and zonal isolation provided by the cement sheath of the well. The addition of plastic materials to the cement is an alternative to prevent this scenario. Composite slurries consisting of Portland cement and a natural biopolymer were studied. Samples containing different contents of biopolymer dispersed in a Portland cement matrix were prepared and evaluated by mechanical and rheological tests in order to assess their behavior according to API (American Petroleum Institute) guidelines. FEM was also applied to map the stress distribution encountered by the cement at bottom bole. The slurries were prepared according to a factorial experiment plan by varying three parameters, i.e., cement age, contents of biopolymer and water-to-cement ratio. The results revealed that the addition of the biopolymer reduced the volume of free water and the setting time of the slurry. In addition, tensile strength, compressive strength and toughness improved by 30% comparing hardened composites to plain Portland slurries. FEM results suggested that the stresses developed at bottomhole may be 10 to 100 times higher than the strength of the cement as evaluated in the lab by unconfined mechanical testing. An alternative approach is proposed to adapt the testing methodology used to evaluate the mechanical behavior of oilwell cement slurries by simulating the confined conditions encountered at bottornhole

Determinação da energia de ativação em hidrogéis poliméricos a partir de dados termogravimétricos

Curvas termogravimétricas com diferentes razões de aquecimento foram utilizadas para a determinação de parâmetros cinéticos seguindo o método de Flynn-Wall. Para isso, foi utilizado um hidrogel preparado a partir da mistura de dois polissacarídeos, quitosana/xantana (QX) e outro, contendo além destes, colágeno (QXC). Os resultados mostraram que o valor de energia de ativação para o hidrogel QX foi de 3,44 kJ.mol-1, enquanto que para o QXC foi de 14,84 kJ.mol-1, sugerindo que a água presente no hidrogel contendo colágeno está mais fortemente ligada aos biopolímeros. Isto pode ter ocorrido devido à presença de grupos carboxílicos na estrutura colagênica.

Aplicação de filmes de suberina na produção de materiais bio-funcionais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Matrizes de policaprolactona e quitosano para aplicação em engenharia de tecidos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Produção de bioplásticos a partir de agro-resíduos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Development of nanohydrogels as a vehicle for the release of bioactive compounds in food matrices

PhD in Chemical and Biological Engineering

Preparo e caracterização de proteínas miofibrilares de tilápia-do-nilo para elaboração de biofilmes

A elaboração de filmes comestíveis à base de biopolímeros implica conhecimento das propriedades físico-químicas da macromolécula. Os objetivos deste trabalho foram a descrição de um método de preparo de proteínas miofibrilares de tilápia-do-nilo (Oreochromis niloticus), o estudo das propriedades relacionadas com a formação de filmes, e a caracterização dos biofilmes elaborados com a proteína. Músculo moído de tilápia-do-nilo, recém-abatida, foi lavado e processado até formação de uma pasta homogênea. A evolução das frações protéicas, durante o processamento, foi acompanhada por calorimetria diferencial de varredura. Estudou-se a solubilidade das proteínas miofibrilares liofilizadas (PML) em função do pH (2-7). A identificação das frações protéicas e dos aminoácidos foi realizada por SDS-PAGE e cromatografia de troca iônica, respectivamente. Os biofilmes formados foram submetidos a testes de perfuração, de solubilidade e microscopia eletrônica. A amostra de PML, constituída apenas de proteínas miofibrilares, apresentou uma região de máxima solubilidade (96,9%) em torno do pH 3,0 e elevado potencial de interações iônicas (74,4 kJ/100 kJ). Os biofilmes à base das PML de tilápia-do-nilo são pouco solúveis (abaixo de 20 g/100 g matéria seca). O glicerol influencia fortemente as propriedades mecânicas e a solubilidade dos biofilmes.

Influência da espessura de biofilmes feitos à base de proteínas miofibrilares sobre suas propriedades funcionais

O emprego potencial de filmes comestíveis e biodegradáveis em embalagens é condicionado pelas suas propriedades funcionais, que são influenciadas por muitos fatores, inclusive pela espessura. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência da espessura dos biofilmes feitos à base de proteínas miofibrilares (de carne bovina e de tilápia-do-nilo) sobre suas propriedades funcionais. Os biofilmes foram preparados a partir de uma solução filmogênica com 1 g de proteínas/100 g de solução. A concentração de plastificante foi de 45 g de glicerina/100 g de proteínas, e o pH foi mantido em 2,7. Após secagem, os filmes foram acondicionados em dessecadores a 58% de umidade relativa e 22°C, por quatro dias. As propriedades mecânicas foram determinadas por teste de perfuração; a permeabilidade ao vapor de água, por um método gravimétrico, e a cor e a opacidade, com colorímetro HunterLab, a 22°C. A força na perfuração, a permeabilidade ao vapor de água, a diferença de cor e a opacidade dos dois biofilmes aumentaram linearmente com a espessura dos corpos-de-prova. A deformação na perfuração foi pouco dependente da espessura e apresentou grande dispersão, em ambos os filmes. A taxa de permeabilidade ao vapor de água diminuiu linearmente com a espessura.

Producció de biopolímers amb cultius bacterians mixtes. Comparació de tres reactors discontinus seqüencials (SBR) amb diferents condicions operacionals

La producció de biopolímers (polihidroxialcanoats (PHA) i substàncies polimèriques extracel·lulars (EPS)) a nivell industrial, resulta una nova àrea d’investigació que recull diverses disciplines, entre elles les Ciències Ambientals. Aquest projecte final de carrera amb el títol: “Producció de biopolímers amb cultius bacterians mixtes”, s’ha desenvolupat sota la supervisió de la directora de projecte Dra. María Eugenia Suárez Ojeda del Departament d’Enginyeria Química de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i s’ha dut a terme per l’estudiant Jordi Pérez i Forner de la Llicenciatura de Ciències Ambientals, Facultat de Ciències de la UAB, en el Departament d’Enginyeria Química de la mateixa universitat. L’objectiu d’aquest projecte ha estat produir biopolímers simultàniament amb l’eliminació de fòsfor i matèria orgànica en aigües residuals per obtenir un residu final amb un alt valor afegit. Aquests biopolímers reuneixen les característiques necessàries per a poder competir amb els plàstics convencionals i així, reduir l’elevat consum del petroli i la generació de residus no biodegradables. En aquest projecte s’ha dut a terme la posta en marxa d’un reactor discontinu seqüencial (SBR) per a l’acumulació de biopolímers amb cultius bacterians mixtes. Diferents investigadors han estudiat que aquests tipus de cultius bacterians arriben a nivells de fins el 53-97% [Pijuan et al., 2009] de contingut de biopolímers a la biomassa, sometent als microorganismes a diferents situacions d’estrés ja sigui per dèficit de nutrients o per variacions en les fases de feast-famine (festí-fam). Durant el projecte, s’ha realitzat el monitoratge del reactor alimentat amb una aigua sintètica, elaborada en el laboratori, amb les característiques d’un aigua residual provinent de la industria làctica. S’ha sotmès als microorganismes a diferents condicions operacionals, una d’elles amb limitació de fòsfor com a nutrient i una tercera condició amb una variació a les fases feast-famine. D’altra banda, com a segon objectiu, s’ha analitzat el contingut de biopolímers a la biomassa de dos SBRs més, del grup de recerca Bio-GLS del Departament d’Enginyeria Química de la UAB, alimentats amb diferents fonts de carboni, glicerol i àcids grassos de cadena llarga (AGCLL), per observar les influències que té el tipus de substrat en l’acumulació de biopolímers. Els resultats obtinguts en la primera part d’aquest projecte han estat similars als resultats d’altres investigadors [Pijuan et al., 2009; Guerrero et al., 2012]. S’ha determinat que sotmetre als microorganismes a situacions d’estrés té un efecte directe pel que fa a l’acumulació de biopolímers. També s’ha observat com al mateix temps que acumulaven aquests compostos, els microorganismes desenvolupaven la seva tasca de depurar l’aigua residual, obtenint al final del cicle una aigua amb un baix contingut en matèria orgànica i altres contaminants com amoni i fòsfor, en aquest cas. En la segona part del projecte, s’ha observat com el tipus de substrat té un efecte directe pel que fa a l’acumulació de biopolímers i també a l’activitat metabòlica dels microorganismes. Per tant, s’ha conclòs que la producció de biopolímers mitjançant la depuració d’aigües residuals es una via d’investigació molt prometedora pel que fa als resultats obtinguts. Alhora que es tracta un residu, s’obté una producte residual amb un alt valor afegit que pot ser utilitzat per la producció de bioplàstics 100% biodegradables.

Produção e comportamento reológico de exopolissacarídeos sintetizados por rizóbios isolados de guandu

O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção e o comportamento reológico de exopolissacarídeos (EPS) produzidos por rizóbios isolados de nódulos de guandu [Cajanus cajan (L.) Millsp.], e a similaridade desses isolados, pela técnica de análise de restrição do DNA ribossomal amplificado. As bactérias foram cultivadas em meio YM líquido e os EPS foram obtidos por precipitação com etanol gelado a partir do caldo de cultivo. Em seguida, eles foram recuperados por centrifugação, secados a vácuo, pesados e ressuspensos em água para avaliações reológicas. Os três isolados avaliados apresentaram diferenças na produção e na eficiência relativa da produção de EPS, com destaque para o isolado 8.1c. Os EPS demonstraram comportamento não newtoniano e pseudoplástico, porém também apresentaram diferenças na viscosidade aparente em uma mesma taxa de cisalhamento. Na taxa de cisalhamento de 1 s-1, os três isolados foram diferentes, enquanto na taxa de cisalhamento de 40 s-1, os isolados 53.5 e 30.6a2 foram iguais e diferiram do isolado 8.1c. A similaridade dos isolados foi condizente com os resultados de reologia dos EPS, em que bactérias que sintetizaram EPS com menor viscosidade aparente apresentaram maior similaridade

Caracterização de propriedades mecânicas e óticas de biofilmes a base de proteínas miofibrilares de tilápia do nilo usando uma metodologia de superfície-resposta

Biopolímeros como polissacarídeos e proteínas, têm despertado interesse recentemente, como matérias primas para embalagens comestíveis e/ou biodegradáveis. Os materiais a serem desenvolvidos devem possuir boas propriedades mecânicas e aparência, para proteger e apresentar o produto embalado. Este trabalho teve como objetivo a caracterização das propriedades mecânicas e óticas de biofilmes à base de proteínas miofibrilares de tilápia-do-nilo, em função do pH (2,0-3,0), da concentração de proteína (Cp= 0,5-2,0g/100g solução) e do teor de glicerol (Cg= 30-70g/100g proteína) da solução filmogênica (SF). Foram determinadas a força e a deformação na ruptura por teste de perfuração e a opacidade aparente através de espectrofotometria, à 22ºC e umidade relativa ambiente. Os biofilmes obtidos nessas condições de ensaio apresentaram-se manuseáveis e transparentes. A força e a deformação na ruptura apresentaram comportamentos opostos em função da Cg (pH= 2,5 e Cp= 1,25 g/100g solução): a variação da Cg de 30 a 70% provocou uma variação na força e na deformação na ruptura entre 6,67N e 2,94N e 2,71% e 7,5%, respectivamente. A Cg e o pH exercem influência significativa sobre a força na ruptura (p< 0,05). Porém nenhum dos fatores estudados demonstrou ter influência significativa sobre a deformação na ruptura ou sobre a opacidade aparente dos biofilmes.