Thesis (Ph. D.)--Columbia University, 1941. / Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. "Literature cited": p. 28.

Thesis (Ph. D.)--Columbia University, 1941. / Vita. "Literature cited": p. 28.

Orientadores: Antonio Jose de Almeida Meirelles, Roberta Ceriani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:42:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_SimoneMonteiroe_M.pdf: 2957959 bytes, checksum: f87550c181a2c8385702e38ac3b23215 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O óleo de buriti (Mauritia flexuosa), obtido do fruto de uma palmeira nativa do Brasil, é uma fonte rica em b-caroteno e tocoferóis. Sua alta acidez (geralmente superior a 2,0%, expressos em ácido oléico), em conjunto com seus baixos teores de fósforo (10 mg/kg), torna interessante o seu refino por via física. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é estudar a desacidificação por via física do óleo de buriti, visando manter os compostos nutracêuticos. Na primeira fase deste trabalho foi avaliada variabilidade do óleo de buriti de diversas procedências, pois o valor nutricional do óleo bruto pode variar com a sazonalidade e também com o processo de extração. Foi verificado que os óleos obtidos artesanalmente possuem maior valor nutracêutico. Entretanto, eles não são produzidos em larga escala, e em quantidades suficientes para a utilização comercial. Por isso foi utilizado um blend formado por um óleo de buriti artesanal obtido em uma feira popular e um industrial adquirido da empresa BERACA-SABARÁ. A utilização desse blend foi a melhor combinação entre qualidade e quantidade. O blend de óleo de buriti foi completamente caracterizado em termos da composição em ácidos graxos, classes de acilgliceróis e características físico-químicas. Estas análises, além de permitir conhecer de fato o sistema em estudo, tornam possível a modelagem e simulação dos experimentos. Os experimentos de desacidificação foram realizados no desodorizador em batelada desenvolvido pelo grupo de pesquisa juntamente com a empresa MARCONI, seguindo planejamento fatorial completo com duas variáveis independentes, sendo elas temperatura e vazão de vapor. Foram retiradas amostras após 30 e 60 minutos de stripping, obtendo dois planejamentos. Em cada uma das amostras de óleo foram realizadas análises de acidez. Também foram determinados teor de carotenóides e tocoferóis totais por HPLC, seguindo metodologia desenvolvida durante este trabalho. Foram recolhidas as fases aquosas e oleosas do destilado, e determinadas acidez e teor de água. Estas análises possibilitaram a determinação por diferença da perda de óleo neutro no destilado e a realização de balanços de massa para averiguar a qualidade dos experimentos. Os dados experimentais foram comparados com os obtidos por um programa de simulação computacional desenvolvido no grupo de pesquisa, utilizando o software MatLabè, que descreve a desodorização em batelada. A desacidificação por via física se mostrou um processo interessante para reduzir a acidez do óleo de buriti. Para isso, deve-se priorizar a utilização de altas vazões de vapor para o óleo de buriti, pois minimiza a degradação de carotenos e a perda de tocoferóis. A simulação computacional desenvolvida foi eficiente na predição da acidez e tocoferóis no óleo final, e apresenta uma boa perspectiva auxiliar na melhora da qualidade do óleo final, através da definição dos parâmetros do processo de acordo com a matéria-prima e a especificação do produto final / Abstract: Buriti oil (Mauritia flexuosa), obtained from the fruit of a palm tree native to Brazil, is a rich source of b-carotene and tocopherols. Its high acidity (usually above 2.0%), in conjunction with their low levels of phospholipids (below 10 ppm), enables buriti oil to physical refining. This work aimed to investigate the physical refining of buriti oil maintaining nutraceuticals compounds. At the first step, the variability of oil from different proveniences was evaluated, because the nutritional value of crude oil may vary with the seasonality and also with the extraction process. It was found that the artisanal oils have greater nutraceutical value. However, they are not produced in large scale, and in sufficient quantities for commercial use. So we used a blend formed by an artesanal buriti oil obtained at a popular market and an industrial, acquired from BERACA SABARA company. The use of this blend was the best combination of quality and quantity. The blend of buriti oil has been completely characterized in terms of fatty acids composition, classes of acilglycerides, and physical and chemical characteristics. These analyses allows the study of a well know system and to make the modeling and simulation of the experiments. The experiments were conducted in batch deodorizer developed by the research group in cooperation with MARCONI Company, following a full factorial experimental design with two independent variables, which are temperature and steam flow rate. Samples were removed after 30 and 60 minutes of stripping, getting two plans. Acidity was determined in the samples of oil. Carotenoids and tocopherols content was determined by HPLC, following methodology developed during this work. The aqueous and oily phases of distillate were collected, and its acidity and moisture content was determined. These analyses allowed the determination of neutral oil loss in distillate by difference and to make mass balances to assure the quality of the experiments. Experimental data were compared with those obtained by a computer simulation program which describes a batch deodorizer, developed in the research group, using the software MatLab è. The physical refining was an interesting process to reduce the acidity of the buriti oil. For this, it should prioritize the use of high flow of steam to the buriti oil, because it minimizes carotenes degradation and tocopherols loss. The simulation was efficient in predicting the acidity and tocopherols in the final oil, and gives a good perspective to help the quality of the final oil improving, by defining the process parameters according to raw material and final product specification / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Ultraviolet radiation (UVR) in solar light is important for skin biology. It is involved in the development acute and chronic skin inflammation, aging and cancer, causing erythema, tanning and local or systemic immunosuppression. Omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) are considered anti- inflammatory and could reduce the damage caused by overexposure to UVR. Although, n-3 PUFA have been considered as photoprotective agents, their exact mechanisms of action is not completely understood. The aim of the work is to determine the effect of UVR and the n-3 PUFA eicosapentaenoic acid (EPA), or docosahexaenoic acid (DHA) on human skin cells (in vitro study), specifically on: cell viability, apoptosis and their metabolism through the cyclooxygenase and lipoxygenase pathways. Also, to study the cellular incorporation and effect of n-3 PUFA on the fatty acid profile of skin cells. A clinical study was undertaken to assess the incorporation of n-3 PUFA supplements in human skin. A clinical study was performed in 40 healthy women (active group) supplemented with 4g/day of EPA (70%) and DHA (10%) and 40 healthy women (placebo group) supplemented with 4g/day of glyceryl tricoprylate coprate (GTCC). After 3 months, both blood samples and skin punch biopsies were collected and analysed for fatty acids by gas chromatography (GC). HaCaT keratinocytes and 46BR.1N fibroblasts were cultured and treated with 10 and 50μM of either EPA, or DHA or oleic acid (OA) for 72h and exposed to 15 and 50 mJ/cm2. Cell viability was measured by the MTT assay and cell apoptosis by a colorimetric method, at 24h post UVR. Cells and culture media were analysed by GC and liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC/ESI-MS/MS) to assess cellular fatty acids and production of eicosanoids. The clinical a study showed that in RBC saturated fatty acids (SFA) (44.27±7.43%) were the main fatty acid group followed by n-6 PUFA (29.61±5.53%). While in dermal tissue monounsaturated fatty acids (MUFA) (58.90±9.80%) was the main fatty acid group followed by SFA (27.06±6.78%). A significant increase in EPA, DHA and docosapentaenoic acid (DPA) was observed in RBC but only EPA was significantly increased in the dermis post n-3 PUFA supplementation. . The viability of HaCaT keratinocytes and 46BR.1N fibroblasts decreased post UVR and this was further reduced post PUFA treatment. Cell apoptosis increased when cells were exposed to UVR and further increased when cells were treated with EPA and DHA. . In HaCaT keratinocytes MUFA (54.22±8.82%) was the main fatty acid group followed by FAS (37.11±.9.16%), while SFA (51.94±8.68%) was the main group followed by MUFA (27.07±4.79) in 46BR.1N. Treated both cells with EPA and DHA showed significant increased in cellular EPA, DPA and DHA. 46BR.1N fibroblasts produced higher levels of prostaglandins (PG) compared to HaCaT keratinocytes: PGE2 and PGD2 were the main PG in both HaCaT (7.96±3.18 and 1.48±1.19 pg/million cell; respectively) and 46BR.1N with (44.2±23.00 and 17.1±9.71 pg/million cell; respectively). Significant increase in PGE1 and PGE2 occurred when cells were exposed to 15mJ/cm2 UVR. Treatment with n-3 PUFA decreased the level of PGE1 and PGE2, and increase production PGE3 at the baseline and post UVR. Both cell lines produced hydroxy fatty acids and the concentration of these mediators was higher in 46BR.1N than HaCaT. The concentrations of these mediators were significant increased post UVR: treatment with n-3 PUFA decreased the level of HODE and HETE, and increase production of HEPE and HDHA at baseline and post UVR. Overall, n-3PUFA treatment led to increases in the content of EPA and DHA on RBC, dermal tissue and human skin cell lines. EPA and DHA in skin cell lines appear to offer protection by increasing cellular apoptosis, decreasing inflammatory mediators specifically PGE2 and 12-HETE, and increasing anti-inflammatory mediators such as PGE3, 15-HEPE and 17-HDHA.

Ultraviolet radiation (UVR) in solar light is important for skin biology. It is involved in the development acute and chronic skin inflammation, aging and cancer, causing erythema, tanning and local or systemic immunosuppression. Omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) are considered anti- inflammatory and could reduce the damage caused by overexposure to UVR. Although, n-3 PUFA have been considered as photoprotective agents, their exact mechanisms of action is not completely understood. The aim of the work is to determine the effect of UVR and the n-3 PUFA eicosapentaenoic acid (EPA), or docosahexaenoic acid (DHA) on human skin cells (in vitro study), specifically on: cell viability, apoptosis and their metabolism through the cyclooxygenase and lipoxygenase pathways. Also, to study the cellular incorporation and effect of n-3 PUFA on the fatty acid profile of skin cells. A clinical study was undertaken to assess the incorporation of n-3 PUFA supplements in human skin. A clinical study was performed in 40 healthy women (active group) supplemented with 4g/day of EPA (70%) and DHA (10%) and 40 healthy women (placebo group) supplemented with 4g/day of glyceryl tricoprylate coprate (GTCC). After 3 months, both blood samples and skin punch biopsies were collected and analysed for fatty acids by gas chromatography (GC). HaCaT keratinocytes and 46BR.1N fibroblasts were cultured and treated with 10 and 50μM of either EPA, or DHA or oleic acid (OA) for 72h and exposed to 15 and 50 mJ/cm2. Cell viability was measured by the MTT assay and cell apoptosis by a colorimetric method, at 24h post UVR. Cells and culture media were analysed by GC and liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC/ESI-MS/MS) to assess cellular fatty acids and production of eicosanoids. The clinical a study showed that in RBC saturated fatty acids (SFA) (44.27±7.43%) were the main fatty acid group followed by n-6 PUFA (29.61±5.53%). While in dermal tissue monounsaturated fatty acids (MUFA) (58.90±9.80%) was the main fatty acid group followed by SFA (27.06±6.78%). A significant increase in EPA, DHA and docosapentaenoic acid (DPA) was observed in RBC but only EPA was significantly increased in the dermis post n-3 PUFA supplementation. . The viability of HaCaT keratinocytes and 46BR.1N fibroblasts decreased post UVR and this was further reduced post PUFA treatment. Cell apoptosis increased when cells were exposed to UVR and further increased when cells were treated with EPA and DHA. . In HaCaT keratinocytes MUFA (54.22±8.82%) was the main fatty acid group followed by FAS (37.11±.9.16%), while SFA (51.94±8.68%) was the main group followed by MUFA (27.07±4.79) in 46BR.1N. Treated both cells with EPA and DHA showed significant increased in cellular EPA, DPA and DHA. 46BR.1N fibroblasts produced higher levels of prostaglandins (PG) compared to HaCaT keratinocytes: PGE2 and PGD2 were the main PG in both HaCaT (7.96±3.18 and 1.48±1.19 pg/million cell; respectively) and 46BR.1N with (44.2±23.00 and 17.1±9.71 pg/million cell; respectively). Significant increase in PGE1 and PGE2 occurred when cells were exposed to 15mJ/cm2 UVR. Treatment with n-3 PUFA decreased the level of PGE1 and PGE2, and increase production PGE3 at the baseline and post UVR. Both cell lines produced hydroxy fatty acids and the concentration of these mediators was higher in 46BR.1N than HaCaT. The concentrations of these mediators were significant increased post UVR: treatment with n-3 PUFA decreased the level of HODE and HETE, and increase production of HEPE and HDHA at baseline and post UVR. Overall, n-3PUFA treatment led to increases in the content of EPA and DHA on RBC, dermal tissue and human skin cell lines. EPA and DHA in skin cell lines appear to offer protection by increasing cellular apoptosis, decreasing inflammatory mediators specifically PGE2 and 12-HETE, and increasing anti-inflammatory mediators such as PGE3, 15-HEPE and 17-HDHA.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von funktionellen Magnetit-Nanokompositen durch Sprühtrocknung für die Anwendung in der Bioseparation. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der Anwendung von Polyelektrolyten als Ionenaustauscher sowie auf der Nachhaltigkeit des Herstellungsprozesses. Basierend auf einem existierenden Herstellungsprozess wurde die Aufgabenstellung konkretisiert. Es wurden Möglichkeiten zur nachhaltigen Prozessgestaltung der Synthese von kationischen bzw. anionischen magnetischen Funktionspartikeln zur Proteinabtrennung vorgestellt. Als magnetische Komponente wurde Magnetit verwendet. Aufgrund seines pseudo-amphiphilen Charakters und seiner besonderen Eigenschaften in Bezug auf die Stabilisierung von Magnetit-Kolloiden wurde Polyvinylbutyral (Mowital B 30T) als Matrixpolymer bei der Sprühtrocknung benutzt. Für die nachhaltige Prozessgestaltung wurden Isopropanol und Tetrahydrofuran als Dichlormethan-Ersatz bei der Sprühtrocknung verwendet. Bei der Synthese kationischer Magnetic Beads wurden verzweigtes Polyethylenimin und lineares Poly(Allyamin) als Anionenaustauscher verwendet. Beide Polykationen sind schwache Polyelektrolyte mit Aminogruppen. Für die Verarbeitung der Polykationen als funktionelle Liganden in magnetischen Funktionspartikeln wurde zwei Herstellungsmethoden vorgestellt: eine Synthese ohne Oberflächenmodifizierung, wobei die mechanische und chemische Stabilität der Funktionspartikeln einzig von der chemischen Struktur der eingesetzten Materialien bzw. vom Matrixpolymer abhängt, und eine Synthese mit Oberflächenmodifizierung. Die Synthese mit Oberflächenmodifizierung ist gekennzeichnet durch die kovalente Bindung von Polyethylenimin bzw. Poly(Allyamin) an der Oberfläche der Funktionspartikeln (Polyvinylbutyral). Dafür wurde 1,1’-Carbonyldiimidazol als „zero length“-Crosslinker benutzt. Die nach beiden Methoden hergestellten Funktionspartikeln wurden charakterisiert, um ihre technische Eignung beurteilen zu können. Für die Charakterisierung der sorptiven Eigenschaften wurde unter anderem der Bowman-Birk Inhibitor (BBI) verwendet. Das Protein ist ein Sojaprodukt und für seine krebsvorbeugende Wirkung bekannt. Um die Selektivität der Abtrennung zu untersuchen, wurden BBI-Produkte mit unterschiedlichen Reinheitsgraden benutzt. Durch die zwei vorgestellten Methoden konnten kationische magnetische Funktionspartikeln erfolgreich hergestellt werden. Alle Funktionspartikeln sind superparamagnetisch, und der Medianwert ihrer Partikelgrößenverteilung liegt im einstelligen Mikrometerbereich. Aufgrund eines höheren Polykationanteils ist die Bindungskapazität der Funktionspartikeln ohne Oberflächenmodifizierung um den Faktor 2,4 größer als die BBI-Bindungskapazität der Funktionspartikeln mit Oberflächenmodifizierung (Qmax=322 mg/g). Das Fehlen eine feste Anbindung des funktionellen Liganden an den Funktionspartikeln ohne Oberflächenmodifizierung verleiht jedoch diesen eine sehr schlechte chemische Stabilität in Lösungen. Es wurde auch gezeigt, dass oberflächenmodifizierte Funktionspartikeln mit ähnlichen Eigenschaften durch den Einsatz von Dichlormethan bzw. Tetrahydrofuran als Lösungsmittelersatz während der Sprühtrocknung hergestellt werden können. Durch den Einsatz von mit Poly(allylamin) oberflächenmodifizierten Funktionspartikeln konnte BBI von technischen Sojamolken unterschiedlicher Reinheitsgrade erfolgreich abgetrennt werden. Anionische Magnetic Beads wurden mit Kationenaustauscherharz als funktionellem Ligand hergestellt. Dabei wurde Isopropanol als organisches Lösungsmittel während der Sprühtrocknung verwendet. Die Synthese wurde analog zur Synthese der kationischen Magnetic Beads ohne Oberflächenmodifizierung durchgeführt. Es wurde auch hier gezeigt, dass anionische magnetische Funktionspartikeln mit guten sorptiven Eigenschaften durch den Einsatz von Isopropanol als organisches Lösungsmittel hergestellt werden können. Die anionischen Funktionspartikeln besitzen im Vergleich zu Literaturwerten höhere Bindungskapazitäten (bis 280 mg/g; ermittelt mit Lysozym). Im letzten Kapitel wird der kritische Prozessschritt des Lösungsmittelaustausches behandelt. Nach dem Lösungsmittelaustausch sollten die Magnetitnanopartikeln in der organischen Phase stabil sein. Dies ermöglicht sowohl eine homogene Verteilung der Nanopartikeln in der Matrix als auch deren bessere Verkapselung während der Sprühtrocknung. Es wurde festgestellt, dass sich eine vollständige Abtrennung von Dichlormethan durch die angewendete Destillationsmethode nicht erreichen lässt. Anhand von zwei Modellsystemen — Rizinolsäure- und Ölsäure-beschichteten Magnetitnanopartikeln — und Lösungsmittelgemischen wurde die Stabilität von sterisch stabilisierten Magnetitpartikeln in binären Lösungsmittelgemischen untersucht. Der Fokus bei dieser Untersuchung lag auf der Untersuchung der Stabilität der beschichteten Magnetitnanopartikeln in einer möglichst Dichlormethan- bzw. Isooktan-freien organischen Phase. Als zweites Lösungsmittel (als Lösungsmittelersatz betrachtet) wurden neben Tetrahydrofuran und Isopropanol technisch verbreitete Lösungsmittel wie Isooktan und 1-Butanol eingesetzt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Anwendung der technischen Rizinolsäure bzw. Ölsäure einen zusätzlichen Einfluss auf die Stabilität der Magnetitpartikeln hat, da diese aus anderen Fettsäuren mit unterschiedlichen chemischen Strukturen bestehen. Die Diskrepanz zwischen der berechneten HANSEN-Distanzen und der Stabilität der Magnetitnanopartikeln mit reinen Fettsäuren lässt vermutet, dass die Zusammensetzung der Lösungsmittelgemische an der fest/flüssig-Grenzfläche anders ist als im freien Volumen. Ein Modell zur Beschreibung der Stabilität der Nanopartikeln, das auf einer Anreicherung des Ausgangslösungsmittels an der Grenzfläche basiert, wurde postuliert. Solange die Diffusion des zweiten Lösungsmittels in die Adsorptionsschicht nicht ausreichend genug ist, um die Löslichkeit der Fettsäureketten entscheidend zu reduzieren und somit einen Abfall der Abstoßungskräfte zwischen der Partikeln hervorzurufen, bleiben alle beschichteten Magnetitnanopartikeln stabil im Lösungsmittelgemisch. Dies ist der Fall für die mit der reinen Rizinolsäure beschichteten Magnetitnanopartikeln in allen verwendeten Lösungsmittelgemischen mit 0,5 Vol. % DCM in der kontinuierlichen Phase. Durch die vorgestellten Herstellungsmethoden wurde gezeigt, dass magnetische Funktionspartikeln sowohl mit festen partikelförmigen Ionenaustauschern als auch mit flüssigen schwachen Polyelektrolyten erfolgreich synthetisiert werden können. Eine nachhaltige Prozessgestaltung durch die Reduzierung der Dichlormethanmenge im Sprühtrocknungsprozess ist auch möglich. Für eine erfolgreiche industrielle Anwendung der Funktionspartikeln müssen aber ihre chemischen sowie mechanischen Eigenschaften deutlich verbessert werden. Dies könnte z.B. durch die Verwendung eines anderen Matrixpolymers oder durch die Entfernung von nicht gebundenen Bestandteilen durch gezielte Waschung der Funktionspartikeln erfolgen. Die Bindungskapazität sowie die Selektivität der oberflächenmodifizierten Funktionspartikeln sollte ebenfalls verbessert werden. Dafür wurde einen Ansatz durch die Quaternisierung der Aminogruppen präsentiert. Schließlich würde die Untersuchung der Stabilität der beschichteten Magnetitnanopartikeln in einphasigen reinen Lösungsmitteln nähere Erkenntnisse über das postulierte Modell der Anreicherung von Dichlormethan in der Adsorptionsschicht erbringen. Dabei könnte die Dichlormethanmenge durch mehrstufige Destillation bzw. Rektifikation beim Lösungsmittelaustausch entfernt werden. Eine vollständige Untersuchung dieses Effekts würde zusätzlich eine Antwort auf zahlreiche Fragestellungen der Kolloidchemie in Bezug auf das Stabilitätsverhalten von Pigmentdispersionen (Lacke) oder von beschichteten Nanopartikeln in Polymerlösungen erbringen.