Rheological characterization of polysaccharide gels

In this Master’s Thesis work the rheological properties of different polysaccharide gels have been studied. The results of this study are used as a starting point for further investigations of potential applications. In order to understand rheological behavior of studied materials, the commercial hydrocolloids such as sodium carboxymethyl cellulose, xanthan gum and guar gum were used as reference and comparison material for rheological studies. As a part the rheological research the development and implementation of proper measurement methods for studied materials were carried out. In the literature review, short introductions of studied materials and application areas of rheological modifiers are summarized. In addition, basic rheological concepts and key fundamentals are explained. In the experimental part the focus was on the rheological characterization of aqueous suspensions of studied materials. Especially, gel strength and solution stability were investigated. The rheological measurements included both rotational and oscillatory measurements in different conditions, where several chemical and physical properties were measured with Anton Paar MCR302 dynamic rotational rheometer. Studied polysaccharide gels can be clearly defined to be shear thinning and thixotropic materials. They have strong gel forming properties even at low concentrations, which explains the superior thickening behavior for some of the samples. Along with rheological characterization of selected materials the factors behind different phenomena were investigated. To reveal value and potential use of polysaccharide gels the influence of various factors such as concentration, temperature and ionic strength were determined. The measurements showed a clear difference between studied materials under investigated external parameters.

Macrocospic and physiochemical characterization of a sugarless and gluten-free cake enriched with fibers made from pumpkin seed (Cucurbita maxima, L.) flour and cornstarch

The Consumers' interest for products with caloric reduction has increased, and their development is a technological challenge. The consumption of cakes has grown in importance and the demand for dietary products has stimulated the use of sweeteners and the optimization of bakery products. The consumption of fibers is related to chronic diseases prevention. Pumpkin seeds (maximum Cucurbita, L.), rich in fibers, can be used as a source of fiber in food products. A gluten-free diet is not easy to follow since gluten free products are not always available. The objective of this work was to perform a physicochemical characterization of cakes prepared with flours blends (FB) based on Pumpkin Seed Flour (PSF). The cakes were elaborated with FB in the ratios of 30:70 (C30) and 40:60 (C40) of PSF and cornstarch (CS), respectively. The results showed gluten absence and near-neutral pH. The chemical analysis of C30 and B40 showed increase of ashes, lipids, proteins, and insoluble dietary fiber and a decrease in the content of carbohydrates and calories. The chemical composition of C40 presented the greatest content of lipids, proteins, and dietary fibers, the lowest content of calories, and the best physical parameters. Therefore, both products proved suitable for human consumption.

Characterization of fruits from the savanna: Araça (Psidium guinnensis Sw.) and Marolo (Annona crassiflora Mart.)

The objective of this work was to characterize fruits from the Brazilian savanna by means of physical and chemical analyses. The results obtained for araça peel, araça pulp and marolo pulp, respectively, were: moisture (77.03, 80.41 and 70.56 g.100 g-1), ash (0.65, 0.44 and 0.54 g.100 g-1), protein (1.39, 1.87 and 1.99 g.100 g-1), lipids (0.32, 0.33 and 2.36 g.100 g-1), total carbohydrates (90.88 , 78.25 and 24.55 g.100 g-1), total soluble sugars (8.45, 9.99 and 127.4 g.100 g-1), pH (3.76, 3.99 and 4.49), soluble solids (11° Brix, 8.8 °Brix and 21.4 °Brix) and antioxidant potential (16.33, 12.75 and 34.29 discoloration DPPH/100 mL). Calcium was the predominant mineral in araça (490 mg.kg-1 peel and 485 mg.kg-1 pulp) while magnesium was in marolo (350 mg.kg-1). Citric acid was the predominant organic acid in araça (3125 μg.g-1 peel and 881.25 μg.g-1 pulp) and Malic acid was predominant in marolo (76.68 μg.g-1). Therefore, given their nutrient contents, the consumption of these fruits from the savanna should be encouraged.

Characterization of Brazilian wheat cultivars for specific technological applications

Functional and technological properties of wheat depend on its chemical composition, which together with structural and microscopic characteristics, define flour quality. The aim of the present study was to characterize four Brazilian wheat cultivars (BRS Louro, BRS Timbauva, BRS Guamirim and BRS Pardela) and their respective flours in order to indicate specific technological applications. Kernels were analyzed for test weight, thousand kernel weight, hardness, moisture, and water activity. Flours were analyzed for water activity, color, centesimal composition, total dietary fiber, amylose content and identification of high molecular weight glutenins. The rheological properties of the flours were estimated by farinography, extensography, falling number, rapid visco amylography, and glutomatic and glutork equipment. Baking tests and scanning electron microscopy were also performed. The data were subjected to analysis of variance and principal component analysis. BRS Timbauva and BRS Guamirim presented results that did not allow for specific technological application. On the other hand, BRS Louro presented suitable characteristics for the elaboration of products with low dough strength such as cakes, pies and biscuits, while BRS Pardela seemed suitable for bread and pasta products.

Characterization and development of marolo (Annona crassiflora, Mart.)

The objectives of this study was the physical, chemical, and physiological characterization of marolo (Annona crassiflora, Mart.) during its development. The fruits were harvested 12 Km off Itumirim, Southern Minas Gerais, Brazil, at 20-d intervals from anthesis to fruit maturity. The first fruits were harvested within 60 days. The total development of the fruit took 140 days starting from anthesis. At 140 days after anthesis, the fruit reached its maximum size, with mass of 1.380g, transverse diameter of 13.0 cm, and longitudinal diameter of 11.5 cm. During its development, the fruit showed increase in mass and in traverse and longitudinal diameters. The changes during maturation and ripening, such as: pH reduction and starch degradation, pectic solubilization, and increase in total sugars, soluble solids (ºB), respiratory rate (CO2), titratable acidity, vitamin C, and β-caroteno were observed from the 120th day of marolo development. A decrease in ability to sequester free radicals was observed up the 120th day, followed by an increase. The volatile compounds identified at the end of the development included the esters group only.

Characterization of goat milk and potentially symbiotic non-fat yogurt

Combining prebiotics and probiotic microorganisms improve quality in the formulation of foods. In this paper, the characteristics of goat milk and symbiotic yogurt were studied. Raw goat milk was analyzed and the skimming process was optimized. For the formulation of a potentially non-fat symbiotic yogurt made with skimmed goat milk, inulin, gelatin, sugar, and Streptococcus salivarius subsp. thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and Lactobacillus casei subsp. rhamnoshus. Chemical characteristics, acceptability, and viability of lactic acid bacteria and probiotic culture were assessed. The protein and fat content of the raw milk was 2.90 and 3.56 g/100 mL, respectively. The optimum skimming process was obtained at 9,800 rpm and 4 °C for 15 minutes. The product formulated had a protein and fat content of 4.04 to 0.04 g/100 mL, good sensory properties, and acceptability of 95%. The lactic bacteria count was 9 × 10(7) CFU mL- 1, and probiotic culture count was higher than 1 × 10(6) CFU mL- 1, which guarantees their effect and capacity to survive in the digestive tract and spread in the intestine. The yogurt was stable during the 21 days of storage. Therefore, this study shows that goat milk yogurt is an adequate delivery vehicle of the probiotic culture L. casei and inulin.

Characterization of the phenolic and antioxidant profiles of selected culinary herbs and spices: caraway, turmeric, dill, marjoram and nutmeg

Culinary herbs and spices have long been considered essentially as flavor enhancers or preservatives, with little attention given to their potential health-promoting properties. Nevertheless, recent research has shown them to be significant dietary sources of bioactive phenolic compounds. Despite noteworthy efforts performed in recent years to improve our knowledge of their chemical composition, a detailed phenolic profile of these plant-based products is still lacking. In the present work, antioxidant activities and phenolic composition of five herbs and spices, namely caraway, turmeric, dill, marjoram and nutmeg, have been studied. The use of liquid chromatography coupled to LTQ-Orbitrap mass spectrometry enabled the identification of up to 42 phenolic compounds. To the best of our knowledge, two of them, apigenin-C-hexoside-C-pentoside and apigenin-C-hexoside-C-hexoside have not been previously reported in turmeric. Qualitative and quantitative differences were observed in polyphenol profiles, with the highest phenolic content found in caraway. Multivariate statistical treatment of the results allowed the detection of distinctive features among the studied herbs and spices.

Chemical markers and antifungal activity of red propolis from Sergipe, Brazil

The aim of this study was to analyze the physicochemical properties and antifungal activities of the red propolis samples from Sergipe, Brazil, and also evaluate their variability throughout the year. The characterization of the hydroalcoholic extract (HPE) of the red propolis samples was performed monthly from October 2009 to September 2010. The concentrations of the bioactive compounds varied during the year, but their chromatographic profiles were similar. Four compounds were identified by comparison with authentic standards. Formononetin was one of the predominant compounds in all propolis extracts. In our study, it was observed that all the propolis samples inhibited the growth of Candida species. Multivariate analysis confirmed the variations in chemical composition and color of the HPEs throughout the year. The biological activities of the HPEs were statistically significant (p<0.05), and all samples exhibited antifungal properties.

Characterization of a hydrolyzed oil obtained from fish waste for nutraceutical application

The fish industry generates high volume of waste from fish oil that can have the extraction of its lipids used as nutraceuticals and foods. The objective of this study was to produce unsaturated fatty acids from industrialized fish oil by means of a differentiated hydrolysis process. The samples used were crude fish oil obtained from Campestre industry and characterized through physical-chemical parameters, according to AOCS: acidity, peroxide, saponification, iodine and percentage of free fatty acids and also obtained the fatty acid profile through derivatization method for gas chromatography. The results obtained for the oleochemical indices for refined oil were similar to the data found on the literature. The content of polyunsaturated fatty acids (PUFA) was found of 32,78%, with 9,12% of docosahexaenoic (DHA) and 10,36% of eicosapentaenoic (EPA), regarding monounsaturated fatty acids (MUFA) content was of 30,59% in the hydrolyzed fish oil in relation to refined (20,06%). Thus, it can be concluded that the hydrolysis process used for oils from fish-waste was satisfactory on the production of absolute yield of lipids in the process and significant preservation on the percentages of EPA and DHA, interesting on the production of nutraceuticals and nutrition of aquatic animals, including shrimp in captivity.

Characterization and nutritional value of precooked products of kiwicha grains (Amaranthus caudatus)

AbstractKiwicha has significant nutritional characteristics. It is commonly used as a puffed product, but there is little research on the lamination process. In this paper, the physical, functional properties, chemical composition and acceptability of the precooked kiwicha grains were studied. Puffed (PK) and laminated kiwicha (LK) were made. Puffed amaranth (CPA) was used as a commercial reference standard. The raw grain (RG) showed a higher bulk density (0.85 g/ml) than in PK (0.18 g/ml) and LK (0.38 g/ml). Both products had a good expansion. The yellow index decreased in PK (50.92) and LK (45.87) respect to RG (65.64). The largest was CPA (58.54). In all the products, the precooking increased the index of absorption, solubility and swelling power. Also, they showed major pasting temperature, low peak viscosity and breakdown viscosity. In both formulated products, the content of total, soluble and insoluble dietary fibre decreased during the precooking process. The content of protein was optimal (between 14.57-14.59 g/100g). PK had high acceptability (5.84), preference (84.48%), purchase (38.79%) and consumption (43.96%) intention. The lowest was CPA. This work demonstrates that it’s feasible to make precooked products with good quality characteristics, chemical composition and acceptability for the development of new products.

Characterization of biomasses from the north and northeast regions of Brazil for processes in biorefineries

Abstract In search for renewable energy sources, the Brazilian residual biomasses stand out due to their favorable physical and chemical properties, low cost, and their being less pollutant. Therefore, they are likely to be used in biorefineries in the production of chemical inputs to substitute fossil fuels. This substitution is possible due to the high contents of carbohydrates (>40%), low contents of extractives (<20%), ashes (<8%) and moisture (<8%) found in these residual biomasses. High calorific values of all residues also offer them the chance to be used in combustion. A principal components analysis (PCA) was performed for better understanding of the samples and their hysic-chemical properties. Thus, this study aimed to characterize biomasses from the north (babassu residues, such as mesocarp and endocarp; pequi and Brazil nut) and northeast (agave and coconut) regions of Brazil, in order to contribute to the preservation of the environment and strengthen the economy of the region.

Electrospinning and characterization of self-assembled inclusion complexies

L’électrofilage est une technique permettant de fabriquer des fibres polymériques dont le diamètre varie entre quelques nanomètres et quelques microns. Ces fibres ont donc un rapport surface/volume très élevé. Les fibres électrofilées pourraient trouver des applications dans le relargage de médicaments et le génie tissulaire, comme membranes et capteurs chimiques, ou dans les nanocomposites et dispositifs électroniques. L’électrofilage était initialement utilisé pour préparer des toiles de fibres désordonnées, mais il est maintenant possible d’aligner les fibres par l’usage de collecteurs spéciaux. Cependant, il est important de contrôler non seulement l’alignement macroscopique des fibres mais aussi leur orientation au niveau moléculaire puisque l’orientation influence les propriétés mécaniques, optiques et électriques des polymères. Les complexes moléculaires apparaissent comme une cible de choix pour produire des nanofibres fortement orientées. Dans les complexes d’inclusion d’urée, les chaînes polymères sont empilées dans des canaux unidimensionnels construits à partir d’un réseau tridimensionnel de molécules d’urée liées par des ponts hydrogène. Ainsi, les chaînes polymère sonts très allongées à l’échelle moléculaire. Des nanofibres du complexe PEO-urée ont été préparées pour la première fois par électrofilage de suspensions et de solutions. Tel qu’attendu, une orientation moléculaire inhabituellement élevée a été observée dans ces fibres. De tels complexes orientés pourraient être utilisés à la fois dans des études fondamentales et dans la préparation de matériaux hiérarchiquement structurés. La méthode d’électrofilage peut parfois aussi être utilisée pour préparer des matériaux polymériques métastables qui ne peuvent pas être préparés par des méthodes conventionnelles. Ici, l’électrofilage a été utilisé pour préparer des fibres des complexes stables (α) et "métastables" (β) entre le PEO et l’urée. La caractérisation du complexe β, qui était mal connu, révèle un rapport PEO:urée de 12:8 appartenant au système orthorhombique avec a = 1.907 nm, b = 0.862 nm et c = 0.773 nm. Les chaînes de PEO sont orientées selon l’axe de la fibre. Leur conformation est significativement affectée par les ponts hydrogène. Une structure en couches a été suggérée pour la forme β, plutôt que la structure conventionnelle en canaux adoptée par la forme α. Nos résultats indiquent que le complexe β est thermodynamiquement stable avant sa fonte et peut se transformer en forme α et en PEO liquide par un processus de fonte et recristallisation à 89 ºC. Ceci va dans le sens contraire aux observations faites avec le complexe β obtenu par trempe du complexe α fondu. En effet, le complexe β ainsi obtenu est métastable et contient des cristaux d’urée. Il peut subir une transition de phases cinétique solide-solide pour produire du complexe α dans une vaste gamme de températures. Cette transition est induite par un changement de conformation du PEO et par la formation de ponts hydrogène intermoléculaires entre l’urée et le PEO. Le diagramme de phases du système PEO-urée a été tracé sur toute la gamme de compositions, ce qui a permis d’interpréter la formation de plusieurs mélanges qui ne sont pas à l’équilibre mais qui sont été observés expérimentalement. La structure et le diagramme de phases du complexe PEO-thiourée, qui est aussi un complexe très mal connu, ont été étudiés en détail. Un rapport molaire PEO :thiourée de 3:2 a été déduit pour le complexe, et une cellule monoclinique avec a = 0.915 nm, b = 1.888 nm, c = 0.825 nm et β = 92.35º a été déterminée. Comme pour le complexe PEO-urée de forme β, une structure en couches a été suggérée pour le complexe PEO-thiourée, dans laquelle les molécules de thiourée seraient disposées en rubans intercalés entre deux couches de PEO. Cette structure en couches pourrait expliquer la température de fusion beaucoup plus faible des complexes PEO-thiourée (110 ºC) et PEO-urée de forme β (89 ºC) en comparaison aux structures en canaux du complexe PEO-urée de forme α (143 ºC).

Synthesis and characterization of main-chain bile acid-based degradable polymers

Les acides biliaires sont des composés naturels existants dans le corps humain. Leur biocompatibilité, leur caractère amphiphile et la rigidité de leur noyau stéroïdien, ainsi que l’excellent contrôle de leurs modifications chimiques, en font de remarquables candidats pour la préparation de matériaux biodégradables pour le relargage de médicaments et l'ingénierie tissulaire. Nous avons préparé une variété de polymères à base d’acides biliaires ayant de hautes masses molaires. Des monomères macrocycliques ont été synthétisés à partir de diènes composés de chaînes alkyles flexibles attachées à un noyau d'acide biliaire via des liens esters ou amides. Ces synthèses ont été réalisées par la fermeture de cycle par métathèse, utilisant le catalyseur de Grubbs de première génération. Les macrocycles obtenus ont ensuite été polymérisés par ouverture de cycle, entropiquement induite le catalyseur de Grubbs de seconde génération. Des copolymères ont également été préparés à partir de monolactones d'acide ricinoléique et de monomères cycliques de triester d’acide cholique via la même méthode. Les propriétés thermiques et mécaniques et la dégradabilité de ces polymères ont été étudiées. Elles peuvent être modulées en modifiant les différents groupes fonctionnels décorant l’acide biliaire et en ayant recours à la copolymérisation. La variation des caractéristiques physiques de ces polymères biocompatibles permet de moduler d’autres propriétés utiles, tel que l’effet de mémoire de forme qui est important pour des applications biomédicales.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Synthesis, Spectral Characterization, Structural Studies and Biological Investigations of Transition Metal Complexes of Some Acid Hydrazones

This study concentrates the chemical properties of hydrazones due to its chelating capability and their pharmacological applications. Studies cover the preparation of different acid hydrazones and their structural studies and studies on their antimicrobial activity, synthesis and spectral characterization of different complexes of copper oxovanadium, manganese, nickel etc. Effect of incorporation of heterocyclic bases to the coordination sphere, change in the biological activity of acid hydrazones upon coordination, development of X-ray quality single crystals and its X-ray diffraction studies, studies on the redox behavior of the coordinated metal ions and correlation between the stereochemistry and biological activities.