Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste trabalho foi estabelecer um modelo empregando-se ferramentas de regressão multivariada para a previsão do teor em ésteres metílicos e, simultaneamente, de propriedades físico-químicas de misturas de óleo de soja e biodiesel de soja. O modelo foi proposto a partir da correlação das propriedades de interesse com os espectros de reflectância total atenuada no infravermelho médio das misturas. Para a determinação dos teores de ésteres metílicos foi utilizada a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), podendo esta ser uma técnica alternativa aos método de referência que utilizam a cromatografia em fase gasosa (EN 14103 e EN 14105). As propriedades físico-químicas selecionadas foram índice de refração, massa específica e viscosidade. Para o estudo, foram preparadas 11 misturas com diferentes proporções de biodiesel de soja e de óleo de soja (0-100 % em massa de biodiesel de soja), em quintuplicata, totalizando 55 amostras. A região do infravermelho estudada foi a faixa de 3801 a 650 cm-1. Os espectros foram submetidos aos pré-tratamentos de correção de sinal multiplicativo (MSC) e, em seguida, à centralização na média (MC). As propriedades de interesse foram submetidas ao autoescalamento. Em seguida foi aplicada análise de componentes principais (PCA) com a finalidade de reduzir a dimensionalidade dos dados e detectar a presença de valores anômalos. Quando estes foram detectados, a amostra era descartada. Os dados originais foram submetidos ao algoritmo de Kennard-Stone dividindo-os em um conjunto de calibração, para a construção do modelo, e um conjunto de validação, para verificar a sua confiabilidade. Os resultados mostraram que o modelo proposto por PLS2 (Mínimos Quadrados Parciais) foi capaz de se ajustar bem os dados de índice de refração e de massa específica, podendo ser observado um comportamento aleatório dos erros, indicando a presença de homocedasticidade nos valores residuais, em outras palavras, o modelo construído apresentou uma capacidade de previsão para as propriedades de massa específica e índice de refração com 95% de confiança. A exatidão do modelo foi também avaliada através da estimativa dos parâmetros de regressão que são a inclinação e o intercepto pela Região Conjunta da Elipse de Confiança (EJCR). Os resultados confirmaram que o modelo MIR-PLS desenvolvido foi capaz de prever, simultaneamente, as propriedades índice de refração e massa específica. Para os teores de éteres metílicos determinados por HPLC, foi também desenvolvido um modelo MIR-PLS para correlacionar estes valores com os espectros de MIR, porém a qualidade do ajuste não foi tão boa. Apesar disso, foi possível mostrar que os dados podem ser modelados e correlacionados com os espectros de infravermelho utilizando calibração multivariada / In the present work, a model that uses multivariate regression tools was proposed to predict both contents of methyl esters and physical-chemical properties of soybean oil -soybean biodiesel blends. The model was proposed from the correlation of the properties of interest with the attenuated total reflectance infrared spectra of the samples (ATR/MID-FTIR). The composition of the blends (methyl esters content) was determined by high performance liquid chromatography (HPLC), which can be seen as an alternative technique to the standard reference methods based on gas chromatography (EN 14103 and EN 14105). The selected physicochemical properties were refractive index, density, and viscosity. For the study, 11 mixtures were prepared with different proportions of soybean biodiesel and soybean oil (0-100 % wt of soybean biodiesel) in five replications totalizing 55 samples. The infrared spectra were acquired in the range 3801-650 cm-1. The spectra were submitted to the multiplicative signal correction (MSC) and then to mean centering (MC) preprocessing. The properties of interest were submitted to auto scale. It was then applied principal component analysis (PCA) for the purpose of reducing the dimensionality of the data, and detected the presence of outliers. When the outliers were detected, the samples were discarded. The original data were submitted to Kennard-Stone algorithm dividing them into a calibration set to build the model and the validation to verify its reliability. The results showed that the model proposed by PLS2 (Partial Least Squares) was able to adjust well to the refractive index data and density, can be observed a random behavior of errors, indicating the presence of homoscedasticity in residual values, in other words, the constructed model presented a forecast of capacity for specific mass properties and refractive index with 95% confidence. The accuracy of the model was evaluated by estimating the regression parameters which are the slope and the intercept by EJCR (Joint Region Confidence Ellipse). The results confirmed that MIR-developed PLS model was able to predict both the refractive index and specific gravity properties. For contents of methyl esters via liquid chromatography the model showed a lower adjustment of the data. Nevertheless, it was possible to demonstrate that the results obtained from methyl esters by HPLC analytical method can be modeled and correlate them with infrared spectra using multivariate calibration

A produção de H2S (sulfeto de hidrogênio) é um dos principais problemas na indústria do petróleo, sendo esta uma das causas da corrosão de tanques de estocagem e tubulações. Essa produção é possibilitada devido à injeção de água do mar durante o processo de recuperação secundária do petróleo, onde alguns micro-organismos presentes nessa água, tais como as bactérias anaeróbias heterotróficas totais (BANHT) e as bactérias redutoras de sulfato (BRS), que promovem a redução do sulfato a sulfeto. Atualmente, o método de quantificação destes micro-organismos é a técnica do Número Mais Provável (NMP) que estima o resultado em aproximadamente 28 dias. No presente trabalho foi utilizada a metodologia da produção semi-contínua de sulfeto biogênico pelo período de 15 dias, com o intuito de correlacionar com os resultados das quantificações de BANHT e BRS através da técnica convencional do NMP. Foram analisadas amostras de diferentes procedências da indústria do petróleo, apresentando variação na salinidade de 0 a 16 g.L-1. O objetivo deste procedimento foi avaliar as velocidades específicas e instantâneas de produção de H2S, sugerindo, desta forma, quais amostras apresentam maior potencial para a produção biogênica de sulfeto e em quais condições essa produção se dá. Observou-se que em todas as amostras a geração do H2S se dá de forma crescente até a estabilização desta produção, sendo esta obtida quase sempre em seis dias (144h) do crescimento microbiano. A produção do sulfeto biogênico se deu de forma mais intensa nas amostras do fundo de tanque de estocagem de óleo e da água de formação. A quantificação das BANHT e das BRS foram avaliadas pelo método do NMP de acordo com a tabela de Harrigan, a qual subestima a população microbiana, desconsiderando erros provenientes da técnica / The production of H2S (hydrogen sulfide) is a major problem in the oil industry, which is a cause of corrosion of pipes and storage tanks. This production is made possible due to seawater injection during the secondary oil recovery process where some microorganisms present in this water, such as total heterotrophic anaerobic bacteria (THAB) and sulphate-reducing bacteria (SRB) that promote reduction of sulfate to sulfide. Currently, the method of quantification of these microorganisms is the technique of the Most Probable Number (MPN) which estimates the results in about 28 days. The present study used the methodology of semi-continuous production of biogenic sulfide by 15 days period, in order to correlate with the measurements results of BANHT and BRS through the conventional technique of MPN. There were several samples analyzed from different origins in the oil industry, with variations in salinity from 0 to 16 g.L-1. The purpose of this procedure was to evaluate the specific speeds and instantaneous H2S production, suggesting thereby that samples had increased biogenic sulfide production and this production conditions which occurs. It was observed that all samples in the generation of H2S occurs incrementally until stabilization of this production, these being almost always obtained in six days (144h) of microbial growth. The production of biogenic sulfide occurred more intensely in the samples of oil storage tank bottom and formation water. The quantification of SRB and THAB were evaluated by the MPN method according to Harrigan table, which underestimates the microbial population, disregarding errors arising in the art

Como em qualquer outra organização, as empresas de engenharia química vêm cada vez mais utilizando ferramentas de Tomadas de Decisão para escolhas de soluções técnicas para projetos, operações, desenvolvimento, dentre tantas. A tomada de decisão é o processo de responder a um problema, utilizando um conjunto de técnicas qualitativas e quantitativas para selecionar a solução ou ação, dentre várias alternativas que seja mais adequada para a resolução daquele problema. Dentre estas ferramentas, as mais utilizadas são a MAUT, do inglês Multiattribute Utility Theory (Teoria de Utilidade Multiatributos) e a AHP, do inglês Analytic Hierarchy Process (Processo de Análise Hierárquica).Neste trabalho, estes dois métodos são aplicados num mesmo problema de engenharia química: a seleção de um sistema para tratamento de compostos orgânicos voláteis durante o carregamento de navios que transportam petróleo e derivados. Para isto é realizada, em primeiro lugar, a descrição detalhada de cada método, a conceituação de composto orgânico volátil, a legislação pertinente e a descrição de cada alternativa como solução para controle deste tipo de emissão. Os resultados apontados pelos métodos MAUT e AHP são então comparados a fim de verificar se ambos conduzem a mesma solução. Pretende-se também observar o grau de influencia das diferentes áreas de atuação de uma organização na escolha final da tomada de decisão e verificar as percepções dos profissionais sobre cada método aplicado. Percebeu-se, entretanto, que as metodologias não conduziram, neste trabalho, a soluções idênticas, devido à influência das características de cada método, e que profissionais de uma mesma área de atuação tendem a tomarem o mesmo tipo de decisão

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:00:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissTY.pdf: 2959769 bytes, checksum: 4d21b1f71cb65b61995bffa76823c7ad (MD5) Previous issue date: 2007-08-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / Nearly 97% of all fresh water available to humankind lies beneath the soil, as underground water, which makes scientists increasingly worried about its pollution. Important studies carried out in several regions of the world show that many fresh water resources have already been impacted by potentially pollution sources, especially by residues of agricultural, industrial and/or domestic origin. As a result, the UN has warned that by 2025 approximately 2.7 billion people worldwide will face serious shortage. What is more, protection of groundwater cannot be postponed since it is difficult and impractical to remove pollutants from local sources (wells) and very costly to decontaminate vast reservoirs. In consideration of this, the objective of this study was to elaborate a thematic, guiding cartographic document that qualitatively focused on natural vulnerability to pollutants of groundwater within the perimeter and urban areas of São Carlos, SP, Brazil, by means of GOD methodology and SPRING 4.2 - Inpe geoprocessing software. This document was also intended to assist the city administration in future planning and establishment of public policies aimed at protecting its groundwater resources. / Mais ou menos 97% da água doce disponível para uso da humanidade encontra-se no subsolo, na forma de água subterrânea. Isso fez com que a preocupação com a contaminação das águas subterrâneas tenha aumentado no meio científico. Importantes estudos desenvolvidos em várias regiões do mundo têm mostrado que os recursos hídricos estão sendo atingidos por fontes potencialmente poluentes, oriundas principalmente de produtos utilizados na agricultura, na indústria e na disposição dos resíduos. A Organização das Nações Unidas já alertou: em 2025, cerca de 2,7 bilhões de pessoas, em todo o mundo, enfrentarão a falta d água potável. Esse fato implica em especial preocupação com a proteção das águas subterrâneas devido à dificuldade e a impraticabilidade de se promover à remoção de poluentes de fontes pontuais de captação (poços) e devido ao fato de que a reabilitação de um aqüífero poluído requer custos muitos elevados. Neste sentido, esta pesquisa tem por objetivo elaborar um documento cartográfico temático preventivo que enfoque qualitativamente a vulnerabilidade natural à poluição das águas sub-superficiais da área urbana e peri-urbana de São Carlos-SP, com a utilização do método GOD e geoprocessamento com o software SPRING 4.2 Inpe. Que possa futuramente subsidiar o poder público municipal no planejamento e desenvolvimento de políticas de proteção dos recursos hídricos subterrâneos do município de São Carlos - SP.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DARROS_Andressa_2013.pdf: 2489179 bytes, checksum: f31dd28ac3f9d3703a4ab312265e2f12 (MD5) Previous issue date: 2013-03-15 / Financiadora de Estudos e Projetos / The search for new materials in order to alleviate the environmental problems have encouraged the use of raw materials of natural origin to replace, at least partially, to synthetically produced. Vegetable fibers may be used for incorporation into composites of polymer matrices, being renewable, biodegradable and non-toxic. However, generally vegetable fibers exhibit lower mechanical and thermal properties due to the components present in the fiber (cellulose, hemicellulose and lignin) when compared with high performance fibers such as glass fibers and carbon. In general, polymeric matrices can be of three types; thermoset, thermoplastic and thermoplastic biodegradable. In this paper, polymeric matrices and composites of polymer matrices were obtained with the use of random webs of coconut fibers and sisal fibers by compression molding in a hydraulic press. This study involved a comparative study of composites molded polymer matrices with their epoxy resin, polypropylene (PP), and polyhydroxybutyrate (PHB) without fiber. Were performed some types of thermal and mechanical tests for all molded materials. The techniques used were differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) in bending mode, and mechanical tests of flexural and tensile before and after conditioning in air chamber, with temperature and humidity. The results of flexural tests to room temperature for composites of epoxy resin and PHB values were similar in the resistance of materials when compared to the respective polymer matrix without fibers. The composite of PP / sisal fibers showed a higher resistance when compared to PP without fiber, related to good fiber-matrix interaction. Flexural and tensile tests of specimens after the conditioning chamber for acclimatization showed decreases in resistance of all materials, being more pronounced for composites due to high moisture absorption of natural fibers. The results of DMTA before conditioning showed an increase in E' of the composites of epoxy resin as compared to the epoxy resin without fibers, because the fibers restrict the movement of the molecular chains located at the interfacial region. Relative to PP, composite PP / sisal fibers had an E' greater. The PHB without fibers showed a modulus greater than the composites containing coconut fiber and sisal fibers. DMTA analyzes performed on materials post conditioning decreased in modules, due to weakening of the fiber-matrix interactions. / A busca por novos materiais visando amenizar os problemas ambientais têm incentivado a utilização de matérias-primas de origem natural em substituição, pelo menos parcial, às sinteticamente produzidas. As fibras vegetais podem ser utilizadas para incorporação em compósitos de matrizes poliméricas, por serem de fontes renováveis, biodegradáveis e não tóxicas. Entretanto, geralmente, as fibras vegetais apresentam propriedades mecânicas e térmicas inferiores devido aos componentes presentes na fibra (celulose, hemicelulose e lignina), quando comparadas às fibras de alto desempenho, como fibras de vidro e de carbono. Em geral, as matrizes poliméricas podem ser de três tipos; termorrígida, termoplástica e termoplástica biodegradável. Neste trabalho, matrizes poliméricas e compósitos de matrizes poliméricas foram obtidos com a utilização de mantas aleatórias de fibras de coco e de fibras de sisal através da moldagem por compressão em prensa hidráulica. Assim, este trabalho envolveu um estudo comparativo dos compósitos moldados com suas respectivas matrizes poliméricas (resina epóxi, polipropileno (PP), e polihidroxibutirato (PHB)). Foram realizados alguns tipos de análises térmicas e ensaios mecânicos para todos os materiais moldados. As técnicas utilizadas foram a calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA) no modo de flexão, e ensaios mecânicos de flexão e de tração antes e pós-condicionamento em câmara de climatização, com temperatura e umidade. Os resultados dos ensaios mecânicos de flexão à temperatura ambiente dos compósitos de resina epóxi e do PHB obtiveram valores similares nas resistências dos materiais quando comparados às respectivas matrizes poliméricas, sem fibras vegetais. viii O compósito de PP/Fibras de sisal apresentou uma resistência mais elevada quando comparado ao PP sem fibras, relacionado a uma boa interação fibra-matriz. Os ensaios de flexão e de tração de corpos-de-prova após o condicionamento em câmara de climatização apresentaram decréscimos nas resistências de todos os materiais, sendo mais acentuados para os compósitos devido a elevada absorção de umidade das fibras vegetais. Os resultados de DMTA antes do condicionamento apresentaram aumento no E dos compósitos de resina epóxi em comparação com a resina epóxi sem fibras, devido às fibras limitarem a movimentação das cadeias moleculares localizadas na região interfacial. Em relação ao PP, o compósito PP/fibras de sisal apresentou um E mais elevado. O PHB sem fibras apresentou um módulo maior que os compósitos contendo mantas de fibras de coco e de fibras de sisal. As análises de DMTA realizadas nos materiais pós-condicionamento apresentaram decréscimos nos módulos, devido ao enfraquecimento das interações fibra-matriz.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MENA_Rodrigo_2013.pdf: 2867164 bytes, checksum: bfe45eefdca81e4813750dfe0d6cfc15 (MD5) Previous issue date: 2013-07-31 / Financiadora de Estudos e Projetos / It is known that polypropylene is degraded in the presence of UV radiation, making difficult its use in applications where occurs this kind of radiation. This situation arises a need to improve the properties of polypropylene under photodegradation. Some work was done in order to improve the surface properties of the polypropylene film with deposition of organosilicon, but the photoprotection caused by these films is still poorly studied. The purpose of this study was to deposit a film prepared from organosilicon plasmas of HMDSO (Hexamethyldisiloxane) on the surface of polypropylene films and verify the protection provided against photodegradation. Depending on the plasma deposition conditions, we detected a variation in the protection exerted by the deposited film. Among the tests, the chemical vapor deposition on low pressure plasma by radio frequency of 13.56 MHz using a mixture of gases with pressure O2/HMDSO added 6 Pa and a power of 80 W for a period of 1 h showed the best protection results, measured by comparing the evolution of the area in the region with the carbonyl peak at 1722 cm-1. FEG-SEM analysis showed that the film generated have adhesion to the substrate. Profilometry analyzes demonstrated that increasing the deposition time increases the film thickness and decreases its surface roughness. / É sabido que o polipropileno sofre degradação na presença de radiação UV, dificultando a sua utilização em aplicações onde ocorre incidência deste tipo de radiação. Surge assim a necessidade de se melhorar as propriedades do polipropileno em relação à fotodegradação. Alguns trabalhos foram desenvolvidos no sentido de melhorar as propriedades superficiais do polipropileno com a deposição de filmes de organosilicone, mas a fotoproteção originada por estes filmes ainda é pouco estudada. O propósito do presente trabalho foi o de depositar um filme organosilicone preparado a partir de plasmas de HMDSO (Hexametildisiloxano) sobre a superfície de filmes de polipropileno e verificar a proteção fornecida contra a fotodegradação. Dependendo das condições de deposição a plasma empregadas, detectou-se uma variação na proteção exercida pelo filme depositado. Dentre os testes realizados, a deposição de vapor químico por plasma de baixa pressão de radiofrequência de 13,56 MHz usando uma mistura de gases de O2/HMDSO com pressão de somada de 6 Pa e com uma potência de 80 W pelo período de 1 h foi a que apresentou melhores resultados de proteção, medida pela comparação da evolução da área da carbonila na região com pico em 1722 cm-1 As análises SEMFEG demonstraram que o filme formado tem adesão ao substrato. As análises de perfilometria demonstraram que o aumento do tempo de deposição aumenta a espessura do filme e diminui sua rugosidade.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MISTURA_Daniel_2014.pdf: 2003467 bytes, checksum: 5581d79f572369db3735d9706f07423d (MD5) Previous issue date: 2014-03-10 / Universidade Federal de Sao Carlos / Hydrogels have been widely studied, especially as injectable materials for applications as biomaterials. These hydrogels may possess thermosensitive features near body temperature (LCST Lower Critical Solution Temperature around 37ºC), rapid gelation, carry drugs, cells or cell growth factors. The current challenge is to make these materials biodegradables and mechanical properties optimized for their use in cardiac tissue engineering. The aim of this study was to synthesize hydrogels of poly(N-iropropylacrylamide) (PNIPAAm) from a new class of macromer consisting of 2-hydroxyethyl methacylate (HEMA), poly(L-co-D,L lactic acid) and trimethylene carbonate (PLDLA-co-TMC) in order to give the hydrogel biodegradation characteristics and mechanical properties suitable for future applications in cardiac tissue engineering. Hydrogels were synthesized by free radical polymerization, the macromer having concentrations ranging from 5%, 10% and 15% (w/w) to evaluate the influence in chemical, mechanical and thermal properties. Macroscopic evaluation showed that the hydrogels exhibit characteristics of injectable and thermosensibility. Swelling tests showed swelling hydrogels with absorption of 20, 29 and 63% of water for compositions. Nuclear Magnetic Resonance (NMR 13C e 1H) confirmed the copolymerization of HEMA with PLDLA-co-TMC as well as the copolymerization of hydrogel PNIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC. Infrared spectroscopy (FTIR) corroborated the data found in (NMR 13C e 1H). Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed a glass transition temperature of 114ºC, 130ºC and 98ºC for hydrogels, near those found in literature, moreover, showed the LCST for samples at 29ºC, 30ºC and 24ºC, temperatures being lower than 37ºC, indicating these hydrogels may be used in the human body. Scanning electron microscopy (SEM) showed hydrogels without interconnected pores. Mechanical tensile tests showed hydrogels with Young s Modulus of 531, 922 and 725 kPa, and over 500% strain in all synthesized compositions. Degradation of materials followed by weight loss and gel permeation chromatography (GPC) demonstrated stability of hydrogel during first 4 weeks and after 10 weeks showed the onset of weight loss. Finally, the biological interactions assays showed the material as cytocompatible and non-toxic to Vero cells. Thus, the synthesized hydrogels are promising for future applications in cells carriers for tissue engineering. / A classe de hidrogéis vem sendo amplamente estudada, principalmente como materiais injetáveis para aplicações como biomateriais. Estes hidrogéis podem possuir características de termo sensibilidade próximos à temperatura corporal (LCST Lower Critical Solution Temperature em torno de 37ºC), solidificarem rapidamente, carregarem fármacos, células ou fatores de crescimento celular. O desafio atual é tornar esses hidrogéis biodegradáveis e com propriedades mecânicas otimizadas à sua utilização. O objetivo deste estudo foi sintetizar hidrogéis de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) a partir de uma nova classe de macrômero composto por 2-hidróxietil metacrilato (HEMA), poli(L-co-D,L ácido lático) e trimetileno carbonato (PLDLA-co-TMC), a fim de conferir ao hidrogel características de biodegradação e propriedades mecânicas adequadas para futuras aplicações em engenharia tecidual cardíaca. Os hidrogéis foram sintetizados através da polimerização via radical livre, com concentrações do macrômero variando de 5%, 10% e 15% (m/m) visando avaliar a influência nas propriedades químicas, mecânicas e térmicas do hidrogel sintetizado. A avaliação macroscópica mostrou que os hidrogéis apresentam características de materiais injetáveis e termo sensíveis. Os ensaios de intumescimento apontaram hidrogéis com absorção de 20, 29 e 63% de água para as composições estudadas. As análises de ressonância magnética nuclear (RMN 13C e 1H) comprovaram a copolimerização do HEMA com o PLDLA-co-TMC bem como a copolimerização do hidrogel de PNIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC. As análises de espectroscopia do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) corroborou os dados encontrados na técnica de RMN 13C e 1H. A técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) apontou temperaturas de transição vítrea dos hidrogéis 114ºC, 130ºC e 98ºC próximas as encontradas na literatura, além disso, mostrou o comportamento LCST para as amostras nas temperaturas de 29ºC, 30ºC e 24ºC, temperaturas sendo menores que 37ºC, indicando que as mesmas podem ser utilizadas no organismo. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) apontou hidrogéis com poros sem interconectividade. Os ensaios mecânicos de tração apontaram hidrogéis com módulo de elasticidade de 531, 922 e 725 kPa e deformações superiores a 500% em todos as composições sintetizadas. A degradação dos materiais foi medida pela perda de massa, bem como por cromatografia de permeação em gel (GPC) apontou estabilidade dos hidrogéis nas primeiras 4 semanas, e após 10 semanas houve o início da perda de massa. Por fim, os ensaios de interação biológica apontaram o material como citocompátivel e não tóxico às células Vero. Sendo assim, os hidrogéis sintetizados são materiais promissores para futuras aplicações em sistemas de carregamento celular para engenharia tecidual.

Submitted by Caroline Periotto (carol@ufscar.br) on 2016-10-03T12:28:31Z No. of bitstreams: 1 DissGGS.pdf: 4226904 bytes, checksum: 7820ca73512d90a4017fd20d94821cd9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T18:49:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGGS.pdf: 4226904 bytes, checksum: 7820ca73512d90a4017fd20d94821cd9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T18:50:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGGS.pdf: 4226904 bytes, checksum: 7820ca73512d90a4017fd20d94821cd9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T18:50:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissGGS.pdf: 4226904 bytes, checksum: 7820ca73512d90a4017fd20d94821cd9 (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The use of Escherichia coli cultures to obtain heterologous proteins poses as a successful application of biotechnology for the production of drugs and enzymes. However, the stress caused by the synthesis of the recombinant protein as well as by the culture conditions may trigger physiological responses on the cell and also cause changes in the cell morphology, impacting on the rheology of the culture broth. This study aimed to evaluate changes in cell morphology, on the rheology of the broth and the effect of different temperatures and inducers in the cellular responses during recombinant protein production by E. coli in batch cultures. Five medium cell density cultures were conducted with two clones of rE. coli, using defined medium containing glycerol as main carbon source and different inducers (IPTG and lactose), at two different temperatures (37°C and 27°C). All experiments were performed in 5 L bench bioreactor, equipped with a monitoring and control system. Samples were collected throughout the experiments and rheological parameters were measured using a concentric cylinder rheometer. The morphological characteristics of the microorganism were also examined by optical microscopy associated with image analysis. The concentrations of cellular suspension (optical density and dry cell weight) as well as of sugars and metabolites (HPLC), the plasmid retention (subculture on plates with and without antibiotic), the concentration of viable cells (colony forming units), the production of recombinant protein (densitometry), the concentration of soluble proteins (Bradford protein assay) and the presence of polysaccharide in the broth (phenol–sulfuric method) were also monitored. It was found that broths, initially behaving as Newtonian fluids, undergo a change in rheological behavior during the growth phase, exhibiting a Bingham fluid behavior. During the induction phase, the consistency index and the initial shear stress seemed to follow the changes in cell concentration or the stress caused by the protein synthesis, respectively. In addition, the intensity of the variation of both rheological parameters seemed to be dependent upon the used inducer. The morphology analysis showed that rheological properties could not be explained by changes in cell length. The correlation between the cell concentration (measured by dry-weight method) and the optical density when lactose was employed as inducer, due to galactose accumulation within the cells as a result of the inability of the bacteria to metabolize this carbon source. The presence of a small amount of PspA and genetic material in the culture broth was probably due to permeabilization and lysis of a small part of the population. Carbon recovery analysis was performed for all cultures, leading to values close do 100 % before induction, in all studied cases. After induction, a sharp decrease on the recovery was observed. However, by including the carbon present in the polysaccharide quantified in the cultivation broth, it was possible to recover all supplied carbon as biomass, CO2 and polysaccharide. Finally, the highest production of protein was obtained at 37°C when induced by IPTG, reaching 125 mgPspA/gMS. The results contribute to a deeper understanding of the heterologous proteins production by rE. coli and allow the definition of intensification strategies for protein production. / O uso de cultivos de Escherichia coli para obtenção de proteínas heterólogas tem se mostrado uma área de aplicação bem sucedida da biotecnologia para a produção de fármacos e enzimas. Contudo, o estresse provocado pela síntese da proteína recombinante e pelas condições de cultivo pode desencadear respostas fisiológicas na célula, assim como provocar mudanças na morfologia celular e na reologia do caldo de cultivo. O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar as mudanças na morfologia celular, na reologia dos caldos e o efeito de diferentes temperaturas e indutores sobre as respostas celulares durante o processo de produção de proteínas recombinantes por rE. coli em cultivos em batelada. Foram acompanhados cinco cultivos de média densidade celular de dois clones de rE. coli, conduzidos em meio definido contendo glicerol como principal fonte de carbono e como indutores IPTG e lactose em duas temperaturas (37°C e 27°C). Todos os cultivos foram realizados em biorreator de bancada de 5 L dotado de sistema de monitoramento e controle. Durante esses cultivos, amostras foram coletadas e os parâmetros reológicos foram avaliados por meio de um reômetro de cilindros concêntricos. As características morfológicas do microrganismo foram também acompanhadas com auxílio de microscopia ótica associada a programa de análise de imagens digitalizadas. Foram ainda monitoradas a concentração celular da suspensão (por medida de densidade ótica e massa seca), a concentração de açúcares e ácidos orgânicos (por HPLC), a retenção plasmidial (repicagem em placas com e sem antibiótico), a concentração de células cultiváveis (por contagem de unidades formadoras de colônia), a produção de proteína recombinante (por densitometria), a concentração de proteína solúvel (pelo método de Bradford) e a presença de polissacarídeo no caldo (pelo método fenol sulfúrico). Verificou-se que os caldos, inicialmente newtonianos, passam por uma mudança de comportamento reológico durante a fase de crescimento, passando a se comportar como um fluido Binghamiano. Durante a fase de indução, o índice de consistência e a tensão de cisalhamento inicial tiveram respostas ligadas à concentração celular e ao estresse causado pela síntese de proteína, respectivamente, e a intensidade desta resposta dependeu do indutor usado. A análise do comprimento celular não permitiu associar as mudanças reológicas com mudanças significativas na morfologia da população durante o cultivo. Verificou-se alteração na correlação entre a concentração celular (medida pelo método da massa seca) e a densidade ótica quando lactose foi empregada como indutor, em função do acúmulo de galactose no interior das células devido à incapacidade da bactéria em metabolizar essa fonte de carbono resultante da hidrólise da lactose. Foi possível observar a presença uma pequena quantidade de PspA e de material genético no caldo de cultivo, provavelmente devido a permeabilização e lise de pequena parte da população. Contabilizou-se a recuperação do carbono para todos os experimentos, obtendo-se valores próximos de 100 % antes da indução em todos os casos. Após a indução foi verificada uma acentuada queda nessa recuperação. Porém, incluindo o carbono presente no polissacarídeo quantificado no caldo de cultivo, foi possível recuperar todo o carbono fornecido na forma de biomassa, CO2 e polissacarídeo. Por fim, a maior produção de proteína foi obtida a 37°C e induzida por IPTG, alcançando 125 mgPspA/gMS, em cultivo caracterizado pela curta duração da fase de indução (apenas 4 horas). Os resultados contribuem para ampliar a compreensão do processo de produção de proteínas heterólogas por rE. coli e permitem definir estratégias de intensificação da produção de proteína.

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No. of bitstreams: 1 TeseGYR.pdf: 8156092 bytes, checksum: 727d9cd338ae7ed90fe24238b42228bd (MD5) Previous issue date: 2015-03-25 / Outra / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Pneumatic bioreactors are devices free of moving parts which have the purpose of converting raw materials in bio-products of commercial interest by the action of enzymes or cells. They are promising in the biochemical industry, ensuring good oxygen transfer and consuming less energy. Global performance parameters such as global gas hold up and the volumetric oxygen transfer coefficient are important criteria in the design and selection among different geometries of the mentioned devices. In the present work it was carried out modeling and simulation of pneumatic bioreactors based on Computational Fluid Dynamics (CFD) in order to estimate the global gas hold up and the volumetric oxygen transfer coefficient in three different geometries of pneumatic bioreactors: bubble column, concentric tube airlift and split tube airlift. The simulated results of each performance parameter were verified by comparison with the experimental values reported by Thomasi et al. (2010) and Mendes and Badino (2015) for the fluids distilled water, glycerol solution 10 cP and xanthan gum solution 0.2% w/v (weight/volume) in a wide range of specific air flow rate (0 to 5 min- 1). Application suite ANSYS® 14.5 was used for numerical simulations in CFD. Important parameters such as the bubble diameter played a great influence on results of the volumetric oxygen transfer coefficient. It can be observed by the experimental and simulated results that the concentric tube airlift bioreactor was the best alternative to the global gas hold up and the volumetric oxygen transfer coefficient (reaching 14% and 0.06 s-1 for distilled water, respectively). It was found that the results obtained via the CFD agreed with the majority trend of experimental data, capturing the most important hydrodynamic phenomena and mass transfer characteristics, showing that the modeling of different systems with different fluids fulfilled the main objective of obtaining reliable models design and performance of other geometries of pneumatic bioreactors. / Os biorreatores pneumáticos são equipamentos industriais isentos de partes móveis que têm a finalidade de converter matérias-primas em bioprodutos de interesse comercial pela ação de enzimas ou células. São promissores na indústria bioquímica, pois garantem boa transferência de oxigênio consumindo menos energia. Parâmetros globais de desempenho, como a retenção gasosa global e o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio são critérios importantes no projeto e seleção entre geometrias diferentes dos equipamentos mencionados. No presente trabalho foi realizada a modelagem e a simulação de biorreatores pneumáticos baseada na Fluidodinâmica Computacional (CFD - Computational Fluid Dynamics) de forma a estimar a retenção gasosa global e o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio em três geometrias distintas: coluna de bolhas, airlift de cilindros concêntricos e airlift split. Os resultados simulados de cada parâmetro de desempenho foram verificados comparando-se com os valores experimentais reportados nos trabalhos de Thomasi et al. (2010) e Mendes e Badino (2015) para os fluidos água destilada, solução de glicerol 10 cP e solução de goma xantana 0,2% m/v (massa/volume) e vazão de alimentação específica de ar numa ampla faixa (0 a 5 min-1). Foi empregada a suíte de aplicativos ANSYS® 14.5 para as simulações numéricas em CFD. Parâmetros importantes, como o diâmetro de bolha, exerceram grande influência nos resultados referentes ao coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio. Destaca-se, pelos resultados experimentais e simulados, que o biorreator pneumático do tipo airlift de cilindros concêntricos apresentou-se como a melhor alternativa para a retenção gasosa global e para o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (atingindo 14% e 0,06 s-1 para a água destilada, respectivamente). Verificou-se que os resultados obtidos via CFD concordaram com a tendência majoritária dos dados experimentais, capturando os fenômenos mais relevantes das características hidrodinâmicas e da transferência de massa, mostrando que a modelagem dos diferentes sistemas com diferentes fluidos atendeu ao principal objetivo de obter modelos confiáveis para o projeto e comparação de desempenho de outras geometrias de biorreatores pneumáticos. / CNPq: 478472/2011-0 / CNPq: 140466/2011-8

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 402091 bytes, checksum: c86b326d507251f55728ecbdac152bce (MD5) Previous issue date: 2007-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Bleached kraft pulp and textile effluents contain hard to degrade and, or toxic substances, and these industries often cannot meet legal limits for effluent chemical oxygen demand using conventional effluent treatment. Use of advanced oxidation processes (AOPs) is therefore being studied to treat their effluents. AOPs use a strong oxidizing agent to degrade organic matter but present high cost and data on their application in industrial effluents is lacking. The objective of this study was therefore to evaluate efficiency of combining AOPs (TiO2/UV, H2O2/UV, H2O2/TiO2/UV) with aerobic biological treatment to increase removal of recalcitrant organic matter in industrial effluents. Neither pretreatment of alkaline bleached kraft pulp effluent nor post-treatment of combined bleached kraft pulp effluent by the AOPs resulted in increased effluent biodegradability probably because of high effluent chloride levels. Under the conditions studied, the AOPs were not able to attack and degrade the recalcitrant organic matter in the kraft pulp effluent, contrary to literature reports. However, AOP treatment of acid bleached kraft pulp effluent should be evaluated since a beneficial effect of the AOPs was observed at low effluent pH. Pretreatment of textile effluent presented favorable results with the best treatment being 5 mmol L-1 H2O2/TiO2/UV. However, the efficiency of the process decreased with the increase in concentration of organic matter in the raw effluent. Even after aerobic biological treatment to reduce COD (755 mg L-1), satisfactory results were not obtained. For the textile effluent, the effect of COD concentration on AOP efficiency should be studied in greater detail since these processes present potential as a pretreatment. / Os efluentes das indústrias de celulose kraft branqueada e têxtil contêm substâncias de difícil degradação e, ou tóxicas. Estas indústrias, através de tratamentos convencionais não conseguem atingir a legislação com relação à demanda química de oxigênio. Devido a este fato, estuda-se o uso de processos oxidativos avançados (POAs) para tratar estes efluentes. Os POAs são processos que utilizam um oxidante forte para degradar a matéria orgânica, no entanto, apresentam altos custos, faltando dados de sua aplicação em efluentes reais. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência dos POAs no tratamento de efluentes reais, juntamente com o tratamento biológico para aumentar a remoção da matéria orgânica recalcitrante. Para o efluente de celulose kraft, os POAs, tanto no pré-tratamento do efluente alcalino como no pós-tratamento do efluente combinado, não resultaram em aumento da biodegradabilidade, provavelmente devido ao alto teor de cloretos no efluente. Contudo, recomenda-se que se faça um estudo com o efluente ácido já que se observou um efeito benéfico de realizar o pré-tratamento oxidativo em pH baixo. Portanto, nas condições estudadas os POAs não conseguiram atacar a matéria orgânica recalcitrante nos efluentes da indústria de celulose, ao contrário dos relatos encontrados na literatura. O efluente têxtil apresentou resultados favoráveis no pré-tratamento, com o melhor tratamento sendo com 5 mmol L-1 H2O2/TiO2/UV. Porém, a eficiência do processo diminuiu com o aumento da concentração da matéria orgânica no efluente bruto. Mesmo após o tratamento biológico aeróbio no laboratório para reduzir a DQO (DQO = 755 mg L-1) não foi obtido um resultado satisfatório. Para o efluente têxtil, recomenda-se estudar mais detalhadamente o efeito da concentração de DQO do efluente sobre os POAs, uma vez que os mesmos apresentam potencial como pré-tratamento.