Combining Bio- and Chemo-catalysis for the Conversion of Bio-Renewable Alcohols

The use of biomass as a source of fuel is on the sharp increase. In parallel with this expansion, new chemical processes and technologies are required to improve efficiency, sustainability, and profitability.
Biocatalytic and chemocatalytic methods can be combined to affect the conversion of bio-alcohols, and convert them to valuable chemical targets in an atom efficient and environmentally benign manor. Fermentation offers a useful first step in biomass conversion, as whole cell biocatalysts can provide sustained activity when fed with crude biomass. Coupling this with homogeneous and/or heterogeneous catalysis enables the preparation of a diverse product range. The transition between biocatalytic and chemocatalytic steps can be assisted by utilising ionic liquids.
Ionic liquids have potential roles in biorefineries that generate alcohols; as an extractant, reaction medium, and catalytic reagent. Underpinning the potential of ionic liquids in this area is: 1. the ability of ionic liquids to solubilize polyols and alcohols; 2. the facility to functionalise ionic liquids and tune properties; 3. the low volatility of ionic liquids.
The FP7 project GRAIL will be highlighted; this project focusses on the utilisation of glycerol formed as a by-product in biodiesel synthesis.

Combining Bio- and Chemo-Catalysis for the Conversion of Bio-Renewable Alcohols: Homogeneous Iridium Catalysed Hydrogen Transfer Initiated Dehydration of 1,3-Propanediol to Aldehydes

Combining whole cell biocatalysis and chemocatalysis in a single reaction sequence avoids unnecessary separations, and the associated waste and energy consumption. Bacterial fermentation has been employed to convert waste glycerol from biodiesel production into 1,3-propanediol. This 1,3-propanediol can be extracted selectively from the aqueous fermentation broth using ionic liquids. 1,3-propanediol in ionic liquid solution was converted to propanal by hydrogen transfer initiated dehydration (HTID) catalysed by a Cp*IrCl2(NHC) (Cp* = pentamethylcyclopentadienyl; NHC = carbene ligand) complex. The use of an ionic liquid solvent enabled the reaction to be performed under reduced pressure, facilitating the isolation of the product, and improving the reaction selectivity. The Ir(III) catalyst in ionic liquid was found to be highly recyclable.

Magnitude differences in bioactive compounds, chemical functional groups, fatty acid profiles, nutrient degradation and digestion, molecular structure and metabolic characteristics of protein in newly developed yellow-seeded and black-seeded canola lines.

Recently, new lines of yellow-seeded (CS-Y) and black-seeded canola (CS-B) have been developed with chemical and structural alteration through modern breeding technology. However, no systematic study was found on the bioactive compounds, chemical functional groups, fatty acid profiles, inherent structure, nutrient degradation and absorption, or metabolic characteristics between the newly developed yellow- and black-seeded canola lines. This study aimed to systematically characterize chemical, structural, and nutritional features in these canola lines. The parameters accessed include bioactive compounds and antinutrition factors, chemical functional groups, detailed chemical and nutrient profiles, energy value, nutrient fractions, protein structure, degradation kinetics, intestinal digestion, true intestinal protein supply, and feed milk value. The results showed that the CS-Y line was lower (P ≤ 0.05) in neutral detergent fiber (122 vs 154 g/kg DM), acid detergent fiber (61 vs 99 g/kg DM), lignin (58 vs 77 g/kg DM), nonprotein nitrogen (56 vs 68 g/kg DM), and acid detergent insoluble protein (11 vs 35 g/kg DM) than the CS-B line. There was no difference in fatty acid profiles except C20:1 eicosenoic acid content (omega-9) which was in lower in the CS-Y line (P < 0.05) compared to the CS-B line. The glucosinolate compounds differed (P < 0.05) in terms of 4-pentenyl, phenylethyl, 3-CH3-indolyl, and 3-butenyl glucosinolates (2.9 vs 1.0 μmol/g) between the CS-Y and CS-B lines. For bioactive compounds, total polyphenols tended to be different (6.3 vs 7.2 g/kg DM), but there were no differences in erucic acid and condensed tannins with averages of 0.3 and 3.1 g/kg DM, respectively. When protein was portioned into five subfractions, significant differences were found in PA, PB1 (65 vs 79 g/kg CP), PB2, and PC fractions (10 vs 33 g/kg CP), indicating protein degradation and supply to small intestine differed between two new lines. In terms of protein structure spectral profile, there were no significant differences in functional groups of amides I and II, α helix, and β-sheet structure as well as their ratio between the two new lines, indicating no difference in protein structure makeup and conformation between the two lines. In terms of energy values, there were significant differences in total digestible nutrient (TDN; 149 vs 133 g/kg DM), metabolizable energy (ME; 58 vs 52 MJ/kg DM), and net energy for lactation (NEL; 42 vs 37 MJ/kg DM) between CS-Y and CS-B lines. For in situ rumen degradation kinetics, the two lines differed in soluble fraction (S; 284 vs 341 g/kg CP), potential degradation fraction (D; 672 vs 590 g/kg CP), and effective degraded organic matter (EDOM; 710 vs 684 g/kg OM), but no difference in degradation rate. CS-Y had higher digestibility of rumen bypass protein in the intestine than CS-B (566 vs 446 g/kg of RUP, P < 0.05). Modeling nutrient supply results showed that microbial protein synthesis (MCP; 148 vs 171 g/kg DM) and rumen protein degraded balance (DPB; 108 vs 127 g/kg DM) were lower in the CS-Y line, but there were no differences in total truly digested protein in small intestine (DVE) and feed milk value (FMV) between the two lines. In conclusion, the new yellow line had different nutritional, chemical, and structural features compared to the black line. CS-Y provided better nutrient utilization and availability.

Organophosphonates revealed: new insights into the microbial metabolism of ancient molecules.

Organophosphonates are ancient molecules that contain the chemically stable C–P bond, which is considered a relic of the reducing atmosphere on primitive earth. Synthetic phosphonates now have a wide range of applications in the agricultural, chemical and pharmaceutical industries. However, the existence of C–P compounds as contemporary biogenic molecules was not discovered until 1959, with the identification of 2-aminoethylphosphonic acid in rumen protozoa. Here, we review advances in our understanding of the biochemistry and genetics of microbial phosphonate metabolism, and discuss the role of these compounds and of the organisms engaged in their turnover within the P cycle.

Tecnologia vinagreira: desenvolvimento de novos produtos vinagreiros na ESAS

O vinagre é obtido por dupla fermentação alcoólica e acética de substâncias de origem agrícola, possuindo cada tipo um flavour particular, função dos substratos e tecnologia usados, mantendo gosto sui generis ácido. A sua aptidão tecnológica viabiliza o fabrico de múltiplos produtos, macerando especiarias, plantas, etc, conduzindo ao enriquecimento da matriz, cujo perfil químico ganha complexidade e novas características sensoriais/funcionais. A picklagem fresh pack é um processo alternativo de conservação em vinagre, sem fermentação. Com vinagres de fermentação submergida, desenvolveram-se na ESAS (2009-2013), dois vinagres e um vinagrete com adições e um pickles de frutos doces, articulando ensaios tecnológicos, laboratoriais e sensoriais. Concebidos como produtos gourmet, pretendeu-se oferecer inovação e conveniência. Além do longo tempo de vida de prateleira, evidencia-se: 1) no vinagre de vinho branco com mirtilo –a mais-valia de preservar o fruto inteiro, por efeito de picklagem; 2) no vinagre agridoce, de vinho tinto Touriga Nacional com mel e especiarias –uma tónica agridoce equilibrada e actual; 3) no vinagrete de laranja aromatizado –a complexidade aromática aliada à sensação de frescura na boca; 4) no pickles fresh pack de pera-abacaxi agridoce –novidade e dupla utilização: consumida a fruta, a infusão utiliza-se como vinagre de mesa (aptidão incomum em pickles).---Vinegar is obtained by double fermentation alcoholic and acetic of substances from agricultural origin, each type having one particular flavor, due to the technology and the substrates used, while maintaining sui generis acid taste. Its technological aptitude enables the manufacture of multiple products, macerating spices, plants, leading to the enrichment of the matrix whose chemical profile becomes increasingly complex with new sensory/functional characteristics. The fresh pack process is an alternative process of pickling, without fermentation. With submerged fermentation vinegar, two vinegars and a vinaigrette with additions and pickled sweet fruits were developed in ESAS (2009-2013), articulating technological, laboratory and sensory tests. Designed as gourmet products, intended to provide innovation and convenience. In addition to the long shelf life, stands out: 1) in white wine vinegar with blueberries – the added value of preserving the whole fruit by pickling effect, 2) in bittersweet red wine vinegar, Touriga Nacional with honey and spices – the sweet and sour taste, balanced and fashionable; 3) in flavored orange vinaigrette – the aromatic complexity coupled with the fresh sensation in the mouth, 4) in the fresh pack sweet and sour pickles with pear-pineapple – the innovation and dual-use: consumed the fruit, infusion is used as table vinegar (unusual application for pickles).

Contribuição para a melhoria da qualidade nutricional do sorgo

Este trabalho teve como principal objectivo sugerir uma forma de processamento de sorgo adaptável à escala industrial que, sendo culturalmente aceite e sensível aos hábitos alimentares, aos factores sociais e às limitações económicas e tecnológicas das populações Africanas de consumo, pudesse dar origem a um produto alimentar seguro e enriquecido em termos nutricionais. Numa primeira fase, efectuou-se um estudo comparativo entre os efeitos promovidos por diferentes formas de processamento: cozimento em água, aquecimento em banho-maria, pipocagem, germinação, fermentação e altapressão. Foram ainda determinadas as condições óptimas de aplicação do processo germinativo e da tecnologia de alta-pressão. Verificou-se que a fermentação, a germinação e a alta-pressão permitem uma melhoria significativa da digestibilidade proteica da farinha de sorgo. A pipocagem conduziu a uma redução da extractibilidade das proteínas não promovendo, contudo, alterações na sua digestibilidade. Comparativamente ao cozimento em água, que promove uma diminuição acentuada na digestibilidade proteica, o cozimento em banho-maria promove uma diminuição ténue e significativamente inferior. Deste estudo comparativo, foi possível concluir que a extractibilidade das proteínas não está correlacionada com a sua digestibilidade e que a água exerce um papel fundamental na diminuição da digestibilidade proteica com o aquecimento. Numa segunda fase, pretendeu-se desenvolver um processo fermentativo que conduzisse a um produto de sorgo com características nutricionais incrementadas. Para tal, foram testadas daiferentes espécies de bactérias lácticas isoladas e conjugadas entre si. Foi ainda testada a adição de malte de sorgo previamente à fermentação e a adição de leveduras ao inóculo. Com este estudo, foi possível concluir que a fermentação do sorgo com um inóculo constituído por culturas puras de Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum e Streptococcus thermophilus permite a obtenção de uma preparação alimentar com características nutricionais melhoradas no que respeita ao balanço em aminoácidos essenciais, à digestibilidade da proteína e do amido e à viscosidade do produto final.

Relação do aroma e da espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos

Os espumantes produzidos segundo o método Champanhês são obtidos após uma segunda fermentação em garrafa. Quando o vinho é vertido no copo, o CO2 produzido é libertado, sendo a espuma formada o resultado da sua interacção com os constituintes do vinho. A quantidade e a estabilidade da espuma do vinho espumante estão relacionadas com a sua composição química. Para além da espuma, o aroma é também um parâmetro importante de qualidade na apreciação geral de um vinho espumante. O aroma de um vinho espumante provém do contributo das uvas assim como do processo fermentativo. Dependendo do estado de maturação da uva, o contributo dos compostos voláteis para o aroma é diferente. Em virtude da vindima para os vinhos espumantes ser realizada antes da vindima para os vinhos maduros, dependendo da variedade, as uvas poderão não ser colhidas na expressão máxima do seu aroma, podendo verificar-se uma perda significativa do seu potencial varietal volátil. O objectivo desta dissertação é relacionar o aroma e a espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos. Para isso, foi estudada a composição volátil das duas castas principais da Bairrada, a casta branca Fernão-Pires (FP) e a casta tinta Baga (BG), sendo estas duas das castas usadas para a produção de espumante. Para estudar a composição volátil das uvas durante a maturação, com vista a avaliar este efeito na expressão máxima de compostos voláteis, foi optimizada para este propósito a metodologia de microextracção em fase sólida em espaço de cabeça (HS-SPME). As uvas foram colhidas semanalmente, em duas vinhas, do pintor à pós-maturidade sendo posteriormente analisadas pela metodologia de HS-SPME seguida de cromatografia de gás acoplada à espectrometria de massa com quadrupolo (GC–qMS). No caso das uvas BG, observou-se um aumento acentuado na expressão máxima de compostos voláteis próximo da maturidade da uva determinada pelo teor em açúcar e acidez titulável, mantendo-se constante durante a pós-maturidade. Na determinação do perfil volátil das uvas ao longo da maturação foram identificados 66 compostos varietais nas uvas provenientes de uma vinha (Pedralvites) e 45 da outra vinha (Colégio). Em ambas as vinhas foram identificados 23 sesquiterpenóides, 13 monoterpenóides, 6 norisoprenóides, 2 álcoois aromáticos e 1 diterpenóide. Os sesquiterpenóides, devido à sua abundância em número e em área cromatográfica, podem ser considerados marcadores da casta BG. As uvas FP apresentaram um comportamento diferente do das uvas BG, sendo a expressão máxima de compostos voláteis expressa durante um curto período de tempo (1 semana), que coincide com a maturidade da uva. Depois de atingido este pico, observa-se uma diminuição drástica logo na semana seguinte. Este comportamento foi observado em ambas as vinhas, onde foram identificados 20 compostos voláteis varietais e 5 pré-fermentativos (álcoois e aldeídos em C6). Estes resultados mostram que quando estas castas são colhidas precocemente (1 semana antes da maturidade) para a produção de espumante, é observada uma redução significativa do potencial volátil que é expresso na maturidade. Para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes foi optimizada uma metodologia de microextracção que permite usar uma maior quantidade de fase estacionária, a extracção sorptiva em barra de agitação (SBSE). O método foi optimizado usando 10 padrões de compostos voláteis representativos das principais famílias químicas presentes no vinho, nomeadamente, ésteres, monoterpenóides, sesquiterpenóides, norisoprenóides em C13 e álcoois. O método proposto apresenta uma boa linearidade (r2 > 0,982) e a reprodutibilidade varia entre 8,9 e 17,8%. Os limites de detecção para a maioria dos compostos é bastante baixo, entre 0,05 e 9,09 μg L-1. O método foi aplicado para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes. Dentro dos vinhos espumantes analisados, foi estudada a influência da casta, do tipo de solo e do estado de maturação das uvas na sua composição volátil. A casta FP pode dar origem a vinhos com maior potencial de aroma do que a casta BG. Relativamente à avaliação dos diferentes estados de maturação, verificou-se que as uvas da maturidade e as da colheita tardia (uma semana depois da maturidade) deram origem aos vinhos com maior quantidade de compostos voláteis. Para os três tipos de solo estudados (arenoso, argiloso e argilo-calcário), o vinho obtido a partir de uvas colhidas no solo argilo-calcário foi o que mostrou a maior concentração de compostos voláteis varietais. A espuma destes vinhos espumantes foi também avaliada quanto à sua quantidade máxima (HM) e tempo de estabilidade (TS). O vinho espumante que apresentou um maior TS foi o vinho produzido a partir da casta FP proveniente de uma colheita tardia e solo argiloso. Os vinhos provenientes dos solos arenosos e argilo-calcários são os que apresentaram valores mais baixos de TS. Com vista a avaliar quais os conjuntos de moléculas do vinho que estão relacionados com as propriedades da espuma e possíveis sinergismos entre eles, para cada vinho espumante foi separada a fracção hidrofóbica de baixo peso molecular (MeLMW), a fracção de elevado peso molecular (HMW) e duas fracções de peso molecular intermédio (AqIMW e MeIMW). As propriedades da espuma dos vinhos modelo, reconstituídos com estas fracções e suas misturas, foram avaliadas. A combinação da fracção HMW com a MeLMW aumentou o TS 2,7 vezes quando comparado com o observado para a fracção HMW isoladamente, produzindo um efeito sinergético. Este aumento do TS ainda foi maior quando se combinou a fracção HMW com as subfracções obtidas a partir da fracção MeLMW, principalmente para as fracções menos apolares. A subfracção hidrofóbica menos apolar foi caracterizada por espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS/MS) tendo sido identificada uma série de oligómeros de polietileno glicol e um potencial composto tensioactivo, o 8-hidroxi-tridecanoato de dietilenoglicolglicerilacetato. A fracção MeLMW foi também isolada da espuma do vinho espumante e caracterizada por ESI-MS/MS, permitindo identificar vários compostos potenciais tensioactivos, nomeadamente, dois monoacilgliceróis e quatro derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol. Estes resultados confirmam que estes compostos relacionados com a estabilidade da espuma existem em maior número na espuma do que no vinho. O vinho foi ainda fraccionado em 12 grupos de moléculas: 3 fracções de manoproteínas, 3 de arabinogalactanas, 3 de misturas de polissacarídeos, proteínas e compostos fenólicos e 3 fracções de peso molecular intermédio e baixo, compostas por uma mistura de hidratos de carbono, peptídeos e compostos fenólicos. Foram usados vinhos modelo reconstituídos com cada uma das fracções isoladas na concentração em que estas se encontraram no vinho. Foram também efectuados ensaios com soluções modelo dez vezes mais concentradas e com misturas de algumas das fracções. Todas as soluções formadas foram avaliadas quanto às propriedades da espuma. O aumento da concentração para dez vezes faz com que a solução contendo a fracção rica em manoproteínas (MP1) aumente para mais do dobro a HM e 7,4 vezes mais o TS. A combinação entre a fracção MP1 e a MeLMW produziu um aumento significativo nos parâmetros de HM e TS. A combinação da fracção HMW (manoproteínas com baixo teor em proteína) com a MeLMW (tensioactivos derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol) contém os compostos chave de um vinho espumante para se obter uma maior quantidade e estabilidade da espuma.

Metabonomic studies to assess beer quality and stability

The work reported in this thesis aimed at applying the methodology known as metabonomics to the detailed study of a particular type of beer and its quality control, with basis on the use of multivariate analysis (MVA) to extract meaningful information from given analytical data sets. In Chapter 1, a detailed description of beer is given considering the brewing process, main characteristics and typical composition of beer, beer stability and the commonly used analytical techniques for beer analysis. The fundamentals of the analytical methods employed here, namely nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, gas-chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and mid-infrared (MIR) spectroscopy, together with the description of the metabonomics methodology are described shortly in Chapter 2. In Chapter 3, the application of high resolution NMR to characterize the chemical composition of a lager beer is described. The 1H NMR spectrum obtained by direct analysis of beer show a high degree of complexity, confirming the great potential of NMR spectroscopy for the detection of a wide variety of families of compounds, in a single run. Spectral assignment was carried out by 2D NMR, resulting in the identification of about 40 compounds, including alcohols, amino acids, organic acids, nucleosides and sugars. In a second part of Chapter 3, the compositional variability of beer was assessed. For that purpose, metabonomics was applied to 1H NMR data (NMR/MVA) to evaluate beer variability between beers from the same brand (lager), produced nationally but differing in brewing site and date of production. Differences between brewing sites and/or dates were observed, reflecting compositional differences related to particular processing steps, including mashing, fermentation and maturation. Chapter 4 describes the quantification of organic acids in beer by NMR, using different quantitative methods: direct integration of NMR signals (vs. internal reference or vs. an external electronic reference, ERETIC method) and by quantitative statistical methods (using the partial least squares (PLS) regression) were developed and compared. PLS1 regression models were built using different quantitative methods as reference: capillary electrophoresis with direct and indirect detection and enzymatic essays. It was found that NMR integration results generally agree with those obtained by the best performance PLS models, although some overestimation for malic and pyruvic acids and an apparent underestimation for citric acid were observed. Finally, Chapter 5 describes metabonomic studies performed to better understand the forced aging (18 days, at 45 ºC) beer process. The aging process of lager beer was followed by i) NMR, ii) GC-MS, and iii) MIR spectroscopy. MVA methods of each analytical data set revealed clear separation between different aging days for both NMR and GC-MS data, enabling the identification of compounds closely related with the aging process: 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), organic acids, γ-amino butyric acid (GABA), proline and the ratio linear/branched dextrins (NMR domain) and 5-HMF, furfural, diethyl succinate and phenylacetaldehyde (known aging markers) and, for the first time, 2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4(H)-pyran-4-one xii (DDMP) and maltoxazine (by GC-MS domain). For MIR/MVA, no aging trend could be measured, the results reflecting the need of further experimental optimizations. Data correlation between NMR and GC-MS data was performed by outer product analysis (OPA) and statistical heterospectroscopy (SHY) methodologies, enabling the identification of further compounds (11 compounds, 5 of each are still unassigned) highly related with the aging process. Data correlation between sensory characteristics and NMR and GC-MS was also assessed through PLS1 regression models using the sensory response as reference. The results obtained showed good relationships between analytical data response and sensory response, particularly for the aromatic region of the NMR spectra and for GC-MS data (r > 0.89). However, the prediction power of all built PLS1 regression models was relatively low, possibly reflecting the low number of samples/tasters employed, an aspect to improve in future studies.

Bioethanol production from a sub-product of pulping industry

A vida da sociedade atual é dependente dos recursos fósseis, tanto a nível de energia como de materiais. No entanto, tem-se verificado uma redução das reservas destes recursos, ao mesmo tempo que as necessidades da sociedade continuam a aumentar, tornando cada vez mais necessárias, a produção de biocombustíveis e produtos químicos. Atualmente o etanol é produzido industrialmente a partir da cana-de-açúcar e milho, matérias-primas usadas na alimentação humana e animal. Este fato desencadeou o aumento de preços dos alimentos em todo o mundo e, como consequência, provocou uma série de distúrbios sociais. Os subprodutos industriais, recursos independentes das cadeias alimentares, têm-se posicionado como fonte de matérias-primas potenciais para bioprocessamento. Neste sentido, surgem os subprodutos gerados em grande quantidade pela indústria papeleira. Os licores de cozimento da madeira ao sulfito ácido (SSLs) são uma matériaprima promissora, uma vez que durante este processo os polissacarídeos da madeira são hidrolisados originando açúcares fermentáveis. A composição dos SSLs varia consoante o tipo de madeira usada no processo de cozimento (de árvores resinosas, folhosas ou a mistura de ambas). O bioprocessamento do SSL proveniente de folhosas (HSSL) é uma metodologia ainda pouco explorada. O HSSL contém elevadas concentrações de açúcares (35-45 g.L-1), na sua maioria pentoses. A fermentação destes açúcares a bioetanol é ainda um desafio, uma vez que nem todos os microrganismos são capazes de fermentar as pentoses a etanol. De entre as leveduras capazes de fermentar naturalmente as pentoses, destaca-se a Scheffersomyces stipitis, que apresenta uma elevada eficiência de fermentação. No entanto, o HSSL contém também compostos conhecidos por inibirem o crescimento de microrganismos, dificultando assim o seu bioprocessamento. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de bioetanol pela levedura S. stipitis a partir de HSSL, resultante do cozimento ao sulfito ácido da madeira de Eucalyptus globulus. Para alcançar este objetivo, estudaram-se duas estratégias de operação diferentes. Em primeiro lugar estudou-se a bio-desintoxicação do HSSL com o fungo filamentoso Paecilomyces variotii, conhecido por crescer em resíduos industriais. Estudaram-se duas tecnologias fermentativas diferentes para a biodesintoxicação do HSSL: um reator descontínuo e um reator descontínuo sequencial (SBR). A remoção biológica de inibidores do HSSL foi mais eficaz quando se usou o SBR. P. variotii assimilou alguns inibidores microbianos como o ácido acético, o ácido gálico e o pirogalol, entre outros. Após esta desintoxicação, o HSSL foi submetido à fermentação com S. stipitis, na qual foi atingida a concentração máxima de etanol de 2.36 g.L-1 com um rendimento de 0.17 g.g-1. P. variotti, além de desintoxicar o HSSL, também é útil na produção de proteína microbiana (SCP) para a alimentação animal pois, a sua biomassa é rica em proteína. O estudo da produção de SCP por P. variotii foi efetuado num SBR com HSSL sem suplementos e suplementado com sais. A melhor produção de biomassa foi obtida no HSSL sem adição de sais, tendo-se obtido um teor de proteína elevado (82,8%), com uma baixa concentração de DNA (1,1%). A proteína continha 6 aminoácidos essenciais, mostrando potencial para o uso desta SCP na alimentação animal e, eventualmente, em nutrição humana. Assim, a indústria papeleira poderá integrar a produção de bioetanol após a produção SCP e melhorar a sustentabilidade da indústria de pastas. A segunda estratégia consistiu em adaptar a levedura S. stipitis ao HSSL de modo a que esta levedura conseguisse crescer e fermentar o HSSL sem remoção de inibidores. Operou-se um reator contínuo (CSTR) com concentrações crescentes de HSSL, entre 20 % e 60 % (v/v) durante 382 gerações em HSSL, com uma taxa de diluição de 0.20 h-1. A população adaptada, recolhida no final do CSTR (POP), apresentou uma melhoria na fermentação do HSSL (60 %), quando comparada com a estirpe original (PAR). Após esta adaptação, a concentração máxima de etanol obtida foi de 6.93 g.L-1, com um rendimento de 0.26 g.g-1. POP possuía também a capacidade de metabolizar, possivelmente por ativação de vias oxidativas, compostos derivados da lenhina e taninos dissolvidos no HSSL, conhecidos inibidores microbianos. Por fim, verificou-se também que a pré-cultura da levedura em 60 % de HSSL fez com que a estirpe PAR melhorasse o processo fermentativo em HSSL, em comparação com o ensaio sem pré-cultura em HSSL. No entanto, no caso da estirpe POP, o seu metabolismo foi redirecionado para a metabolização dos inibidores sendo que a produção de etanol decresceu.

Biovalorização de soro de queijo por processos anaeróbios/aeróbios

Este trabalho abordou a valorização de um subproduto da indústria de lacticínios (soro de queijo) através da alteração do funcionamento de processos habitualmente utilizados no contexto do tratamento biológico. Foi avaliada a fermentação acidogénica deste subproduto para maximizar a conversão do seu elevado teor de matéria orgânica em ácidos orgânicos voláteis (AOV) que actualmente são produtos com elevada procura, nomeadamente para produção de polihidroxialcanoatos (PHA). Em ensaios descontínuos e semi-contínuos foi caracterizada a produção e composição de AOV a partir de soro de queijo variando a razão food-to-microorganism (F/M) e a concentração de alcalinidade. Recorrendo à modelação dos resultados através de superfícies de resposta, demonstrou-se que condições de F/M = 4 gCQO g-1SSV combinadas com uma adição elevada de alcalinidade (8 g L-1 expresso como CaCO3) resultaram na conversão de 72% da CQO alimentada em AOV. O acetato e o butirato foram os AOV predominantes (60%), mas elevadas razões F/M combinadas com elevadas alcalinidades promoveram o alongamento da cadeia carboxílica, tendo sido produzidos AOV de maior massa molecular (iso-valerato e n-caproato). O processo de fermentação acidogénica foi posteriormente desenvolvido em modo contínuo num reactor MBBR acidogénico operado a longo prazo. Cargas orgânicas entre 30 e 50 gCQO L-1d-1 permitiram obter um grau de acidificação máximo de 68% no efluente fermentado. Foi ainda demonstrado que uma adição dinâmica de alcalinidade (0 – 4,8 g CaCO3 L-1) nestas condições estimulou a produção de AOV de cadeia ímpar (propionato e n-valerato) até 42%. O efluente acidificado no processo anaeróbio foi usado como substrato em reactores SBR operados para selecção de culturas microbianas mistas acumuladoras de PHA, nos quais foi aplicado um regime de alimentação dinâmica em condições aeróbias (“fartura-fome”). Estes sistemas operaram também a longo prazo, e demonstraram ser capazes de remover mais de 96% da CQO alimentada e simultaneamente convertê-la em PHA, até 36% do peso celular seco. A velocidade de remoção de substrato (valor máximo de 1,33 gCQO g-1SSV h-1) foi proporcional ao teor de polímero acumulado, evidenciando o estabelecimento de uma fase de “fome” prolongada que estimulou a selecção de microrganismos com elevada capacidade de acumulação de PHA. Além disso, o teor molar de hidroxivalerato (HV) no copolímero produzido [P(HB-co-HV)] foi directamente proporcional ao teor de AOV de cadeia ímpar (propionato e n-valerato) presente no soro fermentado que serviu de substrato. Uma estratégia de operação do reactor SBR com variação da carga orgânica, aliada ao regime “fartura-fome” estabelecido, permitiu ainda simular a realidade dos processos de tratamento biológico de efluentes, nos quais a composição e concentração inicial de matéria orgânica variam frequentemente. Este modo de operação do sistema estimulou notavelmente o processo de selecção de culturas acumuladoras de PHA tendo resultado num aumento da acumulação de PHA de 7% para 36%. Os resultados demonstraram com sucesso a possibilidade de valorização do soro de queijo através de eco-biotecnologia, contribuindo para uma mudança de paradigma no tratamento convencional de efluentes: ao invés de serem eliminados enquanto poluentes, os componentes orgânicos presentes neste subproduto industrial podem assim ser convertidos em materiais de valor acrescentado.

Traditional algarvian distillats and liqueurs historic scientific aspects

All the evidence indicates that distillation and liqueurs preparation began in Monchique mountain because this place was pointed as a possible capital of the oldest population of Algarve and an important Arabic village (Barreto, 1972: 19). It was possible to find lots of vestiges like the alembic produced by Arabic population near the X century (Telo, 1988: 77). Traditionally the Algarvian people produce the Arbutus unedo L., fig, carob, grape distillates. At the same time they produce liqueur-using maceration of parts of plants or fruits in some kinds of distillates. Most of the work about Algarvian distillates started by studying the basic compounds of Arbutus unedo spirits by gas chromatography (GC) and mass spectrometry (MS) as well as other physical-chemical properties. In a second phase aged distillates were studied by their phenolic compounds evolution using high resolution liquid chromatography (HPLC). Volatile compounds of traditional liqueurs were identified by head space micro extraction solid phase (HE-SPME) and also analysed by gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) and when possible confirmed with standards. Total phenols were determined by Folin-Ciocalteur method. Flavenoids were studied by high performance liquid chromatography (HPLC). Sensorial analysis was also done in every drink studies. The results showed that the arbutus distillate doesn’t present a high level of methanol according to the current legislation. The excesses of acidity or ethyl acetate present normal values when the fermentation is well done (Galego, et al. 1995: 341; Galego, et al. 1995: 685). During the aging process, the colour of spirits tend to become darker, the colour changes occurred more rapidly in the arbutus spirits located in cellars with higher temperatures (Galego, et al. 2001: 432). In the sensory evaluation of samples aged during 12 months into 50 L medium toasting level oak wood barrels, panellists considered that samples of arbutus spirit had too much wood flavour and they were not able to detect the characteristic aroma of arbutus fruit (Galego, et al., 2001: 183). Differences in liqueurs were observed using HS-SPME-GC, HS-SPME-GC-MS or HPLC analysis and this observation was confirmed by a sensorial panel (Galego, et al. 2003: 60).

Yeast diversity in the Mediterranean strawberry tree (Arbutus unedo L.) fruits' fermentations

In the Mediterranean region the fruits of the strawberry tree (Arbutus unedo L.) may be fermented and distilled to produce a traditional beverage very much appreciated in Southern Europe. The aim of the present work was to study the diversity of the yeast population and the killer activity of the isolates identified as Saccharomyces cerevisiae, obtained during solid state industrial fermentations of the arbutus berries. The identification of the isolates was performed by the 5.8S rRNA-ITS region restriction analysis and by sequencing the D1/D2 region of the large subunit of the rRNA gene. At the start of the fermentations, various non-Saccharomyces species were detected including Aureobasidium pullulans, Dothichiza pithyophila, Dioszegia zsoltii, Hanseniaspora uvarum and yeasts belonging to the genera Metschnikowia, Cryptococcus and Rhodotorula. However, as the biological processes progressed the number of different species decreased with S. cerevisiae and Pichia membranaefaciens becoming dominant at advanced stages of the must fermentation that is characterized by high concentrations of ethanol. Forty three isolates identified as S. cerevisiae were tested for killer activity against two sensitive reference strains and Zygosaccharomyces bailii. Their killer sensitivity in relation to five killer referenced toxins (K2, K5, K8, K9 and K10) was also studied. Out of the isolates analyzed, 95.3% were sensitive and 4.7% were tolerant against the killer toxins tested. Only three isolates revealed killer activity against one sensitive strain and two of them against the spoiler yeast Z. bailii. The microbiota obtained revealed an interesting potential to be used as starter cultures to overcome unpredictable uncontrolled fermentations of the arbutus fruits as well as in other applications of biotechnological interest. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Anforderungen an Fenster. Anmerkungen zur Planung und Konstruktion

Fenster versorgen die Innenräume mit Tageslicht, dienen der Lufterneuerung in den Räumen und schützen vor Umwelteinflüssen wie Kälte, Wärme, Lärm, Wind und Niederschlägen. Entsprechend weitgefächert ist das Spektrum deer planungsrelevanten Aspekte. Sowohl licht-, lüftungs-, wärme-, schall und wohntechnische als auch hygienische, psychologische und nicht zuletzt wirtschaftliche Gesichtspunkte sind bei edr täglichen Arbeit zu beachten.

Religiöse Symbole im öffentlichen Raum

Abhandlung über Symbole verschiedener Religionen und deren mögliches Konfliktpotential (auch in Gerichtsverfahren in Deutschland). Außerdem findet sich eine Beschreibung von Räumen der Stille, welche, abhängig von ihrer Gestaltung und Ausrichtung, symbol-frei und daher offen für alle Religionen gestaltet sein können.

The short-chain fatty acid acetate reduces appetite via a central homeostatic mechanism

Increased intake of dietary carbohydrate that is fermented in the colon by the microbiota has been reported to decrease body weight, although the mechanism remains unclear. Here we use in vivo11C-acetate and PET-CT scanning to show that colonic acetate crosses the blood–brain barrier and is taken up by the brain. Intraperitoneal acetate results in appetite suppression and hypothalamic neuronal activation patterning. We also show that acetate administration is associated with activation of acetyl-CoA carboxylase and changes in the expression profiles of regulatory neuropeptides that favour appetite suppression. Furthermore, we demonstrate through 13C high-resolution magic-angle-spinning that 13C acetate from fermentation of 13C-labelled carbohydrate in the colon increases hypothalamic 13C acetate above baseline levels. Hypothalamic 13C acetate regionally increases the 13C labelling of the glutamate–glutamine and GABA neuroglial cycles, with hypothalamic 13C lactate reaching higher levels than the ‘remaining brain’. These observations suggest that acetate has a direct role in central appetite regulation.