Hydrolysis of xylans by enzyme systems from solid cultures of Trichoderma harzianum strains

Xylanase activity was isolated from crude extracts of Trichoderma harzianum strains C and 4 grown at 28oC in a solid medium containing wheat bran as the carbon source. Enzyme activity was demonstrable in the permeate after ultrafiltration of the crude extracts using an Amicon system. The hydrolysis patterns of different xylans and paper pulps by xylanase activity ranged from xylose, xylobiose and xylotriose to higher xylooligosaccharides. A purified ß-xylosidase from the Trichoderma harzianum strain released xylose, xylobiose and xylotriose from seaweed, deacetylated, oat spelt and birchwood xylans. The purified enzyme was not active against acetylated xylan and catalyzed the hydrolysis of xylooligosaccharides, including xylotriose, xylotetraose and xylopentaose. However, the enzyme was not able to degrade xylohexaose. Xylanase pretreatment was effective for hardwood kraft pulp bleaching. Hardwood kraft pulp bleached in the XEOP sequence had its kappa number reduced from 13.2 to 8.9 and a viscosity of 20.45 cp. The efficiency of delignification was 33%.

Effects of the partial removal of wood hemicelluloses on the properties of kraft pulp

The objective of this work was to study the effects of partial removal of wood hemicelluloses on the properties of kraft pulp.The work was conducted by extracting hemicelluloses (1) by a softwood chip pretreatment process prior to kraft pulping, (2) by alkaline extraction from bleached birch kraft pulp, and (3) by enzymatic treatment, xylanase treatment in particular, of bleached birch kraft pulp. The qualitative and quantitative changes in fibers and paper properties were evaluated. In addition, the applicability of the extraction concepts and hemicellulose-extracted birch kraft pulp as a raw material in papermaking was evaluated in a pilot-scale papermaking environment. The results showed that each examined hemicellulose extraction method has its characteristic effects on fiber properties, seen as differences in both the physical and chemical nature of the fibers. A prehydrolysis process prior to the kraft pulping process offered reductions in cooking time, bleaching chemical consumption and produced fibers with low hemicellulose content that are more susceptible to mechanically induced damages and dislocations. Softwood chip pretreatment for hemicellulose recovery prior to cooking, whether acidic or alkaline, had an impact on the physical properties of the non-refined and refined pulp. In addition, all the pretreated pulps exhibited slower beating response than the unhydrolyzed reference pulp. Both alkaline extraction and enzymatic (xylanase) treatment of bleached birch kraft pulp fibers indicated very selective hemicellulose removal, particularly xylan removal. Furthermore, these two hemicellulose-extracted birch kraft pulps were utilized in a pilot-scale papermaking environment in order to evaluate the upscalability of the extraction concepts. Investigations made using pilot paper machine trials revealed that some amount of alkalineextracted birch kraft pulp, with a 24.9% reduction in the total amount of xylan, could be used in the papermaking stock as a mixture with non-extracted pulp when producing 75 g/m2 paper. For xylanase-treated fibers there were no reductions in the mechanical properties of the 180 g/m2 paper produced compared to paper made from the control pulp, although there was a 14.2% reduction in the total amount of xylan in the xylanase-treated pulp compared to the control birch kraft pulp. This work emphasized the importance of the hemicellulose extraction method in providing new solutions to create functional fibers and in providing a valuable hemicellulose co-product stream. The hemicellulose removal concept therefore plays an important role in the integrated forest biorefinery scenario, where the target is to the co-production of hemicellulose-extracted pulp and hemicellulose-based chemicals or fuels.

Sellutehtaan alkalisten valkaisusuodosten käsittely polymeerisilla membraaneilla

Työn tarkoituksena oli tutkia sellutehtaan alkalisen valkaisusuodoksen kierrätystä membraanitekniikkaa käyttäen. Alkalinen valkaisusuodos syntyy sellun valkaisun alkaliuuttovaiheessa ja se on ympäristölle haitallisin sellutehtaan jätevirroista. Suodoksen pH on korkea ja sen lämpötila voi olla suuri, jolloin sopivan membraanin löytäminen on haastavaa. Työssä vertailtiin 4 eri nanosuodatusmembraanin toimivuutta suodatuksessa. NF245, Desal-5 DK, NF270 ja NTR729HG membraaneja käytettiin tutkimuksessa. Suodatukset tehtiin 60 °C lämpötilassa useissa paineissa. Membraanit esikäsiteltiin paineistamalla sekä alkalisella pesulla. Suodatusnäytteistä saadut retentiot ligniinille, TOC:ille sekä johtokyvylle olivat lupaavia. Kaikilla kalvoilla ligniinin retentio oli yli 95 %. NTR729HG kalvoa lukuun ottamatta myös TOC retentiot olivat yli 90%. NTR729HG ja NF270 membraanit kärsivät suodoksen pH:sta sekä lämpötilasta, jolloin niiden retentiot johtokyvylle jäivät alhaisemmiksi, kuin muilla. NTR729HG membraanissa oli merkkejä foulaantumisesta, sekä kalvon hajoamisesta. Muissa membraaneissa oli suodatuksen aikana tapahtunut modifikaatiota.

Antioxidant capacity of anthocyanins from acerola genotypes

Anthocyanins from 12 acerola genotypes cultivated at the Active Germplasm Bank at Federal Rural University of Pernambuco were isolated for antioxidant potential evaluation. The antioxidant activity and radical scavenging capacity of the anthocyanin isolates were measured according to the β-carotene bleaching method and 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging assay, respectively. The antioxidant activity varied from 25.58 to 47.04% at 0.2 mg.mL-1, and it was measured using the β-carotene bleaching method. The free radical scavenging capacity increased according to the increase in concentration and reaction time by the DPPH assay. At 16.7 μg.mL-1 concentration and after 5 minutes and 2 hours reaction time, the percentage of scavenged radicals varied from 36.97 to 63.92% and 73.27 to 94.54%, respectively. Therefore, the antioxidant capacity of acerola anthocyanins varied amongst acerola genotypes and methods used. The anthocyanins present in this fruit may supply substantial dietary source of antioxidant which may promote health and produce disease prevention effects.

Effects of peeling methods on the quality of cubiu fruits

Cubiu (Solanum sessiliflorum Dunal) is an Amazonian Basin native fruit. Its importance comes from its high contents of pectin. Currently, processing technologies are necessary for the substitution of the traditional system (small crops and small-scale processing) for a larger scale system and thus increase the use of biodiversity and promote the implementation of Local Productive Arrangements of agribusiness in the Amazon. This research aims to evaluate the methods of peeling cubiu. Ripe fruits were divided into lots (150 each) and subjected to the following treatments: immersion in 2.5% NaOH boiling solution for 5 minutes, exposure to water vapor, and immersion in water at 96 ºC for 5, 10, 15 and 20 minutes. The peel released during heat treatment and immediately removed under running tap water. In the control treatment, the fruits were manually peeled (unheated) with a stainless steel knife. The treatments were evaluated for completeness and ease of peeling, tissue integrity, texture, and peroxidase activity. The immersion in 2.5% NaOH boiling solution (5 minutes) stood out as the best treatment since it inhibited the enzymatic browning and intensified the natural yellow color of the cubiu fruit and easily and fully peeled the whole fruit more rapidly without damaging its tissues. This treatment was chosen as the most advantageous because it can promote simultaneous peeling and bleaching. Therefore, it is recommended for cubiu industrial processing.

Synergistic and antimicrobial properties of commercial turmeric (Curcuma longa) essential oil against pathogenic bacteria

Several studies have shown the antimicrobial and antioxidant properties of turmeric (Curcuma longa), widely used in food industry as a colorant, among other functions. The aim of this study was to determine the antioxidant and antimicrobial properties of turmeric essential oil against pathogenic bacteria and to study the influence of the addition of ascorbic acid on the prevention of polyphenols oxidation. The commercial turmeric essential oil alone did not show bactericidal activity against the microorganisms studied, Listeria monocytogenes and Salmonella typhimurium, but when combined with ascorbic acid, it showed significant antibacterial activity. The highest antimicrobial activity of turmeric essential oil against Salmonella typhimurium was 15.0 ± 1.41 mm at the concentration of 2.30 mg.mL-1 of essential oil and 2.0 mg.mL-1 of ascorbic acid. With regard to Listeria monocytogenes, the largest zone of inhibition (13.7 ± 0.58 mm) was obtained at the same concentrations. The essential oil showed antioxidant activity of EC50 = 2094.172 µg.mL-1 for the DPPH radical scavenging method and 29% under the concentration of 1.667 mg.mL-1 for the β-carotene bleaching method.

Comparison between freeze and spray drying to obtain powder Rubrivivax gelatinosus biomass

The use of colorants in products of animal origin is justified by the improvement in the color of foods since this attribute is considered a quality criterion. These additives can be produced using industrial effluents as substrates and appropriate organisms, such as Rubrivivax gelatinosus. Oxycarotenoids represent a class of carotenes responsible for the pigmentation of animals and vegetables. R. gelatinosus grows in fish industry effluent with the resulting production of a bacterial biomass containing oxycarotenoids. The purpose of this study was to compare the use of two drying processes - spray and freeze drying - to obtain powder biomass in terms of the process parameters (yield, productivity, and product recovery) and the product characteristics (color, proximate composition, and oxycarotenoids). No difference was detected in the yield between these techniques, while productivity was higher using spray drying. Higher product recovery and moisture were achieved with freeze drying, while ash was higher with spray drying. The freeze dried biomass was redder, darker and less saturated than the spray dried biomass. No difference in oxycarotenoids was detected between the biomasses. Although it results in lower recovery rate, spray drying was faster and more productive, and it provided the same yield as freeze drying, which makes it the method of choice for obtaining R. gelatinosus biomass.

Frog meat microbiota (Lithobates catesbeianus) used in infant food

Captive breeding of bullfrog (Lithobates catesbeianus) is of great economic potential, mainly for its thighs and leather. The nutritional quality of frog meat includes properly balanced amino acids with a protein profile of high biological value, low fat and low cholesterol, and high digestibility due to its short chain molecule structure. It is recommended by doctors and nutritionists, especially for protein restricted children or malnourished children. Aiming to aggregate value to the segment and offer a product with nutritional properties that meet the need of children aged six months and above, a meat product based on the composition of frog meat was developed experimentally. To ensure raw material quality after bleaching and deboning, the microbiota present in the frog meat was determined. The analyses were performed according to Brazilian laws. It was observed that the resident and transient microbiota met the standards set by regulations. The results found were: mesophyll 4.5 x 10(4) CFU/g; Staphylococcus coagulase positive 2.0 x 10² CFU/g; negative for Salmonella sp. and Aeromonas spp. The findings indicate that the raw material showed satisfactory sanitation even in terms of family industry.

Characterization of constituents, quality and stability of pomegranate seed oil (Punica granatum L.)

Abstract This study aimed to characterize pomegranate seed oil and evaluate its quality and stability parameters against those of linseed oil. The profile of fatty acids and phytosterols and the content of tocopherols were analyzed by gas chromatography and high performance liquid chromatography, respectively. The quality of both oils was assessed as recommended by the American Oil Chemists' Society (AOCS) and stability was evaluated using 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), β-carotene bleaching (coupled oxidation of β-carotene/linoleic acid) and Rancimat® assays. While α-linolenic acid (52%) was the most abundant fatty acid in linseed oil (LO), punicic acid (55%) was highest in pomegranate seed oil (PSO). Tocopherols and phytosterols (175 and 539 mg/100 g, respectively) were greater in PSO than in LO (51 and 328 mg/100 g, respectively). Both oils met quality standards. The β-carotene bleaching and the DPPH assays showed greater oxidative stability for PSO than for LO. The Rancimat® method, on the other hand, indicated low stability for both oils.

Tikkureduktio klooridioksidivalkaisussa

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten laite- ja prosessitekniikka, ennen kaikkea sekoitus, vaikuttaa tikkujen liukenemiseen eli tikkureduktioon. Tutkimustyön lähtökohdaksi otettiin se, että sekoituksella on vaikutus tikkupitoisuuteen. Sekoituksen lisäksi selvitettiin muiden valkaisuparametrien (reaktiolämpötila, viive ja valkaisukemikaaliannos) merkitys valkaisujen aikana. Valkaisumenetelminä käytettiin pussivalkaisua ja valkaisua Mark IV-reaktorissa. Näiden suurin ero on sekoitus, joka on Mark IV-reaktorissa hyvin tehokas verrattuna pussivalkaisuihin. Valkaisumenetelmien ja prosessiratkaisujen kehittyessä valkaisukemikaalien kulutusta on vähennetty viime vuosien aikana merkittävästi. Tämän seurauksena valkaisukemikaalikustannukset sekä ympäristökuorma ovat pienentyneet. Kun valkaisukemikaalien käyttöä on vähennetty, tikkujen liukeneminen valkaisuvaiheen aikana on hidastunut. Valmis sellu ei saa sisältää tikkuja, joten niiden määrä on pidettävä hyväksyttävänä. Samanaikaisesti on paine optimoida kemikaalien käyttöä. Tämän kandidaatintyön perusteella voidaan todeta sekoituksella olevan vaikutusta tikkujen liukenemiseen valkaisuvaiheessa, sillä tikkureduktio oli selkeästi parempi Mark IV-reaktorissa tehtyjen valkaisujen jälkeen. Parhaiten tikkuja liukeni valkaisusekvenssissä, kun ensimmäisen klooridioksidivaiheen kemikaaliannos oli korkeampi ja toisen klooridioksidivaiheen matalampi. Käytettyjen prosessimuuttujien tarkemman merkityksen selvittäminen vaatii kuitenkin vielä lisätutkimusta.

Mäntyöljyn tislauksen esikäsittely

Raakamäntyöljy on selluteollisuuden sivutuote. Suopa erotetaan mustalipeästä ja palstoitetaan tuottaen siten raakamäntyöljyä. Raakamäntyöljy tislataan tavanomaisesti viiteen pääjakeeseen: rasvahapot, hartsihapot, mäntyöljytisle, esiöljy ja mäntyöljypiki. Näiden jakeiden lisäksi raakamäntyöljyssä on erityisesti mustalipeästä siihen erottuneita epäpuhtauksia, jotka haittaavat raakamäntyöljyn prosessointia. Epäpuhtauksia ovat orgaaniset ja epäorgaaniset yhdisteet, kuten metallit, suolat ja ligniini. Nämä epäpuhtaudet aiheuttavat haitallisia reaktioita prosessissa huonontaen siten lopputuotejakeiden laatua. Tämän lisäksi epäpuhtaudet aiheuttavat saostumia prosessilaitteissa alentaen siten prosessointitehokkuutta. Raakamäntyöljyn esikäsittelyllä tehostetaan tislauksen toimintaa. Työssä esitetään esikäsittelymenetelmistä mm. degumming-menetelmä, laimea happopesu, hiilidioksidikäsittely, valkaisu ja lämpökäsittely. Menetelmien pohjalta valitaan tätä työtä varten yksi menetelmä, jonka pohjalta suunnitellaan kokeellisessa osassa suoritettavat kokeet. Kokeellinen osuus koostuu esikokeista, varsinaisista kokeista ja lisäkokeista. Menetelmän tarkoituksena on saavuttaa epäpuhtauksille 90–95 % reduktioaste. Kokeiden onnistumista tutkitaan analysoimalla alkuperäinen raakamäntyöljy, sekä jokaisen kokeen jälkeen erotetut faasit. Työssä saavutettiin hyvä erotustehokkuus. Alkuperäisen tavoitteen mukaista reduktioastetta ei pystytty määrittämään eri analyysimenetelmien ja niiden analyysituloksissa ilmenneiden eroavaisuuksien vuoksi, mutta lisäkokeiden ansiosta pystyttiin vahvistamaan kyseisen koejärjestelmän optimaalinen poistoaste. Lisäksi työssä havaittiin että esikäsittelytulos on hyvin riippuvainen käsiteltävän raaka-aineen koostumuksesta.

Environmental assessment and biomonitoring of the Twelve Mile Creek watershed, Niagara Peninsula, Ontario

In light of the heavy reliance of the people of the Niagara Peninsula on the T\\'elve Mile Creek (TMC) watershed for recreational activities and for municipal and industrial uses ( e.g., drinking water, shipping and discharge of effluents), it was deemed prudent to assess the envirol1tnental health of the system by analysing the sediments total and exchangeable metal, and TPH contents. The MOEE has set guidelines with limits for the protection and management of aquatic sediments, and the sediments from the headwaters of the TMC have total metal and TPH (subset of O&G) contents well below the lower provincial limits. Areas of environmental concern where total metal contents in sediments, either individually or collectively, exceed the guideline, are the south side of Lake Gibson, the Old WeIland Canal, a segment of TMC just south of the QEW and Martindale Pond. The total metal content of sediments does not in all instances identify areas of biological concern. Instead, it has been found that the exchangeable metal fraction of sediments is a better indicator of metal availability and thus potential accumulation in organisms. In some instances, the exchangeable metal fraction agrees with the total metal fraction defining areas of environmental concern, but it does vary from site to site reflecting the natural variability of the ambient environment. Overall, the exchangeable metal fraction of sediments appears to be a better indicator of anthropogenic pollution and ecosystem impact. A histochemical study of Anodon.ta sp., Elliptio sp. and zebra mussels (Dreissena polyn'101pha) was done in conjunction with passive biomonitoring of zebra and quagga mussels (Dreissena bugensis) from the Twelve Mile Creek watershed and Lake 51. Clair (Jeanette's Creek, Chatham, Ontario). The highest concentrations of divalent metals such as Cu, Ni, Cd, and Zn, and trivalent Al appear to accumulate in gill and kidney tissues. Metal contents of organ tissues in Anodonta sp. vary with size class. Organ metal content varies among size classes, thus requiring consideration of size in biomonitoring studies. Shucked zebra and quagga mussel tissues, exhibited similar size class to Al content trends. In addition they reflected the Al content trends of top (approximately 10 cm) most sediments in the Twelve Mile Creek watershed. Quagga mussels appear to have higher Al concentrations than zebra mussels, thus suggesting that quagga mussels may be better passive biomonitors of AI. Cd content in zebra mussel tissues, seemed to increase with size class trends. This was not demonstrated in the quagga mussel tissues. This suggests that Cd may be regulated by quagga mussels and not by zebra mussels, and that zebra mussels may be better passivebiomonitors of Cd than are quagga mussels. Zebra mussel, quagga mussel, Anodonta sp., and Elliptio sp. were used in a two part, active (translocated) biomonitoring study of the Twelve Mile Creek watershed. There was no statistical difference in death rates between zebra and quagga mussels after 65 days of biomonitoring. However there does appear to be a difference of death rates between sites. Unfortunately the data base did not permit us to differentiate between sites. Relative to Port Colborne Harbour (Port Colborne, Ontario), the Twelve Mile Creek watershed appears to be elevated in bioavailable AI. An area near the terminus of the Twelve Mile Creek appears to be an area of environmental concern since mussels seemed to have accumulated relatively large concentrations of Cd, Zn, and Pb. In addition to possible metal loading from a nearby outfalls, or possible upstream outfalls, road salt runoff from storm sewers may have contributed to metal accumulation through cation exchanges processes. Similar trends in cumulative quagga mussel metal concentrations during the two time periods (65 and 159 days), suggest that quagga mussels may reach equilibrium within 65 days of translocation. Differences in bioaccumulated metal concentrations of the two dreissenid species demonstrate that active biomonitoring studies must use a variety of organisms to adequately assess the environmental situation of specific waterways and/or bodies.

Environmental assessment of Lake Gibson sediments, water quality, and soils of the Niagara Region

In light of the fact that literature on toxicity of heavy metals in non-acidified freshwater systems is sparse, this project was initiated to conduct an environmental assessment of Lake Gibson. Chemistry of soils from adjacent areas and vineyards in the region provide a comparative background database. Water quality determinations were used to identify and highlight areas of environmental concern within the Lake Gibson watershed. A Shelby Corer was used to obtain 66 sediment cores from Lake Gibson. These were sectioned according to lithology and color to yield 298 samples. A suite of 122 soil samples was collected in the region and vicinity of Lake Gibson. All were tested for metals and some for Total Petroleum Hydrocarbons (TPH). Evaluation of the results leads to the following conclusions: 1. Metal concentrations ofAI, Cd, Cu, Cr, Pb, Ni, Fe and Zn in soils from the Niagara Region are well below background limits set by the Ministry of the Environment and Energy (MOEE) for provincial soils. 2. There is a spatial and depth difference for some of the metals within the various soils. The Cr, Ni and Pb contents of soils vary throughout the region (peffluents and discharges from outfalls, roadways, railways and industrial activities are all degrading the local ecosystem. 6. Mineral oil and greases are a major environmental concern in the sediments of Lake Gibson. Ofthe 240 samples tested for TPH, 200 samples exceed the MOEE Open Water Disposal Guideline of 1,500 mg/kg. 7. Four areas within Lake Gibson are especially degraded with respect to TPH. One area is just downstream from the Old WeIland Canal divergence point and waterfall. Other areas of concern are located just south of Beaverdams Road and just west ofthe Ontario Hydro control pipes; south ofthe Village ofBeaverdams. The fourth area of environmental concern and TPH impact is located between Highway 406 and Merrittville Highway.

Développement de techniques analytiques pour la détermination des agents anti-infectieux dans les eaux environnementales

Les agents anti-infectieux sont utilisés pour traiter ou prévenir les infections chez les humains, les animaux, les insectes et les plantes. L’apparition de traces de ces substances dans les eaux usées, les eaux naturelles et même l’eau potable dans plusieurs pays du monde soulève l’inquiétude de la communauté scientifique surtout à cause de leur activité biologique. Le but de ces travaux de recherche a été d’étudier la présence d’anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées (c.-à-d. eaux usées, eaux naturelles et eau potable) ainsi que de développer de nouvelles méthodes analytiques capables de quantifier et confirmer leur présence dans ces matrices. Une méta-analyse sur l’occurrence des anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées a démontré qu’au moins 68 composés et 10 de leurs produits de transformation ont été quantifiés à ce jour. Les concentrations environnementales varient entre 0.1 ng/L et 1 mg/L, selon le composé, la matrice et la source de contamination. D’après cette étude, les effets nuisibles des anti-infectieux sur le biote aquatique sont possibles et ces substances peuvent aussi avoir un effet indirect sur la santé humaine à cause de sa possible contribution à la dissémination de la résistance aux anti-infecteiux chez les bactéries. Les premiers tests préliminaires de développement d’une méthode de détermination des anti-infectieux dans les eaux usées ont montré les difficultés à surmonter lors de l’extraction sur phase solide (SPE) ainsi que l’importance de la sélectivité du détecteur. On a décrit une nouvelle méthode de quantification des anti-infectieux utilisant la SPE en tandem dans le mode manuel et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Les six anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin et azithromycin) ont été quantifiés à des concentrations entre 39 et 276 ng/L dans les échantillons d’affluent et d’effluent provenant d’une station d’épuration appliquant un traitement primaire et physico- chimique. Les concentrations retrouvées dans les effluents indiquent que la masse moyenne totale de ces substances, déversées hebdomadairement dans le fleuve St. Laurent, était de ~ 2 kg. En vue de réduire le temps total d’analyse et simplifier les manipulations, on a travaillé sur une nouvelle méthode de SPE couplée-LC-MS/MS. Cette méthode a utilisé une technique de permutation de colonnes pour préconcentrer 1.00 mL d’échantillon dans une colonne de SPE couplée. La performance analytique de la méthode a permis la quantification des six anti-infectieux dans les eaux usées municipales et les limites de détection étaient du même ordre de grandeur (13-60 ng/L) que les méthodes basées sur la SPE manuelle. Ensuite, l’application des colonnes de SPE couplée de chromatographie à débit turbulent pour la préconcentration de six anti-infectieux dans les eaux usées a été explorée pour diminuer les effets de matrice. Les résultats obtenus ont indiqué que ces colonnes sont une solution de réchange intéressante aux colonnes de SPE couplée traditionnelles. Finalement, en vue de permettre l’analyse des anti-infectieux dans les eaux de surface et l’eau potable, une méthode SPE couplée-LC-MS/MS utilisant des injections de grand volume (10 mL) a été développée. Le volume de fuite de plusieurs colonnes de SPE couplée a été estimé et la colonne ayant la meilleure rétention a été choisie. Les limites de détection et de confirmation de la méthode ont été entre 1 à 6 ng/L. L’analyse des échantillons réels a démontré que la concentration des trois anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime et clarithromycine) était au dessous de la limite de détection de la méthode. La mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol et les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle ont été explorés comme des méthodes de confirmation possibles.

Développement de méthodes analytiques pour la détection et la quantification de traces de produits pharmaceutiques dans les eaux du fleuve Saint Laurent

Le présent projet vise à documenter la nécessité d’augmenter notre connaissance de la présence des contaminants organiques tels que les médicaments dans l’environnement et d’évaluer leur devenir environnemental. On a étudié la présence de composés pharmaceutiques dans différents échantillons d'eau. On a focalisé nos efforts spécialement sur les échantillons d'eau de l'usine d'épuration de la Ville de Montréal et ses effluents, les eaux de surface avoisinantes et l’eau du robinet dans la région de Montréal. Pour ce faire, on a tout d’abord développé deux méthodes analytiques automatisées basées sur la chromatographie liquide avec extraction en phase solide (SPE) couplée à la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). On a également étudié les performances des trois techniques d'ionisation à pression atmosphérique (API), pour ensuite les utiliser dans la méthode analytique développée. On a démontré que l'ionisation par électronébulisation (ESI) est une méthode d'ionisation plus efficace pour l'analyse des contaminants pharmaceutiques dans des échantillons de matrices très complexes comme les eaux usées. Une première méthode analytique SPE couplée à la LC-MS/MS a été développée et validée pour l'étude des échantillons complexes provenant de l'usine d'épuration de la Ville de Montréal et des eaux de surface près de l'usine. Cinq médicaments de prescription ont été étudiés: le bézafibrate (un régulateur de lipides), le cyclophosphamide et le méthotrexate (deux agents anticancéreux), l'orlistat (un agent anti-obésité) et l’énalapril (utilisé dans le traitement de l'hypertension). La plupart de ces drogues sont excrétées par le corps humain et rejetées dans les eaux usées domestiques en faisant par la suite leur chemin vers les usines municipales de traitement des eaux usées. On a pu démontrer qu'il y a un faible taux d’élimination à l'usine d'épuration pour le bézafibrate et l'énalapril. Ces deux composés ont aussi été détectés dans les eaux de surface sur un site à proximité immédiate de la décharge de l’effluent de la station d'épuration. i En observant la nécessité de l'amélioration des limites de détection de la première méthode analytique, une deuxième méthode a été développée. Pour la deuxième méthode, un total de 14 contaminants organiques, incluant trois agents anti-infectieux (clarithromycin, sulfaméthoxazole et triméthoprime), un anticonvulsant (carbamazépine) et son produit de dégradation (10,11-dihydrocarbamazépine), l'agent antihypertensif (enalapril), deux antinéoplastiques utilisés en chimiothérapie (cyclophosphamide et méthotrexate), des herbicides (atrazine, cyanazine, et simazine) et deux produits de transformation de l’atrazine (deséthylatrazine et déisopropylatrazine) ainsi qu’un agent antiseptique (triclocarban). Ces produits ont été quantifiés dans les eaux de surface ainsi que dans l’eau du robinet. L'amélioration des limites de détection pour cette méthode a été possible grâce à la charge d'un volume d'échantillon supérieur à celui utilisé dans la première méthode (10 mL vs 1 mL). D'autres techniques de confirmation, telles que les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle et la mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol, ont été explorées. L'utilisation d'un analyseur de masse à temps d’envol a permis la confirmation de 6 des 14 analytes. Finalement, étant donné leur haute toxicité et pour évaluer leur persistance et leur transformation au niveau du traitement des eaux potables, la cinétique d'oxydation du cyclophosphamide et de méthotrexate avec l'ozone moléculaire et des radicaux OH a été étudiée. Les constantes de dégradation avec l'ozone moléculaire ont été calculées et la qualité de l'eau après traitement a pu être évaluée. Le rendement du processus d'ozonation a été amélioré pour la cyclophosphamide dans les eaux naturelles, en raison de la combinaison de réactions directes et indirectes. Cette étude a montré que l'ozone est très efficace pour oxyder le méthotrexate mais que le cyclophosphamide serait trop lent à s’oxyder pour un traitement efficace aux conditions usuelles de traitement de l’eau potable.