Characterization of bioactive compounds of dealcoholized wine: valuation of distillation process

O vinho tinto é uma importante fonte de compostos fenólicos com atividade antioxidante e que estão relacionados com a prevenção de doenças cardiovasculares e cancro. Estes compostos são um sub-produto do processo de destilação vínica utilizado para produzir aguardente necessária para a produção de Vinho do Porto. Esta tese tem como objetivo valorizar os compostos fenólicos resultantes das destilarias de vinho, através do estudo da sua composição, das interações com o material polimérico do vinho, da sua estabilidade durante o armazenamento e avaliação dos seus potenciais efeitos biológicos in vitro. Isto irá permitir definir aplicações para estes compostos como ingredientes alimentares com propriedades funcionais. Dois vinhos tintos (RW1 e RW2) foram utilizados como fonte de compostos fenólicos. A fim de estudar estes compostos, cada vinho foi evaporado à pressão atmosférica, permitindo obter o respetivo vinho desalcolizado (DW1 e DW2). Os polissacarídeos e compostos fenólicos presentes nos vinhos desalcolizados foram fracionados por extração em fase sólida utilizando cartuchos C18 sep-pak. A fração hidrofóbica, rica em compostos fenólicos, foi separada em frações ricas em ácidos fenólicos, em procianidinas e em antocianinas, as quais foram usadas para avaliar a sua contribuição para a atividade antioxidante total e caracterização fenólica detalhada dos DW. Foram obtidas quantidades comparáveis de compostos fenólicos totais (1.3 g/L para RW1 e DW1, e 3.1 para RW2 e DW2), de taninos (1.2 g/L para RW1 e DW1 e 1.6 para RW2 e DW2) e de antocianinas (0.24 g/L para RW1 e DW1 e 0.41 para RW2 e DW2) para os vinhos e para os respetivos vinhos desalcolizados. A determinação da atividade antioxidante de RW e DW pelos métodos do DPPH e ABTS também originou valores semelhantes, permitindo inferir que o processo de destilação realizado não promoveu uma perda relevante de compostos fenólicos. A atividade antioxidante total de vinho deveu-se essencialmente à fração rica em antocianinas. Os dois DW foram dialisados para se obter o material polimérico dos vinhos (WPM1 e WPM2). O WPM1 e WPM2 apresentavam 1.1 e 1.3 g/L de material sólido, respetivamente. O WPM (WPM1 e WPM2) era composto por polissacarídeos (31 e 36%), proteínas (10 e 12%) e também por compostos fenólicos (32 e 43%). A análise de açúcares mostrou que as manoproteínas e as arabinogalactanas eram os principais polissacarídeos presentes. A extração do WPM com metanol deu origem a um material insolúvel em metanol (PMi) e a uma fração solúvel em metanol, que continuava a conter hidratos de carbono e compostos fenólicos, mostrando uma forte interação entre estes compostos. Para determinar a energia de ativação (Ea) da libertação dos compostos fenólicos de fracções de material polimérico do vinho, foram realizadas diálises do DW, WPM e PMi, utilizando-se quatro concentrações diferentes, a cinco temperaturas (5-40 °C). O valor da Ea foi 25 para o WPM e 61 kJ/mol para o PMi, mostrando que os compostos fenólicos do vinho podem estar associados de forma diferente à matriz polimérica e que uma fração pode estar, ainda, fortemente associada a esta matriz. A fim de avaliar a possível existência de interações seletivas com os compostos fenólicos, o WPM foi fracionado, permitindo a obtenção de uma fração rica em manoproteínas (MP), através de uma cromatografia de afinidade com concanavalina A e 3 frações ricas em arabinogalactanas (AG0, AG1 e AG2) obtidas por cromatografia de troca aniónica. Foi avaliada a difusão de nove antocianinas monoméricas através de uma membrana de diálise, em presença do WPM, e das frações ricas em MP e em AG. A diálise dos compostos fenólicos livres do vinho foi realizada como ensaio em branco. Todas as frações poliméricas mostraram capacidade para reter as antocianinas, embora em diferente extensão. Foi observada uma capacidade de retenção maior para as antocianinas acilglucosiladas do que para as antocianinas glucosiladas. A fração rica em AG teve uma maior contribuição para a capacidade de retenção das antocianinas pelo material polimérico vinho do que a fração rica em MP, principalmente quando as antocianinas estavam acetiladas. Com o objetivo de estudar formas para preservar, a longo prazo, as propriedades antioxidantes dos compostos fenólicos, o extrato de compostos fenólicos (PCE), em pó, foi armazenado em diferentes condições de luz e atmosfera, à temperatura ambiente durante 1 ano. Observou-se que o PCE armazenado no escuro, dentro de um exsicador sob atmosfera de azoto, preservou 95% da atividade antioxidante inicial. Também foram avaliadas as melhores condições para preservar as antocianinas quando em solução, armazenadas a duas temperaturas (5 e 30 ºC) durante 3 meses. A adição de 0.5 g/L de uma fração rica em polissacarídeos a um vinho armazenado a 30 ºC promoveu a proteção das antocianinas, especialmente das antocianinas cumaroiladas. Os potenciais efeitos biológicos dos compostos fenólicos foram avaliados em diferentes sistemas celulares in vitro utilizando as seguintes frações: WPM, WPS (polissacarídeos do vinho), WPC (compostos fenólicos do vinho), PA-E (fração rica em ácidos fenólicos), PR-E (fração rica em procianidinas) e APP-E (fração rica em antocianinas e procianidinas poliméricas). Foi observada uma maior viabilidade celular quando as células do carcinoma do cólon HT-29 foram expostas a dois agentes oxidantes (radiação UV e H2O2) em presença das frações PR-E e APP-E. Além disso, os extratos WPS, WPC, PR-E e APP-E mostraram propriedades anti-inflamatórias, avaliadas pela inibição da produção de NO por células de macrófagos RAW264.7, sendo o extrato APP-E (0.19 mg/mL) o que exibiu a maior capacidade anti-inflamatória. A fim de elucidar as propriedades antioxidantes dos extratos do vinho em células humanas, os glóbulos vermelhos (RBC) foram selecionados como um modelo metabolicamente simples. Os extratos WPM, WPS, WPC, PR-E, e APP-E mostraram efeito anti-hemolítico para a hemólise dos RBC provocada pelo peróxido de hidrogénio (H2O2) e pelo di-hidrocloreto de 2,2'-azo-bis(2-diaminopropano) (AAPH). Os resultados obtidos permitem concluir que o processo de desalcoolização dos vinhos à pressão atmosférica, preservou as principais características antioxidantes dos compostos fenólicos. Estes compostos podem contribuir para a defesa das células contra agentes oxidantes, nomeadamente por terem um potencial de atividades anti-inflamatória e anti-hemolítica, promovendo a viabilidade celular. A interação dos compostos fenólicos do vinho com o material polimérico permite inferir uma dosagem contínua e gradual das antocianinas vinho tinto após a sua ingestão, contribuindo para um período mais longo da sua exposição e, como consequência, dos seus potenciais benefícios para a saúde.

Determination of the radiochemical purity of 99mTc-Tetrofosmin: comparision between five methods

GOAL: The manufacturing and distribution of strips of instant thin - layer chromatography with silica gel (ITLC - SG) (reference method) is currently discontinued so there is a need for an alternative method f or the determination of radiochemical purity (RCP) of 99m Tc - tetrofosmin. This study aims to compare five alternative methods proposed by the producer to determine the RCP of 99m Tc - tetrofosmin. METHODS: Nineteen vials of tetrofosmin were radiolabelled with 99m Tc and the percentages of the RCP were determined. Five different methods were compared with the standard RCP testing method (ITLC - SG, 2x20 cm): Whatman 3MM (1x10 cm) with acetone and dichloro - methane (method 1); Whatman 3MM (1x1 0 cm) with ethyl acetate (method 2); aluminum oxide - coated plastic thin - layer chromatography (TLC) plate (1x10 cm) and ethanol (method 3); Whatman 3MM (2x20 cm) with acetone and dichloro - methane (method 4); solid - phase extraction method C18 cartridge (meth od 5). RESULTS: The average values of RCP were 95,30% ± 1,28% (method 1), 93,95 ± 0,61% (method 2), 96,85% ± 0,93% (method 3), 92,94% ± 0,99% (method 4) and 96,25% ± 2,57% (method 5) (n=12 each), and 93,15% ± 1,13% for the standard method (n=19). There we re statistical significant differences in the values obtained for methods 1 (P=0,001), 3 (P=0,000) and 5 (P=0,004), and there were no statistical significant differences in the values obtained for methods 2 (P=0,113) and 4 (P=0,327). CONCLUSION: From the results obtained, methods 2 and 4 showed a higher correlation with the standard method. Unlike method 4, method 2 is less time - consuming than the reference method and can overcome the problems associated with the solvent toxicity. The remaining methods (1, 3 and 5) tended to overestimate RCP value compared to the standard method.

Validação de um método de cromatografia líquida de alta resolução (HPLC) para doseamento da vitamina D em géneros alimentícios: aplicação do método em diferentes matrizes alimentares

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

Adsorption behavior of α-cypermethrin on cork and activated carbon

Studies were undertaken to determine the adsorption behavior of α-cypermethrin [R)-α-cyano-3-phenoxybenzyl(1S)-cis- 3-(2,2-dichlorovinyl)-2,2-dimethylcyclopropanecarboxylate, and (S)-α-cyano-3-phenoxybenzyl (1R)-cis-3-(2,2-dichlorovinyl)-2,2- dimethylcyclopropanecarboxylate] in solutions on granules of cork and activated carbon (GAC). The adsorption studies were carried out using a batch equilibrium technique. A gas chromatograph with an electron capture detector (GC-ECD) was used to analyze α-cypermethrin after solid phase extraction with C18 disks. Physical properties including real density, pore volume, surface area and pore diameter of cork were evaluated by mercury porosimetry. Characterization of cork particles showed variations thereby indicating the highly heterogeneous structure of the material. The average surface area of cork particles was lower than that of GAC. Kinetics adsorption studies allowed the determination of the equilibrium time—24 hours for both cork (1–2 mm and 3–4 mm) and GAC. For the studied α-cypermethrin concentration range, GAC revealed to be a better sorbent. However, adsorption parameters for equilibrium concentrations, obtained through the Langmuir and Freundlich models, showed that granulated cork 1–2 mm have the maximum amount of adsorbed α-cypermethrin (qm) (303 μg/g); followed by GAC (186 μg/g) and cork 3-4 mm (136 μg/g). The standard deviation (SD) values, demonstrate that Freundlich model better describes the α-cypermethrin adsorption phenomena on GAC, while α-cypermethrin adsorption on cork (1-2 mm and 3-4 mm) is better described by the Langmuir. In view of the adsorption results obtained in this study it appears that granulated cork may be a better and a cheaper alternative to GAC for removing α-cypermethrin from water.

Construção de curvas binodais para sistemas ternários, contendo biodiesel, álcool e água

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

Análise da atual unidade de desasfaltação pelo Propano para o tratamento de crudes não parafínicos

Este trabalho teve como principal objetivo o estudo da simulação da unidade de destilação atmosférica e a vácuo da fábrica de óleos base da Petrogal, permitindo verificar que, uma vez conseguido um modelo num programa de simulação que traduz o comportamento real de um dado processo, é possível sem riscos operacionais avaliar o efeito da alteração das condições normais de funcionamento desse processo. O trabalho foi orientado pelo Eng.º Carlos Reis, no que diz respeito à empresa, e pelo Prof. Dr. Luís Silva, pelo ISEP. O trabalho foi dividido em duas partes, sendo a primeira direcionada à obtenção do novo crude a partir de dois crudes pesados e caracterização dessa mistura. Já a segunda parte reside na refinação deste novo crude através da plataforma Aspen Plus para obtenção do resíduo de vácuo, para posterior processamento na coluna de discos rotativos usando um método de separação por extração liquido-liquido. Estudaram-se as propriedades físicas dos fluidos e verificou-se que na destilação atmosférica as curvas de destilação encontram-se muito próximas comparativamente com os resultados obtidos pela empresa, enquanto na destilação a vácuo os valores encontram-se mais afastados, apresentando uma variação de 30ºC a 100ºC em relação aos valores obtidos pelo Petro-Sim. Com a finalidade de cumprir um dos objetivos em falta, irão ser realizadas futuramente simulações no extrator de discos rotativos para otimização do processo para crudes pesados, sendo os resultados facultados, posteriormente, à Petrogal. Durante a realização do trabalho foi atingido um modelo real representativo da unidade de destilação atmosférica e a vácuo da Petrogal, podendo obter-se resultados para qualquer tipo de crude, fazendo apenas variar o assay da corrente de alimentação.

Determination of permethrin and its metabolite in brains and urines of rats by GC-ECD and GC-MS

Synthetic pyrethroids are pesticides derived from naturally occurring pyrethrins, taken from pyrethrum of dried Chrysanthemum flowers. Pyrethroid insecticides are one of the most commonly used residential and agricultural insecticides. Many pyrethroids can significantly harm the nervous system. Permethrin could be one of the factors involved in the onset of neurodegenerative diseases. The present study aims to evaluate in brain, the effect that can induce the exposure to permethrin, during early life of female rats (from 6 to 21 days of life). Therefore, have been examined the concentrations of permethrin and its main metabolite (3-PBA) in the brain and urine in female rats sacrificed the day after and 14 days after treating. The different concentrations of permethrin and 3-PBA (after 24h and after 14 days in the end of treatment) were obtained using two different methods. The evaluation of permethrin by liquid-liquid extraction and GC-ECD was performed. The levels of the 3-PBA (in urine and brains) were obtained by SPE procedure and GC-MS using the 2- PBA as internal standard.

Chirality in the new generation of antidepressants: stereoselective analysis of the enantiomers of mirtazapine, N-demethylmirtazapine, and 8-hydroxymirtazapine by LC-MS.

Mirtazapine is an antidepressant that acts specifically on noradrenergic and sertonergic receptors. A LC-MS method was developed that allows the simultaneous analysis of the R-(-)- and S-(+)-enantiomers of mirtazapine (MIR), demethylmirtazapine (DMIR), and 8-hydroxymirtazapine (8-OH-MIR) in plasma of MIR-treated patients. The method involves a 3-step liquid-liquid extraction, an HPLC separation on a Chirobiotic V column, and MS detection in electrospray mode. The limit of quantification (LOQ) for all enantiomers was 0.5 ng/mL, and the intra- and interday CVs were within 3.3% to 11.7% (concentration ranges 5-50 ng/mL). A method is also presented for the quantitative analysis of glucuroconjugated MIR and 8-OH-MIR. S-(+)-8-OH-MIR is present in plasma mainly as its glucuronide. Preliminary data suggest that in all patients, except in those comedicated with CYP2D6 inhibitors such as fluoxetine and thioridazine, R-(-)-MIR concentrations were higher than those of S-(+)MIR. Moreover, fluvoxamine seems also to inhibit the metabolism of MIR. Therefore, this method seems to be suitable for the stereoselective assay of MIR and its metabolites in plasma of patients comedicated with MIR and other drugs for routine and research purposes.

Laser Induced Photothermal Investigations on Thermal and Transport Properties of Certain Selected Photonic Materials

Discovery of coherent optical sources four decades ago has revolutionized all fields of scientific development. One of the path breaking applications of lasers is the emergence of various thermo optic techniques to unravel some of the mysteries of light matter interactions.Thermo optic technique is a valuable tool to evaluate optical and thermal properties of materials in solid,liquid and gaseous states .This technique can also be employed effectively in nondestructive quality evaluation. In this doctoral thesis , the use of photothermal techniques based on photoacoustic and photothermal deflection phenomena for the study of certain class of photonics materials such as semiconductors, nano metal dispersed ceramics, composites of conducting polymers and liquid crystals is elaborated.

Atomistic-continuum modeling of ultrafast laser-induced melting of silicon targets

In this work, we present an atomistic-continuum model for simulations of ultrafast laser-induced melting processes in semiconductors on the example of silicon. The kinetics of transient non-equilibrium phase transition mechanisms is addressed with MD method on the atomic level, whereas the laser light absorption, strong generated electron-phonon nonequilibrium, fast heat conduction, and photo-excited free carrier diffusion are accounted for with a continuum TTM-like model (called nTTM). First, we independently consider the applications of nTTM and MD for the description of silicon, and then construct the combined MD-nTTM model. Its development and thorough testing is followed by a comprehensive computational study of fast nonequilibrium processes induced in silicon by an ultrashort laser irradiation. The new model allowed to investigate the effect of laser-induced pressure and temperature of the lattice on the melting kinetics. Two competing melting mechanisms, heterogeneous and homogeneous, were identified in our big-scale simulations. Apart from the classical heterogeneous melting mechanism, the nucleation of the liquid phase homogeneously inside the material significantly contributes to the melting process. The simulations showed, that due to the open diamond structure of the crystal, the laser-generated internal compressive stresses reduce the crystal stability against the homogeneous melting. Consequently, the latter can take a massive character within several picoseconds upon the laser heating. Due to the large negative volume of melting of silicon, the material contracts upon the phase transition, relaxes the compressive stresses, and the subsequent melting proceeds heterogeneously until the excess of thermal energy is consumed. A series of simulations for a range of absorbed fluences allowed us to find the threshold fluence value at which homogeneous liquid nucleation starts contributing to the classical heterogeneous propagation of the solid-liquid interface. A series of simulations for a range of the material thicknesses showed that the sample width we chosen in our simulations (800 nm) corresponds to a thick sample. Additionally, in order to support the main conclusions, the results were verified for a different interatomic potential. Possible improvements of the model to account for nonthermal effects are discussed and certain restrictions on the suitable interatomic potentials are found. As a first step towards the inclusion of these effects into MD-nTTM, we performed nanometer-scale MD simulations with a new interatomic potential, designed to reproduce ab initio calculations at the laser-induced electronic temperature of 18946 K. The simulations demonstrated that, similarly to thermal melting, nonthermal phase transition occurs through nucleation. A series of simulations showed that higher (lower) initial pressure reinforces (hinders) the creation and the growth of nonthermal liquid nuclei. For the example of Si, the laser melting kinetics of semiconductors was found to be noticeably different from that of metals with a face-centered cubic crystal structure. The results of this study, therefore, have important implications for interpretation of experimental data on the kinetics of melting process of semiconductors.

Detecció de compostos volàtils, clorofenols, cloroanisoles i 2,4,6-tribromoanisole, relacionats amb el "gust del suro"

D'entre els defectes organolèptics associats al vi, en destaca l'anomenat "gust de suro" habitualment vinculat a la presència de cloroanisoles, els quals són productes de l'activitat microbiana formats a partir dels corresponents clorofenols. La present tesi doctoral recull, en primer lloc, metodologies analítiques adreçades principalment a la determinació dels compostos clorofenòlics (2,4,6-triclorofenol, 2,3,4,6-tetraclorofenol i pentaclorofenol) en el control de qualitat dels taps suro, emprant dissolucions hidroalcohòliques com a medi de maceració o d'extracció i utilitzant les tècniques d'extracció en fase sòlida (SPE) i microextracció en fase sòlida (SPME) acoblades a la cromatografia de gasos (GC). En segon lloc, per tal de dur a terme l'anàlisi de cloroanisoles juntament amb els seus precursors en matrius de suro s'ha avaluat un mètode basat en l'extracció amb dissolvent orgànic, el qual ha estat aplicat per a l'estudi de diferents sistemes d'eliminació d'aquests anàlits en la matriu citada. En darrer lloc, s'han proposat metodologies per l'anàlisi de mostres de vi, en les quals d'una banda s'han determinat els compostos clorofenòlics utilitzant la SPME i de l'altra el 2,4,6-tricloroanisole i el 2,4,6-tribromoanisole mitjançant l'acoblament de la SPE i la injecció de grans volums (LVI) en el sistema cromatogràfic.

Flavour profile of three novel acidic varieties of muskmelon (Cucumis melo L.)

Novel acidic varieties of muskmelon (Cucumis melo L.) are emerging onto the UK market. These melons contain almost twice the amount of citric acid compared to standard melons and are described as ‘zesty and fresh’. This study compared the flavour components of three acidic varieties with a standard Galia-type melon. The volatile and semivolatile compounds were extracted using dynamic headspace extraction (DHE) or solid-phase microextraction (SPME) and solid phase extraction (SPE) respectively, followed by gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography – olfactometry (GC-O). More than 50 volatile and 50 semivolatile compounds were identified in the headspace and the SPE extracts respectively. GC-O revealed 15 odour-active components in the headspace, with esters being consistently higher in acidic variety. This study showed quantitative and qualitative differences between all four varieties and key differences between acidic varieties and standard melons.

Sensory and instrumental analysis of medium and long shelf-life Charentais cantaloupe melons (Cucumis melo L.) harvested at different maturities

The flavour profiles of two genotypes of Charentais cantaloupe melons (medium shelf-life and long shelf-life), harvested at two distinct maturities (immature and mature fruit), were investigated. Dynamic headspace extraction (DHE), solid-phase extraction (SPE), gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography–olfactometry/mass spectrometry (GC-O/MS) were used to determine volatile and semi-volatile compounds. Qualitative descriptive analysis (QDA) was used to assess the organoleptic impact of the different melons and the sensory data were correlated with the chemical analysis. There were significant, consistent and substantial differences between the mature and immature fruit for the medium shelf-life genotype, the less mature giving a green, cucumber character and lacking the sweet, fruity character of the mature fruit. However, maturity at harvest had a much smaller impact on the long shelf-life melons and fewer differences were detected. These long shelf-life melons tasted sweet, but lacked fruity flavours, instead exhibiting a musty, earthy character.

Interaction between BMI and APOE genotype is associated with changes in the plasma long-chain-PUFA response to a fish-oil supplement in healthy participants

BACKGROUND: Carriers of the apolipoprotein E ɛ4 (APOE4) allele are lower responders to a docosahexaenoic acid (DHA) supplement than are noncarriers. This effect could be exacerbated in overweight individuals because DHA metabolism changes according to body mass index (BMI; in kg/m²). OBJECTIVES: We evaluated the plasma fatty acid (FA) response to a DHA-rich supplement in APOE4 carriers and noncarriers consuming a high-saturated fat diet (HSF diet) and, in addition, evaluated whether being overweight changed this response. DESIGN: This study was part of the SATgenɛ trial. Forty-one APOE4 carriers and 41 noncarriers were prospectively recruited and consumed an HSF diet for 8-wk followed by 8 wk of consumption of an HSF diet with the addition of DHA and eicosapentaenoic acid (EPA) (HSF + DHA diet; 3.45 g DHA/d and 0.5 g EPA/d). Fasting plasma samples were collected at the end of each intervention diet. Plasma total lipids (TLs) were separated into free FAs, neutral lipids (NLs), and phospholipids by using solid-phase extraction, and FA profiles in each lipid class were quantified by using gas chromatography. RESULTS: Because the plasma FA response to the HSF + DHA diet was correlated with BMI in APOE4 carriers but not in noncarriers, the following 2 groups were formed according to the BMI median: low BMI (<25.5) and high BMI (≥25.5). In response to the HSF + DHA diet, there were significant BMI × genotype interactions for changes in plasma concentrations of arachidonic acid and DHA in phospholipids and TLs and of EPA in NLs and TLs (P ≤ 0.05). APOE4 carriers were lower plasma responders to the DHA supplement than were noncarriers but only in the high-BMI group. CONCLUSIONS: Our findings indicate that apolipoprotein E genotype and BMI may be important variables that determine the plasma long-chain PUFA response to dietary fat manipulation. APOE4 carriers with BMI ≥25.5 may need higher intakes of DHA for cardiovascular or other health benefits than do noncarriers