Obtenção de concentrado proteico do farelo de arroz e avaliação das propriedades químicas e funcionais

Esta dissertação é composta por 5 artigos.

Degenerate mixtures of rubidium and ytterbium for engineering open quantum systems

In the last two decades, experimental progress in controlling cold atoms and ions now allows us to manipulate fragile quantum systems with an unprecedented degree of precision. This has been made possible by the ability to isolate small ensembles of atoms and ions from noisy environments, creating truly closed quantum systems which decouple from dissipative channels. However in recent years, several proposals have considered the possibility of harnessing dissipation in open systems, not only to cool degenerate gases to currently unattainable temperatures, but also to engineer a variety of interesting many-body states. This thesis will describe progress made towards building a degenerate gas apparatus that will soon be capable of realizing these proposals. An ultracold gas of ytterbium atoms, trapped by a species-selective lattice will be immersed into a Bose-Einstein condensate (BEC) of rubidium atoms which will act as a bath. Here we describe the challenges encountered in making a degenerate mixture of rubidium and ytterbium atoms and present two experiments performed on the path to creating a controllable open quantum system. The first experiment will describe the measurement of a tune-out wavelength where the light shift of $\Rb{87}$ vanishes. This wavelength was used to create a species-selective trap for ytterbium atoms. Furthermore, the measurement of this wavelength allowed us to extract the dipole matrix element of the $5s \rightarrow 6p$ transition in $\Rb{87}$ with an extraordinary degree of precision. Our method to extract matrix elements has found use in atomic clocks where precise knowledge of transition strengths is necessary to account for minute blackbody radiation shifts. The second experiment will present the first realization of a degenerate Bose-Fermi mixture of rubidium and ytterbium atoms. Using a three-color optical dipole trap (ODT), we were able to create a highly-tunable, species-selective potential for rubidium and ytterbium atoms which allowed us to use $\Rb{87}$ to sympathetically cool $\Yb{171}$ to degeneracy with minimal loss. This mixture is the first milestone creating the lattice-bath system and will soon be used to implement novel cooling schemes and explore the rich physics of dissipation.

Alternativas de uso da borra de café através de hidrólise ácida, enzimática, ou como substrato para a produção das enzimas: lacase e celulase

In the industrial production of soluble coffee, huge amounts of extracted coffee residues are generated; onaverage, for eachtonne of green coffee extracted, 480 kg of coffee ground waste is produced. This is a solid residue currently used to generate energy at the steam boilers from the soluble coffee industry. Some is also used or as fertilizer on agriculture fields. Seeking a better end use, the work reported here aimed to study the viability of hydrolyzing the coffee ground residue for the production of carbohydrates. Hydrolysis was undertaken with hydrochloric acid at different temperatures and pressures, using a water bath or autoclave.An enzymatic hydrolysis with Viscozyme Lwas developed using Whatman filter paper No1 and the optimal conditions were determined using a rotational central composite experimental design (DCCR).The best conditions to hydrolyze filter paper cellulose were 50 FBG (Fungal β-glucanase) of Viscozyme L at pH 4.0 for 1.0 h and 45 ºC. The ground coffee was hydrolyzed under the same conditions as described above for filter paper, however this enzymatic hydrolysis was not efficient. A combination of enzymatic hydrolysis as a pre-treatment for the ground coffee followed by acid hydrolysis using HCl conducted in an autoclave (120 C for 2.0 h) resulted in higher production of glucose as analyzed by HPLC. Another end use of the ground coffee evaluated was as source of substrate in the culture medium to grow Botryosphaeria rhodina MAMB-05 to produce the enzymes laccase and cellulase. Highest enzyme titres obtained were with 8% (w/v) coffee grounds to which was added a minimum salts medium(Vogel), under agitation conditions (180 rpm) at 28ºC. The phenolic compounds present in the coffee grounds appear to have induced laccase by Botryosphaeria rhodina.

A Pyramidal Genetic Algorithm for Multiple-Choice Problems

This paper combines the idea of a hierarchical distributed genetic algorithm with different inter-agent partnering strategies. Cascading clusters of sub-populations are built from bottom up, with higher-level sub-populations optimising larger parts of the problem. Hence, higher-level sub-populations search a larger search space with a lower resolution whilst lower-level sub-populations search a smaller search space with a higher resolution. The effects of different partner selection schemes amongst the agents on solution quality are examined for two multiple-choice optimisation problems. It is shown that partnering strategies that exploit problem-specific knowledge are superior and can counter inappropriate (sub-) fitness measurements.

Pukkinosturin pääkannattimen uudelleen muotoilu

Tässä työssä tutkittiin eräässä nosturipatentissa esitettyjä innovatiivisia pääkannatinratkaisuja suurissa telakkapukkinostureissa. Erityisesti keskityttiin tuulen paineesta tuleviin kuormituksiin ja niiden pienentämiseen. Käytännössä haluttiin selvittää kuinka nosturin rakennelaskelmissa käytettävää tuulen vastuskerrointa voitaisiin pienentää ja onko patentissa esitetty rakenne toteuttamiskelpoinen. Työssä myös vertaillaan yhden ja kahden pääkannattimen vahvuuksia sekä heikkouksia, koska Konecranes monien kilpailijoiden sijaan suosii yhdenpääkannattimen ratkaisua suurissa telakkapukkinostureissa. Innovatiivisessa telakkapukkinosturi patentissa nosturi on ideoitu kahdenpääkannattimen nosturiksi, jossa alavaunu on sijoitettu pääkannattimien väliin. Pääkannattimeen on suunniteltu erilliset hyllyt sekä ylä- että alavaunun kiskoille, joilla vaunut kulkevat. Patentissa esitettiin, että pääkannattimeen tehtävillä pyöristyksillä voitaisiin tuulen vastuskerrointa pienentää merkittävästi. Lujuuslaskelmien avulla saatiin selvitettyä pääkannattimen koko sekä painoarvio, jos käytettäisiin patentin esittämiä ratkaisuja. Näin saatiin selkeästi painavampi pääkannatin verrattuna nykyiseen Konecranesin käyttämään ratkaisuun. Lisäksi patentin esittämää profiili sekä Konecranesin nykyisin käyttämälle pääkannattimen profiilille tehtiin virtausanalyysit. Virtausanalyysin tuloksista ei voitu selvästi todeta, kumpi pääkannatin profiileista olisi parempi ratkaisu. Pyöristykset eivät näyttäneet tuovan selvää hyötyä vastuskertoimen pienentämiseen. Jatkotutkimuksena profiilien pienoismalleille tulisi tehdä tuulitunnelikokeet, jolla saataisiin tarkat sekä vertailu kelpoiset muotokertoimet tutkittaville pääkannattimen profiileille.

Recuperação de carotenóides microbianos por diferentes técnicas de ruptura celular

O objetivo deste trabalho foi utilizar diferentes técnicas químicas (dimetilsulfóxido, ácido clorídrico, acético e lático), técnicas mecânicas (banho ultrassônico, abrasão com pérolas de vidro, maceração com terra diatomácea, ruptor ultrassônico e imersão em nitrogênio líquido) e técnica enzimática (preparado enzimático comercial Glucanex®) para a recuperação de carotenoides a partir da ruptura da parede celular das leveduras Sporidiobolus pararoseus e Rhodotorula mucilaginosa isoladas de amostras ambientais. Para isso a obtenção de biomassa foi realizada através de cultivos submersos no meio YM, a 25 °C, 180 rpm por 168 h. Para a ruptura celular, a operação de congelamento da biomassa (-18°C por 48 h) foi estudada. Os métodos de secagem convencional por ar forçado (35°C/48h) e liofilização (-80°C/48h, em ultrafreezer, seguido de liofilizador até alcançar 2% de umidade da amostra) também foram avaliados. Nas técnicas químicas aplicadas, o dimetilsulfóxido apresentou os melhores resultados para as duas leveduras, porém o seu uso é limitado devido a sua toxicidade. Para S. pararoseus, os maiores valores encontrados foram para o ácido clorídrico, seguido do acético e do lático, sendo detectada diferença entre eles quando aplicado o congelamento. Com R. mucilaginosa, os maiores valores foram encontrados para os ácidos acético e lático, seguido do ácido clorídrico, no qual o congelamento da biomassa também não influenciou a recuperação dos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas estudadas, para a levedura S. pararoseus, o banho ultrassônico e a abrasão com pérolas de vidro apresentaram os resultados mais promissores comparados ao DMSO (84,79±2,34 e 76,87±2,06 μg/g respectivamente), onde o processo de congelamento da biomassa não influenciou positivamente no percentual de extratibilidade e na concentração específica dos carotenoides quando utilizada estas técnicas. Com Rhodotorula mucilaginosa, o banho ultrassônico propiciou a recuperação da maior concentração específica de carotenoides (193,5±25,8 μg/g), sendo que o processo de congelamento também não influenciou positivamente no percentual de extratibilidade e na concentração específica dos carotenoides. Através do Delineamento Central Composto Rotacional (DCCR) 23 foi possível avaliar que a levedura S. pararoseus não demonstrou nenhum efeito sob as variáveis pH, temperatura e concentração de enzima. Assim, a melhor condição de trabalho escolhida foi pH 7,4, 30 ºC e concentração de enzima de 1,0 g/gcs, onde apresentou a concentração específica de 42,6 μg/g e volumétrica de 308 μg/L de carotenoides. Para R. mucilaginosa, a condição ótima foi definida como 1,0 g/gcs, pH 5,0 e temperatura de 30 ºC, onde foi encontrado 115,1±8,1 μg/g e 470,1±38,8 μg/L para a concentração específica e volumétrica de carotenoides, respectivamente. A utilização de técnicas combinadas empregando banho ultrassônico e lise enzimática não proporcionou melhorias nos resultados para ambas as leveduras. A liofilização provocou um ganho de 20% e 13,7% na concentração específica dos carotenoides das leveduras S. pararoseus e R. mucilaginosa, respectivamente, onde o congelamento da biomassa não influenciou significativamente (p<0,05) a recuperação de carotenoides provenientes das duas leveduras, podendo ser eliminada do processo. Assim, para S. pararoseus o banho ultrassônico e as pérolas de vidro apresentaram os melhores resultados na recuperação de carotenoides, e para R. mucilaginosa o melhor resultado foi alcançado com o banho ultrassônico.

Effects of early nutrition on the wnt and bone morphogenic protein pathways in the developing intestine

Infant formula is consumed by the majority of infants in the United States for at least part of the first year of life. Infant formula lacks many of the bioactive compounds that are naturally occurring in breast milk. Because of this, there has been an increased interest by the companies that manufacture infant formula to include additives that would potentially allow formula to more closely mimic breast milk activity. One such ingredient currently being added to infant formula is prebiotics. Prebiotics are non-digestible food ingredients that beneficially affect the host by selectively stimulating the growth of specific healthful bacteria in the colon. It is speculated that prebiotics replicate the activity of breast milk oligosaccharides, which through the production of butyrate by intestinal microbiota, may interact with the Wnt/BMP pathways. The Wnt/BMP pathways regulate intestinal stem cells, which determine the growth, development and maintenance of the intestine. Therefore, the objective of this study was to explore the effects that the addition of prebiotics to formula have on the regulation of the Wnt/BMP pathways when fed to neonatal piglets, a model commonly used in the study of infant nutrition. Piglets (n=5) were randomized into sow-reared (SR), fed control formula (F), or fed formula with added prebiotics (F+P). Fructooligosaccharides (FOS) (2 g/L) and polydextrose (PDX) (2 g/L) were chosen as the prebiotics for this study, because this combination had been less studied than other combinations. Ileum and ascending colon were collected at 7 and 14 days-of-age. Dry matter content, pH, and short chain fatty acid (SCFA) content was measured. The mRNA expression of β-catenin, sFRP3, sFRP4, frizzled 6, DKK1 (Wnt pathway), gremlin (BMP pathway), TNF-a, HNF-4α and osteopontin (OPN) was measured by RT-qPCR. Piglets fed the F+P diet had greater acetate concentration and lower pH in the ileum at day 14 and in the colon at day 7 and day 14 than F piglets. Butyrate concentrations were highest in SR with F+P not differing from F in ileum at day 14 and colon at day 7 and day 14. Effects of age were seen in all genes, with the exception of OPN, sFRP-3 and sFRP-4. On day 7, no effect of diet was observed in the ileum, however, mRNA expression of DKK1 and frizzled 6 were greater in F+P than SR (p≤0.05). On day 14, gremlin expression was lower and OPN was greater in the ileum of SR piglets compared to F and F+P. Also on day 14, HNF-4α mRNA expression was greater in both ileum and colon of F+P piglets and sFRP3 mRNA expression was greater in the colon than F or SR . In summary, differences were observed between gene expression of F+P and SR piglet intestines, but the supplementation of 2 g/L scFOS and 2 g/L PDX to formula did not shift expression of genes in the Wnt/BMP pathways to be more similar to SR than F. As the Wnt/BMP pathway is known to exist in a gradient along the crypt-villus axis, with Wnt expression dominating in the crypt region and BMP expression dominating in the villi, it was possible that pooling whole tissue reduced our ability to detect treatment effects that would be concentrated in either region. A method was therefore developed to remove intestinal epithelial cells along the villus-to-crypt axis. Twenty-five-day-old F and SR piglets were euthanized and ileal tissue was collected and placed in a dissociation buffer in a shaking water bath. Exfoliated cells were removed at increasing time points from 5 to 100 minutes in order to remove cells along the villus-to-crypt axis. After the final incubation, remaining mucosal tissue was removed using a sterile glass microscope slide and pooled with the final exfoliated cell isolation. After each cell collection, a section of tissue was fixed in formalin for histomorphological examination. Expression of genes in the Wnt/BMP pathways, along with crypt marker genes (CDK5 and v-myb), were measured in both whole ileal tissue, pooled epithelial cells, and separate epithelial cell isolations from the same piglet. The expression of β-catenin, HNF-4α, TNF-α, TGF-β and the crypt marker v-myb matched the expected villus-to-crypt pattern in cells collected after 10 (incubation 1), 30 (incubation 2) and 60 (incubation 3) minutes. However, expression of expression in cells collected after 100 minutes (incubation 4) was variable, which may be due to the fact that crypt cells were not efficiently removed and the presence of unwanted non-epithelial tissue. Gremlin, OPN, DKK1, sFRP3 and sFRP4 expression was not statistically different along the villus-to-crypt axis. Frizzled 6 and CDK5 did not express as we had predicted, with expression highest towards the villi. In summary, the epithelial cell collection method used was not entirely successful. While much of the gene data suggests that cells were removed along the villus-to-crypt axis through the first three incubations, the last incubation, which involved scraping the tissue, removed non-epithelial components of the mucosa, while leaving the crypts intact. In conclusion, the addition of 2 g/L PDX and 2 g/L scFOS did not cause gene expression of the Wnt/BMP pathways to mirror either F or SR expression. New isolation methods to extract cells along the crypt-villus axis should be considered, including the use of a laser capture microdissection. While this combination of prebiotics did not yield the intended effects, future research should be done on other combinations, such as the inclusion of galactooligosaccharides (GOS), which is commonly added to food products including infant formula.

Acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para Ensaios e Calibrações em Temperaturas

O trabalho desenvolvido centrou-se na preparação da acreditação NP EN ISO/IEC 17025 do Laboratório de Metrologia da empresa Frilabo para prestação de serviços na área das temperaturas, no ensaio a câmaras térmicas e na calibração de termómetros industriais. Considerando o âmbito do trabalho desenvolvido, são abordados nesta tese conceitos teóricos sobre temperatura e incertezas bem como considerações técnicas de medição da temperatura e cálculo de incertezas. São também referidas considerações sobre os diferentes tipos de câmaras térmicas e termómetros. O texto apresenta os documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de ensaio a câmaras térmicas e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Também estão presentes neste texto documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de calibração de termómetros industriais e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Relativamente aos ensaios a câmara térmicas e calibração de termómetros o autor elaborou os fluxogramas sobre a metodologia da medição da temperatura nos ensaios, a metodologia de medição da temperatura nas calibrações, e respetivos cálculos de incertezas. Nos diferentes anexos estão apresentados vários documentos tais como o modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativos ao ensaio, modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativo às calibrações, modelo de relatório de ensaio, modelo de certificado de calibração, folhas de cálculo para gestão de clientes/equipamentos e numeração automática de relatórios de ensaio e certificados de calibração que cumprem os requisitos de gestão do laboratório. Ainda em anexo constam todas as figuras relativas à monitorização da temperatura nas câmara térmicas como também as figuras da disposição dos termómetros no interior das câmaras térmicas. Todas as figuras que aparecem ao longo do documento que não estão referenciadas são da adaptação ou elaboração própria do autor. A decisão de alargar o âmbito da acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para calibração de termómetros, prendeu-se com o facto de que sendo acreditado como laboratório de ensaios na área das temperaturas, a realização da rastreabilidade dos padrões de medida internamente, permitiria uma gestão de recursos otimizada e rentabilizada. A metodologia da preparação de todo o processo de acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo, foi desenvolvida pelo autor e está expressa ao longo do texto da tese incluindo dados relevantes para a concretização da referida acreditação nos dois âmbitos. A avaliação de todo o trabalho desenvolvido será efetuada pelo o organismo designado IPAC (Instituto Português de Acreditação) que confere a acreditação em Portugal. Este organismo irá auditar a empresa com base nos procedimentos desenvolvidos e nos resultados obtidos, sendo destes o mais importante o Balanço da Melhor Incerteza (BMI) da medição também conhecido por Melhor Capacidade de Medição (MCM), quer para o ensaio às câmaras térmicas, quer para a calibração dos termómetros, permitindo desta forma complementar os serviços prestados aos clientes fidelizados à Frilabo. As câmaras térmicas e os termómetros industriais são equipamentos amplamente utilizados em diversos segmentos industriais, engenharia, medicina, ensino e também nas instituições de investigação, sendo um dos objetivos respetivamente, a simulação de condições específicas controladas e a medição de temperatura. Para entidades acreditadas, como os laboratórios, torna-se primordial que as medições realizadas com e nestes tipos de equipamentos ostentem confiabilidade metrológica1, uma vez que, resultados das medições inadequados podem levar a conclusões equivocadas sobre os testes realizados. Os resultados obtidos nos ensaios a câmaras térmicas e nas calibrações de termómetros, são considerados bons e aceitáveis, uma vez que as melhores incertezas obtidas, podem ser comparadas, através de consulta pública do Anexo Técnico do IPAC, com as incertezas de outros laboratórios acreditados em Portugal. Numa abordagem mais experimental, pode dizer-se que no ensaio a câmaras térmicas a obtenção de incertezas mais baixas ou mais altas depende maioritariamente do comportamento, características e estado de conservação das câmaras, tornando relevante o processo de estabilização da temperatura no interior das mesmas. A maioria das fontes de incerteza na calibração dos termómetros são obtidas pelas características e especificações do fabricante dos equipamentos, que se traduzem por uma contribuição com o mesmo peso para o cálculo da incerteza expandida (a exatidão de fabricante, as incertezas herdadas de certificados de calibração, da estabilidade e da uniformidade do meio térmico onde se efetuam as calibrações). Na calibração dos termómetros as incertezas mais baixas obtêm-se para termómetros de resoluções mais baixas. Verificou-se que os termómetros com resolução de 1ºC não detetavam as variações do banho térmico. Nos termómetros com resoluções inferiores, o peso da contribuição da dispersão de leituras no cálculo da incerteza, pode variar consoante as características do termómetro. Por exemplo os termómetros com resolução de 0,1ºC, apresentaram o maior peso na contribuição da componente da dispersão de leituras. Pode concluir-se que a acreditação de um laboratório é um processo que não é de todo fácil. Podem salientar-se aspetos que podem comprometer a acreditação, como por exemplo a má seleção do ou dos técnicos e equipamentos (má formação do técnico, equipamento que não seja por exemplo adequado à gama, mal calibrado, etc…) que vão efetuar as medições. Se não for bem feita, vai comprometer todo o processo nos passos seguintes. Deve haver também o envolvimento do todos os intervenientes do laboratório, o gestor da qualidade, o responsável técnico e os técnicos, só assim é que é possível chegar à qualidade pretendida e à melhoria contínua da acreditação do laboratório. Outro aspeto importante na preparação de uma acreditação de um laboratório é a pesquisa de documentação necessária e adequada para poder tomar decisões corretas na elaboração dos procedimentos conducentes à referida. O laboratório tem de mostrar/comprovar através de registos a sua competência. Finalmente pode dizer-se que competência é a palavra chave de uma acreditação, pois ela manifesta-se nas pessoas, equipamentos, métodos, instalações e outros aspetos da instituição a que pertence o laboratório sob acreditação.