Bioethanol production from a sub-product of pulping industry

A vida da sociedade atual é dependente dos recursos fósseis, tanto a nível de energia como de materiais. No entanto, tem-se verificado uma redução das reservas destes recursos, ao mesmo tempo que as necessidades da sociedade continuam a aumentar, tornando cada vez mais necessárias, a produção de biocombustíveis e produtos químicos. Atualmente o etanol é produzido industrialmente a partir da cana-de-açúcar e milho, matérias-primas usadas na alimentação humana e animal. Este fato desencadeou o aumento de preços dos alimentos em todo o mundo e, como consequência, provocou uma série de distúrbios sociais. Os subprodutos industriais, recursos independentes das cadeias alimentares, têm-se posicionado como fonte de matérias-primas potenciais para bioprocessamento. Neste sentido, surgem os subprodutos gerados em grande quantidade pela indústria papeleira. Os licores de cozimento da madeira ao sulfito ácido (SSLs) são uma matériaprima promissora, uma vez que durante este processo os polissacarídeos da madeira são hidrolisados originando açúcares fermentáveis. A composição dos SSLs varia consoante o tipo de madeira usada no processo de cozimento (de árvores resinosas, folhosas ou a mistura de ambas). O bioprocessamento do SSL proveniente de folhosas (HSSL) é uma metodologia ainda pouco explorada. O HSSL contém elevadas concentrações de açúcares (35-45 g.L-1), na sua maioria pentoses. A fermentação destes açúcares a bioetanol é ainda um desafio, uma vez que nem todos os microrganismos são capazes de fermentar as pentoses a etanol. De entre as leveduras capazes de fermentar naturalmente as pentoses, destaca-se a Scheffersomyces stipitis, que apresenta uma elevada eficiência de fermentação. No entanto, o HSSL contém também compostos conhecidos por inibirem o crescimento de microrganismos, dificultando assim o seu bioprocessamento. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de bioetanol pela levedura S. stipitis a partir de HSSL, resultante do cozimento ao sulfito ácido da madeira de Eucalyptus globulus. Para alcançar este objetivo, estudaram-se duas estratégias de operação diferentes. Em primeiro lugar estudou-se a bio-desintoxicação do HSSL com o fungo filamentoso Paecilomyces variotii, conhecido por crescer em resíduos industriais. Estudaram-se duas tecnologias fermentativas diferentes para a biodesintoxicação do HSSL: um reator descontínuo e um reator descontínuo sequencial (SBR). A remoção biológica de inibidores do HSSL foi mais eficaz quando se usou o SBR. P. variotii assimilou alguns inibidores microbianos como o ácido acético, o ácido gálico e o pirogalol, entre outros. Após esta desintoxicação, o HSSL foi submetido à fermentação com S. stipitis, na qual foi atingida a concentração máxima de etanol de 2.36 g.L-1 com um rendimento de 0.17 g.g-1. P. variotti, além de desintoxicar o HSSL, também é útil na produção de proteína microbiana (SCP) para a alimentação animal pois, a sua biomassa é rica em proteína. O estudo da produção de SCP por P. variotii foi efetuado num SBR com HSSL sem suplementos e suplementado com sais. A melhor produção de biomassa foi obtida no HSSL sem adição de sais, tendo-se obtido um teor de proteína elevado (82,8%), com uma baixa concentração de DNA (1,1%). A proteína continha 6 aminoácidos essenciais, mostrando potencial para o uso desta SCP na alimentação animal e, eventualmente, em nutrição humana. Assim, a indústria papeleira poderá integrar a produção de bioetanol após a produção SCP e melhorar a sustentabilidade da indústria de pastas. A segunda estratégia consistiu em adaptar a levedura S. stipitis ao HSSL de modo a que esta levedura conseguisse crescer e fermentar o HSSL sem remoção de inibidores. Operou-se um reator contínuo (CSTR) com concentrações crescentes de HSSL, entre 20 % e 60 % (v/v) durante 382 gerações em HSSL, com uma taxa de diluição de 0.20 h-1. A população adaptada, recolhida no final do CSTR (POP), apresentou uma melhoria na fermentação do HSSL (60 %), quando comparada com a estirpe original (PAR). Após esta adaptação, a concentração máxima de etanol obtida foi de 6.93 g.L-1, com um rendimento de 0.26 g.g-1. POP possuía também a capacidade de metabolizar, possivelmente por ativação de vias oxidativas, compostos derivados da lenhina e taninos dissolvidos no HSSL, conhecidos inibidores microbianos. Por fim, verificou-se também que a pré-cultura da levedura em 60 % de HSSL fez com que a estirpe PAR melhorasse o processo fermentativo em HSSL, em comparação com o ensaio sem pré-cultura em HSSL. No entanto, no caso da estirpe POP, o seu metabolismo foi redirecionado para a metabolização dos inibidores sendo que a produção de etanol decresceu.

Trophic plasticity in the cnidarian-dinoflagellate symbiosis

Coral reefs are of utmost ecological and economical importance but are currently in global decline due to climate change and anthropogenic disturbances. Corals, as well as other cnidarian species, live in symbiosis with photosynthetic dinoflagellates of the genus Symbiodinium. This relationship provides the cnidarian host with alternative metabolic pathways, as the symbionts translocate photosynthetic carbon to the animal. Besides this autotrophic nutrition mode, symbiotic cnidarians also take up organic matter from the environment (heterotrophy). The nutritional balance between auto- and heterotrophy is critical for the functioning, fitness and resilience of the cnidariandinoflagellate symbiosis. New methodological approaches were developed to better understand the role of auto- and heterotrophy in the ecophysiology of cnidarians associated with Symbiodinium, and the ecological implications of this trophic plasticity. Specifically, the new approaches were developed to assess photophysiology, biomass production of the model organism Aiptasia sp. and molecular tools to investigate heterotrophy in the cnidarian-dinoflagellate symbiosis. Using these approaches, we were able to non-invasively assess the photophysiological spatial heterogeneity of symbiotic cnidarians and identify spatial patterns between chlorophyll fluorescence and relative content of chlorophyll a and green-fluorescent proteins. Optimal culture conditions to maximize the biomass production of Aiptasia pallida were identified, as well as their implications on the fatty acid composition of the anemones. Molecular trophic markers were used to determine prey digestion times in symbiotic cnidarians, which vary between 1-3 days depending on prey species, predator species and the feeding history of the predator. This method was also used to demonstrate that microalgae is a potential food source for symbiotic corals. By using a stable isotope approach to assess the trophic ecology of the facultative symbiotic Oculina arbuscula in situ, it was possible to demonstrate the importance of pico- and nanoplanktonic organisms, particularly autotrophic, in the nutrition of symbiotic corals. Finally, we showed the effects of functional diversity of Symbiodinium on the nutritional plasticity of the cnidarian-dinoflagellate symbiosis. Symbiont identity defines this plasticity through its individual metabolic requirements, capacity to fix carbon, quantity of translocated carbon and the host’s capacity to feed and digest prey.

Degradação do perfil bioquímico de um concentrado de Nannochloropsis sp. durante o seu período de validade

As algas do género Nannochloropsis são microalgas marinhas que apresentam um perfil bioquímico único, principalmente no que é respeitante a lípidos, e uma vasta gama de compostos bioativos que possibilitam a sua aplicabilidade comercial em várias áreas biotecnológicas, destacando-se a alimentação e nutrição humana, indústria cosmética e farmacêutica, produção de biocombustíveis e a sua utilização em aquacultura. Em aquacultura, são usadas maioritariamente microalgas vivas, cuja produção representa elevados custos. Tem havido assim uma pesquisa de dietas alternativas, entre as quais os concentrados de microalgas se apresentam promissores. Os desafios atuais das empresas produtoras de concentrados de microalgas prendem-se com a conservação e armazenamento destes concentrados. Assim, neste trabalho foi proposto o estudo da influência da refrigeração, congelação e adição de conservantes a PhytoBloom Green Formula®, concentrado de Nannochloropsis sp. comercializado pela empresa Necton S.A., com o objetivo de averiguar a variação de parâmetros bioquímicos e organoléticos com a exposição do concentrado aos diferentes métodos de conservação. Pretendia-se assim observar se estes processos podem ser usados para aumentar o tempo de prateleira do concentrado em estudo. Para tal, foram avaliadas amostras recolhidas em três pontos temporais e analisados os seguintes parâmetros: perfil de ácidos gordos, quantificação de hidroperóxidos lipídicos, quantificação espectrofotométrica de clorofila a e carotenóides, bem como parâmetros organoléticos. Inicialmente, foi efetuada uma avaliação de diferentes parâmetros organoléticos, não se observando variações relevantes entre amostras das diferentes condições. Assim, foi posteriormente realizada a avaliação bioquímica. Primeiramente, foi efetuada a quantificação de ácidos gordos por GC-FID das diferentes amostras, nas quais não se observou diferenças significativas entre as condições experimentais. Foi também efetuado um ensaio de FOX II, que permitiu avaliar o grau de peroxidação lipídica de cada amostra por quantificação de hidroperóxidos lipídicos formados. As amostras nas quais houve adição de conservantes apresentaram um teor menor de hidropéroxidos lipídicos, permitindo inferir que a ação dos conservantes com propriedades antioxidantes permitiu uma melhor conservação da amostra. Quando se determinou a concentração de clorofila a e de carotenóides verificou-se que, em ambos os casos, a congelação conduziu a uma estabilização da concentração destes pigmentos. No entanto, os melhores resultados foram obtidos usando a combinação de congelação com adição de conservantes. Estes resultados, embora promissores, carecem de uma confirmação por um novo estudo, completando com análises com maior rigor e sensibilidade associados, no sentido de se verificar qual o método mais vantajoso para a extensão do tempo de prateleira de PhytoBloom Green Formula®.

Degradação do perfil bioquímico de um concentrado de Nannochloropsis sp. durante o seu período de validade

As algas do género Nannochloropsis são microalgas marinhas que apresentam um perfil bioquímico único, principalmente no que é respeitante a lípidos, e uma vasta gama de compostos bioativos que possibilitam a sua aplicabilidade comercial em várias áreas biotecnológicas, destacando-se a alimentação e nutrição humana, indústria cosmética e farmacêutica, produção de biocombustíveis e a sua utilização em aquacultura. Em aquacultura, são usadas maioritariamente microalgas vivas, cuja produção representa elevados custos. Tem havido assim uma pesquisa de dietas alternativas, entre as quais os concentrados de microalgas se apresentam promissores. Os desafios atuais das empresas produtoras de concentrados de microalgas prendem-se com a conservação e armazenamento destes concentrados. Assim, neste trabalho foi proposto o estudo da influência da refrigeração, congelação e adição de conservantes a PhytoBloom Green Formula®, concentrado de Nannochloropsis sp. comercializado pela empresa Necton S.A., com o objetivo de averiguar a variação de parâmetros bioquímicos e organoléticos com a exposição do concentrado aos diferentes métodos de conservação. Pretendia-se assim observar se estes processos podem ser usados para aumentar o tempo de prateleira do concentrado em estudo. Para tal, foram avaliadas amostras recolhidas em três pontos temporais e analisados os seguintes parâmetros: perfil de ácidos gordos, quantificação de hidroperóxidos lipídicos, quantificação espectrofotométrica de clorofila a e carotenóides, bem como parâmetros organoléticos. Inicialmente, foi efetuada uma avaliação de diferentes parâmetros organoléticos, não se observando variações relevantes entre amostras das diferentes condições. Assim, foi posteriormente realizada a avaliação bioquímica. Primeiramente, foi efetuada a quantificação de ácidos gordos por GC-FID das diferentes amostras, nas quais não se observou diferenças significativas entre as condições experimentais. Foi também efetuado um ensaio de FOX II, que permitiu avaliar o grau de peroxidação lipídica de cada amostra por quantificação de hidroperóxidos lipídicos formados. As amostras nas quais houve adição de conservantes apresentaram um teor menor de hidropéroxidos lipídicos, permitindo inferir que a ação dos conservantes com propriedades antioxidantes permitiu uma melhor conservação da amostra. Quando se determinou a concentração de clorofila a e de carotenóides verificou-se que, em ambos os casos, a congelação conduziu a uma estabilização da concentração destes pigmentos. No entanto, os melhores resultados foram obtidos usando a combinação de congelação com adição de conservantes. Estes resultados, embora promissores, carecem de uma confirmação por um novo estudo, completando com análises com maior rigor e sensibilidade associados, no sentido de se verificar qual o método mais vantajoso para a extensão do tempo de prateleira de PhytoBloom Green Formula®.

Hatchery technologies and nutritional contents of cuttlefish (Sepia officinalis) spawners, eggs, hatchlings and live prey associated

Tese dout., Aquacultura, Universidade do Algarve, 2007

Efeito da substituição da farinha de peixe por farinha de algas Gracilaria sp. e Ulva rigida no crescimento e nos parâmetros metabólicos da dourada (Sparus aurata)

Dissertação mestr., Engenharia Biológica, Universidade do Algarve, 2008

Effects of stocking density on A. tonsa (Copepoda: Calanoida) culture

Dissertação de Mestrado, Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2009

Efeitos da alta densidade e jejum nas modificações do metabolismo intermediário do pargo (Pagrus pagrus)

Dissertação mest., Engenharia Biológica, Universidade do Algarve, 2008

Avaliação da inclusão de EVOCOL em dietas formuladas para juvenis de Linguado (Solea senegalensis, Kaup 1858)

Dissertação de mest., Biologia Marinha, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2010

Growth conditions, omega - 3 fatty acid concentrations and gene expression of fatty acid desaturases in Portulaca oleracea leaves

Tese de dout., Ciências Biotecnológicas (Biotecnologia Vegetal), Univ. do Algarve, 2009

A fauna do Novo Mundo e o dealbar da alimentação científica na Europa

As preocupações médicas com o equilíbrio alimentar remontam à Antiguidade, mas apenas a partir do século XVII o assunto começou a ser questionado de modo mais científico e preciso. Dois médicos holandeses de renome, Luís Nunes (1553-1645) e Willem Piso (1611-1678), estudaram esta questão e legaram-nos tratados de inquestionável relevância historiográfica. Destacamos, em particular, Ichtyophagia sive de piscium esu commentarius (“Ictiofagia ou comentário sobre uma alimentação piscívora”, Antuérpia, 1616) e De Indiae utriusque re naturali et medica. Libri quatuordecim (“Sobre a Índia e sua história natural e médica”, Amesterdão, 1658). A defesa de uma dieta que inclua o consumo de peixe é transversal aos dois textos, pois ambos fundam um discurso inaugural em defesa de hábitos alimentares equilibrados numa época de profundas mudanças históricas e culturais impostas pelo contacto com as realidades do exótico Novo Mundo. Esta influência é sobretudo evidente na obra de Piso, especialmente nas suas descrições de espécies de peixes endémicas do Brasil.

Salus maris ou peixe no menu: notas sobre duas obras latinas seiscentistas da BMT

As preocupações médicas com a alimentação e o seu equilíbrio remontam à Antiguidade, mas apenas a partir do século XVII começaram a ser equacionadas numa perspectiva mais científica e de maior rigor. No período seiscentista, esta questão é retomada, por exemplo, por dois médicos de renome originários dos Países Baixos, Luís Nunes (1553 – 1645) e Willem Piso (1611 – 1678), que escreveram em latim, a língua habitual para a difusão do conhecimento e ciência à época, e de quem podemos consultar tratados de importância inquestionável, pertença do Fundo Antigo da Biblioteca Municipal de Tavira. Referimo-nos, especificamente, ao Ichtyophagia (Antuérpia, 1616), único exemplar sinalizado em Portugal, e ao De Indiae utriusque re naturali et medica. Libri quatuordecim (Amesterdão, 1658), de que existe cópia microfilmada na Biblioteca Nacional, e cuja primeira parte, livro terceiro, logo na abertura, refere explicitamente os peixes ad humanos usus producantur (p. 47), i.e., apresentados na perspectiva da sua utilização pelo homem. A apologia de uma alimentação cuja dieta deve compreender o consumo de peixe é, em nosso entender, um dos motivos que atravessam ambos os textos. Esta comunicação pretende contribuir para a divulgação pública do conteúdos algo olvidados, numa época em que nunca se falou tanto da importância da alimentação no contexto duma educação para a saúde, e ao mesmo tempo enfatizar o valor patrimonial das obras referidas, alertando para a necessidade imperiosa de preservar espólios documentais que integram espécimes como os que aqui se referem. A relevância historiográfica destas obras, que inauguram a defesa científica de hábitos alimentares equilibrados, alicerçando um discurso inovador, numa época de profunda mutação histórica e cultural, imposta pelas contacto com as realidades exóticas do Novo Mundo.

Crescimento de larvas de Sardina pilchardus e Engraulis encrasicolus e dieta de Sardina pilchardus na Baía de Biscaia (NE Atlântico)

Dissertação de mest., Aquacultura e Pescas (Pescas), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

Diapositivos de apoio às aulas de Tecnologia Alimentar

Diapositivos de apoio às aulas teóricas de Tecnologia Alimentar - ESSUAlg: Dietética e Nutrição

Dietary biodiesel-derived crude glycerol in gilthead seabream juveniles (Sparus aurata): effects on growth performance and metabolism

In the European Union the turn towards renewable energy sources has increased the production of biodiesel from rapeseed oil, leaving glycerol (also known as glycerin) as a valuable by-product. For every litre of biodiesel produced, approximately 79 g of crude glycerol are generated. As the biodiesel production grows, the quantity of crude glycerol generated will be considerable and its utilization will become an urgent topic. One possibility is the use of crude glycerol on animal feeds. Glycerol has been evaluated as a dietary energy source for several farm animals, including fish. A study was undertaken to assess the effect of dietary biodiesel-derived glycerol (from rapeseed oil) on the overall growth performance, digestive capacity and metabolic nutrient utilization in juvenile gilthead seabream fed a low fishmeal level diet. Two practical diets were formulated to be isonitrogenous (crude protein, 45.4% DM), isolipidic (18.5% DM) and isoenergetic (gross energy, 21.3 kJ/g DM). The control diet (CTRL) was formulated with intermediate levels of marine-derived proteins (19%). In the same basal formulation, 5% glycerol (GLY) was incorporated at the expenses of wheat. Each dietary treatment was tested in triplicate tanks over 63 days, with 20 gilthead seabream (Sparus aurata), with a mean initial body weight (IBW) of 27.9  0.12 g. At the end of the trial, fish fed the CTRL diet reached a final body weight of 84.3  2.2 g (more than 3-fold increase of initial body weight). Fish fed the GLY diet showed a significantly higher (P<0.05) growth, expressed in terms of final body weight and specific growth rate. Voluntary feed intake was similar between the two treatments, but both feed efficiency and protein efficiency ratio were significantly improved (P<0.05) in fish fed the GLY diet. Dietary glycerol had no effect (P>0.05) on the apparent digestibility of protein. In comparison to the control treatment, dietary glycerol significantly improved (P<0.05) protein and fat retention. Activities of digestive enzymes were significantly affected by the various dietary treatments. Fish fed the GLY diet showed an enhanced activity of alkaline phosphatase (ALP) and pepsin, while activities of lipase and leucine-alanine peptidase (LAP) were little affected by dietary glycerol. Fish show the ability to use crude glycerol as a dietary energy substrate.