Valorization of agroindustrial waste

The main objective of this work is the valorization of residues from agro-industry giving them an added value. The valorization was performed by using a "green" and sustainable solvent - supercritical fluid, in this case carbon dioxide. Two residues and one biomass were used to produce two different final products, thereby emphasizing the versatility of the waste recovery - spent coffee grounds and microalgae Chlorella protothecoides to produce biodiesel, and tomato pomace to extract carotenoids. In the first part of this work it was demonstrated the possibility to obtain a conversion of coffee spent grounds oil into biodiesel, through an enzymatic transesterification reaction, of 98.01% with the following operating conditions: molar ratio oil:methanol 1:24, residence time 0.8 min, pressure 25 MPa, temperature 313,15K. In this first phase, it was also used the microalgae Chlorella protothecoides, a biomass, to produce biodiesel and favorable results were obtained with this green process compared with a traditional process - basic catalysis / acid. In the second part of this work, by an extraction with supercritical CO2 it was obtained 3.38% oil from tomato pomace under the following conditions: pressure 35.1 MPa, temperature 313,15K. It was found that this oil contains various carotenoids: β-carotene, lutein and lycopene. The latter is present in larger amount.

Estudo dos efeitos do abuso de produtos de branqueamento no esmalte dentário

A estética dentária tem recebido bastante enfoque nos últimos anos, particularmente devido à importância a que a população atribui à aparência estética do sorriso. É, assim, desejado um sorriso o mais branco possível e que de preferência seja fácil de obter, eficaz, rápido, económico e que seja o menos invasivo possível. Com vista a satisfazer esta necessidade, surgiu no mercado uma grande diversidade de produtos Over the Counter (OTC). Os produtos OTC podem ser facilmente adquiridos por qualquer pessoa a um baixo custo. Contudo, a maioria destes produtos têm concentrações do agente ativo bastante superiores aos níveis considerados seguros pela Comissão Europeia (CE). Muitos autores têm demostrado preocupação em relação à segurança e consequentes efeitos no esmalte dentário devido ao possível uso abusivo destes produtos. Mais precisamente, a obsessão por dentes brancos pode constituir uma patologia, na qual os produtos de branqueamento dentário são constantemente aplicados pelo paciente, sem qualquer supervisão médica. Nos casos mais graves pode causar lesões na cavidade oral, induzindo efeitos adversos severos tais como sensibilidade dentária, redução da microdureza e aumento da rugosidade do dente. O objetivo deste estudo in vitro é avaliar se o grau de mineralização e o teor elementar do esmalte dentário são alterados aquando o branqueamento dentário com dois produtos de branqueamento OTC diferentes, excedendo as recomendações indicadas pelos fabricantes. De forma a realizar este estudo, foram usados dezassete dentes. Foram realizados dois protocolos: no primeiro protocolo foram aplicados dois produtos diferentes (Teeth Whitening Home Kit e White! – Bingo-UK) por um período de 39 dias. Para cada produto foram selecionadas seis espécimes aleatoriamente, tendo as condições experimentais sido idênticas. No segundo protocolo, cinco espécimes foram tratadas com o produto (WHITE! -Bingo-UK) por um período de 5 dias. Ambos produtos foram adquiridos em sites online. Entre cada aplicação todos os espécimes foram conservados em saliva humana. O conteúdo elementar de cada espécime, antes e após o branqueamento foi obtido com recurso à espetroscopia por fluorescência de raios X dispersiva em energia (EDXRF) e a banda do fosfato (PO43-) foi avaliada com espetroscopia Raman. Em relação ao primeiro protocolo, 7 dias após o branqueamento a desmineralização estudada foi significativa (p <0,01), sendo que após os 39 dias de tratamento o aumento do grau de desmineralização (GD) parece ser permanente. As amostras no segundo protocolo demostraram resultados semelhantes relativamente ao GD, mas em diferentes momentos.

Valorization of olive pomace through combination of biocatalysis with supercritical fluid technology

A supercritical carbon dioxide (scCO2) based oil extraction method was implemented on olive pomace (alperujo), and an oil yield of 25,5 +/- 0,8% (goil/gdry residue) was obtained. By Soxhlet extraction with hexane, an oil extraction yield of 28,9 +/- 0,8 % was obtained, which corresponds to an efficiency of 88,4 +/- 4,8 % for the supercritical method. The scCO2 extraction process was optimized for operating conditions of 50 MPa and 348,15 K, for which an oil loading of 32,60 g oil/kg CO2 was calculated. As a proof of concept, olive pomace was used as feedstock for biodiesel production, in a process combining the use of lipase as a catalyst with the use of scCO2 as a solvent, and integrating the steps of oil extraction, oil to biodiesel transesterification and subsequent separation of the latter. In the conducted experiments, FAME (fatty acid methyl ester) purities of 90% were obtained, with the following operating parameters: an oil:methanol molar ratio of 1:24; a residence time of 7,33 and 11,6 mins; a pressure of 40 MPa; a temperature of 313,15 K; and Lipozyme (Mucor miehei; Sigma-Aldritch) as an enzyme. However, oscillations of FAME purity were registered throughout the experiments, which could possibly be due to methanol accumulation in the enzymatic reactor. Finally, the phenolic content of olive pomace, and the effect of the drying process – oven or freeze-drying – and the extraction methods – hydro-alcoholic method and supercritical method – on the phenolic content were analysed. It was verified that the oven-drying process on the olive pomace preserved 90,1 +/- 3,6 % of the total phenolic content. About 62,3 +/- 5,53% of the oven-dried pomace phenolic content was extracted using scCO2 at 60 MPa and 323,15 K. Seven individual phenols – hydroxytyrosol, tyrosol, oleuropein, quercetin, caffeic acid, ferulic acid and p-coumaric acid – were identified and quantified by HPLC.

Production and characterization of Chitin-Glucan Complex by Komagataella pastoris

This thesis was focused on the production, extraction and characterization of chitin:β-glucan complex (CGC). In this process, glycerol byproduct from the biodiesel industry was used as carbon source. The selected CGC producing yeast was Komagataella pastoris (formerly known as Pichia pastoris), due the fact that to achieved high cell densities using as carbon source glycerol from the biodiesel industry. Firstly, a screening of K. pastoris strains was performed in shake flask assays, in order to select the strain of K. pastoris with better performance, in terms of growth, using glycerol as a carbon source. K. pastoris strain DSM 70877 achieved higher final cell densities (92-97 g/l), using pure glycerol (99%, w/v) and in glycerol from the biodiesel industry (86%, w/v), respectively, compared to DSM 70382 strain (74-82 g/l). Based on these shake flask assays results, the wild type DSM 70877 strain was selected to proceed for cultivation in a 2 l bioreactor, using glycerol byproduct (40 g/l), as sole carbon source. Biomass production by K. pastoris was performed under controlled temperature and pH (30.0 ºC and 5.0, respectively). More than 100 g/l biomass was obtained in less than 48 h. The yield of biomass on a glycerol basis was 0.55 g/g during the batch phase and 0.63 g/g during the fed-batch phase. In order to optimize the downstream process, by increasing extraction and purification efficiency of CGC from K. pastoris biomass, several assays were performed. It was found that extraction with 5 M NaOH at 65 ºC, during 2 hours, associated to neutralization with HCl, followed by successive washing steps with deionised water until conductivity of ≤20μS/cm, increased CGC purity. The obtained copolymer, CGCpure, had a chitin:glucan molar ratio of 25:75 mol% close to commercial CGC samples extracted from A. niger mycelium, kiOsmetine from Kitozyme (30:70 mol%). CGCpure was characterized by solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy and Differential Scanning Calorimetry (DCS), revealing a CGC with higher purity than a CGC commercial (kiOsmetine). In order to optimize CGC production, a set of batch cultivation experiments was performed to evaluate the effect of pH (3.5–6.5) and temperature (20–40 ºC) on the specific cell growth rate, CGC production and polymer composition. Statistical tools (response surface methodology and central composite design) were used. The CGC content in the biomass and the volumetric productivity (rp) were not significantly affected within the tested pH and temperature ranges. In contrast, the effect of pH and temperature on the CGC molar ratio was more pronounced. The highest chitin: β-glucan molar ratio (> 14:86) was obtained for the mid-range pH (4.5-5.8) and temperatures (26–33 ºC). The ability of K. pastoris to synthesize CGC with different molar ratios as a function of pH and temperature is a feature that can be exploited to obtain tailored polymer compositions.(...)

Fluorescência de raios-X aplicada ao estudo de ossadas humanas

O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa o estudo da composição elementar de restos humanos (séculos XVIII-XIX) por fluorescência de raios-X dispersiva em energia (EDXRF). Os tecidos analisados, ossos, dentes, cabelos e massa encefálica, pertenciam a um conjunto de corpos exumadosda Ermida do Espírito Santo, em Almada (Portugal). Os resultados foram obtidos pela análise complementar de duas montagens experimentais: EDXRF com geometria triaxial e -EDXRF com geometria convencional. A primeira técnica permite obter melhores limites de deteção para matrizes de baixo Z. A configuração com um micro feixe e a análise em condições de vácuo permite melhorar os limites de deteção para os elementos mais leves. Os resultados obtidos para os indivíduos analisados puderam ser correlacionados, em alguns casos, com os hábitos alimentares e com o habitat, nomeadamente a exposição a elementos tóxicos. Adicionalmente, foi também avaliada a possibilidade de contaminação post-mortem dos corpos, a partir do local de inumação. Os elementos detetados em ambas as técnicas foram Ca, Fe, Cu, Zn, Br, Sr e Pb. Observaram-se níveis elevados de Zn e Sr para os ossos, que são indicativos de uma dieta rica em carne e peixe, respetivamente. Alguns indivíduos revelaram concentrações elevadas de Pb e Zn na polpa do dente. Estes elementos poder~ao ter sido resultado de uma da acumulação o ante-mortem e indicar o hábito do tabaco. Os resultados mostram um indivíduo que apresenta concentrações bastante elevadas de Pb, especialmente na massa encefálica, polpa do dente e ossos esponjosos. A contaminação poderá ter sido resultado da exposição ante-mortem de Pb, eventualmente devida ao trabalho efetuado numa fundição. Ademais, outro indivíduo apresentou uma concentração elevadíssima de Hg no cabelo. Neste caso, a hipótese proposta mais provável é a aplicação de um composto à base de Hg, para fins medicinais, possivelmente para a desinfestação de piolhos.

Estudo do efeito de tratamentos térmicos nas propriedades térmicas e mecânicas de três limas endodônticas: MTwo, K3 e K3XF

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de tratamentos térmicos sobre as temperaturas de transformação de fase e no comportamento mecânico de três limas endodônticas: MTwo#30(.05), K3#30(.04) e K3XF#30(.04). As limas em estudo foram sujeitas a tratamentos térmicos entre 250 e 400ºC durante 1 h, seguidos de têmpera em água. Foi realizada análise térmica para determinar as temperaturas de transformação de fase. As propriedades mecânicas das limas foram testadas recorrendo a equipamentos que tentam simular o canal do dente, para testar a lima quando sujeita a esforços de torção (dispositivo desenvolvido pela mestranda) e de flexão combinada com rotação (dispositivo já existente). Foram também explorados resultados obtidos em estudos anteriores relacionados com a caracterização estrutural das limas, com recurso à radiação de sincrotrão: sem qualquer esforço aplicado e sob flexão. Os tratamentos térmicos alteraram as temperaturas de transformação de fases, sendo que estas aumentaram com o aumento da temperatura de tratamento térmico. Tendo em conta o comportamento mecânico, a lima K3XF é a que apresenta maiores ângulos de torção até à fratura, no entanto a MTwo é a que apresenta menores valores de momento de torção até à fratura. A lima K3 é a que apresenta o maior número de ciclos até à fratura.

Dental and facial characteristics of patients with juvenile idiopathic arthritis

OBJECTIVE: It has been shown that the temporomandibular joint is frequently affected by juvenile idiopathic arthritis, and this degenerative disease, which may occur during facial growth, results in severe mandibular dysfunction. However, there are no studies that correlate oral health (tooth decay and gingival diseases) and temporomandibular joint dysfunction in patients with juvenile idiopathic arthritis. The aim of this study is to evaluate the oral and facial characteristics of the patients with juvenile idiopathic arthritis treated in a large teaching hospital. METHOD: Thirty-six patients with juvenile idiopathic arthritis (26 female and 10 male) underwent a systematic clinical evaluation of their dental, oral, and facial structures (DMFT index, plaque and gingival bleeding index, dental relationship, facial profile, and Helkimo's index). The control group was composed of 13 healthy children. RESULTS: The mean age of the patients with juvenile idiopathic arthritis was 10.8 years; convex facial profile was present in 12 juvenile idiopathic arthritis patients, and class II molar relation was present in 12 (P = .032). The indexes of plaque and gingival bleeding were significant in juvenile idiopathic arthritis patients with a higher number of superior limbs joints involved (P = .055). Anterior open bite (5) and temporomandibular joint noise (8) were present in the juvenile idiopathic arthritis group. Of the group in this sample, 94% (P = .017) had temporomandibular joint dysfunction, 80% had decreased mandibular opening (P = 0.0002), and mandibular mobility was severely impaired in 33% (P = .015). CONCLUSION: This study confirms that patients with juvenile idiopathic arthritis a) have a high incidence of mandibular dysfunction that can be attributed to the direct effect of the disease in the temporomandibular joint and b) have a higher incidence of gingival disease that can be considered a secondary effect of juvenile idiopathic arthritis on oral health.

Fatigue life assessment of endodontic instruments subjected to multi planar curvature

This present study aimed to investigate the fatigue life of unused (new) endodontic instruments made of NiTi with control memory by Coltene™ and subjected to the multi curvature of a mandibular first molar root canal. Additionally, the instrument‟s structural behaviour was analysed through non-linear finite element analysis (FEA). The fatigue life of twelve Hyflex™ CM files was assessed while were forced to adopt a stance with multiple radius of curvature, similar to the ones usually found in a mandibular first molar root canal; nine of them were subjected to Pecking motion, a relative movement of axial type. To achieve this, it was designed an experimental setup with the aim of timing the instruments until fracture while worked inside a stainless steel mandibular first molar model with relative axial motion to simulate the pecking motion. Additionally, the model‟s root canal multi-curvature was confirmed by radiography. The non-linear finite element analysis was conducted using the computer aided design software package SolidWorks™ Simulation, in order to define the imposed displacement required by the FEA, it was necessary to model an endodontic instrument with simplified geometry using SolidWorks™ and subsequently analyse the geometry of the root canal CAD model. The experimental results shown that the instruments subjected to pecking motion displayed higher fatigue life values and higher lengths of fractured tips than those with only rotational relative movement. The finite element non-linear analyses shown, for identical conditions, maximum values for the first principal stress lower than the yield strength of the material and those were located in similar positions to the instrument‟s fracture location determined by the experimental testing results.

Estudo da partição de fitase produzida por Aspergillus niger var. phoenicis utilizando bioconversão extrativa em sistemas de duas fases aquosas PEG/citrato

Existem diversos métodos tradicionais que são utilizados para extratir biomoléculas produzidas por fermentação convencional. Um método alternativo é o sistema de duas fases aquosas, o qual foi desenvolvido para a extração de bioprodutos. A bioconversão extrativa trata-se de um sistema de duas fases aquosas que integra cultivo microbiológico à produção e recuperação do bioproduto. Fitases são fosfatases específicas que estão envolvidas na catálise do ácido fitico. O objetivo deste trabalho foi estudar a partição da fitase produzida por A. niger var. phoenicis por bioconversão extrativa utilizando PEG/citrato. Realizou-se um planejamento fatorial completo 25, estudando as seguintes variáveis: massa molar do PEG, concentração do PEG, concentração de citrato, pH e agitação, onde obteve-se como variável-resposta o coeficiente de partição em atividade (KATIV). Neste trabalho conseguiu-se um coeficiente de partição de 25,77 utilizando MPEG (8000 g/mol), CPEG, (26,0% m/m), CCIT (20,0% m/m), pH (6,0) e agitação (100 rpm). Através dos resultados obtivos, pode-se concluir que a fitase utilizada no presente estudo apresenta uma tendência de particionar para a fase superior do sistema (K>1). A técnica de fermentação extrativa utilizando SDFA PEG/citrato demonstrou ser promissora para extração de fitase produzida por A. niger var. phoenicis, podendo ser aplicada na composição de rações comerciais.

Cationic Liposomes as antigenic delivery systems: development of an immunoprotective strategy against Candida albicans

Tese de Doutoramento Biologia Molecular e Ambiental - Especialidade em Biologia Celular e Saúde

Aproveitamento do Óleo das Amêndoas de Tucumã do Amazonas na Produção de Biodiesel

A falta de disponibilidade de energia elétrica é um dos principais motivos pelo baixo Índice de Desenvolvimento Humano das comunidades isoladas localizadas na Amazônia. O biodiesel produzido a partir de óleos vegetais extraídos de espécies oleaginosas nativas de forma sustentada é uma das melhores alternativas energéticas para a região. O tucumã do amazonas, Astrocaryum aculeatum, é uma espécie de palmeira que produz um fruto muito apreciado na região, a partir do qual se obtém uma amêndoa com alto teor de óleo. Nesse estudo, foi avaliada a produção de biodiesel etílico, a partir de diferentes lotes de óleos de tucumã do amazonas, com índices de acidez baixos e elevados, pela transesterificação por catálise básica e ácida homogêneas, respectivamente. Na catálise ácida, foram testados HCl e H2SO4 como catalisadores nas concentrações de 0,0625 a 1,000 M, empregando etanol hidratado na proporção molar de 1:6 e a reação conduzida a 90 ºC por 24 h. Na catálise básica, foram testados NaOH e KOH, nas proporções de 0,5 a 2,0 %, empregando etanol anidro na proporção molar de 1:12 e a reação conduzida a 80 ºC por 2 h. O biodiesel obtido em cada experimento foi analisado por métodos físicos (massa específica) e cromatográficos (CLAE em fase reversa). Análises cromatográficas indicaram que as melhores conversões foram alcançadas por amostras de biodiesel com massas específicas inferiores a 0,87 g.cm-1. As amostras de biodiesel obtidas com melhor qualidade foram obtidas utilizando-se os catalisadores ácidos a 1,0 M com rendimentos superiores a 90%. No caso da catálise básica, obteve-se biodiesel de boa qualidade empregando-se o catalisador NaOH a 2,0%, porém com rendimento inferior a 60 %. Contudo, em ambos os casos, foi possível identificar um excelente potencial de produção de biocombustível, a partir do óleo das amêndoas de tucumã.

Wear of PEEK-Ti6Al4V systems under micro-abrasion and linear sliding conditions

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica

Otimização do perfil farmacocinético e farmacodinâmico de fármacos anticancerígenos através da sua veiculação em nanossistemas lipídicos

Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas

Libertação fotocontrolada de moléculas bioativas a partir de conjugados de cumarinas

Dissertação de mestrado em Química Medicinal

Development of advanced cell/tissue culture systems, based on enhanced polymeric scaffolds and sophisticated bioreactors, for tissue engineering applications

Programa Doutoral em Engenharia Biomédica