In recent years, advances in biotechnology has allowed the development of synthetic membranes associated with nanocomposites, which has shown promising results as dermal burns dressings. In this sense, silver nanoparticles (NPAg) has been the focus of interest because of their biological properties such as antimicrobial and antiinflammatory effect. The incorporation of NPAg in biological membranes of different natures, such as chitosan, polyester, polymethacrylate methyl and cellulose, has been successfully tested in several biological models. The association between NPAg and polymers produced by the micro-organism presents important advantages, such as water solubility and lack of toxicity. Recently we developed a technique for producing NPAg associated with xanthan (GX), a biopolymer with potential application in various sectors of the petrochemical industry, food and pharmaceutical, through fermentation by Xanthomonas sp performed in the presence of silver nitrate. Therefore, this study aimed to develop, characterize and evaluate the potential antimicrobial and healing membranes nanocomposite xanthan: silver on second-degree burns in the porcine model. Therefore, xanthan biocomposites: silver were used for fabrication of membranes (for casting process, which were subsequently characterized for thickness, mechanical properties (stress, strain, Young´s modulus) and the thermal profile (DSC, TG and DTG). Activity antimicrobial was tested against strains of Escherichia coli (ATCC 25922) and Staphylococcus aureus (ATCC 25923). analysis for tissue repair were made two dermal burns on the back nine male pigs breed Yorkshire (25 ± 5 kg), treated with Xanthan biosensor membrane: silver (XNPAg) with topical application of silver sulfadiazine 1% (SDZ). After eight, 18 and 30 days the wounds were examined macroscopically determined for each lesion area, and the animals euthanized for Microscopic study of the scar area observed that XNPAg membranes showed a significant increase in the values of thickness (P <0.05), density (p <0.01) and Young´s modulus (p <0.001) and reduced strength strain (p <0.05) when compared to membranes of xanthan. Were revealed changes in the thermal profile of the two membranes suggesting the incorporation of silver nanoparticles in the polymer xanthan. XNPAg The membrane induced the formation of inhibition zones 9, 7 mm and 9.6 mm and death rate of 89% and 100% for Staphylococcus aureus and Escherichia coli respectively. Histological analysis showed quantitative and qualitative increase in the reaction granulation and best architectural arrangement of collagen fibers along the the healing process of wounds covered with membranes XNPAg. Could be concluded that the membranes nanocomposite xanthan:silver showed satisfactory mechanical properties for its handling, transportation and storage, as well as important antimicrobial activity and pro-healing in dermal burns using porcine model. / Nos últimos anos, os avanços na área da biotecnologia tem propiciado o desenvolvimento de membranas sintéticas associados à nanocompostos, que vem apresentando resultados promissores como curativos de queimaduras dérmicas. Nesse sentido, as nanopartículas de prata (NPAg) tem sido foco de interesse devido as suas propriedades biológicas como atividade antimicrobiana e efeito antiinflamatório. A incorporação de NPAg em membranas biológicas de diferentes naturezas, como quitosana, poliéster, polimetacrilato de metila e celulose, vem sendo testada com sucesso em diversos modelos biológicos. A associação entre NPAg e polímeros produzidos por microrganismo apresenta importantes vantagens, como solubilidade em água e ausência de toxicidade. Recentemente foi desenvolvida uma técnica de produção de NPAg associadas a goma xantana (GX), um biopolímero com aplicação potencial em vários setores da indústria petroquímica, alimentícia e farmacêutica, através de processo fermentativo realizado pela Xanthomonas sp na presença de nitrato de prata. Diante disso, o presente estudo teve como objetivo desenvolver, caracterizar e avaliar o potencial antimicrobiano e cicatrizante de membranas de bionanocompósito xantana:prata sobre queimaduras de segundo grau em modelo suíno. Para tanto, biocompósitos xantana:prata foram utilizadas para confecção de membranas (por casting process, que foram posteriormente caracterizadas quanto a espessura, propriedades mecânicas (tensão, deformação, módulo de Young) e perfil termoanalítico (DSC, TG e DTG). A atividade antimicrobiana foi avaliada frente a cepas de Escherichia coli (ATCC 25922) e Staphylococcus aureus (ATCC 25923). Para análise do reparo tecidual foram confeccionadas duas queimaduras dérmicas no dorso de nove suínos machos, da raça Yorkshire (25 ± 5 kg), tratadas com membrana de biocompósito xantana:prata (XNPAg) e com aplicação tópica da sulfadiazina de prata a 1% (SDZ). Após oito, 18 e 30 dias, as feridas foram analisadas macroscopicamente, determinada a área de cada lesão, e os animais eutanasiados para estudo microscópico da área cicatricial. Observou-se que as membranas XNPAg apresentaram aumento significativo nos valores de espessura (p<0,05), deformação (p<0,01) e módulo de Young (p<0,001), e redução da força de tensão (p<0,05) quando comparados a membranas de xantana. Foram evidenciadas alterações no perfil termoanalítico das duas membranas sugestivas da incorporação das nanopartículas de prata no polímero de xantana. As membrana XNPAg induziram a formação de halos de inibição de 9,7 mm e 9,6 mm e Taxa de letalidade de 89% e 100% para Staphylococcus aureus e Escherichia coli respectivamente. A análise histológica mostrou incremento quantitativo e qualitativo na reação de granulação, bem como melhor disposição arquitetural das fibras de colágeno ao longo do processo cicatricial das feridas cobertas com membranas XNPAg. Pôde-se concluir que as membranas de bionanocompóstico xantana:prata apresentaram propriedades mecânicas satisfatórias para sua manipulação, transporte e armazenamento, bem como importante atividade antimicrobiana e pró-cicatrizante em queimaduras dérmicas utilizando modelo suíno.

Novos sistemas biocompatíveis para aplicações biotecnológicas são relevantes não só do ponto de vista tecnológico, mas também para avanços científicos. A presente dissertação visou à criação e caracterização de filmes finos (espessura de até 100 nm) ou micrométricos (espessura de 50 &#181;m a 100 &#181;m) formados por goma xantana (GXT), poli(cloreto de dimetil dialil amônio), (PDDA), albumina bovina sérica (BSA), e nanopartículas de magnetita (NPM). A incorporação de amoxicilina (Amox), um antibiótico amplamente utilizado contra muitas infecções, nos filmes foi realizada durante a formação dos sistemas. Os filmes finos foram caracterizados através de elipsometria e microscopia de força atômica. Em solução, as interações favoráveis entre o Amox e a BSA foram evidenciadas por mudanças substanciais na estrutura secundária da BSA, como revelado pelo dicroísmo circular. Os filmes micrométricos (patches) de GXT e GXT/NPM/BSA foram imersos em Amox 2 g/L, levando a incorporação de 10 ± 3 e 17 ± 4 &#181;g/cm³ de Amox, respectivamente. Sua caracterização compreendeu espectroscopia vibracional no infravermelho por transformada de Fourier no modo de refletância total atenuada (FTIR-ATR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), medidas de sorção e espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). A incorporação de 0,2% em massa de Fe3O4 nos \"patches\" e sua exposição a um campo magnético externo, viabilizou a liberação total in vitro de Amox, em pH 5,5 e em 0,02 mol/L de NaCl, seguindo o comportamento quasi-Fickiano. A difusão da Amox dos \"patches\" de GXT/NPM/BSA em ágar contendo Staphylococcus aureus e Escherichia coli, levou halos de inibição consideráveis. A inibição do crescimento de E. coli foi particularmente eficiente sob efeito de campo magnético externo. / New biocompatible systems for biotech applications are relevant not only from a technological point of view, but also for scientific advances. The present project aimed at the creation and characterization of thin films (thickness up to 100 nm) or micrometric patches (thickness of 50 &#181;m to 100 &#181;m) formed by the deposition of xanthan gum (GXT), poly (dimethyl diallyl ammonium chloride) (PDDA), bovine serum albumin (BSA), and magnetite nanoparticles (NPM). The incorporation of amoxicillin (Amox), a widely used antibiotic against many infections, in the films was performed during the formation of the systems. Thin films were characterized by means of ellipsometry and atomic force microscopy. In solution, favorable interactions between Amox and BSA were evidenced by substantial changes in the secondary structure of BSA, as revealed by circular dichroism spectra. Patches of GXT and GXT/NPM/BSA were immersed into Amox solution at 2 g/L, leading to the Amox incorporation of 10 ± 3 and 17 ± 4 &#181;g/cm3, respectively. The patches characterization included Fourier Transform Infrared vibration spectroscopy in the attenuated total reflectance mode (FTIR-ATR), scanning electron microscopy (MEV), sorption measurements and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). The incorporation of 0.2 wt% of Fe3O4 in the patches and their exposure to an external magnetic field, allowed the total in vitro release of Amox, at pH 5.5 and 0.02 mol/L NaCl, following the behavior quasi-Fickian. Amox diffusion from GXT/NPM/BSA patches in agar containing Staphylococcus aureus and Escherichia coli led to a considerable zone of inhibition. Inhibition of E. coli growth was particularly efficient under the effect of external magnetic field.

Submitted by Celso Magalhaes (celsomagalhaes@ufrrj.br) on 2017-06-20T12:18:52Z No. of bitstreams: 1 2016 - Juarez Vicente.pdf: 4177115 bytes, checksum: 7c081fec8011e87e4bca3d5c9ea310ed (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-20T12:18:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Juarez Vicente.pdf: 4177115 bytes, checksum: 7c081fec8011e87e4bca3d5c9ea310ed (MD5) Previous issue date: 2016-01-28 / The omega-3 (?-3) is a class of essential fatty acids, of major importance for the metabolism of various functions of the body, highlight for the prevention of cardiovascular diseases, immunological and anti - inflammatory, colon cancer, promotes developing brain and retina. The fatty acids of the series ?-3 and ?-6 are precursors of polyunsaturated long chain fatty acids as arachidonic (AA), eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), the latter considered the most important for developing neonatal and together with the AA are the main components of brain fatty acids (Silva et al., 2007). Microencapsulation employing the formation of simple emulsions is a strategy that aims to maintain the stability of omega-3 and permanence of their functional activities upon exposure to the same harsh conditions as oxidative processes. Biopolymers such as proteins and carbohydrates (natural) are components that assist in maintaining the physical and morphological stability of these emulsions employed for microencapsulation. Likewise, to give the product improvements in the rheological, nutritional and functional properties. Thus, this thesis aims to study the formation of micro-emulsions physically and morphologically stable and their behavior rheological properties of heat and oxidative stability of omega-3 in polymeric systems formed with ovalbumin (natural surfactant) and their interactions with natural polysaccharides (pectin and xanthan gum), compared to a standard system with synthetic surfactant (Tween 80) in the microencapsulation of omega-3 of Sacha Inchi (Plukenetia volubilis L.) oil. With this work we aim to also study the behavior of oxidative Sacha Inchi oil and its inclusion as a component in other foods in microencapsulated form. / O ?mega-3 (?-3) ? uma classe de ?cidos graxos essenciais, de reconhecida import?ncia para o metabolismo de diversas funcionalidades do organismo, destacam-se a preven??o de doen?as cardiovasculares, imunol?gicas e anti-inflamat?rias, c?ncer de c?lon, favorece o desenvolvimento cerebral e da retina. Os ?cidos graxos das s?ries ?-3 e ?-6 s?o precursores dos ?cidos graxos poli-insaturados de cadeia longa, como araquid?nico (AA), eicosapentaenoico (EPA) e docosahexaen?ico (DHA), este ?ltimo considerado o mais importante para o desenvolvimento neonatal e junto com o AA s?o os principais componentes dos ?cidos graxos cerebrais. A microencapsula??o empregando a forma??o de emuls?es simples ? uma estrat?gia que objetiva manter a estabilidade do ?mega-3 e a perman?ncia de suas atividades funcionais frente ? exposi??o do mesmo a condi??es adversas como processos oxidativos. Os biopol?meros como prote?nas e carboidratos (naturais) s?o componentes que auxiliam na manuten??o da estabilidade f?sica e morfol?gica destas emuls?es empregadas para microencapsula??o. Da mesma forma, conferem ao produto melhorias nas propriedades reol?gicas, nutricionais e funcionais. Com isso, objetiva-se nesta tese estudar a forma??o de micro-emuls?es f?sica e morfologicamente est?veis e seus comportamentos reol?gicos, propriedades calorim?tricas e estabilidade oxidativa do ?mega-3 nos sistemas polim?ricos formados com Ovalbumina (surfactante natural) e suas intera??es com polissacar?deos naturais (Pectina e Goma Xantana), comparado a um sistema padr?o com surfactante sint?tico (Tween 80) na microencapsula??o do ?mega-3 do ?leo de Sacha Inchi (Plukenetia volubilis L.). Com esse trabalho objetiva-se tamb?m o estudo do comportamento oxidativo do ?leo de Sacha Inchi e sua inser??o como componente em outros alimentos na forma microencapsulada.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_rutilene_roll.pdf: 2016815 bytes, checksum: e7c5da43dfa30476ca94e16d9b7c9f57 (MD5) Previous issue date: 2005-07-29 / Among the vast number of types of polysaccharides produced in nature, by plants, algae, and bacteria, xanthan is the one of the few that has functional properties leading to a broad spectrum of uses as well as commercial production in large quantities. It is the second microbial polysaccharide to be developed for an economically process, and it has continued to be the single most important biopolymer in food applications because of this useful properties. The chemical and physical properties of commercial xanthan mainly viscosity and stability with relation to temperature and pH variations, it makes that polysaccharide to be utilised a lot of for food industries, like as thickener and stabilizer of suspensions and emulsions. Because xanthan by patovar pruni is a new material never before introduced into foods, tests should be conduct in conformance with Agência de Vigilância Sanitária (ANVISA) for stablish its safety. And due to a few studies about the genotoxical mighty of xanthan, has been important to make a work about it. In this study, were experimentaly used xanthans produced by 06 and 24 strain from Xanthomonas campestris pv pruni and commercial xanthan from the same bacteria, but by pv campestris (Jungbunzlauer), like a additional component of mice diet, with aim of genotoxical evaluation in this animal model, through comet assay and micronuclei test. The comet assay and micronuclei test data were evaluated and, then, were able to comply no increase DNA damage induced by xanthans evaluated, through of utilised tests. Furthermore, was observed a tendency to decrease cholesterol and glucose levels, in the treatment with xanthans, although its values doesn´t have been significantly inferior to control group. / Entre o vasto número de tipos de polissacarídeos produzidos naturalmente, por plantas, algas e bactérias, xantana é um dos poucos que tem propriedades funcionais com amplo espectro de uso bem como produção industrial em grande escala. É o segundo biopolímero a ser desenvolvido por um processo economicamente viável, e continua a ser o mais importante biopolímero na aplicação em alimentos devido às suas propriedades funcionais. As propriedades químicas e físicas da xantana comercial, principalmente a viscosidade e a estabilidade em relação a variações de pH e temperatura, fazem com que este polissacarídeo seja amplamente utilizado na indústria alimentícia, dentre outras, como espessante e estabilizante de suspensões e emulsões. Devido a xantana do patovar pruni ser um material novo e ainda não utilizado em alimentos, testes devem ser conduzidos de acordo com a Agência de Vigilância Sanitária (ANVISA) para estabelecer a sua segurança. Com base no aumento da utilização destes polímeros na indústria alimentícia e, aos poucos dados referentes à genotoxicidade e aos efeitos sobre os índices de colesterol e glicose dos mesmos, torna-se importante a realização de um estudo sobre os danos ou benefícios que estes polímeros podem proporcionar. No presente estudo, foram usadas experimentalmente as xantanas produzidas pelas cepas 06 e 24 da bactéria Xanthomonas campestris pv pruni e a xantana comercial produzida pela mesma espécie, porém pelo patovar campestris (Jungbunzlauer), como componente adicional na dieta de camundongos, com o objetivo de avaliar o potencial genotóxico destes biopolímeros, neste modelo animal, através do ensaio cometa e do teste de micronúcleos; além de verificar os índices de colesterol e glicose. Os dados do ensaio cometa e do teste de micronúcleos foram avaliados e, então, observou-se que as xantanas produzidas pelas cepas 06 e 24, assim como a xantana comercial, não apresentaram valores significativamente superiores aos controles negativos, na indução de danos no DNA através dos testes utilizados. Além disso, foi observada uma tendência a diminuir os índices de colesterol e glicose, nos tratamentos com as xantanas, embora estes valores não tenham sido significativamente inferiores ao do grupo controle.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ficha_de_caroline_borges_biotecnologia.pdf: 7018 bytes, checksum: b335f912cae89a687603fa35c4e44d7d (MD5) Previous issue date: 2007-10-16 / Xanthan yield and physical and chemical characteristics can be improved by modification in culture conditions, as well as, by post-fermentation treatments in order to obtain a xanthan with the required characteristics. The aim of this work was to study the operational conditions in xanthan production by Xanthomonas arborícola pv pruni strains 106 and 115 to be used in oilwell drilling fluids. The influence of thermal treatment applied to the fermentation broth was evaluated in the xanthan produced by strain 106 in a range of pH and stirrer speed. The thermal treatment decreased the yield between 5.8 and 14%, nevertheless, was observed increase of aqueous solution and fermentation broth viscosities. The aggregation of xanthan molecules caused by thermal treatment and determined by increase of molar mass was dependent on the sodium content. As a result, a correlation between molar mass and xanthan solution viscosity can be observed. The fermentation broth sterilization was adopted for experiment in which a pre-selection of production medium in orbital shaker was performed for subsequent pH, production medium and stirrer speed study in fermentor by strains 106 and 115. Xanthan production and viscosity was dependent on the strain of X. arborícola pv pruni and on the operational condition used. The production medium B showed the best balance of yield and viscosity results, in orbital shaker, as well as in fermentor. The best results for both strains were obtained at pH 7, 600 rpm and 66 h of fermentation. The two strains showed potential for xanthan production. In an evaluation study of, physical and chemical characteristics, the xanthan produced by strain 115 was compared to the characteristics of the commercial xanthans, Roeper and Kelzan. The former is for application in food, pharmeceutical products and cosmetics and the latter for application in oilwell drilling fluids. The results were within the literature specified patterns, except by the low piruvate content of xanthan produced by strain 115, low monovalent salt content of Roeper sample and high divalent salt content of both commercial samples. The xanthans produced by X. arborícola pv pruni were evaluated as viscosifying fluid for use in oilwell drilling, in comparison to Duo Vis, Kelzan and Xanvis commercial brands. As a whole, the results obtained in this study show that the commercial polymers are more efficient when used in aqueous solution, since these polymers contain high salt concentrations. Xanthans produced by patovar pruni, Xc 106 600 and Xc 115 600, as having low salt concentration, they show potential for application in oilwell drilling fluid, when a salt solution was used, similar to the conditions of marine exploration. / O rendimento e as características físicas e químicas da xantana podem ser melhorados através das modificações nas condições de cultivo, assim como, por tratamentos empregados após a fermentação, para a obtenção de uma xantana com características desejadas para o fim que se propõe. O trabalho objetivou estudar as condições operacionais de produção de xantana por Xanthomonas arboricola pv pruni cepas 106 e 115 para aplicação em fluidos de perfuração de poços de petróleo. A influência do tratamento térmico aplicado no caldo fermentado foi avaliada na xantana produzida pela cepa 106 em diferentes condições de pH e velocidade de agitação. O tratamento térmico reduziu o rendimento entre 5,8 e 14%, entretanto, foi observado o aumento da viscosidade da solução aquosa e do caldo fermentado. A agregação de moléculas de xantana provocada pelo tratamento térmico, e comprovada pelo aumento da massa molar foi dependente da concentração de sódio. Como resultado pode ser observada relação entre a massa molar e a viscosidade da solução de xantana. A esterilização do caldo fermentado foi adotada para o experimento posterior, em que foi realizada uma pré-seleção de meios de produção, em agitador incubador, para posterior estudo de pH, meio de produção e velocidade de agitação em fermentador pelas cepas 106 e 115. A produção e a viscosidade das xantanas sintetizadas foram dependentes da cepa de X. arboricola pv pruni e das condições operacionais. O meio de produção B apresentou o melhor equilíbrio entre produção e viscosidade, em agitador incubador, assim como no fermentador. Os melhores resultados para ambas as cepas foram obtidos em pH 7, 600 rpm e 66 h de fermentação. As duas cepas apresentaram potencial para serem utilizadas na produção de xantana. No estudo da avaliação das características físicas e químicas, a xantana produzida pela cepa 115 foi comparada as características das xantanas comerciais, Roeper e Kelzan. A primeira, para aplicação em alimentos, produtos farmacêuticos e cosméticos e a segunda, para aplicação em fluido de perfuração de poços de petróleo. Os resultados apresentaram-se dentro dos padrões especificados pela literatura, exceto pelo baixo conteúdo de piruvato da xantana produzida pela cepa 115, baixo conteúdo de sais monovalentes da amostra Roeper e alto conteúdo de sais divalentes das duas amostras comerciais. As xantanas produzidas por X. arboricola pv pruni foram avaliadas como viscosificante de fluido para aplicação na perfuração de poços de petróleo, comparando-as com amostras comerciais: Duo Vis, Kelzan e Xanvis. De uma forma geral, os resultados obtidos neste estudo mostram que os polímeros comerciais apresentaram maior eficiência quando preparados em solução aquosa, pois estes polímeros continham alta concentração de sais. Já as xantanas produzidas pelo patovar pruni, Xc 106 600 e Xc 115 600, por apresentarem baixa concentração de sais, apresentaram potencial para aplicação em fluido de perfuração de poços de petróleo, quando preparados em solução salina, condição semelhante a utilizada na exploração marítima.

La nisine est un peptide antimicrobien produit par la souche de Lactococus lactis subsp. lactis, autorisée pour des applications alimentaires par le comité d'experts sur les additifs alimentaires et les aliments de l'Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l'Agriculture et de l’Organisation Mondiale de la Santé (FAO / OMS). La nisine peut être appliquée, par exemple, pour la conservation des aliments, la biopréservation, le contrôle de la flore de fermentation, et potentiellement comme agent antimicrobien clinique. Le piégeage de bactéries capables de produire de la nisine dans des billes d'alginate de calcium est ainsi une voie prometteuse pour immobiliser des cellules actives et prolonger la durée de conservation des aliments. Le travail de thèse visait à concevoir des emballages actifs en biopolymère renfermant des bactéries lactiques bioprotectrices (LAB) pour contrôler la croissance de micro-organismes indésirables dans les aliments, en particulier L. monocytogenes. La stabilité mécanique et chimique des billes d'alginate a d’abord été améliorée, et l'efficacité d'encapsulation a été accrue. Des capsules « alginate / pectine (A / P) » ont été préparés comme premières microsphères, par une technique d'extrusion. La production de nisine par Lactococcus lactis subsp. lactis encapsulé dans différents états physiologiques (phase exponentielle, phase stationnaire) a été étudiée. Les résultats ont montré que les billes composites (A/P) avaient de meilleurs propriétés que celles formulées avec de l'alginate ou de la pectine pure. L’association de l'alginate et de la pectine induit un effet synergique qui a amélioré les propriétés mécaniques des microbilles. La deuxième partie du travail a concerné la mise au point de microcapsules à cœur liquides avec une membrane d'hydrogel d'alginate et d'un noyau de gomme de xanthane. Les résultats ont montré que ces microcapsules contenant L. lactis encapsulé durant la phase exponentielle dans une matrice d’alginate et un noyau nutritif de gomme xanthane ont donné les meilleurs résultats et présentent une activité anti-listeria intéressante. Ces microbilles ont enfin été appliquées pour la conservation des aliments et en particulier dans des emballages alimentaires actifs. Des films (HPMC, amidon) ont été élaborés en piégeant des perles d'«alginate actifs/gomme xanthane» enrichies en L. lactis dans des films d’emballage et appliqués pour la conservation des aliments / Nisin is an antimicrobial peptide produced by strains of Lactococus lactis subsp. lactis, recognized as safe for food applications by the Joint Food and Agriculture Organization/World Health Organization (FAO/WHO). Nisin could be applied, for shelf-life extension, biopreservation, control of fermentation flora, and potentially as clinical antimicrobials. Entrapment of bacteria able to produce nisin in calcium alginate beads is promising way for cells immobilization in active films to extend food shelf-life. The present PhD work aimed to design biopolymeric active packaging entrapping bioprotective lactic acid bacteria (LAB) and control undesirable microorganisms growth in foods, particularly L. monocytogenes. First, the mechanical and chemical stability of the alginate beads were improved, and consequently the effectiveness of encapsulation was increased. Alginate/pectin (A/P) biopolymers were prepared, as first microspheres design, by extrusion technique to encapsulate nisin-producing Lactococcus lactis subsp. lactis in different physiological state (exponential phase, stationary phase). Results showed that A/P composite beads were more efficient to increase beads properties than those formulated with pure alginate or pectin. Association of alginate and pectin induced a synergistic effect which improved microbeads mechanical properties. As a second microspheres design, aqueous-core microcapsules were prepared with an alginate hydrogel membrane and a xanthan gum core. Results showed that microcapsules with L.lactis in exponential state encapsulated in alginate membrane and aqueous-core based on xanthan gum with nutrients gave the best results and exhibit interesting antilisterial activity. These microparticles were applied in food preservation and particularly in active food packaging. A novel bioactive films (HPMC, starch) was developed and tested, entrapping active beads of alginate/xanthan gum core-shell microcapsules and alginate/pectin hydrogel enriched with L.lactis

Orientador: Adilma Regina Pippa Scamparini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T02:50:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luvielmo_MarciadeMello_D.pdf: 3297730 bytes, checksum: dc80c8868bb6f8fa43b93b87d5e0bae3 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O presente estudo teve como objetivo fazer uma seleção de linhagens de X. campestris para a produção de goma xantana e verificar o efeito do processo de ¿stress¿ alcalino em diferentes condições de produção deste biopolímero, através da avaliação da produção de goma e da viscosidade aparente, que é um fator de elevada relevância para designar em quais processos e setores da indústria a goma xantana será aplicada. A pesquisa também teve como objetivo investigar as mudanças na estrutura da goma xantana causadas pelo ¿stress¿ alcalino, e as mudanças na ultraestrutura das células, assim como a disposição da goma em diferentes etapas da sua produção e em diferentes tempos de ¿stress¿ alcalino, a fim de contribuir com uma maior compreensão desse complexo processo. Foi selecionada a linhagem X. campestris pv. manihotis 280-95, como a de melhor desempenho em produção e qualidade, com uma produção de goma xantana de 10,8 g/L. A partir destes estudos, X. campestris pv. manihotis 280-95 passou a ser a bactéria utilizada para os estudos posteriores. O maior valor de produção de goma xantana foi atingido em ¿stress¿ alcalino com pH 12 (EA12), seguido do ¿stress¿ alcalino em pH 11 (EA11) e ¿stress¿ alcalino em pH 8 (EA08). Porém a qualidade da goma obtida após o processo de EA12 é menor se comparada à obtida sem o processo de ¿stress¿ alcalino. O hidróxido de sódio (NaOH) foi o álcali que apresentou melhor desempenho para o processo de ¿stress¿ alcalino. A produção de goma xantana (g.L-1) e as viscosidades aparentes das gomas não foram afetadas nos diferentes tempos de ¿stress¿ alcalino (EA12) testados nesse estudo (1h, 2h, 3h e 4h), na faixa de taxa de deformação testada (0 ¿ 60 s-1). A produção de goma xantana obtida da fermentação realizada em bioreator de 2 L utilizando X. campestris pv. manihotis 280-95 foi maior após o processo de ¿stress¿ alcalino por 24 horas (EA24h). Ao final de 72 horas de fermentação 9,43 g.L-1 de goma xantana foram obtidos e após 24 horas de ¿stress¿ alcalino, a produção foi 74,8% maior (16,48 g.L-1). No estudo das ultraestruturas (capítulo IV) foi possível visualizar cada passo dos processos e verificar que, mesmo no inóculo puro, observa-se também uma pequena produção de goma xantana próximo a algumas células. No final da fermentação (FF), observou-se o início de mudanças estruturais nas bactérias, como a vacuolização citoplasmática e a descontinuidade da membrana, podendo sugerir um início no processo de lise bacteriana. Após o ¿stress¿ alcalino (EA12-1h), foram observadas acentuadas diferenças estruturais nas células bacterianas. O conteúdo citoplasmático das bactérias tornou-se mais vacuolizado e verificou-se descontinuidade nas membranas das células bacterianas, indicando processo de lise bacteriana. A goma xantana que se apresentou agrupada em grumos, adquiriu uma conformação organizada em círculos concêntricos. Finalmente, pode ser mencionado que novos estudos com diferentes linhagens e condições de processo devem ser realizados procurando-se sempre melhores resultados de produção e qualidade desse biopolímero / Abstract: The present study had as objective to make a selection of strains of X. campestris for the production of xanthan gum and to verify the effect of the process of alkaline "stress" at different conditions of production of this biopolymer, through the evaluation of the gum production and of the apparent viscosity, which is a factor of high relevance, in order to allocate which processes and sections of the industry the xanthan gum will be applied in. The research also aimed to investigate changes in the structure of the xanthan gum caused by the alkaline "stress", changes in the ultrastructure of the cells, as well as the disposition of the gum at different stages of its production and at different times of alkaline "stress", so as to contribute with a better understanding of such compound process. The strain was selected X. campestris pv. manihotis 280-95, as better acting in production and quality, with a production of xanthan gum of 10,8 g.L-1 starting from these studies, X. campestris pv. manihotis 280-95 started to be the bacterium used for the subsequent studies. The largest value of production of gum xantana was reached in alkaline "stress" with pH 12 (EA12), followiedby the alkaline "stress" in pH 11 (EA11) and alkaline "stress" in pH 8 (EA08). However, the quality of the gum obtained after the process of EA12 is worse compared to what was obtained without the process of alkaline "stress." The hydroxide of sodium (NaOH) was the alkali that presented better results in obtaining the process of alkaline "stress." The production of xanthan gum (g.L-1) and the apparent viscosities of the gums were not affected in the different times of alkaline "stress" (EA12) tested in that study (1:00, 2:00, 3:00 and 4:00), at the shear rate range tested (0 - 60 s-1). The production of xanthan gum obtained from the fermentation accomplished in bioreactor of 2 L using X. campestris pv. manihotis 280-95 was larger after the process of alkaline "stress" within 24 hours (EA24h). At the end of 72 hours of fermentation 9,43 g.L-1 of xanthan gum were obtained and after 24 hours of alkaline "stress", the production was 74,8% larger (16,48 g.L-1). In the study of the ultrastructures (chapter IV) it was possible to observe each step of the processes and to verify that, even in the pure inoculum, it is also observed a small production of gum close to some cells. Atthe end of the fermentation (FF), the beginning of structural changes was observed in the bacteria, as the vacuum cytoplasm and the discontinuity of the membrane, could suggest a beginning in the process of bacterial lise. After the alkaline "stress" (EA12-1h), accentuated structural differences were observed in the bacterial cells. The content cytoplasm of the bacteria became more vacuuming and discontinuity was verified in the membranes of the bacterial cells, indicating process of bacterial lysis. The resulting xanthan gum presented in clots, acquired an organized conformationin concentric circles. Finally, it can be mentioned that new studies with different strains and process conditions should be accomplished being always sought better production results and quality of that biopolymer / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

<p>Све обимнија индустријализација која је одговор на захтеве потрошачког друштва, велики је експлоататор ресурса и генератор, поред жељеног производа и великих количина отпадних токова. У највећем број случајева индустријски ефлуенти бивају испуштени у природне реципијенте јер већ њихова примарна обрада изискује додатна улагања. Развојем технике и технологије омогућена је примена биопроцеса у ову сврху, али само искоришћење отпадних вода као сировине за биотехнолошку производњу обећава симултану заштиту животне средине и економску добит, односно представља решење проблема које је одрживо.<br />У оквиру истраживања која су обухваћена овом докторском дисертацијом доказана је могућности примене отпадних вода прехрамбене индустрије као основе култивационог медијума у биотехнолошкој производњи биополимера ксантана. Полазни корак за индустријализацију предложеног поступка је развој симулационог модела који у највећој мери треба да опише реалну ситуацију у материјалном, енергетском, еколошком и економском смислу. Реализација оваквог циља захтева познавање узрочно-последичне везе између метаболичке активности примењеног биокатализатора и процесних услова међу којима је веома значајан састав култивационог медијума.<br />У ту сврху извршена је карактеризација 18 отпадних вода које припадају различитим гранама преграмбене индустрије и потврђена могућност њихове примене као основе култивационог медијума за биотехнолошку производњу ксантана. Експериментално је потврђена могућност производње ксантана на овим ефлуентима применом производног микроорганизма Xanthomonas campestris ATCC 13951, извођењем биопроцеса у биореактору стандардних геометријских односа, запремине 2 l. Оптимизација састава култивационог медијума са отпадним водама одабраних грана прехрамбене индустрије, у погледу најзначајнијих нутријената и са циљем добијања што већег садржаја жељеног производа, изведена је применом методе жељене функције. У наставку истраживања, дефинисана је кинетика биосинтезе ксантана у биореактору запремине 7 l, а добијени кинетички модели за умножавање биомасе (логистичка једначина), настајање производа (Luedeking-Piret-ова једначина) и потрошњу извора угљеника (модификована Luedeking-Piret-ова једначина)) су искоришћени за развој симулационог модела биопроцеса производње ксантана применом ефлуената прехрамбене индустрије.<br />Генерисаним симулационим моделом производње ксантана применом отпадних ефлуената различитих грана прехрамбене индустрије су предвиђени првенствено процесни, а потом и економски показатељи овог биотехнолошког процеса. Са технолошког аспекта, резултати ових истраживања представљају поуздан извор информација за дефинисање идејног решења предложеног биопроцеса који је основа за израду главног технолошког пројекта.</p> / <p>Sve obimnija industrijalizacija koja je odgovor na zahteve potrošačkog društva, veliki je eksploatator resursa i generator, pored željenog proizvoda i velikih količina otpadnih tokova. U najvećem broj slučajeva industrijski efluenti bivaju ispušteni u prirodne recipijente jer već njihova primarna obrada iziskuje dodatna ulaganja. Razvojem tehnike i tehnologije omogućena je primena bioprocesa u ovu svrhu, ali samo iskorišćenje otpadnih voda kao sirovine za biotehnološku proizvodnju obećava simultanu zaštitu životne sredine i ekonomsku dobit, odnosno predstavlja rešenje problema koje je održivo.<br />U okviru istraživanja koja su obuhvaćena ovom doktorskom disertacijom dokazana je mogućnosti primene otpadnih voda prehrambene industrije kao osnove kultivacionog medijuma u biotehnološkoj proizvodnji biopolimera ksantana. Polazni korak za industrijalizaciju predloženog postupka je razvoj simulacionog modela koji u najvećoj meri treba da opiše realnu situaciju u materijalnom, energetskom, ekološkom i ekonomskom smislu. Realizacija ovakvog cilja zahteva poznavanje uzročno-posledične veze između metaboličke aktivnosti primenjenog biokatalizatora i procesnih uslova među kojima je veoma značajan sastav kultivacionog medijuma.<br />U tu svrhu izvršena je karakterizacija 18 otpadnih voda koje pripadaju različitim granama pregrambene industrije i potvrđena mogućnost njihove primene kao osnove kultivacionog medijuma za biotehnološku proizvodnju ksantana. Eksperimentalno je potvrđena mogućnost proizvodnje ksantana na ovim efluentima primenom proizvodnog mikroorganizma Xanthomonas campestris ATCC 13951, izvođenjem bioprocesa u bioreaktoru standardnih geometrijskih odnosa, zapremine 2 l. Optimizacija sastava kultivacionog medijuma sa otpadnim vodama odabranih grana prehrambene industrije, u pogledu najznačajnijih nutrijenata i sa ciljem dobijanja što većeg sadržaja željenog proizvoda, izvedena je primenom metode željene funkcije. U nastavku istraživanja, definisana je kinetika biosinteze ksantana u bioreaktoru zapremine 7 l, a dobijeni kinetički modeli za umnožavanje biomase (logistička jednačina), nastajanje proizvoda (Luedeking-Piret-ova jednačina) i potrošnju izvora ugljenika (modifikovana Luedeking-Piret-ova jednačina)) su iskorišćeni za razvoj simulacionog modela bioprocesa proizvodnje ksantana primenom efluenata prehrambene industrije.<br />Generisanim simulacionim modelom proizvodnje ksantana primenom otpadnih efluenata različitih grana prehrambene industrije su predviđeni prvenstveno procesni, a potom i ekonomski pokazatelji ovog biotehnološkog procesa. Sa tehnološkog aspekta, rezultati ovih istraživanja predstavljaju pouzdan izvor informacija za definisanje idejnog rešenja predloženog bioprocesa koji je osnova za izradu glavnog tehnološkog projekta.</p> / <p>Increasing industrialization as a response to the demands of the consumer society greatly exploits resources and generates large amounts of waste effluents in addition to the desired product. In most cases industrial effluents are discharged into the natural environment because even their primary processing requires additional investments. The development of biotechnology has enabled bioprocesses to be used for this purpose, and using wastewaters as raw materials for biotechnological production simultaneously provides preservation of the environment and economic benefits which is a sustainable solution to the problem.<br />Within the research covered in this doctoral thesis it was proven it is possible to use food and beverage industry wastewaters as a basis for the cultivation media in the biotechnological production of xanthan. The starting step in industrializing the suggested process is to develop a simulation model which best represents the realistic situation and its material, energy, environmental and economic aspects. Realizing this goal requires the author/researcher to be familiar with the causal link between the metabolic activity of the used biocatalyst and process conditions among which the composition of the cultivation media is very significant.<br />In order to accomplish this goal, 18 wastewaters from different branches of the food and beverage industry were characterized and were confirmed to have the capability to be used as a cultivation media for the biotechnological production of xanthan. Experiments confirmed the possibility of producing xanthan on these effluents using the production microorganism Xanthomonas campestris ATCC 13951 in a 2 liter bioreactor of standard geometric characteristics. Composition of the cultivation media based on the wastewaters of the selected food and beverage industry branches was optimized using the desirability function method, focusing on the most significant nutrients and with the goal of obtaining the maximum amount of the desired product. In further research, the kinetics of xanthan biosynthesis in a 7 liter bioreactor were defined, and the obtained kinetic models for biomass multiplication (logistic equation), product formation (Luedeking-Piret equation) and carbon source consumption (modified Luedeking-Piret equation) were used to develop a simulation model of the xanthan production bioprocess using food and beverage processing industry effluents.<br />The generated simulation model of xanthan production using waste effluents of different branches of the food and beverage industry predicts primarily the process but also the economic indicators of this biotechnological process. From a technological perspective, the results of this research represent a reliable source of information for defining a general design of the suggested bioprocess as a basis for the creation of a major biotechnological project.</p>

L’objectif de cette étude a été de formuler et caractériser des émulsions simples huile/eau d’intérêt pharmaceutique stabilisées par de la β-lactoglobuline (β-lg), de la gomme arabique (GA), de la gomme xanthane (GX) et des mélanges β-lg:GA et β-lg:GX. Les concentrations massiques totales des dispersions de biopolymères étaient de 1 % et ont été augmentées à 2,5 % si les émulsions formulées n’étaient pas stables. Le mélange β-lg:GA a été réalisé à pH 4,2 afin de permettre la formation de complexes par interactions électrostatiques attractives entre la β-lg et la GA. Deux ratios β-lg:GA ont été étudiés : 2:1 et 1:2. Enfin, le mélange β-lg:GX a été effectué à pH 7, où les deux biopolymères étant chargés négativement ne se complexent pas et à un ratio de 1:1. Une étude de stabilité des émulsions a été menée sur 6 mois. Les stabilités obtenues ont pu être classées par ordre croissant : GA 2,5 % < β-lg:GA 2,5 % < β-lg 2,5 % < GX 1 % = β-lg:GX 1 %. Plusieurs mécanismes de stabilisation ont été mis en évidence grâce à l’étude des propriétés interfaciales des biopolymères, à l’étude des propriétés rhéologiques des émulsions et à des observations au microscope confocal à balayage laser des émulsions après marquage des biopolymères à la fluorescence. La β-lg et la GA sont toutes deux capables de s’adsorber à l’interface des globules huileux alors que la GX augmente la viscosité de la phase continue. L’association β-lg:GA conduit à la formation d’une double couche interfaciale stabilisante. Enfin, l’association β-lg:GX combine les mécanismes de stabilisation de la protéine, par adsorption interfaciale et de la gomme, par augmentation de la viscosité de la phase continue. / The main objective of this study was to formulate and characterize oil-in-water simple emulsions of pharmaceutical interest stabilized by β-lactoglobulin (β-lg), gum arabic (GA), xanthan gum (XG), and mixtures of β-lg:GA and β-lg:XG. The total biopolymer final concentration in the dispersions was 1 (w/w) % and could be raised to 2.5 (w/w) % if the formulated emulsions were not stable. β-lg:GA mixing was performed at pH 4.2 to allow attractive electrostatic interactions between the two biopolymers and thus the formation of complexes. Two protein:polysaccharide ratios were investigated: 2:1 and 1:2. Conversely, β8lg:XG mixing was performed at pH 7, where both biopolymers are negatively charged, in order to avoid the complex formation, and with a 1:1 ratio. A stability study was conducted for emulsions over a 6-month period. The obtained stabilities could be classified increasingly: GA 2.5 % < β-lg:GA 2.5 % < β-lg 2.5 % < XG 1 % = β-lg:XG 1 %. Several stabilization mechanisms were evidenced by the study of the biopolymer interfacial properties, the study of emulsion rheology and by confocal laser scanning microscopy observations with labeled fluorescent biopolymers. β-lg and GA were both able to adsorb at the interface of oil globule. XG enhanced the continuous phase viscosity. β-lg:GA mixing led to the formation of a stabilizing interfacial double layer. Finally, β-lg:XG association combined the stabilization mechanisms of both biopolymers, respectively: interfacial adsorption and enhancement of the continuous phase viscosity.

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Filés de corvina foram hidrolisados com a enzima Alcalase 2.4L variando apenas o tempo, assim, foram obtidos hidrolisados com 2, 4 e 8 h de reação. Os teores de proteínas dos hidrolisados variaram de 78,28 a 82,30%, onde o hidrolisado com maior tempo de reação mostrou maior grau de hidrólise (32,1%) e maior poder de inibição da oxidação pelos métodos ABTS e DPPH (98,35% e 54,11%, respectivamente). No segundo estudo foram elaborados filmes à base de quitosana e goma xantana. Os filmes foram avaliados por seus grupos funcionais, propriedades estruturais, térmicas, morfológicas, físicas, mecânicas, ópticas e de barreira. Todos os filmes apresentaram picos endotérmicos no intervalo de 122 e 175 °C e picos exotérmicos largos acima de 200 °C, que foram atribuídos à temperatura de fusão e à decomposição térmica, respectivamente. Estes resultados demonstraram que os filmes com goma xantana têm o Tm e o ΔmH mais elevados. Os filmes que contêm maior teor de goma xantana mostram também maior resistência à tração e a menor elongação. A adição de goma xantana não afetou a permeabilidade ao vapor de água, solubilidade em água e umidade dos filmes. No terceiro estudo, filmes à base de quitosana, goma xantana e hidrolisado proteico de corvina (Micropogonias furnieri) foram elaborados com o objetivo de avaliar suas propriedades antioxidantes, mecânicas, físicas, estruturais, morfológicas, térmicas e de barreira. A mistura de goma xantana e hidrolisado promoveram algumas alterações nos filmes de quitosana. A adição de goma xantana aumentou a resistência a tração e alterou os parâmetros de cor dos filmes. A adição de hidrolisado proteico de corvina propiciou significativa atividade antioxidante aos filmes, no entanto, maiores concentrações tendem aumentar a umidade e diminuir a resistência dos mesmos. Todos os filmes apresentaram uma estrutura homogênea, sem separação de fases e livres de fissuras. Não foram observadas diferenças significativas quanto à solubilidade e à permeabilidade ao vapor de água nos filmes estudados. Já no quarto estudo objetivou-se avaliar a eficiência de filmes à base de quitosana e goma xantana na conservação de filés de corvina mantidos sob refrigeração durante 9 dias. Avaliou-se a composição proximal, perda de massa, cor, pH, N-BVT (Bases Voláteis Totais) e perfil microbiológico. Os resultados demonstraram que a combinação de quitosana e goma xantana proporcionaram melhorias na qualidade do pescado refrigerado, uma vez que reduziu as N-BVT, inibiu o crescimento de Staphylococcus coagulase positiva, Salmonella spp e coliformes a 45 °C. / Biodegradable films have aroused the interest of the scientific community for presenting potential as packaging materials. They improve quality and reduce food waste, as well as cooperate with the preservation of the environment. In this sense, the general objective of this research was to evaluate chitosan based films combined with xanthan gum and enzymatic protein from croaker (Micropogonias furnieri). Thus, this work contemplates four chapters. In the first study, enzymatic hydrolysates of croaker (Micropogonias furnieri) were evaluated through the proximal composition, degree of hydrolysis, antioxidant activity, molar mass distribution profile and amino acid composition. Croaker fillets were hydrolyzed with the enzyme Alcalase 2.4L varying only the time, thus, hydrolysates with 2, 4 and 8 h of reaction were obtained. The hydrolyzate protein content varied from 78.28-82.30%, the hydrolyzate with the highest hydrolysis time showed a higher degree of hydrolysis (32.1%) and a higher oxidation inhibition power by the ABTS and DPPH methods (98.35% and 54.11%, respectively). In the second study, films based on chitosan and xanthan gum were elaborated. The films were evaluated by their functional groups, structural, thermal, morphological, physical, mechanical, optical and barrier properties. All films showed endothermic peaks in the range of 122-175 °C and wide exothermic peaks above 200 °C, which were attributed to melt in temperature and thermal decomposition, respectively. These results demonstrated that films with xanthan gum have the highest Tm and ΔmH. Films containing higher xanthan gum content also show higher tensile strength and lower elongation. The addition of xanthan gum did not affect the water vapor permeability, water solubility and moisture of the films. In the third study, films based on chitosan, xanthan gum and protein hydrolysate of croaker (Micropogonias furnieri) were elaborated with the objective of evaluating its antioxidant, mechanical, physical, structural, morphological, thermal, optical and barrier properties. The mixture of xanthan gum and hydrolyzate promoted some changes in the chitosan films. The addition of xanthan gum increased the tensile strength and altered the color parameters of the films. Croaker protein hydrolyzate addition gave significant antioxidant activity to the films, however, higher concentrations tend to increase humidity and decrease their resistance. All the films presented a homogeneous structure, without separation of phases and free of cracks. No significant differences were observed regarding the solubility and permeability to water vapor in the studied films. The fourth study aimed to evaluate the efficiency of chitosan and xanthan gum films in the conservation of croaker steaks kept under refrigeration for 9 days. Proximal composition, loss of mass, color, pH, N-BVT (Total Volatile Bases) and microbiological profile were evaluated. The results demonstrated that the combination of chitosan and xanthan gum provided improvements in the quality of refrigerated fish as it reduced N-BVT, inhibited growth of coagulase-positive Staphylococcus, Salmonella spp and coliforms at 45 °C.