A área das Ciências Farmacêuticas busca constantemente por tratamentos mais eficientes, direcionados para alvos específicos, com diminuição da dose necessária e com a minimização dos efeitos adversos. Neste contexto, a área de Nanotecnologia Farmacêutica apresenta grande potencial de aplicabilidade, com resultados bastante promissores para o tratamento de diversas doenças. Os sistemas nanoestruturados têm sido avaliados para a incorporação de fármacos já utilizados em tratamentos administrados formas farmacêuticas convencionais que apresentam problemas farmacocinéticos ou farmacodinâmicos quando administrados. E, também, para a incorporação de novas moléculas com potencial para o tratamento de determinada doença. Neste trabalho de tese, nanocápsulas de núcleo lipídico versáteis contendo metotrexato na forma ácida e éster, bromelina, etanercept e infliximab foram desenvolvidas buscando contornar as limitações e aumentar a eficácia terapêutica desses fármacos. Inicialmente, as propriedades anti-inflamatórias de nanocápsulas de núcleo lipídico revestidas por micelas de polissorbato 80 contendo metotrexato encapsulado foram avaliadas em experimentos in vitro e in vivo, em células mononucleares obtidas a partir do líquido sinovial de pacientes com artrite reumatoide e em ratos Lewis com artrite induzida por adjuvante completo de Freund, respectivamente. As nanocápsulas de núcleo lipídico demonstraram serem altamente eficazes no controle da inflamação, sendo que os efeitos anti-inflamatórios in vivo foram alcançados em doses 75% menores que o metotrexato em solução. Na sequência, o tratamento in vitro da linhagem de células de carcinoma de mama humano, MCF-7, com nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede funcionalizadas com bromelina demonstrou uma redução de 160 vezes na concentração necessária para obter o mesmo efeito quando comparada a uma solução de bromelina. A influência das pseudofases aniônicas e catiônicas no mecanismo de distribuição da indometacina, tacrolimus, aciclovir, metotrexato e éster etílico de metotrexato, foram avaliadas aplicando um algoritmo desenvolvido para nanocápsulas de núcleo lipídico. Verificou-se que somente a indometacina sofreu influência da presença de cargas, aumentando a afinidade pela fase dispersa das formulações. Formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede contendo metotrexato na forma ácida e éster encapsulados e/ou funcionalizando a superfície das nanocápsulas foram desenvolvidas e testadas in vitro em linhagens de células tumorais (MCF-7) e em linhagens de células sadias (HaCaT). Essas formulações demonstraram atividade antiproliferativa maior para as MCF-7 (com redução em mais de 50% na viabilidade celular) em comparação com as soluções de metotrexato e éster etílico de metotrexato e esta atividade foi maior para as formulações em que as moléculas foram funcionalizadas na superfície das nanopartículas. A captação das nanopartículas pelas células também foi maior para as formulações funcionalizadas com metotrexato ou éster etílico de metotrexato em comparação com a formulação em que o éster de metotrexato está encapsulado. As três formulações contendo metotrexato na forma ácida ou éster não demonstraram ação antiproliferativa em linhagens de células sadias (HaCaT). Devido à baixa expressão de receptores de folato nessas células, não houve aumento da captação celular em comparação à formulação sem fármaco. Por último, foram desenvolvidas satisfatoriamente formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede funcionalizadas com os anticorpos monoclonais infliximab e etanercept, e contendo éster etílico de metotrexato encapsulado, demonstrando que são adequadas para futuros estudos visando o tratamento da artrite reumatoide. Esse conjunto de resultados demonstra que as nanocápsulas de núcleo lipídico com funcionalização de superfície versátil, sejam revestidas com polissorbato 80 ou multiparede funcionalizadas são um sistema bastante promissor para a administração de fármacos de modo a aumentar sua especificidade e eficácia. / The Pharmaceutical Sciences field is constantly searching for more effective treatments, aiming specific targets, with dose reduction and minimization of side effects. In this context, the Pharmaceutical Nanotechnology field presents great applicability potential, with highly promising results for the treatment of several diseases. Nanostructured systems have been evaluated for the encapsulation of drugs approved for use in conventional pharmaceutical dosage forms that, however, exhibit pharmacokinetic or pharmacodynamics problems when administered, and for the encapsulation of novel molecules with potential to treat a determined disease. In the present thesis, versatile lipid-core nanocapsules containing methotrexate in the acid and ester forms, bromelain, etanercept and infliximab were developed, seeking to circumvent the limitations and increase the therapeutic efficacy of these drugs. Initially, the anti-inflammatory properties of methotrexate-loaded lipid-core nanocapsules coated with polysorbate 80 micelles were evaluated in in vitro and in vivo experiments, using mononuclear cells obtained from the synovial fluid of rheumatoid arthritis patients and Lewis rats with Freund complete adjuvant-induced arthritis. Lipid-core nanocapsules demonstrated to be highly effective in the control of inflammation, and the in vivo anti-inflammatory effects were reached in a dose 75% lower than the methotrexate in solution. In the sequence, the in vitro treatment of a human breast cancer cell line, MCF-7, with bromelina-functionalized multiple-wall lipid-core nanocapsules demonstrated a 160-fold reduction of the concentration required to obtain the same effect when compared with a bromelain solution. The influence of the anionic and cationic pseudo-phases in the distribution mechanism of indomethacin, tacrolimus, acyclovir, methotrexate and methotrexate ethyl ester was evaluated through an algorithm developed for lipid-core nanocapsules. It was verified that only indomethacin underwent influence in the presence of charge, increasing the affinity by the disperse phase of the formulations. Multiple-wall lipid-core nanocapsules formulations containing methotrexate in the acid and ester forms encapsulated and/or functionalizing the surface of the nanoparticles were developed and tested in vitro in tumour MCF-7 cells and in a healthy cell line (HaCaT). These formulations demonstrated higher anti-proliferative activity for the MCF-7 cells (reduction of over 50 % in cellular viability) in comparison with the methotrexate and methotrexate ethyl ester solutions and this activity was higher for the formulations in which the molecules were functionalized in the surface of the nanoparticles. A higher cellular uptake was observed for the formulations functionalized with methotrexate or methotrexate ethyl ester in comparison with the formulations in which the methotrexate ester is encapsulated. The three formulations containing methotrexate in the acid or ester form did not demonstrate anti-proliferative activity in non-tumour cell lines (HaCaT). Since these cells have a small expression of folate receptors, the uptake was not increased in comparison with the formulation without drug. Lastly, formulations of methotrexate ethyl ester-loaded multiwall lipid core nanocapsules functionalized with monoclonal antibodies infliximab and etanercept were successfully developed demonstrating suitability for future studies aiming the treatment of rheumatoid arthritis. These groups of results demonstrate that versatile lipid core nanocapsules, either coated with polysorbate 80 or multiwalled functionalized are a very promising system for the administration of drugs aiming their specificity and efficacy.

Bromelina é um nome coletivo para enzimas proteolíticas encontradas no talo, fruto e folhas do abacaxi (Ananas comosus Merr). A bromelina possui propriedades anti-inflamatórias, de debridamento, entre outras. Para a produção da bromelina deve-se, preferencialmente, usar resíduos do abacaxi, visto que os produtos do fruto têm aplicação comercial. Este trabalho teve como objetivo a extração de bromelina a partir de cascas de abacaxi através de sistema de duas fases aquosas (SDFA), e sua aplicação em hidrogel polimérico. Foram realizados estudos de estabilidade da bromelina comercial, em que se observou maior estabilidade em pH 5,0 com menor perda da atividade relativa em todas as temperaturas estudadas (20, 30, 40 e 50°C). O estudo da extração da bromelina em SDFA formado por polietileno glicol (PEG) e ácido poliacrílico (PAA) (com auxílio da análise de variância de parâmetros como rendimento, fator de purificação e coeficiente de partição) proporcionou rendimento de 335% e fator de purificação de 25,8. Os hidrogéis poliméricos à base de PEG estudados apresentaram-se flexíveis, com pouca elasticidade e taxa de absorção superior a 1000%. Hidrogel carreado de bromelina pelo método de turgescência proporcionou a maior liberação da enzima, assim como a maior atividade (80% da bromelina liberada em 24 h e 278 ± 89 U/mL). / Bromelain is a collective name for the proteolytic enzymes found in the stem, fruit and leaves of pineapple (Ananas comosus Merr.). Bromelain possesses anti-inflammatory properties, debridement, among others. For bromelain production one should preferably use the waste materials, whereas pineapple fruit products have commercial application. This study aimed to extract bromelain from pineapple peels using aqueous two-phase system (ATPS), and its application in polymeric hydrogels. Stability studies of commercial bromelain were performed, which found greater stability at pH 5.0 with minor loss of relative activity at all temperatures studied. The study of bromelain extraction in ATPS composed by polyethylene glycol (PEG) and poly acrylic acid (PAA) (with assistance of variance analysis of parameters such as yield, purification factor and partition coefficient) showed yield 335% and purification factor of 25.8. The PEG-based hydrogels studied presented flexibility, low elasticity and swelling ratio higher than 1000%. Hydrogel containing bromelain, loading by embedding (solvent sorption) method, yielded the highest enzyme release, as well as the highest activity (80% bromelain released over 24 h and 278 ± 89 U / mL).

A área das Ciências Farmacêuticas busca constantemente por tratamentos mais eficientes, direcionados para alvos específicos, com diminuição da dose necessária e com a minimização dos efeitos adversos. Neste contexto, a área de Nanotecnologia Farmacêutica apresenta grande potencial de aplicabilidade, com resultados bastante promissores para o tratamento de diversas doenças. Os sistemas nanoestruturados têm sido avaliados para a incorporação de fármacos já utilizados em tratamentos administrados formas farmacêuticas convencionais que apresentam problemas farmacocinéticos ou farmacodinâmicos quando administrados. E, também, para a incorporação de novas moléculas com potencial para o tratamento de determinada doença. Neste trabalho de tese, nanocápsulas de núcleo lipídico versáteis contendo metotrexato na forma ácida e éster, bromelina, etanercept e infliximab foram desenvolvidas buscando contornar as limitações e aumentar a eficácia terapêutica desses fármacos. Inicialmente, as propriedades anti-inflamatórias de nanocápsulas de núcleo lipídico revestidas por micelas de polissorbato 80 contendo metotrexato encapsulado foram avaliadas em experimentos in vitro e in vivo, em células mononucleares obtidas a partir do líquido sinovial de pacientes com artrite reumatoide e em ratos Lewis com artrite induzida por adjuvante completo de Freund, respectivamente. As nanocápsulas de núcleo lipídico demonstraram serem altamente eficazes no controle da inflamação, sendo que os efeitos anti-inflamatórios in vivo foram alcançados em doses 75% menores que o metotrexato em solução. Na sequência, o tratamento in vitro da linhagem de células de carcinoma de mama humano, MCF-7, com nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede funcionalizadas com bromelina demonstrou uma redução de 160 vezes na concentração necessária para obter o mesmo efeito quando comparada a uma solução de bromelina. A influência das pseudofases aniônicas e catiônicas no mecanismo de distribuição da indometacina, tacrolimus, aciclovir, metotrexato e éster etílico de metotrexato, foram avaliadas aplicando um algoritmo desenvolvido para nanocápsulas de núcleo lipídico. Verificou-se que somente a indometacina sofreu influência da presença de cargas, aumentando a afinidade pela fase dispersa das formulações. Formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede contendo metotrexato na forma ácida e éster encapsulados e/ou funcionalizando a superfície das nanocápsulas foram desenvolvidas e testadas in vitro em linhagens de células tumorais (MCF-7) e em linhagens de células sadias (HaCaT). Essas formulações demonstraram atividade antiproliferativa maior para as MCF-7 (com redução em mais de 50% na viabilidade celular) em comparação com as soluções de metotrexato e éster etílico de metotrexato e esta atividade foi maior para as formulações em que as moléculas foram funcionalizadas na superfície das nanopartículas. A captação das nanopartículas pelas células também foi maior para as formulações funcionalizadas com metotrexato ou éster etílico de metotrexato em comparação com a formulação em que o éster de metotrexato está encapsulado. As três formulações contendo metotrexato na forma ácida ou éster não demonstraram ação antiproliferativa em linhagens de células sadias (HaCaT). Devido à baixa expressão de receptores de folato nessas células, não houve aumento da captação celular em comparação à formulação sem fármaco. Por último, foram desenvolvidas satisfatoriamente formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede funcionalizadas com os anticorpos monoclonais infliximab e etanercept, e contendo éster etílico de metotrexato encapsulado, demonstrando que são adequadas para futuros estudos visando o tratamento da artrite reumatoide. Esse conjunto de resultados demonstra que as nanocápsulas de núcleo lipídico com funcionalização de superfície versátil, sejam revestidas com polissorbato 80 ou multiparede funcionalizadas são um sistema bastante promissor para a administração de fármacos de modo a aumentar sua especificidade e eficácia. / The Pharmaceutical Sciences field is constantly searching for more effective treatments, aiming specific targets, with dose reduction and minimization of side effects. In this context, the Pharmaceutical Nanotechnology field presents great applicability potential, with highly promising results for the treatment of several diseases. Nanostructured systems have been evaluated for the encapsulation of drugs approved for use in conventional pharmaceutical dosage forms that, however, exhibit pharmacokinetic or pharmacodynamics problems when administered, and for the encapsulation of novel molecules with potential to treat a determined disease. In the present thesis, versatile lipid-core nanocapsules containing methotrexate in the acid and ester forms, bromelain, etanercept and infliximab were developed, seeking to circumvent the limitations and increase the therapeutic efficacy of these drugs. Initially, the anti-inflammatory properties of methotrexate-loaded lipid-core nanocapsules coated with polysorbate 80 micelles were evaluated in in vitro and in vivo experiments, using mononuclear cells obtained from the synovial fluid of rheumatoid arthritis patients and Lewis rats with Freund complete adjuvant-induced arthritis. Lipid-core nanocapsules demonstrated to be highly effective in the control of inflammation, and the in vivo anti-inflammatory effects were reached in a dose 75% lower than the methotrexate in solution. In the sequence, the in vitro treatment of a human breast cancer cell line, MCF-7, with bromelina-functionalized multiple-wall lipid-core nanocapsules demonstrated a 160-fold reduction of the concentration required to obtain the same effect when compared with a bromelain solution. The influence of the anionic and cationic pseudo-phases in the distribution mechanism of indomethacin, tacrolimus, acyclovir, methotrexate and methotrexate ethyl ester was evaluated through an algorithm developed for lipid-core nanocapsules. It was verified that only indomethacin underwent influence in the presence of charge, increasing the affinity by the disperse phase of the formulations. Multiple-wall lipid-core nanocapsules formulations containing methotrexate in the acid and ester forms encapsulated and/or functionalizing the surface of the nanoparticles were developed and tested in vitro in tumour MCF-7 cells and in a healthy cell line (HaCaT). These formulations demonstrated higher anti-proliferative activity for the MCF-7 cells (reduction of over 50 % in cellular viability) in comparison with the methotrexate and methotrexate ethyl ester solutions and this activity was higher for the formulations in which the molecules were functionalized in the surface of the nanoparticles. A higher cellular uptake was observed for the formulations functionalized with methotrexate or methotrexate ethyl ester in comparison with the formulations in which the methotrexate ester is encapsulated. The three formulations containing methotrexate in the acid or ester form did not demonstrate anti-proliferative activity in non-tumour cell lines (HaCaT). Since these cells have a small expression of folate receptors, the uptake was not increased in comparison with the formulation without drug. Lastly, formulations of methotrexate ethyl ester-loaded multiwall lipid core nanocapsules functionalized with monoclonal antibodies infliximab and etanercept were successfully developed demonstrating suitability for future studies aiming the treatment of rheumatoid arthritis. These groups of results demonstrate that versatile lipid core nanocapsules, either coated with polysorbate 80 or multiwalled functionalized are a very promising system for the administration of drugs aiming their specificity and efficacy.

A área das Ciências Farmacêuticas busca constantemente por tratamentos mais eficientes, direcionados para alvos específicos, com diminuição da dose necessária e com a minimização dos efeitos adversos. Neste contexto, a área de Nanotecnologia Farmacêutica apresenta grande potencial de aplicabilidade, com resultados bastante promissores para o tratamento de diversas doenças. Os sistemas nanoestruturados têm sido avaliados para a incorporação de fármacos já utilizados em tratamentos administrados formas farmacêuticas convencionais que apresentam problemas farmacocinéticos ou farmacodinâmicos quando administrados. E, também, para a incorporação de novas moléculas com potencial para o tratamento de determinada doença. Neste trabalho de tese, nanocápsulas de núcleo lipídico versáteis contendo metotrexato na forma ácida e éster, bromelina, etanercept e infliximab foram desenvolvidas buscando contornar as limitações e aumentar a eficácia terapêutica desses fármacos. Inicialmente, as propriedades anti-inflamatórias de nanocápsulas de núcleo lipídico revestidas por micelas de polissorbato 80 contendo metotrexato encapsulado foram avaliadas em experimentos in vitro e in vivo, em células mononucleares obtidas a partir do líquido sinovial de pacientes com artrite reumatoide e em ratos Lewis com artrite induzida por adjuvante completo de Freund, respectivamente. As nanocápsulas de núcleo lipídico demonstraram serem altamente eficazes no controle da inflamação, sendo que os efeitos anti-inflamatórios in vivo foram alcançados em doses 75% menores que o metotrexato em solução. Na sequência, o tratamento in vitro da linhagem de células de carcinoma de mama humano, MCF-7, com nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede funcionalizadas com bromelina demonstrou uma redução de 160 vezes na concentração necessária para obter o mesmo efeito quando comparada a uma solução de bromelina. A influência das pseudofases aniônicas e catiônicas no mecanismo de distribuição da indometacina, tacrolimus, aciclovir, metotrexato e éster etílico de metotrexato, foram avaliadas aplicando um algoritmo desenvolvido para nanocápsulas de núcleo lipídico. Verificou-se que somente a indometacina sofreu influência da presença de cargas, aumentando a afinidade pela fase dispersa das formulações. Formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede contendo metotrexato na forma ácida e éster encapsulados e/ou funcionalizando a superfície das nanocápsulas foram desenvolvidas e testadas in vitro em linhagens de células tumorais (MCF-7) e em linhagens de células sadias (HaCaT). Essas formulações demonstraram atividade antiproliferativa maior para as MCF-7 (com redução em mais de 50% na viabilidade celular) em comparação com as soluções de metotrexato e éster etílico de metotrexato e esta atividade foi maior para as formulações em que as moléculas foram funcionalizadas na superfície das nanopartículas. A captação das nanopartículas pelas células também foi maior para as formulações funcionalizadas com metotrexato ou éster etílico de metotrexato em comparação com a formulação em que o éster de metotrexato está encapsulado. As três formulações contendo metotrexato na forma ácida ou éster não demonstraram ação antiproliferativa em linhagens de células sadias (HaCaT). Devido à baixa expressão de receptores de folato nessas células, não houve aumento da captação celular em comparação à formulação sem fármaco. Por último, foram desenvolvidas satisfatoriamente formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico multiparede funcionalizadas com os anticorpos monoclonais infliximab e etanercept, e contendo éster etílico de metotrexato encapsulado, demonstrando que são adequadas para futuros estudos visando o tratamento da artrite reumatoide. Esse conjunto de resultados demonstra que as nanocápsulas de núcleo lipídico com funcionalização de superfície versátil, sejam revestidas com polissorbato 80 ou multiparede funcionalizadas são um sistema bastante promissor para a administração de fármacos de modo a aumentar sua especificidade e eficácia. / The Pharmaceutical Sciences field is constantly searching for more effective treatments, aiming specific targets, with dose reduction and minimization of side effects. In this context, the Pharmaceutical Nanotechnology field presents great applicability potential, with highly promising results for the treatment of several diseases. Nanostructured systems have been evaluated for the encapsulation of drugs approved for use in conventional pharmaceutical dosage forms that, however, exhibit pharmacokinetic or pharmacodynamics problems when administered, and for the encapsulation of novel molecules with potential to treat a determined disease. In the present thesis, versatile lipid-core nanocapsules containing methotrexate in the acid and ester forms, bromelain, etanercept and infliximab were developed, seeking to circumvent the limitations and increase the therapeutic efficacy of these drugs. Initially, the anti-inflammatory properties of methotrexate-loaded lipid-core nanocapsules coated with polysorbate 80 micelles were evaluated in in vitro and in vivo experiments, using mononuclear cells obtained from the synovial fluid of rheumatoid arthritis patients and Lewis rats with Freund complete adjuvant-induced arthritis. Lipid-core nanocapsules demonstrated to be highly effective in the control of inflammation, and the in vivo anti-inflammatory effects were reached in a dose 75% lower than the methotrexate in solution. In the sequence, the in vitro treatment of a human breast cancer cell line, MCF-7, with bromelina-functionalized multiple-wall lipid-core nanocapsules demonstrated a 160-fold reduction of the concentration required to obtain the same effect when compared with a bromelain solution. The influence of the anionic and cationic pseudo-phases in the distribution mechanism of indomethacin, tacrolimus, acyclovir, methotrexate and methotrexate ethyl ester was evaluated through an algorithm developed for lipid-core nanocapsules. It was verified that only indomethacin underwent influence in the presence of charge, increasing the affinity by the disperse phase of the formulations. Multiple-wall lipid-core nanocapsules formulations containing methotrexate in the acid and ester forms encapsulated and/or functionalizing the surface of the nanoparticles were developed and tested in vitro in tumour MCF-7 cells and in a healthy cell line (HaCaT). These formulations demonstrated higher anti-proliferative activity for the MCF-7 cells (reduction of over 50 % in cellular viability) in comparison with the methotrexate and methotrexate ethyl ester solutions and this activity was higher for the formulations in which the molecules were functionalized in the surface of the nanoparticles. A higher cellular uptake was observed for the formulations functionalized with methotrexate or methotrexate ethyl ester in comparison with the formulations in which the methotrexate ester is encapsulated. The three formulations containing methotrexate in the acid or ester form did not demonstrate anti-proliferative activity in non-tumour cell lines (HaCaT). Since these cells have a small expression of folate receptors, the uptake was not increased in comparison with the formulation without drug. Lastly, formulations of methotrexate ethyl ester-loaded multiwall lipid core nanocapsules functionalized with monoclonal antibodies infliximab and etanercept were successfully developed demonstrating suitability for future studies aiming the treatment of rheumatoid arthritis. These groups of results demonstrate that versatile lipid core nanocapsules, either coated with polysorbate 80 or multiwalled functionalized are a very promising system for the administration of drugs aiming their specificity and efficacy.

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T11:03:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesar_AnaClaudiaWabiszczewicz_D.pdf: 433934 bytes, checksum: b603e81d6b5be21cf414417fb7c4a679 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O Brasil encontra-se entre um dos maiores produtores mundiais de abacaxi ocupando o terceiro lugar no ranking mundial. Visando o aproveitamento do material considerado resíduo agrícola (caule e folhas) e resíduos do processamento do fruto, muitos estudos tem sido realizados para a obtenção de enzimas proteolíticas do abacaxi. As enzimas proteolíticas de origem vegetal são provenientes principalmente do figo (ficina), do mamão (papaína) e do abacaxi (bromelina). Por bromelina entende-se o conjunto de enzimas proteolíticas produzidas por plantas da família das Bromeliaceae. É uma enzima de amplo uso na indústria alimentícia para o amaciamento de carne e clarificação da cerveja, para o amaciamento de couro, e na indústria farmacêutica, em medicamentos destinados a distúrbios de digestibilidade,e também por sua ação antiinflamatória e antimucolítica. O desenvolvimento de novos processos de extração e purificação de proteínas é muito importante, uma vez que esta é uma etapa limitante na produção de bioprodutos. O presente trabalho propõe um processo de recuperação da bromelina do fruto de abacaxi por técnica de precipitação do caldo prensado com etanol frio onde foram obtidos resultados demonstrando que em uma precipitação em 1 estágio com 80% v/v de etanol a 5°C é possível recuperar praticamente toda a enzima originalmente presente, aumentando de 3 a 5 vezes a atividade específica inicial e purificação através da extração líquido-líquido em duas fases aquosas, formado por duas fases aquosas imiscíveis ou parcialmente miscíveis entre si , obtidas pela adição de polímeros hidrofílicos ou um desses polímeros e um sal , como o sistema PEG ( polietileno glicol ) e o fosfato de potássio. O trabalho apresenta um estudo sobre os custos do processo e estimativas sobre o preço de venda e retorno sobre o investimento , demonstrando a viabilidade econômica da proposta quer para utilização como pré-processo nos tradicionais sistemas cromatográficos, quer para sua comercialização direta, como alternativa para o produtor do abacaxi, ou do fabricante de sucos e compotas / Abstract: Brazil is one of the world¿s largest producers of pineapples, its production being the third one in the world. To take advantage of the residues from fruit processing, many studies have been conducted to obtain proteolytic enzymes from them. These proteolytic enzymes are extracted mainly from fig (ficine), papaya (papain), and pineapple (bromelain). Bromelain is a mixture of proteolytic enzymes found in Bromeliaceae family. It is an enzyme with ample use in food industry for meat tenderizer and beer clarification, in leather and pharmaceutical industries, in drugs for digestion disorders, anti-inflammatory action, and anti-colitis action. The development of new extraction and purification processes of proteins is very important, as this is a limiting step in the production of byoproducts. The present work proposes a recovery process of bromelain from pineapples by precipitation of their pressed juice with cold ethanol, whereby a one stage precipitation with 80% v/v of ethanol at 5°C made possible the recovery of practically all originally present enzyme, increasing from 3 to 5 times the initial specific activity and purification by a liquid-liquid extraction in two aqueous phases, formed by immiscible aqueous phases or partially miscible ones, which are obtained from the addition of hydrophilic polymers or one of these polymers and a salt, such as PEG system (polyethylene-glycol) and potassium phosphate. This work presents a study about the costs of this process and the estimated sale prices as well as its return of investment, showing its economic viability, whether it is for use as a pre-process in traditional chromatographic systems or direct commercialisation, as an alternative for the pineapple producer of the juice market / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Flavio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T19:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leite_ManuelaSouza_M.pdf: 3717840 bytes, checksum: 1a32cacbced30083293d8c9bba042e0c (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Devido à crescente importância econômica de biosistemas é imprescindível a introdução de estratégias de monitoração e controle de forma a garantir altos rendimentos, reprodutibilidade, confiabilidade e redução nos custos. A aplicação de controladores juzzy nestes sistemas tem crescido consideravelmente devido a sua capacidade de adaptação às não-linearidades do processo, uma vez que os controladores convencionais possuem ação limitada. O alto valor agregado da bromelina e sua crescente demanda em aplicações farmacêuticas e industriais justificam a necessidade de utilização de controladores avançados que proporcionem condições operacionais adequadas para a recuperação e purificação desta enzima. O controle da temperatura no processo de precipitação de bromelina é fundamental para a redução da desnaturação da enzima e, conseqüentemente, melhora na. qualidade final do produto obtido. Neste trabalho foi desenvolvida uma automação, baseada em instrumentos inteligentes Fieldbus, para monitoramento das variáveis de um sistema para extração de bromelina. Foi realizado um estudo comparativo do desempenho dos controladores convencional e avançado (controlador fuzzy), aplicados na manutenção da temperatura interna de um tanque de precipitação da bromelina. O 10 método de Ziegler-Nichols foi utilizado para a sintonia dos controladores convencionais. Os parâmetros para o controlador PID foram: Kc = 35 %fOC, 'ti = 28 s e 'td = 7 s; e para o controlador PI: Kc = 35 %/oC e 'td = 31 s. O software MATLAB foi utilizado para o desenvolvimento e sintonia do controlador fuzzy, b<).seada em mudança no conjunto universo, na base de regras e na disposição das funções de pertinência do controlador. Na análise comparativa entre os tipos de controladores utilizados no sistema foi observado um melhor desempenho do controlador juzzy, apresentando: menor valor do critério do erro IT AE, menor tempo de subida e melhor desempenho da variável manipulada, uma recuperação da atividade proteolítica da enzima 80 % maior e uma redução de 58 % no consumo de energia elétrica, quando comparado com controladores convencionais / Abstract: The use of fuzzy controllers in bioprocesses has increased greatly in the last few years. In conventional controllers, assumptions and simplifications are often made to build a precise mathematical model that may be far from the real situation. In contrast, fuzzy controllers are an attractive technique for the control of plants that are ill-defined or non-linear systems. The high commercial value of the bromelain and its increasing demand in pharmaceutical and industrial applications justify the necessity of control to provide adequate operational conditions. Temperature control is crucial to avoid the irreversible protein denaturation and consequently to improve the precipitation yield. This work focus on the development of a comparative study between conventional and fuzzy controllers applied to a bromelain recover process from pineapple juice through the precipitation process with a1cohol at a low temperature, using Fieldbus network architeture. The Ziegler Nichols method was used to tuning conventional controllers. The parameters K: = 35 %/oC, 'ti = 28 s e 'td = 7 s was used to PID controller and K: = 35 %/oC e 'td = 31 s was used to PI controller. To tuning the fuzzy controller was tested different uni verse of discourse, base of rules and support sets of membership functions. The experimental results show the effectiveness of fuzzy controller in comparison with the conventional controllers. The fuzzy-PI controller presented reduced error parameter (ITr / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T17:39:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_JulianaFerrari_M.pdf: 1163600 bytes, checksum: 2fad54014afb77b7e2ead964968cb026 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A bromelina é uma protease de origem vegetal, obtida de diversas espécies da família Bromeliaceae, que está presente no talo e no fruto do abacaxi. O uso da bromelina é baseado em sua atividade proteolítica nas indústrias alimentícias e principalmente na farmacêutica brasileira. A bromelina é muito bem documentada pelos seus efeitos curativos em todas as condições inflamatórias, além de ter sua eficácia provada na cura de vários outros problemas de saúde, tais como: angina, indigestão e problemas respiratórios. Vários métodos de purificação da bromelina estão em estudo, sobretudo da bromelina do talo. A extração líquido-líquido é aplicada há muitos anos como uma valiosa técnica laboratorial de separação. Esta pode ser usada como um passo da pré-purificação usando um sistema de duas fases aquosas. Esses sistemas foram testados com sucesso, são sistemas formados por duas fases aquosas imiscíveis ou parcialmente miscíveis entre si, obtidas pela mistura de polímeros hidrofílicos ou um desses polímeros e um sal, como o sistema PEG (polietileno glicol) e o fosfato de potássio. O presente trabalho estudou a caracterização da enzima e a recuperação da bromelina presente na casca e talo do abacaxi, por extração líquido-líquido em sistemas de duas fases aquosas PEG/ fosfato. Realizou-se ensaios em batelada para a extração e recuperação da enzima, utilizando como indicador o coeficiente de partição. Obtiveram-se diagramas de fases para o sistema fosfato de potássio e polietileno glicol 1500 e 4000 nos pH¿s de 6 a 11, a 25 °C. Estudou-se três diferentes ¿tie-lines¿. Analisou-se a influência do pH e do comprimento das ¿tie-lines¿ no coeficiente de partição da enzima / Abstract: The bromelains are proteases from vegetable origin, obtained from several species of Bromeliaceae family, which are found in pineapple¿s stem and fruit. The bromelains uses are based on its proteolytic activity on food industries and mostly at Brazilian pharmaceutical industry. The bromelains has been documented by its therapeutic effects at all inflammatory conditions, in addition to its attested efficiency of cure of various health problems, such as angina, indigestion and respiratory problems. Various bromelains¿ purification methods has been studied, particularly of stem¿s bromelain. Aqueous two-phase systems has been applied for several years as a good laboratorial separation technique and they can be used as a prepurification step. These systems have been tested with large success. The systems are formed by two aqueous phases immiscible or partially miscible within themselves, obtained by the addition of hydrophilic polymers or one hydrophilic polymer and a salt, such as the poly(ethylene glycol) ¿ PEG ¿ and potassium phosphate salt systems. This work studied the enzyme characterization and recuperation presented in the pineapple¿s stem and skin, by aqueous two-phase systems liquid-liquid extraction. Batch assays were performed aiming the enzyme extraction and recuperation, using the partition coefficient as indicator. The phase diagrams from PEG and potassium phosphate salts aqueous two-phase systems were obtained for PEG molecular weight of 1500 and 4000 at pH 6.0 to 11.0, at 25 ºC. Three different tie-lines were also studied. The pH and tieline length influence on the enzyme partition coefficient were analysed. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Flavio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T21:48:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_ReginaLuciadeAndradedos_M.pdf: 2611251 bytes, checksum: 3243445f76398670aa1390de96139a08 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Com o advento do sistema digital em rede (fieldbus) e a ampla divulgação das vantagens da utilização desta nova tecnologia aliada ao uso de instrumentos inteligentes, tornou-se inquestionável a melhora no desempenho e confiabilidade dos dados obtidos através deste sistema para o controle em novas plantas industriais ou em sistemas destinados à pesquisa tecnológica. Estratégias de controle clássicas, tais como o controle PID (proporcional ¿ integral ¿ derivativo), são largamente utilizadas no setor industrial devido à sua robustez e facilidade de implementação, embora limitações possam ser observadas quanto à adequação destes controladores às não-linearidades presentes nos sistemas reais. A utilização dos controladores adaptativos (baseados em parâmetros variáveis) permite tais adequações respeitando a dinâmica dos sistemas. Nas últimas décadas tem-se notado um significante aumento na aplicação da teoria de controladores avançados, entretanto, a sua utilização no setor produtivo ainda é incipiente. Apresenta-se, neste trabalho, uma automação híbrida alternativa para monitoramento, em tempo real, das variáveis de processo de um sistema para precipitação da enzima bromelina com supervisão, em tempo real, das condições do processo sob diferentes perturbações na carga, usando estratégia SISO em arquitetura de rede Fieldbus. Além disso, por se tratar de um bioprocesso, em batelada, as não linearidades e o aspecto essencialmente transiente da operação evidenciam a inevitável prioridade na aplicação dos controladores avançados, uma vez que os controladores convencionais possuem ação limitada neste tipo de sistema, garantindo a qualidade final da enzima obtida. Através dos resultados obtidos pôde-se comprovar a que ambos os controladores PID convencional e adaptativo tiveram um bom desempenho na manutenção da temperatura, porém houve um melhor desempenho com o PID adaptativo como foi observado pelos parâmetros de desempenho ITAE, overshoot e tempo de subida / Abstract: Fieldbus technology and intelligent sensors/actuators are increasingly being used in automated systems, opening up new possibilities for distributed control structures, mainly in new plants and research applications where is very important to have a flexible automation structure to different plant conditions with huge flow of information. Significant improvements have been seen in advanced controllers over the last years. However, linear PID controller is still applied extensively in industrial practice. The reason lies in its robustness and well-Known control design and implementation, although assumptions, simplifications, or lumping parameters are often made to build a mathematical model that may be far from the real situation. The behavior of most physical systems, especially bath systems, is nonlinear. Linear control may be effective for local operation, but is inadequate for controlling operations over a broad range. Adaptive controllers are nonlinear systems, which are commonly based on linear control theory. Despite many publications in the last decades illustrating advantages of adaptive controllers, this Kind of control is still not so common in industrial practice. One of reasons for the low incidence of application is relative difficulty to implement this controller. In this study, a comparative experimental design and tuning of conventional PID and adaptive PID controllers was developed for a pilot plant batch to precipitate of enzyme bromelain, using SISO strategy in fieldbus network architecture. The system was applied to the on line control of temperature of the extraction tank, involving a performance control analysis, under different load disturbances. From the results of this work, both controllers were considered suitable to control the temperature of the fedbatch tank. Nevertheless, the closed loop performance was improved under adaptive PID controller: the performance index ITAE, the overshoot and the rise time decreased. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T08:45:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sbruzzi_Dalva_M.pdf: 1983604 bytes, checksum: 3ca47c66cbfb0f6dcff7d83c5b614ccc (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O curauá (Ananas Erectifolius L.B. Smith), espécie vegetal de porte herbáceo, é uma monocotiledônea pertencente à família Bromeliaceae, nativa da região norte do Brasil, especialmente da Amazônia, de onde pode ser extraída a bromelina. Essa faz parte de um grupo de enzimas proteolíticas, usadas na indústria alimentícia e como medicamento, pois oferece amplo espectro de eficácias terapêuticas: antiedemas, anti-inflamatórias, antitrombóticas e atividades fibrinolíticas. O desenvolvimento de novos processos de extração e purificação de proteínas é muito importante, uma vez que essa é uma etapa limitante na produção de bioprodutos. Sistemas de duas fases aquosas são amplamente utilizados para a separação e purificação de biomoléculas. As vantagens da extração em duas fases aquosas, em comparação com outros métodos de purificação, são o elevado rendimento, a faixa de trabalho próxima do equilíbrio, a fácil ampliação de escala e o uso em processos contínuos. Esta pesquisa propõe a caracterização da bromelina do curauá e a sua purificação por extração líquido-líquido em duas fases aquosas, formadas por um polímero (polietilenoglicol) e um sal (fosfato de potássio). Apresenta também um estudo sobre os custos do processo e o preço de venda estimado, e demonstra a sua viabilidade econômica, quer seja para uso como pré-processo nos tradicionais sistemas cromatográficos, quer para a comercialização direta, como alternativa para a bromelina do abacaxi. Os resultados da caracterização mostraram que as condições ideais de trabalho são pH 8,5 e temperatura 35º C para a variedade branca, e pH 8,5 e 30º C de temperatura para a variedade roxa. A massa molar é de 24 kDa, e o melhor sistema de partição da bromelina foi o SBA PEG 4000 em pH 9. A solução enzimática dos melhores sistemas contém 7 U de bromelina e, aproximadamente, 17 mg/L de proteína total medida por Bradford (curauá branco); e 6 U de bromelina e, aproximadamente, 23 mg/L de proteína total medida por Bradford (curauá roxo). O preço de venda calculado para um litro dessa solução enzimática, quando não se obtém lucro (margem de lucro desejada é 0%), foi estimado em R$75,06. Assim, pode-se concluir que o processo de purificação da bromelina das folhas de curauá, ao ser utilizado sistema bifásico aquoso, PEG/sal, é promissor no que diz respeito a sua possibilidade de produção em escala industrial / Abstract: Curaua (Ananas erectifolius L.B. Smith) is a mocotyledonous herbaceous specie belonging to the Bromeliaceae family and it is native to the north region of Brazil, especially the Amazonian Complex, that we can extract bromelain which belongs to a group of proteolytic enzymes derived from herbaceous species of Bromeliaceae family, which are used in food industries and as drugs as such as they offer a wide spectrum of therapeutic efficacies: antiedemateous, antiinflammatory, antithrombotic and fibrinolytic activities. The development of new extraction and purification processes of proteins is very important, as this is a limiting step in the production of bioproducts. Aqueous two-phase systems are widely used for separation and purification of biomolecules. The advantages of aqueous two-phase extraction compared to other purification methods lie in high productivity, working range close to equilibrium, easy scale up and use in continuous processes. This research proposes the curaua's bromelain characterization, and its purification by a liquid-liquid extraction in aqueous two-phase system, formed by a polymer (polyethylene glycol) and a salt (potassium phosphate). It also presents a study about the costs of this process and the estimated sale price, showing its economic viability, whether it is for use as a pre-process in traditional chromatographic systems or direct commercialization, as an alternative for the bromelain of pineapple. The curaua's bromelain characterization results showed that the ideal working conditions are pH 8.5 and 35 ºC of temperature to white variety and pH 8.5 and 30°C of temperature to purple variety. The curaua's molecular weight is 24 kDa and the best bromelain partitioning system was the SBA PEG 4000 at pH 9. The enzyme solution of the best purification system contains 7 U of bromelain and about 17 mg/L of total protein measured by Bradford (white curaua) and 6 U of bromelain and about 23 mg/L of total protein measured by Bradford (purple curaua). The estimated sale price for a liter of this enzyme solution, when profit is not achieved (0% of desired markup), was estimated at R$ 75, 06. So, the curaua's bromelain purification process using an aqueous two-phase system, PEG/salt, is promising with regard to the possibility of industrial scale production / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tamborgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T23:13:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borracini_HeloisaMariaPitaro_M.pdf: 561004 bytes, checksum: e3b9d20443cd5c9315ba77c397ee51dc (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Bromelina é o nome dado a um conjunto de enzimas proteolíticas encontradas nos vegetais da família Bromeliaceae, da qual o abacaxi é o mais conhecido. A bromelina tem diversos usos, todos baseados em sua atividade proteolítica. Com a necessidade de desenvolver novos processos de purificação e concentração desses compostos, a extração líquido-líquido por rnicela reversa mostra-se como uma técnica atrativa, pois a micela reversa possui a capacidade de solubilizar biomoléculas específicas de uma solução aquosa, como o extrato bruto do abacaxi. O objetivo desse trabalho foi estudar a recuperação da enzima bromelina através da técnica de extração líquido-líquido por rnicelas reversas. Para tanto, utilizaram-se três sistemas micelares distintos formados a partir de BDBAC (agente tensoativo catiônico), AOT (agente tensoativo aniônico) e CTAB (agente tensoativo catiônico). Foram realizados planejamentos estatísticos com o intuito de realizar uma triagem das variáveis significativas em cada processo. A metodologia de superfície de resposta foi empregada para quantificação dos níveis das variáveis significativas à extração. No presente trabalho são apresentados estudos da influência conjunta que alguns parâmetros exercem sobre a extração líquido-líquido da bromelina com rnicelas reversas, nas etapas de extração e re-extração, para fins de caracterização, modelagem e otirnização / Abstract: Bromelain is a set of proteolitics enzymes found in vegetables of the Bromeliaceae family, from which pineapple is known more. Bromelain has several uses, alI based on its proteolitics activity. There are the necessity to develop new processes for purification and concentration of these composites, the liquid-liquid extraction by reversed micelles reveals as one attractive technique, therefore it has had the specific capacity of getting solub1e biomolecules of an aqueous solution, as the crude extract of the pineapple. This is a study on the recovery of bromelain through liquid-liquid extraction by reversed micelles. Three distinct micelar systems formed from BDBAC (cationic surfactant), AOT (anionic surfactant) and CTAB (cationic surfactant) were employed. Statistical designs were used to select the most significant variables for each process. Surface response methodology was used to quantify the levels of the significant variables. In this work systematic studies are performed on the influence that certain parameters have on the recovery of bromelain through liquid-liquid extraction by reversed micelles, concerning forward and back extration. The goal is the system mathematical characterization and otimization / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química