A new analytical approach for the detection of palm oil in vegetable oil blends

The new Food Information Regulation (1169/2011), dictates that in a refined vegetable oil blend, the type of oil must be clearly identified in the package in contract with current practice where is labelled under the generic and often misleading term “vegetable oil”. With increase consumer awareness in food authenticity, as shown in the recent food scandal with horsemeat in beef products, the identification of the origin of species in food products becomes increasingly relevant. Palm oil is used extensively in food manufacturing and as global demand increases, producing countries suffer from the aftermath of intensive agriculture. Even if only a small portion of global production, sustainable palm oil comes in great demand from consumers and industry. It is therefore of interest to detect the presence of palm oil in food products as consumers have the right to know if it is present in the product or not, mainly from an ethical point of view. Apart from palm oil and its derivatives, rapeseed oil and sunflower oil are also included. With DNA-based methods, the gold standard for the detection of food authenticity and species recognition deemed not suitable in this analytical problem, the focus is inevitably drawn to the chromatographic and spectroscopic methods. Both chromatographic (such as GC-FID and LC-MS) and spectroscopic methods (FT-IR, Raman, NIR) are relevant. Previous attempts have not shown promising results due to oils’ natural variation in composition and complex chemical signals but the suggested two-step analytical procedure is a promising approach with very good initial results.

Identifying oil species in oil mixtures

Detection of adulteration of non-processed vegetable oil with lesser value seed oils (classic example is hazelnut in virgin olive oil) has been in the centre of scientific attention for many years and several chemical methods were proposed. The recent EC Regulation 1169/2011, however, introduces necessity for different analytical method in a more complicated matrix. From the end of 2014, food businesses required to declare the composition of the refined oil mixture in the food product label. This creates a gap since there is no analytical method currently available to perform such analysis. In the first phase the work focused on 100% oil blends of various oil species of palm oil (and derivatives), sunflower and rapeseed oil before expanding to foodstuffs. Chromatographic methods remain highly relevant although suffer from various limitations which derive from natural compositional variation. Modern multivariate techniques based on machine learning algorithms, however, when applied in FTIR, Raman spectroscopic data have a strong potential in tackling the problem.

Remediation of oily wastewater from an interceptor tank using a novel photocatalytic drum reactor

A novel photocatalytic reactor has been developed to remediate oily wastewaters. In the first instance degradation rates of model organic compounds, methylene blue (MB) and 4-c hlorophenol (4-CP) were determined. The experimental set-up investigated a 1:10 w/v catalyst to organic solution volume, 30 g catalyst, 300 mls MB (10 μM) or 4-CP (100 μM). The catalyst investigated was a pellet catalyst to improve separation of the remediated volume from the catalyst following treatment. MB concentration decreased by 93% after 15 mins irradiation whilst 4-CP concentration decreased by 94% following 90 mins irradiation. Oily waste water (OWW) from an interceptor tank typically containing diesel oils was obtained from Sureclean, an environmental clean-up company. The OWW was treated using the same conditions as MB and 4-CP, the model organic compounds. Levels of total organic carbon (TOC) and total petroleum hydrocarbon (TPH) were used to monitor the efficacy of the photocatalytic reactor. TOC reduced by 45% following two 90 mins treatment cycles. TPH reduced by 45% following 90 mins irradiation and by a further 25% during a second stage of treatment. This reactor can be used as a polishing technique assembled within a wastewater treatment plant. Allowing for more than one pass through the reactor improves its efficiency. 

Liquid coordination complexes: a new class of Lewis acids as safer alternatives to BF3 in synthesis of polyalphaolefins

Liquid coordination complexes (LCCs) are a new class of liquid Lewis acids, prepared by combining an excess of a metal halide (e.g. GaCl3) with a basic donor molecule (e.g. amides, amines or phosphines). LCCs were used to catalyse oligomerisation of 1-decene to polyalphaolefins (PAOs). Molecular weight distribution and physical properties of the produced oils were compliant with those required for low viscosity synthetic (Group IV) lubricant base oils. Kinematic viscosities at 100 °C of ca. 4 or 6 cSt were obtained, along with viscosity indexes above 120 and pour points below −57 °C. In industry, to achieve similar properties, BF3 gas is used as a catalyst. LCCs are proposed as a safer and economically attractive alternative to BF3 gas for the production of polyalphaolefins.

Generating Data Augmented Spectroscopic Data For Performance Enhancement

The application of chemometrics in food science has revolutionized the field by allowing the creation of models able to automate a broad range of applications such as food authenticity and food fraud detection. In order to create effective and general models able to address the complexity of real life problems, a vast amount of varied training samples are required. Training dataset has to cover all possible types of sample and instrument variability. However, acquiring a varied amount of samples is a time consuming and costly process, in which collecting samples representative of the real world variation is not always possible, specially in some application fields. To address this problem, a novel framework for the application of data augmentation techniques to spectroscopic data has been designed and implemented. This is a carefully designed pipeline of four complementary and independent blocks which can be finely tuned depending on the desired variance for enhancing model's robustness: a) blending spectra, b) changing baseline, c) shifting along x axis, and d) adding random noise.
This novel data augmentation solution has been tested in order to obtain highly efficient generalised classification model based on spectroscopic data. Fourier transform mid-infrared (FT-IR) spectroscopic data of eleven pure vegetable oils (106 admixtures) for the rapid identification of vegetable oil species in mixtures of oils have been used as a case study to demonstrate the influence of this pioneering approach in chemometrics, obtaining a 10% improvement in classification which is crucial in some applications of food adulteration.

Estudo preliminar sobre a ação antimicrobiana de óleos essenciais sobre agentes etiológicos de mastite em ovelhas

The control of mastitis is currently reliant on antibiotic utilization. Nevertheless antibiotics overuse and use without criteria leads to the development of resistant strains with negative consequences both in animal and public health. Essential oils (EOs) are classified as GRAS (generally recognized as safe), are provided with antimicrobial properties and no resistance has been reported after use. The aim of this study was to evaluate the antimicrobial activity of EOs of aromatic herbs, growing wild in Alentejo region and widely used in Mediterranean food, against microorganisms isolated from ovine mastitic milk.

Caracterização química e actividade biológica dos óleos essenciais e extractos aquosos de algumas Lavandula spp. do Sul de Portugal

No presente trabalho estudaram-se três espécies do género Lavandula, do sul de Portugal: L. luisieri e L. pedunculata (Alentejo) e L.viridis (Algarve), com vista caraterizar a composição química dos óleos essenciais das diferentes espécies, parte vegetativa (folha) e espiga floral, e dos respetivos extratos de hidrodestilação, e avaliar as propriedades antioxidante, antimicrobiana, toxicológica, analgésica e antiinflamatória de alguns dos seus óleos essenciais e extratos aquosos, mais promissores. Os resultados mostraram importantes diferenças na composição química dos óleos essenciais, quanto à diversidade e à proporção dos seus constituintes. Os óleos essenciais e hidrolatos, em estudo, apresentaram importantes propriedades antioxidantes e antimicrobianas. Os estudos toxicológicos e farmacológicos mostraram que os óleos apresentaram citotoxicidade em Artemia salina, apresentaram valores de DL50 muito superiores a 2000 mg/kg em ratinhos Swiss, e que possuem importantes propriedades analgésicas e anti-inflamatória. Estes resultados sugerem o seu potencial uso para aplicações farmacológicas como agentes nutracêuticos e/ou fitoterapêuticos; ABSTRACT:The aim of present work was to develop a set of studies of three species of the genera Lavandula, at the South of Portugal: L. luisieri e L. pedunculata (Alentejo) e L.viridis (Algarve), in order to characterize the chemical composition of the essential oils (leaves and flowers) and to evaluate the antioxidant, antimicrobial, toxicological and pharmacological properties of selected essential oils and aqueous extracts. Results show important differences in chemical composition of essential oils, both in diversity as the proportion of their constituents. Essential oils and aqueous extracts of different Lavandula spp. showed important antimicrobial and antioxidant properties. Pharmacological studies have shown that essential oils showed cytotoxicity against Artemia salina, low acute toxicity, with LD50 >> 2000 mg/kg for mice, and important analgesic and anti-inflammatory properties. These results suggest their potential use for pharmacological applications as nutraceutical and/or phytotherapeutic agents.

Synthesis of new vegetable oil-based polymeric materials

A crescente procura de recursos fosseis a que se tem assistido nos ultimos anos, tem resultado num crescimento sem precedentes dos precos, com consequencias imprevisiveis e que levara, no espaco de decadas, ao seu inevitavel esgotamento. A procura de um modelo de desenvolvimento sustentavel, baseado em recursos renovaveis e o grande desafio que se coloca a civilizacao no seculo XXI. A biomassa vegetal, atraves das designadas gBio-refinarias h, e uma alternativa logica para a producao de produtos quimicos e de materiais mas tambem de combustiveis e energia. Os oleos vegetais constituem uma das fracoes da biomassa vegetal, cuja exploracao tem merecido redobrada atencao nos ultimos anos, como fonte de materiais e de combustiveis. Assim, a presente dissertacao tem por objetivo o desenvolvimento de novos materiais polimericos derivados de oleos vegetais, seguindo duas abordagens distintas, nomeadamente a preparacao de polimeros atraves de polimerizacao por etapas e polimerizacao em cadeia (Parte B e C, respetivamente). Em primeiro lugar, foram sintetizados poliesteres alifaticos de cadeia longa a partir de monomeros provenientes do oleo de colza (Capitulo III). A auto-metatese do acido erucico com catalisadores de rutenio, seguida de hidrogenacao da ligacao dupla, originou o acido 1,26-hexacosanodioico, que por sua vez foi convertido em hexacosano-1,26-diol. Subsequentemente, a policondensacao do acido ƒ¿,ƒÖ-dicarboxilico de cadeia longa com o hexacosano-1,26-diol originou o poliester 26,26. O diacido C26 foi tambem polimerizado com outros alcano-diois de cadeia curta, nomeadamente o dodecano-1,12-diol e o butano-1,2-diol, produzindo, respetivamente, os poliesteres 12,26 e 4,26. Estes poliesteres de fontes 100% renovaveis possuem valores de Mn na ordem dos 8-14 kDa e valores de PDI entre 2.1 e 2.7. As propriedades destes poliesteres alifaticos foram avaliadas atraves de varias tecnicas, revelando elevada cristalinidade (com uma estrutura cristalina como a do polietileno) e elevadas temperaturas de fusao (74-104 ‹C), cristalizacao (68-92 ‹C) e degradacao (323-386 ‹C). Em segundo lugar, foram sintetizados polimeros lineares termo-reversiveis a partir de derivados do oleo de ricinio (Capitulo IV). Para tal foram preparados monomeros que incorporam aneis furanicos inseridos atraves do acoplamento tiol-eno, e que posteriormente foram polimerizados pela reacao de Diels-Alder (DA) entre os grupos furano (dieno A) e estruturas complementares do tipo maleimida (dienofilo B). Para as polimerizacoes DA foram consideradas duas abordagens diferentes, nomeadamente (i) o uso de monomeros com dois aneis furanicos terminais em conjunto com uma bismaleimida (sistemas AA+BB) e (ii) a utilizacao de um monomero que incorpora ambos os grupos reativos, furano e maleimida, na sua estrutura (sistema AB). Este estudo demonstrou claramente que ambas as estratégias foram bem sucedidas embora com diferentes resultados em termos da natureza dos produtos obtidos. Estes polímeros lineares apresentam valores relativamente baixos de Tg (-40 to -2 °C) devido à natureza flexível dos grupos separadores das funções reativas, e de Mn (4.5-9.0 kDa) dada a observada tendência de ciclização associada a concentrações baixas de monómero. A aplicação da reação de retro-DA aos polímeros em causa confirmou o seu caráter reversível, ou seja, a possibilidade de promover, em condições controladas, a despolimerização com recuperação dos monómeros de partida. Esta particularidade abre caminhos para materiais macromoleculares originais com aplicações promissoras tais como auto-reparação e reciclabilidade. Em terceiro lugar, sintetizaram-se polímeros não-lineares termo-reversíveis a partir de derivados do óleo de ricínio (Capítulo V). Para tal foram preparados monómeros trifuncionais e posteriormente polimerizados através da reação de DA entre os grupos reativos complementares furano/maleimida. Foram consideradas três abordagens distintas para preparar estes polímeros não-lineares, nomeadamente através da utilização de (i) um monómero bisfurânico em combinação com uma trismaleimida (sistema A2+B3) e (ii) um monómero trisfurânico em conjunto com uma bismaleimida (sistema A3+B2) que originaram materiais ramificados ou reticulados, e ainda (iii) a utilização de monómeros assimetricamente substituídos do tipo A2B ou AB2 capazes de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas. Todos os sistemas apresentaram valores de Tg perto de 0 °C, o que era de esperar para estes materiais não-lineares. A aplicação da reação de retro-DA comprovou mais uma vez o caráter termo-reversível das polimerizações em causa. Em quarto lugar e último lugar, foram preparados copolímeros de acetato de vinilo (VAc) com monómeros derivados de óleo de girassol (Capítulo VI). Ésteres vinílicos de ácidos gordos (FAVE) foram sintetizados por transvinilação dos ácidos oleico e linoleico com VAc catalisada por um complexo de irídio. Os monómeros vinílicos preparados foram caracterizados e posteriormente homopolimerizados e copolimerizados com VAc através do uso dos grupos vinílicos terminais como função inicial de polimerização. A variação do tipo e quantidade de monómero FAVE e da quantidade de iniciador radicalar originou copolímeros de VAc com valores de Mn na gama de 1.2-3.0 kDa e valores de Tg de -5 a 16 °C. Os copolímeros foram avaliados em testes de cura oxidativa através das insaturações nas suas cadeias alifáticas para formar materiais reticulados, e os resultados sugerem que eles podem ser sistemas efetivos de cura para aplicações como tintas, vernizes e outros tipos de revestimento. Todos os materiais poliméricos preparados ao longo deste trabalho constituem contribuições atrativas para a área dos polímeros oriundos de recursos renováveis e representam uma prova indiscutível de que os óleos vegetais são percursores promissores de materiais macromoleculares com potenciais aplicações.

Natural substances and high pressure processing to preserve sea bass

Esta tese teve como objectivo estudar estratégias de conservação de pescado fresco, recorrendo ao uso de extractos e óleos essenciais de plantas e do processamento por alta pressão (HPP), usando filetes de robalo como um caso de estudo modelo. Relativamente aos extractos e óleos essenciais, avaliaram-se as suas propriedades antibacterianas e antioxidantes. Os extractos aquosos quente de poejo e de orégão e o óleo essencial de cravinho apresentaram a maior actividade antioxidante. Os óleos essenciais foram mais eficientes do que os extractos para inibir o crescimento das estirpes bacterianas testadas, tendo-se observado os menores valores de concentração mínima inibitória nos óleos essenciais de orégão, citronela, alho e orégão Espanhol. De seguida, estudou-se o efeito dos óleos essenciais de orégão Espanhol e de limão na conservação de filetes de robalo fresco tendo em conta critérios microbiológicos, químicos, físicos e sensoriais. A aplicação do óleo essencial de orégão Espanhol aumentou o tempo de vida útil dos filetes sob o ponto de vista bacteriano, mas não em termos sensoriais. A combinação dos óleos essenciais de orégão Espanhol e de limão melhorou o efeito antioxidante e reduziu a intensidade do odor e a sua eficácia em relação às Enterobacteriaceae, comparando com o tratamento com óleo essencial de orégão Espanhol per se. No sentido de reduzir o odor conferido pelos óleos essenciais realizou-se um estudo de conservação para avaliar o efeito de películas com óleos essenciais (citronela, alho e tomilho) em filetes de robalo, recorrendo a uma teste de desafio bacteriano. As películas sem óleos essenciais aumentaram o tempo de vida útil sob o ponto de vista bacteriano, mas este efeito não foi observado com a incorporação dos óleos essenciais nas películas. Em relação ao HPP, testaram-se diversas condições (nível de pressão, tempo de pressurização e taxa de pressurização) e avaliaram-se os efeitos na actividade enzimática, na qualidade global e na conservação de filetes de robalo fresco. Em geral, o aumento do nível de pressão e do tempo de pressurização diminuiu a actividade da fosfatase ácida e das enzimas proteolíticas, a carga bacteriana e a capacidade de retenção de água, enquanto que os filetes ficaram mais brancos. O HPP revelou potencial para o desenvolvimento de novos produtos: mais brancos, não translúcidos, mais firmes e com maior tempo de frescura e estabilidade microbiológica. Em conclusão, os óleos essenciais e o HPP têm potencial para conservar pescado fresco, devido aos seus efeitos na qualidade bacteriana. Ainda assim, mais esforços devem ser feitos no sentido de reduzir a transferência de odor dos óleos essenciais para o pescado e os efeitos do HPP no aspecto do pescado e na oxidação lipídica.

Production of biodiesel from the resources endogeneous of Timor Leste

Os biocombustíveis têm estado na linha da frente das políticas energéticas mundiais visto que as suas vantagens conseguem colmatar as incertezas e resolver alguns dos problemas associados aos combustíveis fósseis. O biodiesel tem provado ser um combustível muito fiável, alternativo ao petrodiesel. É uma mistura de ésteres alquílicos produzidos a partir de óleos vegetais e gorduras animais através de uma reacção de transesterificação. Como combustível, o biodiesel é economicamente viável, socialmente responsável, tecnicamente compatível e ambientalmente amigável. O principal desafio associado ao seu desenvolvimento tem a ver com a escolha de matéria-prima para a sua produção. Nos países do terceiro mundo, óleos alimentares são mais importantes para alimentar pessoas do que fazer funcionar carros. Esta tese tem como objectivos produzir/processar biodiesel a partir de recursos endógenos de Timor-Leste e medir/prever as propriedades termodinâmicas do biodiesel, a partir das dos esteres alquílicos. A síntese do biodiesel a partir dos óleos de Aleurites moluccana, Jatropha curcas e borras de café foram aqui estudados. As propriedades termodinâmicas como densidade, viscosidade, tensão superficial, volatilidade e velocidade do som também foram medidas e estimadas usando modelos preditivos disponíveis na literatura, incluindo as equações de estado CPA e soft-SAFT. Timor-Leste é um país muito rico em recursos naturais, mas a maioria da população ainda vive na pobreza e na privação de acesso a serviços básicos e condições de vida decentes. A exploração de petróleo e gás no mar de Timor tem sido controlado pelo Fundo Petrolífero. O país ainda carece de electricidade e combustíveis que são cruciais para materializar as políticas de redução da pobreza. Como solução, o governo timorense criou recentemente o Plano Estratégico de Desenvolvimento a 20 anos cujas prioridades incluem trazer o desenvolvimento do petróleo do mar para a costa sul de Timor-Leste e desenvolver as energias renováveis. É neste último contexto que o biodiesel se insere. O seu desenvolvimento no país poderá ser uma solução para o fornecimento de electricidade, a criação de empregos e sobretudo o combate contra a pobreza e a privação. Para ser usado como combustível, no entanto, o biodiesel deve possuir propriedades termodinâmicas coerentes com as especificadas nas normas da ASTM D6751 (nos Estados Unidos) ou EN 14214 (na Europa) para garantir uma adequada ignição, atomização e combustão do biodiesel no motor.

A tale of two bioprocesses

Bioprocesses use microorganisms or cells in order to produce and/or obtain some desired products. Nowadays these strategies appear as a fundamental alternative to the traditional chemical processes. Amongst the many advantages associated to their use in the chemical, oil or pharmaceutical industries, their low cost, easily scale-up and low environmental impact should be highlighted. This work reports two examples of bioprocesses as alternatives to traditional chemical processes used by the oil and pharmaceutical industries. In the first part of this work it was studied an example of a bioprocess based on the use of microorganisms in enhanced oil recovery. Currently, due to high costs of oil and its scarcity, the enhanced oil recovery techniques become very attractive. Between the available techniques the use of microbial enhanced oil recovery (MEOR) has been highlighted. This process is based on the stimulation of indigenous microorganisms or by the injection of microorganism consortia to produce specific metabolites and hence increase the amount of oil recovered. In the first chapters of this work the isolation of several microorganisms from samples of paraffinic Brazilian oils is described, and their tensioactive and biodegradability properties are presented. Furthermore, the chemical structures of the biosurfactants produced by those isolates were also characterized. In the final chapter of the first part, the capabilities of some isolated bacteria to enhance the oil recovery of paraffinic Brazilian oils entrapped in sand-pack columns were evaluated. In the second part of this work it was investigated aqueous two-phase systems or aqueous biphasic systems (ABS) as extractive strategies for antibiotics directly from the fermented broth in which they are produced. To this goal, several aqueous two-phase systems composed of ionic liquids (ILs) and polymers were studied for the first time and their phase diagrams were determined. The novel ATPS appear as effective and economic methods to extract different biomolecules or/and biological products. Thus, aiming the initial antibiotics extraction purpose it was studied the influence of a wide range of ILs and polymers in the aqueous two-phase formation ability, as well as their influence in the partitioning of several type-molecules, such as amino acids, alkaloids and dyes. As a final chapter it is presented the capacity of these novel systems to extract the antibiotic tetracycline directly from the fermented broth of Streptomyces aureofaciens.

Effect of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) on the proliferation and extracellular matrix mineralization and gene expression of gilthead seabream skeletal cell lines

The aquaculture industry aims at replacing significant amounts of marine fish oil by vegetable oils in fish diet. Dietary lipids have been shown to alter the fatty acid composition of bone compartments, which would impact the local production of factors controlling bone formation. Knowledge on the mechanisms underlying the nutritional regulation of bone metabolism is however scarce in fish. Two in vitro bone-derived cell systems developed from seabream (an important species for aquaculture in the Mediterranean region) vertebra, capable of in vitro mineralization and exhibiting prechondrocyte (VSa13) and pre-osteoblast (VSa16) phenotype, were used to assess the effect of certain polyunsaturated fatty acids (PUFAs; arachidonic (AA), eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids) on cell proliferation, extracellular matrix (ECM) mineralization and gene expression. While all PUFAs promoted morphological changes in both cell lines, VSa16 cell proliferation appeared to be stimulated by PUFAs in a dose dependent manner until 100M, whereas proliferation of VSa13 cells was impaired at concentrations above 10M. AA, EPA and DHA inhibited VSa13 ECM mineralization, alone and in combination, while VSa16 ECM mineralization was only inhibited by AA and EPA. DHA had the opposite effect, increasing mineralization almost by 2 fold. When EFAs were combined, DHA apparently compensated for the inhibitory effect of AA and EPA. Expression of marker genes for bone and lipid metabolisms has been investigated by qPCR and shown to be regulated in pre-osteoblasts exposed to individual PUFAs. Our results show that PUFAs are effectors of fish bone cell lines, altering cell morphology, proliferation and mineralization when added to culture medium. This work also demonstrates the suitability of our in vitro cell systems to get insights into mineralization-related effects of PUFAs in vivo and to evaluate the replacement of fish oils by vegetable oil sources in fish feeds.

Antioxidant activity of some Morrocan hydrosols

Essential oils are used in Cosmetic, Perfumery, Food and Pharmaceutical Industries as flavours and/or medicines. However, part of the essential oil components that remains in the distillation water (hydrosol or distillate water) has been less studied both in chemical and biological terms. This research concerns the antioxidant activity, measured through several methods, of Lavandula officinalis L., Origanum majorana L., Rosmarinus officinalis L., Salvia officinalis L. and Thymus vulgaris L., Cinnamomum verum J. Presl. and Syzygium aromaticum (L.) Merrill and Perry hydrosols. The ability of hydrosols to prevent oxidation was checked by two main methods: prevention of lipid peroxidation through the measurement of malonaldehyde produced after degradation of hydroperoxides; and ability for scavenging free radicals including hydroxyl and superoxide anion radicals. The S. aromaticum and T. vulgaris hydrosols, predominantly constituted by eugenol and carvacrol, respectively, were the most effective as antioxidants, except for scavenging superoxide anion radical. In this case, L. officinalis hydrosol in which linalool prevailed was a stronger antioxidant. The worst hydrosol as antioxidant was that of S. officinalis, independent on the method checked.

Innovative edible films to improve storage ability of fresh-cut apple cv. Bravo de Esmolfe

Dissertação de mestrado, Hortofruticultura, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

High temperature vapour-liquid equilibria of water-polyalcohol mixtures

Tese de doutoramento, Química (Química Tecnológica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014