Effect of ambient conditions on dimensional stability and stiffness of commercial paperboard and paperboard trays

The objective of this study was to develop laboratory test methods for characterizing the effects of changed moisture content on paperboard trays produced by press-forming process. Influence of moisture on the properties of unconverted paperboard such as bending stiffness, bursting strength, and curling was studied. Paperboard and tray samples were tested after storing in different relative humidity conditions (35, 50, 65, 80 and 95% RH). The effect of PE and PET extrusion coatings on these properties was also studied. It was found that increase in moisture content of paperboard decreases bending and bursting strength, dimensional stability and stiffness of paperboard trays. Such physical and mechanical properties as bending stiffness and curling of paperboard seem to define the stiffness of ready-made trays and their dimensional stability. Paperboards and trays with extruded PE and PET one sided coatings demonstrated higher strength properties but at the same time had lower dimensional stability comparing to uncoated paperboards. Samples with smaller polymer coat weight had better dimensional stability than respective samples with higher coat weight. It was also found that preconditioning of paperboard in lower humidity environment before press-forming could improve dimensional stability and stiffness of ready-made tray.

Otimização de um meio de cultura para a produção de proteases por um Bacillus sp. termofílico

Bacillus sp. SMIA-2 cresceu e secretou proteases quando cultivado em culturas líquidas contendo citrato trissódico como fonte de carbono e nitrato de amônio como fonte de nitrogênio. A atividade máxima da enzima foi alcançada após 8 horas de incubação do microrganismo, com níveis de 7,2 U.mg -1 proteína. A suplementação do meio com 2,0 mM de CaCl2 não proporcionou um aumento da atividade da protease, porém aumentou a sua estabilidade de 2 para 4 horas. A redução da concentração do fosfato de potássio no meio de cultura de 11,0 para 5,0 mM promoveu um acréscimo de 82% (13 U.mg -1 proteína) na atividade da protease. A substituição do nitrato de amônio presente no meio de cultura por 0,1% de soro de queijo aumentou a atividade da protease para 25 U.mg -1 proteína. Nestas condições, o tempo requerido para que a enzima atingisse seu pico de atividade máxima, que antes era de 9 horas, passou para 16 horas. A substituição do citrato trissódico do meio de cultura pela água de maceração de milho (0,5%) não só aumentou a atividade da enzima como também retardou o processo de desativação que é típico da produção de proteases. A atividade máxima da enzima obtida quando estes dois resíduos foram utilizados no meio foi 59,5 U.mg -1 proteína. Após alcançar este valor a enzima se manteve estável por mais de 20 horas o que favorece a sua produção em larga escala.

Otimização das condições de cultivo para a produção de amilases pelo termofílico Bacillus sp. e hidrólise de amidos pela ação da enzima

A otimização das condições de cultivo para a produção de α-amilase por um termofílico Bacillus sp. cepa SMIA-2 foi realizada. Além disso, a hidrólise enzimática do amido, proveniente de várias fontes tais como batata, mandioca e milho, foi também investigada. A produção de α-amilase por Bacillus sp. SMIA-2, cultivado em meio líquido contendo amido (5 g.L-1) como fonte de carbono e suplementado com 0,5 g.L-1 de proteínas do soro de leite e 2 g.L-1 de peptona, alcançou o máximo em 32 horas com níveis de 37 U.mL-1. O microrganismo foi capaz de utilizar diversas fontes de carbono, porém a atividade da amilase variou com cada fonte. O amido foi a melhor fonte de carbono para a secreção da amilase, enquanto a sacarose, lactose, maltose, galactose e glicose não foram muito efetivas. Uma redução na concentração de amido de até 2,5 g.L-1 no meio de cultura melhorou o crescimento do organismo e a atividade enzimática. Em altas concentrações de amido, a produção da enzima foi comparativamente menor. Em relação às fontes de nitrogênio orgânico e inorgânico, a peptona (2 g.L-1) foi considerada a melhor. Considerando a quantidade de proteínas do soro de leite no meio de cultivo, a concentração de 0,25 g.L-1 foi considerada a mais efetiva para a secreção da α-amilase pelo microrganismo. A produção máxima da atividade enzimática foi observada a 50 °C e pH 8,5. A enzima foi capaz de degradar todos os amidos testados. A hidrólise do amido de batata resultou num alto rendimento de açúcares redutores em comparação às outras fontes de amido. Amido solúvel e amido de mandioca ocuparam, respectivamente, a segunda e terceira posição em relação à liberação dos açúcares redutores, enquanto que a amilase estudada mostrou apenas uma ligeira afinidade pelo amido de milho. Com o aumento da temperatura da reação para 70 °C, a hidrólise dos substratos, com exceção do amido solúvel, resultou em maiores quantidades de açúcares redutores.

Otimização da desidratação osmótica de filés de mapará (Hypophthalmus edentatus) através da metodologia de superfície de resposta

A desidratação osmótica de filés de mapará tem sido utilizada como pré-tratamento antes da secagem e refrigeração de alimentos como um meio de reduzir a umidade dos produtos. O objetivo do trabalho foi otimizar a transferência de massa ocorrida durante a desidratação osmótica de mapará através da metodologia de superfície de resposta. A desidratação osmótica foi realizada de acordo com um planejamento fatorial completo 2³, com oito pontos fatoriais, três centrais e seis axiais, totalizando 17 ensaios, em que o valor das variáveis dependentes, a perda de peso (PP), a perda de água (PA), o ganho de sólidos (GS), GS/PA e ácido tiobarbitúrico (TBA), são funções das variáveis independentes, temperatura, concentração de NaCl e tempo de imersão. A análise estatística aplicada aos dados experimentais foi realizada através do erro puro e pelo SS residual. Aplicando a metodologia de superfície de resposta, a condição ótima de convergência de menor perda de peso, maior perda de água e menor ganho de sal correspondeu a uma concentração de cloreto de sódio de 22%, temperatura de 46 °C e tempo de 7 horas.

Otimização do processo de extrusão termoplástica da mistura castanha do Brasil com farinha de mandioca

O objetivo deste trabalho foi otimizar as condições de processamento por extrusão termoplástica de misturas de torta de castanha do Brasil com farinha de mandioca, em função da aceitabilidade. Foi feito o delineamento fatorial completo 2³ para a produção dos extrudados e a avaliação dos ensaios extrusados em função das respostas de aceitação. No estudo de aceitação global aplicou-se o teste afetivo de escala hedônica com 9 pontos e no de intenção de compra o de 5 pontos. O resultado da metodologia de superfície de resposta indica que aumentos de castanha do Brasil, temperatura e umidade elevam as notas de aceitação global e intenção de compra do produto, com uma região de otimização do processamento nas seguintes condições: temperatura entre 120 a 160 °C, castanha entre 48 a 80% e umidade entre 20 a 25%. Na torta de castanha, a temperatura e a umidade da mistura muito alta ou muito baixa diminuem as notas de aceitação global e a intenção de compra. As maiores notas de aceitação global e a intenção de compra neste experimento estão nos pontos centrais e indicam a validade do modelo.

Otimização da prensagem a frio de grãos de amendoim em prensa contínua tipo expeller

A prensagem contínua de grãos oleaginosos é um método rápido, fácil e de baixo custo para a obtenção de óleos, sendo uma alternativa viável para pequenas comunidades de agricultores. A eficiência deste método é bem inferior àquela conseguida pelo tradicional método de extração por solvente, sendo afetada diretamente pelas condições iniciais dos grãos, como o teor de umidade e temperatura, e por aspectos construtivos da prensa, como dimensionamento do seu eixo e da gaiola. No presente trabalho, avaliou-se por meio de um planejamento experimental, aliado à metodologia de superfície de resposta, a influência da temperatura e do teor de umidade dos grãos de amendoim no rendimento em óleo bruto. As faixas avaliadas foram entre 8 e 10% para o teor de umidade e entre 25 e 60 °C para a temperatura. Os óleos brutos obtidos foram caracterizados conforme metodologia oficial da AOCS. As duas variáveis estudadas foram significativas para o nível de confiança adotado (95%), sendo as condições ótimas localizadas próximas aos maiores valores de temperatura e teor de umidade dos grãos. A faixa de temperatura de 50 a 65 °C e o teor de umidade de 10 a 10,8% correspondem a rendimentos máximos.

Efeito do triglicerídeo de cadeia média, fibra e cálcio na disponibilidade de ferro, magnésio e zinco em uma formulação de alimentação enteral com otimização conjunta para os três minerais

A terapia nutricional com dietas enterais vem se especializando muito nos últimos anos. Este trabalho teve por objetivo estudar o efeito dos componentes das formulações de dietas enterais: fibra, cálcio e triacilglicerídeos de cadeia média, visando otimizar uma formulação para a dialisabilidade de ferro, magnésio e zinco, utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta para Misturas. De acordo com os resultados, a melhor formulação de alimentação enteral otimizada em função da dialisabilidade do ferro, magnésio e zinco foi a proporção de 32,5% de TCM e fibra e 35% de cálcio, o que caracterizou uma formulação otimizada simultaneamente para os três minerais.

Otimização de metodologia colorimétrica para a determinação de ácido ascórbico em geleias de frutas

A metodologia indicada pela AOAC para a determinação de Vitamina C em sucos e preparados emprega uma titulação com o indicador 2,6-diclorofenol-indofenol. Esta técnica apresenta dificuldades quando são analisadas amostras com intensa coloração. Tendo em vista a necessidade de uma metodologia mais adequada para estas amostras, foram feitas modificações no método tradicional e sua eficácia foi comprovada. Testes comparativos foram realizados entre a metodologia original, a modificada e um método cromatográfico. Seis diferentes geleias de frutas foram analisadas e as modificações propostas foram satisfatórias, ao passo que os resultados foram mais semelhantes aos obtidos pelo método cromatográfico. O sistema apresentou-se linear, repetitivo (desvio padrão de 2,50%), com alta recuperação (102,10%), e uma economia de 92,88% de reagentes foi realizada. Foram encontradas concentrações entre 0 a 6,08 mg de ácido ascórbico por 100 g de amostra.

Otimização da produção de álcool de mandioca

Este trabalho objetivou otimizar o processo de hidrólise do amido de mandioca com α-amilase de A. niger e obter o álcool deste xarope. Os ensaios foram realizados a pH 4,8; em que variaram-se a concentração do amido (entre 7-22 g.L-1) e a temperatura (entre 30-59,1 ºC). Durante a fermentação, usaram-se nos mostos 2,2 e 5% de amido de mandioca. Os resultados da hidrólise mostraram que o tempo ficou entre 20-200 minutos; a análise RSM mostrou que o rendimento diminuiu nas concentrações médias; e as condições ótimas foram encontradas entre 55-59,1 ºC e com a concentração entre 7,9-10 ou 20-22 g.L-1, em que se hidrolisou 80% do amido. A melhor condição de fermentação foi obtida para o mosto contendo 5% de amido. Sua composição final foi de 0,668 g.L-1 de ART, 0,572 g.L-1 e de AR, 3,71 ºGL. O rendimento alcoólico foi de 45%, demonstrando que este processo é uma alternativa eficiente à indústria sucroalcooleira.

Coolability of porous core debris beds : Effects of bed geometry and multi-dimensional flooding

This thesis addresses the coolability of porous debris beds in the context of severe accident management of nuclear power reactors. In a hypothetical severe accident at a Nordic-type boiling water reactor, the lower drywell of the containment is flooded, for the purpose of cooling the core melt discharged from the reactor pressure vessel in a water pool. The melt is fragmented and solidified in the pool, ultimately forming a porous debris bed that generates decay heat. The properties of the bed determine the limiting value for the heat flux that can be removed from the debris to the surrounding water without the risk of re-melting. The coolability of porous debris beds has been investigated experimentally by measuring the dryout power in electrically heated test beds that have different geometries. The geometries represent the debris bed shapes that may form in an accident scenario. The focus is especially on heap-like, realistic geometries which facilitate the multi-dimensional infiltration (flooding) of coolant into the bed. Spherical and irregular particles have been used to simulate the debris. The experiments have been modeled using 2D and 3D simulation codes applicable to fluid flow and heat transfer in porous media. Based on the experimental and simulation results, an interpretation of the dryout behavior in complex debris bed geometries is presented, and the validity of the codes and models for dryout predictions is evaluated. According to the experimental and simulation results, the coolability of the debris bed depends on both the flooding mode and the height of the bed. In the experiments, it was found that multi-dimensional flooding increases the dryout heat flux and coolability in a heap-shaped debris bed by 47–58% compared to the dryout heat flux of a classical, top-flooded bed of the same height. However, heap-like beds are higher than flat, top-flooded beds, which results in the formation of larger steam flux at the top of the bed. This counteracts the effect of the multi-dimensional flooding. Based on the measured dryout heat fluxes, the maximum height of a heap-like bed can only be about 1.5 times the height of a top-flooded, cylindrical bed in order to preserve the direct benefit from the multi-dimensional flooding. In addition, studies were conducted to evaluate the hydrodynamically representative effective particle diameter, which is applied in simulation models to describe debris beds that consist of irregular particles with considerable size variation. The results suggest that the effective diameter is small, closest to the mean diameter based on the number or length of particles.

Hierarchy and Expansiveness in Two-Dimensional Subshifts of Finite Type

Subshifts are sets of configurations over an infinite grid defined by a set of forbidden patterns. In this thesis, we study two-dimensional subshifts offinite type (2D SFTs), where the underlying grid is Z2 and the set of for-bidden patterns is finite. We are mainly interested in the interplay between the computational power of 2D SFTs and their geometry, examined through the concept of expansive subdynamics. 2D SFTs with expansive directions form an interesting and natural class of subshifts that lie between dimensions 1 and 2. An SFT that has only one non-expansive direction is called extremely expansive. We prove that in many aspects, extremely expansive 2D SFTs display the totality of behaviours of general 2D SFTs. For example, we construct an aperiodic extremely expansive 2D SFT and we prove that the emptiness problem is undecidable even when restricted to the class of extremely expansive 2D SFTs. We also prove that every Medvedev class contains an extremely expansive 2D SFT and we provide a characterization of the sets of directions that can be the set of non-expansive directions of a 2D SFT. Finally, we prove that for every computable sequence of 2D SFTs with an expansive direction, there exists a universal object that simulates all of the elements of the sequence. We use the so called hierarchical, self-simulating or fixed-point method for constructing 2D SFTs which has been previously used by Ga´cs, Durand, Romashchenko and Shen.

Two-dimensional drift-diffusion simulation of organic solar cells

The aim of this master's thesis is to develop a two-dimensional drift-di usion model, which describes charge transport in organic solar cells. The main bene t of a two-dimensional model compared to a one-dimensional one is the inclusion of the nanoscale morphology of the active layer of a bulk heterojunction solar cell. The developed model was used to study recombination dynamics at the donor-acceptor interface. In some cases, it was possible to determine e ective parameters, which reproduce the results of the two-dimensional model in the one-dimensional case. A summary of the theory of charge transport in semiconductors was presented and discussed in the context of organic materials. Additionally, the normalization and discretization procedures required to nd a numerical solution to the charge transport problem were outlined. The charge transport problem was solved by implementing an iterative scheme called successive over-relaxation. The obtained solution is given as position-dependent electric potential, free charge carrier concentrations and current densities in the active layer. An interfacial layer, separating the pure phases, was introduced in order to describe charge dynamics occurring at the interface between the donor and acceptor. For simplicity, an e ective generation of free charge carriers in the interfacial layer was implemented. The pure phases simply act as transport layers for the photogenerated charges. Langevin recombination was assumed in the two-dimensional model and an analysis of the apparent recombination rate in the one-dimensional case is presented. The recombination rate in a two-dimensional model is seen to e ectively look like reduced Langevin recombination at open circuit. Replicating the J-U curves obtained in the two-dimensional model is, however, not possible by introducing a constant reduction factor in the Langevin recombination rate. The impact of an acceptor domain in the pure donor phase was investigated. Two cases were considered, one where the acceptor domain is isolated and another where it is connected to the bulk of the acceptor. A comparison to the case where no isolated domains exist was done in order to quantify the observed reduction in the photocurrent. The results show that all charges generated at the isolated domain are lost to recombination, but the domain does not have a major impact on charge transport. Trap-assisted recombination at interfacial trap states was investigated, as well as the surface dipole caused by the trapped charges. A theoretical expression for the ideality factor n_id as a function of generation was derived and shown to agree with simulation data. When the theoretical expression was fitted to simulation data, no interface dipole was observed.

A dimensional analysis of the benzylic hydroxylase active site in mortierella isabellina

The spatial limits of the active site in the benzylic hydroxylase enzyme of the fungus Mortierella isabellina were investigated. Several molecular probes were used in incubation experiments to determine the acceptability of each compound by this enzyme. The yields of benzylic alcohols provided information on the acceptability of the particular compound into the active site, and the enantiomeric excess values provided information on the "fit" of acceptable substrates. Measurements of the molecular models were made using Cambridge Scientific Computing Inc. CSC Chem 3D Plus modeling program. i The dimensional limits of the aromatic binding pocket of the benzylic hydroxylase were tested using suitably substituted ethyl benzenes. Both the depth (para substituted substrates) and width (ortho and meta substituted substrates) of this region were investigated, with results demonstrating absolute spatial limits in both directions in the plane of the aromatic ring of 7.3 Angstroms for the depth and 7.1 Angstroms for the width. A minimum requirement for the height of this region has also been established at 6.2 Angstroms. The region containing the active oxygen species was also investigated, using a series of alkylphenylmethanes and fused ring systems in indan, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene and benzocycloheptene substrates. A maximum distance of 6.9 Angstroms (including the 1.5 Angstroms from the phenyl substituent to the active center of the heme prosthetic group of the enzyme) has been established extending directly in ii front of the aromatic binding pocket. The other dimensions in this region of the benzylic hydroxylase active site will require further investigation to establish maximum allowable values. An explanation of the stereochemical distributions in the obtained products has also been put forth that correlates well with the experimental observations.

New conserved vorticity integrals for moving surfaces in multi-dimensional fluid flow

For inviscid fluid flow in any n-dimensional Riemannian manifold, new conserved vorticity integrals generalizing helicity, enstrophy, and entropy circulation are derived for lower-dimensional surfaces that move along fluid streamlines. Conditions are determined for which the integrals yield constants of motion for the fluid. In the case when an inviscid fluid is isentropic, these new constants of motion generalize Kelvin’s circulation theorem from closed loops to closed surfaces of any dimension.