Characterisation of the Interaction of Lactate Dehydrogenase With Tween-20 Using Isothermal Titration Calorimetry, Interfacial Rheometry and Surface Tension Measurements

In this study the nature of the interaction between Tween-20 and lactate dehydrogenase (LDH) was investigated using isothermal titration calorimetry (ITC). In addition the effects of the protein and surfactant on the interfacial properties were followed with interfacial rheology and surface tension measurements in order to understand the mechanism by which the surfactant prevents protein adsorption to the air– water interface. Comparisons were made with Tween-40 and Tween-80 in order to further investigate the mechanism. ITC measurements indicated a weak, probably hydrophobic, interaction between Tween-20 and LDH. Prevention of LDH adsorption to the air–water interface by the Tween surfactants was correlated with surface energy rather than surfactant CMC. While surface pressure appears to be the main driving force for the displacement of LDH from the air–water interface by Tween-20 a solubilisation mechanism may exist for other protein molecules. More generally the results of this study highlight the value of the use of ITC and interfacial measurements in characterising the surface behaviour of mixed surfactant and protein systems.

cis-Jasmone e Tween 20 na indução de metabólitos secundários em soja e seus efeitos em insetos-praga

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Immunosensor Interface Based on Physical and Chemical Immunogylobulin G Adsorption onto Mixed Self-Assembled Monolayers

An immunosensor interface based on mixed hydrophobic self-assembled monolayers (SAMs) of methyl and carboxylic acid terminated thiols with covalently attached human Immunoglobulin G (hIgG), is investigated. The densely packed and organised SAMs were characterised by contact angle measurements and cyclic voltammetry. The effect of the non-ionic surfactant, Tween 20, in preventing nonspecific adsorption is addressed by ellipsometry during physical and covalent hIgG immobilization on pure and mixed SAMs, respectively. It is clearly demonstrated that nonspecific adsorption due to hydrophobic interactions of hIgG on methyl ended groups is totally inhibited, whereas electrostatic/hydrogen bonding interactions with the exposed carboxylic groups prevail in the presence of surfactant. Results of ellipsometry and Atomic Force Microscopy, reveal that the surface concentration of covalently immobilized hIgG is determined by the ratio of COOH/CH3-terminated thiols in SAM forming solution. Moreover, the ellipsometric data demonstrates that the ratio of bound anti-hIgG/hIgG depends on the density of hIgG on the surface and that the highest ratio is close to three. We also report the selectivity and high sensitivity achieved by chronoamperometry in the detection of adsorbed hIgG and the reaction with its antibody.

Fracionamento biomonitorado de fração isolada do extrato hexânico de Pterodon polygalaeoflorus

O gênero Pterodon compreende algumas espécies largamente distribuídas sobre a região central do Brasil. Seus frutos são comercialmente disponíveis no mercado da flora medicinal sendo amplamente utilizados pelas suas propriedades farmacológicas como antirreumático, anti-inflamatório e analgésicas. O objetivo deste trabalho foi biomonitorar o fracionamento do extrato hexânico de Pterodon polygalaeflorus Benth. (ExPpg), utilizando modelos de inflamação aguda (edema de pata e bolha de ar). O fracionamento/sub-fracionamento foi realizado por cromatografia em coluna de sílica e as amostras analisadas por cromatografia em camada fina e cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massas. O edema de pata foi induzido em camundongos SW por injeção (s.c.) de carragenina. Uma hora antes da inoculação de carragenina os animais foram tratados v.o. com veículo (EtOH 15%, 1,25% Tween-20), indometacina (10 mg/kg p.c.) ou ExHPpg/frações/sub-frações de Ppg. No modelo bolha de ar, a cavidade foi desenvolvida em camundongos SW através da injeção de ar estéril (s.c.) no dorso e a inflamação induzida por carragenina. Uma hora antes de inocular a carragenina os animais foram tratados (v.o) com o veículo, indometacina (10 mg/kg) ou ExHPpg/Fr2Ppg/sub-frações. Após 4 h o exsudato da bolha foi coletado para contagem total e diferencial de leucócitos (Panótico rápido) e dosagem de proteínas (biureto), e a pele referente à bolha foi removida para análises macroscópica e histológica (HE). Também foi realizado estudo de migração de neutrófilos pelo ensaio do transwell. Após demonstração do efeito antiedematogênico do ExHPpg, este foi fracionado em quatro frações. A fração Fr2Ppg, mais ativa no modelo de edema de pata, também inibiu os diferentes parâmetros inflamatórios avaliados no modelo de bolha de ar, com a menor dose testada, e foi sub-fracionada em cinco sub-frações. Destas, as SF2.1 e SF2.2 foram as que mostraram melhor efeito anti-inflamatório pelo modelo da bolha de ar. Em relação ao grupo controle com carragenina, o ExHppg, Fr2Ppg, SF 2.1 e SF 2.2, na dose 0,02 mg/kg, exerceram inibições de 70,6%, 62,8%, 54,7% e 79% no número total de células no exsudato, reduções de 76,8%, 76,9%, 71,1% e 73,3% na concentração de proteína, respectivamente. Com a dose de 0,2 mg/kg, foram observadas inibições apenas para ExHPpg e SF 2.1, com intensidades menores, na leucometria total (62,9% e 48,62%, respectivamente), e na concentração de proteína para SF 2.1 e SF 2.2 (reduções de 68,2% e 30,4%, respectivamente). As análises macroscópica e histológica mostraram redução importante da vasodilatação e do infiltrado inflamatório pelo tratamento com o ExHppg, Fr2Ppg, SF 2.1 e SF 2.2. No ensaio de transwell a Fr2Ppg exibiu 31,4% de inibição na migração de neutrófilos. As sub-frações SF2.1 e SF2.2 foram avaliadas por GC-MS, identificando-se de diversos compostos majoritários. Em resumo, este trabalho confirma o potencial anti-inflamatório da espécie Pterodon polygalaeflorus e mostra um fracionamento efetivo do ExHPpg quanto à composição e ação anti-inflamatória.

Carboxilesterase na adaptação do metabolismo de lipídios do pacu à hipoxia

Os peixes são vertebrados que vivem em vários habitats. Adaptações de sua fisiologia e de sua bioquímica são estudadas para entender como conseguem sobreviver aos desafios presentes em cada ambiente. A diminuição da concentração de oxigênio dissolvido na água é um fenômeno natural cíclico em águas do Pantanal e da Amazônia. A crescente poluição antrópica dos rios da Amazônia e do Pantanal pode, somada à hipoxia, oferecer ameaça à permanência de muitas espécies de peixes. Ao estudarmos a carboxilesterase (CarbE), enzima importante para a biotransformação de xenobióticos, observamos que sua atividade diminuía em plasma de pacu, um peixe típico do Pantanal, mantido em hipoxia durante 42 horas. As carboxilesterases participam de inúmeras reações químicas no organismo, incluindo uma transesterificação capaz de produzir ésteres etílicos tóxicos de ácido graxo (FAEE, fatty acid ethyl esters) a partir de etanol e ésteres de ácidos graxos. Já que a diminuição da atividade de CarbE poderia ser uma vantagem, pois que o etanol (um produto da glicólise em peixes sob hipoxia) seria menos esterificado, resolvemos saber mais sobre a bioquímica da CarbE do plasma e do fígado de pacus. Os pacus foram submetidos à hipoxia por diminuição da concentração até 0,5 mg O2/L por meio de borbulhamento de nitrogênio na água. Os animais ficaram nessas condições por 42 horas, quando então coletamos sangue e retiramos seus fígados. A atividade de CarbE ensaiada foi 50% menor no soro e 25% menor nos microssomos de fígado se comparada com a de peixes sob 6 mg O2/L. A CarbE isolada do soro dos pacus em normoxia possui massa molecular relativa de 56.000. A eletroforese em gel desnaturante com a fração purificada rendeu três bandas, mas o gel nativo apresentou só duas bandas com atividades sobre α-naftil acetato. Inferimos que mais do que uma isoforma da enzima está no plasma dos pacus. A CarbE isolada do soro não possui atividade de lipase sobre o Tween 20, mas os microssomos dos fígados dos animais em normoxia e hipoxia possuem. No entanto, a CarbE possui atividade sobre acil-CoA assim como o microssomo de fígado. A enzima pura apresenta Vmáx três vezes maior e uma KM quatro vezes maior do que a atividade presente nos microssomos. Além disso, os microssomos do fígado dos pacus em normoxia podem hidrolisar acil-CoA com o dobro da velocidade daqueles em hipoxia. A atividade clássica de CarbE do soro foi inibida por 4-HNE a 4 mM. A atividade de acil-CoA dos microssomos de fígado também foi sensível a 4-HNE a 4 mM, enquanto 2 mM de 4-HNE inibiu metade desta atividade do soro.

Studies on lipolytic bacteria in stored fish Etroplus suratensis (Bloch)

The distribution of total hectrotrophic bacteria (THB) and lipolytic bacteria in various regions (body surface, gill, intestine and flesh) of fish Etroplus suratensis (Bloch) during storage at 28 ± 2°C and 4°C was studied. Pseudomonas dominated at reduced temperature whereas at 28 ± 2°C and in fresh condition Vibrio, Aeromonas, and Acinetobacter dominated. Lipolytic activity was elaborated by the members of various genera and their activity varied in different lipid compounds (tributyrin, tween 80, tween 60, tween 40 and tween 20). Tributyrin was utilized by majority of the isolates. All the selected isolates preferred a temperature of 35°C and pH 6.0 for their maximum growth. Aeromonas and Vibrio showed maximum growth at 0.5% NaCl concentration while 3% NaCl was found to be optimum for Pseudomonas.

一株丝状真菌对半纤维素利用的初步研究

本文筛选出一株能利用木糖产乙醇的丝状真菌Z7，对其利用木糖和半纤维素水解产物产乙醇的发酵条件进行了研究，并对Z7 利用玉米芯产木聚糖酶的条件进行了优化。全文分为三部分： 第一部分：目标微生物筛选、纯化及系统发育分析。以木糖为唯一碳源，采用梯度稀释和平板化线法从高温、中温酒曲中分离到16 株能利用木糖良好生长的丝状真菌；通过发酵试验复筛，获得一株能产乙醇的丝状真菌Z7；综合形态学和ITS 序列分析，初步鉴定为Aspergillus flavus。 第二部分：Z7 的乙醇发酵条件研究。以木糖为碳源，通过单因素试验确定最佳氮源和发酵温度；通过正交试验及SPSS 软件分析得到了不同N、P、K 成分对乙醇、残糖和菌体干重的影响。获得最佳的发酵条件为：（g/L）木糖50，尿素1, NH4NO3 1, K2HPO4 2 , KCl 0.5 , MgSO4.7H2O 0.5 , NaNO3 1 , pH 自然，培养温度33 ℃。以玉米芯半纤维素稀酸水解液为底物进行乙醇发酵，根据稀酸水解的单糖释放量和乙醇产量，确定115 ℃，1 h 为最佳玉米芯预处理条件；结合最佳发酵条件，添加1 g/L 的吐温20 能获得最大的乙醇浓度8.31 g/L。因此，Aspergillus flavus Z7 能利用半纤维素水解产物产乙醇，其中木糖的利用率80%以上。 第三部分：Z7 利用玉米芯产木聚糖酶条件优化。Aspergillus flavus Z7 在具有产乙醇能力的同时还具有产木聚糖酶的能力。本文通过单因素和正交试验得到最佳产酶培养基组分为：(g/L)玉米芯20，尿素2, 酵母膏2.5, K2HPO4 5，NaNO31, MgSO4.7H2O 1。单因素试验表明，用纱布代替塑料布密封摇瓶封口能显著提高产酶量；Z7 在碱性条件下具有更强的产酶性能。在最优条件下发酵，能产生最大木聚糖酶活122.23IU/mL。通过薄层分析，验证了Z7 产生的木聚糖酶具有水解木聚糖生成木糖及木寡糖的能力。 A strain of filamentous fungus which can produce ethanol by using the xylose was isolated in this research. The ethanol fermention conditions from xylose and dilute-acid hydrolyzate of the corn core were studied. The conditions of xylanase production by Z7 were also optimized. The paper involved three parts. Part1: Isolation, purification and phylogenetic analysis of the microbe. By using xylose as the single carbon source and the pla te streaking method, several filamentous fungi were isolated from the wine starter; through the fermentation test, a filamentous fungus Z7 which can produce ethanol was further recognized; furthermore, according to the morphologic observation and ITS seque nces analysis, Z7 was identified as Aspergillus flavus at the first step. Part2: Research on the condition of ethanol fermentation by Z7. By single factor experiment, the optional nitrogen resource and temperature of the fermentation were fixed; meanwhile, through the orthogonal array tests and the analysis of statistic software SPSS, the optional component of the culture medium and the fermentation condition were organized as follows: (g/L) xylose 50, urea 1, NH4NO3 1, K2HPO4 2, KCl 0.5 , MgSO4.7H2O 0.5, NaNO31, pH nature, temperature 33℃. Based on these optimal parameters, the fermentation of dilute-acid hydrolyzate of the corn core was carried on by Z7. According to the quantities of released sugar monomers and content of the ethanol, 115℃ in 1h is the best pretreatment condition; the maximal ethanol content can be obtained when 1g/L Tween 20 was added to. Therefore, the filamentous fungus Aspergillus flavus can use the hydrolysate of hemicellulose to produce ethanol, and the rate of xylose utilization was over 80%. Part3: Optimization of Z7’s xylanase producing condition from corn core. Aspergillus flavus Z7, which can utilize xylose or the hydrolysate of hemicellulose to produce ethanol, also had the ability of xylanase production. The optional component of the culture medium were fixed by the single factor experiment and the orthogonal array tests, and they were organized as follows: (g/L) corn core 20, Urea 2, Yeast extract 2.5, K2HPO4 5, NaNO31, MgSO4.7H2O 1; it was testified by the single factor experiment that sealing the shaking flasks with pledget other than plastic paper can obviously increase the xylanase activity; moreover, Z7 showed better xylanase production ability when in the alkali environment. Under the optional fermentation condition, the maximal xylanase activity 122.23IU/mL was proved. Through the analysis of thin- layer chromatography (TLC), the ability of xylanase from Z7, which can hydrolyze xylan to xylose monomer and oligomer, was vividly displayed.

Novel structured emulsions for delivering of food flavours

Flavour release from food is determined by the binding of flavours to other food ingredients and the partition of flavour molecules among different phases. Food emulsions are used as delivery systems for food flavours, and tailored structuring in emulsions provides novel means to better control flavour release. The current study investigated four structured oil-in-water emulsions with structuring in the oil phase, oil-water interface, and water phase. Oil phase structuring was achieved by the formation of monoglyceride (MG) liquid crystals in the oil droplets (MG structured emulsions). Structured interface was created by the adsorption of a whey protein isolate (WPI)-pectin double layer at the interface (multilayer emulsion). Water phase structured emulsions referred to emulsion filled protein gels (EFP gels), where emulsion droplets were embedded in WPI gel network, and emulsions with maltodextrins (MDs) of different dextrose-equivalent (DE) values. Flavour compounds with different physicochemical properties were added into the emulsions, and flavour release (release rate, headspace concentration and air-emulsion partition coefficient) was described by GC headspace analysis. Emulsion structures, including crystalline structure, particle size, emulsion stability, rheology, texture, and microstructures, were characterized using differential scanning calorimetry and X-ray diffraction, light scattering, multisample analytical centrifuge, rheometry, texture analysis, and confocal laser scanning microscopy, respectively. In MG structured emulsions, MG self-assembled into liquid crystalline structures and stable β-form crystals were formed after 3 days of storage at 25 °C. The inclusion of MG crystals allowed tween 20 stabilized emulsions to present viscoelastic properties, and it made WPI stabilized emulsions more sensitive to the change of pH and NaCl concentrations. Flavour compounds in MG structured emulsions had lower initial headspace concentration and air-emulsion partition coefficients than those in unstructured emulsions. Flavour release can be modulated by changing MG content, oil content and oil type. WPI-pectin multilayer emulsions were stable at pH 5.0, 4.0, and 3.0, but they presented extensive creaming when subjected to salt solutions with NaCl ≥ 150 mM and mixed with artificial salivas. Increase of pH from 5.0 to 7.0 resulted in higher headspace concentration but unchanged release rate, and increase of NaCl concentration led to increased headspace concentration and release rate. The study also showed that salivas could trigger higher release of hydrophobic flavours and lower release of hydrophilic flavours. In EFP gels, increases in protein content and oil content contributed to gels with higher storage modulus and force at breaking. Flavour compounds had significantly reduced release rates and air-emulsion partition coefficients in the gels than the corresponding ungelled emulsions, and the reduction was in line with the increase of protein content. Gels with stronger gel network but lower oil content were prepared, and lower or unaffected release rates of the flavours were observed. In emulsions containing maltodextrins, water was frozen at a much lower temperature, and emulsion stability was greatly improved when subjected to freeze-thawing. Among different MDs, MD DE 6 offered the emulsion the highest stability. Flavours had lower air-emulsion partition coefficients in the emulsions with MDs than those in the emulsion without MD. Moreover, the involvement of MDs in the emulsions allowed most flavours had similar release profiles before and after freeze-thaw treatment. The present study provided information about different structured emulsions as delivery systems for flavour compounds, and on how food structure can be designed to modulate flavour release, which could be helpful in the development of functional foods with improved flavour profile.

Extração e estudo das proteínas da goma da alfarroba com vista à sua clarificação

O objectivo primordial deste trabalho foi efectuar a extracao e o estudo das proteinas da Goma da Alfarroba ou Locust Bean Gum (LBG) com vista a sua clarificacao e purificacao. Para atingir este objectivo em primeiro lugar estudou-se o teor de etanol que se deveria utilizar numa suspensao aquosa de LBG, uma vez que a LBG e um polissacarido que hidrata facilmente com agua e consequentemente origina solucoes altamente viscosas que impossibilitam a realizacao de tecnicas de extracao de proteinas. Para isso estudou-se o comportamento da LBG em suspensoes aquosas com 10% (p/v) de LBG e diferentes concentracoes de etanol, designadamente 10% (v/v), 20% (v/v), 30% (v/v) e 40% (v/v). Com este estudo concluiu-se que seria necessario utilizar uma concentracao de 40% (v/v) de etanol a 96% em cada suspensao de LBG a 10% (p/v) para conseguir evitar a sua hidratacao excessiva. Assim, todas as extracoes neste trabalho foram realizadas de acordo com estas condicoes. Posteriormente com vista a extracao das proteinas da LBG testaram-se diferentes tratamentos, designadamente tratamentos alcalinos, acidos e com detergentes. Segundo a bibliografia consultada para os tratamentos alcalinos, realizaram-se estas extracoes com hidroxido de sodio (NaOH) com concentracoes de 0,025 M, 0,05M, 0,1M e 0,2M. Estes tratamentos foram iniciados com uma concentracao de NaOH a 0,2M, contudo apos analise dos resultados verificou-se que esta originou uma LBG com uma coloracao mais amarela do que a LBG bruta (inicial) apresentava. Sendo a ideia final a clarificacao da goma este nao foi um resultado desejavel e como tal testaram-se concentracoes inferiores de NaOH, acima referidas. No final concluiu-se que todas estas extracoes efetuadas com NaOH originavam uma LBG mais amarela do que a LBG bruta e que assim este nao seria o tratamento mais adequado para o objectivo pretendido. Como tal prosseguiram-se os estudos com um tratamento acido, que atraves de consulta bibliografica se iniciou com acido sulfurico (H2SO4). O tratamento acido iniciou-se com uma concentracao de H2SO4 de 0,1M, testando-se posteriormente tambem uma extracao com H2SO4 com concentracao de 0,05M. No final destas extracoes verificou-se que a LBG obtida em ambas apresentava uma coloracao mais clara do que a LBG bruta, o que representava, numa primeira analise, um bom resultado. Por fim efectuaram-se extracoes solido-liquido com diferentes detergentes, designadamente com Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 65, Tween 80, Tween 85, Triton X-100, Triton X-114 e SDS todos a uma concentracao de 0,1% (v/v) a excepcao do Tween 65 em que foi utilizada uma concentracao de 0,1% (p/v), porque a temperatura ambiente este detergente e solido. No final destas extracoes concluiu-se que na maioria dos casos a LBG apresentava uma coloracao mais clara do que a LBG bruta. Para quantificar as proteinas extraidas atraves de cada um dos tratamentos acima mencionados utilizaram-se dois metodos, o metodo de Bradford para quantificar as proteinas presentes nos sobrenadantes das extracoes e o metodo de Kjeldahl para quantificar as proteinas ainda presentes na LBG apos as extracoes. Analisando os resultados obtidos por estes metodos concluiu-se que a extracao efetuada com Tween 80, em que se efectuou uma lavagem adicional a LBG durante a filtracao com uma solucao de agua destilada e etanol a 40% (v/v), foi a que apresentou melhores resultados. Assim, foi com esta amostra proteica que se prosseguiram os estudos as proteinas. Para realizar os estudos as proteinas extraidas efectuou-se uma eletroforese em SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) com o intuito de verificar o estado da amostra. Analisando os geles obtidos constatou-se que a amostra se encontrava em boas condicoes. Deste modo realizou-se uma eletroforese bidimensional (2 – D) das proteinas extraidas da LBG. Nesta tecnica, como se desconheciam que tipo de proteinas se encontravam presentes na amostra utilizou-se uma banda de pH para a Focagem Isoelectrica (1a Dimensao) entre 3 e 10 e a separacao por Peso Molecular (2a Dimensao) foi efetuada em SDS-PAGE. Analisando os geles obtidos concluiu-se que a maioria das proteinas presentes nesta amostra apresentam pontos isoelectricos na gama de pH entre 5 e 6 e tem pesos moleculares entre 40 e 60 kDa. Pode-se entao concluir que o objectivo deste trabalho foi apenas parcialmente atingido uma vez que se conseguiu extrair e estudar algumas das caracteristicas das proteinas presentes na LBG, mas nao se alcancou a sua clarificacao.

Desenvolvimento de métodos de análise físico-química em águas usando um analisador multiparamétrico AQUAKEM

Trabalho Final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Electrochemical characterisation and anodic stripping voltammetry at mesoporous platinum rotating disc electrodes

Using the technique of liquid crystal templating a rotating disc electrode (RDE) was modified with a high surface area mesoporous platinum film. The surface area of the electrode was characterised by acid voltammetry, and found to be very high (ca. 86 cm(2)). Acid characterisation of the electrode produced distorted voltammograms was interpreted as being due to the extremely large surface area which produced a combination of effects such as localised pH change within the pore environment and also ohmic drop effects. Acid voltammetry in the presence of two different types of surfactant, namely Tween 20 and Triton X-100, suggested antifouling properties associated with the mesoporous deposit. Further analysis of the modified electrode using a redox couple in solution showed typical RDE behaviour although extra capacitive currents were observed due to the large surface area of the electrode. The phenomenon of underpotential deposition was exploited for the purpose of anodic stripping voltammetry and results were compared with data collected for microelectrodes. Underpotential deposition of metal ions at the mesoporous RDE was found to be similar to that at conventional platinum electrodes and mesoporous microelectrodes although the rate of surface coverage was found to be slower at a mesoporous RDE. It was found that a mesoporous RDE forms a suitable system for quantification of silver ions in solution.

Colloidal gas aphrons based separation process for the purification and fractionation of natural phenolic extracts

Following previous studies, the aim of this work is to further investigate the application of colloidal gas aphrons (CGA) to the recovery of polyphenols from a grape marc ethanolic extract with particular focus on exploring the use of a non-ionic food grade surfactant (Tween 20) as an alternative to the more toxic cationic surfactant CTAB. Different batch separation trials in a flotation column were carried out to evaluate the influence of surfactant type and concentration and processing parameters (such as pH, drainage time, CGA/extract volumetric and molar ratio) on the recovery of total and specific phenolic compounds. The possibility of achieving selective separation and concentration of different classes of phenolic compounds and non-phenolic compounds was also assessed, together with the influence of the process on the antioxidant capacity of the recovered compounds. The process led to good recovery, limited loss of antioxidant capacity, but low selectivity under the tested conditions. Results showed the possibility of using Tween 20 with a separation mechanism mainly driven by hydrophobic interactions. Volumetric ratio rather than the molar ratio was the key operating parameter in the recovery of polyphenols by CGA.