Este trabalho teve por objetivo estudar a partição da Lipase de Geotrichum candidum (LGc) em sistemas aquosos bifásicos (SAB) formados por PEG 1500 ou 4000 ou 6000 g mol-¹ + citrato de sódio + água e por copolímero tribloco L35 1900 g mol-¹ + citrato de sódio + água. A lipase extracelular foi produzida pelo microrganismo Geotrichum candidum NRRL Y - 552 por fermentação a 30,0 oC, pH 7,0 e sob agitação de 250 rpm. Os estudos de partição foram conduzidos com o sobrenadante do caldo fermentado, rico em lipase, após filtração para eliminação dos microrganismos. Estudos cinéticos e de eletroforese SDS-PAGE confirmaram a obtenção da lipase na etapa de fermentação. A influência da temperatura, pH, adição de NaCl, massa molar do polímero, hidrofobicidade do sistema e composição de mistura de PEG e do citrato de sódio sob o coeficiente de partição da lipase foram estudadas. Em todos os experimentos realizados a enzima particionou preferencialmente para a fase inferior com valores de KLGc em torno de 0,05-0,6. Medidas da atividade da lipase nas fases dos SAB mostraram que houve significativa perda da atividade enzimática durante o processo. Os valores médios da atividade nas fases superior e inferior foram de 1,5 U/ml e 5,5 U/ml, respectivamente, enquanto que no caldo bruto filtrado a atividade foi de 11,75 U/ml. Parâmetros termodinâmicos do processo de transferência de material entre as fases foram obtidos usando a aproximação de Van't Hoff nos estudos de partição realizados em diferentes temperaturas. O elevado valor negativo obtido para a variação de entalpia de transferência constituem evidência da existência de fortes interações entre a LGc e o PEG, contudo, os baixos coeficientes de partição encontrado nos SAB sugerem que o processo de transferência da LGc nestes sistemas seja entropicamente dirigido. Os SAB formados pela mistura de PEG 1500 g mol-¹ + citrato de sódio + água em pH 7,0 foram otimizados pela metodologia de superfície resposta. As condições que maximizam a partição do LGc na fase inferior foram determinadas nas concentrações extremas de PEG e citrato de sódio dentro das faixas de concentrações estudadas. / The aim of this work was to study the Geotrichum candidum lipase (GcL) partition in aqueous two-phase systems (ATPSs) formed by PEG 1500, 4000 or 6000 g mol-¹ + sodium citrate + water and by triblock copolymer L35 1900 g mol-¹ + sodium citrate + water. Extracellular lipase was produced by the microorganism Geotrichum candidum NRRL Y-552 by fermentation at 30.0oC%, pH 7.0, and stirring at 250rpm. Partition studies were carried out with the surfactant from the fermented, lipase rich broth, after filtration for elimination of microorganisms. Kinetic studies and SDS-PAGE electrophoresis confirmed lipase in the fermentation stage. The influence of temperature, pH, NaCl addition, polymer molar mass, hydrophobicity of the system and compounding of the PEG and sodium citrate blend under the lipase coefficient of partition were studied. In all experiments carried out, the enzyme partitioned preferentially to the lower phase with KGcL values around 0.05-0.6. Measurements of the lipase activity in phases of ATPSs showed that there was relevant loss of the enzymatic activity during the process. Mean activity values in the upper and lower phases were of 1.5 U/ml and 5.5 U/ml, respectively, while activity in the raw broth was of 11.75 U/ml. Thermodynamic parameters of material transfer process between phases were obtained by using Van’t Hoff’s approximation in the partition studies carried out at different temperatures. The high negative value obtained for the enthalpy transfer variation point out the existence of strong interaction between the GcL and the PEG. However, the low coefficients of partition found in the ATPSs suggest that the GcL transfer process in these systems is entropically driven. The ATPSs formed by the blend PEG 1500 g mol-¹ + sodium citrate + water in pH 7.0 were optimized by the response surface methodology. The conditions that maximize the GcL partition in the lower phase were determined in extreme external conditions of PEG and sodium citrate within the concentration bands studied. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-12-21T10:33:02Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 769412 bytes, checksum: cb0ded3cc05d2783a78e9b682ce657ae (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-21T10:33:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 769412 bytes, checksum: cb0ded3cc05d2783a78e9b682ce657ae (MD5) Previous issue date: 2003-07-28 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Este estudo teve o objetivo de avaliar o potencial dos extratos de corantes naturais norbixina, curcumina e clorofilina cúprica para coloração de papéis. O trabalho é apresentado em três capítulos. O Capítulo I abrange a determinação das interações físico-químicas entre os corantes e a polpa celulósica, baseando-se nos princípios e determinação dos parâmetros termodinâmicos: energia livre de Gibbs (ΔG), entalpia (ΔH) e entropia (ΔS). Estes parâmetros foram obtidos a partir do cálculo da constante de equilíbrio (K) em diferentes temperaturas (5, 10, 15, 25 35 e 45oC), utilizando-se os princípios de resolução gráfica do diagrama de van’t Hoff. A influência dos grupos funcionais hidroxílicos e carboxílicos da polpa na retenção dos corantes foi determinada, protegendo-se quimicamente esses grupos através da aplicação de técnicas de acetilação e metilação, respectivamente. Em seguida, obtiveram-se os espectros de reflectância dos papéis coloridos, que foram separados por meio da técnica quimiométrica da análise das componentes principais (PCA). Valores de entalpia positivos mostraram que o processo de interação corante-fibra é endotérmico e regido por forças entrópicas e a coloração não ocorre por meio de ligações covalentes, mas predominantemente por meio de adsorção física (ligações de hidrogênio, força de van der Waals e atração eletrostática) e penetração das moléculas corantes dentro dos capilares e reentrâncias das fibras. De acordo com a análise das componentes principais, os grupos hidroxílicos e carboxílicos não tiveram influência na retenção dos extratos corantes de norbixina e curcumina nas polpas refinadas e não refinadas. Os grupos hidroxilas participam, efetivamente, da retenção do sistema clorofilina cúprica-sulfato de alumínio pela polpa refinada. No Capítulo II, consta a determinação, em laboratório, das melhores condições de preparo da massa e formação do papel. Avaliaram-se as consistências de preparo da massa (0,2; 0,4; 1,0 e 1,5%), consistências de formação do papel (0,02; 0,03; 0,045 e 0,06%), dosagens do extrato corante (0,1; 0,2; 0,3; 0,4 e 0,5%), pH de preparo da massa (4, 6, 7 e 8), níveis de refino (polpa não refinada e refinada a 24, 30 e 38oSR) e a atuação de compostos de alumínio (sulfato de alumínio, aluminato de sódio e policloreto de alumínio), nas dosagens de 0,5 e 1,0% como agentes de retenção. Na formação de papéis submetidos à colagem alcalina, avaliou-se a interação dos corantes naturais com outros aditivos, comumente, utilizados no preparo da massa (amido catiônico, sulfato de alumínio, agente de colagem alcalina - AKD e carbonato de cálcio precipitado - PCC). Os resultados obtidos indicaram que maiores consistências de preparo de massa e formação da folha, bem como maiores níveis de refino, favorecem a retenção dos três corantes naturais, avaliada pelo aumento na saturação da cor (C*). A norbixina e a curcumina apresentaram maior saturação da cor, em pH ácido. A clorofilina cúprica apresentou maior saturação da cor em pH 6,0, decaindo em valores imediatamente inferiores e superiores. Em geral, todos os compostos de alumínio e o amido catiônico auxiliaram na retenção dos corantes naturais. A adição da carga mineral PCC reduziu a saturação da cor dos três corantes, devido à tendência das cargas em mascarar a cor dos papéis. No Capitulo III são apresentadas as propriedades físico-mecânicas, estruturais, óticas e a estabilidade da cor na ausência ou exposição à luz fluorescente e ultravioleta dos papéis colados, formados conforme procedimento apresentado no Capítulo II. Caracterizou-se, também, o efluente gerado na formação destes papéis, quanto à demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO) e sólidos suspensos. A adição dos corantes naturais não prejudicou os valores de Cobb60 e aumentou a opacidade, sem alterar as propriedades físico-mecânicas dos papéis. As propriedades capilaridade Klemm e maciez estrutural, importantes para papéis absorventes, não foram alteradas com a adição dos corantes naturais à polpa celulósica. Os papéis coloridos com os corantes naturais apresentaram uma boa estabilidade ao abrigo da luz no período avaliado (60 dias). Entretanto, uma grande limitação dos papéis coloridos com corantes naturais foi sua baixa estabilidade à luz fluorescente e à radiação ultravioleta. Dentre os corantes testados, a curcumina apresentou o melhor poder tintorial, aliada a maior retenção nas fibras celulósicas. Para a norbixina, aproximadamente 40% do corante adicionado, durante o preparo da massa, foi retido pelas fibras. Ao contrário, a clorofilina cúprica apresentou a menor retenção (cerca de 3%), quando não se utilizou o sulfato de alumínio. Os corantes naturais apresentam potencial para formação de papéis alcalinos e absorventes, não sofrendo interferências significativas dos aditivos comumente adicionados à massa e não alterando as propriedades físico-mecânicas dos papéis. / This study was carried out to evaluate the potential of the natural colorant extracts from norbixin, curcumin and copper chlorophyll for paper dyeing. This work is presented into three chapters. Chapter I is concerned to the determination of the physiochemical interactions among the colorants and cellulosic pulp, based on the principles and determination of the thermodynamic parameters: Gibbs free energy (ΔG), enthalpy (ΔH) and entropy (ΔS). These parameters were obtained from the calculation of the equilibrium constant (K) at different temperatures (5, 10, 15, 25, 35 and 45oC), by applying the principles of the graphic resolution of vant’ Hoff diagram. The influence from the hydroxyl and carboxyl functional groups of the pulp upon the retention of the natural colorants were determined by chemically protecting these groups through application of the acetylation techniques. Then, the reflectance spectra of the colored papers that were separated through the chemometric technique of the principal component analysis (PCA) were obtained. The positive values of the adsorption enthalpy showed the adsorption process of the colorants to be an endothermic one and it is controlled by enthropic forces and the dyeing predominantly occurs by physical adsorption (hydrogen linkage, van der Waals force, and electrostatic attraction) and penetration of the dyeing molecules into the capillaries and fiber reentrances. According to the principal component analysis, the hydroxyl and carboxyl groups had no influence on the retention of the coloring extracts from norbixin and curcumin in both refined and no-refined pulps. The hydroxyl groups really participate into retention of the system copper chlorophyllin-aluminum sulfate system by the refined pulp. Chapter II refers to determination of the best conditions for mass preparation and papermaking under laboratory conditions. The following evaluations were performed: the consistences of mass preparation (0.02; 0.03; 0.045 and 0.06%) and papermaking (0.1; 0.2; 0.3; 0.4 and 0.5%); dosages of the coloring extract (0.1; 0.2; 0.3; 0.4 and 0.5%); pH of the mass preparation (4, 6, 7 and 8); refining levels (no- refined pulp and that refined at 24, 30 and 38oSR); and the performance of aluminum compounds (aluminum sulfate, sodium aluminate and aluminum polychloride) at the doses of 0.5 and 1.0% as retention agents. Upon constitution of the papers submitted to alkaline sizing, the interaction of the natural colorants with other ordinary additives used in mass preparation (cationic starch, aluminum sulfate, alkaline sizing agents - AKD and the precipitated calcium carbonate - PCC). The results obtained in laboratory pointed out that higher consistence in mass preparation and papermaking, as well as higher levels of refining rather favor the retention of these three natural colorants, as evaluated by the increased saturation of the color (C *). Both norbixin and curcumin showed higher color saturation under acid pH. The copper chlorophyllin exhibited a higher color saturation at pH 6.0, declining to values immediately inferior and superior. Generally, all aluminum compounds and the cationic starch contributed to the retention of the natural colorants. The addition of the PCC mineral fillers reduced the color saturation of the three colorants due to the tendency of the fillers to masking the colors of the papers. Chapter III presents the physical-mechanical, structural and optical properties as well as the stability of the color in either the absence or exposure to fluorescent and ultraviolet lights of the sized papers previously formed. The effluent generated through formation of these papers was also characterized for biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and suspended solids. The addition of the natural colorants did not impair the values of Cobb60, and increased the opacity without changing the physical-mechanical properties of the papers. The Klemm capillarity and structural smoothness, which are important properties for tissue papers, suffered no change with the addition of the natural colorants to the cellulosic pulp. The papers colored with the natural colorants showed a good stability under sunshade over the evaluated period (60 days). However, a great restrain of the papers dyed with natural colorants is their low stability to either the fluorescent light and ultraviolet radiation. Among the tested colorants, curcumin showed the best coloring power as well as a better retention in the cellulosic fibers. For norbixin, approximately 40% of the colorant added during mass preparation was retained by fibers. On the contrary, the copper chlorophyllin presented the lowest retention (around 3%), when the aluminum sulfate was not used. The natural colorants show to have potential for constitution of alkaline and tissue papers, since they suffer no significant interference of the additives commonly added to the mass besides causing no changes in the physical-mechanical properties of the papers. / Não foi localizado o cpf do autor.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The pollution caused by heavy metals has been becoming a serious environmental problem. The use of biomass as sorbent material for the treatment of industrial effluent containing heavy metals arises as a promising alternative for the current technologies. The waste that contains these metals may cause damages to the environment and to the human health. Even chrome, which is a essential metal, can be harmful in high concentrations; therefore, the proposal of this work was to evaluate the capacity of adsorption of chrome, using as biosorbent orange (pêra rio) and jabuticaba produced in the region of Triângulo Mineiro and the green coconut shell (cocus nucífera). The synthetic effluent, prepared from potassium dichromate reagent, was treated with this material previously dried, grinded and separated by granulometric analysis. The process was carried out isothermally in jacketed batch reactors continuously agitated. The mixture polluted by chrome in its metal nature was treated for a period up to twenty four hours. It was analysed the influence of pH in the process, being tested 2, 6 and 10. The efficiency of the biosorbent material, its granulometry, the influence of pH and the equilibrium concentration were the variables evaluated. The isothermal equilibrium data were adjusted employing the linear models of Langmuir and Freundlich. It was verified that Freundlich s adsorption isotherm was the one that fitted the best with the equilibrium data. The data were also adjusted to the kinetic models of pseudo first-order and pseudo second-order, and the pseudo-second order was the most representative for the data. With respect to the kinetic parameters, the process is spontaneous, it is endothermic when coconut shells and jabuticaba are used and exothermic when orange peels are used. / A poluição por metais pesados vem se tornando um sério problema ambiental. O uso de biomassas como material sorvente para o tratamento dos efluentes industriais contendo metais pesados aparece como uma alternativa promissora às tecnologias existentes. Os rejeitos contendo estes metais, podem ocasionar danos ao meio ambiente e à saúde humana. Mesmo o cromo, que é um metal essencial, pode ser prejudicial em altas concentrações, por esse motivo a proposta desse trabalho foi avaliar a capacidade de adsorção de cromo empregando-se, como biossorvente, laranja (pêra rio) e jabuticaba produzida na região do Triângulo Mineiro e casca de coco verde (cocus nucífera). O efluente sintético, preparado a partir do reagente dicromato de potássio (K2Cr2O7), foi tratado com esse material previamente seco, triturado e separado a diferentes granulometrias. O processo foi realizado isotermicamente nas temperaturas de 25, 35 e 45ºC, em reatores batelada, encamisado e com agitação continua. A mistura contaminada por cromo em sua forma metálica (Cr+3 e Cr+6) era tratada por um tempo de até vinte quatro horas. Foi analisada a interferência do pH no processo, sendo testados os valores de 2, 6 e 10. A eficiência do material biossorvente, a granulometria, a interferência do pH e a concentração de equilíbrio foram as variáveis estudadas. A granulometria menor que 106μm e o pH ácido igual a 2 foram os que apresentaram melhores resultados. Os dados isotérmicos de equilíbrio foram ajustados utilizando-se os modelos lineares de Langmuir e Freundlich. Verificou-se que a isoterma de adsorção de Freundlich foi a que apresentou melhor ajuste aos dados de equilíbrio, indicando que não há uma interação entre os sítios ativos. Os dados também foram ajustados aos modelos cinéticos de pseudo primeira-ordem e pseudo segunda-ordem, sendo o de pseudo-segunda ordem mais representativo para os dados. Em relação aos parâmetros cinéticos, o processo é espontâneo, endotérmico quando se utilizam as cascas de coco e jabuticaba e exotérmico quando utiliza-se a casca de laranja em relação a entropia apresenta uma maior ordenação das moléculas na superfície da jabuticaba utilizada como adsorvente e uma desordem na superfície da laranja. Os biossorventes se mostraram eficientes na remoção de cromo total, embora em nenhum dos casos tenha sido atingido valores inferiores aos máximos permitidos por lei. / Mestre em Engenharia Química