Human practices have resulted in great damage to the environment. Carbon-depletion, water and air pollution, as well as global warming are examples of the environmental footprints caused by several industries and their related applications. Detergency (cleaning) is widely practiced operation in household, industry and institutional sectors and thus consumes significant amounts of water, energy and chemicals and, therefore, contributes appreciably to the environmental destruction. This process is still not fully understood, on a molecular level, and not acceptably optimised. Therefore, this study is a contribution toward a better fundamental understanding and optimisation of protein stain removal from interfaces, which may ultimately result in the development of environmentally friendly and sustainable cleaning products and technologies. In this research, the cleaning of rubisco, a grassy protein stain, from different surfaces (hydrophobic, hydrophilic, and dyed) using different cleaning agent formulations was investigated. These studies encompassed experimental work and fundamental analysis in terms of mathematical modelling. The results revealed a consistent correlation between enzyme adsorption kinetics and stain cleanability. Higher adsorption and desorption absolute rates ( a k and d k ) resulted in higher enzyme mobility and thus higher stain cleanability regardless of the enzyme adsorbed amount. Surface chemistry underlying the stain has indirectly influenced stain cleanability through the alteration of enzyme adsorption kinetics. Such fundamental findings may aid in screening enzyme candidates for detergent formulations and may also assist in designing easily cleanable surfaces. Another fundamental finding is the cooperative cleaning mechanism of surfactant and enzyme of rubisco stain from different interfaces. The break down of intermolecular physical bonds between interfacial rubisco molecules by surfactants and the break down of the intramolecular covalent bonds by enzyme resulted in a higher protein displacement from interfaces. The overall protein removal by the two different actions of surfactant and enzyme showed a superiority of a biosurfactant-enzyme formulation. This finding may have significant implications on developing sustainable detergents that have superior cleaning performance and no or minimal environmental hazard. Overall, the findings reported in this Ph.D. thesis may form a basis for further comprehensive scientific research, which may ultimately provide detergent market with more efficient and optimum cleaning products and technologies.

Nous présentons dans ces travaux des méthodes de résolution duales des problèmes de contact avec frottement de Coulomb. De tels problèmes sont souvent résolus par application de méthodes d'éléments finis formulés en déplacements, vérifiant les équations de compatibilité et les conditions de contact et de frottement. Les méthodes duales consistent en la formulation du problème en termes de contraintes, vérifiant les équations d'équilibre local et les conditions de contact et de frottement et permettant d'obtenir une meilleure approximation du champ de contraintes qu'avec les méthodes classiques. <br /><br />Nous abordons dans cette thèse de nombreux points relatifs à la mise en place de la méthode d'éléments finis formulée en contraintes, à la résolution du problème via diverses méthodes numériques et à la prise en compte des conditions de contact et de frottement. Des comparaisons entre les résultats obtenus par cette méthode et par une méthode classique sont effectuées et montrent le gain de précision en termes de contraintes.<br /><br />Deux applications directes de la méthode sont proposées, la première est l'estimation d'erreur, elle permet d'évaluer l'erreur due à la discrétisation du problème de contact et de frottement par la méthode des éléments finis. La seconde est l'amélioration de la solution par raffinement ou remaillage, qui vise à diminuer cette erreur tout en minimisant les temps de calcul.

Le caoutchouc industriel est présent dans de nombreuses applications, de la plus basique à la plus technique. Son mode de défaillance prépondérant est la rupture due à la propagation de fissures par fatigue : les sollicitations mécaniques ainsi que l'atmosphère extérieure provoquent dans un premier temps l'apparition d'une amorce de fissure. Sous l'effet des sollicitations mécaniques, cette fissure se propage jusqu'à rupture de la pièce. L'objectif de ce travail est de faciliter la simulation numérique de la propagation de fissures dans les élastomères. Pour cela, on utilise la méthode des éléments finis étendus X-FEM. Cette méthode a été développée afin de limiter le recours au remaillage dans le cadre de la fissuration des métaux. En outre, elle permet d'enrichir l'approximation éléments finis par des fonctions provenant de la physique du problème. La première partie de ce travail consiste à adapter cette méthode à la mécanique non-linéaire de la rupture. On s'intéresse en particulier au choix de la formulation de résolution ainsi qu'à la recherche de fonctions d'enrichissement adaptées. Dans un deuxième temps, on s'intéresse à l'enrichissement des formulations mixtes pour la gestion de la contrainte d'incompressibilité. Des stratégies ont été développées afin de préserver la stabilité de ces formulations. Ces enrichissements permettent la vérification de la condition inf-sup dans le cas de trous, des inclusions et des fissures sous l'hypothèse des petites perturbations. Enfin, dans une troisième partie, on détaille l'application du concept de forces configurationnelles comme critère directionnel pour la propagation de fissures 2D et 3D.

En vue de répondre à l'absence de données complètes et réalistes de la part des fournisseurs, la connaissance du comportement des ferrites MnZn qui équipent les noyaux des composants haute fréquence a progressé nettement grâce à l'apport d'une nouvelle méthode de caractérisation des matériaux magnétiques. Contrairement aux méthodes normalisées, cette méthode, basée sur la mesure de deux impédances électriques complémentaires, permet d'accéder, à toute fréquence, aux données perméabilité et permittivité complexes. En ce qui concerne les formulations par éléments finis, les formulations générales en 3D ont été réécrites avec des propriétés physiques complexes, à l'aide de deux types de potentiel: le potentiel électrique et magnétique. Les hypothèses bidimensionnelles cartésienne et axisymétrique sont aussi utilisées. Le couplage avec les équations du circuit électrique d'alimentation est réalisé par la méthode des potentiels électriques intégrés dans le temps. Cette méthode généralement utilisée en 3D est adaptée pour les problèmes 2D. Les problèmes des capacités parasites liés aux effets des interactions électriques en haute fréquence sont aussi présentés. Pour la modélisation à des fréquences élevées, l'influence du champ magnétique sur le fonctionnement du composant n'est plus négligeable. Un modèle magnétique devient nécessaire afm de tenir compte de l'inductance d'un composant. Plusieurs études récentes sur les effets des interactions magnétiques électriques en haute fréquence sont montrées. Chaque méthode a comme particularité la nécessité des approximations, dans la plupart des cas géométriques, par rapport au problème qui est essentiellement tridimensionnel. Une modélisation par la méthode des éléments fmis utilisant la formulation axisymétrique couplée avec les équations de circuit électrique est proposée et bien adaptée pour une caractérisation électromagnétique des composants bobinés.

Rotordynamics is an important area in mechanical engineering. Many machines contain rotating parts. It is well known that rotating components can develop large amplitude lateral vibrations near certain speeds called critical speeds. This large amplitude vibration is called rotor whirl. This thesis is about rotor whirl. Conventional treatments in rotordynamics use what are called gyroscopic terms and treat the rotor as a one-dimensional structure (Euler-Bernoulli or Timoshenko) with or without rigid masses added to them. Gyroscopic terms are macroscopic inertial terms that arise due to tilting of spinning cross-sections. This approach, while applicable to a large class of industrially important rotors, is not applicable to a general rotor geometry. In this thesis we develop a genuine continuum level three dimensional formulation for rotordynamics that can be used for many arbitrarily shaped rotors. The key insight that guides our formulation is that gyroscopic terms are macroscopic manifestations of the prestress induced due to spin of the rotor. Using this insight, we develop two modal projection techniques for calculating the critical speed of arbitrarily shaped rotors. These techniques along with our prestress based formulation are the primary contributions of the thesis. In addition, we also present two different nonlinear finite element based implementations of our formulation. One is a laborious load-stepping based calculation performed using ANSYS (a commercially available finite element package). The other uses our nonlinear finite element code. The latter two techniques are primarily developed to provide us with an accurate answer for comparison with the results obtained using the modal projection methods. Having developed our formulation and the subsequent modal projection approximations, we proceed to validation. First, we analytically study several examples whose solutions can be easily obtained using routine methods. Second, we consider the problem of a rotating cylinder under axial loads. We use a semi-analytical approach for this problem and offer some insights into the role played by the chosen kinematics for our virtual work calculations. The excellent match with known results obtained using Timoshenko theory validates the accuracy of our formulation. Third, we consider several rotors of arbitrary shape in numerical examples and show that our modal projection methods accurately estimate the critical speeds of these rotors. After validation, we consider efficiency. For axisymmetric rotor geometries, we implement our formulation using harmonic elements. This reduces the dimension of our problem from three to two and considerable savings in time are obtained. Finally, we apply our formulation to describe asynchronous whirl and internal viscous damping phenomena in rotors.

O pinhão é a semente do Pinheiro do Paraná (Araucaria angustifolia) que cresce naturalmente nos Estados do Sul do Brasil, sendo consumido normalmente cozido durante a época de safra. Existem alguns estudos com pinhão, mas pouco se tem feito para aumentar sua aplicabilidade como ingrediente em desenvolvimento de novos produtos. O objetivo deste trabalho foi utilizar os componentes do pinhão na forma de amido, farinha, extrato fenólico da casca e casca em pó, como ingredientes naturais para o desenvolvimento de produtos inovadores nas indústrias farmacêutica e de alimentos. Este trabalho está dividido em duas etapas: desenvolvimento de formulações para uso tópico na área da indústria farmacêutica, e desenvolvimento de filmes comestíveis na área da indústria de alimentos. Na primeira etapa do trabalho foram desenvolvidos dois tipos de formulações de uso tópico, gel e emulgel, com amido de pinhão e extrato fenólico da casca. Foi analisada a estabilidade em curto prazo, através de ciclos de estresse térmico, e durante seis meses de armazenamento. Além disso, foi realizada uma análise sensorial discriminativa comparando as formulações com seus controles e análise de eritema e pH da pele através de sondas não invasivas. Ainda, foram estudadas possíveis correlações entre parâmetros físicos e reológicos das formulações ao longo do tempo de armazenamento através da matriz de correlações de Pearson. Os resultados desta etapa do trabalho demonstraram que as formulações cosméticas mantiveram seu aspecto físico e comportamento pseudoplástico após os ciclos de estresse e durante os seis meses de armazenamento, com uma boa estabilidade. A adição de amido de pinhão manteve a espalhabilidade e aumentou a viscosidade das formulações em comparação com seus controles. O extrato fenólico da casca mostrou-se uma boa fonte de compostos fenólicos com atividade antioxidante, a qual se manteve estável mesmo após estresse térmico. Nos estudos em voluntários humanos, as formulações não apresentaram quaisquer sinais de irritação cutânea ou alteração de pH da pele. A formulação tipo emulgel foi considerada como tendo maior capacidade de se espalhar na pele e sensação de filme aveludado, menor pegajosidade e percepção na pele após 5 minutos da aplicação, o que sugere que a formulação, além de melhor espalhamento, não deixa sensação residual na pele. Através das análises de correlação concluiu-se que quanto maior o conteúdo de umidade maior o índice de consistência, índice de qualidade e viscosidade aparente, e, por outro lado, menor o índice de fluxo e, quanto maior o tamanho médio de partícula, menor o índice de consistência, índice de qualidade e viscosidade aparente. Na segunda etapa do trabalho foram desenvolvidos filmes comestíveis à base de amido e farinha de pinhão, com e sem adição de casca de pinhão moída. Primeiramente foi avaliada a possibilidade da utilização de glicerol, sorbitol, sacarose e xarope de glicose como plastificantes no desenvolvimento de filmes de amido. Foi avaliado o efeito da quantidade de amido de pinhão e sorbitol na formação dos filmes através de um planejamento experimental 22 com pontos axiais e a influência destas variáveis foi avaliada nas propriedades mecânicas, de cor e opacidade, solubilidade e espessura dos biofilmes formados. Foram desenvolvidos também filmes à base de amido e farinha de pinhão plastificados com diferentes quantidades de glicerol. Estes filmes foram caracterizados e comparados entre si em relação à espessura, permeabilidade a vapor d'água (PVA), temperatura de transição vítrea, microscopia eletrônica de varredura (MEV), porosidade aparente (Ø), cor, opacidade e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Além disso, as matérias-primas foram analisadas através da umidade, atividade de água (Aw), Ø e propriedades de pasta. Após, foram desenvolvidos filmes à base de farinha de pinhão, utilizando a concentração de glicerol que se julgou mais adequada a partir dos dados estudados anteriormente. A estes filmes foram adicionadas diferentes concentrações de casca de pinhão moída e avaliada a influência da adição da casca nas propriedades físico-químicas, na morfologia por MEV, na estrutura química por FTIR, fenólicos solúveis totais e capacidade antioxidante. Por fim, foi realizada a comparação do filme formado a partir de amido de pinhão com filmes desenvolvidos com amidos comerciais com diferentes razões de amilose/amilopectina. Para comparação, foram utilizados o amido de mandioca e dois tipos de amido de milho com alto teor de amilose, Hylon V e Hylon VII. Os filmes foram caracterizados quanto à densidade, volume total de poro, parâmetros de cor e opacidade, análise de estrutura por MEV, permeabilidade a vapor de água, isotermas de sorção, propriedades mecânicas, FTIR e estabilidade térmica por analisador termogravimétrico (TGA). A partir das respostas do planejamento foram obtidos modelos significativos para espessura, solubilidade, módulo de Young, tensão máxima, deformação no momento da ruptura e para os parâmetros de cor b* e h. Os filmes produzidos à base de amido de pinhão e sorbitol apresentaram transparência adequada e valores altos de solubilidade. A espessura dos filmes foi maior com a utilização das maiores concentrações de amido e sorbitol e os maiores valores de solubilidade foram alcançados nas maiores concentrações de sorbitol e menores concentrações de amido. No geral, os filmes apresentaram baixa resistência mecânica, porém, com tendência de aumento de acordo com a maior concentração de amido e diminuição da concentração de sorbitol. O amido e a farinha de pinhão não apresentaram diferença significativa no conteúdo de umidade e o amido de pinhão apresentou Aw e Ø menores que a farinha de pinhão, mas com pico de viscosidade maior. Os filmes feitos com amido de pinhão apresentaram valores menores para espessura, Ø, PVA e opacidade e valores maiores para módulo de Young, resistência à tração e deformação na ruptura. Além disso, filmes com maiores concentrações de glicerol apresentaram maior PVA e deformação na ruptura, e menor resistência à tração e módulo de Young. A estrutura dos filmes de farinha de pinhão apresentaram irregularidades e superfície mais rugosa que os filmes de amido de pinhão. As diferenças na concentração de glicerol não afetaram os valores de Tg dos filmes. Os filmes de farinha de pinhão demonstraram ser mais amarelados e mais opacos. No geral, os filmes de amido e farinha de pinhão não apresentaram mudanças estruturais através da análise de FTIR. A adição de casca de pinhão aos filmes de farinha de pinhão gerou filmes com compostos fenólicos, atividade antioxidante e fibras. O aumento da concentração de casca formou filmes com maior espessura, porosidade aparente, permeabilidade a vapor d'água, compostos fenólicos solúveis totais, capacidade antioxidante, módulo de Young, fibra dietética e de coloração mais avermelhada (a*) e amarelada (b*). Ainda, a presença da casca de pinhão diminuiu a deformação na ruptura e luminosidade (L*). A casca de pinhão deixou os filmes mais ásperos e com algumas falhas na superfície, visíveis pelas imagens de MEV. A intensidade dos picos do espectro no infravermelho (FTIR) diminuiu com o aumento da concentração de casca nos filmes. A comparação do filme feito com amido de pinhão e demais filmes de amidos comerciais com diferentes razões de amilose/amilopectina demonstrou que esta característica tem efeito apenas sobre a força do filme e tensão superficial da solução filmogênica. No geral, todos os filmes demonstraram transparência com baixos valores de ΔE e opacidade, superfícies lisas com aspecto homogêneo, isotermas do tipo III, ajustáveis pelo modelo de GAB, permeabilidade a vapor d'água adequada para filmes de amido, padrões de infravermelho similares entre si e degradação térmica seguindo o mesmo padrão. Por fim, através dos testes e produtos desenvolvidos pôde-se demonstrar a aplicabilidade do pinhão, criando alternativas para valorização do produto e aproveitamento da semente inteira, diminuindo a geração de resíduos. Foi possível perceber também um grande potencial da utilização da semente em produtos que utilizem amido, farinha com grande quantidade de carboidrato, fibras e compostos fenólicos com atividade antioxidante. / Pinhão is the Parana pine seed (Araucaria angustifolia), which grows naturally in the southern states of Brazil, and is usually consumed cooked during the harvest season. There are some studies with pinhão, but there are a few efforts to increase its applicability as an ingredient in the development of new products. The main goal of this work is to use the pinhão components such as starch, flour, phenolic extract of the husk and husk powder, as natural ingredients for the development of innovative products in the pharmaceutical and food industries. This work is divided into two stages: development of topical formulations in the pharmaceutical industry area, and development of edible films in the food industry area. In the first stage, there were developed two types of topical formulations, gel and emulgel with pinhão starch and phenolic extract of the husk. The stability was analyzed through thermal stress cycles, and along six months of storage. In addition, a discriminative sensory analysis was performed comparing formulations with their controls and an analysis of erythema and skin pH through non-invasive probes was also made. Furthermore, possible correlation between physical and rheological parameters of formulations over time through storage Pearson correlation matrix was studied. The results of this step showed that the cosmetic formulations maintained their physical appearance and the pseudoplastic behavior after stress cycles and six months of storage, showing good stability. The addition of pinhão starch kept spreadability and increased the formulations’ viscosity when comparing with their controls. The coat phenolic extract proved to be a good source of phenolic compounds with antioxidant activity, which remained stable even after thermal stress. The formulations showed no signs of skin irritation or pH skin alteration in the studies with human volunteers. The emulgel type formulation was considered to have greater spread ability on the skin and better feeling of peachy film, lower stickiness and perception on the skin after 5 minutes of application, suggesting that the formulation spreads better and leaves no residual sensation on the skin. Through the correlation analysis it was concluded that the higher the moisture content the higher the consistency index, quality index and apparent viscosity and, on the other hand, the lower the flow rate; the greater the average particle size, smaller the consistency index, quality index and apparent viscosity. In the second stage of the work, there were developed edible films based on pinhão starch and flour, with or without grounded pinhão husk addition. Initially, the possibility of the use of glycerol, sorbitol, sucrose and glucose syrup as plastificisers in starch films development was evaluated. The effect of the pinhão starch and sorbitol amounts in the films formation was evaluated through a 22 experimental design with axial points and these variables influence was evaluated by the mechanical properties, color and opacity, solubility and thickness of films. Pinhão starch-based films and pinhão flour-based films with different amounts of glycerol have also been developed, characterized and compared each other to the thickness, water vapor permeability (WVP), glass transition temperature (Tg), scanning electron microscopy (SEM), apparent porosity (Ø), color, opacity, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). In addition, the raw materials were analyzed for moisture content, water activity (Aw), apparent porosity and pasting profile. Subsequently, pinhão flour films were developed using the glycerol concentration which is judged the most appropriate from the data previously studied. Different concentrations of pinhão husk were added to the films and the pinhão husk addition influence on the physicochemical properties, morphology by SEM, chemical structure by FTIR, total soluble phenolic (TSP), and antioxidant capacity were analyzed. Finally, a comparison of the film formed from pinhão starch and from commercial starches with different amylose/amylopectin ratio was performed. The commercial starches used were the cassava starch and two types of corn starch with high amylose content, Hylon V and Hylon VII. The films were characterized for density, total pore volume (TPV), color parameters, and opacity, structure analysis by SEM, WVP, sorption/desorption isotherms, mechanical properties, FTIR and thermal stability by thermogravimetric analyzer (TGA) and they were compared to each other. The experimental design demonstrated that the thickness, solubility, Young’s modulus, maximum stress, elongation at break, and color parameters b* and h presented significant models. Pinhão starch and sorbitol films showed adequate transparency and high solubility values. The film thickness was greater with the use of higher starch and sorbitol concentrations, and higher solubility values were reached in higher sorbitol amounts and lower starch concentrations. In general, the films had low tensile strength, but with a tendency to increase with starch concentration increasing and sorbitol concentrations decreasing. Pinhão starch and flour did not show differences in moisture content and pinhão starch presented lower Aw, Ø, but higher peak viscosity than pinhão flour. Films made with pinhão starch exhibited lower thickness, Ø, WVP and opacity than pinhão flour films, but higher Young’s modulus, tensile strength and elongation at break. In addition, films with higher amounts of glycerol exhibited higher WVP and elongation at break, with lower tensile strength and Young’s modulus. The pinhão flour films structure presented irregularities and were rougher than pinhão starch films. Differences in glycerol content did not affect Tg values of these films. Flour films were yellowish and also had a higher opacity value. The FTIR spectra of pinhão starch and pinhão flour films showed similar IR absorbance patterns, with no structural change in the presence or absence of glycerol. The increase of pinhão husk concentration formed films with greater thickness, porosity, WVP, TSP, antioxidant capacity, Young's modulus, dietary fiber and more intense color parameters for red (a*) and yellow (b*) . The pinhão husk presence decreased the elongation at break and lightness (L*), made rougher films and with imperfections on the surface, visible by SEM images. The intensity of the peaks in the infrared spectrum (FTIR) decreased when pinhão husk concentration increased. The comparison made between pinhão starch films and films made with commercial starches with different amylose/amylopectin ratios showed that this characteristic takes effect only on the film strength and surface tension of the film solution. In general, all the films demonstrated transparency with low ΔE values and opacity, a smooth surface with homogeneous appearance. They also showed Type III isotherm, adjustable by the GAB model, adequate WVP, IR patterns similar to each other and thermal degradation following the same pattern. Finally, through the tests and developed products it can be demonstrate the applicability of the pinhão and create alternatives for the whole seed utilization, reducing the waste generation. In addition, it can be noticed a great potential of seed uses in such products that use starch, flour with lots of carbohydrates, fiber and phenolic compounds with antioxidant activity.

Isoflavonas são substâncias fenólicas conhecidas por promoverem diversos efeitos benéficos à pele. Na soja, esses compostos são essencialmente encontrados nas formas glicosiladas. No entanto, as atividades biológicas são principalmente relacionadas com as suas formas agliconas. A presente tese teve como principal objetivo a obtenção de uma fração enriquecida em isoflavonas agliconas e a sua incorporação em formulações tópicas visando o aumento da retenção cutânea de tais compostos. Para tanto, foi realizada primeiramente a extração de soja em meio hidroetanólico seguida de processo clássico hidrolítico (hidrólise ácida) para obtenção das formas livres das isoflavonas. O extrato obtido foi avaliado por um método cromatográfico de ultraeficiência, o qual foi desenvolvido e validado para a determinação quantitativa das isoflavonas agliconas (IA), bem como para avaliação das principais impurezas furânicas formadas. O método mostrou-se específico, linear, preciso, robusto e exato para a quantificação das IA daidzeína, gliciteína e genisteína, e para a quantificação das impurezas hidroximetilfurfural (HMF) e etoximetilfurfural (EMF). Além disso, o método foi concomitantemente validado para a quantificação das IA em diferentes matrizes analíticas e bioanalíticas visando estudos de desenvolvimento de produtos tópicos e estudos de permeação/retenção cutânea. Devido à toxicidade relatada na literatura para o HMF, o presente estudo investigou in vitro o potencial genotóxico e mutagênico do EMF, principal impureza formada após degradação ácida dos açúcares presentes no extrato hidroetanólico de soja. O EMF apresentou potencial genotóxico em linhagem celular do tipo HepG2 nas concentrações próximas ao teor encontrado no extrato. Devido a isso, foi realizada uma investigação de métodos alternativos ao da hidrólise ácida visando à obtenção das IA da soja sem a presença de HMF e EMF, e facilitando, desta forma, os processos de purificação até uma fração enriquecida em IA. Para tanto, foram realizadas otimizações de processos hidrolíticos mais seletivos, tais como hidrólise enzimática com β-glicosidase e fermentação com Saccharomyces cerevisiae. Os processos foram primeiramente avaliados por desenho experimental de Plackett-Burman para determinação dos principais fatores que podem influenciar durante os bioprocessos hidrolíticos. Posteriormente, os métodos foram otimizados por meio de desenho experimental de Box-Behnken. Destaca-se que os processos foram realizados com um extrato equivalente ao extraído de 1,0 g de soja desengordurada. Para o método enzimático, as condições ótimas de processo compreenderam 838 unidades de β-glicosidase, em pH 6.0, durante 4,5 h à 37 ºC. Para o método fermentativo, as condições ótimas de processo hidrolítico compreenderam 1500 mg de fermento comercial contendo Saccharomyces cerevisiae, em pH 7.6, durante 24 h à 33 ºC. Os extratos foram avaliados quanto ao teor de IA, sempre realizando a sua comparação com um extrato não hidrolisado (controle negativo) e com um extrato hidrolisado pela via ácida (controle positivo). O teor de IA após hidrólise enzimática foi estatisticamente semelhante ao controle positivo. No entanto, o processo de fermentação não permitiu completa hidrólise das isoflavonas, sendo necessária a realização de um processo adicional de hidrólise ácida ao final do processo fermentativo. Todos os extratos hidrolisados, ou seja, os obtidos pelas vias ácida, enzimática, fermentativa, fermentativa+ácida, foram avaliados quanto à presença ou ausência de açúcares, compostos furânicos, triterpenos e saponinas. Além disso, todos passaram por processo de partição líquido-líquido com acetato de etila para obtenção de diferentes frações. A fração que apresentou maior pureza e que foi considerada a mais promissora para escalonamento de produção foi obtida após partição do extrato de soja hidrolisado pela via enzimática. Essa fração foi avaliada quanto ao seu potencial in vitro de proliferação de queratinócitos (HaCaT). Após 48 h de tratamento celular, os resultados demonstraram que a fração na concentração de 0,1 μg de IA/mL foi considerada não citotóxica para as células e apresentou promissora atividade proliferativa de queratinócitos. Desta forma, tal fração foi escolhida para ser incorporada em nanoemulsões visando uma futura aplicação tópica durante processos regenerativos de tecidos cutâneos. As formulações foram espessadas, ou não, até hidrogéis de ácido hialurônico. Por fim, foi realizada a avaliação da capacidade de permeação/retenção cutânea das IA a partir das formulações utilizando modelo experimental in vitro com pele de orelha suína. Tanto as nanoemulsões quanto os hidrogéis demonstraram ser promissores sistemas de liberação das IA na pele, aumentando sua retenção em camadas cutâneas consideradas importantes para exercerem seus efeitos benéficos. / Isoflavones are phenolic compounds that promote several benefic effects on the skin. In soybeans, these substances are present in different chemical conformations, mostly as glycoside conjugates. However, the beneficial activities are mainly credited to their aglycone forms. The main goal of this study was the production of an isoflavone aglycone-rich fraction to be incorportated into topical products intended to increase the skin retention of isoflavone aglycones (IA). For that, firstly it was performed a soybean extraction in a hydroethanolic media followed by a classical hydrolysis procedure (acid hydrolysis) to breakdown the conjugated forms until their respective aglycones. To analyze the obtained extract, an ultra-fast liquid chromatography method was developed and validated. The method showed to be specific, linear, precise, robust and accurate for quantification of daidzein, glycitein and genistein, as well as for hydroxymethylfurfural (HMF) and ethoxymethylfurfural (EMF), the main impurities present in the acid hydrolyzed extract. Besides, the method was concomitantly validated for determination of IA in different analytical and bioanalytical matrices during development of topical products and permeation/retention assays. Due to the well-documented toxicity of HMF, this study also investigated in vitro the genotoxic and mutagenic potential of EMF, a sugar degradation product formed after acid hydrolysis of soybean extract. EMF showed to be genotoxic for HepG2 cells at concentrations very close to those present in the extract. So, alternative hydrolysis methods were carried out aiming to obtain the IA from soybeans without the presence of HMF and EMF, and thus facilitating the processes of purification until new IA-rich fractions. For that, procedures with more selectivity properties were accomplished, such as enzymatic hydrolysis with β-glucosidase and fermentation with Saccharomyces cerevisiae. These methods were firstly evaluated by a Plackett-Burman design, to screen the main factors that could be influencing during the hydrolysis of isoflavones present in soybean extract. Further, the methods were optimized by Box-Behnken design. It is important to highpoint that the processes were always carried out with a sample corresponding to the extracted from 1.0 g of defatted soybeans. The highest IA content was achieved under the optimal conditions: enzymatic hydrolysis with 838 units of β-glucosidase, during 4.5 h at pH 6.0 and 37 ºC, or fermentative process with 1500 mg of commercial bakery yeast (Saccharomyces cerevisiae) during 24 h at pH 7.6 and 33 ºC. The extracts were investigated to evaluate the IA content, and the results were always compared with a non-hydrolyzed extract (negative control) and with an acid hydrolyzed extract (positive control). The IA amount after enzymatic hydrolysis was statistically similar than positive control. However, the fermentation did not hydrolyze completely the isoflavones, being necessary an additional acid hydrolysis at end of fermentative process. The extracts obtained by acid, enzymatic, fermentative and fermentative+acid processes were investigated to analyze the presence or absence of sugars, furanic compounds, triterpenes and saponins. Besides, all of them were partitioned with ethyl acetate to obtain IA-rich fractions. The most pure and easily achieved fraction was the one obtained from enzymatic hydrolyzed extract. This fraction was examined to explore its in vitro proliferation ability in keratinocytes cells (HaCaT). After 48 h of cellular treatment, the results showed that the fraction at 0,1 μg de IA/mL was considered non-cytotoxic for cells, and showed a promising proliferative activity. Therefore, this fraction was chosen to be incorporated in nanoemulsions viewing a future topic application during regenerative processes of skin. Moreover, the formulations were thickened, or not, until hyaluronic acid hydrogels. Lastly, it was performed the skin permeation/retention evaluation for IA from formulations using an in vitro experimental model with porcine ear skin. Both nanoemulsions and hydrogels were considered as promisor delivery systems for IA, increasing their retention in skin layers (epidermis and dermis).

The popularity of herbal medicines as adjuncts in the treatment of diabetes mellitus, has increased in recent years. However, recent studies have demonstrated the presence of synthetic drugs, as adulterants, in these formulations, what can cause serious problems to the health of the patient, since interactions and pharmacological effects are unpredictable. This work describes the development of a method for the simultaneous determination of metformin, glibenclamide, gliclazide and chlorpropamide employing capillary zone electrophoresis (CZE) with contactless conductivity detection (C4D). The work was carried out using a capillary electrophoresis system built in the laboratory. The optimized conditions for the determination of adulterants in herbal medicines by CZE-C4D were the following: 20 mmol L-1 sodium acetate at pH 10.0 as working electrolyte, separation potential of -15kV, separation temperature of 25ºC, indirect conductivity detection operating at 400 kHz and amplitude wave of 2 Vpp, hydrodynamic injection by gravity (20 cm left side elevation for 60 s). The method was validated and applied to the determination of hypoglycemics in pharmaceutical formulations commercialized by compounding pharmacies in Brazil. The method allows the identification of adulterants and its quantification from 0.24 mg to metformin, 0.15 mg to glibenclamide, 0.33 mg to gliclazide and 0.24 mg to chlorpropamide. / A popularidade dos fitoterápicos como coadjuvantes no tratamento do diabetes mellitus, tem aumentado nos últimos anos. No entanto, trabalhos recentes têm demonstrado a presença de fármacos sintéticos, como adulterantes, nestas formulações, o que pode causar sérios problemas à saúde do paciente, uma vez que interações e efeitos farmacológicos são imprevisíveis. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um método para a determinação simultânea de metformina, glibenclamida, gliclazida e clorpropamida, empregando eletroforese capilar de zona (CZE) com detecção condutométrica sem contato (C4D), usando um sistema de eletroforese capilar construído em laboratório. As condições otimizadas para a determinação de adulterantes em fitoterápicos por CZE-C4D foram: eletrólito de trabalho acetato de sódio 20 mmol L-1 (pH 10,0); potencial de separação - 15 kV; temperatura de 25ºC; detecção indireta operando em 400kHz e amplitude de onda de 2vpp; e injeção por gravidade de 20 cm por 60 s. O método foi validado e aplicado para a avaliação de hipoglicemiantes em formulações herbáreas comercializadas por farmácias no mercado brasileiro. O método permite a identificação dos adulterantes e sua quantificação a partir de 0,24 mg para a metformina, 0,15 mg para a glibenclamida, 0,33 mg para a gliclazida e 0,24 mg para a clorpropamida.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The adulteration of phytotherapic formulations has been a common practice in many countries, since there is not an specific legislation for the control of the manufacturing and commercialization of the so called natural medicaments . In this context, the existence of analytical methodologies, which alllow the identification and quantification of possible pharmaceuticals as adulterants in these formulations is very important in the toxicological analysis. Since the possibilitiy of adulteration is very broad in terms of compound classes, the analytical methods have to be very selective and sensitve for the identification os compound classes and/or individual compounds. In this work, a voltammetric method was developed and validated for the selective determination of pharmaceuticals from the class of 1,4-benzodiazepines (ansiolytics) and diethylpropion (anorexics). In order to investigate the possible interference of other electroactive drugs (possible adulterants in phytotherapic formulations) at the mercury electrode, synthetic mixtures containing different concentrations of 1,4-benzodiazepines, diethylpropion and interferents fluoxetine, sibutramine and metformin were analyzed. The parameters of the voltammetric analysis, such as pH, potential and time of deposition, were optimized aiming a voltammetric measurement with high selectivity and sensitivity. The validated method was applied for the determination of the adulterants in phytotherapic formulations used in the treatment of obesity, which have been commercialized as natural medicaments by Brazilian pharmacies. Four different phytotherapic formulations were found to be contaminated by 1,4-benzodiazepines in concentration ranging from 0,056 to 0,270 mg/g. Recovery experiments for 1,4-benzodiazepines and diethylpropion were carried out in the formulations, which gave recovery values higher than 90% for all the analyzed adulterants. The developed and validated method presented high sensitivity, selectivity, analytical precision and short analysis time. Therefore, the method is very usefull as an analytical tool for the control and fiscalization of the adulteration of phytotherapic formulations. / A adulteração de formulações fitoterápicas tem sido uma prática recorrente em todo o mundo, tendo em vista o fato de que ainda não existe uma legislação específica de controle da manipulação e comercialização dos chamados medicamentos naturais . Neste sentido, a existência de metodologias analíticas que possibilitem a identificação e a quantificação de possíveis fármacos como adulterantes nestas formulações é de extrema importância na análise toxicológica. Como a possibilidade de adulteração é relativamente ampla em termos de classes de compostos, os métodos analíticos requerem principalmente boa seletividade e sensibilidade na identificação de classes e/ou compostos individuais. Neste trabalho, um método voltamétrico foi desenvolvido e validado para a determinação seletiva de fármacos da classe dos 1,4-benzodiazepínicos (ansiolíticos) e da dietilpropiona (anorexígeno). Para avaliar uma possível interferência na determinação destes fármacos causada por outros fármacos eletroativos (possíveis adulterantes em formulações fitoterápicas) no eletrodo de mercúrio, misturas sintéticas com diferentes concentrações dos 1,4-benzodiazepínicos, dietilpropiona e os interferentes fluoxetina, femproporex, sibutramina e metformina foram analisadas. Os parâmetros da análise voltamétrica pH, potencial e tempo de deposição foram otimizados, visando uma medida voltamétrica com alto grau de seletividade e sensibilidade. O método validado para a determinação de 1,4-benzodiazepínicos e dietilpropiona foi empregado na análise de formulações fitoterápicas utilizadas no tratamento da obesidade, as quais são comercializadas como medicamentos naturais por farmácias de manipulação brasileiras. Quatro diferentes formulações fitoterápicas analisadas acusaram a presença de 1,4-benzodiazepínicos como adulterantes em concentrações entre 0,056 e 0,270 mg/g. Ensaios de recuperação para os 1,4-benzodiazepínicos e dietilpropiona foram realizados nas formulações, obtendo-se recuperações acima de 90% para todas as espécies de adulterantes analisadas. O método desenvolvido e validado apresentou alta sensibilidade, seletividade, precisão analítica, baixo custo e análises rápidas, comprovando a aplicabilidade do mesmo como uma alternativa para o controle e fiscalização da adulteração em formulações fitoterápicas.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FlanelsonMM_DISSERT.pdf: 1939594 bytes, checksum: c1934fd33d598afaeecd6db2f0256219 (MD5) Previous issue date: 2012-10-01 / In recent decades, ceramic products have become indispensable to the technological development of humanity, occupying important positions in scientific production and consequently in industrial production. One area of the economy that continues to absorb large amounts of the products of this sector is Construction. Among the branches of the ceramic industry, there are the red ceramic industry which is traditionally the basis of that economic sector. Among the reasons for which the red ceramic industry became popular in the country, and specifically in Rio Grande do Norte, is the abundance of this raw material, easily found throughout the national territory. However, it appears that the red ceramic industry has deficiencies in technology and skilled labor, resulting in the production of ceramic goods with low added value. Among the factors that determine the quality of the ceramic products red has the proper formulation of the ceramic mass, the conformation and the firing temperature. Thus, the overall goal of this work is to study the mineralogical and technological properties, two clays from the region of the Wasteland Potiguar industrial ceramist. Therefore, the raw materials were characterized by analysis of Xray diffraction (XRD) analysis, X-ray fluorescence (XRF), particle size analysis (FA), scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy (OM ), plasticity index (PI), thermal gravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis (DTA). The technological properties of the material were analyzed by water absorption tests (AA%) porosity (% PA), the linear shrinkage (RT%), apparent density (MEA), loss on ignition (PF%) and flexural strength three points (TRF) / Nas ?ltimas d?cadas, os produtos cer?micos se tornaram indispens?veis para o desenvolvimento tecnol?gico da humanidade, ocupando posi??es importantes na produ??o cient?fica e consequentemente na produ??o industrial. Uma das ?reas da economia que continua absorvendo grandes quantidades dos produtos desse setor ? a Constru??o Civil. Entre os ramos do setor ceramista, destacam-se as ind?strias de cer?mica vermelha que ? tradicionalmente a base desse segmento econ?mico. Entre os motivos pelo quais as ind?strias de cer?micas vermelhas se popularizaram no pa?s, e especificamente no Rio Grande do Norte, ? a abund?ncia dessa mat?ria prima, encontrada com facilidade por todo territ?rio nacional. Entretanto, constata-se que a ind?stria de cer?mica vermelha possui defici?ncias em tecnologia e m?o de obra qualificada, resultando na produ??o de pe?as cer?micas com baixo valor agregado. Entre os fatores que determinam a qualidade dos produtos da cer?mica vermelha, tem-se a formula??o adequada da massa cer?mica, a conforma??o e a temperatura de queima. Sendo assim, o objetivo geral desse trabalho ? estudar as propriedades mineral?gicas e tecnol?gicas, de duas argilas provenientes da regi?o do Agreste Potiguar para a ind?stria ceramista. Para tanto, as mat?rias primas foram caracterizadas atrav?s das an?lises de difratometria de Raios-X (DRX), an?lise de fluoresc?ncia de Raios-X (FRX), an?lise granulom?trica (AG), microscopia eletr?nica de varredura (MEV), microscopia ?ptica (MO), ?ndice de plasticidade (IP), an?lise termogravim?trica (ATG) e an?lise t?rmica diferencial (ATD). As propriedades tecnol?gicas do material foram analisadas pelos ensaios de absor??o de ?gua (AA%), porosidade aparente (PA%), retra??o linear (RT%), massa espec?fica aparente (MEA), perda ao fogo (PF%) e resist?ncia a flex?o em tr?s pontos (TRF)