Proceedings of the 22nd Annual Biochemical Engineering Symposium

This is the twenty-second of a series of symposia devoted to talks and posters by students about their biochemical engineering research. The first, third, fifth, ninth, twelfth, sixteenth, and twenti~th were hosted by Kansas State University, the second and fourth by the University of Nebraska- Lincoln, the sixth, seventh, tenth, thirteenth, seventeenth, and twenty-second by Iowa State University, the eighth, fourteenth, and nineteenth by the University of Missouri-Columbia, the eleventh, fifteenth, and twenty-first by Colorado State University, and the eighteenth by the University of Colorado. Next year's symposium will be at the University of Oklahoma. Symposium proceedings are edited and issued by faculty of the host institution. Because final publication usually takes place in refereed journals, articles included here are brief and often cover work in progress. ContentsC. A. Baldwin, J.P. McDonald, and L. E. Erickson, Kansas State University. Effect of Hydrocarbon Phase on Kinetic and Transport Limitations for Bioremediation of Microporous Soil J. C. Wang, S. K. Banerji, and Rakesh Bajpai, University of Missouri-Columbia. Migration of PCP in Soil-Columns in Presence of a Second Organic Phase Cheng-Hsien Hsu and Roger G. Harrison, University of Oklahoma. Bacterial Leaching of Zinc and Copper from Mining Wastes James A. Searles, Paul Todd, and Dhinakar S. Kompala, University of Colorado. Suspension Culture of Chinese Hamster Ovary Cells Utilizing Inclined Sedimentation Ron Beyerinck and Eric H. Dunlop, Colorado State University. The Effect of Feed Zone Turbulence as Measured by Laser Doppler Velocimetry on Baker's Yeast Metabolism in a Chemostat Paul Li-Hong Yeh, GraceY. Sun, Gary A. Weisman, and Rakesh Bajpai, University of Missouri-Columbia. Effect of Medium Constituents upon Membrane Composition of Insect Cells R. Shane Gold, M. M. Meagher, R. Hutkins, and T. Conway, University of Nebraska-Lincoin. Ethanol Tolerance and Carbohydrate Metabolism in Lactobacilli John Sargantanis and M. N. Karim, Colorado State University. Application of Kalman Filter and Adaptive Control in Solid Substrate Fermentation D. Vrana, M. Meagher, and R. Hutkins, University of Nebraska-Lincoln. Product Recovery Optimization in the ABE Fermentation Kalyan R. Tadikonda and Robert H. Davis, University of Colorado. Cell Separations Using Targeted Monoclonal Antibodies Against Surface Proteins Meng H. Heng and Charles E. Glatz, Iowa State University. Charged Fusion for Selective Recovery of B-Galactosidase from Cell Extract Using Hollow Fiber Ion-Exchange Membrane Adsorption Hsiu-Mei Chen, Peter J. Reilly, and Clark Ford, Iowa State University. Site-Directed Mutagenesis to Enhance Thermostability of Glucoamylase from Aspergillus: A Rational Approach P. Tuitemwong, L. E. Erickson, and D. Y. C. Fung, Kansas State University. Applications of Enzymatic Hydrolysis and Fermentation on the Reduction of Flatulent Sugars in the Rapid Hydration Hydrothermal Cooked Soy Milk Sanjeev Redkar and Robert H. Davis, University of Colorado. Crossflow Microfiltration of Yeast Suspensions Linda Henk and James C. Linden, Colorado State University, and Irving C. Anderson, Iowa State University. Evaluation of Sorghum Ensilage as an Ethanol Feedstock Marc Lipovitch and James C. Linden, Colorado State University. Stability and Biomass Feedstock Pretreatability for Simultaneous Saccharification and Fermentation Ali Demirci, Anthony L. Pometto Ill, and Kenneth E. Johnson, Iowa State University. Application of Biofilm Reactors in Lactic Acid Fermentation Michael K. Dowd, Peter I. Reilly, and WalterS. Trahanovsky, Iowa State University. Low Molecular-Weight Organic Composition of Ethanol Stillage from Corn Craig E. Forney, Meng H. Heng, John R. Luther, Mark Q. Niederauer, and Charles E. Glatz, Iowa State University. Enhancement of Protein Separation Using Genetic Engineering J. F. Shimp, J. C. Tracy, E. Lee, L. C. Davis, and L. E. Erickson, Kansas State University. Modeling Contaminant Transport, Biodegradation and Uptake by Plants in the Rhizosphere Xiaoqing Yang, L. E. Erickson, and L. T. Fan, Kansas State University. Modeling of Dispersive-Convective Characteristics in Bioremediation of Contaminated Soil Jan Johansson and Rakesh Bajpai, University of Missouri-Columbia. Fouling of Membranes J. M. Wang, S. K. Banerji, and R. K. Bajpai, University of Missouri-Columbia. Migration of Sodium-Pentachorophenol (Na-PCP) in Unsaturated and Saturated Soil-Columns J. Sweeney and M. Meagher, University of Nebraska-Lincoln. The Purification of Alpha-D-Glucuronidase from Trichoderma reesei

Tecnologías emergentes aplicadas a la conservación de porotos (Phaseolus vulgaris L.)

La conservación de alimentos por tecnología de barreras es una alternativa de procesamiento, en la cual se aplican las técnicas de conservación tradicionales pero de una manera menos intensa, mediante una combinación de obstáculos a fin de mantener las cualidades organolépticas en el producto final. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un método de conservación de porotos con la aplicación de tecnología de bajo costo y de aceptabilidad comparable al método convencional (Método Appert). La metodología que se empleó en la elaboración de conservas de porotos por tecnologías de barrera fue la siguiente: selección, lavado, remojado durante 24 horas, escurrido, cocinado a presión en salmuera al 0,5% durante cinco minutos a 121°C. Posteriormente se envasaron en recipientes esterilizados, se agregó la solución de relleno en ebullición (vinagre 7,50%, ácido láctico 0,30%, ácido ascórbico 0,35%, ácido cítrico 0,35%, sal 1,00% y azúcar 0,50%. No se esterilizó y se dejó enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente. La determinación de la calidad de las conservas elaboradas se realizó a los seis meses de almacenadas realizando una evaluación microbiológica, físicoquímica y sensorial. La conserva obtenida es aceptable, inocua y puede ser preservada a temperatura ambiente.

Robust fabrication of electrospun-like polymer mats to direct cell bahaviour

Currently, cell culture systems that include nanoscale topography are widely used in order to provide cells additional cues closer to the in vivo environment, seeking to mimic the natural extracellular matrix. Electrospinning is one of the most common techniques to produce nano fiber mats. However, since many sensitive parameters play an important role in the process, a lack of reproducibility is a major drawback. Here we present a simple and robust methodology to prepare reproducible electrospun-like samples. It consists of a polydimethylsiloxane mold reproducing the fiber pattern to solvent-cast a polymer solution and obtain the final sample. To validate this methodology, poly(L-lactic) acid (PLLA) samples were obtained and, after characterisation, bioactivity and ability to direct cell response were assessed. C2C12 myoblasts developed focal adhesions on the electrospun-like fibers and, when cultured under myogenic differentiation conditions, similar differentiation levels to electrospun PLLA fibers were obtained.

Combine use of Selected Schizosaccharomyces pombe and Lachancea thermotolerans Yeast Strains as an Alternative to the Traditional Malolactic Fermentation in Red Wine Production

Most red wines commercialized in the market use the malolactic fermentationprocess in order to ensure stability from a microbiological point of view. In this secondfermentation, malic acid is converted into L-lactic acid under controlled setups. Howeverthis process is not free from possible collateral effects that on some occasions produceoff-flavors, wine quality loss and human health problems. In warm viticulture regions suchas the south of Spain, the risk of suffering a deviation during the malolactic fermentationprocess increases due to the high must pH. This contributes to produce wines with highvolatile acidity and biogenic amine values. This manuscript develops a new red winemakingmethodology that consists of combining the use of two non-Saccharomyces yeast strains asan alternative to the traditional malolactic fermentation. In this method, malic acid is totallyconsumed by Schizosaccharomyces pombe, thus achieving the microbiological stabilizationobjective, while Lachancea thermotolerans produces lactic acid in order not to reduce andeven increase the acidity of wines produced from low acidity musts. This technique reducesthe risks inherent to the malolactic fermentation process when performed in warm regions.The result is more fruity wines that contain less acetic acid and biogenic amines than thetraditional controls that have undergone the classical malolactic fermentation.

Stimulation of neurite outgrowth using an electrically conducting polymer

Damage to peripheral nerves often cannot be repaired by the juxtaposition of the severed nerve ends. Surgeons have typically used autologous nerve grafts, which have several drawbacks including the need for multiple surgical procedures and loss of function at the donor site. As an alternative, the use of nerve guidance channels to bridge the gap between severed nerve ends is being explored. In this paper, the electrically conductive polymer—oxidized polypyrrole (PP)—has been evaluated for use as a substrate to enhance nerve cell interactions in culture as a first step toward potentially using such polymers to stimulate in vivo nerve regeneration. Image analysis demonstrates that PC-12 cells and primary chicken sciatic nerve explants attached and extended neurites equally well on both PP films and tissue culture polystyrene in the absence of electrical stimulation. In contrast, PC-12 cells interacted poorly with indium tin oxide (ITO), poly(l-lactic acid) (PLA), and poly(lactic acid-co-glycolic acid) surfaces. However, PC-12 cells cultured on PP films and subjected to an electrical stimulus through the film showed a significant increase in neurite lengths compared with ones that were not subjected to electrical stimulation through the film and tissue culture polystyrene controls. The median neurite length for PC-12 cells grown on PP and subjected to an electrical stimulus was 18.14 μm (n = 5643) compared with 9.5 μm (n = 4440) for controls. Furthermore, animal implantation studies reveal that PP invokes little adverse tissue response compared with poly(lactic acid-co-glycolic acid).

Targeted disruption of the murine dihydrolipoamide dehydrogenase gene (Dld) results in perigastrulation lethality

The Dld gene product, known as dihydrolipoamide dehydrogenase or the E3 component, catalyzes the oxidation of dihydrolipoyl moieties of four mitochondrial multienzyme complexes: pyruvate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase, branched-chain α-ketoacid dehydrogenase, and the glycine cleavage system. Deficiency of E3 activity in humans results in various degrees of neurological dysfunction and organic acidosis caused by accumulation of branched-chain amino acids and lactic acid. In this study, we have introduced a null mutation into the murine Dld gene (Dldtm1mjp). The heterozygous animals are shown to have approximately half of wild-type activity levels for E3 and all affected multienzyme complexes but are phenotypically normal. In contrast, the Dld−/− class dies prenatally with apparent developmental delay at 7.5 days postcoitum followed by resorption by 9.5 days postcoitum. The Dld−/− embryos cease to develop at a time shortly after implantation into the uterine wall when most of the embryos have begun to gastrulate. This null phenotype provides in vivo evidence for the requirement of a mitochondrial oxidative pathway during the perigastrulation period. Furthermore, the early prenatal lethal condition of the complete deficiency state may explain the low incidence of detectable cases of E3 deficiency in humans.

Phosphonate and quinoxaline cavitands for molecular recognition and sensing

In the last decade, phosphonate and quinoxaline cavitand have been extensively studied, highlighting their outstanding recognition properties. Their successful applications in material science and sensing open the way to new potential applications, such as border security, environmental monitoring and chiral recognition. The present thesis explores the recognition properties of phosphonate and quinoxaline cavitands towards new targets, for molecular recognition and sensing applications. Chapter 2 highlights the enantioselective behavior of phosphonate cavitands towards chiral guests in the solid state and in solution. Phosphonate cavitands were exploited for the molecular recognition of L-lactic acid (chapter 3), a widespread natural molecule which offer multiple potential applications, and a human sweat marker used for the detection of human presence (chapter 4). The second part is devoted to sensing applications of quinoxaline cavitands. Chapter 5 describes the use of QxCav for the preconcentration of drugs precursors, while chapter 6 reports the design, synthesis and grafting of a rigidified EtQxBox on a silicon wafer.

Inoculação com leveduras e exposição ao ar modificam o valor nutritivo de silagem de milho para vacas leiteiras

Silagens de milho são mais propensas à deterioração quando expostas ao ar. As leveduras assimiladoras de ácido lático são frequentemente os primeiros microrganismos a iniciar a deterioração aeróbia nas silagens. Alguns estudos reportam que silagem de milho aerobicamente instável está associada à redução no consumo, na produção de leite e depressão no teor de gordura do leite. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência de inoculação de leveduras (Pichia norvegensis) e a exposição ao ar por 48 horas sobre o valor nutritivo das silagens e o desempenho de vacas leiteiras. O milho foi colhido com 34% de MS, tratado sem (Controle) ou com P. norvegensis, na dose 1×105 ufc/g MV (Levedura) e armazenado silos tipo bolsa (40 t/silo). Após 123 dias de armazenamento, os silos foram abertos e a silagem foi fornecida para vacas leiteiras. Diariamente, as silagens foram retiradas e fornecidas imediatamente (Fresca) ou após 48 horas de exposição (Exposta). Vinte vacas Holandesas foram distribuídas em 5 quadrados latinos replicados 4×4, com períodos de 21 dias (15 d para adaptação + 6 d para amostragem). As dietas foram formuladas para conter: 53% silagem de milho, 8% caroço de algodão, 18% farelo de soja, 9,5% polpa cítrica, 9% milho seco moído e 2,5% premix vitamínico e mineral. Os quatro tratamentos foram assim constituídos: silagem controle fresca (CF), silagem controle exposta (CE), silagem inoculada com levedura fresca (LF) e silagem inoculada com levedura exposta (LE). A inoculação com levedura aumentou as perdas de matéria seca (P<0,001) e reduziu o tempo de estabilidade aeróbia (P=0,03) das silagens de milho. No ensaio de desempenho animal, reduziu a produção de leite corrigida para 3,5% de gordura (P=0,03) e a eficiência alimentar (ELL leite/CMS) (P<0,01), porém não alterou o teor de gordura do leite. Quanto aos efeitos da exposição ao ar por 48 horas, estes reduziram a concentração de ácido lático (P<0,001), que consequentemente aumentou o pH (P=0,004) das silagens, além de reduzir outros produtos de fermentação. A exposição também reduziu a produção de leite corrigido para gordura (P=0,02) e a eficiência alimentar (P=0,10). Nenhum tratamento alterou o consumo de MS. Houve tendência para redução da digestibilidade da MS e FDN e do NDT, quando as silagens foram expostas ao ar. A inoculação com leveduras e a exposição ao ar por 48 horas deprimem o desempenho animal através da redução no valor nutritivo das silagens de milho.

Desempenho de bezerros leiteiros recebendo probiótico contendo Bacillus subtilis e Bacillus licheniformis

O objetivo deste estudo foi avaliar a suplementação de um probiótico composto por cepas de Bacillus subtilis e Bacillus licheniformis, fornecidos via sucedâneo lácteo, no que se refere ao escore e pH fecal, contagem de microrganismos intestinais, parâmetros sanguíneos e desempenho geral dos animais. Foram utilizados 24 animais da raça Holandês que receberam 4L/dia de sucedâneo comercial (15PB:15EE), além de livre acesso a água e concentrado inicial. O desaleitamento ocorreu na 8ª semana de vida. Os animais foram distribuídos em delineamento de blocos casualizados, em dois tratamentos: 1) Controle - sem a suplementação de probiótico; 2) Suplementação de 2g/d (1,6 x 109 UFC) de Bacillus subtilis e Bacillus licheniformis via sucedâneo lácteo. Semanalmente foram realizadas pesagens e aferições de medidas corporais (altura de cernelha, perímetro torácico e largura de garupa); e colheitas de sangue para determinação de glicose, proteína total, ureia e albumina, além de determinação de hematócrito. Foram colhidas amostras semanalmente para contagem de bactérias ácido láticas e enterobactérias e determinação de pH fecal. O monitoramento do consumo de concentrado e do escore fecal foi realizado diariamente. O peso corporal, o ganho de peso médio diário e as medidas corporais não foram alteradas (P>0,05) pela suplementação do probiótico contendo Bacillus subtilis e Bacillus licheniformis; muito embora tenham apresentado efeito significativo de idade dos animais (P<0,001). O escore fecal, pH fecal e consumo de concentrado diário também não foram afetados pela suplementação com probiótico. No entanto, o consumo de concentrado e o pH fecal sofreram influência da idade em resposta ao crescimento natural dos bezerros. A contagem de bactérias ácido láticas foi maior que número de enterobactérias durante todo o período (P<0,05). Apenas as enterobactérias sofreram efeito da idade (P<0,05), enquanto as bactérias ácido láticas permaneceram variando, porém dentro de um padrão constante. Os parâmetros sanguíneos também não foram afetados pela suplementação com probiótico (P>0,05) mas todos, com a exceção da albumina, tiveram influência da idade (P<0,001). A suplementação com o probiótico contendo Bacillus subtilis e Bacillus licheniformis via sucedâneo não apresentou benefícios no desempenho ou no metabolismo de bezerros leiteiros, bem como não reduziu a ocorrência de casos de diarreia.

Obtenção e caracterização de PLA reforçado com nanocelulose.

A celulose é o polímero natural renovável disponível em maior abundância atualmente. Por possuir estrutura semicristalina, é possível extrair seus domínios cristalinos através de procedimentos que ataquem sua fase amorfa, como a hidrólise ácida, obtendo-se assim partículas cristalinas chamadas nanopartículas de celulose (NCs). Estas nanopartículas têm atraído enorme interesse científico, uma vez que possuem propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade e resistência à tração, semelhantes a várias cargas inorgânicas utilizadas na fabricação de compósitos. Além disso, possuem dimensões nanométricas, o que contribui para menor adição de carga à matriz polimérica, já que possuem maior área de superfície, quando comparadas às cargas micrométricas. Nanocompósitos formados pela adição destas cargas em matrizes poliméricas podem apresentar propriedades comerciais atraentes, como barreira a gases, melhores propriedades térmicas e baixa densidade, quando comparados aos compósitos tradicionais. Como se trata de uma carga com dimensões nanométricas, obtida de fontes renováveis, uma das principais áreas de interesse para aplicação deste reforço é em biopolímeros biodegradáveis. O poli(ácido lático) (PLA), é um exemplo de biopolímero com propriedades mecânicas, térmicas e de processamento superiores a de outros biopolímeros comerciais. No presente trabalho foram obtidas nanopartículas de celulose (NCs), por meio de hidrólise ácida, utilizando-se três métodos distintos, com o objetivo de estudar o método mais eficiente para a obtenção de NCs adequadas à aplicação em compósitos de PLA. Os Métodos I e II empregam extração das NCs por meio do H2SO4, diferenciando-se apenas pela neutralização, a qual envolve diálise ou neutralização com NaHCO3, respectivamente. No Método III a extração das NCs foi realizada com H3PO4. As NCs foram caracterizadas por diferentes técnicas, como difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados de caracterização das NCs indicaram que, a partir de todos os métodos utilizados, há formação de nanocristais de celulose (NCCs), entretanto, apenas os NCCs obtidos pelos Métodos II e III apresentaram estabilidade térmica suficiente para serem empregados em compósitos preparados por adição da carga no polímero em estado fundido. A incorporação das NCs em matriz de PLA foi realizada em câmara de mistura, com posterior moldagem por prensagem a quente. Compósitos obtidos por adição de NCs obtidas pelo Método II foram caracterizados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica, microscopia óptica, análises reológicas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A adição de NCs, extraídas pelo Método II, em matriz de PLA afetou o processo de cristalização do polímero, o qual apresentou maior grau de cristalinidade. Além disso, a adição de 3% em massa de NCs no PLA foi suficiente para alterar seu comportamento reológico. Os resultados reológicos indicaram que a morfologia do compósito é, predominantemente, composta por uma dispersão homogênea e fina da carga na fase matriz. Micrografias obtidas por MEV corroboram os resultados reológicos, mostrando, predominantemente a presença de partículas de NC em escala nanométrica. Compósitos de PLA com NCs obtidas pelo Método III apresentaram aglomerados de partículas de NC em escala micro e milimétrica, ao longo da fase matriz, e não foram extensivamente caracterizados.

Estudo da blenda PBAT/PLA com cargas.

Neste trabalho compósitos foram obtidos a partir da blenda comercial 100% biodegradável Ecovio® C2224 da BASF, uma blenda formada por 55% em massa de um copoliéster biodegradável, o Ecoflex® (poli[(adipato de butileno)-co-(tereftalato de butileno)]) e 45% em massa de PLA poli(ácido láctico). Como carga, utilizaram-se dois tipos de argilas comerciais do grupo das esmectitas, ambas predominantemente montmorilonitas: Cloisite Sódica® e Cloisite 30B®. Também foi utilizado como carga a sílica coloidal comercial Aerosil 200®, com área superficial de 200 m2/g e diâmetro médio de partícula 12nm. Os compósitos estudados, ambos contendo 5% e 10% em massa de cargas, foram preparados em uma extrusora de rosca dupla, acoplada a um reômetro de torque. O estudo foi dividido em três etapas: 1ª) etapa: Obtenção e caracterização dos compósitos de Ecovio®/ argila e Ecovio® / sílica; 2ª) etapa: Avaliação da fotodegradação do Ecovio® puro e dos compósitos obtidos; 3ª) etapa: Avaliação da biodegradabilidade do Ecovio® puro e dos compósitos após exposição em câmara de UV. As propriedades mecânicas dos compósitos antes e depois de serem submetidos à exposição em câmara de UV foram avaliadas por ensaios de resistência à tração e resistência ao impacto Izod. Os resultados obtidos na 1ª etapa deste trabalho indicaram aumento nos valores de módulo de elasticidade de todos os compósitos, em relação à blenda pura. Destacam-se as composições com 5% e 10% em massa de sílica coloidal, que apresentaram aumentos de até 115% nos valores de módulo de elasticidade, sem perdas significativas em resistência à tração, alongamento e resistência ao impacto, quando comparadas à fase matriz. Na 2ª etapa, a partir de 20 dias de exposição, todas as composições (blendas e compósitos) apresentam redução nas propriedades mecânicas em função do aumento do tempo de exposição à radiação UV. Na 3ª etapa, independente do tipo ou teor de carga presente na blenda, todas as composições apresentaram índices de biodegradabilidade, depois de 120 dias, de 40 a 60%, devido à prévia exposição à radiação UV.

Estratégias de microfabricação utilizando toner para produção de dispositivos microfluídicos

Neste trabalho são apresentados processos de microfabricação de estruturas contendo microcanais e sistemas de manipulação hidrodinâmica e eletroosmótica de fluídos. Foram desenvolvidos processos de microfabricação utilizando toner sobre poliéster, toner sobre vidro, toner como resiste, além de métodos alternativos de perfuração de lâminas e selagem de microestruturas em vidro, desenvolvimento de microestruturas para eletroforese capilar e espectrometria de massas com ionização por eletronebulização. A caracterização dos materiais e processos permitiu uma ampla visão das potencialidades e alternativas dos processos de microfabricação, tendo sido demonstrado que os dispositivos produzidos em toner-poliéster são quimicamente resistentes às substâncias tipicamente utilizadas em eletroforese capilar. Neste trabalho, um detector condutométrico sem contato foi implementado em microestruturas de toner-poliéster e a separação eletroforética de alguns metais alcalinos é demonstrada. A microestrutura foi projetada no formato padrão em cruz, tendo o canal de separação 22 mm de comprimento, 12 µm de profundidade e largura típica. A cela condutométrica foi construída sobre o canal de separação utilizando-se fita adesiva de cobre (1 mm de largura) como eletrodos. O sinal aplicado na cela foi de 530 kHz e 10 Vpp . A separação de K+, Na+ e Li+ na concentração de 100 µmol L-1 foi efetuada em torno de 0,8 min, utilizando-se 1 kV como potencial de separação. Foram desenvolvidos microchips para análise por espectrometria de massas com introdução de amostra por eletronebulização, sendo determinado cluster do íon cloreto em concentração de 1 mmol L+. Também solução com 1 mmol/L de glucosamina em água/metanol 1: 1 (v/v), sob corrente de 100 nA gerou sinal estável e livre de descarga corona. Utilizando detecção amperométrica, obteve-se eletroferogramas mostrando a separação de iodeto (10 mmol L-1) e ascorbato (40 mmol L-1) em potencial de separação de 4,0 kV (800 V cm-1 potencial de detecção de 0,9 V (vs. Ag/AgCI), injeção com 1,0 kV/1°s, tampão borato de sódio 10 mmol L+ com CTAH 0,2 mmol L-1, pH 9,2. Obteve-se eficiência de 1,6.104 pratos/m e foi possível obter limites de detecção de 500 nmol L-1 (135 amol) e 1,8 µmol L-1 (486 amol) para iodeto e ascorbato, respectivamente. O processo de fabricação utilizando toner como material estrutural para microchips em vidro foi bem estabelecido, assim como os modos de detecção fotométrico e condutométrico foram demonstrados. Foram obtidos eletroferogramas par detecção condutométrica sem contato de solução 200 µmol L-1 de K+, Na+ e U+, em tampão histidina/ácido lático 30 mmol L-1 9:1 (v/v) água:metanol, injeção eletrocinética de 2,0 kV/5,0 s, potencial de separação de 1 kV, 530 kHz de frequência e tensão de 2,0 Vpp. Também foi implementado um sistema de detecção fotométrico para microchip operando em 660 nm, tendo sido utilizado para a detecção de azul de metileno 1,0 mmol L-1 em tampão de corrida de barato de sódio 20 mmol L-1 (pH 9,2), com o detector posicionado a 40 mm do ponto de injeção e com injeção eletrocinética a 2,0 kV por 12 s com picos bem resolvidos em menos de 1 min.

Nano-biocomposite films with modified cellulose nanocrystals and synthesized silver nanoparticles

Ternary nano-biocomposite films based on poly(lactic acid) (PLA) with modified cellulose nanocrystals (s-CNC) and synthesized silver nanoparticles (Ag) have been prepared and characterized. The functionalization of the CNC surface with an acid phosphate ester of ethoxylated nonylphenol favoured its dispersion in the PLA matrix. The positive effects of the addition of cellulose and silver on the PLA barrier properties were confirmed by reductions in the water permeability (WVP) and oxygen transmission rate (OTR) of the films tested. The migration level of all nano-biocomposites in contact with food simulants were below the permitted limits in both non-polar and polar simulants. PLA nano-biocomposites showed a significant antibacterial activity influenced by the Ag content, while composting tests showed that the materials were visibly disintegrated after 15 days with the ternary systems showing the highest rate of disintegration under composting conditions.

Combined effects of cellulose nanocrystals and silver nanoparticles on the barrier and migration properties of PLA nano-biocomposites

Poly(lactic acid) (PLA)-based high performance nano-biocomposites were prepared to be used in active food packaging. Pristine (CNC) and surfactant modified cellulose nanocrystals (s-CNC) with silver (Ag) nanoparticles were used as the matrix modifiers. Binary and ternary systems were prepared. Morphological investigations revealed the good distribution of silver nanoparticles in PLA ternary systems. The combination of s-CNC and Ag nanoparticles increased the barrier effect of the produced films while the results of overall migration for the PLA nano-biocomposites revealed that none of the samples exceeded the overall migration limit, since results were well below 60 mg kg−1 of simulant.

Disintegrability under composting conditions of plasticized PLA–PHB blends

The disintegration under composting conditions of films based on poly(lactic acid)–poly(hydroxybutyrate) (PLA–PHB) blends and intended for food packaging was studied. Two different plasticizers, poly(ethylene glycol) (PEG) and acetyl-tri-n-butyl citrate (ATBC), were used to limit the inherent brittleness of both biopolymers. Neat PLA, plasticized PLA and PLA–PHB films were processed by melt-blending and compression molding and they were further treated under composting conditions in a laboratory-scale test at 58 ± 2 °C. Disintegration levels were evaluated by monitoring their weight loss at different times: 0, 7, 14, 21 and 28 days. Morphological changes in all formulations were followed by optical and scanning electron microscopy (SEM). The influence of plasticizers on the disintegration of PLA and PLA–PHB blends was studied by evaluating their thermal and nanomechanical properties by thermogravimetric analysis (TGA) and the nanoindentation technique, respectively. Meanwhile, structural changes were followed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The ability of PHB to act as nucleating agent in PLA–PHB blends slowed down the PLA disintegration, while plasticizers speeded it up. The relationship between the mesolactide to lactide forms of PLA was calculated with a Pyrolysis–Gas Chromatography–Mass Spectrometry device (Py–GC/MS), revealing that the mesolactide form increased during composting.