Geochemistry, chlorin concentrations and diatom abundance in sediments of lake Rotsee, Switzerland

The effects of eutrophication on short term changes in the microbial community were investigated using high resolution lipid biomarker and trace metal data for sediments from the eutrophic Lake Rotsee (Switzerland). The lake has been strongly influenced by sewage input since the 1850s and is an ideal site for studying an anthropogenically altered ecosystem. Historical remediation measures have had direct implications for productivity and microbial biota, leading to community composition changes and abundance shifts. The higher sewage and nutrient input resulted in a productivity increase, which led predominantly to a radiation in diatoms, primary producers and methanogens between about 1918 and 1921, but also affected all microorganism groups and macrophytes between about 1958 and 1972. Bacterial biomass increased in 1933, which may have been related to the construction of a mechanical sewage treatment plant. Biomarkers also allowed tracing of fossil organic matter/biodegraded oil contamination in the lake. Stephanodiscus parvus, Cyclotella radiosa and Asterionella formosa were the dominant sources of specific diatom biomarkers. Since the 1850s, the cell density of methanogenic Archaea (Methanosaeta spp.) ranged within ca. 0.5-1.8 x 10**9 cells/g dry sediment and the average lipid content of Rotsee Archaea was ca. 2.2 fg iGDGTs/cell. An altered BIT index (BITCH), indicating changes in terrestrial organic matter supply to the lake, is proposed.

Multi-proxy records of Two-Yurts Lake

Within the scope of Russian-German palaeoenvironmental research, Two-Yurts Lake (TYL, Dvuh-Yurtochnoe in Russian) was chosen as the main scientific target area to decipher Holocene climate variability on Kamchatka. The 5x2 km large and 26 m deep lake is of proglacial origin and situated on the eastern flank of Sredinny Ridge at the northwestern end of the Central Kamchatka Valley, outside the direct influence of active volcanism. Here, we present results of a multi-proxy study on sediment cores, spanning about the last 7000 years. The general tenor of the TYL record is an increase in continentality and winter snow cover in conjunction with a decrease in temperature, humidity, and biological productivity after 5000-4500 cal yrs BP, inferred from pollen and diatom data and the isotopic composition of organic carbon. The TYL proxy data also show that the late Holocene was punctuated by two colder spells, roughly between 4500 and 3500 cal yrs BP and between 1000 and 200 cal yrs BP, as local expressions of the Neoglacial and Little Ice Age, respectively. These environmental changes can be regarded as direct and indirect responses to climate change, as also demonstrated by other records in the regional terrestrial and marine realm. Long-term climate deterioration was driven by decreasing insolation, while the short-term climate excursions are best explained by local climatic processes. The latter affect the configuration of atmospheric pressure systems that control the sources as well as the temperature and moisture of air masses reaching Kamchatka.

Granulometry, geochemistry, amino acids, radiocarbon ages and paleomagnetics of samples from Heidemann Valley

A Pliocene (2.6-3.5 Ma) age is determined from glacial sediments studied in a 20m long, 4 m deep trench excavated in Heidemann Valley, Vestfold Hills, East Antarctica. The age determination is based on a combined study of amino acid racemization, diatoms, foraminifera, and magnetic polarity, and supports earlier estimates of the age of the sedimentary section; all are beyond 14C range. Four till units are recognized and documented, and 16 subunits are identified. All are ascribed to deposition during a Late Pliocene glaciation that was probably the last time the entire Vestfold Hills was covered by an enlarged East Antarctic Ice Sheet (EAIS). Evidence for other more recent glacial events of the 'Vestfold Glaciation' may have been due to lateral expansion of the Sorsdal Glacier and limited expansion of the icesheet margin during the Last Glacial Maximum rather than a major expansion of the EAIS. The deposit appears to correlate with a marine deposition event recorded in Ocean Drilling Program Site 1166 in Prydz Bay, possibly with the Bardin Bluffs Formation of the Prince Charles Mountains and with part of the time represented in the ANDRILL AND-1B core in the Ross Sea.

Biogenic opal and diatoms in surface sediments of the South Western Atlantic

Based on 66 surface sediment samples collected in the SW Atlantic Ocean between 27 and 50°S, this study presents an overview of the spatial distribution of biogenic opal and diatom concentrations, and diatom assemblages. Biogenic opal has highest values in the deepest, pelagic stations and decreases toward the slope. Diatoms closely follow the spatial trend of opal. Diatom assemblages reflect the present-day dominant hydrographical features. Antarctic diatoms are the main contributors to the preserved diatom community in core top sediments, with coastal planktonic and tropical/subtropical diatoms as secondary components. Dominance of Antarctic diatoms between 35 and 50°S in the pelagic realm mirrors the northward displacement of Antarctic-source water masses, characterized by high nutrient content and low salinity. Northward of ca. 35°S, the highest contribution of tropical/subtropical, pelagic diatoms, typical for nutrient-poor and high salinity waters, matches the main southward path of the Brazil Current. Mixing of Antarctic and tropical waters down up to 45°S is clearly illustrated by the diatom assemblage. Concentrations of biogenic opal and diatoms rather reflect the path of predominant water masses, but are less correlated with surface water productivity in the SW Atlantic.

Paleoclimate investiations on sediment core PG1984 from Lake Sysy-Kyuele, northern Siberia

In northeastern Siberia, Russia, a 1.2 m sediment core was retrieved and radiocarbon dated from a small and shallow lake located at the western side of the lower Lena River (N 69°24', E 123°50', 81 m a.s.l.). The objective of this paper is to reconstruct the palaeoenvironmental variability and to infer major palaeoclimate trends that have occurred since ~ 13.3 cal. kyrs BP. We analysed the diatom assemblages, sedimentology (grain size, total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN)), and the elemental and mineralogical composition using X-ray fluorescence (XRF) and X-ray diffractometry (XRD) of the sediment core. Our results show parallel changes in the diatom species composition and sediment characteristics. Enhanced minerogenic sediment input and the occurrence of pyrite is indicative of a cold period between ~ 12.7-11.6 cal. kyrs BP. The diatom data enable a qualitative inference about the local ecological conditions to be made, and reveal an oligotrophic lake system with alkaline and cold conditions during the earliest Holocene. Moderately warmer climates are inferred for the period from ~ 9.1 to 5.7 cal. kyrs BP. The major shift in the diatom assemblage, from dominance of small benthic fragilarioid taxa to a more complex diatom flora with an influx of several achnanthoid and naviculoid diatom species, occurred after a transitional period of about 1400 years (7.1 to 5.7 cal. kyrs BP) at ~ 5.7 cal. kyrs BP, indicating a circumneutral and warmer hydrological regime during the Holocene thermal maximum (HTM). Diatom valve concentrations declined starting ~ 2.8 cal. kyrs BP, but have been rising again since less than or equalt to 600 cal. years BP. This has occurred in parallel to the increased presence of acidophilous diatom taxa (e.g. Eunotia spp.) and decreased presence of small benthic fragilarioid species in the most recent sediments, which is interpreted as the result of neoglacial cooling and subsequent recent climate warming. Our findings are compared to other lake-inferred climate reconstructions along the Lena River. We conclude that the timing and spatial variability of the HTM in the lower Lena River area reveal a temporal delay from north to south.

Efeito da disponibilidade de oxigénio na produção de bioetanol por Scheffersomyces stipitis

O bioetanol constitui uma alternativa renovável aos combustíveis fósseis. Contudo, o bioetanol de primeira geração, produzido a partir de matérias-primas alimentares, desencadeou sérios problemas económicos e sociais, pelo que é fundamental encontrar estratégias que permitam a viabilidade comercial do bioetanol de segunda geração, produzido a partir de matérias-primas lenho-celulósicas. O licor de cozimento ao sulfito ácido de árvores folhosas (HSSL) é um subproduto da indústria papeleira que, devido ao seu elevado conteúdo em açúcares, pode ser utilizado como substrato para a produção de bioetanol de segunda geração. No entanto, a maior fração dos açúcares do HSSL é composta por pentoses. Por isso, a fermentação do HSSL é realizada pela levedura Scheffersomyces stipitis, pois esta é capaz de fermentar tanto as hexoses como as pentoses. Todavia, a S. stipitis só produz etanol sob condições microaerófilas, pelo que o maior desafio da produção de bioetanol por S. stipitis reside no estabelecimento das condições ótimas de arejamento. Este trabalho teve assim por objetivo estabelecer uma estratégia de arejamento que permita a eficiente produção de bioetanol a partir de HSSL por S. stipitis C4, a qual é uma estirpe adaptada a este substrato. Deste modo, foram realizados ensaios em Erlenmeyer, de modo a caracterizar o crescimento da S. stipitis C4, e ensaios em biorreator, com vista a estudar a produção de etanol por S. stipitis C4 em duas estratégias de arejamento diferentes. Na primeira estratégia foi usado apenas um único estágio de arejamento, com controlo da tensão de oxigénio dissolvido, DOT (%), e na segunda estratégia foram usados dois estágios de arejamento, com controlo da DOT no primeiro estágio e com restrição de oxigénio no segundo estágio. Nos ensaios em Erlenmeyer com HSSL o crescimento da S. stipitis C4 foi completamente inibido. Por sua vez, nos ensaios em biorreator com um único estágio de arejamento o controlo da DOT não permitiu a produção de etanol. No entanto, nos ensaios com dois estágios de arejamento em meio sintético foi possível produzir etanol de forma eficiente. Nesta estratégia, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio de arejamento permitiu aumentar a taxa específica de crescimento máxima e o rendimento em biomassa do primeiro estágio. Para além disso, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio também permitiu aumentar a produtividade em etanol durante o segundo estágio de arejamento. Por sua vez, no segundo estágio de arejamento verificou-se que a restrição de oxigénio evitou a reassimilação de etanol pela S. stipitis C4. Deste modo, os melhores resultados para a produção de etanol foram obtidos com controlo da DOT a 50% durante o primeiro estágio e com 0 mLAr.min-1 e 250 rpm durante o segundo estágio de arejamento. A aplicação desta estratégia de arejamento a 60% HSSL/40% meio sintético permitiu obter, no primeiro estágio de arejamento, uma taxa específica de crescimento máxima de 0,17 h-1, o que demonstra que a elevada disponibilidade de oxigénio durante o primeiro estágio aumenta a tolerância da S. stipitis C4 aos inibidores. Para além disso, a taxa volumétrica de produção de etanol e o rendimento em etanol de toda a fermentação foi de respetivamente de 0,03 g.L-1.h-1 e 0,38 g.g-1. Assim, a elevada eficiência de conversão dos açúcares em etanol (74,4%) demostra que a fermentação com dois estágios de arejamento constitui uma estratégia promissora para a produção de bioetanol de segunda geração a partir de HSSL.

Isolation and structural characterization of fucoidans from the brown algae Fucus vesiculosus

agricultural, pharmaceutical, cosmetic or bioenergy applications. They contain bioactive compounds, namely, polysaccharides Fucoidan. These polysaccharides are mainly constituted by fucose residues and sulfate esters, and have been reported to possess a broad variety of bioactivities, such as anticoagulant, anti-thrombotic, anti-inflammatory, anti-tumor, antiviral and antioxidant. In this work, the fucoidans from brown seaweed Fucus vesiculosus from “Ria de Aveiro” were isolated and characterized in order to add value to this natural resource of the region. The polysaccharides from the algae were extracted with hot water and fractioned by ethanol precipitation and calcium chloride salts. They were further purified by using anion-exchange chromatography, allowing to separate the neutral polysaccharides (laminaranas) from those negatively charged (sulfated fucoidans and alginate). The purified polysaccharides showed high content of fucose (41 mol%) and sulfates (50 mol%), having also galactose residues (6 mol%), which confirm the presence of only sulfated fucoidans. Glycosidic linkages analysis show the presence of high amounts of terminal fucose (25%) and (1→3,4)-Fuc (26%), allowing to infer that the fucoidans were highly branched. These fucoidans are composed also by (1→2)-Fuc (14%) and (1→3)-Fuc linkages (10-16%). In this work it was also tested an alternative extraction technology, the microwave hydrodiffusion and gravity system, where it was possible to extract sugars, although in low yields. However, this methodology allowed to extract polysaccharides, constituted mainly by fucose and uronic acids, as well as mannitol, without the need to add any solvent, obtaining at the end the dry alga. The current work allowed to characterize the structure of the fucoidans isolated from “Ria de Aveiro” F. vesiculosus. The presence of high content of sulfate residues and the high branch degree of the purified fucoidans allow to infer that these polysaccharides could have potential to be studied for biomedical applications, according to their biological activities.

Crescimento micelial de Ganoderma lucidum em diferentes substratos e relação com concentração de β-Glucanas, atividade antioxidante e efeitos sobre o desempenho de coelhos

Ganoderma lucidum is a medicinal mushroom traditionally consumed in Asian countries that presents several beneficial effects already verified. Despite all studies about their bioactive compounds, the best cultivation media enrichment aiming to increase the production of these compounds is still uncertain. Besides, few studies are related to the performance of production animals. In order to test different cultivation media for G. lucidum mycelia, agricultural residues (solid state fermentation) and different sugars and aminoacids (in culture media with agar), were tested to evaluate G. lucidum mycelium growth. Supply of flour with G. lucidum mycelia obtained by solid state fermentation (wheat grain) for rabbits was also evaluated. Mycelium of G. lucidum developed very well in all agricultural residues, soybean hulls was the residue that presented higher growth rate and higher concentration of β-glucans. In the cultivation media experiment, G. lucidum also developed well, media that contained cellobiose and tyrosine, despite presenting lower growth rates and total growth within 10 days, produced mycelia with higher concentration of β-glucans and trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC), respectively. Rabbits did not show any sign of intolerance to feed with different concentrations of flour with G. lucidum mycelium. All performance parameters and dressing percentages were adequate to the age at which they were slaughtered. Histological evaluation of organs presented alterations in renal cells (tubular and glomerulus), indicating a possible renal lesion according to the increase of flour with mycelium in feed. Histomorphometric evaluation showed increased vilous height in ileum and decreased vilous width of jejunus at 0.5% concentration, and decrease in crypt diameter according to the increase of concentration of flour with mycelium in feed. These results indicate the possibility of more studies regarding the aspects about cellobiose and tyrosine utilization for the production of bioactive compounds, and about toxicity of this mushroom mycelia, assuring the safety in supplying this product for animails.

Uso de diferentes agentes ligantes no desenvolvimento de barra de cereal salgada adicionada de chia (Salvia hispânica L.)

The objective of this study was to evaluate different binders when preparing salt cereal bars and to characterize them as physical, physico-chemical and sensory parameters. Four formulations of different cereal bars using binders have been developed. The evaluated binders were collagen, guar gum, xanthan gum and psyllium. The developed cereal bars were evaluated according to their physical characteristics (color and texture), physicochemical (pH, moisture, ash, protein, lipids, Aw, crude fiber) beyond their calorie, fatty acid composition and concentration of the main minerals. Among the four binding agents evaluated, psyllium stood out due to its physicochemical characteristics. A cereal bar high in protein and fiber; low in carbohydrates and water activity. The binding agent guar gum and xanthan showed characteristics similar to psyllium, especially regarding to fiber content. Collagen as binder gave the final product a high level in protein and lipid. The color and texture analyzes showed that the salt cereal bars had the color and crispness characteristics for this type of product. Regarding to the composition in the fatty acid, the developed bars offer a good supply of essential fatty acids to the human body. The same was observed regarding to mineral contents. Sensory, salt cereal bars made with chia showed good acceptability, highlighting the elaborate bar with psyllium binder. Different binders demonstrated technological efficiency in the preparation of salt cereal bars. The binder psyllium agent over others showed better physical-chemical and sensory characteristics. However, in general the product has healthy and nutritional characteristics it may be indicated for a protein diet with high fiber content and free sugars.

Optimization of lipase production from yeasts strains isolated from olive mil wastewater

Dissertação submetida à Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências para a obtenção do Grau de Mestre em Microbiologia Aplicada.

Cultivo de microalgas utilizando pentoses como fonte de carbono

As microalgas podem ser consideradas como um dos mais eficientes sistemas biológicos de transformação de energia solar em compostos orgânicos. Quando cultivadas em meios adequados, certas espécies podem duplicar sua biomassa diariamente. Além disso, possuem inúmeras vantagens, como: elevada velocidade de crescimento; potencial para absorver CO2, reduzindo assim a quantidade de emissões deste gás na atmosfera e diminuindo o efeito estufa. O objetivo do trabalho foi estudar o efeito do uso de pentoses no cultivo de Chlorella minutissima, Chlorella vulgaris, Chlorella homosphaera, Dunaliella salina, Spirulina paracas e Synechococcus nidulans, avaliando o perfil cinético do crescimento e a capacidade de produção de carboidratos e proteínas. Para o cultivo das microalgas foram utilizados os meios: Zarrouk, Bristol`S Modificado e DUN. Em todos os meios o componente nitrogenado foi reduzido pela metade e utilizado 1%, 5%, 10%, 20% e 30% de pentoses, com concentrações de xilose e arabinose que representassem as mesmas presentes em caldo hidrolisado do bagaço de cana de açúcar pré-tratado. Os cultivos foram realizados em fotobiorreatores de 2 L, mantidos em estufa a 30 ºC, fotoperíodo de 12h claro/escuro e 2500 Lx, com agitação a uma vazão de 0,75 v.v.m. . O crescimento de biomassa foi monitorado diariamente pela densidade ótica das culturas em espectrofotômetro a 670nm. Foram avaliados parâmetros cinéticos como a concentração máxima de biomassa, produtividade máxima e velocidade específica máxima de crescimento. A determinação do consumo das pentoses foi realizada através da metodologia de Somogy e Nelson, para a determinação de carboidratos foi utilizada uma adaptação do método do ácido 3,5 dinitro salicílico, as proteínas foram quantificadas pelo método de micro-Kjeldahl. Todas as microalgas foram capazes de consumir em no máximo quatro dias as concentrações de pentoses, e logo após esta etapa mixotrófica manter-se em crescimento autotrófico, destacando-se as cepas de Dunaliella salina e Synechococcus nidulans que esgotaram as maiores concentrações utililizadas em dois dias de cultivo. Para as cianobactérias estudadas, Spirulina paracas cultivada com 10% de C5, foi a que obteve os melhores resultados de concentração celular, produtividade e velocidade específica de crescimento máxima, 1,364 g.L-1 , 0,128 g.L-1 .dia-1 e 0,240 dia-1 . Em relação ao efeito na composição da biomassa, Synechococcus nidulans produziu o maior teor de proteínas, 62,9%, nos ensaios com 10% de C5. Já as cepas de Chlorophytas os melhores resultados foram obtidos com o uso de 5% de C5, para os parâmetros cinéticos destacam-se os valores encontrados para Dunaliella salina, onde a maior concentração de biomassa, produtividade e velocidade específica de crescimento foram 1,246 g.L-1 , 0,091 g.L- 1 .dia-1 e 0,379 dia-1 , respectivamente. Chlorella minutissima e Dunaliella salina foram as melhores produtoras de carboidratos, alcançando 58,6%/0,3 g.L-1 e 23,07%/0,29 g.L-1 ,respecivamente. Logo, o uso de pentoses nas microalgas em substituição as fontes tradicionais de carbono, resultou no crescimento das mesmas, o que mostra que estas podem agir como intermediários para a absorção de açúcares de cinco carbonos.

Estudo da secagem da flor de cardo e análise de polissacarídeos e composto fenólicos

A qualidade dos produtos alimentares e a sua influência sobre a nutrição e a saúde humana tem vindo a merecer um lugar de destaque na comunidade científica. O conceito de alimento funcional tem adquirido grande importância hoje em dia, em particular os alimentos com compostos bioactivos. O Cardo (Cynara cardunculus L.) é uma planta herbácea originária da região mediterrânea usada essencialmente na coagulação do leite, e por muitos considerada um medicamento popular, devido aos seus efeitos terapêuticos. Este trabalho teve como objectivo estudar o efeito de diferentes condições de secagem da flor de cardo, na composição em ácidos fenólicos, bem como em polissacarídeos. Era ainda objectivo tentar identificar possíveis compostos que pudessem ser utilizados como marcadores de autenticidade do queijo da serra. Neste trabalho foi usada uma amostra de flor de cardo liofilizado e três amostras secadas, a diferentes temperaturas (40, 50 e 60ºC). A análise do resíduo sólido da flor do cardo, por cromatografia gasosa, permitiu identificar a presença de açúcares constituintes de polissacarídeos pécticos. A análise por HPLC, dos extratos metanólicos e cetónicos, revelaram a presença de ácidos hidroxibenzóicos e hidroxicinâmicos na flor do cardo. A amostra mais rica nestes compostos foi a amostra secada a 50ºC. O aumento da temperatura de secagem originou uma diminuição de ácidos fenólicos.