Low environmental impact bleaching sequences for attaining high brightness level with eucalyptus SPP pulp

The alternatives used for minimizing the usage of chlorine dioxide in bleaching sequences included a hot acid hydrolysis (Ahot) stage, the use of hot chlorine dioxide (Dhot) and ozone stages at medium consistency and high consistency (Zmc and Zhc), in addition to stages with atmospheric hydrogen peroxide (P) and pressurized hydrogen peroxide (PO). The results were interpreted based on the cost of the chemical products, bleaching process yields and on minimizing the environmental impact of the bleaching process. In spite of some process restrictions, high ISO brightness levels were kept around 90 % brightness. Additionally, the inclusion of stages like acid hydrolysis, pressurized peroxide and ozone in the bleaching sequences provided an increase in operating flexibility, aimed at reducing environmental impact (ECF Light). The Dhot(EOP)D(PO) sequence presented lower operating cost for ISO brightness above 92 %. However, this kind of sequence was not allowed for closing the wastewater circuit, even partially. For ISO brightness level around 91%, the AhotZhcDP sequence presented a lower operating cost than the others

Amyloid-beta aggregates cause alterations of astrocytic metabolic phenotype: impact on neuronal viability.

Amyloid-beta (Abeta) peptides play a key role in the pathogenesis of Alzheimer's disease and exert various toxic effects on neurons; however, relatively little is known about their influence on glial cells. Astrocytes play a pivotal role in brain homeostasis, contributing to the regulation of local energy metabolism and oxidative stress defense, two aspects of importance for neuronal viability and function. In the present study, we explored the effects of Abeta peptides on glucose metabolism in cultured astrocytes. Following Abeta(25-35) exposure, we observed an increase in glucose uptake and its various metabolic fates, i.e., glycolysis (coupled to lactate release), tricarboxylic acid cycle, pentose phosphate pathway, and incorporation into glycogen. Abeta increased hydrogen peroxide production as well as glutathione release into the extracellular space without affecting intracellular glutathione content. A causal link between the effects of Abeta on glucose metabolism and its aggregation and internalization into astrocytes through binding to members of the class A scavenger receptor family could be demonstrated. Using astrocyte-neuron cocultures, we observed that the overall modifications of astrocyte metabolism induced by Abeta impair neuronal viability. The effects of the Abeta(25-35) fragment were reproduced by Abeta(1-42) but not by Abeta(1-40). Finally, the phosphoinositide 3-kinase (PI3-kinase) pathway appears to be crucial in these events since both the changes in glucose utilization and the decrease in neuronal viability are prevented by LY294002, a PI3-kinase inhibitor. This set of observations indicates that Abeta aggregation and internalization into astrocytes profoundly alter their metabolic phenotype with deleterious consequences for neuronal viability.

Mitochondrial dysfunction increases oxidative stress and decreases chronological life span in fission yeast

Background: Oxidative stress is a probable cause of aging and associated diseases. Reactive oxygen species (ROS) originate mainly from endogenous sources, namely the mitochondria. Methodology/Principal Findings: We analyzed the effect of aerobic metabolism on oxidative damage in Schizosaccharomyces pombe by global mapping of those genes that are required for growth on both respiratory-proficient media and hydrogen-peroxide-containing fermentable media. Out of a collection of approximately 2700 haploid yeast deletion mutants, 51 were sensitive to both conditions and 19 of these were related to mitochondrial function. Twelve deletion mutants lacked components of the electron transport chain. The growth defects of these mutants can be alleviated by the addition of antioxidants, which points to intrinsic oxidative stress as the origin of the phenotypes observed. These respiration-deficient mutants display elevated steady-state levels of ROS, probably due to enhanced electron leakage from their defective transport chains, which compromises the viability of chronologically-aged cells. Conclusion/Significance: Individual mitochondrial dysfunctions have often been described as the cause of diseases or aging, and our global characterization emphasizes the primacy of oxidative stress in the etiology of such processes.

Processing of metacaspase into a cytoplasmic catalytic domain mediating cell death in Leishmania major.

Metacaspases are cysteine peptidases that could play a role similar to caspases in the cell death programme of plants, fungi and protozoa. The human protozoan parasite Leishmania major expresses a single metacaspase (LmjMCA) harbouring a central domain with the catalytic dyad histidine and cysteine as found in caspases. In this study, we investigated the processing sites important for the maturation of LmjMCA catalytic domain, the cellular localization of LmjMCA polypeptides, and the functional role of the catalytic domain in the cell death pathway of Leishmania parasites. Although LmjMCA polypeptide precursor form harbours a functional mitochondrial localization signal (MLS), we determined that LmjMCA polypeptides are mainly localized in the cytoplasm. In stress conditions, LmjMCA precursor forms were extensively processed into soluble forms containing the catalytic domain. This domain was sufficient to enhance sensitivity of parasites to hydrogen peroxide by impairing the mitochondrion. These data provide experimental evidences of the importance of LmjMCA processing into an active catalytic domain and of its role in disrupting mitochondria, which could be relevant in the design of new drugs to fight leishmaniasis and likely other protozoan parasitic diseases.

Photocatalytic oxidation of humic substances and lignins in aqueous solutions

Tässä tutkimuksessa tarkastellaan kahden yleisen, veden ympäristökuormitusta aiheuttavan kemikaaliryhmän, ligniinin ja humusaineiden, fotokatalyyttistahapetusta (photocatalytic oxidation, PCO) vesiliuoksessa. Fotokatalyyttina käytettiin titaanidioksidia, jota säteilytettiin ultraviolettivalolla. Työssä selvitettiin useiden eri olosuhdeparametrien vaikutusta fotokatalyysiin. Tutkittavia parametreja olivat mm. kontaminanttien alkukonsentraatio, pH, vetyperoksidilisäys, rauta-ionien lisäys, fotokatalyysimenetelmä, fotokatalyytin pintakonsentraatioja titaanidioksidin määrä lasisissa mikropartikkeleissa. Ultraviolettivalon lähteinä käytettiin sekä keinovaloa että auringonvaloa. Katalyytin kantoaineena käytettiin huokoisia lasisia mikropartikkeleita, joiden pintaan kiinnittynyt titaanidioksidi pystyi hyvin vähentämään kontaminanttien määrää vedessä. Fotokatalyysin tehokkuus kasvoi humusaine- ja ligniinikonsentraatioiden kasvaessa. Korkeimmat hapetustehokkuudet kumallakin kontaminantilla saavutettiin neutraaleissa jalievästi emäksisissä olosuhteissa huolimatta siitä, että paras adsorboituminen tapahtui happamissa olosuhteissa. Tämän perusteella voidaan olettaa, että humusaineiden ja ligniinin hapetus tapahtuu pääosin radikaalimekanismilla. Vetyperoksidin lisääminen humusaineliuokseen lisäsi hapettumisnopeutta, vaikka näennäinen hapetustehokkuus ei muuttunut. Tämän perusteella vetyperoksidi hapetti myös humusaineita referenssinäytteessä. Ligniinin fotokatalyyttinen hapettuminen parani vetyperoksidilisäyksellä happamissa olosuhteissa johtuen lisääntyneestä OH-radikaalien muodostumisesta. Ligniini ei hapettunut vetyperoksidilla, jos fotokatalyyttiä ei¿ollut läsnä. Rauta-ionit eivät lisänneet humushappojen fotokatalyyttistähapettumista, mutta Fe2+-ionien lisäys aina konsentraatioon 0.05 mM johti ligniinin hapettumistehokkuuden voimakkaaseen kasvuun. Rauta-ionikonsentraation kasvattaminen edelleen johti ligniinin hapetustehokkuuden alenemiseen.

Grx5 glutaredoxin plays a central role in protection against protein oxidative damage in Saccharomyces cerevisiae

Glutaredoxins are members of a superfamily of thiol disulfide oxidoreductases involved in maintaining the redox state of target proteins. In Saccharomyces cerevisiae, two glutaredoxins (Grx1 and Grx2) containing a cysteine pair at the active site had been characterized as protecting yeast cells against oxidative damage. In this work, another subfamily of yeast glutaredoxins (Grx3, Grx4, and Grx5) that differs from the first in containing a single cysteine residue at the putative active site is described. This trait is also characteristic for a number of glutaredoxins from bacteria to humans, with which the Grx3/4/5 group has extensive homology over two regions. Mutants lacking Grx5 are partially deficient in growth in rich and minimal media and also highly sensitive to oxidative damage caused by menadione and hydrogen peroxide. A significant increase in total protein carbonyl content is constitutively observed in grx5cells, and a number of specific proteins, including transketolase, appear to be highly oxidized in this mutant. The synthetic lethality of the grx5 and grx2 mutations on one hand and ofgrx5 with the grx3 grx4 combination on the other points to a complex functional relationship among yeast glutaredoxins, with Grx5 playing a specially important role in protection against oxidative stress both during ordinary growth conditions and after externally induced damage. Grx5-deficient mutants are also sensitive to osmotic stress, which indicates a relationship between the two types of stress in yeast cells.

Glutaredoxins Grx3 and Grx4 regulate nuclear localisation of Aft1 and the oxidative stress response in Saccharomyces cerevisiae

Grx3 and Grx4, two monothiol glutaredoxins of Saccharomyces cerevisiae, regulate Aft1 nuclear localisation. We provide evidence of a negative regulation of Aft1 activity by Grx3 and Grx4. The Grx domain of both proteins played an important role in Aft1 translocation to the cytoplasm. This function was not, however, dependent on the availability of iron. Here we demonstrate that Grx3, Grx4 and Aft1 interact each other both in vivo and in vitro, which suggests the existence of a functional protein complex. Interestingly, each interaction occurred independently on the third member of the complex. The absence of both Grx3 and Grx4 induced a clear enrichment of G1 cells in asynchronous cultures, a slow growth phenotype, the accumulation of intracellular iron and a constitutive activation of the genes regulated by Aft1. The grx3grx4 double mutant was highly sensitive to the oxidising agents hydrogen peroxide and t-butylhydroperoxide but not to diamide. The phenotypes of the double mutant grx3grx4 characterised in this study were mainly mediated by the Aft1 function, suggesting that grx3grx4 could be a suitable cellular model for studying endogenous oxidative stress induced by deregulation of the iron homeostasis. However, our results also suggest that Grx3 and Grx4 might play additional roles in the oxidative stress response through proteins other than Aft1.

TGF-β dependent regulation of oxygen radicals during transdifferentiation of activated hepatic stellate cells to myofibroblastoid cells

Background: The activation of hepatic stellate cells (HSCs) plays a pivotal role during liver injury because the resulting myofibroblasts (MFBs) are mainly responsible for connective tissue re-assembly. MFBs represent therefore cellular targets for anti-fibrotic therapy. In this study, we employed activated HSCs, termed M1-4HSCs, whose transdifferentiation to myofibroblastoid cells (named M-HTs) depends on transforming growth factor (TGF)-β. We analyzed the oxidative stress induced by TGF-β and examined cellular defense mechanisms upon transdifferentiation of HSCs to M-HTs. Results: We found reactive oxygen species (ROS) significantly upregulated in M1-4HSCs within 72 hours of TGF-β administration. In contrast, M-HTs harbored lower intracellular ROS content than M1-4HSCs, despite of elevated NADPH oxidase activity. These observations indicated an upregulation of cellular defense mechanisms in order to protect cells from harmful consequences caused by oxidative stress. In line with this hypothesis, superoxide dismutase activation provided the resistance to augmented radical production in M-HTs, and glutathione rather than catalase was responsible for intracellular hydrogen peroxide removal. Finally, the TGF-β/NADPH oxidase mediated ROS production correlated with the upregulation of AP-1 as well as platelet-derived growth factor receptor subunits, which points to important contributions in establishing antioxidant defense. Conclusion: The data provide evidence that TGF-β induces NADPH oxidase activity which causes radical production upon the transdifferentiation of activated HSCs to M-HTs. Myofibroblastoid cells are equipped with high levels of superoxide dismutase activity as well as glutathione to counterbalance NADPH oxidase dependent oxidative stress and to avoid cellular damage.

Mangaani mekaanisen massan peroksidivalkaisussa

Mangaanilla on havaittu olevan haitallisia vaikutuksia mekaanisen massan peroksidivalkaisussa. Suurin ongelma on mangaanin katalyyttisen aktiivisuuden aiheuttama peroksidin hajoaminen. On havaittu, että mangaanin hapetusasteella voisi olla merkittävä vaikutus mangaanin kelatoitumiseen sekä sen katalysoimaan peroksidin hajoamiseen valkaisun aikana. Työssä selvitettiin, miten massan mangaanipitoisuus ja mangaanin hapetusasteen muutos vaikuttavat valkaisuun ja mangaanin kelatoitumiseen. Laboratoriokokeiden tulokset osoittavat, että mangaani kelatoituu hapetusasteilla +II ja +III happamissa oloissa yhtä hyvin. pH:n nousu heikentää enemmän hapetusasteella +III olevan mangaanin kelatoitumista. Mangaani ei kelatoidu hapetusasteella +IV lainkaan. Valkaisukokeiden perusteella mangaani katalysoi peroksidin hajoamista hapetusasteilla +II ja +III yhtä voimakkaasti, mikä näkyy samalla vaaleuden nousun heikkenemisenä peroksidin määrän vähetessä. Mn(IV) ei katalysoi peroksidin hajoamista ollenkaan ja sen vaikutus vaaleuteen on selvästi pienempi kuin hapetusasteilla +II ja +III. Laboratoriokokeiden tulokset osoittavat myös, että kompleksinmuodostajalla on valkaisussa selvä positiivinen vaikutus. DTPA estää hapetusasteen +II katalyyttistä aktiivisuutta voimakkaammin kuin hapetusasteen +III. Valkaisusakeuden nosto pienensi mangaanin katalyyttistä aktiivisuutta, minkä oletettiin johtuvan stabilointikemikaalien konsentraation noususta.

Korkeavaaleuksisen PGW-massan valmistaminen

Työssä haettiin optimaalista valkaisukemikaalien annostelusuhdetta mahdollisimman vaalean massan valmistamiseksi. Tarkoituksena oli myös selvittää käytettävän tehdasprosessin pullonkauloja ja esittää vaihtoehtoja prosessin kehittämiseksi. Kirjallisuusosassa tutustuttiin mekaanisen massan peroksidivalkaisuun ja erilaisiin prosessimalleihin sen suorittamiseksi. Kirjallisuudesta saatuja lähtötietoja sovellettiin sitten ensin laboratorio- ja laajemmin tehdaskokein käytäntöön. Laboratoriokokeissa haettiin optimaalista lipeäannosta vakioperoksidiannoksella. Lisäksi selvitettiin lämpötilan ja viipymäajan vaikutusta valkaisutulokseen. Tuloksista oli todettavissa, että sekä lämpötilan että lipeäannoksen kasvattaminen kiihdyttää valkaisureaktiota. Korkeammassa lämpötilassa tarvittava lipeäannos on pienempi. Lyhyellä viipymäajalla ja matalammalla lämpötilalla saavutetaan hyviä tuloksia vain suurella lipeäannoksella. Suurempaa silikaattiannosta käytettäessä valkaisun jälkeen mitattu loppupH oli korkeampi ja jäännösperoksidin määrä hieman suurempi kuin referenssipisteessä. Vaaleudessa ei merkittävää muutosta näkynyt. Yleisesti laboratoriokokeiden tulokset vastasivat kirjallisuudessa esitettyjä tuloksia. Tehdaskokeet suoritettiin kahdella peroksidiannoksella. Kummallekin peroksidiannokselle haettiin optimaalinen lipeäannos. Lisäksi seurattiin silikaattiannoksen vaikutusta syntyvään vaaleuteen. Varsinaisten kokeiden lisäksi suoritettiin lyhyt maksimivaaleuskoe suurella peroksidiannoksella käyttäen kahta eri lipeäannosta. Suurin mitattu vaaleus oli 79,3 % ISO. Peroksidiannoksella 2,5 % saavutettiin noin 14 ISO-yksikön vaaleudennousu, ja annoksella 3 % vaaleudennousu oli noin 16 yksikköä. Tehdaskokeiden aikana kokeiltiin myös kemikaalien laimennusveden määrän vaikutusta vaaleuteen. Veden määrän vähetessä valkaisusakeus nousi ja vaaleus parani. Hiomon nykyprosessille laadittiin aine- ja energiatase. Taseet tehtiin myös prosessille, jossa nykyvalkaisimoon on lisätty valkaistun massan pesu ja jäännöskemikaalien kierrätys. Taseiden tarkoituksena oli selvittää virtaavien jakeiden määriä ja prosessin energiatasapainoa eri tilanteissa. Massan puhtauden paranemista pesun aikana tarkasteltiin laskennallisesti. Tämän työn aikana kävi selväksi, että oikeilla valkaisukemikaalisuhteilla pystytään valmistamaan vaaleaa massaa. Viipymäaikaa lisäämällä valkaisuun saisi lisää tehoa, mutta vain tunnin viipymäajalla päästään jo hyviin tuloksiin. Vaaleusheittoja aiheuttavat valkaistavan massan lähtövaaleuden, sakeuden ja lämpötilan muutokset. Lisäksi viipymäajan muutokset aiheuttavat huojuntaa saavutettavaan loppuvaaleuteen.

Wet Oxidation of Paper Mill Evaporation Concentrates

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia lämpötilan pH:n ja vetyperoksidin vaikutusta kuorimoveden haihdutuskonsentraatin märkähapetuksessa. Kirjallisuusosassa esitellään massan ja paperin valmistusta sekä kuorintaprosessi. Lisäksi tarkastellaan kuoren kemiallista koostumusta, jäteveden ja prosessiveden käsittelymenetelmiä sekä märkähapetuksen periaatteita. Kokeellinen osa käsittää erään suomalaisen paperitehtaan kuorimoveden haihdutuskonsentraatin märkähapetuskokeet. Hapetuskokeet tehtiin useammassa eri lämpötilassa, pH:ssa ja vetyperoksidikonsentraatiossa. Em. muuttujien vaikutusta tutkittiin kemialliseen hapenkulutukseen (COD), biologiseen hapenkulutukseen (BOD), välittömästi saatavana olevan biologiseen hapenkulutukseen (IABOD), orgaaniseen kokonaishiileen (TOC) ja tanniini/ligniini pitoisuuteen. Koetulokset osoittivat, että korkeimmat COD- ja TOC-reduktiot saavutettiin H2O2-katalysoidulla märkähapetuksella jäteveden alkuperäisessä pH:ssa (60 % reduktio COD:lla ja 45 % reduktio TOC:lla lämpötilassa 170 °C ja 0.2 g H2O2/g COD). Toisaalta, parhaat tulokset biohajoavuuden paranemisen suhteen saavutettiin emäksisissä olosuhteissa, jossa 170 °C:ssa saavutettiin BOD/COD-arvo 76 %. Emäksisissä olosuhteissa saavutettiin lähes täydellinen tanniinin reduktio lämpötila-alueella 130-170 °C, mutta näissä lämpötiloissa orgaanisen kuorman alenemista ei havaittu.

Removal of Lipophilic Wood Extractives from TMP Process Waters by Wet Oxidation

Työssä tutkittiin kokeellisesti rasvaliukoisten uuteaineiden poistamista TMP -prosessin vesikierroista märkähapetuksen avulla. Työn tavoitteena oli tutkia mahdollisuudet hyödyntää TMP -prosessissa vallitsevaa korkeaa lämpötilaa rasvaliukoisten uuteaineiden poistamiseen hapettamalla niitä puhtaalla hapella. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin märkähapetuksen teknologiaa, reaktiomekanismia, käytettyjä katalyyttejä, käyttökohteita sekä kustannuksia. Kokeita suoritettiin autoklaavireaktorissa lämpötiloissa 140 °C, 160 °C ja 180 °C. Vetyperoksidia käytettiin katalyyttinä lisätyn vetyperoksidin määrän ollessa 100 - 1800 mg/l ja hapen osapaineen ollessa 0 ( typpiatmosfääri) - 15 baria. Kokeissa tarkasteltiin kemiallisen hapenkulutuksen (COD), rasvaliukoisten uuteaineiden konsentraation, orgaanisen kokonaishiilen (TOC) ja värin muutoksia kokeiden aikana eri lämpötiloilla, hapen osapaineilla ja lisätyn vetyperoksidin määrillä. Kokeissa saavutettiin 30 %:n COD:n vähenemä sekä 90 %:n vähenemä rasvaliukoisissa uuteaineissa lämpötiloissa 160 °C ja 180 °C. Lisäämällä vetyperoksidia katalyyttinä saavutettiin lähes sama tulos lämpötilassa 140 °C. Suurin tässä työssä havaittu ongelma oli lisääntynyt värinmuodostus vedessä olevassa hienojakoisessa kiintoaineessa hapetuksen aikana. Tämän vuoksi lisätutkimukset ovat tarpeellisia sen seikan selvittämiseksi, voidaanko muodostunut väri mahdollisesti poistaa massan valkaisussa.

Häiriöaineiden vaikutus käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia mekaanisen massan peroksidivalkaisussa

Nykypäivänä ympäristön suojelu ja erityisesti jätevesipäästöjen pienentäminen vaikuttavat yhä enemmän metsäteollisuuden toimintatapoihin. Lisäksi veden käytön vähentyessä ja prosesseja suljettaessa silikaatteihin väistämättä liittyvät saostumat ovat kasvava ongelma. Magnesiumhydroksidin on havaittu olevan potentiaalinen natriumhydroksidin korvaava alkali mekaanisen massan peroksidivalkaisussa. Lisäksi magnesiumhydroksidilla voidaan saavuttaa lähes yhtä korkea vaaleus, jopa ilman silikaattia, kuin natriumhydroksidilla natriumsilikaatin kanssa. Magnesiumhydroksidin orgaanista ainesta liuottava vaikutus on myös noin puolet verrattuna natriumhydroksidiin. Työssä selvitettiin, miten häiriöaineet vaikuttavat mekaanisen massan peroksidivalkaisuun käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia. Laboratoriokokeiden tulokset osoittivat, että magnesiumhydroksidi kesti paremmin valkaisussa käytettyjä häiriöaineita. Pienillä metallilisäyksillä ei ole vaikutusta massan vaaleuteen käytettäessä magnesiumhydroksidia. Korvattaessa laimennusvettä viirapuristimen suodoksella peroksidi kului lähes loppuun käytettäessä natriumhydroksidia, mikä näkyi myös vaaleuden heikkenemisenä. Valkaisukokeiden perusteella magnesiumhydroksidialkalilla jäädään jopa kolme prosenttiyksikköä natriumhydroksidin kanssa saadusta vaaleudesta, peroksidiannoksen olleessa kolme prosenttia. Mutta käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia liuenneen orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC) sekä biologinen (BOD7) että kemiallinen (CODcr) hapenkulutus pienenivät lähes puolella.

Sensitive photonic system to measure oxidative potential of airborne nanoparticles and ROS levels in exhaled air

A photonic system has been developed that enables sensitive quantitative determination of reactive oxygen species (ROS) - mainly hydrogen peroxide (H2O2) - in aerosol samples such as airborne nanoparticles and exhaled air from patients. The detection principle relies on the amplification of the absorbance under multiple scattering conditions due to optical path lengthening [1] and [2]. In this study, the presence of cellulose membrane that acts as random medium into the glass optical cell considerably improved the sensitivity of the detection based on colorimetric FOX assay (FeII/orange xylenol). Despite the loss of assay volume (cellulose occupies 75% of cell volume) the limit of detection is enhanced by one order of magnitude reaching the value of 9 nM (H2O2 equivalents). Spectral analysis is performed automatically with a periodicity of 5 to 15 s, giving rise to real-time ROS measurements. Moreover, the elution of air sample into the collection chamber via a micro-diffuser (impinger) enables quantitative determination of ROS contained in or generated from airborne samples. As proof-of-concept the photonic ROS detection system was used in the determination of both ROS generated from traffic pollution and ROS contained in the exhaled breath as lung inflammation biomarkers.