Orientadores: Meuris Gurgel Carlos da Silva, Edson Antonio da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T05:52:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Welter_RosileneAndrea_M.pdf: 2156279 bytes, checksum: 6cee14e80d11df1707c2f90723d31b09 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho, estudou-se o processo de troca iônica envolvendo os íons Cobre, Cádmio e Cálcio, sendo que os metais pesados, Cobre e Cádmio, foram avaliados devido a alta toxicidade, à sua presença em efluente industriais e a dificuldade na sua remoção quando em baixas concentrações, entretanto, acima do permitido pela legislação vigente. O trocador iônico utilizado foi o Alginato, que na presença de íons divalentes possui a capacidade de gelificar-se formando partículas aptas à utilização em operações de troca iônica. As partículas foram obtidas por diferentes formas: gotejamento, atomização ou ainda, emulsificação, contudo, cada método apresentou partículas com propriedades físicas distintas. O método de emulsificação resultou em partículas com diâmetro e granulometria satisfatórios para o processo de troca iônica em leito poroso, além de, dentre os métodos analisados, apresentar maior capacidade de troca iônica para o ensaio realizado em banho finito sob as mesmas condições operacionais. Portanto, os ensaios de equilíbrio de troca iônica para os sistemas binários envolvendo os íons Cu-Ca, Cd-Ca e Cu-Cd e para o ensaio ternário Cu-Cd-Ca, foram realizados em leito poroso, utilizando partículas obtidas por emulsificação, a vazão de 3 mL/min e pH de 4,5, sendo estes parâmetros operacionais definidos por estudos prévios. Os dados experimentais para os sistemas binários foram avaliados utilizando Isotermas de Adsorção Monocomponente que apresentaram comportamento satisfatório, entretanto os modelos de Isotermas de Adsorção Binária apresentaram melhor ajuste. O tratamento dos sistemas binários utilizando LAM Ideal e LAM, foram satisfatórios para o comportamento dos dados experimentais, entretanto, houve uma variação considerável do valor de Keq. Os coeficientes de atividade envolvendo os íons ligados a fase sólida apresentaram-se próximos a 1, ou seja, o sistema Metal-Alginato, está próximo à idealidade. O sistema ternário apresentou resultado insatisfatório para seu tratamento utilizando Isotermas de Adsorção Binária e o modelo Preditivo de LAM, sendo que apenas os modelos de Isotermas de Adsorção Ternária, Langmuir 4 parâmetros, Langmuir 6 parâmetros e Langmuir-Freundlich apresentaram resultados satisfatórios. / Abstract: In this work, it was studied the ion exchange process involving copper, cadmium and calcium ions. The heavy metals, copper and cadmium, were evaluated due to its high toxicity, its presence in industrial effluent and difficulty in its removal when in low concentrations, however, above permitted levels by law. Alginate was used as ionic exchanger. In the presence of high affinity ions, such as calcium, it has the ability to gelate and form rigid particles which are suitable for ion exchange operations. These particles were obtained from different methods, such as dripping, atomization and emulsification, however, each method resulted in particles with different physical properties. Emulsification method resulted in particles of suitable diameter and size for the ion exchange process in porous bed. Among the considered methods, it showed to be the one with higher ion exchange capacity, under the same operating conditions, for batch system experiments. Therefore, ion exchange equilibrium experiments for binary systems, involving Cu-Ca, Cd-Ca and Cu-Cd ions, and ternary system Cu-Cd-Ca, were conducted in porous bed, using particles obtained by emulsification, at a flow rate of 3 mL/min and pH 4.5. These operational parameters were defined by previous studies. Binary systems experimental data were evaluated using monocomponent adsorption isotherms, which showed good behavior, however, binary adsorption isotherms models showed higher accuracy. Binary systems treatment using Ideal LAM and LAM, were satisfactory for the experimental data behavior, however, there was a considerable variation in Keq values. Activity coefficients involving ions attached to the solid phase were close to 1, which means that the alginate-metal system is close to ideality. The ternary system showed unsatisfactory results for its treatment using binary adsorption isotherms and LAM predictive model, where just ternary adsorption isotherms, Langmuir 4 parameters, Langmuir 6 parameters and Langmuir-Freundlich models showed satisfactory results. / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Theo Guenter Kieckbusch / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:35:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarianaAltenhofenda_D.pdf: 13012501 bytes, checksum: 23a63960ceb6cf8d4c7d9672c06f5d58 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Filmes simples de alginato (FA) e filmes compostos de alginato e quitosana nas proporções 82,5:17,5 (FC1) e 65:35 (FC2), de baixo grau de reticulação com cálcio (0,04 g CaCl2.2H2O/g alginato) contendo glicerol como plastificante, foram confeccionados pela técnica de casting. Esses filmes foram submetidos a uma reticulação complementar por imersão durante 30 minutos em uma solução contendo 5g CaCl2.2H2O/100 mL. Filmes FA, FC1 e FC2 com espessura média de 48, 54 e 62 µm, respectivamente, apresentaram massa solubilizada em água de 0,15, 0,19 e 0,23 g/g massa seca, coeficientes de permeabilidade ao vapor de água de 4,04, 4,91 e 7,41 g.mm/m2.dia.kPa, intumescimento em água de 68, 102 e 195% (em massa), tensão na ruptura de 96, 75 e 59 MPa e alongamento na ruptura de 8,4, 12,5 e 17,1%. Esses valores assim como o conteúdo de cálcio e os espectros de FTIR indicaram que, nas condições experimentais utilizadas, a interação do alginato com os íons cálcio foi mais efetiva do que com a quitosana, não havendo indícios de formação de ligação amídica entre o alginato e a quitosana. A análise da Tg por DMA também indicou separação de fases entre os dois polímeros. Os filmes com 35% de quitosana apresentaram estrutura polimérica mais rugosa e heterogênea. As três formulações receberam sorbato de potássio (até 17 g/100g biopolímero) e natamicina (0, 0,5, 1, 2, 4 e 8 g/100g biopolímero) como agentes antimicrobianos, e o efeito antimicótico destes filmes frente às espécies Penicillium roqueforti, Penicillium commune e Debaromyces hansenii foi avaliado através do teste de difusão em ágar. O sorbato de potássio não apresentou efeito inibitório, e a natamicina foi eficiente a partir da concentração de 0,5 g/100g biopolímero para o filme de alginato puro e 1 g/100g biopolímero para os filmes compostos. Ensaios de liberação em água indicaram uma cinética muito lenta de liberação do antimicrobiano, sendo mais lenta para os filmes compostos, provavelmente devido à interações eletrostáticas entre a natamicina e a quitosana. Os coeficientes de difusão da natamicina encontrados foram da ordem de 10-11 cm2/s para FA e FC2 e de 10-12 cm2/s para FC1. A estrutura física menos compacta da matriz polimérica do FC2 acelerou a liberação da natamicina. Nas concentrações testadas, a adição da natamicina influenciou principalmente a cor, transparência, rugosidade e morfologia dos filmes. Os resultados obtidos permitem afirmar que os filmes desenvolvidos contendo natamicina apresentam excelente perspectiva de atuação como filmes ativos (antimicrobianos) para alimentos / Abstract: Films composed solely by alginate (FA) and two composite films with different mass proportions of alginate and chitosan, 82.5:17.5 (FC1) and 65:35 (FC2), were obtained by casting. Using glycerol as plasticizer, the films were partially crosslinked by adding calcium chloride (0.04 g CaCl2.2H2O/g alginate) to the film forming solution. The resulting soluble films were further crosslinked by total immersion in a CaCl2 solution (5g CaCl2.2H2O/100 mL) for 30 minutes. FA, FC1 and FC2 with an average thickness of 48, 54 and 62 µm, respectively, exhibited soluble mass in water of 0.15, 0.19 and 0.23 g/g dry matter, water vapor permeability coefficient of 4.04, 4.91 and 7.41 g.mm/m2.day.kPa, swelling in water of 68, 102 and 195% (mass basis), tensile strength of 96, 75 and 59 MPa and elongation at break of 8.4, 12.5 and 17.1%. The tendencies found for the physical properties, complemented with values of calcium content in the films and results of FTIR analysis indicated that under the experimental conditions used, ionic binding of alginate chains with calcium ions was more effective than with chitosan, and no evidence of amidic bonding between alginate and chitosan was found. DMA thermograms also indicated phase separation between the two polymers, showing two Tg's for composite films. Films with higher content of chitosan showed rougher surfaces and less homogeneous polymeric structure. The film formulations received potassium sorbate (up to 17 g/100g biopolymer) and natamycin (0, 0.5, 1, 2, 4 and 8 g/100g biopolymer) as antimicrobial agents, and their antimycotic effect against Penicillium roqueforti, Penicillium commune and Debaromyces hansenii was evaluated by the agar diffusion test. Potassium sorbate did not show inhibitory effect. Natamycin was effective at concentrations as low as 0.5 g/100g biopolymer for alginate film and 1 g/100g biopolymer for composite films. Diffusion experiments in water indicated very slow release kinetics of the antimicrobial, being markedly hindered for the composite films, probably due to electrostatic interactions between chitosan and natamycin. Diffusion coefficients in films were in the order of 10-11 cm2/s for FA and FC2, and 10-12 cm2/s for FC1. The addition of natamycin affected mainly the color, transparency, roughness and morphology of the films, in the tested concentration range. The results showed that the films containing natamycin obtained in the present work show excellent perspectives for acting as active films intended for food applications / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Meuris Gurgel Carlos da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T21:12:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kleinubing_SirleiJaiana_D.pdf: 11340317 bytes, checksum: a992fa50589d93601c1046723bfdc324 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Estudos no campo da biotecnologia ambiental tem buscado encontrar materiais alternativos para o tratamento de efluentes industriais, dentre os quais se destacam as algas marinhas marrons. O alginato e o seu principal polissacarídeo e a presença dos ácidos manuronico (M) e guluronico (G) neste biopolimero esta diretamente relacionada a capacidade de bioadsorcao de íons metálicos. As propriedades de adsorção de diferentes espécies metálicas individuais vem sendo largamente estudadas, embora a maioria dos efluentes industriais contenha varias espécies metálicas em mistura. Este trabalho teve como objetivo investigar o fenômeno de bioadsorcao em sistemas simples e binário, constituídos dos íons Cu2+ e Ni2+, utilizando alginatos comerciais e alga marinha Sargassum filipendula como bioadsorventes. O estudo com alginatos comerciais visou auxiliar na compreensão dos mecanismos envolvidos no processo de bioadsorcao pelas algas marrons. Dois tipos de alginatos com diferentes relações M/G foram avaliados em sistemas monocomponentes. O alginato com menor relação M/G apresentou maior capacidade de bioadsorcao de ambos os íons metálicos. Seguiu-se então o estudo com a alga marinha Sargassum filipendula como bioadsorvente. Inicialmente, foi feita a extração do acido alginico e sua caracterização quanto a relação M/G. Em seguida, foi realizada a identificação dos grupos funcionais presentes na alga que poderiam estar envolvidos no processo de bioadsorcao. Verificou-se que os grupos carboxílicos e álcoois presentes no alginato, grupos sulfatos presentes na fucoidana, e grupos aminos nos aminoácidos, são responsáveis pelas ligações com estes íons. Para a obtenção dos dados de equilíbrio, foram realizados experimentos de remoção individual e da mistura dos íons Cu2+ e Ni2+ pela alga marinha Sargassum filipendula em coluna de leito fixo. Diferentes modelos foram aplicados para ajustar o equilíbrio e o modelo desenvolvido por Silva (2001) para simular a dinâmica de bioadsorcao. A bioadsorcao dos íons metálicos quando puros em solução apresentou capacidades adequadas tanto para o Cu2+ como para o Ni2+. Para a condição binária, o fenômeno de troca seqüencial foi observado, onde o íon Cu2+ desloca o Ni2+ anteriormente bioadsorvido. O modelo de Silva (2001) se ajustou aos dados experimentais obtidos tanto na condicao simples como na binária. Foram estudados, ainda, três ciclos de bioadsorção/dessorção, sendo verificado que a alga manteve suas características de bioadsorcao, assim como o efeito competitivo entre os íons durante os três ciclos avaliados. / Abstract: Environmental biotechnology studies have been conducted using alternative materials in order to eliminate heavy metal ions from industrial effluents. Brown algae are an attractive materials, due to their large availability and their reduced participation in the vital functions of marine ecosystems. The main structural polysaccharide of the brown algae is alginate, constituted of two uronic acids, mannuronic (M) e guluronic (G), and these groups are directly related to its bioadsorption capacity. The adsorption of different heavy metal ions in single systems has been investigated. However, in real systems it is more common to observe several ions in solution, which may interfere and compete for adsorption sites. The aim of this work was to study the bioadsorption of Cu2+ and Ni2+ ions on Sargassum filipendula seaweed and on commercial alginate (single and binary systems), in order to evaluate the competition of different metallic ions for the adsorption sites of bioadsorbents. Two types of alginates with different M / G ratio were evaluated in single component systems. Alginate with the lower M / G ratios showed a higher biosorption capacity of both metal ions. Next, a study with the seaweed Sargassum filipendula as biosorbent was performed. Initially, the alginic acid was extracted and its M / G ratio was characterized. The functional groups present in the algae that could be involved in the process of biosorption were identified. These results indicated that the alcohols and carboxylic groups present in alginate, sulphate groups present in fucoidan, and amino groups in amino acids, are responsible for binding these ions. To obtain equilibrium data, experiments were carried out to remove ions Cu2+ and Ni2+ individuales or in mixture by Sargassum filipendula seaweed in fixed bed column. Different equilibrium models were used to adjust the experimental data and the model developed by Silva (2001) was employed to simulate the dynamic of biosorption. The biosorption of pure ions in solution showed adequate capacity for Cu2+ and Ni2+. For the binary condition, the phenomenon of sequential exchange was observed, where the Cu2+ ion displaces the previously bioadsorbed Ni2+ ion. The mathematical model of Silva (2001) was able to describe satisfactorily the experimental data obtained for single and binary conditions. With regard to biosorption performance for sorption/desorption cycles, metal uptake remained practically unaltered as well as the competition effect between the ions during three successive cycles. / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Ângela Maria Moraes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T01:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_CeciliaZorzi_M.pdf: 3065780 bytes, checksum: 051c879f446726b22022fb1e6230150c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A quitosana e o alginato são polissacarídeos atóxicos e biocompatíveis, além de apresentarem propriedades cicatrizantes. Tais características fazem com que esses compostos sejam muito apropriados para a confecção de curativos para o tratamento de lesões de pele. O foco do presente trabalho foi melhorar as propriedades de membranas de quitosana-alginato, preparadas pela produção controlada de agregados poliméricos. Inicialmente, fez-se um aumento de escala do processo com o objetivo de acelerar a produção das membranas. Nesta etapa foi analisada a influência das condições de operação sobre as propriedades do produto final. Em uma segunda etapa, testou-se a reticulação covalente das membranas com glutaraldeído. Na terceira etapa, foram avaliadas diferentes condições de reticulação iônica com CaCl2 e (NH4)2SO4, na tentativa de encontrar as concentrações de reticulantes ótimas, que resultassem em membranas com melhores propriedades mecânicas. Foi realizada também a inclusão dos surfatantes biocompatíveis Tween 80, Span 80 e Pluronic F68 na formulação do material, para tentar melhorar a distribuição das cadeias poliméricas e, consequentemente, as propriedades mecânicas. O aumento de escala levou a membranas com resistência à tração de 10,97MPa, alongamento na ruptura de 2,80%, absorção de água em 24 h de 5,67g/g e perda de massa em água após 1 semana de 6,84%. A reticulação com glutaraldeído não resultou em membranas satisfatórias, sendo estas muito quebradiças e de coloração amarelo escura. Quanto ao estudo de diferentes condições de reticulação iônica, as membranas referentes às concentrações de CaCl2 a 0,05M e (NH4)2SO4 a 0,05M, foram as que apresentaram propriedades mais adequadas, sendo sua resistência à tração de 19,43MPa, alongamento na ruptura de 3,17%, absorção de água de 5,28g/g e perda de massa em água de 4,56%. As membranas preparadas na presença de Tween 80 ou Pluronic F68 apresentaram aspecto bastante poroso e seção transversal lamelar, enquanto que o Span 80 não resultou em membranas de aspecto e maleabilidade satisfatórios. Observou-se para as membranas preparadas na presença de Tween 80 e Pluronic F68 resistência à tração de 1,54MPa e 0,98MPa, porcentagem de alongamento na ruptura de 2,06% e 1,96%, capacidade de absorção de água de 13,67g/g e 13,83g/g e perda de massa de 31,38% e 30,47%, respectivamente. As propriedades mecânicas destas membranas, inferiores às esperadas, permitiram verificar que a adição de surfatantes foi benéfica apenas do ponto de vista da distribuição polimérica do sistema. Porém, membranas porosas puderam ser obtidas por meio de um método de baixo custo e inédito na literatura, com potencial de aplicação extensível a outras áreas além da de curativos. / Abstract: Chitosan and alginate are non-toxic and biocompatible polysaccharides, which have healing properties. Such characteristics make these compounds very appropriate for the production of wound dressings. The focus of this work was to improve the properties of chitosan-alginate membranes prepared by the controlled production of polymeric aggregates. Initially, the process was scaled-up, aiming at accelerating membranes production. The influence of operational conditions on the final product properties was analysed. In a second step, the membranes were covalently crosslinked with glutaraldehyde. In a third step, different ionic crosslinking conditions with CaCl2 and (NH4)2SO4 were evaluated to find the optimal concentrations of crosslinking solutions, which might lead to more resistant membranes. Another used approach was the inclusion of the biocompatible surfactants, Tween 80, Span 80 and Pluronic F68, in the formulation of the membranes, with the purpose of improving the polymeric chains distribution in the system, which could, consequently, improve the mechanical properties of the membranes. The process scale-up led to membranes with tensile strength of 10.97MPa, elongation at break of 2.80%, water uptake after 24h of 5.67g/g and mass loss in water after 1 week of 6.84%. Crosslinking with glutaraldehyde resulted in very fragile and yellow dark membranes, which were not considered satisfactory. Membranes crosslinked with 0.05M CaCl2 and 0.05M (NH4)2SO4 presented better properties than the ones produced in the other conditions, having tensile strength of 19.43MPa, elongation at break of 3.17%, water uptake of 5.28g/g and mass loss in water of 4.56%. The membranes prepared with Tween 80 or Pluronic F68 had a very porous aspect and a lamellar cross-section, while membranes prepared with Span 80 were not considered satisfactory regarding its aspect and malleability. The properties of the membranes prepared with Tween 80 and Pluronic F68 were tensile strength of 1.54MPa and 0.98MPa, elongation at break of 2.06% and 1.96%, water uptake of 13.67g/g and and 13.83g/g and mass loss in water of 31.38% and 30.47%, respectively. The mechanical properties of these membranes were inferior to expected, leading to the conclusion that the use of surfactants improved only the polymeric distribution of the system. Despite that, porous membranes were obtained by a low cost and inedit method, having potential applications as wound dressings, as well as in other areas. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Theo Guenter Kieckbusch, Mariana Altenhofen da Silva, Mara Elga Medeiros Braga / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T14:59:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bierhalz_AndreaCristianeKrause_D.pdf: 3476268 bytes, checksum: abb7f538beee2f7625671122ea9f53a4 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Filmes ativos à base de alginato de sódio reticulados com íons cálcio e/ou bário e contendo natamicina como antimicrobiano foram confeccionados por um processo envolvendo duas etapas. Inicialmente, filmes com baixo grau de reticulação foram formados por casting (1º estágio). Após a secagem, estes pré-filmes foram submetidos a um segundo tratamento por imersão em soluções mais concentradas de agentes reticulantes, gerando quatro diferentes formulações (Ca-Ca, Ba-Ca, Ba-Ba e Ca-Ba, dependendo do íon utilizado no 1º e no 2º estágio de reticulação). Foram avaliadas as propriedades físico-químicas, a cinética de liberação da natamicina e o efeito antimicótico in vitro e em fatias de queijo Prato das diferentes formulações. O Ba2+ apresentou potencialidade para uso em filmes de alginato somente quando a reticulação era combinada com íons Ca2+. Os filmes Ca-Ca e Ba-Ca apresentaram características adequadas para aplicações como embalagem. Os filmes Ba-Ba tiveram um aspecto insatisfatório, alta solubilidade em água e alto intumescimento. O tempo de imersão na solução reticuladora influenciou as propriedades dos filmes Ca-Ba, que apresentaram maior permeabilidade ao vapor de água e ao oxigênio, maior opacidade e rugosidade, consequência de uma reticulação ineficiente da estrutura interna do filme. Três métodos de incorporação de natamicina foram avaliados: o método convencional, em que o antimicrobiano é adicionado diretamente à solução polimérica, a impregnação por imersão dos filmes em soluções contendo natamicina e a impregnação por solvente supercrítico. Filmes ativos confeccionados pelo método convencional apresentaram maior quantidade de natamicina, mas a formação de cristais na superfície afetou a sua transparência, rugosidade e resistência mecânica. O processamento com CO2 supercrítico (200 bar, 40°C) e etanol como cossolvente (10% molar) resultou em filmes Ca-Ca com alta transparência devido à micronização da natamicina, e com carga adequada de antimicrobiano, mas o processo é extremamente lento. Todos os filmes contendo natamicina apresentaram efeito antimicótico frente às espécies testadas, porém uma inibição menos intensa do crescimento fúngico foi observada para os filmes Ba-Ca. Em amostras de queijos Prato, os filmes Ca-Ca sem natamicina foram capazes de inibir o crescimento microbiano por 5 dias a 25°C. Filmes ativos impediram o crescimento por até 30 dias a 25°C. Ensaios de liberação da natamicina em água apresentaram bom ajuste ao modelo difusional da segunda Lei de Fick, com valores de difusividades na ordem de 10-11 cm2/s para os filmes impregnados pelo método convencional e de 10-10 cm2/s para os filmes processados com CO2 supercrítico. Um novo modelo baseado na solução matemática de difusão em dois meios compostos semi-infinitos foi desenvolvido e aplicado aos dados de liberação de natamicina em materiais semi-sólidos (géis de ágar e gelatina e fatias de queijo). Utilizando difusividades de natamicina nos filmes com a mesma atividade de água dos meios sólidos de liberação, o modelo foi adequado para estimar a difusividade nos géis e no queijo / Abstract: Alginate antimycotic films crosslinked with calcium and/or barium ions and containing natamycin as antimicrobial agent were prepared in a two step process. Initially, films with a low degree of reticulation were obtained by casting. After solvent evaporation, these pre-films were further crosslinked by immersion in a more concentrated Ca2+ or Ba2+ solution resulting in four different formulations (Ca-Ca, Ba-Ca, Ba-Ba e Ca-Ba, depending on the ion used in the 1st and 2nd stage). Physico-chemical properties, release behavior of natamycin and antimicrobial activity in vitro and on cheese slices of the different film formulations were monitored. Ba2+ ions were relevant as crosslinking agents only if combined with Ca2+ ions. Ca-Ca and Ba-Ca films presented appropriated features as packaging material. Ba-Ba films showed unsuitable attributes such as heterogeneities and high soluble matter in water and high swelling degree. The immersion time in the crosslinking solution affected the properties of Ca-Ba films. These films showed high opacity, surface roughness and water vapor and oxygen permeabilities due to inefficient bulk crosslinking. Three loading methods were tested: the conventional method, with natamycin added directly to the polymeric film forming solution, the absorption technique when prepared films are immersed in solutions containing natamycin and by supercritical CO2 impregnation. Active films manufactured by the conventional method showed higher loading capacities, but crystal deposits across the film affected their transparency, roughness and mechanical properties. The supercritical method (200 bar, 40°C) using ethanol as cosolvent (10% molar) resulted in Ca-Ca transparent films due to natamycin micronization, with suitable loading yields but the process is extremely time-consuming. All films containing natamycin exhibited antimycotic activity against the tested species and the smallest halo inhibition diameter was observed for Ba-Ca films. On cheese slices, Ca-Ca films without natamycin were able to inhibit the microbial growth for 5 days at 25°C, due to low O2 permeability. Active films inhibit the growth up to 30 days at 25°C. Data of natamycin release in water fitted well to Fick¿s diffusional model, with effective diffusivity values of the order of 10-12 cm2/s in conventional loaded films but 10-10 cm2/s for CO2 loaded films. Release tests in aqueous ethanolic solutions indicated a strong influence of the water activity on the diffusivities. A new release model based on the mathematical solution of the diffusion in two semi-infinite composite media was developed and applied to data of natamycin transferred to semi-solid material (agar and gelatine gels, and cheese slices). Using natamycin diffusivities in films with the same water activity of the solid release media, the model was able to estimate natamycin diffusivities in the gels and in cheese / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Gustavo Paim Valença / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:11:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_JulianaCanto_M.pdf: 3529102 bytes, checksum: 186eed7fa5f67708a7cffe441cb0563a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A utilização de sistemas empregando células de levedura imobilizadas é uma técnica promissora para a produção de etanol. Este trabalho apresenta a proposta de imobilizar células de Saccharomyces cerevisiae em montmorilonita K10, em óxido de zircônio, em esferas de alginato de cálcio e em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana, utilizando glicose e sacarose como fontes de carbono, a fim de observar o comportamento destas células nestes suportes. Estudos nesta área têm demonstrado que células imobilizadas apresentam maior resistência a variações de temperatura, atividade, concentração de substratos e metabólitos, além de um alto rendimento para fermentação alcoólica. A montmorilonita K10, o alginato de sódio e a quitosana que foram utilizados nos estudos tiveram origem comercial, enquanto que o óxido de zircônio foi sintetizado e caracterizado através de Difração de Raios-X (DRX) e área superficial B.E.T. (Brunauer, Emmet e Teller). Células de Saccharomyces cerevisiae liofilizada não aderiram aos suportes sólidos (montmorilonita K10, óxido de zircônio e óxido de zircônio com superfície modificada). Já a cepa JAY 270 de Saccharomyces cerevisiae foi imobilizada com sucesso em esferas de alginato de cálcio e em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana. Estudos de fermentação em regime batelada foram conduzidos em shaker orbital para avaliação da produção de etanol, estabilidade, rendimento, taxa de consumo de substratos e taxa de produção de produto. O comportamento destes sistemas foi avaliado através de dados de concentração de substrato e produto em equipamento de HPLC (High-Performance Liquid Chromatograph). A imobilização celular em esferas de alginato de cálcio e em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana permitiu a reutilização das esferas durante oito ciclos de fermentação de aproximadamente 10 horas cada. A produção de etanol para células livres foi 40 g/L e o rendimento foi de 78% e 74,3% utilizando a glicose e a sacarose como fontes de carbono, respectivamente. Para as células imobilizadas em esferas de alginato de cálcio, utilizando a glicose como fonte de carbono, a produção de etanol foi de 33 g/L e o rendimento foi de 64,6 %, utilizando a sacarose, a produção de etanol foi de 33 g/L e o rendimento foi de 61,3%. Para as células imobilizadas em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana, utilizando a glicose como fonte de carbono, a produção de etanol foi de 31 g/L e o rendimento foi de 60,7 % e utilizando a sacarose, a produção de etanol foi de 32 g/L e o rendimento foi de 59,5% / Abstract: The use of immobilized yeast cells in supports systems is a promising technique for the ethanol production. This work proposes to immobilize Saccharomyces cerevisiae cells in montmorillonite K10, zirconium oxide, calcium alginate beads and chitosan covered calcium alginate beads, using glucose and sucrose as carbon sources, in order to observe the behavior of these cells in these media. Studies in this area have demonstrated that immobilized cells are more resistant to temperature, activity, concentration of substrates and metabolites, and a high yield for ethanol fermentation. The montmorillonite K10, sodium alginate and chitosan have been used in the studies had commercial origin, while the zirconium oxide was synthesized and characterized by X-ray Diffraction (XRD) and B.E.T. surface area (Brunauer, Emmet and Teller). Liofilized Saccharomyces cerevisiae did not adhere to solid supports (K10 montmorillonite, zirconium oxide and modified surface zirconium oxide). Since the strain of Saccharomyces cerevisiae, JAY 270, was successfully immobilized in calcium alginate beads and in chitosan covered calcium alginate beads. Studies under batch fermentation were conducted in orbital shaker for evaluation of ethanol production, stability, efficiency, substrate consumption rate and the product production rate. The behavior of these systems was assessed using concentration data of substrate and product in the HPLC equipment (High-performance liquid chromatography). The cell immobilization in calcium alginate beads and chitosan covered calcium alginate beads allowed reusing of the beads during fermentation of eight cycles every 10 hours. The production of ethanol to free cells was 40 g/L and 78% and 74.3% yield using the glucose and sucrose as carbon sources, respectively. For immobilized cells in calcium alginate beads, ethanol production was 33 g/L and 64.6% yield and 33 g/L and 61.3% yield, using glucose and sucrose, respectively. For immobilized cells in chitosan covered calcium alginate beads, ethanol production was 31 g/L and 60.7% yield and 32 g/L and 59.5% yield, using glucose and sucrose, respectively / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Theo Guenter Kieckbusch, Mariana Altenhofen da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campínas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T16:22:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vaz_JulianaMiguel_M.pdf: 25278318 bytes, checksum: 2af6f4b99f503d19043c081e804f17b7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Alginatos são polissacarídeos compostos pela co-polimerização de unidades de beta-D-manuronato (M) e alfa-L-guluronato (G), arranjados em bloco homopoliméricos (poli-M ou poli-G) ou blocos em sequencia alternada, capazes de formar filmes resistentes quando reticulados com cálcio. ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Alginates are linear copolymers of (1,4)-linked beta-D-mannuronate (M) and alfa-L-guluronate (G) units, arranged as homopolymeric blocks (poly-M and poly-G) and blocks with alternating sequence....Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Theo Guenter Kieckbusch / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:10:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carulo_MarcelleFernanda_M.pdf: 3940525 bytes, checksum: ab5d1b191dbed007051ed0c4646483f7 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O desenvolvimento da tecnologia para a fabricação de embalagens biodegradáveis é recente e sua importância cresce com o consumidor mais preocupado com o meio ambiente. Filmes para embalagens biodegradáveis são obtidos a partir de polímeros naturais como polissacarídeos, proteínas e lipídios. Neste trabalho, o polissacarídeo utilizado foi o alginato de sódio e a reticulação foi obtida com íons 'CA POT. ++¿. Glicerol e sorbitol foram ensaiados como plastificantes. Para conferir hidrofobicidade ao filme, investigou-se a incorporação de ácidos graxos saturados (C:4 a C:18) tendo sido dado consideração especial ao ácido caprílico (C:8), por formar filmes transparentes (não emulsionados). As propriedades de filmes contendo 5% e 10% de ácido caprílico (em relação a massa de alginato) foram caracterizadas e comparadas com filmes sem o lipídio. A solubilidade em água aumentou ligeiramente em filmes contendo ácido caprílico e sua resistência mecânica (tensão na ruptura e elongação) diminuiu. A adição de ácido caprílico melhora as propriedades de barreira ao vapor d¿água e reduziu o grau de intumescimento com água. A análise morfológica (MEV) de fratura dos filmes contendo lipídios confirmou sua estrutura interna contínua. Para a confecção de filme ativo utilizou-se sorbato de potássio como agnte antimicótico. Ensaios de liberação indicaram que a difusividade do sorbato é significativamente menor, na presença do ácido caprílico, tendência que foi confirmada em relação à permeabilidade desse soluto no filme / Abstract: The relevance of suitable developments of biodegradable packaging is becoming vital due to consumers awareness and demand for safer and cleaner environment. Biodegradable films used for food packaging can be produced from natural polymers, like proteins, polysaccharides and/or lipids. In this work sodium alginate ws used and the reticulation of the polymeric matrix was strengthened with 'CA POT. ++¿. Glycerol and sorbitol were lested as plasticizers. To impart the hydrophobicity of the film, saturated fatty acids (C:4 to C:18) were incorporated in the film-forming solution, with special consideration to caprilic acid, (C:8), due to its ability to form transparent films (non emulsionated). The properties of films containing 5% or 10% caprilic acid (relative to the mass of alginate) were characterized and compared to films without the lipid. The water solubility increased slightly in films with caprilic acid and their mechanical resistance (tension and elongation at break) decreased. The addition of caprilic acid improved the water vapor barrier capacity and reduced the degree of swelling. Morphological analyses (SEM) of fractures of films with caprilic acid confirmed a continuous internal structure. Active films were manufactured with potassium sorbate as antimicotic agent. Release tests indicate that the sorbate diffusivity inside the film is significantly reduced in the presence of caprilic acid and this tendency was confirmed with sorbate permeation data / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Ângela Maria Moraes, Mara Elga Medeiros Braga / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T00:41:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_CeciliaZorzi_D.pdf: 3611429 bytes, checksum: 9eeaf42b72e5b1a4778cab231780d7c6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: As lesões de pele representam um grande desafio para os profissionais da saúde, sendo que os curativos mais modernos disponíveis atualmente são, em sua maioria, importados e de alto custo. Existe, assim, a necessidade de criar recursos mais acessíveis à população, os quais utilizem matérias-primas renováveis e sejam produzidos por meio de tecnologias simples e de baixo custo. A quitosana e o alginato são biopolímeros biocompatíveis, apresentam propriedades cicatrizantes e são abundantes na natureza, características estas que os tornam atrativos para a confecção de curativos de lesões de pele. A inclusão de agentes antimicrobianos, como polihexametileno biguanida (PHMB), aos curativos produzidos a partir destes biopolímeros pode levar a um melhor desempenho dos mesmos. Neste trabalho de tese, membranas densas e porosas de quitosana-alginato foram obtidas na presença de diferentes quantidades do tensoativo Pluronic F68. Os resultados obtidos mostraram que a inclusão de até 10% (m/m) de tensoativo provoca o aumento da porosidade (de 0,46 para 0,84), da espessura (de 0,08 para 0,50 mm), da rugosidade (de 1,27 para 21,20 µm), da capacidade de absorção de fluidos (de 14,22 para 21,27 g/g para NaCl a 0,9%) e de vapor d¿água (de 15,5 para 36,5%) e a diminuição da resistência à tração (de 31,1 para 1,1 MPa) e do alongamento na ruptura (de 4,0 para 2,0%) das membranas. Os materiais obtidos não se mostraram citotóxicos a fibroblastos de camundongos. O agente antimicrobiano PHMB foi incorporado às membranas por três diferentes métodos: adição à mistura polimérica, adsorção a partir de solução aquosa e impregnação mediada por CO2 supercrítico. A incorporação de PHMB por adição à mistura polimérica foi considerada como a mais satisfatória, pois não provocou alterações no aspecto e morfologia das membranas e resultou em altas eficiências de incorporação, variando entre 72 e 86 %. Observou-se também adequado controle da cinética de liberação, sendo que grande parte do antimicrobiano incorporado não foi liberada em tampão fosfato-salino (PBS), indicando alta afinidade entre o PHMB e a matriz de quitosana-alginato. As membranas apresentaram atividade antimicrobiana adequada, o que sugere que possam ser empregadas como barreira contra microrganismos comumente presentes em lesões de pele, tais como Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa / Abstract: Skin lesions represent a great challenge for health professionals, since most of the existing modern wound dressings are imported and expensive. Therefore, there is a need to create more accessible products to the public, made from renewable raw materials and processed through simple and low cost technologies. Chitosan and alginate are biocompatible biopolymers that have healing properties and are abundant in nature, which are attractive characteristics to the production of wound dressings. The incorporation of antimicrobial agents, such as polyhexamethylene biguanide (PHMB), to these dressings can lead to a better performance. In this work, dense and porous chitosan-alginate membranes were obtained in the presence of different proportions of the surfactant Pluronic F68. It was noticed that inclusion of up to 10% (w/w) Pluronic F68 caused an increase in porosity (from 0.46 to 0.84), thickness (from 0.08 to 0.50 mm), roughness (from 1.27 to 21.20 µm), fluids absorption capacity (from 14.22 to 21.27 g/g for 0.9% NaCl) and water vapor absorption capacity (from 15.5 to 36.5%) and a decrease in tensile strength (from 31.1 to 1.1 MPa) and elongation at break (from 4.0 to 2.0%) of the membranes. The obtained materials were not toxic to mouse fibroblasts. The antimicrobial agent PHMB was incorporated to the membranes through three different methods: addition to the polymeric mixture, adsorption in aqueous solution and via supercritical fluid. The addition to the polymeric mixture was considered the most promising incorporation method, since it had high yields (between 72 and 86 %) and did not cause changes in the membranes aspect and morphology. Release kinetic studies in PBS showed that most of the PHMB loaded remained in the membranes, indicating high affinity between PHMB and the polymeric matrix. The obtained membranes showed adequate antimicrobial activity, having potential applicability as barriers against microorganims commonly found in skin wounds, such as Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa / Doutorado / Engenharia Química / Doutora em Engenharia Quimica

The development of safe, efficient and well-characterized vector systems is one of the greatest limiting factors in gene therapy and transfection methodology. A number of synthetic vectors such as cationic polymers and liposomes have been developed for introducing 'therapeutic' genetic material into the cell. These approaches have the distinct advantage over viral vectors in being relatively non-immunogenic and noninfective. Though the efficiency of this procedure is poor compared to viruses, developing an effective and safe delivery system is a continuing challenge in pharmaceutical research and development. Five novel polymer matrices were developed by chemically modifying alginic acid. Alginic acid is a linear co-polymer consisting of ~-(1-4)-D-mannuronic acid and a- (1-4)-L-guluronic acid. The carbodiimide coupling method was used to couple aromatic amines to the carboxylic acid functional groups on the alginate backbone, thus giving it a cationic character. Diaminoacridine hydrochloride, thionin, basic fuchsin, acridine yellow and diaminomethyl triazine were the aromatic amines used. The polymers were then tested for their efficiency in transfecting the pSV -P-Galactosidase control vector into HeLa cells. Expression of the reporter protein, P-Galactosidase, was quantified using a colorimetric assay. Compared to the controls, the modified compounds showed moderate to significant improvements in transfection capability, with one exception. The matrix prepared by modifying alginate with diaminoacridine hydrochloride proved lethal to the growth of cells in culture. The use of the alginate basic fuchsin matrix resultes in a significant increase in transfection compared to the controls. The polymers prepared using thionin and acridine yellow showed moderate improvements in transfection, when compared to controls. The complex formation between the plasmid and the alginate-basic fuchsin polymer matrix was evaluated using Transmission Electron Microscopy (TEM). Although there was a significant improvement in transfection with basic fuchsin-alginate polymer, the levels of protein expression appeared to be low in this system. Nevertheless, these results demonstrate the potential of modified alginates as vectors for gene delivery.