1,3-propanodiol: produção, aplicações e potencial biotecnológico

1,3-propanediol is a high-value specialty chemical which has many industrial applications. Its main use is the production of the polymer polypropylene terephthalate, a thermoplastic used in the textile and automobile industries. The interest in 1,3-propanediol production from glycerol bio-conversion has increased after the employment of biodiesel by various countries, being produced by chemical synthesis from petroleum intermediates or biotechnologically by microbial fermentation. Glycerol is an abundant low-cost byproduct from biodiesel refineries, and it is the only substrate that can be naturally or enzymatically converted to 1,3-propanediol by microbial fermentation. In this review, information on 1,3-propanediol's importance, production and purification are presented, along with results from recent research on glycerol microbial conversion to 1,3-propanediol. The bio-production of this intermediate compound from glycerol is very attractive both economically and environmentally, since it allows the replacement of fossil fuels by renewable resources.

Desenvolvimento de tecnologia de pré-polímeros na síntese de poliuretanos empregados em combustíveis sólidos

The aim of this work was to synthesize a polyurethane polymer matrix using polyols as a raw material to obtain a binder such as the hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) pre-polymer in energetic material formulation. The soybean-based polyol was the best starting raw material for producing a binder for solid fuel formulation in rocket motor applications. Characterization of the obtained soybean-based polyurethane binder was carried out by employing FT-IR analysis and thermo analytical techniques that showed similar HTPB binder thermo decomposition behaviors, confirming their potential for use as polymer matrix composites.

Ultrakevyen rahtialuksen kansiluukkujen sekä luukkujen siirto- ja varastointijärjestelmän suunnittelu hyödyntäen kevytrakennekonsepteja

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia miten rahtialuksen kansiluukut voitaisiin valmistaa mahdollisimman kevyiksi. Katettavan ruuman pinta-ala on n. 10 m x 40 m. Luukkujen suuresta jännevälistä johtuen, rakenteelta vaaditaan suurta jäykkyyttä. Erilaisina vaihtoehtoina tutkittiin vaahtomaista alumiinia, alumiinisia kennorakenteita ja polyuretaanisia sandwich-rakenteita. Työssä vertailtiin myös erilaisia geometrisia ratkaisuja, joilla kansiluukkujen jäykkyyttä pyrittiin lisäämään ja sitä kautta pääsemään pienempään materiaalin tarpeeseen. Geometriaa suunniteltaessa huomioitiin myös vaikutukset ruuman tilavuuteen ja lainsäädännön asettamat reunaehdot. Lainsäädännöstä saatiin esimerkiksi turvakaiteiden minimikorkeus, joka vaikuttaa suoraan ruuman tilavuuteen, kun aluksen korkeimmaksi kohdaksi on valittu laivan keskilinja ja tämä korkeus on annettu suunnittelun lähtötietona. Tietokoneavusteisen lujuuslaskennan avulla eri vaihtoehdoista muodostettiin elementtimallit. Malleja varioimalla ja tuloksia vertailemalla saatiin selville kevyin mahdollinen rakenne ja geometria. Malleista saatiin selville myös luukkujen tukireaktiovoimat, eli voimat, jotka luukut kohdistavat aluksen muihin rakenteisiin. Lisäksi työssä mietittiin erilaisia tapoja ruuman avaamiseen ja avaamistavan vaikutusta kansiluukkujen painoon, geometriaan ja ruuman tilavuuteen.

Use of experimental design in the optimisation of a solid phase preconcentration system for Cobalt determination by GFAAS

In this work is proposed a solid phase preconcentration system of Co2+ ions and its posterior determination by GFAAS in which fractional factorial design and response surface methodology (RSM) were used for optimization of the variables associated with preconcentration system performance. The method is based on cobalt extraction as a complex Co2+-PAN (1:2) in a mini-column of polyurethane foam (PUF) impregnated with 1-(2-pyridylazo)-naphthol (PAN) followed by elution with HCl solution and its determination by GFAAS. The chemical and flow variables studied were pH, buffer concentration, eluent concentration and preconcentration and elution flow rates. Results obtained from fractional factorial design 2(5-1) showed that only the variables pH, buffer concentration and interaction (pH X buffer concentration) based on analysis of variance (ANOVA) were statistically significant at 95% confidence level. Under optimised conditions, the method provided an enrichment factor of 11.6 fold with limit of detection and quantification of 38 and 130 ng L-1, respectively, and linear range varying from 0.13 to 10 µg L-1. The precision (n = 9) assessed by relative standard deviation (RSD) was respectively 5.18 and 2.87% for 0.3 and 3.0 µg L-1 cobalt concentrations.

Effect of different substrates in aquaponic lettuce production associated with intensive tilapia farming with water recirculation systems

ABSTRACT The integration of fish farming in intensive system and plant production, called "aquaponics" is practiced successfully in countries like the USA, Australia and Europe. In Brazil, this integration has attracted the attention of researchers and producers. In this context, the aim of this study was to evaluate the effect of two substrates (crushed stone number 3, CS III and flexible polyurethane foam, FPF) on the production of aquaponic lettuce, moreover, to show that the residual water from intensive tilapia production provides sufficient qualitative characteristics for competitive production of lettuce without adding commercial fertilizers. The treatment in which FPF was used provided higher concentrations of macro and micronutrients in the shoots, higher production of fresh matter of shoots (95.48 g plant-1) and a larger number of leaves (14.90) relative to CS III. These results were attributed to the lower post-transplanting stress and the higher water retention time provided by the FPF. The residual water from tilapia intensive farming can provide sufficient nutrients for the production of lettuce, making the supplementary fertilization with commercial products unnecessary. Thus, the FPF presents the most suitable conditions to be used as substrate in aquaponics system with recirculation of the residual water from the intensive tilapia farming.

The adherence of Pseudomonas fluorescens to marble, granite, synthetic polymers, and stainless steel

The adherence of Pseudomonas fluorescens cells to nine food-processing contact surfaces was evaluated using the plate-count method. The surfaces include marble, granite, stainless steel, polyvinyl chloride, polyurethane, and silicone-coated cloth, which have been used only in a few studies concerning bacterial adherence. The number of cells adhered to the surfaces increased with contact time reaching 5.0-6.1 log CDM.cm-2 after 10 hours, which can be considered a well established adherence process. The number of adhered cells doubled in 29.5 minutes and 23.5 minutes on stainless steel and thin polyvinyl chloride-coated cloth, respectively. For the other surfaces, this value was 9.8 minutes on average. Marble, granite, thick polyvinyl-coated cloth, double-faced rugous polyurethane, and silicone-coated cloth were not different (p < 0.05) in their ability to adhere cells (CFU/cm²) after 2 and 10 hours. The surfaces that had higher percentage of similarity in the adhesion level and higher log CFU/cm² of adhered cells were double-faced rugous polyurethane, silicone-coated cloth, and granite. The surfaces showed very different microtopography characteristics when viewed using scanning electron microscopy. This experiment showed the importance of using appropriate materials for food contact during processing, which will affect the cleaning and sanitation procedures.

Functional extruded snacks with lycopene and soy protein

In this work, the effects of thermoplastic extrusion process parameters (raw material moisture content and temperature) and the addition of functional ingredients (lycopene and soy protein) on quality characteristics of a base-formulation for extruded corn snacks were studied, with the objective of developing an easy-to-eat functional product. A single-screw Labor PQ 30 model Inbramaq extruder was used for extrusion and a central composite rotational design (CCRD) was followed. The independent variables were: i) percentage of soy protein isolate (0-30%); ii) percentage of lycopene preparation (0-0.1%); iii) raw material moisture content (20-30%); and iv) 5th zone temperature (100-150 °C). The expansion index reached maximum values with the lowest raw material moisture content (20%) and intermediate temperatures (approximately 125 °C). Instrumental hardness was higher with high moisture and low temperature; however, increasing the percentage of soy protein was beneficial for the texture of the product, reducing hardness. The red color intensity increased with the increase in lycopene content and moisture, and with the reduction of temperature. Sensory acceptance tests were carried out for two products, with maximum percentages of the functional ingredients, 20% moisture and temperatures of 125 and 137 °C, with greater acceptance for the product extruded at 125 °C.

Evaluation of the in vitro glycemic index of a fiber-rich extruded breakfast cereal produced with organic passion fruit fiber and corn flour

The aim of this study was to determine the influence of process parameters and Passion Fruit Fiber (PFF) addition on the Glycemic Index (GI) of an extruded breakfast cereal. A 2³ Central Composite Rotational Design (CCRD) was used, with the following independent variables: raw material moisture content (18-28%), 2nd and 3rd barrel zone temperatures (120-160 ºC), and PFF (0-30%). Raw materials (organic corn flour and organic PFF) were characterized as to their proximate composition, particle size, and in vitro GI. The extrudates were characterized as to their in vitro GI. The Response Surface Methodology (RSM) and Principal Component Analysis (PCA) were used to analyze the results. Corn flour and PFF presented 8.55 and 7.63% protein, 2.61 and 0.60% fat, 0.52 and 6.17% ash, 78.77 and 78.86% carbohydrates (3 and 64% total dietary fiber), respectively. The corn flour particle size distribution was homogeneous, while PFF presented a heterogeneous particle size distribution. Corn flour and PFF presented values of GI of 48 and 45, respectively. When using RSM, no effect of the variables was observed in the GI of the extrudates (average value of 48.41), but PCA showed that the GI tended to be lower when processing at lower temperatures (<128 ºC) and at higher temperatures (>158 ºC). When compared to white bread, the extrudates showed a reduction of the GI of up to 50%, and could be considered an interesting alternative in weight and glycemia control diets.

Processing and characterization of extruded breakfast meal formulated with broken rice and bean flour

The objective of this work was to develop an extruded breakfast product containing broken rice and split old beans and to verify the influence of the extrusion process on their physicochemical, technological, and sensory characteristic. The final product had a protein content of 9.9 g.100 g-1, and therefore it can be considered a good source of proteins for children and teenagers. The dietary fiber content of the final edible product was 3.71 g.100 g-1. Therefore, the breakfast meal may be considered as a source of dietary fiber according to Brazilian law . As for the technological properties, the extruded product presented an expansion index of 8.89 and apparent density of 0.25 g.cm-3. With regard to the sensory analysis, the acceptance average was ranked between 6.8 and 7.7, corresponding to the categories "liked slightly" and "liked very much". With regard to purchase intention, 79% of the panelists said they would certainly or possibly purchase the product. Broken rice and split old beans are interesting alternatives for the elaboration of extruded breakfast products presenting good nutritional, technological, and sensory qualities.

Stability and microbiological quality of rice bran subjected to different heat treatments

Rice bran is a byproduct commonly used for animal feeding; however its nutritional value and potential application in human diet have attracted market interest. Its preservation for safe use is still a challenge, so the objective of this study was to determine the quality of commercially available rice bran samples subjected to different heat treatments (extruding, parboiling, toasting, and microwave oven heating) in order to promote stabilization during storage under room temperature. Rice bran samples were collected from two industries, and each treatment was divided in three parts, each corresponding to three repetitions. All samples were evaluated for moisture content, total microorganisms, mold and yeast counting, hydrolytic rancidity, and lipase activity during 90 days of storage. Most of the heat treatments, including domestic and thermoplastic extrusion, generated products which may be used for human consumption under the tested conditions in terms of physicochemical and microbiological quality. The domestic treatments were more efficient in eliminating microorganisms or keeping them within acceptable limits. The toasted rice bran showed satisfactory results in terms of moisture, hydrolytic rancidity control, and lipase activity.

Characterization of pre-gelatinized rice and bean flour

The objective of this study was to develop a pre-gelatinized flour using a mixture of broken rice and split beans by thermoplastic extrusion, and to evaluate the physicochemical, nutritional, and technological quality of the final product. The extrusion parameters were maintained using three heating zones with temperatures of 30 ºC, 40 ºC, and 70 ºC; screw speed of 177 rpm; feed rate of 257 g/m, and circular matrix of 3.85 mm. The following characterization analyses were performed: physicochemical, nutritional, water absorption index (WAI), water solubility index (WSI), and paste viscosity. The pre-gelatinized rice and bean flour had an intermediate value of WAI, 7.51 g/g, and high WSI value, 24.61%. Regarding proteins, it was verified an average content of 12.9% in the final product. The amino acid contents found in the pre-gelatinized flour indicate that the mixture has the essential amino acids. It was also found that the pre-gelatinized flour supplies more than 60% of the essential amino acids recommended for children aged one to three years old. The gelatinized flour composed of broken rice and split beans is an alternative to the use of these by-products of the manufacture process of rice and beans to obtain a product with viable technological characteristics and high nutritional value.

Research progress in wood-plastic composites: A review

The interest towards wood-plastic composites (WPCs) is growing due to growing interest in materials with novel properties, which can replace more traditional materials, such as wood and plastic. The use of recycled materials in manufacture is also a bonus. However, the application ofWPCs has been limited because of their often poor mechanical and barrier properties, which can be improved by incorporation of the reinforcing fillers. Nanosized fillers, having a large surface area, can significantly increase interfacial interactions in the composite on molecular level, leading to materials with new properties. The review summarizes the development trends in the use on nanofillers for WPC design, which were reported in accessible literature during the last decade. The effect of the nanofillers on the mechanical properties, thermal stability, flammability and wettability ofWPC is discussed.

L'élastographie ultrasonore dynamique vasculaire : une nouvelle modalité d'imagerie non-invasive pour la caractérisation mécanique de la thrombose veineuse

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Cure Characteristics of Short Polyester Fiber-PolyurethaneElastomer Composite with Interfacial Bonding Agents Based on Polymeric 4,4'-Diphenylmethanediisocyanate

Cure characteristics of short polyester fiber-polyurethane composites with respect to different bonding agents (MD resins) based on 4, 4' diphenylmethanediisocyanate (MDI) and various diols like propyleneglycol (PG), polypropyleneglycol (PPG) and glycerol (GL) were studied. Tmax. - Tmin. of composites having MD resin were found to be higher than the composite without MD resin. Minimum torque and Tmax. - Tmin., scorch time and optimum cure time were increased with the increase of MDI equivalence. Optimum ratio of MDI / -of in the resin was found to be within the range of 1-1.5. It was observed from the cure characteristics that for getting better adhesion between short polyester fiber and the polyurethane matrix the best choice of MD resin was one based on MDI and 1:1 equivalent mixture of polypropyleneglycol and glycerol.