Participation of nitric oxide in the nucleus isthmi in CO2-drive to breathing in toads

The nucleus isthmi (NI) is a mesencephalic structure of the amphibian brain. It has been reported that NI plays an important role in integration of CO2 chemoreceptor information and glutamate is probably involved in this function. However, very little is known about the mechanisms involved. Recently, it has been shown that nitric oxide synthase (NOS) is expressed in the brain of the frog. Thus the gas nitric oxide (NO) may be involved in different functions in the brain of amphibians and may act as a neurotransmitter or neuromodulator. We tested the hypothesis that NO plays a role in CO2-drive to breathing, specifically in the NI comparing pulmonary ventilation, breathing frequency and tidal volume, after microinjecting 100 nmol/0.5 µl of L-NAME (a nonselective NO synthase inhibitor) into the NI of toads (Bufo paracnemis) exposed to normocapnia and hypercapnia. Control animals received microinjections of vehicle of the same volume. Under normocapnia no significant changes were observed between control and L-NAME-treated toads. Hypercapnia caused a significant (P<0.01) increase in ventilation only after intracerebral microinjection of L-NAME. Exposure to hypercapnia caused a significant increase in breathing frequency both in control and L-NAME-treated toads (P<0.01 for the control group and P<0.001 for the L-NAME group). The tidal volume of the L-NAME group tended to be higher than in the control group under hypercapnia, but the increase was not statistically significant. The data indicate that NO in the NI has an inhibitory effect only when the respiratory drive is high (hypercapnia), probably acting on tidal volume. The observations reported in the present investigation, together with other studies on the presence of NOS in amphibians, indicate a considerable degree of phylogenetic conservation of the NO pathway amongst vertebrates.

Effect of acute and repeated restraint stress on glucose oxidation to CO2 in hippocampal and cerebral cortex slices

It has been suggested that glucocorticoids released during stress might impair neuronal function by decreasing glucose uptake by hippocampal neurons. Previous work has demonstrated that glucose uptake is reduced in hippocampal and cerebral cortex slices 24 h after exposure to acute stress, while no effect was observed after repeated stress. Here, we report the effect of acute and repeated restraint stress on glucose oxidation to CO2 in hippocampal and cerebral cortex slices and on plasma glucose and corticosterone levels. Male adult Wistar rats were exposed to restraint 1 h/day for 50 days in the chronic model. In the acute model there was a single exposure. Immediately or 24 h after stress, the animals were sacrificed and the hippocampus and cerebral cortex were dissected, sliced, and incubated with Krebs buffer, pH 7.4, containing 5 mM glucose and 0.2 µCi D-[U-14C] glucose. CO2 production from glucose was estimated. Trunk blood was also collected, and both corticosterone and glucose were measured. The results showed that corticosterone levels after exposure to acute restraint were increased, but the increase was smaller when the animals were submitted to repeated stress. Blood glucose levels increased after both acute and repeated stress. However, glucose utilization, measured as CO2 production in hippocampal and cerebral cortex slices, was the same in stressed and control groups under conditions of both acute and chronic stress. We conclude that, although stress may induce a decrease in glucose uptake, this effect is not sufficient to affect the energy metabolism of these cells.

Inhibition of in vitro CO2 production and lipid synthesis by 2-hydroxybutyric acid in rat brain

2-Hydroxybutyric acid appears at high concentrations in situations related to deficient energy metabolism (e.g., birth asphyxia) and also in inherited metabolic diseases affecting the central nervous system during neonatal development, such as "cerebral" lactic acidosis, glutaric aciduria type II, dihydrolipoyl dehydrogenase (E3) deficiency, and propionic acidemia. The present study was carried out to determine the effect of 2-hydroxybutyric acid at various concentrations (1-10 mM) on CO2 production and lipid synthesis from labeled substrates in cerebral cortex of 30-day-old Wistar rats in vitro. CO2 production was significantly inhibited (30-70%) by 2-hydroxybutyric acid in cerebral cortex prisms, in total homogenates and in the mitochondrial fraction. We also demonstrated a significant inhibition of lipid synthesis (20-45%) in cerebral cortex prisms and total homogenates in the presence of 2-hydroxybutyric acid. However, no inhibition of lipid synthesis occurred in homogenates free of nuclei and mitochondria. The results indicate an impairment of mitochondrial energy metabolism caused by 2-hydroxybutyric acid, a fact that may secondarily lead to reduction of lipid synthesis. It is possible that these findings may be associated with the neuropathophysiology of the situations where 2-hydroxybutyric acid is accumulated.

Pressure-assisted cold denaturation of hen egg white lysozyme: the influence of co-solvents probed by hydrogen exchange nuclear magnetic resonance

COSY proton nuclear magnetic resonance was used to measure the exchange rates of amide protons of hen egg white lysozyme (HEWL) in the pressure-assisted cold-denatured state and in the heat-denatured state. After dissolving lysozyme in deuterium oxide buffer, labile protons exchange for deuterons in such a way that exposed protons are substituted rapidly, whereas "protected" protons within structured parts of the protein are substituted slowly. The exchange rates k obs were determined for HEWL under heat treatment (80ºC) and under high pressure conditions at low temperature (3.75 kbar, -13ºC). Moreover, the influence of co-solvents (sorbitol, urea) on the exchange rate was examined under pressure-assisted cold denaturation conditions, and the corresponding protection factors, P, were determined. The exchange kinetics upon heat treatment was found to be a two-step process with initial slow exchange followed by a fast one, showing residual protection in the slow-exchange state and P-factors in the random-coil-like range for the final temperature-denatured state. Addition of sorbitol (500 mM) led to an increase of P-factors for the pressure-assisted cold denatured state, but not for the heat-denatured state. The presence of 2 M urea resulted in a drastic decrease of the P-factors of the pressure-assisted cold denatured state. For both types of co-solvents, the effect they exert appears to be cooperative, i.e., no particular regions within the protein can be identified with significantly diverse changes of P-factors.

Climatic changes: what if the global increase of CO2 emissions cannot be kept under control?

Climatic changes threaten the planet. Most articles related to the subject present estimates of the disasters expected to occur, but few have proposed ways to deal with the impending menaces. One such threat is the global warming caused by the continuous increase in CO2 emissions leading to rising ocean levels due to the increasing temperatures of the polar regions. This threat is assumed to eventually cause the death of hundreds of millions of people. We propose to desalinize ocean water as a means to reduce the rise of ocean levels and to use this water for populations that need good quality potable water, precisely in the poorest regions of the planet. Technology is available in many countries to provide desalinated water at a justifiable cost considering the lives threatened both in coastal and desertified areas.

PURIFICAÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS POR EXTRAÇÃO COM CO2 SUPERCRÍTICO

Este estudo constatou a possibilidade de extrairem-se ácidos graxos livres de óleos vegetais com CO2 supercrítico. Utilizou-se neste trabalho óleos de soja e de castanha do Pará. A pesquisa desenvolveu-se em duas etapas, inicialmente investigou-se a possibilidade de se extrairem os ácidos graxos destes óleos em condições de extração que variaram de 50-140 bar e de 40-80oC durante 40-160 minutos. Concluiu-se que é possível realizar a desacidificação de óleos vegetais. A eficiência da extração foi de aproximadamente 30% a 140 bar e 80oC para ambos os óleos. Após esta primeira etapa, o próximo passo foi a tentativa de obter-se um aumento na eficiência do processo promovendo a pré-degomagem nos óleos brutos como uma etapa anterior ao processo de desacidificação com CO2 supercrítico. A degomagem foi realizada através de dois métodos diferentes, um para extrair as gomas hidratáveis e outro para extrair tanto as hidratáveis como as não-hidratáveis. Os resultados experimentais foram obtidos a 140 bar e 80oC durante 40-160 minutos, mostrando que a pré-degomagem é realmente necessária, pois a eficiência da extração aumentou para 57% para o óleo de soja e 42% para o de castanha do Pará totalmente degomados, sendo que o método escolhido deve extrair tanto as gomas hidratáveis como as não-hidratáveis. Finalmente, utilizou-se cossolvente (etanol a 1-5% do peso do óleo) para auxiliar a extração, observando-se um aumento na eficiência para aproximadamente 65% para o óleo de soja e 56% para o de castanha do Pará totalmente degomados a 140 bar e 80oC por 40-160 minutos.

EXTRACTION OF OIL FROM PRESSED PALM OIL (Elaes guineensis) FIBERS USING SUPERCRITICAL CO2

Residual fibers from palm oil production are a good source of carotene, since they contain more than 5% of the original oil, with about 5000 ppm of carotenoids. As carotenoids are thermosensitive molecules, supercritical CO2 can be used for oil recovery, because this technique employs low temperatures. In this work results of oil extraction experiments from pressed palm oil fibers are shown. Fibers were from AGROPALMA, an industry which is located in Tailândia (Pará, Brazil). Extractions were carried out at 200, 250 and 300 bar and at temperatures of 45 and 55oC. Oil was analyzed by UV/vis spectrophotometry for total carotene determination. Results showed a large increase in extraction rate from 200 to 250 bar and a small variation from 250 to 300 bar. The total amount of carotenes did not increase in the course of extraction at 300 bar, but it showed a large increase at 200 and at 250 bar. Free fatty acids are present in amounts larger than those found in commercial oils.

THE EFFECTIVE DIFFUSIVITY OF CLOVE(Eugenia caryophyllus) ESSENTIAL OIL IN PRESSURIZED CO2

The effective diffusivity of clove essential oil in subcritical liquid CO2 was estimated. The experimental apparatus employed was a fixed-bed extractor. The fixed bed was formed with grounded (mesh -32 + 65) and compacted clove buds which were considered a solid element. The effective diffusion coefficient was evaluated by fitting the experimental concentration profile to the unsteady state mass balance equation for unidirectional diffusion in a finite solid medium. The diffusion coefficient was related to the concentration of oil in the solid by an exponential function. The estimated values of the effective diffusion coefficient varied from 3.64 to 5.22x10-10 m2/s. The average relative errors were lower than 3.1%.

EXTRAÇÃO DE OLEORESINA DE CÚRCUMA (Curcuma longa L) COM CO2 SUPERCRÍTICO

Dentre as fontes de corantes naturais mais utilizadas na indústria de alimentos, encontra-se a cúrcuma (Curcuma longa L), um rizoma do qual podem ser obtidas substâncias como a curcumina, demetoxicurcumina e bis-demetoxicurcumina. Estes pigmentos possuem coloração amarela e capacidade de substituir corantes artificiais. Com a finalidade de verificar a influência do pré-tratamento de secagem na extração, foram realizados experimentos de extração de oleoresina de cúrcuma com CO2 supercrítico, na unidade de extração do Laboratório de Engenharia Química da Universidade Federal do Pará, submetendo-se a matéria-prima a uma secagem nas temperaturas de 70 e 105oC. As extrações foram feitas a pressões de 200, 250 e 300 bar, e na temperatura de 45oC. Os resultados estão apresentados em tabelas e gráficos, em termos de rendimentos totais e teor de curcumina presente na oleoresina. A secagem a 70oC favoreceu a extração de oleoresina em termos de tempo de extração, e contribuiu para a manutenção de curcumina na matéria-prima.

EXTRAÇÃO DE LIPÍDEOS DA AMÊNDOA DE CASTANHA DE CAJU COM CO2 SUPERCRÍTICO

Nos últimos anos, vem crescendo o interesse em alimentos com baixo índice de calorias. Nos métodos tradicionais de extração de lipídeos com solventes orgânicos, devido as condições de extração, a integridade dos compostos extraídos e da matriz pode ser afetada pela decomposição térmica ou por contaminação pelo solvente. A extração com fluido supercrítico (EFSC) pode proporcionar um método alternativo para remover lipídeos, sem que haja redução significativa nas propriedades organolépticas do produto. O objetivo deste trabalho é extrair parcialmente o óleo contido na amêndoa da castanha de caju (Anacardium occidentale) com dióxido de carbono (CO2) supercrítico em condições de pressão de 100-170 bar e temperatura de 40-80 (C, para obter um produto de valor calórico reduzido que poderá ser usado como substituto para o amendoim e outras amêndoas na indústria de confeitos. Os experimentos foram realizados em um extrator de 300 ml, dispondo de sistemas de agitação magnética e variação de temperatura. Os resultados experimentais mostraram que o aumento da pressão acarretou um aumento na eficiência de extração. O efeito da temperatura foi o mesmo porém menos significativo.

COMPARISON OF GINGER (Zingiber officiale Roscoe) OLEORESIN OBTAINED WITH ETHANOL AND ISOPROPANOL WITH THAT OBTAINED WITH PRESSURIZED CO2

Ginger (Zingiber officinale Roscoe) belongs to the Zingiberacea family. It is a spice of great commercial importance. In this work ginger oleoresin was obtained with ethanol, isopropanol and liquid carbon dioxide. The chemical compositions of the extract were compared with each other. All oleoresin samples had monoterpenes and sesquiterpenes. Carboxylic acids were found in organic solvent extracts for an extraction time of 2 hours. The component responsible the for pungent characteristic of the oleoresin, gingerois, were detected in samples obtained with organic solvent for extraction times of 6 hours and in samples obtained with CO2 liquid for extraction times of 2 hours.

ANÁLISE TERMODINÂMICA DA DESTERPENAÇÃO DO ÓLEO DA CASCA DE LARANJA COM CO2 SUPERCRÍTICO A PARTIR DE UMA MISTURA SINTÉTICA

O projeto do processo de desterpenação do óleo da casca de laranja com CO2 supercrítico exige o bom conhecimento do comportamento de fases da mistura envolvida. Neste trabalho, faz-se uma análise termodinâmica preliminar desse processo, calculando-se a seletividade a partir da modelagem do equilíbrio líquido-vapor (ELV) para o sistema CO2-limoneno-linalol, com base em dados ternários medidos recentemente. Utilizou-se uma modificação da equação de Peng-Robinson e, com dados binários de ELV, avaliou-se a sua capacidade preditiva considerando-se 2 aspectos: a predição do equilíbrio a uma certa temperatura usando-se os parâmetros estimados em outra temperatura e a predição do comportamento de fases do sistema ternário com os parâmetros estimados dos sistemas binários. Foram determinados também os parâmetros de interação entre limoneno e linalol a partir dos dados experimentais do ternário.

MODELAGEM E SIMULAÇÃO DA DESTERPENAÇÃO DO ÓLEO DA CASCA DE LARANJA COM CO2 SUPERCRÍTICO EM MODO SEMI-CONTÍNUO

A desterpenação do óleo da casca de laranja com CO2 supercrítico foi investigada através da modelagem e simulação da separação de uma mistura sintética de limoneno (90 % em peso) e linalol (10 %), em um extrator operando em modo semi-contínuo. A modelagem matemática da extração supercrítica foi realizada por analogia com a destilação de uma mistura binária, em batelada, expressando-se a composição das fases em equilíbrio numa base molar livre de CO2. O cálculo das variáveis do processo foi feito por integração numérica da equação de Rayleigh empregando-se o método de Runge-Kutta de quarta ordem. Para a determinação da relação de equilíbrio entre as fases, adotou-se a equação de Peng-Robinson modificada, com os parâmetros de interação obtidos de dados de ELV dos sistemas binários CO2+limoneno e CO2+linalol e do ternário CO2+limoneno+linalol.

USO DA EQUAÇÃO DE ESTADO DE PENG-ROBINSON COM REGRA DE MISTURA DEPENDENTE DA COMPOSIÇÃO NA PREDIÇÃO DO EQUILÍBRIO DE FASES DO SISTEMA TERNÁRIO CO2-LIMONENO-CITRAL

Dados de equilíbrio de fases a pressões elevadas dos sistemas binários CO2-Limoneno e CO2-Citral e do sistema ternário CO2-Limoneno-Citral foram coletados da literatura e usados na modelagem termodinâmica que emprega a equação de estado de PENG-ROBINSON &#091;1&#093; com: 1) Regra de mistura clássica; 2) Regra de mistura dependente da composição de STRYJEK & VERA &#091;2&#093;. Os parâmetros de interação binária entre CO2-Limoneno e CO2-Citral foram obtidos pelo ajuste dos modelos a dados experimentais, fazendo uso de dois programas computacionais, os quais envolvem a minimização de uma função objetivo, pelo método Simplex de NELDER & MEAD (3), que foi escrita em termos dos desvios relativos entre os pontos experimentais e os calculados pelos modelos. O equilíbrio de fases do sistema ternário foi calculado utilizando-se os parâmetros de interação binária ajustados previamente e considerando parâmetros nulos entre os componentes Limoneno e Citral. A análise dos resultados indica, para as condições supercríticas, que os dois modelos foram capazes de predizer qualitativamente o sistema ternário, fornecendo resultados compatíveis, em ordem de grandeza, com os valores experimentais.

Desarrollo de la ingenieria basica de una planta industrial para extraccion con CO2 liquido. I. Extractores

En base a los resultados obtenidos en una unidad piloto cuyo diseño, montaje y puesta en operación fueron realizados con la finalidad de poder producir el cambio de escala, se dio inicio al proyecto de una planta de producción con características modulares por su flexibilidad operativa en cuanto a capacidad de producción y tipo de materia prima. Se desarrolló la ingeniería conceptual, consistente en la definición de las bases de diseño; las diferentes etapas del proceso, la capacidad de producción a instalar, los rangos de trabajo de las variables operativas, el régimen, la especificación de los materiales de construcción, características de la carga, materiales auxiliares y tipo de instrumentación y control. La ingeniería básica, especificación de equipos y componentes auxiliares, para: alimentación de CO2, bombeo y presurización, acondicionamiento térmico, extracción, separación fluido/extracto, medida y control del caudal, temperatura y presión, se encuentra en una etapa avanzada de ejecución. Se ha comenzado con la ingeniería de detalle de extractores con diferente capacidad.