Estudo da produção de biossurfactantes utilizando hidrocarbonetos

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Efeito da ação de emulsificante em diferentes fontes de gordura da dieta sobre o desempenho e variáveis fisiológicas em frangos de corte

Pós-graduação em Zootecnia - FMVZ

Effect of glycerol monostearate on the gelatinization behavior of maize starches with different amylose contents

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

Potencial de emulsificação do resíduo do óleo de soja (goma de soja) sobre a digestibilidade de dietas com inclusão de diferentes fontes lipídicas

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Animal - FEIS

RHEOLOGICAL EVALUATION OF THE STRUCTURE OF ICE CREAM MIXES VARYING FAT BASE

This paper discusses the influence of fat type in the structure of ice cream, during its production by means of rheo-optical analysis. Fat plays an important part in the ice cream structure formation. It's responsible for the air stabilization, flavor release, texture and melting properties. The objective of this study was to use a rheological method to predict the fat network formation in ice cream with three types of fats (hydrogenated, low trans and palm fat). The three formulations were produced using the same methodology and ratio of ingredients. Rheo-optical measurements were taken before and after the ageing process, and the maximum compression force, overrun and melting profile were calculated in the finished product. The rheological analysis showed a better response from the ageing process from the hydrogenated fat, followed by the low trans fat. The formulation with palm fat showed greater differences between the three, where through the rheological tests a weaker destabilization of the fat globule membrane by the emulsifier was suggested. The overrun, texture measurements and meltdown profile has shown the distinction on the structure formation by the hydrogenated fat from the other fats.

Empirical and fundamental mechanical tests in the evaluation of dough and bread rheological properties

Bread dough and particularly wheat dough, due to its viscoelastic behaviour, is probably the most dynamic and complicated rheological system and its characteristics are very important since they highly affect final products’ textural and sensorial properties. The study of dough rheology has been a very challenging task for many researchers since it can provide numerous information about dough formulation, structure and processing. This explains why dough rheology has been a matter of investigation for several decades. In this research rheological assessment of doughs and breads was performed by using empirical and fundamental methods at both small and large deformation, in order to characterize different types of doughs and final products such as bread. In order to study the structural aspects of food products, image analysis techniques was used for the integration of the information coming from empirical and fundamental rheological measurements. Evaluation of dough properties was carried out by texture profile analysis (TPA), dough stickiness (Chen and Hoseney cell) and uniaxial extensibility determination (Kieffer test) by using a Texture Analyser; small deformation rheological measurements, were performed on a controlled stress–strain rheometer; moreover the structure of different doughs was observed by using the image analysis; while bread characteristics were studied by using texture profile analysis (TPA) and image analysis. The objective of this research was to understand if the different rheological measurements were able to characterize and differentiate the different samples analysed. This in order to investigate the effect of different formulation and processing conditions on dough and final product from a structural point of view. For this aim the following different materials were performed and analysed: - frozen dough realized without yeast; - frozen dough and bread made with frozen dough; - doughs obtained by using different fermentation method; - doughs made by Kamut® flour; - dough and bread realized with the addition of ginger powder; - final products coming from different bakeries. The influence of sub-zero storage time on non-fermented and fermented dough viscoelastic performance and on final product (bread) was evaluated by using small deformation and large deformation methods. In general, the longer the sub-zero storage time the lower the positive viscoelastic attributes. The effect of fermentation time and of different type of fermentation (straight-dough method; sponge-and-dough procedure and poolish method) on rheological properties of doughs were investigated using empirical and fundamental analysis and image analysis was used to integrate this information throughout the evaluation of the dough’s structure. The results of fundamental rheological test showed that the incorporation of sourdough (poolish method) provoked changes that were different from those seen in the others type of fermentation. The affirmative action of some ingredients (extra-virgin olive oil and a liposomic lecithin emulsifier) to improve rheological characteristics of Kamut® dough has been confirmed also when subjected to low temperatures (24 hours and 48 hours at 4°C). Small deformation oscillatory measurements and large deformation mechanical tests performed provided useful information on the rheological properties of samples realized by using different amounts of ginger powder, showing that the sample with the highest amount of ginger powder (6%) had worse rheological characteristics compared to the other samples. Moisture content, specific volume, texture and crumb grain characteristics are the major quality attributes of bread products. The different sample analyzed, “Coppia Ferrarese”, “Pane Comune Romagnolo” and “Filone Terra di San Marino”, showed a decrease of crumb moisture and an increase in hardness over the storage time. Parameters such as cohesiveness and springiness, evaluated by TPA that are indicator of quality of fresh bread, decreased during the storage. By using empirical rheological tests we found several differences among the samples, due to the different ingredients used in formulation and the different process adopted to prepare the sample, but since these products are handmade, the differences could be account as a surplus value. In conclusion small deformation (in fundamental units) and large deformation methods showed a significant role in monitoring the influence of different ingredients used in formulation, different processing and storage conditions on dough viscoelastic performance and on final product. Finally the knowledge of formulation, processing and storage conditions together with the evaluation of structural and rheological characteristics is fundamental for the study of complex matrices like bakery products, where numerous variable can influence their final quality (e.g. raw material, bread-making procedure, time and temperature of the fermentation and baking).

Influence of processing conditions on quality aspects of potato-based fresh pasta

Gnocchi is a typical Italian potato-based fresh pasta that can be either homemade or industrially manufactured. The homemade traditional product is consumed fresh on the day it is produced, whereas the industrially manufactured one is vacuum-packed in polyethylene and usually stored at refrigerated conditions. At industrial level, most kinds of gnocchi are usually produced by using some potato derivatives (i.e. flakes, dehydrated products or flour) to which soft wheat flour, salt, some emulsifiers and aromas are added. Recently, a novel type of gnocchi emerged on the Italian pasta market, since it would be as much similar as possible to the traditional homemade one. It is industrially produced from fresh potatoes as main ingredient and soft wheat flour, pasteurized liquid eggs and salt, moreover this product undergoes steam cooking and mashing industrial treatments. Neither preservatives nor emulsifiers are included in the recipe. The main aim of this work was to get inside the industrial manufacture of gnocchi, in order to improve the quality characteristics of the final product, by the study of the main steps of the production, starting from the raw and steam cooked tubers, through the semi-finished materials, such as the potato puree and the formulated dough. For this purpose the investigation of the enzymatic activity of the raw and steam cooked potatoes, the main characteristics of the puree (colour, texture and starch), the interaction among ingredients of differently formulated doughs and the basic quality aspects of the final product have been performed. Results obtained in this work indicated that steam cooking influenced the analysed enzymes (Pectin methylesterase and α- and β-amylases) in different tissues of the tuber. PME resulted still active in the cortex, it therefore may affect the texture of cooked potatoes to be used as main ingredient in the production of gnocchi. Starch degrading enzymes (α- and β-amylases) were inactivated both in the cortex and in the pith of the tuber. The study performed on the potato puree showed that, between the two analysed samples, the product which employed dual lower pressure treatments seemed to be the most suitable to the production of gnocchi, in terms of its better physicochemical and textural properties. It did not evidence aggregation phenomena responsible of hard lumps, which may occur in this kind of semi-finished product. The textural properties of gnocchi doughs were not influenced by the different formulation as expected. Among the ingredients involved in the preparation of the different samples, soft wheat flour seemed to be the most crucial in affecting the quality features of gnocchi doughs. As a consequence of the interactive effect of the ingredients on the physicochemical and textural characteristics of the different doughs, a uniform and well-defined split-up among samples was not obtained. In the comparison of different kinds of gnocchi, the optimal physicochemical and textural properties were detected in the sample made with fresh tubers. This was probably caused not only by the use of fresh steam cooked potatoes, but also by the pasteurized liquid eggs and by the absence of any kind of emulsifier, additive or preserving substance.

Untersuchung der Ordnung und Diffusion von Polymerdispersionen bei ihrer Verfilmung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die, für industrielle Applikationen sehr wichtige, Trocknung und Verfilmung von Latexdispersionen untersucht. Unter der Verfilmung wird in diesem Zusammenhang allgemein der Übergang einer Polymerdispersion in einen transparenten, mechanisch stabilen Polymerfilm während ihrer Trocknung verstanden. Für die Untersuchungen wurden schwerpunktmäßig Streumethoden verwendet. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die Streuung eine besonders geeignete Methode zur Untersuchung der Verfilmung ist, die in Abhängigkeit des beobachteten Streuvektorbereichs, der verwendeten Strahlung, der Probenpräparation und des resultierenden Kontrasts eine Vielzahl unterschiedlicher Informationen über die Verfilmung in ihren verschiedenen Phasen liefert. Von besonderem Interesse war es, den prinzipiellen Verlauf der Verfilmung bei den heterogen trocknenden Reinacrylatlatices zu untersuchen. Dazu wurde mit Hilfe der Röntgenultrakleinwinkelstreuung gezielt der Zustand der Partikel in den einzelnen Phasen der heterogen trocknenden Proben beobachtet. Mit Hilfe der Neutronenkleinwinkelstreuung konnte das Verhalten des Emulgators während der Verfilmung und dessen Verteilung im resultierenden Film genauer untersucht werden. Die Röntgenkleinwinkelstreuung erlaubte eine eingehende Untersuchung der Kristallisation des Emulgators im trockenen Film. Geeignete Kontrastierung durch gezielte Deuterierung ermöglichte die Untersuchung des Comonomereinflusses auf die Interdiffusion von Latexpartikeln mit Neutronenkleinwinkelstreuung. Aus den Meßergebnissen wurde ein Modell zur heterogenen Trocknung von Latexdispersionen entwickelt, das den Ablauf der Verfilmung in einem konsistenten Bild zusammenfaßt.

Untersuchung der Filmbildung aus Polymerdispersionen mit Hilfe der forcierten Rayleighstreuung

Der Filmbildungsprozess wässriger Polymerdispersionen wurde mit forcierter Rayleighstreuung untersucht.Diffusionskoeffizienten D von Farbstoffsonden sind damit zwischen 10^-21 und 10^-9 m^2s^-1 zugänglich. Das Diffusionsverhalten der hydrophoben FarbstoffsondeAberchrome in feuchten und trockenen Filmen aus Poly(n-butylmethacrylat-co-acrylsäure)-Dispersionen sowie bei der Wiederbefeuchtung trockener Filme wurde untersucht.Die Dynamik von Aberchrome weicht in feuchten Filmen von Fickscher Diffusion ab. Dies äußert sich in Abweichungen vomcharakteristischen q^2-Verhalten der Relaxationsrate tau^-1 (tau^-1 = Dq^2; q:Streuvektor) und im Auftreten gestrecktexponentieller Intensitätsrelaxationskurven. Diese Anomalie wurde mit einem apparenten, längenskalenabhängigen Diffusionskoeffizienten Dapp(Lambda) (Lambda= 2Pi/q) beschrieben, der für Lambda -> 0 Werte annimmt, die einem homogen hydroplastifizierten Polymermaterial entsprechen, während Dapp(Lambda) für Lambda -> Unendlich stark anwächst. Diese Anomalien verschwinden bei Wassergehalten entsprechend der Polymerwasserlöslichkeit. Weiteres Trocknen führt zum Absinken des Fickschen-Diffusionskoeffizienten auf einen Grenzwert für trockene Filme. Die Ergebnisse konnten mit einem Zwei-Zustands-Modell beschrieben werden: Die Sonde diffundiert Ficksch in einer hydrophilen Grenzflächenphase und einer langsamen Polymerphase. Austausch zwischendiesen Phasen ist ohne Einschränkung möglich. Das Modell erlaubt die Quantifizierung des Einflusses des Trocknungsprozesses auf Polymer- und Grenzflächenphaseneigenschaften.Dies wurde durch systematische Veränderungen der Grenzflächeneigenschaften demonstriert. Dies geschah durch Acrylsäuregehaltvariationen in den Poly(n-butylmethacrylat-co-acrylsäure)-Dispersionen und Emulgatorbedeckungsgradvariationen. In beiden Fällen reflektieren sich Dispersionsveränderungen in einer Veränderung der Modellparameter in der Grenzflächenphase.

Anisotrope Kolloide aus flüssigkristallinen Polymeren

In dieser Arbeit wird die Synthese, Charakterisierung und Manipulation anisotroper Kolloide aus flüssigkristallinen Polymeren beschrieben. Um Kolloide verschiedener Größe und aus verschiedenen Polymeren zu erhalten, wurden verschiedene Techniken verwendet. Einerseits wurden Kolloide aus nematischen und smektischen Polymeren mit Durchmessern meist im Bereich von 0,5 bis 3,5 Mikrometern hergestellt. Dazu wurden 16 verschiedene Acrylat- und Methacrylatmonomere synthetisiert und mittels Dispersionspolymerisation polymerisiert. Durch Variation der Polymerisationsbedingungen wurden Kolloide verschiedener Größe und Polydispersität erhalten. Durch Saatpolymerisation konnten zudem die Kugelgrößen bei gleichbleibend geringer Polydispersität erhöht werden. Polarisationsmikroskopie zeigt, dass die meisten Kolloide mit einer Größe zwischen ca. 2 bis 4 Mikrometern eine bipolare Direktorkonfiguration haben. Einige dieser Kolloide wurden mit einer optischen Pinzette mit zirkular polarisiertem Licht eingefangen und rotiert. Zum anderen wurden verschiedene flüssigkristalline Polymere (Polysiloxane, Hauptkettenpolymere und Polyacrylate) durch den Miniemulsionsprozess in Kolloide mit Durchmessern im Bereich von ca. 50 bis 300 nm überführt. Durch Variation der Emulgator- und Polymermenge sowie der Art des Emulgators konnte die Kugelgröße beeinflusst werden. Für die Polysiloxankolloide erfolgte die Aufklärung ihrer inneren Struktur mittels TEM und Kryo-TEM, da durch das Silizium im Polymerrückgrat ohne zusätzliches Anfärben ein Kontrast vorhanden ist. Die TEM-Aufnahmen zeigen deutlich die smektische Schichtstruktur innerhalb der Kolloide aus „verdünnten“ Copolysiloxanen und sind somit der erste direkte Beweis für die Mikrophasenseparation zwischen den Mesogenen und Polysiloxanketten, die bisher basierend auf Röntgenmessungen nur indirekt vorhergesagt wurde. Für die Copolysiloxane mit 2-Ring-Mesogenen wurden zwiebelartige Strukturen und für die Copolysiloxane mit 3-Ring-Mesogenen parallele Schichtstrukturen gefunden. Im ersten Fall folgt die smektische Schichtstruktur der Kugelsymmetrie des Kolloids, im zweiten Fall dominiert die Tendenz der smektischen Schichten, sich parallel anzuordnen.

Nicht-wässrige Emulsionspolymerisationen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung von Latexpartikeln in nicht-wässrigen Emulsionssystemen. Hintergrund der Untersuchungen war die Frage, ob es durch die Anwendung von nicht-wässrigen Emulsionen ermöglicht werden kann, sowohl wassersensitive Monomere als auch feuchtigkeitsempfindliche Polymerisationen zur Darstellung von Polymer-Latexpartikeln und deren Primärdispersionen einzusetzen. Das Basiskonzept der Arbeit bestand darin, nicht-wässrige Emulsionen auf der Basis zweier nicht mischbarer organischer Lösungsmittel unterschiedlicher Polarität auszubilden und anschließend die dispergierte Phase der Emulsion zur Synthese der Latexpartikel auszunutzen. Hierzu wurden verschiedene nicht-wässrige Emulsionssysteme erarbeitet, welche als dispergierte Phase ein polares und als kontinuierliche Phase ein unpolares Lösungsmittel enthielten. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde in den nachfolgenden Untersuchungen zunächst die Anwendbarkeit solcher Emulsionen zur Darstellung verschiedener Acrylat- und Methacrylatpolymerdispersionen mittels radikalischer Polymerisation studiert. Um zu zeigen, dass die hier entwickelten nicht-wässrigen Emulsionen auch zur Durchführung von Stufenwachstumsreaktionen geeignet sind, wurden ebenfalls Polyester-, Polyamid- und Polyurethan-Latexpartikel dargestellt. Die Molekulargewichte der erhaltenen Polymere lagen bei bis zu 40 000 g/mol, im Vergleich zu wässrigen Emulsions- und Miniemulsions¬polymerisationssystemen sind diese um den Faktor fünf bis 30 höher. Es kann davon ausgegangen werden, dass hauptsächlich zwei Faktoren für die hohen Molekulargewichte verantwortlich sind: Zum einen die wasserfreien Bedingungen, welche die Hydrolyse der reaktiven Gruppen verhindern, und zum anderen die teilweise erfüllten Schotten-Baumann-Bedingungen, welche an der Grenzfläche zwischen dispergierter und kontinuierlicher Phase eine durch Diffusion kontrollierte ausgeglichene Stöchiometrie der Reaktionspartner gewährleisten. Somit ist es erstmals möglich, hochmolekulare Polyester, -amide und -urethane in nur einem Syntheseschritt als Primär¬dispersion darzustellen. Die Variabilität der nicht-wässrigen Emulsionen wurde zudem in weiteren Beispielen durch die Synthese von verschiedenen elektrisch leitfähigen Latices, wie z.B. Polyacetylen-Latexpartikeln, aufgezeigt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die entwickelten nicht-wässrigen Emulsionen eine äußerst breite Anwendbarkeit zur Darstellung von Polymer-Latexpartikeln aufweisen. Durch die wasserfreien Bedingungen erlauben die beschriebenen Emulsionsprozesse, Latexpartikel und entsprechende nicht-wässrige Dispersionen nicht nur traditionell radikalisch, sondern auch mittels weiterer Polymerisationsmechanismen (katalytisch, oxidativ oder mittels Polykondensation bzw. -addition) darzustellen.

Nicht-wässrige Emulsionen zur Erzeugung neuer Nanopartikel

In der eingereichten Arbeit wurde die Nutzung von nicht-wässrigen Emulsionen, bestehend aus zwei organischen, aprotischen Lösungsmitteln, zur Erzeugung verschiedener polymerer Nanopartikel beschrieben. Diese Zweiphasenmischungen und die Verwendung maßgeschneiderter Emulgatoren bestehend aus Poly(isopren-block-methylmethacrylat) ermöglichten den Zugang zu einer Vielzahl an Reaktionen und Prozessen, welche in wässrigen Emulsionen bisher nicht oder nur schwer möglich waren. Die Generierung von Partikeln auf Basis katalytischer Polymerisationen erfolgte unter Verwendung der Ringöffnenden Metathese-Polymerisation (ROMP), der Acyclischen Dien-Metathese-Polymerisation (ADMET), der Cyclopolymerisation von α,ω-Diinen und der Ni-katalysierten Polymerisation von Isocyaniden. Mittels ROMP konnten stabile Dispersionen erzeugt werden, welche Partikel mit verschiedensten Molekulargewichten, Größen und Morphologien enthielten. Diese Eigenschaften konnten durch die Wahl des Monomers, die Katalysatorkonzentration oder den Emulgatortyp beeinflusst werden. Des Weiteren wurden Partikel mit komplexen Morphologien wie Kern-Schale-Strukturen synthetisiert. Dazu erfolgte die Generierung von Partikeln aus Poly(urethan) oder Poly(norbornenderivaten), welche in situ und ohne intermediäre Aufarbeitung mit einer Schale aus Poly(methacrylat) versehen wurden. Der Nachweis dieser Strukturen gelang mittels verschiedener Schwermetall-Markierungsverfahren in der Transmissionselektronenmikroskopie. Schlussendlich erfolgte die Herstellung von hochvernetzten und molekular geprägten Poly(acrylsäure)-Partikeln. Hierbei wurden unterschiedliche pharmakologische Wirkstoffe und Farbstoffe in die Partikel eingebracht, um deren Migrationsverhalten und Wiederanbindung an die Partikel zu untersuchen. Weiterhin wurden die Partikel erfolgreich in Zellaufnahmeexperimenten eingesetzt.

Darstellung von fluorierten Amphiphilen zur Modifikation von Grenzflächeneigenschaften

Die vorliegende Arbeit behandelt die Darstellung von neuen fluorierten Amphiphilen in Hinblick auf deren spätere Anwendung zur Modifikation von flüssig-gasförmigen, flüssig-flüssigen und flüssig-festen Grenzflächen. Jedes der drei Themengebiete richtete sich an eine andere Grenzfläche. Die erste Aufgabe wurde mit der Darstellung und Charakterisierung von Fluortensiden kurzen Perfluoralkyl-Ketten erfüllt, welche als möglichen umweltfreundlichen Ersatz für die Derivate der langkettigen Perfluoroktancarbonsäure und Perfluoroktansulfonsäure Anwendung finden. Es wurden Fluortenside entwickelt, welche die Oberflächenspannung von Wasser auf bis zu 18 mN/m absenken können. Der zweite Fokus lag auf der Stabilisierung einer fluorierten Emulsion, die sich für die carbo-kationische Polymerisationen eignete. Im Rahmen der Arbeit wurde das neue Blockcopolymer Poly(isobutylen-b-pentafluorstyrol) dargestellt. Neben der Homopolymerisation von Isobutylen zur PIB-Partikelsynthese wurde die Eignung des Stabilisator-Emulsionssystems durch die Darstellung von hart-weichen PS-PIB-Hybridpartikeln erfolgreich verfolgt. Dazu wurde die Synthese von quervernetzten PS-Kernpartikeln und der anschließenden Umhüllung durch PIB in einem weiteren Schritt. Im dritten Teil wurde die Adsorption von amphiphilen Fluorpolymeren zur Solvophobierung von rauen anorganischen Oberflächen untersucht. Es konnten sowohl superhydrophobe als auch superoleophobe Eigenschaften erzielt werden.

Actividad tóxica del aceite esencial de laurel y del cineol sobre Brevicoryne brassicae L. en repollo

El objetivo del presente trabajo fue estudiar la actividad tóxica del aceite esencial de laurel (Laurus nobilis L.) y del cineol, monoterpeno cíclico considerado un aleloquímico puro, sobre Brevicoryne brassicae L. en repollo (Brassica oleracea var. capitata L.). Las concentraciones de aceite esencial utilizadas fueron: 1; 1,5; 2 y 3%, y para cineol: 0,5; 1,5 y 2,5%, ambas formuladas en solución acuosa con 2% de oleato de polietilenglicol como emulsionante. Se utilizaron dos técnicas de aplicación: papeles impregnados y pulverización directa. A las 24 horas del tratamiento se evaluó el porcentaje de mortalidad. Los resultados se analizaron por ANOVA de dos vías y Test de Tukey. Se encontraron diferencias significativas para los productos evaluados en todas las concentraciones ensayadas. Las técnicas de aplicación no dieron diferencias significativas. La mayor mortalidad correspondió a 52% para el aceite esencial de laurel y 27,5% para cineol a las mayores concentraciones en ambos casos. Se concluye que los productos ensayados podrían ser una herramienta para el Manejo Integrado de Plagas para control de áfidos en cultivos hortícolas.

Poly (D,L-Lactide) based microspheres for pulmonary delivery of proteins

Initial work focused on the preparation, optimisation and characterisation of poly (D,L-lactide) (PLA) microspheres with the aim of optimising their formulation based on minimizing the particle size into the range suitable for pulmonary delivery to alveoli. In order to produce dry powders and to enhance their long-term physico-chemical stability, microspheres were prepared as a dry powder via freeze-drying. Optimisation studies showed that using appropriate concentrations of polymer 3% (w/v) in organic phase and emulsifier 10% (w/v) in external aqueous phase, the double solvent evaporation method produced high protein loading microspheres (72 ± 0.5%) with an appropriate particle size for pulmonary drug delivery. Combined use of trehalose and leucine as cyroprotectants (6% and 1% respectively, w/v) produced freeze-dried powders with the best aerosolisation profile among those tested. Although the freeze-dried PLA microsphere powders were not particularly respirable in dry powder inhalation, nebulisation of the rehydrated powders using an ultrasonic nebuliser resulted in improved aerosilisation performance compared to the air-jet nebuliser. When tested in vitro using a macrophage cell line, the PLA microspheres system exhibited a low cytotoxicity and the microspheres induced phagocytic activity in macrophages. However, interestingly, the addition of an immunomodulator to the microsphere formulations (4%, w/w of polymer) reduced this phagocytic activity and macrophage activation compared to microspheres formulated using PLA alone. This suggested that the addition of trehalose dibehenate may not enhance the ability of these microspheres to be used as vaccine delivery systems.