Creating greater value for biomass residues

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Engineering Sciences and Technology

Valorisation of vegetable oil deodorizer distillate by enzymatic reaction and membrane processing

Dissertação para obtenção do Grau de Doutora em Engenharia Química e Bioquímica

Development of a "green process" for the isolation of natural functional extracts with anti-cancer activity - Application of high-pressure technology

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Development of a satellite based PM10 concentration product for urban areas

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia do Ambiente

Fractionation of hydro-ethanolic extracts from grape pomace through membrane processing: the effect of membrane and extracting media on process performance

The EM3E Master is an Education Programme supported by the European Commission, the European Membrane Society (EMS), the European Membrane House (EMH), and a large international network of industrial companies, research centers and universities

Larvicidal activity of oil-resin fractions from the Brazilian medicinal plant Copaifera reticulata Ducke (Leguminosae-Caesalpinoideae) against Aedes aegypti (Diptera, Culicidae)

Oil-resin fractions from Copaifera reticulata Ducke (Leguminosae-Caesalpinoideae) were evaluated for larvicidal activity on third larval instars of Aedes aegypti, in searching for alternative control methods for this mosquito. The bioactive fractions were chemically monitored by thin-layer chromatography, ¹H and 13C nuclear magnetic resonance and mass spectrometry. Bioassays were performed using five repetitions, at a temperature of 28 ± 1°C, relative humidity of 80 ± 5% and light and dark cycles of 12h. Mortality was indicated by darkening of the cephalic capsule after 24h of exposure of the larvae to the solutions. The most active fractions were CRM1-4 (sesquiterpenes) and CRM5-7 (labdane diterpenes), which showed LC50 values of 0.2 and 0.8ppm, respectively.

Exploring the bioavailability of (poly)phenols from berries and their potential activities in humans

(Poly)phenols are the most widely distributed secondary metabolites, in plants, and, therefore, are regular constituents of human food products. The regular ingestion of (poly)phenol-containing foods has been associated with a reduced risk of acquiring chronic diseases and many studies are currently trying to corroborate this theory. However, the precise contribution of (poly)phenols to disease prevention is still unknown.(...)

Exposição profissional ao chumbo : análise da indução de efeitos genotóxicos

RESUMO - A exposição contínua a substâncias químicas tem consequências para a saúde humana, algumas das quais não estão ainda totalmente estabelecidas. A toxicologia ocupacional é uma área interdisciplinar que envolve conhecimentos de higiene e de medicina ocupacional, de epidemiologia e de toxicologia e que tem por principal objectivo prevenir a ocorrência de efeitos adversos decorrentes do ambiente ocupacional sendo um dos seus principais papéis fornecer o máximo de dados que possam contribuir para o conhecimento dos potenciais efeitos na saúde. O chumbo é um tóxico de características cumulativas que provoca na saúde efeitos principalmente sistémicos, ou seja, o efeito tóxico manifesta-se em locais afastados do contacto inicial que resultam essencialmente de exposições crónicas, resultantes de períodos de exposição mais ou menos longos ao metal (entre meses e anos). Pode interagir com diferentes órgãos e tecidos, ligando-se a moléculas e constituintes celulares. Uma vez que não possui qualquer função fisiológica, a presença do chumbo no organismo humano resulta numa série de efeitos prejudiciais que afectam diversos órgãos e sistemas. A toxicidade do chumbo manifesta-se em diversos órgãos e tecidos, nomeadamente no sistema hematopoiético, no sistema nervoso, no rim, no aparelho reprodutor, no sistema cardiovascular, no sistema endócrino e no sistema imunitário. Da interferência do chumbo com o funcionamento de alguns sistemas biológicos resultam um conjunto de alterações fundamentais ao nível dos processos de transporte através das membranas, da integridade estrutural e funcional das enzimas e de várias vias metabólicas, em especial da fosforilação oxidativa e da síntese do heme sendo os primeiros efeitos bioquímicos do chumbo detectados a partir de valores de plumbémia inferiores a 10 μg/dL. As medidas de higiene e segurança actualmente em vigor nos países desenvolvidos asseguram que os casos de intoxicação grave são cada vez menos frequentes. No entanto, o risco de exposição a nível ocupacional existe em todas as actividades que envolvem materiais que o contenham como as explorações mineiras, as fundições primária e secundária, a produção de baterias de chumbo ácido, a produção de vidro com pigmentos de chumbo, as soldaduras de reparação automóvel e a instrução de tiro. Desde 2006 o chumbo é considerado pela International Agency for Research on Cancer (IARC) uma substância carcinogénica do grupo 2A (provável carcinogénio para o ser humano). Considera-se, assim, que o chumbo tem, inequivocamente, capacidade de induzir cancro em animais experimentais mas que, embora haja fortes indícios de que os mecanismos que medeiam a carcinogénese desses compostos ocorrem no ser humano, os dados disponíveis ainda não podem assegurar essa relação. Com este estudo pretendeu-se contribuir para o conhecimento da toxicidade do chumbo através do estudo da exposição ao chumbo e da influência da susceptibilidade individual (em industrias sem co-exposição significativa a outros agentes conhecidos ou suspeitos de serem carcinogénicos). Pretendeu-se estudar o caso através de uma abordagem múltipla que permitisse relacionar diferentes tipos de marcadores biológicos uma vez que a monitorização biológica integra todas as possíveis vias de entrada no organismo (para além da via respiratória), eventuais exposições fora do contexto estritamente profissional assim como uma série de factores intrínsecos individuais (relacionados com modos de via, de natureza fisiológica e comportamentais). Sendo a co-exposição a outros compostos com propriedades genotóxicas e carcinogénicas uma questão difícil de tornear quando se quer avaliar o potencial genotóxico do chumbo em populações expostas, ocupacional ou ambientalmente este estudo tem a vantagem de ter sido efectuado em populações sem co-exposição conhecida a outras substâncias deste tipo, permitindo concluir sobre os efeitos resultantes apenas da exposição a chumbo na população humana, contribuindo para explicar algumas das aparentes inconsistências e contradições entre diferentes estudos sobre este tema. Os indicadores de exposição usados foram: indicadores de dose interna (doseamento de chumbo e de PPZ no sangue), indicadores de efeitos adversos no heme e genotóxicos (actividade da ALAD, teste do cometa e mutação em TCR) e indicadores de susceptibilidade (polimorfismos genéticos de ALAD e VDR) através de uma abordagem estatística de comparação directa de sub-grupos previamente definidos na população e da aplicação de um modelo de regressão múltipla. Este estudo revelou que os níveis de plumbémia na população portuguesa baixaram significativamente nos últimos 10 anos, tanto na população ocupacionalmente exposta como na população em geral e que a presença do genótipo B-B (do gene VDR) é preditiva das variações de plumbémia, quando comparada com o genótipo mais frequente na população, B-b; ao contrário, o genótipo b-b não aparenta ter influência em nenhum dos marcadores estudados. No que diz respeito a efeitos genotóxicos concluiu-se que estes não se manifestaram na população estudada, levando a concluir que nos níveis de exposição estudados, o chumbo não tem capacidade de induzir este tipo de efeitos per si levando ao reforço da hipótese, já levantada por outros autores, de que o mecanismo de genotoxicidade do chumbo seja essencialmente de promoção de processos de genotoxicidade desencadeados por outros agentes. A realização de estudos de efeitos genotóxicos e de stress oxidativo desenhados de forma a comparar grupos de trabalhadores expostos apenas a chumbo com grupos de trabalhadores com o mesmo nível de exposição a chumbo, mas com co-exposição a outros agentes reconhecidamente carcinogénicos poderá ajudar a aumentar o conhecimento deste efeito do chumbo na saúde humana.

Genetic and functional analysis of the bacillus subtilis BSP1 gam cluster

Mannans (linear mannan, glucomannan, galactomannan and galactoglucomannan) are the major constituents of the hemicellulose fraction in softwoods and show great importance as a renewable resource for fuel or feedstock applications. As complex polysaccharides, mannans can only be degraded through a synergistic action of different mannan-degrading enzymes, mannanases. Microbial mannanases are mainly extracellular enzymes that can act in wide range of pH and temperature, contributing to pulp and paper, pharmaceutical, food and feed, oil and textile successful industrial applications. Knowing and controlling these microbial mannan-degrading enzymes are essential to take advantage of their great biotechnological potential. The genome of the laboratory 168 strain of Bacillus subtilis carries genes gmuA-G dedicated to the degradation and utilization of glucomannan, including an extracellular -mannanase. Recently, the genome sequence of an undomesticated strain of B. subtilis, BSP1, was determined. In BSP1, the gmuA-G operon is maintained, interestingly, however, a second cluster of genes was found (gam cluster), which comprise a second putative extracellular β-mannanase, and most likely specify a system for the degradation and utilization of a different mannan polymer, galactoglucomannan. The genetic organization and function of the gam cluster, and whether its presence in BSP1 strain results in new hemicellulolytic capabilities, compared to those of the laboratory strain, was address in this work. In silico and in vivo mRNA analyses performed in this study revealed that the gam cluster, comprising nine genes, is organized and expressed in at least six different transcriptional units. Furthermore, cloning, expression, and production of Bbsp2923 in Escherichia coli was achieved and preliminary characterization shows that the enzyme is indeed a β-mannanase. Finally, the high hemicellulolytic capacity of the undomesticated B. subtilis BSP1, demonstrated in this work by qualitative analyses, suggests potential to be used in the food and feed industries.

Larvicidal effects of endophytic and basidiomycete fungus extracts on Aedes and Anopheles larvae (Diptera, Culicidae)

Introduction In vitro bioassays were performed to access the larvicidal activity of crude extracts from the endophytic fungus Pestalotiopsis virgulata (Melanconiales, Amphisphaeriaceae) and the saprophytic fungus Pycnoporus sanguineus (Basidiomycetes, Polyporaceae) against the mosquitoes Aedes aegypti and Anopheles nuneztovari. Methods The extracts were tested at concentrations of 100, 200, 300, 400 and 500ppm. Ethyl acetate mycelia (EAM) extracts and liquid culture media (LCM) from Pe. virgulata and Py. sanguineus were tested against third instar larvae of Ae. aegypti and An. nuneztovari. Results The larvicidal activity of the EAM extracts from Pe. virgulata against Ae. aegypti had an LC50=101.8ppm, and the extract from the basidiomycete fungus Py. sanguineus had an LC50=156.8ppm against the Ae. aegypti larvae. The Pe. virgulata extract had an LC50=16.3ppm against the An. nuneztovari larvae, and the Py. sanguineus extract had an LC50=87.2ppm against these larvae. Conclusions These results highlight the larvicidal effect of EAM extracts from the endophyte Pe. virgulata against the two larval mosquitoes tested. Thus, Pe. virgulata and Py. sanguineus have the potential for the production of bioactive substances against larvae of these two tropical disease vectors, with An. nuneztovari being more susceptible to these extracts.

The effects of a diet formulation with oats, soybeans, and flax on lipid profiles and uricemia in patients with AIDS and dyslipidemia

Introduction Although the initiation of highly active antiretroviral therapy (HAART) is accompanied by an attenuation of viral load, metabolic disorders characterized by hyperglycemia, dyslipidemia, and lipodystrophy are often observed in patients under this treatment. Certain foods, such as oat bran, soy protein, and flaxseed, have been shown to improve a patient's lipid profile despite possible increases in uricemia. Thus, a bioactive compound was formulated using these foods to help patients with HIV/AIDS control metabolic disorders resulting from HAART. Methods An uncontrolled before and after study was performed. The total cholesterol, HDL-cholesterol, LDL-cholesterol, triglycerides, and uric acid before and after 3 months of consuming the formulation were compared in patients. The compound was formulated such that 40g (the recommended daily intake) contained approximately 10g of flaxseed, 20g of oat bran, and 10g of textured soy protein. Results The study population consisted of 139 patients, 31 of whom were included in the final analysis. There were no significant variations between the laboratory results obtained before and after consumption of the compound. Conclusions The regular consumption of the formulation together with individualized dietary guidance did not reduce lipid levels and did not contribute to an increase in uricemia in the study group. However, new studies with higher doses of the foods that compose the formulation should be encouraged to investigate whether these foods can positively influence the lipid profiles of these patients.

A conspiracy theory for clefts : the syntax and interpretation of cleft constructions

O objetivo final deste estudo é contribuir para a discussão sobre qual a medida em que conceitos semânticos e discursivos estão sintaticamente codificados. Mais especificamente, investiga-se se existe alguma correlação consistente entre alguns aspetos interpretativos e sintáticos de quatro construções clivadas do Português Europeu, e como se deve dar conta teoricamente destas potenciais correlações. As clivadas consideradas são as clivadas canónicas, as pseudoclivadas, as clivadas de é que e as clivadas de SER. Sintaticamente podemos distinguir dois tipos: clivadas bioracionais (canónicas e pseudoclivadas) e clivadas mono-oracionais (clivadas de é que e de SER). Todas as estruturas têm um constituinte clivado focalizado que pode constituir tanto um foco informacional como um foco contrastivo, e uma oração clivada que introduz uma pressuposição existencial. Adicionalmente, o constituinte clivado identifica exaustivamente uma posição vazia na oração clivada. Adota-se a semântica alternativa para o foco (Rooth 1985), segundo a qual o foco entoacional contribui uniformemente um conjunto de alternativas na Forma Lógica. Regras pragmáticas operando neste conjunto dão origem a duas implicaturas que podem ser suspensas: pressuposição existencial e exaustividade. Dado que as clivadas de é que e as de SER têm a mesma interpretação que orações não-clivadas, conclui-se que a sua estrutura sintática particular não contribui para estas propriedades interpretativas. Em contrapartida, as clivadas bioracionais, que são orações copulativas especificacionais, têm uma presuposição existencial e uma interpretação exaustiva que não pode ser suspensa, tal como as orações especificacionais não-clivadas. Argumenta-se que isto se deve ao facto de o constituinte clivado identificar uma variável introduzida por uma descrição definida. Demonstra-se que a oração clivada, uma relativa em posição de complemento de um determinador definido nas clivadas canónicas e uma relativa livre nas pseudoclivadas, tem a mesma denotação que um DP definido, e portanto tem uma pressuposição existencial inerente. A interpretação exaustiva deve-se à relação identificacional entre o constituinte clivado e a descrição definida. Além disso, defende-se que em Português Europeu um traço de foco não desencadeia movimento-A’ para um FocP especializado. Os constituintes focalizados movem-se antes por razões independentes do foco. Isto é confirmado pelo facto de apenas o constituinte clivado das clivadas de é que ter propriedades de movimento A’, os outros parecem estar in situ. Propõe-se que o constituinte clivado das clivadas de é que é um tópico com um traço de foco que se move para um TopP. Esta análise dá conta da existência de restrições discursivas semelhantes para tópicos não focalizados e para o constituinte clivado das clivadas de é que. O traço quantificacional de foco arrastado pela topicalização dá origem a efeitos de intervenção, causando a não-recursividade do foco na periferia esquerda e a sua incompatibilidade com movimento de outros constituintes com traços quantificacionais. A análise prediz as restrições de encaixe observadas para as clivadas de é que. Finalmente, desenvolve-se uma análise sintática das clivadas de SER que aproxima estas estruturas das estruturas com partículas de foco. Propõe-se que a cópula é um operador sensível ao foco que é merged juntamente com o constituinte clivado. As restrições distribucionais da cópula devem-se a requisitos selecionais de núcleos.

ESSENTIAL OIL OF Protium unifoliolatum (BURSERACEAE)

The major constituents of the leaf essential oil of P. unifoliolatumare trans-caryophyllene (37.45%), limonene (24.23%) and α-humulene (9.94%).

Fucoidan-based particles for diabetes mellitus treatment

Marine organisms are rich in a variety of materials with potential use in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. One important example is fucoidan, a sulfated polysaccharide extracted from the cell wall of brown seaweeds.  Fucoidan is composed by L-fucose, sulfate groups and glucuronic acid. It has important bioactive properties such as anti-oxidative, anticoagulant, anticancer and reducing the blood glucose (1). In this work, the biomedical potential of fucoidan-based materials as drug delivery system was assessed by processing modified fucoidan (MFu) into particles by photocrosslinking using superamphiphobic surfaces and visible light. Fucoidan was modified by methacrylation reaction using different concentrations of methacrylate anhydride, namely 8% v/v (MFu1) and 12% v/v (MFu2). Further, MFu particles with and without insulin (5% w/v) were produced by pipetting a solution of 5% MFu with triethanolamine and eosin-y onto a superamphiphobic surface and then photocrosslinking using visible light (2). The developed particles were characterized to assess their chemistry, morphology, swelling behavior, drug release, insulin content and encapsulation efficiency. Moreover, the viability assays of fibroblast L929 cells in contact with MFu particles showed good adhesion and proliferation up to 14 days. Furthermore, the therapeutic potential of these particles using human beta cells is currently under investigation. Results obtained so far suggest that modified fucoidan particles could be a good candidate for diabetes mellitus therapeutic approaches.  

Organic-inorganic nanostructured multilayers for calcium phosphate biomineralization

The weak fixation of biomaterials within the bone structure is one of the major reasons of implants failures. Calcium phosphate (CaP) coatings are used in bone tissue engineering to improve implant osseointegration by enhancing cellular adhesion, proliferation and differentiation, leading to a tight and stable junction between implant and host bone. It has also been observed that materials compatible with bone tissue either have a CaP coating or develop such a calcified surface upon implantation. Thus, the development of bioactive coatings becomes essential for further improvement of integration with the surrounding tissue. However, most of current applied CaP coatings methods (e.g. physical vapor deposition), cannot be applied to complex shapes and porous implants, provide poor structural control over the coating and prevent incorporation of bioactive organic compounds (e.g. antibiotics, growth factors) because of the used harsh processing conditions. Layer-by-layer (LbL) is a versatile technology that permits the building-up of multilayered polyelectrolyte films in mild conditions based on the alternate adsorption of cationic and anionic elements that can integrate bioactive compounds. As it is recognized in natureâ s biomineralization process the presence of an organic template to induce mineral deposition, this work investigate a ion based biomimetic method where all the process is based on LbL methodology made of weak natural-origin polyelectrolytes. A nanostructured multilayer component, with 5 or 10 bilayers, was produced initially using chitosan and chondroitin sulphate polyelectrolyte biopolymers, which possess similarities with the extracellular matrix and good biocompatibility. The multilayers are then rinsed with a sequential passing of solutions containing Ca2+ and PO43- ions. The formation of CaP over the polyelectrolyte multilayers was confirmed by QCM-D, SEM and EDX. The outcomes show that 10 polyelectrolyte bilayer condition behaved as a  better site for initiating the formation of CaP as the precipitation occur at earlier stages than in 5 polyelectrolyte bilayers one. This denotes that higher number of bilayers could hold the CaP crystals more efficiently. This work achieved uniform coatings that can be applied to any surface with access to the liquid media in a low-temperature method, which potentiates the manufacture of effective bioactive biomaterials with great potential in orthopedic applications.