Magnesium hydroxide-based peroxide bleaching of high-brightness mechanical pulps

A high final brightness is desired in most paper and board products. This requires bleaching processes that are able to produce high-brightness pulps. Mechanical pulps are widely bleached for high brightness using alkaline hydrogen peroxide with traditional sodium hydroxide and sodium silicate as additives. With high doses however, peroxide bleaching causes high organic loads in the mill effluent and anionic trash carry-over to papermaking. To alleviate the problems that arise from the use of sodium-based additives in peroxide bleaching, interest in the use of alternative magnesium-based chemicals has increased. In this study, a new, technical high-purity magnesium hydroxide-based bleaching additive was evaluated on laboratory-scale, pilot-scale and mill-scale experiments and trials for its ability to produce a high brightness in peroxide bleaching without the known problems of sodium-based chemicals. The key findings of this study include: a high brightening potential of peroxide bleaching using the Mg(OH)2-based additive, significant reductions (40-70%) in all categories of environmental load, and cationic demand lowered by 60-70% in bleached pulp with no loss in strength properties or in sheet bulk. When used in TMP refiner bleaching, the Mg(OH)2-based additive resulted in savings in specific energy consumption and provided a good bleaching response.

Wet oxidation of biomass for chemical production

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli tutkia märkähapetusprosessia jätevesien käsittely-menetelmänä ja mahdollisena menetelmänä kemikaalien tuottamiseksi jätevesistä. Erityishuomio on kiinnitetty paperiteollisuudessa syntyviin jätevesiin. Teoriaosassa käsitellään vesikiertoja paperitehtaassa, paperitehtaalla syntyvän jäteveden ominaisuuksia sekä itse märkähapetusprosessia. Märkähapetusprosessissa perehdytään tavalliseen happea käyttävään märkähapetukseen sekä vetyperoksidia käyttävään menetelmään sekä näissä prosesseissa syntyviin väli- ja lopputuotteisiin. Märkähapetus (WO) on terminen hapetusmenetelmä, jolla voidaan käsitellä jätevesiä, jotka ovat liian konsentroituja biologisiin käsittelyihin tai jotka ovat huonosti biohajoavia. Märkähapetuksen tarkoituksena on parantaa molekulaarisen hapen ja orgaanisen aineen välistä kontaktia, jolloin orgaaninen aines pilkkoutuu muodostaen pääasiassa karboksyylihappoja, aldehydejä, hiilidioksidia ja vettä. Märkähapetuksessa hapettavana kaasuna voidaan käyttää joko puhdasta happea tai ilmaa. Vetyperoksidia käyttävässä märkähapetuksessa (WPO) hapettava kaasu on korvattu nestemäisellä vetyperoksidilla. Kokeellisessa osassa tutkittiin orgaanisen aineksen hapetusta käyttäen Fentonin reagenssia, jolloin katalyyttina reaktiossa toimii rautaionit (Fe2+ ja Fe3+) ja hapettimena vetyperoksidi. Hapetettavana jätevetenä käytettiin paperitehtaan hiomolta saatua kiertovettä, TMP-vettä. Hapetuskokeita tehtiin eri vetyperoksidin annoksilla ja katalyytin määrillä eri lämpötiloissa. Hapetuksen jälkeen näytteistä mitattiin kemiallinen hapenkulutus (COD), orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC) sekä pH. Lisäksi näytteistä määritettiin nestekromatografilla (HPLC) tyypillisten välituotteiden, kuten oksaalihapon, muurahaishapon ja etikkahapon, määrät. Tehdyissä kokeissa COD-arvoja saatiin pienennettyä 50-88 % siten, että suodatetuissa näytteissä muutos oli suurempi kuin suodattamattomissa näytteissä. Lisäksi TOC-arvot laskivat 28-58 %. Tehdyissä kokeissa saatiin myös tuotettua välituotteina karboksyylihappoja, joista etikkahappoa ja oksaalihappoa tuotettiin suurimmat määrät. Myös muurahaishappoa ja meripihkahappoa saatiin tuotettua.

Suomen satamissa käsiteltävät pakatut vaaralliset aineet ja esimerkkejä niiden vaaraominaisuuksista

Tämä raportti on tehty osana Kymenlaakson ammattikorkeakoulun hallinnoiman NELIn (North European Logistics Institute) esiselvitystä vaarallisten aineiden tunnistamisesta konttiliikenteessä. Tässä Turun yliopiston merenkulkualan koulutus- ja tutkimuskeskuksen Kotkassa toimivan Merenkulun logistiikan tutkimus -yksikön tekemässä selvityk-sessä on tutkittu kansallista satamaliikenteen PortNet-järjestelmää hyödyntäen, mitä pakattuina kuljetettavia vaarallisia aineita ja kuinka suuria määriä Suomen satamissa käsitellään. PortNet-analyysin tulosten pohjalta tutkimuksessa on selvitetty Suomen satamissa eniten käsiteltyjen, pakattuina kuljetettavien vaarallisten aineiden vaaraominaisuuksia sekä ihmisten että ympäristön kannalta. Tutkimuksessa tehdyn PortNet-analyysin perusteella pakattuja vaarallisia aineita käsiteltiin 16:ssa Suomen satamassa vuonna 2012. Käsiteltyjen aineiden kokonaismäärä oli noin 820 000 tonnia, josta viennin osuus oli 53 % ja tuonnin 47 %. Eniten kuljetettuja IMDG-luokkia olivat luokan 3 palavat nesteet (31 %:n osuus), luokan 9 muut vaaralliset aineet ja esineet (25 %) sekä luokan 8 syövyttävät aineet (23 %). Muiden luokkien osuus oli alle 10 %. Suomen satamissa käsiteltiin vuonna 2012 yhteensä noin 1 020 eri-laista, pakattua vaarallista ainetta. Yli 10 000 tonnia käsiteltyjä aineita oli yhteensä 16, 1 000–10 000 tonnia käsiteltyjä aineita 84, 100–1 000 tonnia käsiteltyjä aineita 148 ja alle 100 tonnia käsiteltyjä aineita noin 770. Eniten käsiteltyjä aineita olivat pääasiassa erilaiset aineyhdisteet ja tarkemmin määrittelemättömät aineet, kuten ympäristölle vaarallinen aine n.o.s, maalit, polymeeripelletit, hartsiliuos, kohotetussa lämpötilassa oleva neste n.o.s. ja nikkelimetallihybridiakut. Näitä kaikkia käsiteltiin Suomen satamissa yli 20 000 tonnia vuonna 2012. Varsinaisista yksittäisistä vaarallisista aineista eniten käsiteltyjä olivat muurahaishappo, vetyperoksidin vesiliuos, natriumkloraatti, ammoniumnitraatti, fenoli ja kloorietikkahappoliuos. Näitä kaikkia käsiteltiin yli 10 000 tonnia vuonna 2012. PortNet-analyysin tulosten pohjalta valittiin kymmenen ainetta, joiden vaaraominaisuuksia sekä ihmisten että ympäristön kannalta tarkasteltiin tarkemmin. Tarkasteluun valittiin, tieteellistä harkintaa käyttäen, eniten kuljetettavia vaarallisia yksittäisiä kemikaaleja. Tarkasteluun valitut kemikaalit olivat muurahaishappo, vetyperoksidi, natrium-kloraatti, kloorietikkahappo, fenoli, akryyliamidiliuos, ksyleenit, akryylinitriili, tolueeni ja epikloorihydriini. Tutkituista kemikaaleista ympäristölle haitallisimpia ovat fenoli, kloorietikkahappo ja akryyliamidiliuos. Ihmisen kannalta kaikki 10 tutkittua kemikaalia muodostavat onnettomuustilanteessa riskin ihmisten terveydelle joko syövyttävyytensä, reaktiivisuutensa tai myrkyllisyytensä vuoksi. Osa kemikaaleista voi aiheuttaa ihmisille myös kroonisia haittoja, kuten kohonnutta syöpäriskiä tai muutoksia perimässä, joko suurina kerta-annoksina tai pieninä toistuvina pitoisuuksina. Suomen satamissa käsiteltävien pakattujen kemikaalien erilaisuus ja suuri lukumäärä tekevät niistä vaikeasti hallittavissa olevan riskitekijän. Yleisesti ottaen voidaan sanoa, että pakatuista kemikaaleista aiheutuu pienehköissä vuototilanteissa suurempi uhka ihmisen terveydelle kuin ympäristölle, kun taas irtolastikuljetuksissa tapahtuvien onnettomuuksien yhteydessä vuotaneen aineen määrä on yleensä suurempi ja näin ollen myös ympäristölle koituva uhka voi olla suuri.

Permuurahaishapon valmistaminen mikroreaktorissa

Kandidaatintyön teoriaosassa perehdytään mikroreaktoreihin sekä niiden etuihin ja haasteisiin. Lisäksi esitellään lyhyesti, kuinka sekoitus näissä reaktoreissa voidaan järjestää erilaisten sekoituselementtien avulla sekä uusien ainetta lisäävien valmistusmenetelmien tarjoamat mahdollisuudet reaktorien valmistukselle. Mikroreaktorien edut liittyvät pääasiassa prosessin helpompaan hallittavuuteen, mikä johtaa mm. turvallisuuden lisääntymiseen ja energiasäästöihin. Lisäksi esitellään kokeellisessa osassa lähtöaineina käytettävät vetyperoksidi ja muurahaishappo, sekä tuotteena syntyvä permuurahaishappo ja sen käyttökohteita. Permuurahaishappoa käytetään mm. desinfiointiaineiden yhtenä komponenttina. Sitä voidaan käyttää myös paperikoneen vesikierron bakteerien tappamiseen. Epästabiiliutensa vuoksi permuurahaishappo voi räjähtää jopa huoneenlämmössä, mikä aiheuttaa merkittävän riskin sen varastoinnille ja kuljetukselle. Tästä syystä työssä tutkittu menetelmä permuurahaishapon valmistamiseksi mikroreaktorissa tarjoaa hyvän vaihtoehdon permuurahaishapon tuottamiseksi suoraan tarpeeseen. Kokeellisessa osassa permuurahaishappoa valmistettiin muurahaishaposta ja vetyperoksidista käyttäen rikkihappoa katalyyttinä reaktion nopeuttamiseksi. Lämpötilan ja viipymäajan vaikutusta tutkittiin permuurahaishapon muodostumiseen. Molempien nosto vaikutti edullisesti permuurahaishapon saantoon, mutta lämpötilan nosto lisää samalla räjähdysriskiä. Mikroreaktorissa lämpötilan nosto on kuitenkin suhteessa turvallisempaa makroreaktoriin verrattuna.

Topochemistry of physical and chemical pretreatments of biomass as investigated by FE-SEM, XPS and ToF-SIMS

Surface chemistry is of great importance in plant biomass engineering and applications. The surface chemical composition of biomass which includes lignin, carbohydrates and extractives influences its interactions with chemical agents, such as pulp processing/papermaking chemicals, or enzymes for different purposes. In this thesis, the changes in the surface chemical composition of lignocellulosic biomass after physical modification for the improvement of resulting paper properties and chemical treatment for the enhancement of enzymatic hydrolysis were investigated. Low consistency (LC) refining was used as physical treatment of bleached softwood and hardwood pulp samples, and the surface chemistry of refined samples was investigated. The refined pulp was analysed as whole pulp while the fines-free fibre samples were characterized separately. The fines produced in LCrefining contributed to an enlarged surface specific area as well as the change of surface coverage by lignin and extractives, as investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The surface coverage by lignin of the whole pulp decreased after refining while the surface coverage by extractives increased both for pine and eucalyptus. In the case of pine, the removal of fines resulted in reduction of the surface coverage by extractives, while the surface coverage by lignin increased on fibre sample (without fines). In the case of eucalyptus, the surface coverage by lignin of fibre samples decreased after the removal of fines. In addition, the surface distribution of carbohydrates, lignin and extractives of pine and eucalyptus samples was determined by Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS). LC-refining increased the amounts of pentose, hexose and extractives on the surface of pine samples. ToF-SIMS also gave clear evidence about xylan deposition and reduction of surface lignin distribution on the fibre of eucalyptus. However, the changes in the surface chemical composition during the physical treatment has led to an increase in the adsorption of fluorescent whitening agents (FWAs) on fibres due to a combination of electro-static forces, specific surface area of fibres and hydrophobic interactions. Various physicochemical pretreatments were conducted on wood and non-wood biomass for enhancing enzymatic hydrolysis of polysaccharides, and the surface chemistry of the pretreated and enzymatically hydrolysed samples was investigated by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), XPS and ToF-SIMS. A hydrotrope was used as a relatively novel pretreatment technology both in the case of wood and non-wood biomass. For comparison, ionic liquid and hydrothermal pretreatments were applied on softwood and hardwood as well. Thus, XPS analysis showed that the surface lignin was more efficiently removed by hydrotropic pretreatment compared to ionic liquid or hydrothermal pretreatments. SEM analysis also found that already at room temperature the ionic liquid pretreatments were more effective in swelling the fibres compared with hydrotropic pretreatment at elevated temperatures. The enzymatic hydrolysis yield of hardwood was enhanced due to the decrease in surface coverage of lignin, which was induced by hydrotropic treatment. However, hydrotropic pretreatment was not appropriate for softwood because of the predominance of guaiacyl lignin structure in this material. In addition, the reduction of surface lignin and xylan during pretreatment and subsequent increase in cellulose hydrolysis by enzyme could be observed from ToF-SIMS results. The characterisation of the non-wood biomass (e.g. sugarcane bagasse and common reed) treated by hydrotropic method, alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatments were carried out by XPS and ToF-SIMS. According to the results, the action for the removal of the surface lignin of non-wood biomass by hydrotropic pretreatment was more significant compared to alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatments, although a higher total amount of lignin could be removed by alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatment. Furthermore, xylan could be remarkably more efficiently removed by hydrotropic method. Therefore, the glucan yield achieved from hydrotropic treated sample was higher than that from samples treated with alkaline or alkaline hydrogen peroxide. Through the use of ToF-SIMS, the distribution and localization of lignin and carbohydrates on the surface of ignocelluloses during pretreatment and enzymatic hydrolysis could be detected, and xylan degradation during enzymatic hydrolysis could also be assessed. Thus, based on the results from XPS and ToF-SIMS, the mechanism of the hydrotropic pretreatment in improving the accessibility of enzymes to fibre and further ameliorating of the enzymatic saccharification could be better elucidated.

Talousvesilaitoksen saostusvaiheen tehostaminen esihapetuksella – Case Suomen Sokeri Oy:n vedenkäsittely

Diplomityö tehtiin Suomen Sokeri Oy:n vesilaitokselle Vihreän Kemian laboratoriossa. Prosessia tarkasteltiin saostuksen osalta ja tavoitteena oli sen kehittäminen esihapetusmenetelmän tai saostuskemikaalin vaihdon avulla. Tarkastelu tehtiin orgaanisen, kiintoaineksen ja metallien poiston, desinfiointitehon sekä ympäristöystävällisyyden osalta. Potentiaalisia esihapetusmenetelmiä (kaliumpermanganaatti, vetyperoksidi, valokemiallinen, H2O2/UV, valokatalyyttinen, TiO2/UV, H2O2/ultraääni sekä esihapetus peretikkahapolla) tarkasteltiin eri pitoisuuksilla ja tehoilla laboratoriomittakaavassa jar-testin avulla. Saostustehoa testattiin alumiinikloridilla ja ferrisulfaatilla. Raakaveden laadun muutoksia eri vaiheissa seurattiin laboratorioanalyysein. Hapetusmenetelmien desinfiointiteho, vaikutukset syanobakteereihin ja -toksiineihin sekä reaktioissa syntyvät sivutuotteet kartoitettiin teorian perusteella. Työn tuloksien perusteella kaliumpermanganatti, vetyperoksidi erityisesti kehittyneenä hapetustekniikkana sekä valokatalyyttinen menetelmä tehostivat vedenkäsittelyä, mutta koska TiO2/UV- tai ultraäänihapetukselle ei ole vielä olemassa kaupallista sovellusta laitosmittakaavassa niin suositeltavat menetelmät ovat KMnO4- ja H2O2(/UV)-hapetukset jatkotutkimussuositukset huomioiden. Peretikkahappo ei tämän tutkimuksen perusteella vaikuttanut suositeltavalta hapetusmenetelmältä, mutta sen sijaan teorian perusteella potentiaaliselta desinfektioaineelta myös talousvedenpuhdistukseen. Opinnäytetyötä eri hapetusmenetelmien osalta talousvedelle ei ole aiemmin tehty eikä peretikkahappohapetuksesta ole laajalti aiempaa tutkimustietoa. Kokeellisen osuuden tulokset antavat uutta tietoa menetelmien soveltuvuudesta vastaaville laitoksille.

Jalometallien pelkistyskemikaalit

Tässä työssä esitellään kirjallisuudesta löytyneitä vaihtoehtoja jalometallien (Au, Ag, Pt, Pd, Is, Os, Rh, Ru, Re) homogeeniseen pelkistämiseen ja tekijöitä, jotka vaikuttavat pelkistimen valintaan. Jalometallien korkea hinta tekee niiden talteenoton pienistäkin pitoisuuksista kiinnostavaksi. Pelkistäminen on talteenoton viimeinen vaihe, jota voidaan käyttää myös puhdistusaskeleena. Pelkistimen valinnalla on suuri merkitys pelkistystulokseen. Myös pH:lla ja lämpötilalla on merkittävä vaikutus pelkistykseen. Ideaalinen pelkistyskemikaali on edullinen, selektiivinen, sillä on kohtuullinen pelkistysaika, se ei ole haitallinen, ei muodosta haitallisia sivutuotteita ja tarvittava prosessi on yksinkertainen. Lupaavia pelkistyskemikaaleja ovat esimerkiksi askorbiinihappo, vetyperoksidi ja muurahaishappo.

A gasometric method to determine erythrocyte catalase activity

We describe a new gasometric method to determine erythrocyte catalase activity by the measurement of the volume of oxygen produced as a result of hydrogen peroxide decomposition in a system where enzyme and substrate are separated in a special reaction test tube connected to a manometer and the reagents are mixed with a motor-driven stirrer. The position of the reagents in the test tube permits the continuous measurement of oxygen evolution from the time of mixing, without the need to stop the reaction by the addition of acid after each incubation time. The enzyme activity is reported as KHb, i.e., mg hydrogen peroxide decomposed per second per gram of hemoglobin (s-1 g Hb-1). The value obtained for catalase activity in 28 samples of hemolyzed human blood was 94.4 ± 6.17 mg H2O2 s-1 g Hb-1. The results obtained were precise and consistent, indicating that this rapid, simple and inexpensive method could be useful for research and routine work.

The antioxidant action of Polypodium leucotomos extract and kojic acid: reactions with reactive oxygen species

Two natural products Polypodium leucotomos extract (PL) and kojic acid (KA) were tested for their ability to scavenge reactive oxygen species (·OH, ·O2-, H2O2, ¹O2) in phosphate buffer. Hydroxyl radicals were generated by the Fenton reaction, and the rate constants of scavenging were 1.6 x 10(9) M-1 s-1 for KA and 1.0 x 10(9) M-1 s-1 for PL, similar to that of ethanol (1.4 x 10(9) M-1 s-1). With superoxide anions generated by the xanthine/hypoxanthine system, KA and PL (0.2-1.0 mg/ml) inhibited ·O2-dependent reduction of nitroblue tetrazolium by up to 30 and 31%, respectively. In the detection of ¹O2 by rose bengal irradiation, PL at 1.0 mg/ml quenched singlet oxygen by 43% relative to azide and KA by 36%. The present study demonstrates that PL showed an antioxidant effect, scavenging three of four reactive oxygen species tested here. Unlike KA, PL did not significantly scavenge hydrogen peroxide.

Glutathione peroxidase induction protects Saccharomyces cerevisiae sod1deltasod2delta double mutants against oxidative damage

Saccharomyces cerevisiae mutants deficient in superoxide dismutase genes (sod1delta, sod2delta and the double mutant) were subjected to H2O2 stress in the stationary phase. The highest sensitivity was observed in the sod2delta mutant, while the sod1deltasod2delta double mutant was not sensitive. Sod mutants had lower catalase activity (44%) than wild-type cells, independent of H2O2 stress. Untreated cells of sod1deltasod2delta double mutants showed increased glutathione peroxidase activity (126%), while sod1delta had lower activity (77%) than the wild type. Glutathione levels in sod1delta were increased (200-260%) after exposure to various H2O2 concentrations. In addition, the highest malondialdehyde levels could be observed without H2O2 treatment in sod1delta (167%) and sod2delta (225%) mutants. In contrast, the level of malondialdehyde in the sod1deltasod2delta double mutant was indistinguishable from that of the wild type. These results suggest that resistance to H2O2 by sod1deltasod2delta cells depends on the induction of glutathione peroxidase and is independent of catalase, and that glutathione is a primary antioxidant in the defense against H2O2 in stationary phase sod1delta mutants.

Experimental murine mycobacteriosis: evaluation of the functional activity of alveolar macrophages in thalidomide- treated mice

Thalidomide is a selective inhibitor of tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), a cytokine involved in mycobacterial death mechanisms. We investigated the role of this drug in the functional activity of alveolar macrophages in the presence of infection induced by intranasal inoculation of Mycobacterium avium in thalidomide-treated and untreated adult Swiss mice. Sixty animals were inoculated with 5 x 10(6) M. avium by the respiratory route. Thirty animals received daily thalidomide (30 mg/kg mouse) and 30 received water by gavage up to sacrifice. Ten non-inoculated mice were used as a control group. Lots of animals from each group were evaluated until 6 weeks after inoculation. Infection resulted in an increased total number of inflammatory cells as well as increased activity of pulmonary macrophages. Histologically, intranasal inoculation of bacilli resulted in small mononuclear infiltrates located at the periphery of the organ. Culture of lung fragments revealed the presence of bacilli only at the beginning and at the end of the experimental period. Thalidomide administration did not affect the microbiological or histological features of the infection. Thalidomide-treated and untreated animals showed the same amount of M. avium colonies 3 weeks after infection. Although it did not affect bacillary clearance, thalidomide administration resulted in a decreased percent of spread cells and release of hydrogen peroxide, suggesting that factors other than TNF-alpha play a role in the killing of mycobacteria by alveolar macrophages. Thalidomide administration also reduced the number of spread cells among resident macrophages, suggesting a direct effect of the drug on this phenomenon.

Elevated levels of erythrocyte-conjugated dienes indicate increased lipid peroxidation in schistosomiasis mansoni patients

Schistosoma mansoni causes liver disease by inducing granulomatous inflammation. This favors formation of reactive oxygen species, including superoxide ions, hydrogen peroxide and hydroxyl radicals all of which may induce lipid peroxidation. We have evaluated lipid peroxidation in 18 patients with hepatosplenic schistosomiasis mansoni previously treated with oxamniquine followed by splenectomy, ligature of the left gastric vein and auto-implantation of spleen tissue, by measuring levels of erythrocyte-conjugated dienes and plasma malondialdehyde (MDA). Age-matched, healthy individuals (N = 18) formed the control group. Erythrocyte-conjugated dienes were extracted with dichloromethane/methanol and quantified by UV spectrophotometry, while plasma MDA was measured by reaction with thiobarbituric acid. Patient erythrocytes contained two times more conjugated dienes than control cells (584.5 ± 67.8 vs 271.7 ± 20.1 µmol/l, P < 0.001), whereas the increase in plasma MDA concentration (about 10%) was not statistically significant. These elevated conjugated dienes in patients infected by S. mansoni suggest increased lipid peroxidation in cell membranes, although this was not evident when a common marker of oxidative stress, plasma MDA, was measured. Nevertheless, these two markers of lipid peroxidation, circulating MDA and erythrocyte-conjugated dienes, correlated significantly in both patient (r = 0.62; P < 0.01) and control (r = 0.57; P < 0.05) groups. Our data show that patients with schistosomiasis have abnormal lipid peroxidation, with elevated erythrocyte-conjugated dienes implying dysfunctional cell membranes, and also imply that this may be attenuated by the redox capacity of antioxidant agents, which prevent accumulation of plasma MDA.

Oxidative stress: molecular perception and transduction of signals triggering antioxidant gene defenses

Molecular oxygen (O2) is the premier biological electron acceptor that serves vital roles in fundamental cellular functions. However, with the beneficial properties of O2 comes the inadvertent formation of reactive oxygen species (ROS) such as superoxide (O2<FONT FACE=Symbol>·-</FONT>), hydrogen peroxide, and hydroxyl radical (OH<FONT FACE=Symbol>·</FONT>). If unabated, ROS pose a serious threat to or cause the death of aerobic cells. To minimize the damaging effects of ROS, aerobic organisms evolved non-enzymatic and enzymatic antioxidant defenses. The latter include catalases, peroxidases, superoxide dismutases, and glutathione S-transferases (GST). Cellular ROS-sensing mechanisms are not well understood, but a number of transcription factors that regulate the expression of antioxidant genes are well characterized in prokaryotes and in yeast. In higher eukaryotes, oxidative stress responses are more complex and modulated by several regulators. In mammalian systems, two classes of transcription factors, nuclear factor kB and activator protein-1, are involved in the oxidative stress response. Antioxidant-specific gene induction, involved in xenobiotic metabolism, is mediated by the "antioxidant responsive element" (ARE) commonly found in the promoter region of such genes. ARE is present in mammalian GST, metallothioneine-I and MnSod genes, but has not been found in plant Gst genes. However, ARE is present in the promoter region of the three maize catalase (Cat) genes. In plants, ROS have been implicated in the damaging effects of various environmental stress conditions. Many plant defense genes are activated in response to these conditions, including the three maize Cat and some of the superoxide dismutase (Sod) genes.

Water extracts of cabbage and kale inhibit ex vivo H2O2-induced DNA damage but not rat hepatocarcinogenesis

The chemopreventive potential of water extracts of the Brassica vegetables cabbage and kale was evaluated by administering their aqueous extracts in drinking water ad libitum to Wistar rats submitted to Ito&#8217;s hepatocarcinogenesis model (CB group and K group, respectively - 14 rats per group). Animals submitted to this same model and treated with water were used as controls (W group - 15 rats). Treatment with the vegetable extracts did not inhibit (P > 0.05) placental glutathione S-transferase-positive preneoplastic lesions (PNL). The number of apoptotic bodies did not differ (P > 0.05) among the experimental groups. Ex vivo hydrogen peroxide treatment of rat livers resulted in lower (P < 0.05) DNA strand breakage in cabbage- (107.6 ± 7.8 µm) and kale- (110.8 ± 10.0 µm) treated animals compared with control (120.9 ± 12.7 µm), as evaluated by the single cell gel (comet) assay. Treatment with cabbage (2 ± 0.3 µg/g) or kale (4 ± 0.2 µg/g) resulted in increased (P < 0.05) hepatic lutein concentration compared with control (0.5 ± 0.07 µg/g). Despite the absence of inhibitory effects of cabbage and kale aqueous extracts on PNL, these Brassica vegetables presented protection against DNA damage, an effect possibly related to increased hepatic lutein concentrations. However, it must be pointed out that the cause-effect relationship between lutein levels and protection is hypothetical and remains to be demonstrated.

Identification and in vitro production of Lactobacillus antagonists from women with or without bacterial vaginosis

Lactobacilli isolated from the vaginal tract of women with and without bacterial vaginosis (BV) were identified and characterized for the production of antagonists. Bacterial samples were isolated from healthy women (N = 16), from patients with clinical complaints but without BV (N = 30), and from patients with BV (N = 32). Identification was performed using amplified ribosomal DNA restriction analysis. Production of antagonistic compounds was evaluated by the double-layer diffusion technique using Gram-positive (N = 9) and Gram-negative bacteria (N = 6) as well as yeast (N = 5) as indicator strains. Of a total of 147 isolates, 133 were identified as pertaining to the genus Lactobacillus. Lactobacillus crispatus was the species most frequently recovered, followed by L. johnsonii and L. jensenii. Statistical analysis showed that L. crispatus was more frequent in individuals without BV (P < 0.05). A higher production of antagonists was noted in L. crispatus isolates from healthy women (P < 0.05). More acidic local pH and higher H2O2 production by isolated lactobacilli from healthy women suggest these mechanisms as the possible cause of this antagonism. In conclusion, a significant correlation was detected between the presence and antagonistic properties of certain species of Lactobacillus and the clinical status of the patients.